Obturarea (publicitatea) pentru a preveni obturarea mucusului

Se știe de mult timp că mucusul există în căile respiratorii, dar numai relativ recent s-a recunoscut pe scară largă că hipersecreția mucusului joacă un rol major în patogeneza bolilor pulmonare obstructive cronice, inclusiv astmul, boala pulmonară obstructivă cronică și fibroza chistică. Mucusul din căile respiratorii este un amestec complex de lichide și proteine. Componentele importante sunt mucinele formatoare de gel, care sunt glicoproteine cu greutate moleculară mare, ale căror proprietăți vâscoelastice neobișnuite permit gelului să interacționeze cu cili epiteliali, promovând astfel eliminarea materialelor străine depuse. Mucinele căilor respiratorii sunt analizate în detaliu în altă parte 1. Datorită importanței sale clinice și eficacității limitate a terapiilor actuale 2, 3, hipersecreția mucoasă este o țintă atractivă pentru noi terapii.

Cum a evoluat mucusul ca sursă importantă de apărare a gazdei în căile respiratorii și care sunt rolurile secreției mucoase în bolile obstructive cronice ale căilor respiratorii? Când peștii au migrat din apă pe uscat, plămânii au înlocuit branhiile pentru schimbul de gaze respiratorii. Amplasarea plămânilor adiacentă inimii, adânc în cavitatea toracică, a adăugat cerința unui tub de aer pentru a transporta aerul inspirat către plămâni. Cu toate acestea, aerul inspirat conține, de asemenea, microbi și alți iritanți, care se depun pe suprafața epitelială a căilor respiratorii, provocând inflamații și invadând gazda. Ca răspuns, gazda a dezvoltat acțiuni defensive, care, în mod normal, distrug și elimină organismele invadatoare. Printre răspunsurile defensive ale gazdei la invadatorii inhalați, mucinele secretate de la nivelul căilor respiratorii joacă în mod normal roluri protectoare majore. Mucinele recrutate captează invadatorii, care sunt apoi eliminați prin tuse și eliminare mucociliară 4. La indivizii sănătoși, mucinele din căile respiratorii sunt rare, dar suficiente pentru a realiza prinderea și eliminarea invadatorilor în mod eficient și cu simptome minime. Cu toate acestea, în bolile inflamatorii cronice ale căilor respiratorii, cum ar fi astmul, apare o producție exagerată de mucină, ceea ce duce la simptome și la obstrucția căilor respiratorii. În căile aeriene de conducere majore, hipersecreția duce la tuse și la producerea de spută. În căile respiratorii periferice mici, din cauza geometriei lor, hipersecreția de mucus poate duce la obturarea lumenului căilor respiratorii. În astmul fatal, hipersecreția mucoasă este vizibilă și se crede că joacă un rol major ca și cauză a decesului 5-8.

Diferiți cercetători au subliniat importanța obstrucției căilor respiratorii mici (colmatarea mucoasă). Trebuie remarcat faptul că, din cauza localizării lumenurilor obturate în căile respiratorii mici, recunoașterea clinică a dopurilor mucoase a fost problematică, iar obstrucția căilor respiratorii periferice a rămas o zonă relativ tăcută a plămânilor, care nu este ușor de identificat din punct de vedere fiziologic, prin examinare radiologică sau prin studiu bronhoscopic. Diagnosticul de colmatare a căilor aeriene rămâne o provocare pentru investigatori!

Recent, hipersecreția mucoasă a fost recunoscută ca o problemă clinică majoră în bolile cronice ale căilor respiratorii, iar studiile privind mucinele s-au intensificat. În primul rând, au fost clonate genele mucinelor, oferind instrumente pentru continuarea cercetărilor asupra mucinelor. Deoarece organismele invadatoare, alergenii, fumul de țigară și alte particule iritante se depun pe suprafața epitelială, cercetătorii au căutat mecanisme de semnalizare care să permită gazdei să intercepteze invadatorii.

Când un invadator se depune pe suprafața epiteliului căilor respiratorii, s-a demonstrat că are loc o cascadă de evenimente, care culminează cu activarea unui receptor de pe suprafața epitelială, receptorul factorului de creștere epidermică (EGFR), și care are ca rezultat producerea de mucină 9. Ulterior, s-a constatat că o mare varietate de stimuli determină producerea de mucină și alte răspunsuri defensive prin activarea EGFR 10. În studiul original, care a raportat că activarea EGFR de către un ligand EGFR a dus la producerea de mucină, s-a raportat, de asemenea, că producția de mucină indusă de ovalbumină la șobolani a fost inhibată de un inhibitor selectiv al tirozin kinazei EGFR, implicând o cascadă EGFR în producția de mucină indusă de alergeni 9. Studii ulterioare au descris o serie de semnale implicate într-o cascadă de suprafață epitelială, care induc activarea EGFR și diferite ieșiri (de exemplu, interleukina-8 și peptide antibacteriene) prin stimuli multipli (de exemplu, Pseudomonas aeruginosa, viruși, lipopolizaharide, fum de țigară, alergeni, elastază neutrofilă și oxidanți) 10. Calea de semnalizare include activarea unui receptor de suprafață (de exemplu, receptorul Toll-like (TLR)), activarea proteinkinazei C, generarea de specii reactive de oxigen, activarea unei metaloproteaze matriciale de suprafață (MMP), adesea a enzimei de conversie a factorului de necroză tumorală-α (TACE), care scindează liganzii EGFR legați de membrană, care se leagă de EGFR și îl activează, ceea ce duce la producerea unei varietăți de proteine și glicoproteine 1.

În 2009, Zhu et al. 11 au raportat că grupurile majore și minore de rinovirus (RV) au indus producția de mucină, care implică o nouă cale dependentă de TLR3-EGFR. Studiile lor au implicat TLR3 în cascada de semnalizare, iar acești autori au sugerat că mașinăria de apărare antivirală TLR și calea de proliferare/reparare a fosfatidilinositol-3′-kinazei EGFR ar putea juca un rol important în exacerbările bolii căilor respiratorii induse de virus. Acest articol nu a indicat un mecanism pentru efectele speciale (exagerate) în cazul astmului. Într-un alt studiu interesant realizat de Bartlett și colab. 12, boala alergică a căilor respiratorii indusă de ovalbumină a fost amplificată de infecția cu RV-1B, dar mecanismul de amplificare nu a fost descris.

În numărul curent al European Respiratory Journal, Hewson și colab. 13 au studiat inducerea de către RV a subtipurilor A și C ale mucinei 5 (MUC5AC), inițial la voluntari astmatici, și au raportat că infecția experimentală cu RV-16 a condus la inducerea MUC5AC proporțional cu încărcătura virală. Apoi au infectat o linie celulară de cancer pulmonar (NCI-H292) cu RV-16 și au arătat că infecția cu RV a provocat o inducție semnificativă a mucinei. ARNm MUC5AC a crescut în mod dependent de doză între 8 și 48 de ore după infecție (vârf la 24 de ore). Expresia de mucină indusă de RV a fost inhibată de un inhibitor selectiv al EGFR și suprimată de un inhibitor al activării proteinei kinazei kinazei activate de mitogen (MEK). Inhibitorul MEK a blocat răspunsul la mucină la 3-24 h după infecție. Aceștia au raportat că infecția cu RV a indus fosforilarea MEK la 3-24 h (fig. 4c), iar un inhibitor al legării Sp1 a dus la inhibarea expresiei mucinei (fig. 4d). Un inhibitor al inhibitorului subunității β a kinazei factorului nuclear-κB (fig. 5b) a inhibat expresia mucinei.

Apoi au examinat dacă infecția cu RV a indus sau nu eliberarea factorului de creștere transformant-α (TGF-α) și dacă aceasta a fost dependentă de factorul nuclear-κB (NF-κB). RV-16 a indus eliberarea de TGF-α și a fost blocată semnificativ prin inhibarea NF-κB (fig. 6b). Autorii au concluzionat că calea de semnalizare a inducerii de către RV a NF-κB a activat MMP-urile și o cale ulterioară EGFR-MEK/căi de kinază reglată de semnalul extracelular care duce la sinteza și secreția de MUC5AC. Cel mai nou și mai stimulativ aspect al acestei lucrări este descrierea propusă a unei căi de semnalizare induse de virus care duce la producerea de mucină.

În general, în studiile anterioare, au fost raportați stimuli multipli care cauzează activarea unei secvențe de molecule de semnalizare de suprafață și care au ca rezultat activarea EGFR, inclusiv semnalizarea de către receptorul relevant pentru stimul (adesea un TLR), urmată de eliberarea de specii reactive de oxigen, activarea unei MMP, adesea TACE, care are ca rezultat scindarea proligandului EGFR, care apoi se leagă de EGFR și îl activează. Această secvență conduce, prin intermediul unei serii de molecule din aval (de exemplu, Ras, Raf și proteina kinaza activată de mitogen) și prin intermediul unui promotor, la stimularea producției de noi proteine (de exemplu, mucine). În articolul de față al lui Hewson et al. 13, autorii sugerează că stimulul (RV) intră în celulă și activează direct NF-κB, care apoi stimulează o MMP și, astfel, induce o cascadă continuă, inclusiv clivarea proligandului, eliberarea ligandului EGFR solubil și activarea EGFR. Acesta este un concept nou și ar rearanja secvența și calendarul cascadei de semnalizare (fig. 8 din 13). Pentru a valida această cale, aspectele legate de sincronizare sunt esențiale. De exemplu, când are loc fosforilarea EGFR? În figura 3b, RV-16 activează EGFR la 8-12 h. În publicațiile anterioare, cercetătorii au găsit răspunsuri EGFR în câteva minute rămase pentru ∼0,5-1 h 10. În Hewson et al. 13, fosforilarea EGFR nu este prezentată înainte de 4 h. Există o fosforilare mai timpurie a EGFR? În mod curios, ARNm al mucinei este raportat la 8 h, poate înainte de a fi raportată fosforilarea EGFR. Astfel, în studiile viitoare, problema cronometrării și analiza semnalizării pe baza timpului sunt esențiale pentru a determina modul în care funcționează această cale de semnalizare. În plus, mecanismele de recunoaștere a RV pe suprafața epitelială, intrarea RV în interiorul celulei epiteliale și relația sa cu activarea EGFR necesită studii suplimentare.

Celele supraviețuiesc prin modularea activităților lor în timp. În acest sens, cercetătorii s-au străduit să dezvolte biologia sistemelor pentru predicția evenimentelor complexe. Cu toate acestea, analiza biologiei sistemice arată o mare dificultate în construirea timpului în sisteme! Aici, sugerăm că o disecție atentă a căilor de semnalizare în timp poate continua să fie utilă în descoperirea mecanismelor biologice.

În prezent, este recunoscută importanța clinică a hipersecreției mucoase în bolile căilor respiratorii, iar cercetătorii au sporit studiile privind mecanismele de bază, inclusiv producția de mucină și mecanismele care stau la baza hipersecreției mucoase. Importanța clinică a obturației mucoase periferice și dificultatea diagnosticării acestor leziuni necesită abordări noi atât în ceea ce privește diagnosticul, cât și terapia. Este necesar să se determine mecanismele care determină infecțiile virale să declanșeze exacerbări ale astmului și modul în care aceste exacerbări pot fi prevenite sau tratate eficient. Deoarece celulele canceroase ale plămânilor de dimensiuni mici, care au fost utilizate în studiul lui Hewson et al. 13, pot prezenta mecanisme de semnalizare substanțial diferite de cele ale astmaticilor, utilizarea culturilor primare de celule epiteliale obținute de la subiecți astmatici poate oferi noi informații. Acestea sunt aspecte presante care necesită urgent investigații suplimentare. Efectele actuale ale deteriorării stării de sănătate și impactul financiar grav al infecțiilor virale la astmatici impun în prezent o prioritate ridicată pentru cercetările viitoare în clarificarea mecanismelor implicate în hipersecreția mucoasă.

Există un ultim comentariu pentru investigatorii pulmonari. Specialitatea pulmonară a fost dezvoltată târziu. Cu toate acestea, datorită importanței plămânilor și a căilor respiratorii în bolile inflamatorii, imune și maligne, a localizării lor adiacente atmosferei și a ușurinței de acces, se preconizează că creșterea în cercetarea pulmonară va continua să se accelereze! Suntem în priză pentru asta!

• ©ERS 2010