New Immune Cell on the Block During Viral Lung Infections / Nuova cellula immunitaria sul blocco durante le infezioni polmonari virali
New Immune Cell on the Block During Viral Lung Infections / Nuova cellula immunitaria sul blocco durante le infezioni polmonari virali
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellesa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellesa
Scientists have identified a novel group of immune cells in the lungs that are associated with the control of inflammation during viral infections, like influenza or possibly coronavirus. This discovery may help to advance the development of therapeutics to treat inflammation-related lung conditions such as bronchitis, influenza and potentially even COVID-19.
Macrophages are an important subset of phagocytic immune cells found throughout the body that form part of our body’s first line of defense against invading foreign material, including bacteria and viruses. Alveolar macrophages (AMs) are a well-known inhabitant of the lungs and are responsible for direct clearance of viruses. This new group of immune cells, identified in the lungs of mice, are a distinct group of macrophages, dubbed NAMs (nerve and airway associated macrophages), that appear instead to moderate inflammation in the lungs during viral infection. Inflammation is an important part of the innate immune response to potentially harmful foreign material and includes the production of regulatory molecules, such as cytokines, and recruitment of immune cells to the affected locations. If inflammation goes unchecked, however, it can be damaging to the body and therefore requires tight regulation.
Macrophages are an important subset of phagocytic immune cells found throughout the body that form part of our body’s first line of defense against invading foreign material, including bacteria and viruses. Alveolar macrophages (AMs) are a well-known inhabitant of the lungs and are responsible for direct clearance of viruses. This new group of immune cells, identified in the lungs of mice, are a distinct group of macrophages, dubbed NAMs (nerve and airway associated macrophages), that appear instead to moderate inflammation in the lungs during viral infection. Inflammation is an important part of the innate immune response to potentially harmful foreign material and includes the production of regulatory molecules, such as cytokines, and recruitment of immune cells to the affected locations. If inflammation goes unchecked, however, it can be damaging to the body and therefore requires tight regulation.
The study was published today in Science Immunology.
The team, including scientists Columbia University Medical Center, New York University Langone Health, Uconn Health and the University of Bordeaux, studied the location and role of these novel immune cells. Professor Kamal M. Khanna, corresponding author of the paper, commented “Emerging evidence suggests that tissue-resident macrophages play critical roles in maintaining immune and tissue homeostasis in mucosal organs under inflammatory conditions, such as during infections. Although studies primarily using bone marrow-derived macrophages have been very informative about the function of macrophages in response to specific stimuli in vitro, these roles remain to be elucidated among tissue-resident macrophage subsets in the context of infection in the local tissue environment in vivo. This was one of the main goals of our study.”
Using live cell imaging in live mice, they found that NAMs cluster primarily around the sympathetic pulmonary nerves and airways. With the use of mouse models unable to produce either AMs or NAMs, they were able to demonstrate that NAMs were embryonically derived, self-renewing, and altogether developmentally distinct from AMs. Unlike AMs, the development of NAMs requires colony-stimulating factor 1 (CSF1) but not granulocyte-macrophage CSF (GM-CSF) on which AM development and maturation is highly dependent.
Population and single cell transcriptome analysis revealed that NAMs were distinct from other macrophage groups resident in the lungs at the transcriptional level too. The analysis also indicated that NAMs highly transcribed immunoregulatory genes under steady-state and inflammatory conditions. “I think what excites me most about our findings is the fact that we have identified a unique subset of the macrophage population (a critical cell type of the innate immune system) that we know very little about. Our results provide essential insights into the development and maintenance, and functions of a poorly understood subset of resident macrophages in the lung” said Professor Khanna.
Mice were experimentally infected with influenza virus to examine the role of NAMs during infection. This revealed that NAMs proliferated robustly following infection in the wild-type mice. However, in those unable to produce NAMs, infection induced an overzealous immune response with excessive production of inflammatory cytokines and immune cell infiltration into tissues. “We find that, at least with influenza, AMs help clear the infection, while NAMs help regulate and suppress infection-induced inflammation”. This transcriptionally and developmentally distinct subset of airway-associated macrophages are therefore important in maintaining immune and tissue homeostasis, information that provides insights for future therapeutic developments, including those against COVID-19.
“As we come to understand more about how NAMs regulate infection-induced inflammation we can target these macrophages to help resolve damaging inflammation caused by respiratory viral infections such as COVID-19.” He concluded “Future studies will examine how to augment their function or induce their proliferation to increase their numbers at the right time during viral infections”.
ITALIANO
Gli scienziati hanno identificato un nuovo gruppo di cellule immunitarie nei polmoni associate al controllo dell'infiammazione durante le infezioni virali, come l'influenza o possibilmente il coronavirus. Questa scoperta può aiutare a far progredire lo sviluppo di terapie per il trattamento di condizioni polmonari correlate all'infiammazione come bronchite, influenza e potenzialmente anche COVID-19.
I macrofagi sono un sottoinsieme importante di cellule immunitarie fagocitiche presenti in tutto il corpo che fanno parte della prima linea di difesa del nostro corpo contro l'invasione di materiale estraneo, inclusi batteri e virus. I macrofagi alveolari (AM) sono un noto abitante dei polmoni e sono responsabili della clearance diretta dei virus. Questo nuovo gruppo di cellule immunitarie, identificato nei polmoni dei topi, è un gruppo distinto di macrofagi, soprannominati NAM (macrofagi associati alle vie aeree e ai nervi), che sembrano invece moderare l'infiammazione dei polmoni durante l'infezione virale. L'infiammazione è una parte importante della risposta immunitaria innata a materiale estraneo potenzialmente dannoso e comprende la produzione di molecole regolatorie, come le citochine, e il reclutamento di cellule immunitarie nelle posizioni interessate. Se l'infiammazione non viene controllata, tuttavia, può essere dannosa per il corpo e quindi richiede una regolazione rigorosa.
Lo studio è stato pubblicato oggi su Science Immunology.
Il gruppo, compresi gli scienziati Columbia University Medical Center, New York University Langone Health, Uconn Health e l'Università di Bordeaux, hanno studiato la posizione e il ruolo di queste nuove cellule immunitarie. Il professor Kamal M. Khanna, corrispondente autore dell'articolo, ha commentato che “Prove emergenti suggeriscono che i macrofagi residenti nei tessuti svolgono un ruolo fondamentale nel mantenimento dell'omeostasi immunitaria e dei tessuti negli organi della mucosa in condizioni infiammatorie, come durante le infezioni. Sebbene gli studi condotti principalmente sui macrofagi derivati dal midollo osseo siano stati molto istruttivi sulla funzione dei macrofagi in risposta a specifici stimoli in vitro, questi ruoli rimangono da chiarire tra i sottogruppi di macrofagi residenti nel tessuto nel contesto dell'infezione nell'ambiente locale dei tessuti in vivo . Questo è stato uno dei principali obiettivi del nostro studio. "
Usando l'imaging cellulare vivo in topi vivi, hanno scoperto che i NAM si raggruppano principalmente attorno ai nervi polmonari simpatici e alle vie respiratorie. Con l'uso di modelli murini incapaci di produrre AM o NAM, sono stati in grado di dimostrare che i NAM erano derivati in modo embrionale, auto-rinnovanti e completamente distinti dallo sviluppo dagli AM. A differenza delle AM, lo sviluppo delle NAM richiede il fattore 1 (CSF1) stimolante le colonie, ma non il CSF granulocita-macrofagi (GM-CSF) da cui lo sviluppo e la maturazione dell'AM sono fortemente dipendenti.
L'analisi della popolazione e del trascrittoma a singola cellula ha rivelato che i NAM erano distinti da altri gruppi di macrofagi residenti nei polmoni anche a livello trascrizionale. L'analisi ha anche indicato che i NAM hanno altamente trascritto geni immunoregolatori in condizioni stazionarie e infiammatorie. "Penso che ciò che mi emoziona di più delle nostre scoperte è il fatto che abbiamo identificato un sottoinsieme unico della popolazione dei macrofagi (un tipo di cellula critica del sistema immunitario innato) di cui sappiamo molto poco. I nostri risultati forniscono informazioni essenziali sullo sviluppo e sulla manutenzione e sulle funzioni di un sottoinsieme poco compreso di macrofagi residenti nel polmone ”, ha affermato il professor Khanna.
I topi sono stati sperimentalmente infettati dal virus dell'influenza per esaminare il ruolo dei NAM durante l'infezione. Ciò ha rivelato che i NAM proliferavano in modo massiccio a seguito di infezione nei topi selvatici. Tuttavia, in coloro che non sono in grado di produrre NAM, l'infezione ha indotto una risposta immunitaria troppo zelante con un'eccessiva produzione di citochine infiammatorie e infiltrazioni di cellule immunitarie nei tessuti. "Scopriamo che, almeno con l'influenza, gli AM aiutano a eliminare l'infezione, mentre i NAM aiutano a regolare e sopprimere l'infiammazione indotta dall'infezione". Questo sottoinsieme trascrizionalmente e evolutivamente distinto di macrofagi associati alle vie aeree è quindi importante per mantenere l'omeostasi immunitaria e tissutale, informazioni che forniscono spunti per futuri sviluppi terapeutici, compresi quelli contro COVID-19.
"Mentre arriviamo a capire di più su come i NAM regolano l'infiammazione indotta da infezione, possiamo indirizzare questi macrofagi per aiutare a risolvere l'infiammazione dannosa causata da infezioni virali respiratorie come COVID-19." Ha concluso "Studi futuri esamineranno come aumentare la loro funzione o indurre la loro proliferazione per aumentare il loro numero al momento giusto durante le infezioni virali".
Da:
Commenti
Posta un commento