Капсаицин-индуцированная транскриптомная перестройка макрофагов моноцитарного происхождения в процессе дифференцировки in vitro

Введение. Известно, что каналы с транзиторным рецепторным потенциалом V1 (TRPV1) способны активироваться компонентами сигаретного дыма, пылевыми частицами и активными формами кислорода, а их экспрессия увеличена в альвеолярных макрофагах больных хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ).
Цель. Проанализировать особенности транскриптомного профиля макрофагов, дифференцирующихся из моноцитов периферической крови in vitro на фоне пролонгированного воздействия агониста TRPV1 – капсаицина.
Материалы и методы. Моноциты получали из периферической крови пяти практически здоровых добровольцев мужского пола (52,2 ± 3,89 лет). Клетки дифференцировали в течение 10 дней в среде RPMI-1640 (10% эмбриональной телячьей сыворотки, 1% пенициллина/стрептомицина), содержащей 50 нг/мл гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (GM-CSF), либо GM-CSF в той же концентрации и капсаицин 50 мкМ. После окончания дифференцировки из полученных макрофагов выделяли тотальную РНК, обогащали мРНК и проводили секвенирование на платформе MGISEQ-200 в режиме SE50. Обработка данных включала картирование прочтений (Salmon), анализ дифференциальной экспрессии (DESeq2) и функционального обогащения генов (Cytoscape). Дополнительно была проведена оценка фенотипа макрофагов с помощью платформы MacSpectrum.
Результаты. Дифференцировка макрофагов в присутствии капсаицина сопровождалась, прежде всего, признаками активизации процессов трансляции и транспорта белков, метаболизма липидов и поддержания репликативного потенциала. При этом наблюдалось подавление биологических процессов, связанных с цитокиновым сигналингом, ответом на патогены, способностью стимулировать активацию и пролиферацию лейкоцитов, а также организацией цитоскелета и клеточной подвижностью. Анализ с использованием MacSpectrum показал снижение индексов поляризации (MPI) и дифференцировки (AMDI) у макрофагов, дифференцированных в присутствии капсаицина, что могло свидетельствовать о торможении формирования зрелого провоспалительного фенотипа и развитии гипореактивного, M0-подобного состояния.
Заключение. Капсаицин, вероятно, опосредуя свой эффект преимущественно через TRPV1, оказывает существенное влияние на дифференцировку макрофагов, приводя к формированию гипореактивных, не полностью дифференцированных клеток, по ряду характеристик сходных с альвеолярными макрофагами, обнаруживаемыми в дыхательных путях больных ХОБЛ. Полученные данные позволяют рассматривать TRPV1-зависимую модуляцию макрофагов как один из возможных патогенетических механизмов данного заболевания.

1. Devulder J.V. Unveiling mechanisms of lung aging in COPD: a promising target for therapeutics development // Chin. Med. J. Pulm. Crit. Care Med. 2024. Vol.2, Iss.3. P.133–141. https://doi.org/10.1016/j.pccm.2024.08.007

2. Kim G.D., Lim E.Y., Shin H.S. Macrophage polarization and functions in pathogenesis of chronic obstructive pulmonary disease // Int. J. Mol. Sci. 2024. Vol.25, Iss.11. Article number:5631. https://doi.org/10.3390/ijms25115631

3. Wang S., Chen Y., Hong W., Li B., Zhou Y., Ran P. Chronic exposure to biomass ambient particulate matter triggers alveolar macrophage polarization and activation in the rat lung // J. Cell. Mol. Med. 2022. Vol.26, Iss.4. P.1156–1168. https://doi.org/10.1111/jcmm.17169

4. Guo X., Yang S., Zhu H., Liu F., Li K., Li G., Lin Y., Yu H., Qiu W., Xu H., Liu Q., Xie X., Sun Y., Zheng P., Chen B., Liu Z., Yuan X., Peng S., Bi X., Yang J., Shao N.Y., Dai J. Involvement of M2 macrophages polarization in PM2.5-induced COPD by upregulating MMP12 via IL4/STAT6 pathway // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2024. Vol.283. Article number:116793. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024.116793

5. Feng H., Zheng R. Cigarette smoke prevents M1 polarization of alveolar macrophages by suppressing NLRP3 // Life Sci. 2023. Vol.327. Article number:121854. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2023.121854

6. Hu Y., Shao X., Xing L., Li X., Nonis G.M., Koelwyn G.J., Zhang X., Sin D.D. Single-cell sequencing of lung macrophages and monocytes reveals novel therapeutic targets in COPD // Cells. 2023. Vol.12, Iss.24. Article number:2771. https://doi.org/10.3390/cells12242771

7. Baßler K., Fujii W., Kapellos T.S., Dudkin E., Reusch N., Horne A., Reiz B., Luecken M.D., Osei-Sarpong C., Warnat-Herresthal S., Bonaguro L., Schulte-Schrepping J., Wagner A., Günther P., Pizarro C., Schreiber T., Knoll R., Holsten L., Kröger C., De Domenico E., Becker M., Händler K., Wohnhaas C.T., Baumgartner F., Köhler M., Theis H., Kraut M., Wadsworth M.H. 2nd, Hughes T.K., Ferreira H.J., Hinkley E., Kaltheuner I.H., Geyer M., Thiele C., Shalek A.K., Feißt A., Thomas D., Dickten H., Beyer M., Baum P., Yosef N., Aschenbrenner A.C., Ulas T., Hasenauer J., Theis F.J., Skowasch D., Schultze J.L. Alveolar macrophages in early stage COPD show functional deviations with properties of impaired immune activation // Front. Immunol. 2022. Vol.13. Article number:917232. https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.917232

8. Shaykhiev R., Krause A., Salit J., Strulovici-Barel Y., Harvey B.G., O'Connor T.P., Crystal R.G. Smoking-dependent reprogramming of alveolar macrophage polarization: implication for pathogenesis of chronic obstructive pulmonary disease // J. Immunol. 2009. Vol.183, Iss.4. P.2867–2883. https://doi.org/10.4049/jimmunol.0900473

9. Wang 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.2019.01.004

10. Agopyan N., Bhatti T., Yu S., Simon S.A. Vanilloid receptor activation by 2- and 10-microm particles induces responses leading to apoptosis in human airway epithelial cells // Toxicol. Appl. Pharmacol. 2003. Vol.192, Iss.1. P.21–35. https://doi.org/10.1016/S0041-008X(03)00259-X

11. Chu Y., Zhang H., Yang M., Yu R. Molecular dynamic simulations reveal the activation mechanisms of oxidationinduced TRPV1 // Int. J. Mol. Sci. 2023. Vol.24, Iss.11. Article number:9553. https://doi.org/10.3390/ijms24119553

12. Baxter M., Eltom S., Dekkak B., Yew-Booth L., Dubuis E.D., Maher S.A., Belvisi M.G., Birrell M.A. Role of transient receptor potential and pannexin channels in cigarette smoke-triggered ATP release in the lung // Thorax. 2014. Vol.69, Iss.12. P.1080–1089. https://doi.org/10.1136/thoraxjnl-2014-205467

13. Наумов Д.Е., Сугайло И.Ю., Котова О.О., Гассан Д.А., Горчакова Я.Г., Мальцева Т.А. Сравнительная характеристика уровней экспрессии TRP каналов на макрофагах больных хронической обструктивной болезнью легких // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2022. Вып.85. С.37–46. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2022-85-37-46

14. Li Y., Guo X., Zhan P., Huang S., Chen J., Zhou Y., Jiang W., Chen L., Lin Z. TRPV1 regulates proinflammatory properties of M1 macrophages in periodontitis via NRF2 // Inflammation. 2024. Vol.47, Iss.6. P.2041–2056. https://doi.org/10.1007/s10753-024-02024-3

15. Vašek D., Fikarová N., Marková V.N., Honc O., Pacáková L., Porubská B., Somova V., Novotný J., Melkes B., Krulová M. Lipopolysaccharide pretreatment increases the sensitivity of the TRPV1 channel and promotes an anti-inflammatory phenotype of capsaicin-activated macrophages // J. Inflamm. (Lond). 2024. Vol.21, Iss.1. Article number:17. https://doi.org/10.1186/s12950-024-00391-0

16. Li J., Wang H., Zhang L., An N., Ni W., Gao Q., Yu Y. Capsaicin affects macrophage anti-inflammatory activity via the MAPK and NF-κB signaling pathways // Int. J. Vitam. Nutr. Res. 2023. Vol.93, Iss.4. P.289–297. https://doi.org/10.1024/0300-9831/a000721

17. Tang J., Luo K., Li Y., Chen Q., Tang D., Wang D., Xiao J. Capsaicin attenuates LPS-induced inflammatory cytokine production by upregulation of LXRα // Int. Immunopharmacol. 2015. Vol.28, Iss.1. P.264–269. https://doi.org/10.1016/j.intimp.2015.06.007

18. Наумов Д.Е., Гассан Д.А., Котова О.О., Шелудько Е.Г., Горчакова Я.Г., Сугайло И.Ю., Мальцева Т.А. Эффект капсаицина на дифференцировку моноцитов у больных хронической обструктивной болезнью легких // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2024. Вып.93. С.25–37. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2024-93-25-37

19. Li C., Menoret A., Farragher C., Ouyang Z., Bonin C., Holvoet P., Vella A.T., Zhou B. Single cell transcriptomics based-MacSpectrum reveals novel macrophage activation signatures in diseases // JCI Insight. 2019. Vol.5, Iss.10. Article number:e126453. https://doi.org/10.1172/jci.insight.126453

20. Liang T., Chen J., Xu G., Zhang Z., Xue J., Zeng H., Jiang J., Chen T., Qin Z., Li H., Ye Z., Nie Y., Liu C., Zhan X. STAT1 and CXCL10 involve in M1 macrophage polarization that may affect osteolysis and bone remodeling in extrapulmonary tuberculosis // Gene. 2022. Vol.809. Article number:146040. https://doi.org/10.1016/j.gene.2021.146040

21. Wu X., Wang Z., Shi J., Yu X., Li C., Liu J., Zhang F., Chen H., Zheng W. Macrophage polarization toward M1 phenotype through NF-κB signaling in patients with Behçet's disease // Arthritis Res. Ther. 2022. Vol.24, Iss.1. Article number:249. https://doi.org/10.1186/s13075-022-02938-z

22. Liao X., Sharma N., Kapadia F., Zhou G., Lu Y., Hong H., Paruchuri K., Mahabeleshwar G.H., Dalmas E., Venteclef N., Flask C.A., Kim J., Doreian B.W., Lu K.Q., Kaestner K.H., Hamik A., Clément K., Jain M.K. Krüppel-like factor 4 regulates macrophage polarization // J. Clin. Invest. 2011. Vol.121, Iss.7. P.2736–2749. https://doi.org/10.1172/JCI45444

23. Wang J., Wu Z., Huang Y., Jin L., Xu J., Yao Z., Ouyang X., Zhou Z., Mao S., Cao J., Lai B., Shen W. IRF4 induces M1 macrophage polarization and aggravates ulcerative colitis progression by the Bcl6-dependent STAT3 pathway // Environ. Toxicol. 2024. Vol.39, Iss.4. P.2390–2404. https://doi.org/10.1002/tox.24106

24. Zhu S., Feng X., Yuan J., Sun C., Ding H., Wang Y., Chen K., Cui E., Zhang L., Bao N. AP-1-dependent c-Fos activation by TREX1 drives M2 macrophage polarization and mitigates osteoarthritis progression // Cell. Mol. Life Sci. 2025. Vol.82, Iss.1. Article number:253. https://doi.org/10.1007/s00018-025-05771-0

25. Zhang W., Wang X., Xia X., Liu X., Suo S., Guo J., Li M., Cao W., Cai Z., Hui Z., Subramaniam M., Spelsberg T.C., Wang J., Wang L. Klf10 inhibits IL-12p40 production in macrophage colony-stimulating factor-induced mouse bone marrow-derived macrophages // Eur. J. Immunol. 2013. Vol.43, Iss.1. P.258–269. https://doi.org/10.1002/eji.201242697

26. Christopoulou M.E., Papakonstantinou E., Stolz D. Matrix metalloproteinases in chronic obstructive pulmonary disease // Int. J. Mol. Sci. 2023. Vol.24, Iss.4. Article number:3786. https://doi.org/10.3390/ijms24043786

27. Akata K., Yamasaki K., Leitao Filho F.S., Yang C.X., Takiguchi H., Sahin B., Whalen B.A., Yang C.W.T., Leung J.M., Sin D.D., van Eeden S.F. Abundance of non-polarized lung macrophages with poor phagocytic function in chronic obstructive pulmonary disease (COPD) // Biomedicines. 2020. Vol.8, Iss.10. Article number:398. https://doi.org/10.3390/biomedicines8100398

28. Zhang Z., Yu H., Wang Q., Ding Y., Wang Z., Zhao S., Bian T. A macrophage-related gene signature for identifying COPD based on bioinformatics and ex vivo experiments // J. Inflamm. Res. 2023. Vol.16. P.5647–5665. https://doi.org/10.2147/JIR.S438308

29. Shen W., Wang S., Wang R., Zhang Y., Tian H., Yang X., Wei W. Analysis of the polarization states of the alveolar macrophages in chronic obstructive pulmonary disease samples based on miRNA-mRNA network signatures // Ann. Transl. Med. 2021. Vol.9, Iss.16. Article number:1333. https://doi.org/10.21037/atm-21-3815

30. Wang S., Zhong M., Deng X., Liu C., Tan Y., Qian B., Zhong M. Based exploration of the diagnostic value of oxidative stress-related key genes in chronic obstructive pulmonary disease // Cell. Biol. Toxicol. 2025. Vol.41, Iss.1. Article number:69. https://doi.org/10.1007/s10565-025-10019-5

31. Hsieh M.H., Chen P.C., Hsu H.Y., Liu J.C., Ho Y.S., Lin Y.J., Kuo C.W., Kuo W.S., Kao H.F., Wang S.D., Liu Z.G., Wu L.S., Wang J.Y. Surfactant protein D inhibits lipid-laden foamy macrophages and lung inflammation in chronic obstructive pulmonary disease // Cell. Mol. Immunol. 2023. Vol.20, Iss.1. P.38–50. https://doi.org/10.1038/s41423-022-00946-2

32. Han L., Wang J., Ji X.B., Wang Z.Y., Wang Y., Zhang L.Y., Li H.P., Zhang Z.M., Li Q.Y. Transcriptomics analysis identifies the presence of upregulated ribosomal housekeeping genes in the alveolar macrophages of patients with smoking-induced chronic obstructive pulmonary disease // Int. J. Chron. Obstruct. Pulmon. Dis. 2021. Vol.16. P.2653–2664. https://doi.org/10.2147/COPD.S313252

33. Tomita K., Caramori G., Ito K., Lim S., Sano H., Tohda Y., Adcock I.M., Barnes P.J. Telomere shortening in alveolar macrophages of smokers and COPD patients // Open Pathol. J. 2010. Vol.4. P.23–29. https://doi.org/10.2174/1874375701004010023

34. Ito S., Horikawa S., Suzuki T., Kawauchi H., Tanaka Y., Suzuki T., Suzuki T. Human NAT10 is an ATP-dependent RNA acetyltransferase responsible for N4-acetylcytidine formation in 18 S ribosomal RNA (rRNA) // J. Biol. Chem. 2014. Vol.289, Iss.52. P.35724–35730. https://doi.org/10.1074/jbc.C114.602698

35. McMahon M., Ayllón V., Panov K.I., O'Connor R. Ribosomal 18 S RNA processing by the IGF-I-responsive WDR3 protein is integrated with p53 function in cancer cell proliferation // J. Biol. Chem. 2010. Vol.285, Iss.24. P.18309–18318. https://doi.org/10.1074/jbc.M110.108555

36. Song J., Peng C., Wang R., Hua Y., Wu Q., Deng L., Cao Y., Zhang L., Hou L. Ribosome biogenesis regulator 1 homolog (RRS1) promotes cisplatin resistance by regulating AEG-1 abundance in breast cancer cells // Molecules. 2023. Vol.28, Iss.7. Article number:2939. https://doi.org/10.3390/molecules28072939

37. Zhang H., Wu Z., Lu J.Y., Huang B., Zhou H., Xie W., Wang J., Shen X. DEAD-box helicase 18 counteracts PRC2 to safeguard ribosomal DNA in pluripotency regulation // Cell. Rep. 2020. Vol.30, Iss.1. P.81–97.e7. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.12.021

38. Mayeda A., Krainer A.R. Regulation of alternative pre-mRNA splicing by hnRNP A1 and splicing factor SF2 // Cell. 1992. Vol.68, Iss.2. P.365–375. https://doi.org/10.1016/0092-8674(92)90477-T

39. Basta J., Rauchman M. The nucleosome remodeling and deacetylase complex in development and disease // Transl. Res. 2015. Vol.165, Iss.1. P.36–47. https://doi.org/10.1016/j.trsl.2014.05.003

40. Yang J., Wang Y., Yang D., Ma J., Wu S., Cai Q., Xue J., Yuan C., Wang J., Liu X. Wnt/β-catenin signaling regulates lipopolysaccharide-altered polarizations of RAW264.7 cells and alveolar macrophages in mouse lungs // Eur. J. Inflamm. 2021. Vol.19. Article number:205873922110593. https://doi.org/10.1177/20587392211059362

41. Somma D., Kok F.O., Kerrigan D., Wells C.A., Carmody R.J. Defining the role of nuclear factor (NF)-κB p105 subunit in human macrophage by transcriptomic analysis of NFKB1 knockout THP1 cells // Front. Immunol. 2021. Vol.12. Article number:669906. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.669906

42. Selig M., Poehlman L., Lang N.C., Völker M., Rolauffs B., Hart M.L. Prediction of six macrophage phenotypes and their IL-10 content based on single-cell morphology using artificial intelligence // Front. Immunol. 2024. Vol.14. Article number:1336393. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1336393

43. Mukhopadhyay S., Heinz E., Porreca I., Alasoo K., Yeung A., Yang H.T., Schwerd T., Forbester J.L., Hale C., Agu C.A., Choi Y.H., Rodrigues J., Capitani M., Jostins-Dean L., Thomas D.C., Travis S., Gaffney D., Skarnes W.C., Thomson N., Uhlig H.H., Dougan G., Powrie F. Loss of IL-10 signaling in macrophages limits bacterial killing driven by prostaglandin E2 // J. Exp. Med. 2020. Vol.217, Iss.2. Article number:e20180649. https://doi.org/10.1084/jem.20180649

44. Takanashi S., Hasegawa Y., Kanehira Y., Yamamoto K., Fujimoto K., Satoh K., Okamура 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.x

45. Foronjy R., Nkyimbeng T., Wallace A., Thankachen J., Okada Y., Lemaitre V., D'Armiento J. Transgenic expression of matrix metalloproteinase-9 causes adult-onset emphysema in mice associated with the loss of alveolar elastin // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2008. Vol.294, Iss.6. P.L1149–L1157. https://doi.org/10.1152/ajplung.00481.2007

46. Fujii W., Kapellos T.S., Baßler K., Händler K., Holsten L., Knoll R., Warnat-Herresthal S., Oestreich M., Hinkley E.R., Hasenauer J., Pizarro C., Thiele C., Aschenbrenner A.C., Ulas T., Skowasch D., Schultze J.L. Alveolar macrophage transcriptomic profiling in COPD shows major lipid metabolism changes // ERJ Open Res. 2021. Vol.7, Iss.3. Article number:00915-2020. https://doi.org/10.1183/23120541.00915-2020

47. Henrot P., Prevel R., Berger P., Dupin I. Chemokines in COPD: from implication to therapeutic use // Int. J. Mol. Sci. 2019. Vol.20, Iss.11. Article number:2785. https://doi.org/10.3390/ijms20112785

48. Наумов Д.Е., Котова О.О., Гассан Д.А., Сугайло И.Ю., Шелудько Е.Г., Горчакова Я.Г. Анализ транскриптома моноцитов периферической крови больных хронической обструктивной болезнью легких // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2023. Вып.90. С.47–58. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2023-90-47-58

49. Liao S.X., Ding T., Rao X.M., Sun D.S., Sun P.P., Wang Y.J., Fu D.D., Liu X.L., Ou-Yang Y. Cigarette smoke affects dendritic cell maturation in the small airways of patients with chronic obstructive pulmonary disease // Mol. Med. Rep. 2015. Vol.11, Iss.1. P.219–225. https://doi.org/10.3892/mmr.2014.2759

50. Gao M., Shi J., Xiao X., Yao Y., Chen X., Wang B., Zhang J. PD-1 regulation in immune homeostasis and immunotherapy // Cancer Lett. 2024. Vol.588. Article number:216726. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2024.216726

51. Fan T.W., Higashi R.M., Song H., Daneshmandi S., Mahan A.L., Purdom M.S., Bocklage T.J., Pittman T.A., He D., Wang C., Lane A.N. Innate immune activation by checkpoint inhibition in human patient-derived lung cancer tissues // eLife. 2021. Vol.10. Article number:e69578. https://doi.org/10.7554/eLife.69578

52. Juárez-Contreras R., Mota-Carrillo E., Piedra-Ramírez A., Farías-Sánchez D., González-Ramírez R., Morales-Lázaro S.L. Capsaicin: beyond TRPV1 // Front. Nutr. 2025. Vol.12. Article number:1594742. http s://doi.org/10.3389/fnut.2025.1594742