ウガンダ農村コホートのHIV感染者におけるCOPDにおける気道マイクロバイオームとTh17媒介炎症 (HLM)

はじめに HIV/AID とともに生きる人々 (PLWHA) における抗レトロウイルス療法 (ART) へのアクセスの向上により、HIV 関連の罹患率と死亡率が減少しました [1]。 これは、HIV 感染による負担が最も大きい低中所得国 (LMIC) に特に当てはまります [2]。 死亡率の減少により平均余命は大幅に伸び、PLWHA の推定値は現在一般人口の推定値に近づいています[3]。 その結果、慢性閉塞性肺疾患（COPD）などの非感染性疾患（NCD）の新たな負担に対する生存者の関心が高まっています[4]。 PLWHAの密度が最も高いサハラ以南のアフリカでは、特に肺結核（PTB）の既往歴のある人のCOPD関連の罹患率と死亡率が劇的に増加しています[5]。 ウガンダの田舎のARTクリニックでは、COPD罹患率が6.22%であり、PTBの既往歴がCOPDリスクと肺機能低下の最も強力な予測因子であると報告した[5]。 現在のところ、ARTで十分にコントロールされているPLWHA集団における慢性肺炎症の原因は完全にはわかっていない。

上記の疑問に対する答えを求めて、私たちはPLWHAにおける慢性気道炎症の調整における気道マイクロバイオームの変化の役割を調査してきました。 私たちの研究課題は、気道に生息する細菌群集の変化が免疫反応や慢性気道炎症を引き起こすというヒトおよび動物の研究から得られる知識の蓄積によって裏付けられています[6-9]。 ウガンダ農村部の HIV+COPD+ 50 名、HIV+COPD- 50 名、HIV-COPD- 50 名、HIV-COPD- 50 名を対象とした最近の研究で、気道マイクロバイオームの変化と HIV 関連 COPD との関連性を調査しました (NCT040702)。 誘発された喀痰サンプルの16Sシーケンスからの予備分析により、コントロールと比較してCOPDを有するPLHWA間の細菌多様性にわずかな違いがあるにもかかわらず、アトポビウム属、メガスファエラ属、アクチノミセス属、セレノモナス属、ストトマトバキュラム属およびオリバクテリウム属に属する共生微生物がPLWHA中で著しく豊富であることが明らかになった。 COPDでは、プレボテラ属、ポルフィロモナス属、シュードプロピオニバクテリウム属、オドリバクター属、およびフィラファクター属に属する微生物が枯渇した。 私たちの結果は、COPDよりもHIVの影響を受ける肺細菌の方が多いことを明確に示しており、独自の気道微生物属におけるHIVに関連した変化が、私たちのコホートのPLWHAでCOPDを引き起こしている可能性があることを示唆しています。 現在のところ、そのような属がどのようにして慢性気道炎症を引き起こすのかは不明のままである。

マウスモデルを用いた研究では、プレボテラ、バクテロイデス、ベイロネラが、適応免疫の細胞を刺激する肺胞マクロファージ、上皮細胞、樹状細胞上のトール様受容体（TLR）2/4シグナル伝達を介して肺炎症の調整に重要な役割を果たしていることが報告されている[8]。 無菌マウスモデルおよび特定病原体フリーマウスモデルを使用した場合、Th17 の異常と Treg 免疫応答の低下が報告されています [8]。 同様に、人体研究における最近の証拠は、Prevotella 属と Veillonella 属が、Th17 細胞応答の上昇を特徴とする、異なる代謝プロファイル、炎症促進性サイトカイン発現の亢進と関連していることを示しています[9]。 マイクロバイオームと宿主細胞のコミュニケーションは、細菌バイオマスと相関する分泌細菌外膜小胞 (OMV) によって媒介されることが報告されています (図 2) [8]。 COPDを患うPLWHAの間で異常なTh17反応を引き起こす気道細菌属を同定することは、抗生物質による病原菌の直接除去、または粘膜表面での定着抵抗性を促進するプロバイオティクスによる共生生物の回復によって微生物のバランスを回復することを目的とした戦略の開発への足がかりとなる可能性があると我々は考えている。 。

このような背景に基づいて、我々は、HIV 感染者の COPD において、気道マイクロバイオームが Th17 を介した気道炎症を促進するかどうかを調査することを目的としています。 我々は次のような仮説を立てています: (1) マイクロバイオームは気道 Th17 を誘導し、HIV 感染 COPD 患者の Treg 免疫反応を抑制します。 (2) 細菌主導の Th17 応答は、COPD 患者における炎症誘発性遺伝子の発現を促進し、(3) 気道マイクロバイオームは、細菌外膜小胞 (OMV) の分泌を通じて Th17 免疫応答に対する影響を媒介します。

この研究では、(1) HIV 感染 COPD 患者における気道マイクロバイオームと Th17/Treg 細胞表現型との関係を確立します。 (2) COPD 患者における炎症誘発性および線維化促進遺伝子の細菌媒介 Th17 上方制御を調査すること、(3) HIV 患者におけるマイクロバイオーム主導の Th17 免疫応答の媒介における細菌外膜小胞 (OMV) の役割を調査すること。

研究の目的と目的

研究の目的:

HIV感染者のCOPDにおける気道マイクロバイオームによるTh17媒介炎症を調査する

具体的な目標

1. HIV 感染 COPD 患者における気道マイクロバイオームと Th17/Treg 細胞表現型との関係を確立すること。
2. HIV 感染 COPD 患者における炎症誘発性遺伝子の細菌媒介 Th17 アップレギュレーションを調査する
3. HIV 個体間での腸内毒素症による Th17 免疫応答の媒介における細菌外膜小胞 (OMV) の役割を調査する。

問題提起 抗レトロウイルス療法 (ART) の普及によりこの集団の寿命が延びたため、HIV/AIDS (PLWHA) とともに生きる人々の間で慢性閉塞性肺疾患の罹患率が増加しています[5]。 ARTで十分に制御されているPLWHAにおいて慢性気道炎症を引き起こす原因はまだ不明である。 COPD と肺結核との関連性は十分に確立されているにもかかわらず、PLWHA で報告された COPD 症例を完全に説明しているわけではありません [5]。 私たちの研究対象集団では、喫煙もバイオマスへの曝露も COPD と関連していると報告されていません。 PLWHA の間で慢性気道炎症を引き起こす要因を調査する必要があります。

根拠 強力な免疫応答を誘発できる特定の微生物群集は、宿主とマイクロバイオームの相互作用の結果、つまり免疫寛容または炎症のいずれかを決定する可能性があります。 気道マイクロバイオームの詳細な特徴付けは COPD のヒト研究や動物モデルで行われている [5-8] が、関連性のみが報告されており、いくつかの特定の兆候が COPD 死亡率の予測因子として関与していると考えられている [9]。 COPDにおけるマイクロバイオームの機構的役割を詳しく説明するために、動物ベースのマイクロバイオームモデルを試験可能なヒトの気道または肺ベースのモデルに翻訳したものはほとんどありません。 多数の微生物群集の中でどの細菌が強力な免疫応答を誘導するかを解読することは、サブ表現型を解明し、治療可能な形質を同定する上で依然として重要な関心領域である。 私たちは、この研究課題を追求することで、気道微生物群集を寛容原性 (Treg 誘導性) または炎症性 (Th17 誘導性) として免疫表現型分類するための基礎が提供され、呼吸器免疫生物学において潜在的に独創的な科学的発見となると信じています。

文献レビュー 世界的に、NCD 関連死亡の 80% 以上が低中所得国 (LMIC) で発生しています [10]。 NCD の中でも、慢性肺疾患は世界中で 4 番目に多い死因であり、2030 年までにサハラ以南のアフリカでは 3 番目に大きな健康問題になると予測されています [11]。 COPD は生命を脅かす進行性の気流閉塞であり、最初は労作で息切れを引き起こし、増悪や重篤な病気にかかりやすくなります[12]。 一般人口では、2015 年までに COPD により世界中で合計 300 万人の命が奪われました [13]。 抗レトロウイルス療法（ART）とコトリモキサゾール予防の世界的な規模拡大の結果、肺感染症の発生率は劇的に減少しましたが、COPDはますます認知されてきていますが、十分に理解されていない合併症です[14]。 現在までの世界の HIV 感染者集団における COPD の疫学に関するメタ分析では、COPD 有病率が 3 ～ 23% であることが示されています [15]。

2015年まで、ウガンダにおけるCOPDの有病率と危険因子はほとんど解明されていなかった。 COPDの有病率は、最初にウガンダの農村部の人口で16%と推定されました[11]。 この研究では、HIV ステータスによる有病率の比較は行われませんでした。 報告された有病率は、この地域の他の研究と比較して高く、他の要因によって説明される可能性があります。 Siddharthanらは、カンパラの都市部コミュニティにおけるCOPD有病率が1.5%であるのに対し、ナカセケ地区のウガンダ農村コミュニティにおけるCOPD有病率は6.1%であると報告した[16]。 この研究では、COPDに関連する最も重要な要因は地方居住であり、HIVはCOPDの重要な危険因子ではないようであることが強調されました[5]。 それにもかかわらず、この集団ベースの研究では、HIV ウイルス量と CD4 数が COPD の有病率と肺機能の転帰に及ぼす影響は調査されていません。 また、HIV感染症の自己申告率は8.1％だった。 同様に、ウガンダ南西部で行われた最近の研究では、NorthらはHIVと呼吸器症状や肺機能との間に有意な関連性を報告しなかった。 しかし、著者らは、HIV 特異的特性が COPD に及ぼす影響については調査しなかった[17]。

ウガンダのナカセケ地区にある田園地帯のARTクリニックでは、参加者はHIVが十分にコントロールされており、COPD有病率は6.22%であることがわかりました[5]。 肺結核の病歴は COPD および肺機能の低下と強く関連していました。 予想通り、年齢の増加は肺機能の低下と関連していました。 しかし、ARTの使用と期間、現在およびベースラインのCD4+T細胞数およびウイルス量を含むHIV特有の特徴は、調整分析および調整分析の両方においてCOPDまたは肺機能低下と関連しなかった[5]。 COPDと診断された人の中では、呼吸器の健康状態の低下や重度の呼吸器症状と関連していた。 現在のところ、90％以上がウイルス学的に抑制され、分化クラスター4（CD4）数が500以上、80％が非喫煙者であり、肺結核の治癒歴があり、有意な関連性がないPLWHA集団における慢性肺炎症の原因は完全にはわかっていない。 COPD とバイオマス曝露の間の関係[5]。 最近の研究からの証拠は、気道の粘膜表面に生息する細菌群集が慢性炎症を引き起こすことを示唆しています[8]。

恒常性条件下では、気道粘膜表面には共生微生物群集が生息しています。 これらの微生物は、いくつかの分子機構を通じて病原生物に対する定着抵抗性を誘導します[18]。 最も研究されているメカニズムには、微生物と微生物、および微生物と宿主の相互作用が関係しています。 共生生物は非常に急速に複製し、密集した生物学的ニッチで生存し、これらの微小生息地内で利用可能な栄養素を制限します。 アミノ酸、糖、亜鉛、鉄、酸素などの資源をめぐるこの競争により、病原菌による定着が制限される[18]。 したがって、微生物の多様性が高いということは、より多くの微生物がより汎用性の高い代謝産物のプールを利用していることを意味し、あらゆる病原菌が増殖するのに課題をもたらしている。 したがって、微生物バイオマスまたは多様性の損失をもたらすあらゆる変化は微生物生態系を不安定にし、適応性が向上した菌株が増殖する機会を生み出します。

一部の共生生物は、抗菌ペプチド (AMP) の分泌を通じて病原菌の増殖を直接阻害します。 このような因子は、細胞壁合成の阻害、細孔の形成、ヌクレアーゼ活性などの多くの機構によって、隣接する細菌の増殖を抑制します。 近隣の細菌の増殖を阻害する他の非ペプチド分子には、短鎖脂肪酸 (SCFA)、過酸化水素 (H2O2)、二次胆汁酸などがあります。 最後に、細菌の分泌系 (特に VI 型分泌系) は、有毒物質を環境に、さらには近くの真核細胞や原核細胞に輸送するために共生生物によって広く使用されています [18]。