cfpdБюллетень физиологии и патологии дыханияBulletin Physiology and Pathology of Respiration1998-5029Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания10.36604/1998-5029-2023-88-17-26cfpd-1093Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHПровоспалительная активность макрофагов больных ХОБЛ в эксперименте in vitroPro-inflammatory activity of COPD macrophages in the in vitro experimentСугайлоИ. Ю.SugayloI. Yu.

Ивана Юрьевна Сугайло, канд. мед. наук, младший научный сотрудник, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований, 

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22

Ivana Yu. Sugaylo, PhD (Med.), Junior Staff Scientist, Laboratory of Molecular and Translational Research 

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

ivanka_888@mail.ruНаумовД. Е.NaumovD. E.

Денис Евгеньевич Наумов, канд. мед. наук, зав. лабораторией, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований, 

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22

Denis E. Naumov, PhD (Med.), Head of Laboratory of Molecular and Translational Research 

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

denn1985@bk.ruГассанД. А.GassanD. A.

Дина Анатольевна Гассан, канд. мед. наук, научный сотрудник, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований, 

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22

Dina A. Gassan, PhD (Med.), Staff Scientist, Laboratory of Molecular and Translational Research 

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

dani-shi@mail.ruКотоваО. О.KotovaO. O.

Олеся Олеговна Котова, канд. мед. наук, младший научный сотрудник, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований, 

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22

Olesya O. Kotova, PhD (Med.), Junior Staff Scientist, Laboratory of Molecular and Translational Research 

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

foxy_voxy_on@mail.ruГорчаковаЯ. Г.GorchakovaY. G.

Яна Геннадьевна Горчакова, лаборант-исследователь, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований, 

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22

Yana G. Gorchakova, Research Laboratory Assistant, Laboratory of Molecular and Translational Research 

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000 

yana.janet.gorchakova@gmail.comФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания»Far Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration2023300620230881726Copyright © Сугайло И.Ю., Наумов Д.Е., Гассан Д.А., Котова О.О., Горчакова Я.Г., 20232023Сугайло И.Ю., Наумов Д.Е., Гассан Д.А., Котова О.О., Горчакова Я.Г.Sugaylo I.Y., Naumov D.E., Gassan D.A., Kotova O.O., Gorchakova Y.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cfpd.elpub.ru/jour/article/view/1093

Введение. Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) – тяжелое прогрессирующее заболевание, характеризующееся необратимой обструкцией дыхательных путей и эмфиземой. Длительное воздействие ингаляционных токсикантов запускает необратимые процессы, приводящие к аберрантной поляризации макрофагов и дефектному фагоцитозу, нарушению баланса про- и противовоспалительных цитокинов. Цель. Изучить особенности ответа макрофагов больных ХОБЛ на действие про- и противовоспалительных стимулов. Материалы и методы. В исследование было включено 8 больных ХОБЛ и 6 лиц контрольной группы. Всем лицам выполняли клинико-функциональное обследование и забор периферической венозной крови для получения моноцитов. Клетки культивировали в присутствии 50 нг/мл гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора в течение 6 суток, а затем проводили поляризацию полученных недифференцированных М0 макрофагов в провоспалительные (М1) и противовоспалительные (М2), добавляя липополисахариды E. coli (LPS) 100 нг/мл и рекомбинантный человеческий интерферон гамма (IFN-γ) 20 нг/мл, либо интерлейкин 4 (IL-4) 20 нг/мл, соответственно. Анализ цитокинов выполняли в супернатанте культуральной среды методом мультиплексного анализа на проточном цитометре. Результаты. В неполяризованном состоянии (M0) клетки больных ХОБЛ и лиц контрольной группы не отличались по уровню продукции цитокинов. При этом в присутствии LPS/IFN-γ у больных ХОБЛ отмечалось более выраженное увеличение концентрации провоспалительного CXCL10 по сравнению с контрольной группой (в 104,5 раз против 41,6 раз, р=0,04), а в группе контроля, напротив, в большей степени возрастала продукция противовоспалительного IL-10 (в 99,6 раз против 30,5 раз, р=0,06). Действие IL-4 на клетки больных ХОБЛ сопровождалось более заметным снижением IL-6, TNF-α, IL-8 по сравнению с группой здоровых лиц. Заключение. Макрофаги больных ХОБЛ характеризуются повышенной чувствительностью к поляризующим стимулам: при M1 стимуляции отмечается повышенная провоспалительная активность, а в условиях M2 дифференцировки, напротив, происходит более активное торможение продукции ряда провоспалительных медиаторов.

Introduction. Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a severe, progressive disease characterized by irreversible airway obstruction and emphysema. Prolonged exposition to airborne toxicants triggers irreversible processes leading to aberrant polarization of macrophages and defective phagocytosis, imbalance of pro- and anti-inflammatory cytokines. Aim. To study the features of the reaction of macrophages in COPD patients to the action of pro- and anti-inflammatory stimuli. Materials and methods. The study included 8 COPD patients and 6 control subjects. All persons underwent clinical and functional examination and sampling of peripheral venous blood for the isolation of monocytes. Cells had been cultured with 50 ng/mL granulocyte-macrophage colony-stimulating factor for 6 days, and then were polarized into pro-inflammatory (M1) and anti-inflammatory (M2) macrophages by adding E. coli lipopolysaccharides (LPS) 100 ng/mL and recombinant human interferon gamma (IFN-γ) 20 ng/ml, or interleukin 4 (IL-4) 20 ng/ml, respectively. Cytokine analysis was performed in the culture medium supernatant by multiplex analysis on a flow cytometer. Results. In the non-polarized state (M0), cells of COPD patients and the control group did not differ in the rate of cytokine production. At the same time, under LPS/IFN-γ stimulation a more pronounced increase in pro-inflammatory CXCL10 was observed in patients with COPD as compared with the control group (104.5-fold vs. 41.6-fold, p=0.04), and in the control group, on the contrary, the production of anti-inflammatory IL-10 was increased to a greater extent (99.6-fold vs. 30.5- fold, p=0.06). The effect of IL-4 on COPD macrophages was accompanied by a more pronounced decrease in IL-6, TNFα and IL-8 as compared to the group of healthy subjects. Conclusion. COPD macrophages are characterized by increased sensitivity to polarizing stimuli: under M1 stimulation we observed increased pro-inflammatory activity and under conditions of M2 differentiation, on the contrary, more pronounced inhibition of pro-inflammatory mediators occurred. 

ХОБЛмакрофагиполяризацияцитокиныCOPDmacrophagespolarizationcytokinesReferencesAntwi G.O., Rhodes D.L. Association between E-cigarette use and chronic obstructive pulmonary disease in nonasthmatic adults in the USA // J. Public Health. 2022. Vol.44, Iss.1, P.158–164, https://doi.org/10.1093/pubmed/fdaa229Antwi G.O., Rhodes D.L. Association between E-cigarette use and chronic obstructive pulmonary disease in nonasthmatic adults in the USA. J. Public Health. 2022; 44(1):158–164, https://doi.org/10.1093/pubmed/fdaa229O'Farrell H.E., Brown R., Brown Z., Miljevic B., Ristovski Z.D., Bowman R.V., Fong K.M., Vaughan A., Yang I.A. E-cigarettes induce toxicity comparable to tobacco cigarettes in airway epithelium from patients with COPD // Toxicol. in Vitro. 2021. Vol.75. Article number: 105204. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2021.105204O'Farrell H.E., Brown R., Brown Z., Miljevic B., Ristovski Z.D., Bowman R.V., Fong K.M., Vaughan A., Yang I.A. E-cigarettes induce toxicity comparable to tobacco cigarettes in airway epithelium from patients with COPD. Toxicol. in Vitro 2021; 75:105204. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2021.105204Walter C.M., Schneider-Futschik E.K., Knibbs L.D., Irving L.B. Health impacts of bushfire smoke exposure in Australia // Respirology. 2020. Vol.25, Iss.5. P.495–501. https://doi.org/10.1111/resp.13798Walter C.M., Schneider-Futschik E.K., Knibbs L.D., Irving L.B. Health impacts of bushfire smoke exposure in Australia. Respirology 2020; 25(5):495–501. https://doi.org/10.1111/resp.13798Gould G.S., Hurst J.R., Trofor A., Alison J.A., Fox G., Kulkarni M.M., Wheelock C.E., Clarke M., Kumar R. Recognising the importance of chronic lung disease: a consensus statement from the Global Alliance for Chronic Diseases (Lung Diseases group) // Respir. Res. 2023. Vol.24, Iss.1. Article number: 15. https://doi.org/10.1186/s12931-022-02297-yGould G.S., Hurst J.R., Trofor A., Alison J.A., Fox G., Kulkarni M.M., Wheelock C.E., Clarke M., Kumar R. Recognising the importance of chronic lung disease: a consensus statement from the Global Alliance for Chronic Diseases (Lung Diseases group). Respir. Res. 2023; 24(1):15. https://doi.org/10.1186/s12931-022-02297-yMills C.D., Kincaid K., Alt J.M., Heilman M.J., Hill A.M. M-1/M-2 macrophages and the Th1/Th2 paradigm // J. Immunol. 2000. Vol.164, Iss.12. P.6166–6173. https://doi.org/10.4049/jimmunol.164.12.6166Mills C.D., Kincaid K., Alt J.M., Heilman M.J., Hill A.M. M-1/M-2 macrophages and the Th1/Th2 paradigm. J. Immunol. 2000; 164(12):6166–6173. https://doi.org/10.4049/jimmunol.164.12.6166Deng L., Jian Z., Xu T., Li F., Deng H., Zhou Y., Lai S., Xu Z., Zhu L. Macrophage Polarization: An Important Candidate Regulator for Lung Diseases // Molecules. 2023. Vol.28, Iss.5. Article number: 2379. https://doi.org/10.3390/molecules28052379Deng L., Jian Z., Xu T., Li F., Deng H., Zhou Y., Lai S., Xu Z., Zhu L. Macrophage Polarization: An Important Candidate Regulator for Lung Diseases. Molecules 2023; 28(5):2379. https://doi.org/10.3390/molecules28052379Liu M., Guo S., Hibbert J.M., Jain V., Singh N., Wilson N.O., Stiles J.K. CXCL10/IP-10 in infectious diseases pathogenesis and potential therapeutic implications // Cytokine Growth Factor Rev. 2011. Vol.22, Iss.3. P.121–130. https://doi.org/10.1016/j.cytogfr.2011.06.001Liu M., Guo S., Hibbert J.M., Jain V., Singh N., Wilson N.O., Stiles J.K. CXCL10/IP-10 in infectious diseases pathogenesis and potential therapeutic implications. Cytokine Growth Factor Rev. 2011; 22(3):121–130. https://doi.org/10.1016/j.cytogfr.2011.06.001Jing H., Liu L., Zhou J., Yao H. Inhibition of C-X-C Motif Chemokine 10 (CXCL10) Protects Mice from Cigarette Smoke-Induced Chronic Obstructive Pulmonary Disease // Med. Sci. Monit. 2018. Vol.24. P.5748–5753. https://doi.org/10.12659/MSM.909864Jing H., Liu L., Zhou J., Yao H. Inhibition of C-X-C Motif Chemokine 10 (CXCL10) Protects Mice from Cigarette Smoke-Induced Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Med. Sci. Monit. 2018; 24:5748–5753. https://doi.org/10.12659/MSM.909864Takanashi S., Hasegawa Y., Kanehira Y., Yamamoto K., Fujimoto K., Satoh K., Okamura K. Interleukin-10 level in sputum is reduced in bronchial asthma, COPD and in smokers // Eur. Respir. J. 1999. Vol.14, Iss.2. P.309–314. https://doi.org/10.1034/j.1399-3003.1999.14b12.xTakanashi S., Hasegawa Y., Kanehira Y., Yamamoto K., Fujimoto K., Satoh K., Okamura K. Interleukin-10 level in sputum is reduced in bronchial asthma, COPD and in smokers. Eur. Respir. J. 1999; 14(2):309–314. https://doi.org/10.1034/j.1399-3003.1999.14b12.xSilva B.S.A., Lira F.S., Ramos D., Uzeloto J.S., Rossi F.E., Freire A.P.C.F., Silva R.N., Trevisan I.B., Gobbo L.A., Ramos E.M.C. Severity of COPD and its relationship with IL-10 // Cytokine. 2018. Vol.106. P.95–100. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2017.10.018Silva B.S.A., Lira F.S., Ramos D., Uzeloto J.S., Rossi F.E., Freire A.P.C.F., Silva R.N., Trevisan I.B., Gobbo L.A., Ramos E.M.C. Severity of COPD and its relationship with IL-10. Cytokine 2018; 106:95–100. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2017.10.018Tebo J.M., Kim H.S., Gao J., Armstrong D.A., Hamilton T.A. Interleukin-10 suppresses IP-10 gene transcription by inhibiting the production of class I interferon // Blood. 1998. Vol.92, Iss.12. P.4742–4749. PMID: 9845540.Tebo J.M., Kim H.S., Gao J., Armstrong D.A., Hamilton T.A. Interleukin-10 suppresses IP-10 gene transcription by inhibiting the production of class I interferon. Blood 1998; 92(12):4742–4749. PMID: 9845540.Nourian Y.H., Salimian J., Ahmadi A., Salehi Z., Karimi M., Emamvirdizadeh A., Azimzadeh Jamalkandi S., Ghanei M. cAMP-PDE signaling in COPD: Review of cellular, molecular and clinical features // Biochem. Biophys. Rep. 2023. Vol.34. Article number: 101438. https://doi.org/10.1016/j.bbrep.2023.101438Nourian Y.H., Salimian J., Ahmadi A., Salehi Z., Karimi M., Emamvirdizadeh A., Azimzadeh Jamalkandi S., Ghanei M. cAMP-PDE signaling in COPD: Review of cellular, molecular and clinical features. Biochem. Biophys. Rep. 2023; 34:101438. https://doi.org/10.1016/j.bbrep.2023.101438Wu H., Ma H., Wang L., Zhang H., Lu L., Xiao T., Cheng C., Wang P., Yang Y., Wu M., Wang S., Zhang J., Liu Q. Regulation of lung epithelial cell senescence in smoking-induced COPD/emphysema by microR-125a-5p via Sp1 mediation of SIRT1/HIF-1a // Int. J. Biol. Sci. 2022. Vol.18, Iss.2. P.661–674. https://doi.org/10.7150/ijbs.65861Wu H., Ma H., Wang L., Zhang H., Lu L., Xiao T., Cheng C., Wang P., Yang Y., Wu M., Wang S., Zhang J., Liu Q. Regulation of lung epithelial cell senescence in smoking-induced COPD/emphysema by microR-125a-5p via Sp1 mediation of SIRT1/HIF-1a. Int. J. Biol. Sci. 2022; 18(2):661–674. https://doi.org/10.7150/ijbs.65861Ernst O., Glucksam-Galnoy Y., Bhatta B., Athamna M., Ben-Dror I., Glick Y., Gerber D., Zor T. Exclusive Temporal Stimulation of IL-10 Expression in LPS-Stimulated Mouse Macrophages by cAMP Inducers and Type I Interferons // Front. Immunol. 2019. Vol.10. Article number: 1788. https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.01788Ernst O., Glucksam-Galnoy Y., Bhatta B., Athamna M., Ben-Dror I., Glick Y., Gerber D., Zor T. Exclusive Temporal Stimulation of IL-10 Expression in LPS-Stimulated Mouse Macrophages by cAMP Inducers and Type I Interferons. Front. Immunol. 2019; 10:1788. https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.01788Singh R., Belchamber K.B.R., Fenwick P.S., Chana K., Donaldson G., Wedzicha J.A., Barnes P.J., Donnelly L.E.; COPDMAP consortium. Defective monocyte-derived macrophage phagocytosis is associated with exacerbation frequency in COPD // Respir. Res. 2021. Vol.22, Iss.1. Article number: 113. https://doi.org/10.1186/s12931-021-01718-8Singh R., Belchamber K.B.R., Fenwick P.S., Chana K., Donaldson G., Wedzicha J.A., Barnes P.J., Donnelly L.E.; COPDMAP consortium. Defective monocyte-derived macrophage phagocytosis is associated with exacerbation frequency in COPD. Respir. Res. 2021; 22(1):113. https://doi.org/10.1186/s12931-021-01718-8Виткина Т.И., Денисенко Ю.К., Давыдова К.А. Изменение профиля цитокинов при прогрессировании хронической обструктивной болезни легких // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. №7-3(49). С.6–8. EDN: WEYKKT. https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.49.024Vitkina T.I., Denisenko Yu.K., Davydova K.A. The changes in the profile of cytokines in progressing chronic obstructive pulmonary disease. Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatel'skiy zhurnal = International Research Journal 2016; (7-3):6–8. https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.49.024Dey S., Eapen M.S., Chia C., Gaikwad A.V., Wark P.A.B., Sohal S.S. Pathogenesis, clinical features of asthma COPD overlap, and therapeutic modalities // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2022. Vol.322, Iss.1. P.L64–L83. https://doi.org/10.1152/ajplung.00121.2021Dey S., Eapen M.S., Chia C., Gaikwad A.V., Wark P.A.B., Sohal S.S. Pathogenesis, clinical features of asthma COPD overlap, and therapeutic modalities. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2022; 322(1):L64–L83. https://doi.org/10.1152/ajplung.00121.2021Абдурахманова И.С., Никуличева В.И., Вагапова Д.Р., Еникеев О.А. Характер экспрессии провоспалительных цитокинов у больных хронической обструктивной болезнью легких // Саратовский научно-медицинский журнал. 2010. №2. С.314–317. EDN: MWJMJZ.Abdutakhmanova I.S., Nikulicheva V.I., Vagapova D.R., Enikeev O.A. [Proinflammatory cytokine expression in patients with chronic obstructive pulmonary disease]. Saratov Journal of Medical Scientific Research 2010; (2):314–317 (in Russian).Трушина Е.Ю., Костина Е.М., Молотилов Б.А., Типикин В.А., Баранова Н.И. Роль цитокинов IL-4, IL-6, IL-8, IL-10 в иммунопатогенезе хронической обструктивной болезни легких // Медицинская иммунология. 2019. Т.21, №1. С.89–98. EDN: YXRXVZ. https://doi.org/10.15789/1563-0625-2019-1-89-98Trushina E.Yu., Kostina E.M., Molotilov B.A., Tipikin V.A., Baranova N.I. [Role of IL-4, IL-6, IL-8, IL-10 cytokines in the immunopathogenesis of chronic obstructive pulmonary disease]. Medical Immunology (Russia) 2019; 21(1):89–98 (in Russian). https://doi.org/10.15789/1563-0625-2019-1-89-98Yi S., Jiang X., Tang X., Li Y., Xiao C., Zhang J., Zhou T. IL-4 and IL-10 promotes phagocytic activity of microglia by up-regulation of TREM2 // Cytotechnology. 2020. Vol.72, Iss.4. P.589–602. https://doi.org/10.1007/s10616-020-00409-4Yi S., Jiang X., Tang X., Li Y., Xiao C., Zhang J., Zhou T. IL-4 and IL-10 promotes phagocytic activity of microglia by up-regulation of TREM2. Cytotechnology 2020; 72(4):589–602. https://doi.org/10.1007/s10616-020-00409-4

The authors declare that there are no conflicts of interest present.