IL-13 Kích Hoạt Tế Bào Lympho T2, Viêm Dị Ứng Và Hủy Hoại Do Nấm Cryptococcus neoformans Trong Phổi Chuột

Journal of Immunology - Tập 179 Số 8 - Trang 5367-5377 - 2007
Uwe Müller1, Werner Stenzel2, Gabriele Köhler3, Christoph R. Werner4, Tobias Polte4, Gesine Hansen4, Nicole Schütze1, Reinhard K. Straubinger1, Manfred Blessing1, Andrew N. J. McKenzie5, Frank Brombacher6, Gottfried Alber1
1Institute of Immunology, College of Veterinary Medicine, University of Leipzig, Leipzig, Germany
2†Institute of Neuropathology, Medical Faculty, University of Cologne, Cologne, Germany;
3‡Gerhard Domagk Institute for Pathology, University of Münster, Münster, Germany;
4§Division of Allergy and Pulmonology, Department of Pediatrics, Martin-Luther-University, Halle-Wittenberg, Halle, Germany;
5¶Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, United Kingdom; and
6Institute of Infectious Disease and Molecular Medicine, University of Cape Town, Cape Town, South Africa

Tóm tắt

Tóm tắt Trong mô hình chuột bị nhiễm nấm Cryptococcus neoformans, các phản ứng Th1 (IL-12/IFN-γ) và Th17 (IL-23/IL-17) liên quan đến sự bảo vệ, trong khi phản ứng Th2 phụ thuộc vào IL-4 làm trầm trọng thêm bệnh. Để nghiên cứu vai trò của cytokine Th2 IL-13 trong quá trình nhiễm nấm C. neoformans ở phổi, các con chuột biến đổi gen quá sản xuất IL-13 (IL-13Tg+), thiếu hụt IL-13 (IL-13−/−), và lứa rừng (WT) đã bị nhiễm qua đường mũi. Độ nhạy cảm đối với nhiễm nấm C. neoformans được phát hiện khi IL-13 được gợi lên ở chuột WT hoặc quá sản xuất ở chuột IL-13Tg+. Những con chuột IL-13Tg+ bị nhiễm đã có thời gian sống sót ngắn hơn và lượng nấm trong phổi cao hơn so với chuột WT. Ngược lại, chuột IL-13−/− bị nhiễm tỏ ra đề kháng và 89% số chuột này sống sót suốt thời gian thử nghiệm. Sản xuất IL-13 đặc hiệu với kháng nguyên bởi chuột WT và IL-13Tg+ nhạy cảm có liên quan đến sự chuyển dịch đáng kể của cytokine kiểu 2 nhưng chỉ thay đổi nhẹ trong sản xuất IFN-γ. Phù hợp với sự gia tăng sản xuất cytokine kiểu 2, mức độ IgE trong huyết thanh cao và tỉ lệ IgG2a/IgG1 trong huyết thanh thấp được phát hiện ở chuột WT và IL-13Tg+. Thú vị là, biểu hiện của IL-13 bởi chuột WT và IL-13Tg+ nhạy cảm có liên quan đến giảm sản xuất IL-17. IL-13 được phát hiện kích thích sự hình thành của các đại thực bào thay thế hoạt động với sự biểu hiện của arginaza-1, thụ thể mannose của đại thực bào (CD206), và YM1. Ngoài ra, sản xuất IL-13 dẫn đến sự tăng sinh thương tổn của bạch cầu ái toan ở phổi, tăng sinh tế bào tiêu niệt và sản xuất nhầy tăng cường, và tăng cường phản ứng quá mẫn đường hô hấp. Điều này chỉ ra rằng IL-13 góp phần gây viêm dị ứng gây tử vong trong quá trình nhiễm nấm C. neoformans.

Từ khóa

#IL-13 #nấm Cryptococcus neoformans #cytokine #macrophage #viêm dị ứng #phổi chuột

Tài liệu tham khảo

European Confederation of Medical Mycology.  2002. European Confederation of Medical Mycology (ECMM) prospective survey of cryptococcosis: report from Italy. Med. Mycol. 40: 507-517.

Criseo, G., M. S. Bolignano, F. De Leo, F. Staib. 1995. Evidence of canary droppings as an important reservoir of Cryptococcus neoformans. Zentralbl. Bakteriol. 282: 244-254.

Arasteh, K., C. Cordes, U. Futh, G. Grosse, E. Dietz, F. Staib. 1997. Co-infection by Cryptococcus neoformans and Mycobacterium avium intracellulare in AIDS: clinical and epidemiological aspects. Mycopathologia 140: 115-120.

Miller, K. D., J. A. Mican, R. T. Davey. 1996. Asymptomatic solitary pulmonary nodules due to Cryptococcus neoformans in patients infected with human immunodeficiency virus. Clin. Infect. Dis. 23: 810-812.

McAdams, H. P., M. L. Rosado-de-Christenson, P. A. Templeton, M. Lesar, C. A. Moran. 1995. Thoracic mycoses from opportunistic fungi: radiologic-pathologic correlation. Radiographics. 15: 271-286.

Walsh, T. J., A. H. Groll. 1999. Emerging fungal pathogens: evolving challenges to immunocompromised patients for the twenty-first century. Transpl. Infect. Dis. 1: 247-261.

Chretien, F., O. Lortholary, I. Kansau, S. Neuville, F. Gray, F. Dromer. 2002. Pathogenesis of cerebral Cryptococcus neoformans infection after fungemia. J. Infect. Dis. 186: 522-530.

Retini, C., T. R. Kozel, D. Pietrella, C. Monari, F. Bistoni, A. Vecchiarelli. 2001. Interdependency of interleukin-10 and interleukin-12 in regulation of T-cell differentiation and effector function of monocytes in response to stimulation with Cryptococcus neoformans. Infect. Immun. 69: 6064-6073.

Huffnagle, G. B., M. F. Lipscomb, J. A. Lovchik, K. A. Hoag, N. E. Street. 1994. The role of CD4+ and CD8+ T cells in the protective inflammatory response to a pulmonary cryptococcal infection. J. Leukocyte Biol. 55: 35-42.

Goldman, D., Y. Cho, M. Zhao, A. Casadevall, S. C. Lee. 1996. Expression of inducible nitric oxide synthase in rat pulmonary Cryptococcus neoformans granulomas. Am. J. Pathol. 148: 1275-1282.

Decken, K., G. Köhler, K. Palmer-Lehmann, A. Wunderlin, F. Mattner, J. Magram, M. K. Gately, G. Alber. 1998. Interleukin-12 is essential for a protective Th1 response in mice infected with Cryptococcus neoformans. Infect. Immun. 66: 4994-5000.

Steenbergen, J. N., H. A. Shuman, A. Casadevall. 2001. Cryptococcus neoformans interactions with amoebae suggest an explanation for its virulence and intracellular pathogenic strategy in macrophages. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98: 15245-15250.

Liu, L., R. P. Tewari, P. R. Williamson. 1999. Laccase protects Cryptococcus neoformans from antifungal activity of alveolar macrophages. Infect. Immun. 67: 6034-6039.

Kawakami, K., Y. Koguchi, M. H. Qureshi, S. Yara, Y. Kinjo, K. Uezu, A. Saito. 2000. NK cells eliminate Cryptococcus neoformans by potentiating the fungicidal activity of macrophages rather than by directly killing them upon stimulation with IL-12 and IL-18. Microbiol. Immunol. 44: 1043-1050.

Cross, C. E., H. L. Collins, G. J. Bancroft. 1997. CR3-dependent phagocytosis by murine macrophages: different cytokines regulate ingestion of a defined CR3 ligand and complement-opsonized Cryptococcus neoformans. Immunology 91: 289-296.

Kozel, T. R., A. Tabuni, B. J. Young, S. M. Levitz. 1996. Influence of opsonization conditions on C3 deposition and phagocyte binding of large- and small-capsule Cryptococcus neoformans cells. Infect. Immun. 64: 2336-2338.

Kozel, T. R.. 1993. Opsonization and phagocytosis of Cryptococcus neoformans. Arch. Med. Res. 24: 211-218.

Duro, R. M., D. Netski, P. Thorkildson, T. R. Kozel. 2003. Contribution of epitope specificity to the binding of monoclonal antibodies to the capsule of Cryptococcus neoformans and the soluble form of its major polysaccharide, glucuronoxylomannan. Clin. Diagn. Lab. Immunol. 10: 252-258.

He, W., A. Casadevall, S. C. Lee, D. L. Goldman. 2003. Phagocytic activity and monocyte chemotactic protein expression by pulmonary macrophages in persistent pulmonary cryptococcosis. Infect. Immun. 71: 930-936.

Vecchiarelli, A., D. Pietrella, F. Bistoni, T. R. Kozel, A. Casadevall. 2002. Antibody to Cryptococcus neoformans capsular glucuronoxylomannan promotes expression of interleukin-12Rβ2 subunit on human T cells in vitro through effects mediated by antigen-presenting cells. Immunology 106: 267-272.

Hidore, M. R., N. Nabavi, C. W. Reynolds, P. A. Henkart, J. W. Murphy. 1990. Cytoplasmic components of natural killer cells limit the growth of Cryptococcus neoformans. J. Leukocyte Biol. 48: 15-26.

Ma, L. L., J. C. Spurrell, J. F. Wang, G. G. Neely, S. Epelman, A. M. Krensky, C. H. Mody. 2002. CD8 T cell-mediated killing of Cryptococcus neoformans requires granulysin and is dependent on CD4 T cells and IL-15. J. Immunol. 169: 5787-5795.

Marquis, G., S. Montplaisir, M. Pelletier, S. Mousseau, P. Auger. 1985. Genetic resistance to murine cryptococcosis: increased susceptibility in the CBA/N XID mutant strain of mice. Infect. Immun. 47: 282-287.

Buchanan, K. L., H. A. Doyle. 2000. Requirement for CD4+ T lymphocytes in host resistance against Cryptococcus neoformans in the central nervous system of immunized mice. Infect. Immun. 68: 456-462.

Kawakami, K., Y. Koguchi, M. H. Qureshi, S. Yara, Y. Kinjo, A. Miyazato, A. Nishizawa, H. Nariuchi, A. Saito. 2000. Circulating soluble CD4 directly prevents host resistance and delayed-type hypersensitivity response to Cryptococcus neoformans in mice. Microbiol. Immunol. 44: 1033-1041.

Monari, C., A. Casadevall, F. Baldelli, D. Francisci, D. Pietrella, F. Bistoni, A. Vecchiarelli. 2000. Normalization of anti-cryptococcal activity and interleukin-12 production after highly active antiretroviral therapy. AIDS 14: 2699-2708.

Koguchi, Y., K. Kawakami. 2002. Cryptococcal infection and Th1-Th2 cytokine balance. Int. Rev. Immunol. 21: 423-438.

Kawakami, K., M. Tohyama, Q. Xie, A. Saito. 1996. IL-12 protects mice against pulmonary and disseminated infection caused by Cryptococcus neoformans. Clin. Exp. Immunol. 104: 208-214.

Hoag, K. A., N. E. Street, G. B. Huffnagle, M. F. Lipscomb. 1995. Early cytokine production in pulmonary Cryptococcus neoformans infections distinguishes susceptible and resistant mice. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 13: 487-495.

Hoag, K. A., M. F. Lipscomb, A. A. Izzo, N. E. Street. 1997. IL-12 and IFN-γ are required for initiating the protective Th1 response to pulmonary cryptococcosis in resistant C.B-17 mice. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 17: 733-739.

Kleinschek, M. A., U. Müller, S. J. Brodie, W. Stenzel, G. Kohler, W. M. Blumenschein, R. K. Straubinger, T. McClanahan, R. A. Kastelein, G. Alber. 2006. IL-23 enhances the inflammatory cell response in Cryptococcus neoformans infection and induces a cytokine pattern distinct from IL-12. J. Immunol. 176: 1098-1106.

Mountford, A. P., K. G. Hogg, P. S. Coulson, F. Brombacher. 2001. Signaling via interleukin-4 receptor α chain is required for successful vaccination against schistosomiasis in BALB/c mice. Infect. Immun. 69: 228-236.

McKenzie, G. J., A. Bancroft, R. K. Grencis, A. N. McKenzie. 1998. A distinct role for interleukin-13 in Th2-cell-mediated immune responses. Curr. Biol. 8: 339-342.

de Vries, J. E., J. M. Carballido, G. Aversa. 1999. Receptors and cytokines involved in allergic TH2 cell responses. J. Allergy Clin. Immunol. 103: S492-S496.

Chomarat, P., J. Banchereau. 1998. Interleukin-4 and interleukin-13: their similarities and discrepancies. Int. Rev. Immunol. 17: 1-52.

Barner, M., M. Mohrs, F. Brombacher, M. Kopf. 1998. Differences between IL-4Rα-deficient and IL-4-deficient mice reveal a role for IL-13 in the regulation of Th2 responses. Curr. Biol. 8: 669-672.

McKenzie, A. N., G. Zurawski. 1995. Interleukin-13: characterization and biologic properties. Cancer Treat. Res. 80: 367-378.

Morse, M. A., H. K. Lyerly, Y. Li. 1999. The role of IL-13 in the generation of dendritic cells in vitro. J. Immunother. 22: 506-513.

Yang, M., S. P. Hogan, P. J. Henry, K. I. Matthaei, A. N. McKenzie, I. G. Young, M. E. Rothenberg, P. S. Foster. 2001. Interleukin-13 mediates airways hyperreactivity through the IL-4 receptor-α chain and STAT-6 independently of IL-5 and eotaxin. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 25: 522-530.

Punnonen, J., G. Aversa, B. G. Cocks, A. N. McKenzie, S. Menon, G. Zurawski, R. de Waal Malefyt, J. E. de Vries. 1993. Interleukin 13 induces interleukin 4-independent IgG4 and IgE synthesis and CD23 expression by human B cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 3730-3734.

Bancroft, A. J., A. N. McKenzie, R. K. Grencis. 1998. A critical role for IL-13 in resistance to intestinal nematode infection. J. Immunol. 160: 3453-3461.

Kumar, R. K., C. Herbert, M. Yang, A. M. Koskinen, A. N. McKenzie, P. S. Foster. 2002. Role of interleukin-13 in eosinophil accumulation and airway remodelling in a mouse model of chronic asthma. Clin. Exp. Allergy. 32: 1104-1111.

Herrick, C. A., L. Xu, A. N. McKenzie, R. E. Tigelaar, K. Bottomly. 2003. IL-13 is necessary, not simply sufficient, for epicutaneously induced Th2 responses to soluble protein antigen. J. Immunol. 170: 2488-2495.

Grünig, G., M. Warnock, A. E. Wakil, R. Venkayya, F. Brombacher, D. M. Rennick, D. Sheppard, M. Mohrs, D. D. Donaldson, R. M. Locksley, D. B. Corry. 1998. Requirement for IL-13 independently of IL-4 in experimental asthma. Science 282: 2261-2263.

Cohn, L., R. J. Homer, H. MacLeod, M. Mohrs, F. Brombacher, K. Bottomly. 1999. Th2-induced airway mucus production is dependent on IL-4Rα, but not on eosinophils. J. Immunol. 162: 6178-6183.

Gordon, S.. 2003. Alternative activation of macrophages. Nat. Rev. Immunol. 3: 23-35.

Holscher, C., B. Arendse, A. Schwegmann, E. Myburgh, F. Brombacher. 2006. Impairment of alternative macrophage activation delays cutaneous leishmaniasis in nonhealing BALB/c mice. J. Immunol. 176: 1115-1121.

Kropf, P., J. M. Fuentes, E. Fahnrich, L. Arpa, S. Herath, V. Weber, G. Soler, A. Celada, M. Modolell, I. Muller. 2005. Arginase and polyamine synthesis are key factors in the regulation of experimental leishmaniasis in vivo. FASEB J. 19: 1000-1002.

Arora, S., Y. Hernandez, J. R. Erb-Downward, R. A. McDonald, G. B. Toews, G. B. Huffnagle. 2005. Role of IFN-γ in regulating T2 immunity and the development of alternatively activated macrophages during allergic bronchopulmonary mycosis. J. Immunol. 174: 6346-6356.

Kawakami, K., M. Hossain Qureshi, T. Zhang, Y. Koguchi, Q. Xie, M. Kurimoto, A. Saito. 1999. Interleukin-4 weakens host resistance to pulmonary and disseminated cryptococcal infection caused by combined treatment with interferon-γ-inducing cytokines. Cell Immunol. 197: 55-61.

Blackstock, R., J. W. Murphy. 2004. Role of interleukin-4 in resistance to Cryptococcus neoformans infection. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 30: 109-117.

Emson, C. L., S. E. Bell, A. Jones, W. Wisden, A. N. McKenzie. 1998. Interleukin (IL)-4-independent induction of immunoglobulin (Ig)E, and perturbation of T cell development in transgenic mice expressing IL-13. J. Exp. Med. 188: 399-404.

Hamelmann, E., J. Schwarze, K. Takeda, A. Oshiba, G. L. Larsen, C. G. Irvin, E. W. Gelfand. 1997. Noninvasive measurement of airway responsiveness in allergic mice using barometric plethysmography. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 156: 766-775.

Flesch, I. E., G. Schwamberger, S. H. Kaufmann. 1989. Fungicidal activity of IFN-γ-activated macrophages: extracellular killing of Cryptococcus neoformans. J. Immunol. 142: 3219-3224.

Hernandez, Y., S. Arora, J. R. Erb-Downward, R. A. McDonald, G. B. Toews, G. B. Huffnagle. 2005. Distinct roles for IL-4 and IL-10 in regulating T2 immunity during allergic bronchopulmonary mycosis. J. Immunol. 174: 1027-1036.

Goldman, D. L., J. Davis, F. Bommarito, X. Shao, A. Casadevall. 2006. Enhanced allergic inflammation and airway responsiveness in rats with chronic Cryptococcus neoformans infection: potential role for fungal pulmonary infection in the pathogenesis of asthma. J. Infect. Dis. 193: 1178-1186.

Bourreau, E., G. Prévot, R. Pradinaud, P. Launois. 2001. Interleukin (IL)-13 is the predominant Th2 cytokine in localized cutaneous leishmaniasis lesions and renders specific CD4+ T cells unresponsive to IL-12. J. Infect. Dis. 183: 953-959.

Matthews, D. J., C. L. Emson, G. J. McKenzie, H. E. Jolin, J. M. Blackwell, A. N. McKenzie. 2000. IL-13 is a susceptibility factor for Leishmania major infection. J. Immunol. 164: 1458-1462.

Brombacher, F.. 2003. Interleukin-13 Eurekah Landes Bioscience, Georgetown, TX.

Huffnagle, G. B., M. B. Boyd, N. E. Street, M. F. Lipscomb. 1998. IL-5 is required for eosinophil recruitment, crystal deposition, and mononuclear cell recruitment during a pulmonary Cryptococcus neoformans infection in genetically susceptible mice (C57BL/6). J. Immunol. 160: 2393-2400.

Alexander, J., F. Brombacher, H. A. McGachy, A. N. McKenzie, W. Walker, K. C. Carter. 2002. An essential role for IL-13 in maintaining a non-healing response following Leishmania mexicana infection. Eur. J. Immunol. 32: 2923-2933.

Kleinschek, M. A., A. M. Owyang, B. Joyce-Shaikh, C. L. Langrish, Y. Chen, D. M. Gorman, W. M. Blumenschein, T. McClanahan, F. Brombacher, S. D. Hurst, et al 2007. IL-25 regulates Th17 function in autoimmune inflammation. J. Exp. Med. 204: 161-170.

Schnyder-Candrian, S., D. Togbe, I. Couillin, I. Mercier, F. Brombacher, V. Quesniaux, F. Fossiez, B. Ryffel, B. Schnyder. 2006. Interleukin-17 is a negative regulator of established allergic asthma. J. Exp. Med. 203: 2715-2725.

Gross, N. T., K. Nessa, P. Camner, M. Chinchilla, C. Jarstrand. 1997. Interaction between Cryptococcus neoformans and alveolar macrophages. J. Med. Vet. Mycol. 35: 263-269.

Reardon, C. C., S. J. Kim, R. P. Wagner, H. Koziel, H. Kornfeld. 1996. Phagocytosis and growth inhibition of Cryptococcus neoformans by human alveolar macrophages: effects of HIV-1 infection. AIDS 10: 613-618.

Banks, I. R., C. A. Specht, M. J. Donlin, K. J. Gerik, S. M. Levitz, J. K. Lodge. 2005. A chitin synthase and its regulator protein are critical for chitosan production and growth of the fungal pathogen Cryptococcus neoformans. Eukaryot. Cell 4: 1902-1912.

Reese, T. A., H. E. Liang, A. M. Tager, A. D. Luster, N. Van Rooijen, D. Voehringer, R. M. Locksley. 2007. Chitin induces accumulation in tissue of innate immune cells associated with allergy. Nature 447: 92-96.

Leeto, M., D. R. Herbert, R. Marillier, A. Schwegmann, L. Fick, F. Brombacher. 2006. TH1-dominant granulomatous pathology does not inhibit fibrosis or cause lethality during murine schistosomiasis. Am. J. Pathol. 169: 1701-1712.

Brombacher, F.. 2000. The role of interleukin-13 in infectious diseases and allergy. Bioessays 22: 646-656.

Guo, L., J. Hu-Li, J. Zhu, C. Pannetier, C. Watson, G. J. McKenzie, A. N. McKenzie, W. E. Paul. 2001. Disrupting Il13 impairs production of IL-4 specified by the linked allele. Nat. Immunol. 2: 461-466.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Immunology

Tập 179 Số 8

5367-5377

Thông tin tác giả