SOVREMENNAYA PEDIATRIYA.2016.6(78):60-67; doi 10.15574/SP.2016.78.60 

Розвиток імунної відповіді при пневмококовій пневмонії. Частина 3 

Абатуров О. Є., Агафонова О. О., Нікуліна А. О.

ДЗ «Дніпропетровська медична академія МОЗ України», м. Дніпро, Україна

У статті показано неспецифічну (фагоцитоз) та специфічну Th1-, Th17-асоційовану імунну відповідь при інфікуванні Streptococcus pneumoniae. Надано характеристику фенотипів макрофагів респіраторного тракту в ініціації бактеріального кілінга за рахунок генерації активних азотовмісних метаболітів і нейтрофілів, що володіють протеолітичною активністю за рахунок катепсина G, нейтрофільної еластази і протеїнази 3. Продемонстровано основну роль Th17-клітин у процесі саногенезу пневмококової інфекції. IL-17A, що секретується даними клітинами, рекрутує професійні фагоцити (нейтрофіли або макрофаги) в регіон колонізації, обумовлюючи пригнічення росту колонії Streptococcus pneumoniae. Th17-клітини пам'яті грають ключову роль у забезпеченні захисту від Streptococcus pneumoniae серотип-незалежним способом, а розширення спектра дії антипневмококових вакцин може бути засноване на розробці методів активації Th17-клітин.

Ключові слова: пневмококова пневмонія, клітинні реакції, фагоцитоз, Th1 і Th17-асоційована імунна відповідь.

Література: 
1. Абатуров А. Е. Индукция молекулярных механизмов неспецифической защиты респираторного тракта / А. Е. Абатуров, А. П. Волосовец, Е. И. Юлиш. — Киев : Приватна друкарня ФО-П Сторожук О.В., 2012. — 240 с.

2. A decoy receptor 3 analogue reduces localised defects in phagocyte function in pneumococcal pneumoniae / H. M. Marriott, M. Daigneault, A. A. Thompson [et al.] // Thorax. — 2012. — Nov. — Vol. 67 (11). — P. 985—92. https://doi.org/10.1136/thoraxjnl-2012-201591.

3. Acquisition of pneumococci specific effector and regulatory Cd4+ T cells localising within human upper respiratory-tract mucosal lymphoid tissue / J. Pido-Lopez, W. W. Kwok, T. J. Mitchell [et al.] // PLoS Pathog. — 2011. — Dec. — Vol. 7 (12). — P. 1002396. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1002396.

4. Activation of memory Th17 cells by domain 4 pneumolysin in human nasopharynx-associated lymphoid tissue and its association with pneumococcal carriage / C. Gray, M. S. Ahmed, A. Mubarak [et al.] // Mucosal Immunol. — 2014. — May. — Vol. 7 (3). — P. 705—17. https://doi.org/10.1038/mi.2013.89.

5. Aggarwal N. R. Diverse macrophage populations mediate acute lung inflammation and resolution / N. R. Aggarwal, L. S. King, F. R. D'Alessio // Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. — 2014. — Apr 15. — Vol. 306 (8). — P. 709—25. https://doi.org/10.1152/ajplung.00341.2013.

6. Aging reduces the functionality of anti-pneumococcal antibodies and the killing of Streptococcus pneumoniae by neutrophil phagocytosis / B. Simell, A. Vuorela, N. Ekstrom [et al.] // Vaccine. — 2011. — Feb. 24. — Vol. 29 (10). — P. 1929—34. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2010.12.121.

7. Alveolar macrophages develop from fetal monocytes that differentiate into long-lived cells in the first week of life via GM-CSF/ M. Guilliams, I. De Kleer, S. Henri [et al.] // J. Exp. Med. — 2013. — Sep. 23. — Vol. 210 (10). — P. 1977—92. https://doi.org/10.1084/jem.20131199.

8. Alveolar macrophages have a protective antiinflammatory role during murine pneumococcal pneumoniae / S. Knapp, J. C. Leemans, S. Florquin [et al.] // Am. J. Respir. Crit Care Med. — 2003. — Jan. 15. — Vol. 167 (2). — P. 171—9. https://doi.org/10.1164/rccm.200207-698OC.

9. Alveolar macrophages in pulmonary host defence the unrecognized role of apoptosis as a mechanism of intracellular bacterial killing / J. D. Aberdein, J. Cole, M. A. Bewley [et al.] // Clin Exp Immunol. — 2013. — Nov. — Vol. 174 (2). — P. 193—202. https://doi.org/10.1111/cei.12170.

10. Antibodies to conserved pneumococcal antigens correlate with, but are not required for, protection against pneumococcal colonization induced by prior exposure in a mouse model / K. Trzcinski, C. Thompson, R. Malley, M. Lipsitch // Infect. Immun. — 2005. — Oct. — Vol. 73 (10). — P. 7043—6. https://doi.org/10.1128/IAI.73.10.7043-7046.2005.

11. CD4+ T-cell responses among adults and young children in response to Streptococcus pneumoniae and Haemophilus influenzae vaccine candidate protein antigens / S. K. Sharma, D. Roumanes, A. Almudevar [et al.] // Vaccine. — 2013. — Jun 26. — Vol. 31 (30). — P. 3090—7. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2013.03.060.

12. Characterisation of regulatory T cells in nasal associated lymphoid tissue in children: relationships with pneumococcal colonization / Q. Zhang, S. C. Leong, P. S. McNamara [et al.] // PLoS Pathog. — 2011. — Aug. — P. 7 (8). — P. 1002175. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1002175.

13. Characterization of the inflammatory infiltrate in Streptococcus pneumoniae pneumoniae in young and elderly patients / T. Menter, C. Giefing-Kroell, B. Grubeck-Loebenstein, A. Tzankov // Pathobiology. — 2014. — Vol. 81 (3). — P. 160—7. https://doi.org/10.1159/000360165.

14. Contrasting roles for reactive oxygen species and nitric oxide in the innate response to pulmonary infection with Streptococcus pneumoniae / H. M. Marriott, P. G. Hellewell, M. K. Whyte, D. H. Dockrell // Vaccine. — 2007. — Mar 22. — Vol. 25 (13). — P. 2485—90. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2006.09.024.

15. Cross-protective mucosal immunity mediated by memory Th17 cells against Streptococcus pneumoniae lung infection / Y. Wang, B. Jiang, Y. Guo [et al.] // Mucosal Immunol. — 2016. — Apr. 27. https://doi.org/10.1038/mi.2016.41.

16. Distinct macrophage subpopulations characterize acute infection and chronic inflammatory lung disease / M. Duan, W. C. Li, R. Vlahos [et al.] // J. Immunol. — 2012. — Jul. 15. — Vol. 189 (2). — P. 946—55. https://doi.org/10.4049/jimmunol.1200660.

17. Dockrell D. H. Pneumococcal pneumoniae: mechanisms of infection and resolution / D. H. Dockrell, M. K. Whyte, T. J. Mitchell // Chest. — 2012. — Aug. — Vol. 142 (2). — P. 482—91. https://doi.org/10.1378/chest.12-0210.

18. Experimental human pneumococcal carriage augments IL-17A-dependent T-cell defence of the lung / A. K. Wright, M. Bangert, J. F. Gritzfeld [et al.] // PLoS Pathog. — 2013. — Mar. — Vol. 9 (3). — P. 1003274. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1003274.

19. Fas determines differential fates of resident and recruited macrophages during resolution of acute lung injury / W. J. Janssen, L. Barthel, A. Muldrow [et al.] // Am. J. Respir. Crit. Care Med. — 2011. — Sep. 1. — Vol. 184 (5). — P. 547—60. https://doi.org/10.1164/rccm.201011-1891OC.

20. Goncalves M. T. Immune ageing and susceptibility to Streptococcus pneumoniae / M. T. Goncalves, T. J. Mitchell, J. M. Lord // Biogerontology. — 2015. — Oct. 15. doi: 10.1007/s10522-015-9614-8. https://doi.org/10.1007/s10522-015-9614-8

21. Groom J. R. CXCR3 ligands: redundant, collaborative and antagonistic functions / J. R. Groom, A. D. Luster // Immunol Cell Biol. — 2011. — Feb. — Vol. 89 (2). — P. 207—15. https://doi.org/10.1038/icb.2010.158.

22. IL-1beta processing in host defense: beyond the inflammasomes / M. G. Netea, A. Simon, F. van de Veerdonk [et al.] // PLoS Pathog. — 2010. — Feb. 26. — Vol. 6 (2). — P. 1000661. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1000661.

23. Influence of neutropenia on the course of serotype 8 pneumococcal pneumoniae in mice / M. Marks, T. Burns, M. Abadi [et al.] // Infect. Immun. — 2007. — Apr. — Vol. 75 (4). — P. 1586—97. https://doi.org/10.1128/IAI.01579-06.

24. Interleukin 17A promotes pneumococcal clearance by recruiting neutrophils and inducing apoptosis through a p38 mitogen-activated protein kinase-dependent mechanism in acute otitis media / W. Wang, A. Zhou, X. Zhang [et al.] // Infect. Immun. — 2014. — Jun. — Vol. 82 (6). — P. 2368—77. https://doi.org/10.1128/IAI.00006-14.

25. Interleukin-18 protects splenectomized mice from lethal Streptococcus pneumoniae sepsis independent of interferon-gamma by inducing IgM production / Kuranaga N., Kinoshita M., Kawabata T. [et al.] // J. Infect. Dis. — 2006. — Oct. 1. — Vol. 194 (7). — P. 993—1002. https://doi.org/10.1086/507428.

26. Interleukin-1β regulates CXCL8 release and influences disease outcome in response to Streptococcus pneumoniae, defining intercellular cooperation between pulmonary epithelial cells and macrophages / H. M. Marriott, K. A. Gascoyne, R. Gowda [et al.] // Infect. Immun. — 2012. — Mar. — Vol. 80 (3). — P. 1140—9. https://doi.org/10.1128/IAI.05697-11.

27. Interleukin-23 (IL-23) deficiency disrupts Th17 and Th1-related defenses against Streptococcus pneumoniae infection / B. J. Kim, S. Lee, R. E. Berg [et al.] // Cytokine. — 2013. — Oct. — Vol. 64 (1). — P. 375—81. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2013.05.013.

28. Joyce E. A. Streptococcus pneumoniae nasopharyngeal colonization induces type I interferons and interferon_induced gene expression / E. A. Joyce, S. J. Popper, S. Falkow // BMC Genomics. — 2009. — Aug. 27. — Vol. 10. — P. 404. https://doi.org/10.1186/1471-2164-10-404.

29. Key mechanisms governing resolution of lung inflammation / C. T. Robb, K. H. Regan, D. A. Dorward, A. G. Rossi // Semin Immunopathol. — 2016. — Apr. 27. https://doi.org/10.1007/s00281-016-0560-6.

30. Local macrophage proliferation, rather than recruitment from the blood, is a signature of TH2 inflammation / S. J. Jenkins, D. Ruckerl, P. C. Cook [et al.] // Science. — 2011. — Jun 10. — Vol. 332 (6035). — P. 1284—8. https://doi.org/10.1126/science.1204351.

31. Low CD4 T cell immunity to pneumolysin is associated with nasopharyngeal carriage of pneumococci in children / Q. Zhang, L. Bagrade, J. Bernatoniene [et al.] // J. Infect. Dis. 2007. — Apr. 15. — Vol. 195 (8). — P. 1194—202. https://doi.org/10.1086/512617.

32. LPS-induced CD11b+Gr1(int)F4/80+ regulatory myeloid cells suppress allergen-induced airway inflammation / M. Arora, S. L. Poe, A. Ray, P. Ray // Int. Immunopharmacol. — 2011. — Jul. — Vol. 11 (7). — P. 827—32. https://doi.org/10.1016/j.intimp.2011.01.034.

33. Lundgren A. Characterization of Th17 responses to Streptococcus pneumoniae in humans: comparisons between adults and children in a developed and a developing country/ A. Lundgren, T.R. Bhuiyan, D. Novak et al. // Vaccine. 2012 Jun 6;30(26):3897—907. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2012.03.082.

34. Lung interstitial macrophages alter dendritic cell functions to prevent airway allergy in mice / D. Bedoret, H. Wallemacq, T. Marichal [et al.] // J. Clin. Invest. — 2009. — Dec. — Vol. 119 (12). — P. 3723—38. https://doi.org/10.1172/JCI39717.

35. Malley R. Antibody and cell-mediated immunity to Streptococcus pneumoniae: implications for vaccine development / R. Malley // J. Mol. Med. (Berl). — 2010. — Feb. — Vol. 88 (2). — P. 135—42. https://doi.org/10.1007/s00109-009-0579-4.

36. Martin T. R. Innate immunity in the lungs / T. R. Martin, C. W. Frevert // Proc. Am. Thorac. Soc. — 2005. — Vol. 2 (5). — P. 403—11. https://doi.org/10.1513/pats.200508-090JS.

37. Microbiological and inflammatory factors associated with the development of pneumococcal pneumoniae / F. Dallaire, N. Ouellet, Y. Bergeron [et al.] // J. Infect. Dis. — 2001. — Aug. 1. — Vol. 184 (3). — P. 292-300. https://doi.org/10.1086/322021.

38. Minimal differentiation of classical monocytes as they survey steady-state tissues and transport antigen to lymph nodes / C. Jakubzick, E. L. Gautier, S. L. Gibbings [et al.] // Immunity. — 2013. — Sep. 19. — Vol. 39 (3). — P. 599-610. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2013.08.007.

39. Mosser D. M. Exploring the full spectrum of macrophage activation / D. M. Mosser, J. P. Edwards // Nat. Rev. Immunol. — 2008. — Dec. — Vol. 8 (12). — P. 958—69. https://doi.org/10.1038/nri2448..

40. Okumura C. Y. Subterfuge and sabotage: evasion of host innate defenses by invasive gram-positive bacterial pathogens / C. Y. Okumura, V. Nizet // Annu. Rev. Microbiol. — 2014. — Vol. 68. — P. 439—58. https://doi.org/10.1146/annurev-micro-092412-155711.

41. Palomo J. The interleukin (IL)-1 cytokine family-Balance between agonists and antagonists in inflammatory diseases / J. Palomo, D. Dietrich, P. Martin // Cytokine. — 2015. — Nov. — Vol. 76 (1). — P. 25—37. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2015.06.017.

42. Patel B. Particle engineering to enhance or lessen particle uptake by alveolar macrophages and to influence the therapeutic outcome / B. Patel, N. Gupta, F. Ahsan // Eur. J. Pharm. Biopharm. — 2015. — Jan. — Vol. 89. — P. 163—74. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2014.12.001.

43. Protection against Streptococcus pneumoniae lung infection after nasopharyngeal colonization requires both humoral and cellular immune responses / R. Wilson, J. M. Cohen, R. J. Jose [et al.] // Mucosal Immunol. — 2015. — May. — Vol. 8 (3). — P. 627—39. https://doi.org/10.1038/mi.2014.95.

44. Rathore J. S. Protective role of Th17 cells in pulmonary infection / J. S. Rathore, Y. Wang // Vaccine. — 2016. — Mar. 18. — Vol. 34 (13). — P. 1504—14. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2016.02.021..

45. Roles of lung epithelium in neutrophil recruitment during pneumococcal pneumoniae / K. Yamamoto, A. N. Ahyi, Z. A. Pepper-Cunningham [et al.] // Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. — 2014. — Feb. — Vol. 50 (2). — P. 253—62. https://doi.org/10.1165/rcmb.2013-0114OC.

46. Sharma S. K. Reduced memory CD4+ T-cell generation in the circulation of young children may contribute to the otitis-prone condition / S. K. Sharma, J. R. Casey, M. E. Pichichero // J. Infect. Dis. — 2011. — Aug. 15. — Vol. 204 (4). — P. 645—53. https://doi.org/10.1093/infdis/jir340.

47. Streptococcus pneumoniae and reactive oxygen species: an unusual approach to living with radicals / H. Yesilkaya, V. F. Andisi, P. W. Andrew, J. J. Bijlsma // Trends Microbiol. — 2013. — Apr. — Vol. 21 (4). — P. 187—95. https://doi.org/10.1016/j.tim.2013.01.004.

48. Sоrensen O. E. Neutrophil extracellular traps — the dark side of neutrophils / O. E. Sоrensen, N. Borregaard // J. Clin. Invest. — 2016. — May 2. — Vol. 126 (5). — P. 1612—20. https://doi.org/10.1172/JCI84538.

49. T cell memory response to pneumococcal protein antigens in an area of high pneumococcal carriage and disease / M. W. Mureithi, A. Finn, M. O. Ota [et al.] // J. Infect. Dis. — 2009. — Sep. 1. — Vol. 200 (5). — P. 783—93. https://doi.org/10.1086/605023.

50. The prolonged life-span of alveolar macrophages / J. Murphy, R. Summer, A. A. Wilson [et al.] // Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. — 2008. — Apr. — Vol. 38 (4). — P. 380—5. https://doi.org/10.1165/rcmb.2007-0224RC.

51. Timar C. I. Changing world of neutrophils / C. I. Timar, A. M. Lorincz, E. Ligeti // Pflugers Arch. — 2013. — Nov. — Vol. 465 (11). — P. 1521— 33. https://doi.org/10.1007/s00424-013-1285-1.

52. TRAIL+ monocytes and monocyte-related cells cause lung damage and thereby increase susceptibility to influenza-Streptococcus pneumoniae coinfection / G. T. Ellis, S. Davidson, S. Crotta [et al.] // EMBO Rep. — 2015. — Sep. — Vol. 16 (9). — P. 1203—18. https://doi.org/10.15252/embr.201540473.

53. Weber A. Interleukin-1 (IL-1) pathway / A. Weber, P. Wasiliew, M. Kracht // Sci Signal. — 2010. — Jan. 19. — Vol. 3 (105). — cm1. https://doi.org/10.1126/scisignal.3105cm1.

54. Zhang Z. Cellular effectors mediating Th17-dependent clearance of pneumococcal colonization in mice / Z. Zhang, T. B. Clarke, J. N. Weiser // J. Clin. Invest. — 2009. — Jul. — Vol. 119 (7). — P. 1899—909. https://doi.org/10.1172/JCI36731.

55. Zheng S. G. Regulatory T cells vs Th17: differentiation of Th17 versus Treg, are the mutually exclusive? / S. G. Zheng // Am. J. Clin. Exp. Immunol. — 2013. — Feb. 27. — Vol. 2 (1). — P. 94—106. PMid:23885327 PMCid:PMC3714204.