농촌 우간다 코호트의 HIV 감염자 중 COPD에서 기도 마이크로바이옴 및 Th17 매개 염증 (HLM)

서론 HIV/AID(PLWHA)를 앓고 있는 사람들 사이에서 항레트로바이러스 요법(ART)에 대한 접근성이 개선되어 HIV 관련 이환율과 사망률이 감소했습니다[1]. 이것은 HIV[2]의 가장 큰 부담을 지는 저소득 및 중간 소득 국가(LMIC)에서 특히 그렇습니다. 사망률 감소로 인해 기대 수명이 크게 증가했으며 PLWHA의 추정치는 이제 일반 인구의 추정치에 접근하고 있습니다[3]. 결과적으로 만성폐쇄성폐질환(COPD)[4]과 같은 비전염성 질병(NCD)의 부상에 대한 생존자들의 관심이 높아졌습니다. PLWHA의 밀도가 가장 높은 사하라 사막 이남 아프리카는 특히 폐결핵(PTB) 병력이 있는 개인의 COPD 관련 이환율과 사망률이 극적으로 증가했습니다[5]. 시골 우간다 ART 클리닉에서 우리는 6.22%의 COPD 유병률을 보고했으며 PTB의 병력이 COPD 위험과 폐 기능 감소의 가장 강력한 예측인자였습니다[5]. 현재 ART로 잘 조절되는 PLWHA 집단에서 무엇이 만성 폐 염증을 일으키는지는 완전히 알려지지 않았습니다.

위의 질문에 대한 답을 찾기 위해 우리는 PLWHA에서 만성 기도 염증을 조정하는 데 있어 변경된 기도 미생물 군집의 역할을 탐구해 왔습니다. 우리의 연구 질문은 기도에 서식하는 박테리아 군집의 변화가 면역 반응과 만성 기도 염증을 유발한다는 인간 및 동물 연구에서 얻은 지식의 증가에 의해 뒷받침되었습니다[6-9]. 우간다 농촌 지역의 50명의 HIV+COPD+, 50명의 HIV+COPD-, 50명의 HIV-COPD- 및 50명의 HIV-COPD- 참가자를 대상으로 한 최근 연구에서 변경된 기도 미생물과 HIV 관련 COPD 사이의 연관성을 조사했습니다(NCT040702). 유도된 가래 샘플에 대한 16S 염기서열 분석의 예비 분석 결과 COPD가 있는 PLHWA는 대조군과 비교했을 때 세균 다양성의 사소한 차이에도 불구하고 Atopobium, Megasphaera, Actinomyces, Selenomonas, Stomatobaculum 및 Oribacterium 속에 속하는 공생 미생물이 PLWHA에서 상당히 풍부했습니다. Prevotella, Porphyromonas, Pseudopropionibacterium, Odoribacter 및 Filifactor 속에 속하는 미생물은 고갈되었습니다. 우리의 결과는 COPD보다 HIV에 의해 영향을 받는 폐 박테리아가 더 많다는 것을 명확하게 보여주며, 고유한 기도 미생물 속의 HIV 관련 변화가 우리 코호트의 PLWHA에서 COPD를 유발할 수 있음을 시사합니다. 현재 알려지지 않은 것은 그러한 속이 만성 기도 염증을 유발하는 방법입니다.

마우스 모델 연구에서는 Prevotella, Bacteroides 및 Veillonella가 폐포 대식세포, 상피 세포 및 수지상 세포에서 TLR(Toll like receptor) 2/4 신호 전달을 통해 폐 염증을 조율하는 데 중요한 역할을 한다고 보고합니다[8]. 보고된 결과는 비정상적인 Th17이었고 무균 및 특정 병원균이 없는 마우스 모델을 사용하여 Treg 면역 반응을 감소시켰습니다[8]. 유사하게, 인간 연구의 최근 증거에 따르면 Prevotella 및 Veillonella 속은 Th17 세포 반응의 상승을 특징으로 하는 뚜렷한 대사 프로필, 강화된 전 염증성 사이토카인 발현과 관련이 있습니다[9]. Microbiome-숙주 세포 통신은 박테리아 바이오매스와 상관관계가 있는 분비된 박테리아 외막 소포(OMVs)에 의해 매개되는 것으로 보고되었습니다(그림 2)[8]. 우리는 COPD가 있는 PLWHA에서 비정상적인 Th17 반응을 유발하는 기도 세균 속을 확인하는 것이 점막 표면에서 집락 저항성을 촉진하기 위해 항생제에 의한 병원체의 직접적인 제거 또는 프로바이오틱스를 통한 공생균의 복원을 통해 미생물 균형을 회복하는 것을 목표로 하는 전략 개발을 향한 디딤돌이 될 수 있다고 믿습니다. .

이러한 배경을 바탕으로 기도 마이크로바이옴이 HIV 감염자 중 COPD에서 Th17 매개 기도 염증을 일으키는지 조사하는 것을 목표로 합니다. 우리는 다음과 같은 가설을 세웁니다. (2) 박테리아 구동 Th17 반응은 COPD 환자들 사이에서 전 염증성 유전자의 발현을 촉진하고 (3) 기도 미생물 군집은 박테리아 외막 소포(OMVs)의 분비를 통해 Th17 면역 반응에 미치는 영향을 중재합니다.

이 연구에서 우리는: (1) COPD를 가진 HIV에 감염된 개인들 사이에서 기도 마이크로바이옴과 Th17/Treg 세포 표현형 사이의 관계를 확립할 것입니다. (2) COPD가 있는 HIV 개체에서 염증 유발 및 섬유화 유전자의 박테리아 매개 Th17 상향 조절을 조사하고 (3) HIV 개체 사이에서 마이크로바이옴 구동 Th17 면역 반응을 매개하는 박테리아 외막 소포(OMV)의 역할을 탐색합니다.

연구 목적 및 목적

연구 목표:

HIV 감염자 중 COPD에서 기도 미생물에 의해 구동되는 Th17 매개 염증을 조사하기 위해

특정 목표

1. COPD가 있는 HIV 감염자 사이에서 기도 마이크로바이옴과 Th17/Treg 세포 표현형 사이의 관계를 확립합니다.
2. COPD가 있는 HIV에 감염된 개체에서 전염증성 유전자의 박테리아 매개 Th17 상향 조절을 조사하기 위해
3. HIV 개인들 사이에서 세균불균형을 매개하는 Th17 면역 반응에서 세균 외막 소포(OMVs)의 역할을 조사합니다.

문제 진술 항레트로바이러스 요법(ART)의 광범위한 사용으로 이 인구의 수명이 증가함에 따라 HIV/AIDS(PLWHA)를 앓고 있는 사람들 사이에서 만성 폐쇄성 폐질환의 유병률이 증가하고 있습니다[5]. ART로 잘 조절되는 PLWHA에서 무엇이 만성 기도 염증을 일으키는지는 아직 알려지지 않았습니다. COPD와 폐결핵 사이의 잘 확립된 연관성에도 불구하고 PLWHA에서 보고된 COPD 사례를 완전히 설명하지는 않습니다[5]. 우리 연구 집단에서 흡연이나 바이오매스 노출은 COPD와 관련이 있는 것으로 보고되지 않았습니다. PLWHA 중 만성기도 염증을 유발하는 요인을 탐색할 필요가 있습니다.

정당성 강력한 면역 반응을 유도할 수 있는 특정 미생물 군집은 숙주-미생물군집 상호 작용의 결과를 면역 관용 또는 염증으로 결정할 수 있습니다. COPD 인간 연구 및 동물 모델[5-8]에서 기도 마이크로바이옴의 심층 특성화가 수행된 반면, 연관성만 보고되었으며 COPD 사망률의 예측 인자로 몇 가지 특정 시그니처가 관련되어 있습니다[9]. COPD에서 마이크로바이옴의 기계론적 역할을 자세히 설명하기 위해 테스트 가능한 인간 기도 또는 폐 기반 모델로 번역된 동물 기반 마이크로바이옴 모델은 거의 없습니다. 많은 미생물 군집 속에서 어떤 박테리아가 강력한 면역 반응을 유도하는지 해독하는 것은 하위 표현형에 대한 중요한 관심 영역으로 남아 있으며 치료 가능한 특성을 식별합니다. 우리는 이 연구 질문을 추구하는 것이 호흡기 면역 생물학에서 잠재적으로 중대한 과학적 발견인 관용원성(Treg 유도) 또는 염증성(Th17 유도)으로서 기도 미생물 군집을 면역표현형 분석하기 위한 기초를 제공할 것이라고 믿습니다.

문헌 검토 전 세계적으로 NCD 관련 사망의 80% 이상이 저소득 및 중간 소득 국가(LMIC)에서 발생합니다[10]. NCD 중에서 만성 폐 질환은 전 세계적으로 네 번째로 큰 사망 원인이며 2030년까지 사하라 이남 아프리카에서 세 번째로 큰 건강 문제가 될 것으로 예상됩니다[11]. COPD는 진행성 생명을 위협하는 기류 폐쇄로 처음에는 활동 시 숨가쁨을 유발하고 악화 및 심각한 질병에 걸리기 쉽습니다[12]. 일반 인구에서 COPD는 2015년까지 전 세계적으로 총 3백만 명의 생명을 앗아갔습니다[13]. 항레트로바이러스 요법(ART) 및 cotrimoxazole 예방법의 세계적인 규모 확장의 결과로 폐 감염의 발생률이 극적으로 감소했지만 COPD는 점점 인식되고 있지만 잘 이해되지 않는 합병증입니다[14]. 현재까지 전 세계 HIV 감염 인구의 COPD 역학에 대한 메타 분석은 COPD 유병률이 3~23%임을 보여줍니다[15].

2015년까지 우간다에서 COPD의 유병률과 위험 요인은 거의 밝혀지지 않았습니다. COPD의 유병률은 우간다 농촌 인구에서 16% 유병률로 처음 추정되었습니다[11]. 이 연구에서 그들은 HIV 상태에 따른 유병률을 비교하지 않았습니다. 보고된 유병률은 해당 지역의 다른 연구에 비해 높았으며 다른 요인으로 설명될 수 있습니다. Siddharthan과 동료들은 캄팔라의 도시 지역사회에서 1.5%의 유병률에 비해 Nakaseke 지역의 우간다 시골 지역사회에서 COPD의 유병률이 6.1%라고 보고했습니다[16]. 본 연구에서는 COPD와 관련된 가장 중요한 요인이 시골 거주지이며, HIV는 COPD의 중요한 위험 요인으로 나타나지 않는다는 점을 강조하였다[5]. 그럼에도 불구하고, 이 인구 기반 연구는 COPD 유병률 및 폐 기능 결과에 대한 HIV 바이러스 부하 및 CD4 수치의 영향을 조사하지 않았습니다. 또한 HIV 상태는 8.1%로 자가 보고되었습니다. 유사하게, 우간다 남서부의 최근 연구에서 North와 동료들은 HIV와 호흡기 증상 또는 폐 기능 사이에 유의미한 연관성을 보고하지 않았습니다. 그러나 저자는 COPD에 대한 HIV 특이 특성의 영향을 조사하지 않았습니다[17].

우간다의 Nakaseke 지역에 있는 ART 클리닉의 시골 환경에서 HIV가 잘 통제된 참가자가 있는 우리는 6.22%의 COPD 유병률을 발견했습니다[5]. 폐결핵 병력은 COPD 및 감소된 폐 기능과 밀접한 관련이 있습니다. 예상대로 연령 증가는 폐 기능 감소와 관련이 있습니다. 그러나 ART의 사용 및 기간, 현재 및 기준선 CD4+T 세포 수 및 바이러스 부하를 포함한 HIV 특이 특성은 조정 및 조정 분석 모두에서 COPD 또는 감소된 폐 기능과 관련이 없었습니다[5]. 진단받은 사람들 중 COPD는 호흡기 건강 상태 감소 및 심각한 호흡기 증상과 관련이 있었습니다. 현재 PLWHA 집단에서 바이러스학적으로 90% 이상 억제되고, 분화 4(CD4) 수 >500, 80% 비흡연자, 폐결핵 치료 이력이 있고 유의미한 연관성이 없는 PLWHA 인구에서 무엇이 만성 폐 염증을 유발하는지 완전히 알려지지 않았습니다. COPD와 바이오매스 노출 사이[5]. 최근 연구의 증거는 기도의 점막 표면에 서식하는 박테리아 군집이 만성 염증을 유발한다는 것을 시사합니다[8].

항상성 상태에서 기도 점막 표면에는 공생 미생물 군집이 서식합니다. 이 유기체는 여러 분자 메커니즘을 통해 병원체에 대한 집락 저항성을 유도합니다[18]. 가장 많이 연구된 메커니즘은 미생물-미생물 및 미생물-숙주 상호작용을 포함합니다. 공생동물은 매우 빠르게 복제되고 조밀하게 점유된 생물학적 틈새에 생존하여 이러한 미세 서식지 내에서 영양분 가용성을 제한합니다. 아미노산, 당, 아연, 철 및 산소와 같은 자원에 대한 이러한 경쟁은 병원체에 의한 식민지화를 제한합니다[18]. 따라서 더 높은 미생물 다양성은 더 다양한 대사 산물 풀을 활용하는 더 많은 미생물을 의미하며 모든 병원균이 번성하는 데 어려움이 있습니다. 따라서 미생물 바이오매스 또는 다양성의 손실을 초래하는 모든 변화는 미생물 생태계를 불안정하게 하여 적합성이 증가한 균주가 증식할 수 있는 기회를 만듭니다.

일부 공생식물은 항균 펩타이드(AMP)의 분비를 통해 병원균의 성장을 직접적으로 억제합니다. 이러한 인자들은 세포벽 합성 억제, 기공 형성, 뉴클레아제 활성 등의 과다한 기작에 의해 인접 세균의 성장을 억제한다. 인접 박테리아의 증식을 억제하는 다른 비펩티드 분자에는 단쇄 지방산(SCFA), 과산화수소(H2O2) 및 2차 담즙산이 포함됩니다. 마지막으로 박테리아 분비 시스템(특히 Type VI 분비 시스템)은 독성 물질을 환경이나 근처의 진핵 또는 원핵 세포로 운반하기 위해 공생 생물에 의해 널리 사용되었습니다[18].