BEAS-2B気管支気道上皮細胞におけるSMPD1活性の低下は、NRF2活性、サイトカイン合成、好中球リクルートの増加をもたらす

Decreasing SMPD1 activity in BEAS-2B bronchial airway epithelial cells results in increased NRF2 activity, cytokine synthesis and neutrophil recruitment.

• Elyse MacFadden-Murphy
• Lucie Roussel
• Guy Martel
• Julie Bérubé
• Simon Rousseau

抄録

ニーマン・ピック病（NPD）B型は、スフィンゴミエリンホスホジエステラーゼ1（SMPD1）活性の変動するレベルの障害を特徴とするまれな常染色体劣性疾患である。NPD-B型では肺病変が最も重要な予後因子であり，乳児期からの呼吸器感染症の再発が罹患率と死亡率の主な原因となっている．我々は，SMPD1活性の低下が気道上皮の宿主防御反応を障害しているのではないかと仮説を立てた．SMPD1活性を誘導性shRNAを用いて低下させた。驚くべきことに、SMPD1活性を50％低下させると、ベースライン時と細菌刺激に反応して好中球のリクルートが増加した。これは、刺激されていない細胞（例えば、IL-8およびGRO-α）および感染した細胞（例えば、IL-8、GRO-α、GM-CSFおよびCCL20）における好中球のリクルートに寄与することが示されているサイトカインmRNAのレベルの上昇と相関していた。SMPD1活性の低下は、宿主の防御反応を阻害するのではなく、感染していない場合でも炎症反応を引き起こす。さらに、SMPD1活性の低下はプロオキシダントシフトをもたらした。その結果、不活性変異体であるSMPD1[L225P]を発現させると、WT酵素ではなく、抗酸化転写因子NRF2の活性化が増加した。したがって、気道上皮細胞におけるSMPD1活性を50％減少させると、1つの対立遺伝子の損失に相当し、NRF2を活性化する酸化物質の蓄積と、それに伴うサイトカイン産生および好中球のリクルートの増加をもたらす。これは、慢性閉塞性肺疾患や嚢胞性線維症などの他の慢性炎症性肺疾患で観察されるシナリオと同様に、宿主の防御を損なう慢性炎症状態を引き起こす可能性があります。

Niemann-Pick disease (NPD) type B is a rare autosomal recessive disease characterized by variable levels of impairment in sphingomyelin phosphodiesterase 1 (SMPD1) activity. Lung involvement is the most important prognostic factor in NPD-B, with recurrent respiratory infections starting in infancy being the major cause of morbidity and mortality. We hypothesized that decreased SMPD1 activity impaired airway epithelium host defense response. SMPD1 activity was reduced using inducible shRNA. Surprisingly, decreasing SMPD1 activity by 50%, resulted in increased neutrophil recruitment, both at baseline and in response to bacterial stimulation. This correlated with elevated levels of cytokine mRNA shown to contribute to neutrophil recruitment in unstimulated (e.g. IL-8 and GRO-α) and infected cells (e.g. IL-8, GRO-α, GM-CSF and CCL20). Instead of preventing the host defence responses, decreased SMPD1 activity results in an inflammatory response even in the absence of infection. Moreover, decreasing SMPD1 activity resulted in a pro-oxidative shift. Accordingly, expression of an inactive mutant, SMPD1[L225P] but not the WT enzyme increased activation of the antioxidant transcription factor NRF2. Therefore, decreasing SMPD1 activity by 50% in airway epithelial cells, the equivalent of the loss of one allele, results in the accumulation of oxidants that activates NRF2 and a concomitant increased cytokine production as well as neutrophil recruitment. This can result in a chronic inflammatory state that impairs host defence similar to scenarios observe in other chronic inflammatory lung disease such as Chronic Obstructive Pulmonary Disease or Cystic Fibrosis.

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