cfpdБюллетень физиологии и патологии дыханияBulletin Physiology and Pathology of Respiration1998-5029Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания10.36604/1998-5029-2021-82-28-36cfpd-978Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHTRPA1-опосредованные эффекты на функциональную активность макрофагов при действии сигаретного дыма и циннамальдегидаTRPA1-mediated effects on the functional activity of macrophages under the exposure with cigarette smoke and cinnamaldehydeСугайлоИ. Ю.SugayloI. Yu.

Ивана Юрьевна Сугайло, аспирант, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22

Ivana Yu. Sugaylo, PhD Student, Laboratory of Molecular and TranslationalResearch

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.ruКотоваО. О.KotovaO. O.

Олеся Олеговна Котова, младший научный сотрудник, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22

Olesya O. Kotova, Junior Staff Scientist,, Laboratory of Molecular andTranslational Research

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

foxy_voxy_on@mail.ruГассанД. А.Gassan,D. 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.ruГорчаковаЯ. Г.GorchakovaYa. 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 Respiration2021221220210822836Copyright © Сугайло И.Ю., Наумов Д.Е., Котова О.О., Гассан Д.А., Горчакова Я.Г., 20212021Сугайло И.Ю., Наумов Д.Е., Котова О.О., Гассан Д.А., Горчакова Я.Г.Sugaylo I.Y., Naumov D.E., Kotova O.O., Gassan, D.A., 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/978

Введение. Являясь основной причиной развития ХОБЛ, курение представляет серьезную проблему для здравоохранения. Попадая в дыхательные пути, сигаретный дым вступает в контакт с различными клетками, в том числе макрофагами, на поверхности которых экспрессированы рецепторы TRPA1, чувствительные к основным патогенным соединениям, образующимся при сгорании табака. Цель. Изучить функциональную активность каналов TRPA1 на макрофагах в аспекте формирования реакции клеток на сигаретный дым и агонист TRPA1 – циннамальдегид (ЦА). Материалы и методы. Экспериментальные условия включали воздействие на макрофаги, дифференцированные из моноцитов, ЦА (100 мкМ), 4% экстракта сигаретного дыма (ЭСД) и 4% ЭСД после предварительной экспозиции с селективным антагонистом TRPA1 (HC-030031 100 мкМ). Концентрацию цитокинов в культуральной среде, экспрессию TRPA1 на поверхности клеток, а также фагоцитарную активность макрофагов анализировали методом проточной цитометрии. Результаты. Мы обнаружили, что 60,2 (49,6; 71,8)% клеток экспрессировали TRPA1, и их число возрастало после экспозиции с ЦА. ЭСД значимо угнетал продукцию CXCL10 с 1121,3 (295,7; 3154,6) пг/мл до 187,9 (113,8; 398,3) пг/мл (p=0,04), что частично предотвращалось блокированием TRPA1 (692,4 [428,6; 2916,6] пг/мл, p=0,04). ЦА также вызывал снижение концентрации CXCL10 подобно ЭСД (189,2 [111,7; 311,3] пг/мл, p=0,03). Среди прочих наблюдений было увеличение концентрации IL-1β при действии HC-030031, а также снижение содержания TNF-α, IFN-γ и IL-12p70 при действии ЦА. ЭСД вызывал небольшое угнетение числа фагоцитирующих клеток, которое не предотвращалось блокированием TRPA1. При этом ЦА, напротив, увеличивал фагоцитарную активность макрофагов. Исходная экспрессия TRPA1 имела отрицательную корреляцию с динамикой CXCL10 в ответ на ЭСД и ЦА, но положительную – с числом фагоцитирующих клеток после экспозиции с ЦА (ρ=0,81, p=0,005). Заключение. TRPA1, экспрессированные на макрофагах, по-видимому, опосредуют противовоспалительный эффект в аспекте продуцируемых цитокинов, однако, способствуют увеличению фагоцитарной активности клеток. TRPA1 также являются основными рецепторами, участвующими в снижении продукции CXCL10 макрофагами под действием сигаретного дыма. 

Introduction. Being the leading cause of COPD, smoking represents a major health problem. Upon entering the respiratory tract, cigarette smoke comes into contact with various cells, including macrophages expressing on their surface TRPA1 receptors, which are sensitive to the main pathogenic compounds formed during tobacco combustion.Aim. To study the functional activity of TRPA1 channels on macrophages in terms of cell responses to cigarette smoke and the TRPA1 agonist cinnamaldehyde (CA). Materials and methods. The experimental conditions included exposure of monocyte-derived macrophages to CA (100 μM), 4% cigarette smoke extract (CSE) and 4% CSE after pretreatment with TRPA1 selective antagonist (HC-030031 100 μM). The concentration of cytokines in the culture medium, the expression of TRPA1 on the cell surface, as well as the phagocytic activity of macrophages were analyzed by flow cytometry.Results. We found that 60.2 (49.6; 71.8)% of cells expressed TRPA1 and their number increased after exposure with CA. CSE significantly inhibited CXCL10 production from 1121.3 (295.7; 3154.6) pg/ml to 187.9 (113.8; 398.3) pg/ml (p=0.04), which was partially prevented by blocking TRPA1 (692.4 [428.6; 2916.6] pg/ml, p=0.04). Similar to CSE, CA also caused a decrease in CXCL10 concentration (189.2 [111.7; 311.3] pg/ml, p=0.03). Among other observations, there was an increase in the concentration of IL-1β after the exposition with HC-030031, as well as a decrease in TNF-α, IFN-γ and IL-12p70 after the treatment with CA. CSE caused a minor inhibition in phagocytic cells number, which was not prevented by TRPA1 blocking. CA, on the contrary, increased the phagocytic activity of macrophages. The initial expression of TRPA1 had a negative correlation with the dynamics of CXCL10 in response to CSE and CA but a positive correlation with the number of phagocytic cells after exposition with CA (ρ=0.81, p=0.005). Conclusions. TRPA1 expressed on macrophages apparently mediate an anti-inflammatory effect in terms of produced cytokines but increase phagocytic activity of the cells. TRPA1 are also major receptors involved in the diminished CXCL10 production by macrophage under exposition with cigarette smoke

макрофагиTRPA1курениецитокиныфагоцитозвоспалениеmacrophagesTRPA1smokingphagocytosisinflammationReferencesGBD 2015 Tobacco Collaborators. Smoking prevalence and attributable disease burden in 195 countries and territories, 1990-2015: a systematic analysis from the Global Burden of Disease Study 2015 // Lancet. 2017. Vol.389, Iss.10082. P.1885–1906. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(17)30819-XGBD 2015 Tobacco Collaborators. Smoking prevalence and attributable disease burden in 195 countries and territories, 1990-2015: a systematic analysis from the Global Burden of Disease Study 2015 // Lancet. 2017. Vol.389, Iss.10082. P.1885–1906. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(17)30819-XХалтурина Д.А., Замятнина E.С., Зубкова Т.С. Вклад курения в смертность в России в 2019 году // Демографическое обозрение. 2021. Т.8, №1. С.81–105. https://doi.org/10.17323/demreview.v8i1.12394Khaltourina D.A., Zamiatnina E.S, Zubkova T.S. The impact of smoking on mortality in Russia in 2019. Demograficheskoe obozrenie = Demographic Review 2021; 8(1):81–105. https://doi.org/10.17323/demreview.v8i1.12394Hammond E.E., McDonald C.S., Vestbo J., Denning D.W. The global impact of Aspergillus infection on COPD // BMC Pulm. Med. 2020. Vol.20, Iss.1. Article number: 241. https://doi.org/10.1186/s12890-020-01259-8Hammond E.E., McDonald C.S., Vestbo J., Denning D.W. The global impact of Aspergillus infection on COPD // BMC Pulm. Med. 2020. Vol.20, Iss.1. Article number: 241. https://doi.org/10.1186/s12890-020-01259-8Sanchez-Ramirez D.C., Mackey D. Underlying respiratory diseases, specifically COPD, and smoking are associated with severe COVID-19 outcomes: A systematic review and meta-analysis // Respir. Med. 2020. Vol.171. Article number:106096. https://doi.org/10.1016/j.rmed.2020.106096Sanchez-Ramirez D.C., Mackey D. Underlying respiratory diseases, specifically COPD, and smoking are associated with severe COVID-19 outcomes: A systematic review and meta-analysis // Respir. Med. 2020. Vol.171. Article number:106096. https://doi.org/10.1016/j.rmed.2020.106096Wang M., Zhang Y., Xu M., Zhang H., Chen Y., Chung K.F., Adcock I.M., Li F. Roles of TRPA1 and TRPV1 in cigarette smoke-induced airway epithelial cell injury model // Free Radic. Biol. Med. 2019. Vol.134. P.229–238. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2019.01.004Wang M., Zhang Y., Xu M., Zhang H., Chen Y., Chung K.F., Adcock I.M., Li F. Roles of TRPA1 and TRPV1 in cigarette smoke-induced airway epithelial cell injury model // Free Radic. Biol. Med. 2019. Vol.134. P.229–238. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2019.01.004Сугайло И.Ю., Котова О.О., Гассан Д.А., Наумов Д.Е., Афанасьева Е.Ю., Мальцева Т.А. Особенности экспрессии каналов TRPV1, TRPV4, TRPM8 и TRPA1 в макрофагах, полученных из моноцитов больных хронической обструктивной болезнью легких // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2020. Вып.78. С.31–39. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2020-78-31-39Sugaylo I.Yu., Kotova O.O., Gassan D.A., Naumov D.E., Afanas’eva E.Yu., Maltseva T.A. Peculiarities of TRPV1, TRPV4, TRPM8 and TRPA1 expression in monocyte-derived macrophages from COPD patients. Bûlleten' fiziologii i patologii dyhaniâ = Bulletin Physiology and Pathology of Respiration 2020; (78):31–39. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2020-78-31-39Lugg S.T., Scott A., Parekh D., Naidu B., Thickett D.R. Cigarette smoke exposure and alveolar macrophages: mechanisms for lung disease // Thorax. 2021. Article number: thoraxjnl-2020-216296. https://doi.org/10.1136/thoraxjnl-2020-216296Lugg S.T., Scott A., Parekh D., Naidu B., Thickett D.R. Cigarette smoke exposure and alveolar macrophages: mechanisms for lung disease // Thorax. 2021. Article number: thoraxjnl-2020-216296. https://doi.org/10.1136/thoraxjnl-2020-216296Todt J.C., Freeman C.M., Brown J.P., Sonstein J., Ames T.M., McCubbrey A.L., Martinez F.J., Chensue S.W., Beck J.M., Curtis J.L. Smoking decreases the response of human lung macrophages to double-stranded RNA by reducing TLR3 expression // Respir. Res. 2013. Vol.14, Iss.1. Article number: 33. https://doi.org/10.1186/1465-9921-14-33Todt J.C., Freeman C.M., Brown J.P., Sonstein J., Ames T.M., McCubbrey A.L., Martinez F.J., Chensue S.W., Beck J.M., Curtis J.L. Smoking decreases the response of human lung macrophages to double-stranded RNA by reducing TLR3 expression // Respir. Res. 2013. Vol.14, Iss.1. Article number: 33. https://doi.org/10.1186/1465-9921-14-33Naert R., López-Requena A., Talavera K. TRPA1 Expression and Pathophysiology in Immune Cells // Int. J. Mol. Sci. 2021. Vol.22, Iss.21. Article number: 11460. https://doi.org/10.3390/ijms222111460Naert R., López-Requena A., Talavera K. TRPA1 Expression and Pathophysiology in Immune Cells // Int. J. Mol. Sci. 2021. Vol.22, Iss.21. Article number: 11460. https://doi.org/10.3390/ijms222111460Гассан Д.А., Котова О.О., Наумов Д.Е., Сугайло И.Ю., Горчакова Я.Г., Синюк А.А. Сравнительная характеристика условий выделения моноцитов методом адгезии для экспериментов in vitro // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2020. Вып.78. С.128–134. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2020-78-128-134Gassan D.A., Kotova O.O., Naumov D.E., Sugaylo I.Yu., Gorchakova Y.G., Sinyuk A.A. Comparative characteristics of monocytes isolation conditions by adhesion method for in vitro experiments. Bûlleten' fiziologii i patologii dyhaniâ = Bulletin Physiology and Pathology of Respiration 2020; (78):128–134. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2020-78-128-134Stabbert R., Dempsey R., Diekmann J., Euchenhofer C., Hagemeister T., Haussmann H.J., Knorr A., Mueller B.P., Pospisil P., Reininghaus W., Roemer E., Tewes F.J., Veltel D.J. Studies on the contributions of smoke constituents, individually and in mixtures, in a range of in vitro bioactivity assays // Toxicol. In Vitro. 2017. Vol.42. P.222–246. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2017.04.003Stabbert R., Dempsey R., Diekmann J., Euchenhofer C., Hagemeister T., Haussmann H.J., Knorr A., Mueller B.P., Pospisil P., Reininghaus W., Roemer E., Tewes F.J., Veltel D.J. Studies on the contributions of smoke constituents, individually and in mixtures, in a range of in vitro bioactivity assays // Toxicol. In Vitro. 2017. Vol.42. P.222–246. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2017.04.003Jin L., Lorkiewicz P., Xie Z., Bhatnagar A., Srivastava S., Conklin D.J. Acrolein but not its metabolite, 3-Hydroxypropylmercapturic acid (3HPMA), activates vascular transient receptor potential Ankyrin-1 (TRPA1): Physiological to toxicological implications // Toxicol. Appl. Pharmacol. 2021. Vol.426. Article number: 115647. https://doi.org/10.1016/j.taap.2021.115647Jin L., Lorkiewicz P., Xie Z., Bhatnagar A., Srivastava S., Conklin D.J. Acrolein but not its metabolite, 3-Hydroxypropylmercapturic acid (3HPMA), activates vascular transient receptor potential Ankyrin-1 (TRPA1): Physiological to toxicological implications // Toxicol. Appl. Pharmacol. 2021. Vol.426. Article number: 115647. https://doi.org/10.1016/j.taap.2021.115647Lin A.H., Liu M.H., Ko H.K., Perng D.W., Lee T.S., Kou Y.R. Lung Epithelial TRPA1 Transduces the Extracellular ROS into Transcriptional Regulation of Lung Inflammation Induced by Cigarette Smoke: The Role of Influxed Ca²⁺ // Mediators Inflamm. 2015. Vol.2015. Article number: 148367. https://doi.org/10.1155/2015/148367Lin A.H., Liu M.H., Ko H.K., Perng D.W., Lee T.S., Kou Y.R. Lung Epithelial TRPA1 Transduces the Extracellular ROS into Transcriptional Regulation of Lung Inflammation Induced by Cigarette Smoke: The Role of Influxed Ca²⁺ // Mediators Inflamm. 2015. Vol.2015. Article number: 148367. https://doi.org/10.1155/2015/148367Liu 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. Vol.22, Iss.3. P.121–130. https://doi.org/10.1016/j.cytogfr.2011.06.001Kim M.E., Na J.Y., Lee J.S. Anti-inflammatory effects of trans-cinnamaldehyde on lipopolysaccharide-stimulated macrophage activation via MAPKs pathway regulation // Immunopharmacol. Immunotoxicol. 2018. Vol.40, Iss.3. P.219–224. https://doi.org/10.1080/08923973.2018.1424902Kim M.E., Na J.Y., Lee J.S. Anti-inflammatory effects of trans-cinnamaldehyde on lipopolysaccharide-stimulated macrophage activation via MAPKs pathway regulation // Immunopharmacol. Immunotoxicol. 2018. Vol.40, Iss.3. P.219–224. https://doi.org/10.1080/08923973.2018.1424902Huang H., Wang Y. The protective effect of cinnamaldehyde on lipopolysaccharide induced acute lung injury in mice // Cell. Mol. Biol. (Noisy-le-grand). 2017. Vol.63, Iss.8. P.58–63. https://doi.org/10.14715/cmb/2017.63.8.13Huang H., Wang Y. The protective effect of cinnamaldehyde on lipopolysaccharide induced acute lung injury in mice // Cell. Mol. Biol. (Noisy-le-grand). 2017. Vol.63, Iss.8. P.58–63. https://doi.org/10.14715/cmb/2017.63.8.13Facchinetti F., Amadei F., Geppetti P., Tarantini F., Di Serio C., Dragotto A., Gigli P.M., Catinella S., Civelli M., Patacchini R. Alpha,beta-unsaturated aldehydes in cigarette smoke release inflammatory mediators from human macrophages // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 2007. Vol.37, Iss.5. P.617–623. https://doi.org/10.1165/rcmb.2007-0130OCFacchinetti F., Amadei F., Geppetti P., Tarantini F., Di Serio C., Dragotto A., Gigli P.M., Catinella S., Civelli M., Patacchini R. Alpha,beta-unsaturated aldehydes in cigarette smoke release inflammatory mediators from human macrophages // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 2007. Vol.37, Iss.5. P.617–623. https://doi.org/10.1165/rcmb.2007-0130OCKim B.H., Lee Y.G., Lee J., Lee J.Y., Cho J.Y. Regulatory effect of cinnamaldehyde on monocyte/macrophagemediated inflammatory responses // Mediators Inflamm. 2010. Vol.2010. Article number: 529359. https://doi.org/10.1155/2010/529359Kim B.H., Lee Y.G., Lee J., Lee J.Y., Cho J.Y. Regulatory effect of cinnamaldehyde on monocyte/macrophagemediated inflammatory responses // Mediators Inflamm. 2010. Vol.2010. Article number: 529359. https://doi.org/10.1155/2010/529359

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