低線量照射は線維芽細胞様滑膜細胞と放射線量に依存してマクロファージ表現型に差異を与える

Low-Dose Irradiation Differentially Impacts Macrophage Phenotype in Dependence of Fibroblast-Like Synoviocytes and Radiation Dose.

• Lisa Deloch
• Jana Fuchs
• Michael Rückert
• Rainer Fietkau
• Benjamin Frey
• Udo S Gaipl

抄録

関節リウマチ（RA）は、関節の炎症と破壊を主な特徴とする多因子性自己免疫疾患である。RAにおいて重要な役割を果たす滑膜内の2つの細胞タイプは、線維芽細胞様滑膜細胞(FLS)とマクロファージである。後者の自然免疫細胞はその表現型に高い可塑性を示し、炎症過程で中心的な役割を果たしている。特に0.5Gyの単線量の低線量放射線治療（LD-RT）は、炎症を起こした関節の痛み、炎症、骨に良い影響を与えることが実証されている。今回、我々は、低・中線量の電離放射線による免疫調節作用のメカニズムをさらに明らかにするために、関節リウマチの実験モデルを用いて、LD-RTがFLSや骨髄由来マクロファージにどのような影響を与えるかを初めて調べました。このために、h tgマウスの骨髄をサイトカインで分化させ、主要なマクロファージの表現型（M0、M1、M2）を得るか、または未処理または照射したFLSの上清（SN）を用いて分化させた。フローサイトメトリー分析は、FLSのSNの存在下または非存在下でのマクロファージの表現型に対する放射線（0.1、0.5、1.0、および2.0Gy）の影響を分析するために使用された。LD-RTは、M0、M1、またはM2マクロファージのサイトカイン介在性マクロファージ分極に影響を与えなかった。しかし、照射されたFLSのSNは、特にマクロファージ上のCD206発現を減少させた。マクロファージの表現型は、非照射FLSのSNと接触しているときに安定していたが、これらの微小環境条件下でマクロファージ自身に0.5Gyを照射すると、CD206の表面発現が有意に増加し、CD80およびCD86の発現がわずかに減少することが観察され、再び低および中間の線量範囲で不連続的な線量依存性を強調している。一つは、FLS依存性の微小環境条件が、放射線被曝条件下でのマクロファージの表現型の変調にわずかな影響を与えていると結論づけることができる。このような微小環境条件下でのマクロファージの機能に対する放射線被曝の影響を明らかにするためには、今後の研究が必要である。

Rheumatoid arthritis (RA) is a multifactorial autoimmune disease whose main hallmark is inflammation and destruction of the joints. Two cell types within the synovium that play an important role in RA are fibroblast-like synoviocytes (FLS) and macrophages. The latter innate immune cells show a high plasticity in their phenotype and are central in inflammatory processes. Low-dose radiotherapy (LD-RT) with particularly a single dose of 0.5 Gy has been demonstrated to have a positive impact on pain, inflammation, and bone in inflamed joints. We now examined for the first time how LD-RT influences FLS and bone marrow-derived macrophages in co-culture systems of an experimental model of RA to reveal further mechanisms of immune modulatory effects of low and intermediate dose of ionizing radiation. For this, the bone marrow of h tg mice was differentiated either with cytokines to obtain key macrophage phenotypes (M0, M1, and M2) or with supernatants (SN) of untreated or irradiated FLS. Flow cytometry analyses were used to analyse the impact of radiation (0.1, 0.5, 1.0, and 2.0 Gy) on the phenotype of macrophages in the presence or absence of SN of FLS. LD-RT had no impact on cytokine-mediated macrophage polarization in M0, M1, or M2 macrophages. However, SN of irradiated FLS particularly reduced CD206 expression on macrophages. Macrophage phenotype was stable when being in contact with SN of nonirradiated FLS, but significantly increased surface expression of CD206 and slightly decreased CD80 and CD86 expression were observed when macrophage themselves were irradiated with 0.5 Gy under these microenvironmental conditions, again highlighting discontinuous dose dependencies in the low and intermediate dose range. One can conclude that FLS-dependent microenvironmental conditions have a slight influence on the modulation of macrophage phenotype under radiation exposure conditions. Future studies are needed to reveal the impact of radiation exposure on the functions of treated macrophages under such microenvironmental conditions.