Jesień i zima są związane z większą częstością występowania infekcji górnych dróg oddechowych, takich jak przeziębienie i grypa, ze względu na zwiększone przenoszenie wirusów oddechowych. Chociaż niższe temperatury i niska wilgotność są związane ze zwiększoną podatnością na wirusy układu oddechowego, mechanizmy biologiczne leżące u podstaw tego związku nie są do końca zrozumiałe. Niedawne badania wykazały, że niskie temperatury prowadzą do osłabienia odpowiedzi immunologicznej wywoływanej przez komórki w jamie nosowej na wirusy, co wyjaśnia, dlaczego ludzie są bardziej podatni na infekcje górnych dróg oddechowych w niższych temperaturach.
Nos: brama dla wirusów?
Poprzednie badania przeprowadzone przez obecnego autora wykazały, że jeden ze składników odpowiedzi immunologicznej przeciwko wirusom układu oddechowego polega na uwalnianiu przez komórki wyściełające jamę nosową rojów cząstek związanych z błoną, zwanych pęcherzykami zewnątrzkomórkowymi. To cząsteczki związane z błoną, które mogą przenosić ładunek DNA, RNA i białek i są uwalniane przez większość typów komórek i pomagają wytworzyć odpowiedź przeciwwirusową. W nosie cząsteczki te mogą zapobiegać wiązaniu się wirusów z niezainfekowanymi komórkami lub przenoszeniu ich ładunku do niezainfekowanych komórek i modulowaniu ich odpowiedzi immunologicznej. W przeprowadzonym badaniu temperatury podobne do zimowych osłabiały działanie układu odpornościowego. 5-stopniowy spadek temperatury w jamie nosowej osłabił uwalnianie pęcherzyków zewnątrzkomórkowych i reakcję przeciwwirusową, wyjaśniając zwiększoną podatność na przeziębienia w zimie.
Niższe temperatury i odpowiedź immunologiczna
Poprzednie badania wykazały, że infekcje górnych dróg oddechowych, w tym przeziębienie i grypa, są częstsze w chłodniejszych porach roku. Przypisuje się to wzrostowi przenoszenia wirusów górnych dróg oddechowych w wyniku zmian temperatury i wilgotności oraz zachowań ludzi, takich jak spędzanie większej ilości czasu w pomieszczeniach. Jednak nowsze badania sugerują, że niskie temperatury mogą osłabić odpowiedź immunologiczną wywoływaną przez górne drogi oddechowe na te wirusy, powodując zwiększoną podatność na infekcje. Ze względu na bliskość środowiska zewnętrznego jama nosowa jest bardziej wrażliwa na zmiany temperatury otoczenia niż reszta ciała, w tym płuca. Poprzednie badanie wykazało, że rinowirusy, najczęstsza przyczyna infekcji górnych dróg oddechowych, mogą replikować się wydajniej w niższych temperaturach w jamie nosowej niż w wyższych temperaturach. Jednak mechanizmy łączące zmiany czynników środowiskowych ze zwiększoną podatnością na przeziębienie nie są dobrze opracowane. W niniejszym badaniu naukowcy zbadali więc, w jaki sposób zmiany temperatury mogą modulować odpowiedź immunologiczną wywoływaną przez górne drogi oddechowe.
Rola pęcherzyków pozakomórkowych
Jama nosowa jest wyłożona błoną śluzową nosa lub błoną śluzową, która wydziela śluz. Błona śluzowa nosa jest pierwszym miejscem kontaktu z wdychanymi drobnoustrojami oddechowymi i odgrywa kluczową rolę w ochronie przed infekcją. Błona śluzowa nosa może fizycznie zapobiegać przedostawaniu się drobnoustrojów, a także wydzielać cząsteczki o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych w śluzie. Komórki nabłonka nosa, które są częścią błony śluzowej, również na swojej powierzchni wyrażają receptory toll-like (TLR), które mogą aktywować wrodzoną odpowiedź immunologiczną. Wrodzona odpowiedź immunologiczna jest pierwszą linią obrony przed patogenami. TLR mogą rozpoznawać wzorce strukturalne w toksynach lub białkach drobnoustrojów i wyzwalać odpowiedź immunologiczną poprzez stymulowanie produkcji białek odpornościowych. We wcześniejszych badaniach autorzy obecnego badania wykazali, że aktywacja TLR4, typu receptora toll-like aktywowanego przez toksyny bakteryjne, może stymulować uwalnianie roju pęcherzyków zewnątrzkomórkowych. Mogą one przenosić białka, które będą się wiązać i neutralizować drobnoustroje, a ponadto mogą przekazywać swój ładunek sąsiednim lub bardziej odległym komórkom w celu wzmocnienia odpowiedzi immunologicznej.
Działanie przeciwwirusowe
Autorzy badania najpierw scharakteryzowali rolę pęcherzyków zewnątrzkomórkowych wytwarzanych po aktywacji TLR w pośredniczeniu w odpowiedzi immunologicznej przeciwko wirusom układu oddechowego. Przeprowadzili te eksperymenty, używając ludzkich komórek nabłonka nosa hodowanych w laboratorium. Stymulowali TLR3 za pomocą kwasu poliinozynowego policytydylowego (poli I:C), który jest substancją przypominającą wirusowe RNA. Stymulacja TLR3 zwiększyła wydzielanie pęcherzyków zewnątrzkomórkowych przez komórki nabłonka nosa. Następnie naukowcy wyizolowali i oczyścili te stymulowane TLR3 i przetestowali ich aktywność przeciwwirusową przeciwko trzem powszechnym wirusom układu oddechowego – rinowirusom RV-1B i RV-16 oraz koronawirusowi CoV-OC43. Naukowcy odkryli, że ekspozycja na izolowane pęcherzyki zewnątrzkomórkowe stymulowane TLR3 hamowała infekcję hodowanych ludzkich komórek nabłonka nosa przez te wirusy układu oddechowego. Oznaczając pęcherzyki zewnątrzkomórkowe znacznikiem fluorescencyjnym, naukowcy odkryli, że izolowane pęcherzyki stymulowane TLR3 były internalizowane przez inne komórki nabłonka nosa, które nie były narażone na działanie poli I:C. Innymi słowy, ładunek ten może dotrzeć do niezainfekowanych komórek. Poprzednie badania wykazały również, że pęcherzyki zewnątrzkomórkowe mogą wyrażać receptory na powierzchni komórki, które są wykorzystywane przez wirusy do przedostania się do komórki. Wyrażone receptory mogą działać jak wabiki i zmniejszać liczbę cząstek wirusa, które mogą później infekować komórki.
Wpływ niskich temperatur otoczenia
Następnie naukowcy zbadali wpływ niskich temperatur otoczenia na tę przeciwwirusową odpowiedź immunologiczną. Po raz pierwszy zastosowali endoskopię do oceny zmian temperatury wewnątrz jamy nosowej zdrowych osób w odpowiedzi na niskie temperatury zwykle obserwowane zimą. Spadek temperatury otoczenia z 23,3 do 4,4 stopni Celsjusza wiązał się ze spadkiem temperatury wewnątrz jamy nosowej o około 5 stopni Celsjusza. Naukowcy symulowali ten spadek temperatury w nosie o 5 stopni Celsjusza w laboratorium, hodując ludzkie komórki błony śluzowej nosa w temperaturze 32 stopni Celsjusza zamiast 37 stopni Celsjusza. Obniżenie temperatury zmniejszyło uwalnianie pęcherzyków zewnątrzkomórkowych w odpowiedzi na stymulację TLR3. Eksplantaty tkanki ludzkiej błony śluzowej nosa, które są kawałkami tkanki nosa zamiast komórek hodowanych w laboratorium, również wykazały podobny spadek wydzielania pęcherzyków w temperaturze 32 stopni Celsjusza w porównaniu z 37 stopniami Celsjusza. Wyniki te mogą ułatwić lepsze zrozumienie infekcji dróg oddechowych, a także innych schorzeń.
Bibliografia:
Źródło grafiki: pixabay.com
Więcej komentarzy...