Рецептор свободных жирных кислот расширил бронхи
Активация рецептора свободных жирных кислот 4 типа (FFA4) в легких расслабляет гладкие мышцы в бронхиолах мышей и человека, способствуя увеличению их диаметра. Такой эффект может помочь при создании новых стратегий коррекции и контроля бронхиальной астмы и хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ). Исследование опубликовано в журнале Science Translational Medicine.
От бронхиальной астмы и ХОБЛ страдают около 500 миллионов человек по всему миру. При астме, которая, как правило, имеет аллергический характер, в мелких бронхиолах легких развивается иммунное воспаление, при котором стенки дыхательных путей становятся толще, гладкие мышцы в них сокращаются, сужая просвет дыхательных путей, а в самом просвете оказывается густая слизь. Все эти процессы нарушают механизм дыхания, в основном выдоха. При ХОБЛ происходят схожие нарушения, однако причина у них иная: воспаление вызывается хроническим вдыханием раздражающих факторов — табачного дыма или промышленных аэрозолей. Бронхиальная астма, имеющая наследственную предрасположенность, может проявиться уже в раннем детстве, тогда как ХОБЛ развивается у пожилых курящих людей или людей, проработавших с промышленными аэрозолями значительную часть жизни.
Полностью излечить эти заболевания нельзя, поэтому известные препараты, применяемые при бронхиальной астме и ХОБЛ, направлены на снятие острых симптомов — затрудненного дыхания — и профилактику осложнений — эмфиземы легких. Для этого применяются глюкокортикостероиды (сильные гормональные противовоспалительные препараты), агонисты β-адренорецепторов и антагонисты мускариновых рецепторов, расширяющие просвет бронхиол. Однако часто эти препараты назначаются в неадекватных схемах и дозах, что ведет к ухудшению состояния пациента как по основному заболеванию, так и от других патологий, которые развиваются на фоне приема препаратов.
Руди Прихандоко (Rudi Prihandoko) с коллегами из Университета Глазго решили изучить иные подходы к коррекции этих состояний, основываясь на более глубоком понимании физиологии легочной ткани. Недавние исследования показали, что эпителиальные клетки легких в изобилии экспрессируют известный рецептор свободных жирных кислот 4 типа (FFA4) и что воздействие омега-3 жирных кислот на этот рецептор оказывало благотворное влияние на восстановление эпителия дыхательных путей после его повреждения нафталином.
С помощью полимеразной цепной реакции ученые подтвердили наличие мРНК FFA4 в легком мыши в степени, существенно превышающей наблюдаемую для второго родственного рецептора жирных кислот FFA1. Иммуногистохимический анализ показал, что FFA4 экспрессируется преимущественно в клетках эпителия средних и нижних дыхательных путей.
Ранее было показано, что FFA4 инициирует трансдукцию сигнала через гетеротримерные G-белки, а также через механизм, работающий через рекрутирование адаптерных белков аррестина. Для исследования активности рецептора ученые использовали агонист TUG-891, который обладает активностью как для FFA1, так и для FFA4. Кроме того, использовался недавно синтезированный агонист TUG-1197, сигнальные свойства которого указывают на то, что этот лиганд является селективным агонистом FFA4.
В срезах легких, полученных от мышей дикого типа, TUG-1197 индуцировал быстрое увеличение внутриклеточного кальция. Напротив, в срезах легких у мышей без рецепторов FFA4 не наблюдалось существенного кальциевого ответа. Исходя из этих данных, ученые пришли к выводу, что сигнал от FFA4 связан с каскадом реакций вторичных мессенджеров GQ/11/фосфолипазы С/инозитол фосфата.
Использование агонистов FFA4 в возрастающих концентрациях у мышей возвращало диаметр дыхательных путей к 70-80 процентам от диаметра, наблюдавшегося до предварительной обработки карбахолином (он уменьшает диаметр просвета бронхов). Аналогичные результаты были получены и в дыхательных путях, обработанных серотонином. Селективный антагонист AH7614 значительно снижал ответ как на TUG-891, так и на TUG-1197 (р < 0,05). Аналогично, у мышей без FFA4 релаксация гладких мышц была достоверно снижена (р < 0,05).
Данные вышеприведенных экспериментов ex vivo позволили предсказать, что агонисты FFA4 увеличат диаметр дыхательных путей и тем самым снизят сопротивление дыхательных путей in vivo. Мыши ингаляционно получали смесь из агонистов FFA4 и ацетилхолина, который сужает просвет бронхиол и, соответственно, повышает сопротивление дыхательных путей. В этих условиях опосредованное ацетилхолином повышение сопротивления было значительно ослаблено (р < 0,01).
В условиях воспаления легких под действием озона введение TUG-1197 также продемонстрировало снижение сопротивления дыхательных путей (р < 0,05) у мышей дикого типа. Модель хронического воспаления при действии озона (3 недели) продемонстрировала глубокую воспалительную реакцию, о чем свидетельствует увеличение количества иммунных клеток в жидкости бронхоальвеолярного лаважа, включающей альвеолярные макрофаги, моноцитарные макрофаги и нейтрофилы, а также повышенную концентрацию медиаторов воспаления. В этих условиях введение TUG-891 за час до каждого воздействия озона в течение 3-недельного периода достоверно снижало гиперреактивность дыхательных путей (р < 0,01) и воспаление дыхательных путей, о чем свидетельствует уменьшение количества иммунных клеток в лаважной жидкости и сниженные концентрации маркеров воспаления.
В альтернативной модели заболевания ученые индуцировали гиперреактивность дыхательных путей путем восьминедельного воздействия сигаретного дыма. Ингаляционное введение TUG-891 перед каждой сигаретой предотвращало воспаление дыхательных путей, что измерялось снижением количества альвеолярных макрофагов и нейтрофилов (р < 0,05). Эти данные указывают на то, что активация FFA4 может облегчить воспаление дыхательных путей и гиперреактивность в контексте нескольких мышиных моделей респираторных заболеваний.
Вызванные FFA4 противовоспалительные эффекты могут, по крайней мере частично, быть опосредованы модуляцией лейкотриен-опосредованной инфильтрации нейтрофилов. Чтобы проверить это, ученые решили проверить степень экспрессии лейкотриена В4 — одного из участников синтеза медиаторов воспаления. Его экспрессия увеличивалась при хронической обработке озоном, и это увеличение удалось предотвратить введением TUG-891.
Ученые обнаружили транскрипты FFA4 в клетках бронхиального эпителия и гладкомышечных клетках бронхиол здорового человека. Профиль экспрессии, наблюдаемый в легких человека, был схож с тем, что наблюдался в легких мыши. Это навело ученых на мысль о том, что описанные здесь реакции дыхательных путей мыши могут наблюдаться и в дыхательных путях человека. TUG-891 в концентрации 50 микромоль на литр вызывал статистически значимое увеличение мобилизации кальция как в гладкомышечных (р < 0,01), так и в эпителиальных клетках (р < 0,05). Эффекты агонистов FFA4, наблюдавшиеся у мышей, наблюдались и у человека в экспериментах ex vivo.
Благодаря воздействию на простагландиновые рецепторы ЕР1 и ЕР2 происходит регуляция диаметра просвета бронхиолы через сокращение и расслабление гладкомышечных клеток. Простагландин Е2 (ПГЕ2) высвобождается из различных типов клеток легких, включая гладкомышечные клетки, клетки эпителия дыхательных путей и иммунные клетки легких, и может опосредовать расширение бронхов через рецепторы ЕР2. Поэтому ученые решили проверить, имеется ли связь эффектов простагландиновых рецепторов с рецепторами FFA4. Эксперимент ex vivo показал, что у мышей дикого типа TUG-891 вызывал значительный выброс ПГЕ2 (р < 0,05), у мышей же без FFA4 не наблюдалось его существенного (р > 0,05) высвобождения. При этом ученые обнаружили, что введение ПГЕ2 мышам дикого типа приводило к расслаблению гладких мышц. Более того, антагонист ЕР2, достоверно блокировал расслабление гладких мышц в ответ на TUG-891 (р < 0,01).
Наконец, ученые измерили концентрацию ПГЕ2 в бронхоальвеолярной лаважной жидкости у мышей, одновременно подвергнутых воздействию озона и обработанных TUG-891. У них наблюдалось достоверное увеличение (р < 0,05) содержания ПГЕ2 после долгого введения TUG-891. Для объяснения такого эффекта ученые проанализировали экспрессию генов в хронически поврежденных озоном легочных тканях. Содержание мРНК большинства генов, участвующих в биосинтезе ПГЕ2, включая синтазы и циклооксигеназу-1, существенно не изменялось, тогда как наблюдалось небольшое, но значимое (р < 0,05) увеличение мРНК циклооксигеназы-2. При этом концентрация рецептора ЕР2 не изменялась, что говорит о сохранности функции ПГЕ2, а агонисты FFA4 не имели на него никакого влияния. Эти данные подтверждают, что агонисты FFA4 действуют напрямую на свой рецептор, а не через простаноидные рецепторы.
Это исследование дает первые доказательства того, что активация рецептора FFA4 может способствовать расслаблению дыхательных путей и разрешению воспаления дыхательных путей и, таким образом, может быть мишенью для лечения заболеваний дыхательных путей, связанных с бронхоконстрикцией и воспалением.
Приступ бронхиальной астмы может быть спровоцирован не только бытовой пылью или пыльцой во время цветения деревьев. Во время грозы пыльца набирает в себя много влаги, после чего разрушается на более мелкие частицы, которые не оседают в носу и беспрепятственно попадают в легкие, вызывая астматические приступы, причем иногда довольно тяжелые. Например, в 2016 году от грозовой астмы в Австралии погибли четыре человека, а сотни были госпитализированы с астматическим статусом.
Вячеслав Гоменюк
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.