Абстрактный
COVID-19 - это респираторная инфекция, вызываемая вирусом SARS-CoV-2, которая может быстро перерасти в опасную для жизни пневмонию и острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС). Недавно внеклеточный блок 1 группы с высокой подвижностью (HMGB1) был идентифицирован как важный компонент цитокиновых бурь, возникающих при COVID-19; Уровни HMGB1 значительно коррелируют с тяжестью заболевания. Таким образом, модуляция высвобождения HMGB1 может иметь жизненно важное значение для лечения COVID-19. HMGB1 - это повсеместный ядерный ДНК-связывающий белок, биологическая функция которого зависит от посттрансляционных модификаций, его окислительно-восстановительного состояния и его клеточной локализации. Ацетилирование HMGB1 является предпосылкой его транслокации из ядра в цитоплазму, а затем во внеклеточную среду. Когда выйдет, HMGB1 действует как провоспалительный цитокин, который связывается в первую очередь с toll-подобным рецептором 4 (TLR4) и RAGE, тем самым стимулируя иммунные клетки, эндотелиальные клетки и эпителиальные клетки дыхательных путей к выработке цитокинов, хемокинов и других медиаторов воспаления. В этом исследовании мы демонстрируем, что вдыхаемый [D-Ala2 ] -динорфин 1-6 (лейтрагин), пептидный агонист δ-опиоидные рецепторы, значительно подавляют секрецию HMGB1 у мышей с острым повреждением легких, вызванным липополисахаридом (LPS-). Механизм действия включает предотвращение гиперацетилирования HMGB1 по критическим остаткам лизина в сайтах ядерной локализации, а также стимулирование экспрессии сиртуина 1 (SIRT1), фермента, который, как известно, деацетилирует HMGB1. Эффекты лейтрагина опосредуются опиоидными рецепторами, поскольку налоксон, антагонист опиоидных рецепторов, отменяет эффект лейтрагина на экспрессию SIRT1. В целом, наши результаты идентифицируют лейтрагин как многообещающее терапевтическое средство для лечения воспаления легких, связанного с высвобождением HMGB1. В более широком контексте мы демонстрируем, что опиоидергическая система в легких может представлять собой многообещающую мишень для лечения воспалительных заболеваний легких.1. Введение
Коронавирусная болезнь 2019 (COVID-19) - это респираторная инфекция, вызываемая вирусом SARS-CoV-2. Он может быстро перерасти в опасную для жизни пневмонию и острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС) [ 1 ]. Принято считать, что вызванное SARS-CoV-2 повышение уровней цитокинов выше нормального диапазона - обычно определяемое как «цитокиновый шторм» - связано с ухудшением состояния пациентов с COVID-19 [ 2 ]. Мета-анализ показывают ассоциации между повышенными уровнями цитокинов ( в первую очередь интерлейкина-6 (IL-6)) в периферической крови и более высокой степени тяжести заболевания и смертности в COVID-19 [ 3 - 5]. Однако зарегистрированные уровни цитокинов, включая ИЛ-6, у пациентов с COVID-19 были значительно ниже, чем те, которые обычно наблюдаются в случаях ОРДС без COVID-19 и при сепсисе, что ставит под сомнение роль цитокиновых бурь в прогрессировании. к ОРДС с COVID-19 [ 6 ]. В последнее время внеклеточная высокой мобильность группа коробка 1 (HMGB1) была идентифицирована в качестве медиатора воспалительного процесса в COVID-19 [ 7 - 9 ]. Средние уровни HMGB1 были примерно в 5 и 26 раз выше нормального диапазона в периферической крови пациентов с нетяжелой и тяжелой формой COVID-19, соответственно [ 8 ], достигая уровней, обычно наблюдаемых при тяжелом сепсисе [ 10]. Эти уровни HMGB1 значительно коррелируют с тяжестью клинических проявлений, таких как риск госпитализации и смерти в отделение интенсивной терапии, тяжесть острого повреждения легких (ОПЛ) и острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС), степенью органических нарушений и пиковыми значениями. Уровни D-димера [ 9 ]; это открытие указывает на внеклеточный HMGB1 как на возможный главный фактор воспаления при COVID-19.Блок 1 группы высокой подвижности (HMGB1) представляет собой ядерный негистоновый ДНК-связывающий белок, биологическая функция которого зависит от посттрансляционных модификаций, его окислительно-восстановительного состояния, его клеточной локализации и партнеров по связыванию [ 11 , 12 ]. В новаторском исследовании Wang et al. [ 10 ] внеклеточный HMGB1 был идентифицирован как поздний медиатор летальности эндотоксина при сепсисе. Опосредованное рецептором высвобождение HMGB1 из ядра в цитоплазму, а затем во внеклеточную среду требует гиперацетилирования консервативных остатков лизина в последовательностях ядерной локализации 1 (NLS1) и 2 (NLS2) [ 13 , 14]. Это ацетилирование обратимо и зависит от баланса между реакциями ацетилирования и деацетилирования, катализируемыми гистонацетилтрансферазами (HATs) и гистондеацетилазами (HDACs), соответственно [ 15 ]. Сообщается, что сиртуин 1 (SIRT1), член семейства HDAC, подавляет гиперацетилирование и секрецию HMGB1 в условиях воспаления [ 16 - 18 ]. При высвобождении из клеток во внутриклеточную среду HMGB1 действует как мощный медиатор воспаления, связываясь с toll-подобным рецептором 4 (TLR4) и рецептором конечных продуктов гликирования (RAGE), тем самым стимулируя иммунные клетки, эндотелиальные клетки и эпителиальные клетки дыхательных путей вырабатывают цитокины, хемокины и другие медиаторы воспаления [ 11 ].
Механизм, с помощью которого SARS-CoV-2 вызывает высвобождение HMGB1 при COVID-19, остается неизвестным, хотя новые данные свидетельствуют о том, что передача сигналов toll-подобного рецептора 4 (TLR4) может играть роль в этом процессе. TLR4 действительно опосредуют ТОРС-коронавирус-2 воспалительной реакции [ 19 - 22 ]. Тримерный шипованный белок SARS-CoV-2 взаимодействует с TLR4 и активирует его со сродством, аналогичным многим вирус-рецепторным взаимодействиям [ 19 ]. ТДБ-COV-2 спайка белки S1 субъединицы индуцируют провоспалительные реакции через TLR4 сигнализация аналогичны действие липополисахарида (LPS), классический агонист TLR4 [ 20 - 22]. Связь между LPS-индуцированной активацией TLR4 и высвобождением HMGB1 хорошо установлена; он включает промежуточное производство интерферонов типа I, в первую очередь IFN- β [ 23 ], которое затем вызывает гиперацетилирование и высвобождение HMGB1 посредством активации сигнального пути Jak / STAT1 [ 13 , 24 ]. Исходя из этого, модель LPS-индуцированного острого повреждения легких (ALI) [ 25 ], по-видимому, актуальна для повторения вызванного SARS-CoV-2 воспаления легких.
Все больше данных свидетельствует о том, что агонисты пептидных δ -опиоидных рецепторов (DOR) могут облегчить воспаление, вызванное активацией TLR4 [ 26 - 28 ]. [D-Ala 2 , D-Leu 5 ] энкефалин (DADLE), синтетический пептидный агонист DOR, облегчает ишемически-реперфузионное повреждение головного мозга путем ингибирования пути передачи сигнала TLR4 / ядерного фактора каппа B (NF- κ B) [ 26 ]. DADLE снижает сывороточные уровни HMGB1 и продукцию провоспалительных цитокинов на крысиной модели сепсиса, индуцированного перевязкой слепой кишки и пункцией [ 27 ], в которой показана роль TLR4 [ 29].]. Непептидные агонисты DOR, напротив, могут даже усиливать TLR4-опосредованное воспаление, в зависимости от их химической структуры [ 30 , 31 ].
В наших предыдущих исследованиях мы продемонстрировали, что [D-Ala 2 ] -динорфин 1-6 (лейтрагин), мощный пептидный агонист DOR [ 32 ], значительно улучшает показатели выживаемости и подавляет экспрессию провоспалительных цитокинов (преимущественно IL-6 ) в легких мышей с LPS-индуцированным ARDS / ALI [ 28 , 33 ] (рис. S1 ; дополнительные материалы). Однако улучшение выживаемости с лейтрагином в наших экспериментах не может быть связано с ингибированием передачи сигналов IL-6, поскольку мы не обнаружили какого-либо влияния тоцилизумаба, антагониста рецептора IL-6, на выживаемость в этой модели [ 34]. Это указывает на то, что должна существовать другая молекулярная мишень лейтрагина, связанная с летальностью мышей, вызванной гиперактивацией передачи сигналов TLR4. Мы предполагаем, что внеклеточный HMGB1 может быть такой мишенью для лейтрагина при LPS-индуцированном ALI и ARDS.
В настоящем исследовании мы стремимся изучить влияние лейтрагина на экспрессию и высвобождение HMGB1 в легких на экспериментальной мышиной модели LPS-индуцированного ALI. Мы сосредоточены на механизмах, лежащих в основе высвобождения HMGB1, включая гиперацетилирование. Кроме того, мы стремимся прояснить роль SIRT1 и опиоидных рецепторов в опосредовании эффектов лейтрагина.
