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特殊的问题

炎症的疾病:机制和治疗方法

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体积 2013年 |文章的ID 875403年 | https://doi.org/10.1155/2013/875403

佩特拉塞德尔,迈克尔·罗斯, 抗炎Dimethylfumarate:一个潜在的新治疗哮喘?”,炎症介质, 卷。2013年, 文章的ID875403年, 10 页面, 2013年 https://doi.org/10.1155/2013/875403

抗炎Dimethylfumarate:一个潜在的新治疗哮喘?

学术编辑器:Gustavo Duarte皮门特尔
收到了 2012年12月11日
修改后的 07年2月2013年
接受 07年2月2013年
发表 2013年3月27日

文摘

哮喘是一种慢性气道炎症性疾病,其管制的结果形成炎症细胞和组织细胞的相互作用。在错乱的上皮细胞层,最突出的组织病理学哮喘肺的气道平滑肌细胞的肥大和增生(ASMC)包,积极对气道炎症和重塑。asmc的哮喘患者分泌炎性趋化因子CXCL10 CCL11,咆哮吸引免疫细胞进入呼吸道,从而引发炎症。没有可用的哮喘药物治疗疾病仅仅控制症状。Dimethylfumarate (DMF)作为抗炎药在银屑病和展示出了有前景的结果在多发性硬化症患者的III期临床研究。在哮喘治疗方面,DMF据传已经减少牛皮癣患者的哮喘症状和哮喘。在这里,我们讨论的潜在使用DMF作为一种新颖的治疗哮喘的基础上在体外研究其抑制ASMC ASMC增殖和细胞因子分泌作用。

1。介绍

哮喘是一种呼吸道疾病,其特征是慢性炎症与气道高反应性(AHR)和气道重塑。在过去的几十年里,众多的免疫学研究肺液体和动物研究表明,哮喘是一种疾病引起的免疫反应的放松管制吸入过敏原或吃导致的气道组织结构变化与疾病的持续时间增加1- - - - - -3]。新的临床研究,尤其是在儿童哮喘,表明炎症和重塑发生相互独立的并行甚至气道壁重塑尤其是气管平滑肌的发生炎症的迹象之前可以找到(4- - - - - -7]。因此这个问题如果气道平滑肌细胞的病理生理学是哮喘的发病机制的关键是重新激活(8]。

质量的增加在气道平滑肌细胞(ASM)包是最引人注目的病理特征之一在哮喘气道和反向与肺功能在哮喘9]。气道上皮的作用作为一个主监管机构最近演示了气道壁形成细胞;然而,疯狂的机制(s)上皮细胞影响底层细胞类型必须详细研究[10]。在图1气道壁的,我们提供两个例子从nonasthmatic获得成人和两个中度哮喘患者。哮喘气道的两个组织部分展示了著名的上皮完整性丧失,基底膜厚度的显著增加,增加的数量的ASM包。相比之下,没有明显增加的厚度和结构的牙龈成纤维细胞/ myofibroblast细胞层(图1)。

最近的研究支持这一假设的增加ASM包在哮喘患者的气道壁是一个早期事件发展中独立平行于炎症(4- - - - - -7]。比较53的气道壁结构在活检材料学校儿童难治性哮喘的16个年龄组的健康证明,重构,尤其是ASM包大小的增加,是独立的促炎Th2-cell派生细胞因子(il - 4、IL-5和IL-13),而嗜酸性粒细胞计数变化广泛(4]。评估ASM沿支气管活检标本来自47个喘息学龄前儿童和21 nonwheezing控制,记录,ASM质量的增加发生在大多数气喘儿童(7]。在哮喘和慢性阻塞性肺病的非人灵长类动物模型,一个引人注目的重排的平滑肌细胞包从nonstructured spiral-like气道周围形成描述(11,12]。这些发现表明过敏以及nonallergic诱发哮喘的诱发病态重组ASM包的一个未知的机制。此外,据报道,吸入乙酰甲胆碱或屋尘螨过敏原的志愿轻度哮喘患者导致气道壁重构只有八天内,由吸入长效的预防β2受体激动剂(5]。此外,删除ASM的热传导显著降低哮喘症状,细胞数年,如今被视为严重哮喘的治疗选择(13- - - - - -15]。几个在体外在活的有机体内研究表明,ASM细胞(asmc)分泌多种介质,使他们相互作用的免疫细胞和调节炎症反应和重塑在哮喘9,16,17]。在一起这些观测结果强烈支持ASMC的核心作用在哮喘的发病机制,因此他们是有趣的哮喘治疗的目标18,19]。

吸入长效β2受体激动剂(腊八粥)结合糖皮质激素(gc)仍然是最有效的治疗哮喘。然而,相当数量的哮喘患者吸入不响应GCs [20.]。此外,当前的治疗只控制疾病症状,但没有现有的哮喘药物治疗疾病。这强调了需要新的治疗选择更有效地治疗哮喘(21- - - - - -23]。

Dimethylfumarate (DMF)是一种有效的抗炎药物治疗银屑病,也已被证明能够抑制炎症在其他慢性炎症性疾病,特别是女士(24]。有趣的是,DMF据传已经减少哮喘症状的病人患有哮喘和牛皮癣。在实验研究中,DMF抑制增殖和促炎的转录因子以及asthma-relevant细胞因子的分泌主要人类肺细胞(25- - - - - -28]。在本文中,我们描述如何ASMC-derived CXCL10, CCL11或咆哮可能导致哮喘气道炎症和如何控制这些趋化因子DMF的抗炎作用。

2。Airway-Smooth-Muscle-Cell-Derived趋化因子导致气道炎症

ASMC增生和肥大在哮喘气道已经描述了在1922年和被认为是[气道高反应性的主要原因8]。有趣的是,在最近几年很明显,ASMC ASMC肥大可能会先于炎症和炎症介质的重要来源,因此积极促进气道炎症(4- - - - - -6]。促炎细胞因子激活ASMC进一步分泌趋化因子,随后吸引肥大细胞等免疫细胞(16)或T淋巴细胞(9到ASM包。这些免疫细胞互动ASMC和改变他们的收缩功能,提高扩散,进一步放大了促炎因子的分泌。例如,据报道,mast-cell-derived类胰蛋白酶增强ASMC收缩性(29日),诱导ASMC增殖(30.),并增加TGF -β1分泌[31日]。同样,T淋巴细胞渗透哮喘ASM包和诱导ASMC增殖9,32]。在下面,我们将重点放在ASMC-derived趋化因子CXCL10, CCL11 (eotaxin)和咆哮,至关重要的是参与了走私的免疫细胞在哮喘气道。

3所示。CXCL10 (IP-10)

ASMC-derived CXCL10是一个强有力的化学引诱物对人类肺肥大细胞(33]。针对疾病的模式,ASM包被激活肥大细胞在哮喘、渗透这个病理观察嗜酸性支气管炎患者和在nonasthmatic控制(16,34]。因此,它是假设ASMC本身吸引肥大细胞通过分泌趋化因子如CXCL10。这种假设被研究支持ASMC的哮喘病人,这表示CXCL10水平高于ASMC源自nonasthmatic控制。此外,CXCL10已经检测到在哮喘气道活检的ASM包只和CXCR3 ASM包中的所有肥大细胞表达,这是CXCL10的受体(33]。广泛的哮喘相关刺激已报告增加信号通路可能导致incerased CXCL10分泌(35- - - - - -38]。

CXCL10 ASMC与促炎细胞因子刺激后分泌出如TNF -α干扰素-γ或il - 1β,激活MAPK物,NF -κB,统计1,转录辅激活CREB-binding蛋白(25,39- - - - - -41]。此外,ASMC CXCL10分泌的敏感细胞谷胱甘肽(GSH)含量的变化(27),显示一个链接的这个信号通路asthma-associated upregulation线粒体,控制细胞氧化还原系统42]。有趣的是,thiazolidinedione ciglitazone强烈抑制细胞因子诱导CXCL10蛋白质而不影响CXCL10 mRNA水平,这表明CXCL10 ASMC在转译后的监管水平(41]。感兴趣的在这种情况下,如果CXCL10的转录后的调控哮喘发生通过描述的最近修改翻译控制(43]。

4所示。CCL11 (Eotaxin)

CCL11是一个强有力的嗜酸性粒细胞化学引诱物和哮喘气道嗜酸性粒细胞是一个杰出的病理学(44- - - - - -46]。在活的有机体内哮喘ASM包显示强烈的信号CCL11免疫反应性和CCL11 mRNA (47]。此外,在支气管哮喘病人的切片,CCL11表达式与哮喘严重程度(44,48]。在体外、分泌CCL11 [26,35),它已经表明,asmc源自哮喘病人产生更高水平的CCL11信使rna和蛋白质比来自nonasthmatic控制(49,50]。CCL11 asmc分泌物可以诱导Th1、Th2细胞因子包括TNF -α,il - 1β、IL-13或il - 4 (26,35,51,52)和批判性思维包括激活NF -κB (26,35]。除了化学引诱物的功能,提出了CCL11刺激ASMC增生,ASMC表达CCL11受体CCR3,,激活后,诱发ASMC迁移但在这个研究没有引起ASMC增殖(49]。然而,在不同的研究CCL11增加(3H]胸腺嘧啶核苷掺入和DNA合成和减少ASMC的细胞凋亡率(53]。

5。激昂的演说

咆哮是嗜酸性粒细胞的化学引诱物,T细胞和单核细胞,从而与哮喘病理(54,55]。在哮喘,ASM包由T淋巴细胞(渗透9)和asmc产生高浓度的咆哮mRNA (56]。ASMC-derived咆哮因此提出参与T淋巴细胞的趋化性ASM包。干扰素-γ和肿瘤坏死因子-α刺激咆哮ASMC分泌物在体外(26,35,51),这是依赖NF -的激活κB (26,35),MAPK物(57],AP-1 [58]。像CCL11咆哮参与气道重塑诱导ASMC增殖和迁移53,59]。有趣的是,重组咆哮由肥大细胞类胰蛋白酶降解,从而减少RANTES-activated趋化性嗜酸性粒细胞(55]。此外,mast-cell-derived histamin已被证明ASMC咆哮分泌减少在体外(60]。咆哮的失活mast-cell-derived介质可以解释哮喘ASM包的现象是渗透的肥大细胞的数量远高于T淋巴细胞(16]。

6。Dimethylfumarate (DMF)

DMF是不饱和二元羧酸的酯反丁烯二酸(图2)。的抗炎特性描述的德国化学家沃尔特Schweckendieck DMF(1959年61年]。Schweckendieck认为银屑病是由一个功能失调的柠檬酸周期和假设DMF和反丁烯二酸代谢,进入三羧酸循环,从而抑制了炎症过程。Schweckendieck测试几种形式的延胡索酸酯在得知真相后和他的牛皮癣改善(61年]。基于他的研究发现,医生·谢弗了牛皮癣治疗反丁烯二酸酯的混合物。1989年,对照临床研究证明了DMF在银屑病的疗效[62年]和不久DMF的混合物与钙、镁和锌盐乙氢延胡索酸酯在德国注册的Fumaderm系统性治疗牛皮癣。Fumaderm广泛用于治疗中度到重度牛皮癣寻常的在欧洲北部24,63年- - - - - -65年]。2003年第二代反丁烯二酸衍生物、BG-12肠衣中只包含DMF microtablets,开发(没有作者列出BG 12)。BG-12已经成功测试了在II期和III期临床研究的口服治疗硬化(倍数66年- - - - - -68年]。

7所示。临床使用和DMF的药代动力学

Fumaderm在缓慢增加剂量的口服药物,直到临床效果观察。初始剂量30毫克每天DMF,可以增加到最大程度上的每日剂量720毫克DMF (64年,65年,69年]。在一些临床研究,Fumaderm显示极好的antipsoriatic效应导致改善约75%的基线帕斯(银屑病面积和严重程度指数)在70%的病人测试(64年,69年- - - - - -71年]。虽然副作用如胃肠不适或冲洗发生,Fumaderm已被证明是非常安全的长期治疗牛皮癣没有长期毒性、高感染或恶性肿瘤的风险72年]。

尽管Fumaderm已经使用多年,其药代动力学仍知之甚少。DMF Fumaderm的主要成分,是临床上最有效73年]。然而,在口服Fumaderm, monomethylfumarate (MMF)与血清浓度峰值在20左右μM,但不是DMF,检测血浆(68年,74年]。因此推测,DMF的hydrolysis-product MMF是实际的活性化合物。然而,这一概念已经受到许多质疑在体外研究表明,MMF是DMF药物相比不那么有效。例如,在人类内皮细胞,DMF VCAM-1的表达减少,ICAM-1, E-selectin IC50的值大约50μ米,而monoethylfumarate 10 - 100的浓度μ米没有抑制作用(75年]。同样,在人类的角化细胞,DMF浓度在7 - 140μM抑制il - 1β全身的磷酸化MSK-1,而MMF,享年140岁μ米没有影响MSK-1激活(76年]。DMF迅速被证明与谷胱甘肽(GSH)在生理条件下反应在体外(77年]。因此建议DMF释放到血液中,被细胞吸收,谷胱甘肽共轭,解释为什么DMF口服摄入后没有检测到等离子体。这种假设是支持的一项研究,表明DMF-GSH-conjugate代谢物在DMF-treated牛皮癣患者的尿液分泌(78年]。然而,复杂的药代动力学DMF很难与DMF浓度用于细胞培养模型DMF浓度在靶组织或等离子体水平在活的有机体内

8。在牛皮癣DMF的抗炎作用

几个在体外在活的有机体内研究已经证明了DMF的强有力的抗炎作用及其良好的安全性在牛皮癣的治疗(79年]。DMF的促炎的贡献减少一些细胞类型包括T淋巴细胞,单核细胞,树突状细胞(dc),内皮细胞,角质细胞,这些都是至关重要的是参与银屑病的炎症过程,将在下面讨论。

在净化人类T淋巴细胞,DMF抑制促炎的转录因子NF -κB和诱导细胞凋亡80年,81年]。在活的有机体内牛皮癣患者的研究表明,DMF的总数减少外周血T淋巴细胞和T淋巴细胞在银屑病病变的数量82年,83年]。关于其抗炎作用,DMF抑制DC的成熟减少的表达白介素- 12 (IL), IL - 6,主要组织相容性复合体(MHC)二类,集群的区别(CD) 80,和CD86,主要通过抑制NF -κB,和有丝分裂原,压力激发了蛋白激酶- (MSK) 1。这些不成熟的DCs显示生成更少的干扰素-γ- - - IL-17-producing T淋巴细胞(84年]。

在人类角质细胞和血液单核细胞,DMF抑制CXCL8 mRNA和蛋白表达,CXCL9, CXCL10 [85年]。此外,CXCL8和IL-20 mRNA的表达在人类角质细胞被DMF抑制,这是由减少MSK-1, NF -κB,营地反应元件结合蛋白(分子)激活(76年,86年]。在人类外周血单核细胞,DMF减少谷胱甘肽水平和调节血红素加氧酶- 1 (HO)表达,导致抑制肿瘤坏死因子-α、白介素、干扰素-γ分泌(87年]。此外,DMF抑制巨噬细胞移动抑制因子(MIF),诱导人类角质细胞增殖减少MSK-1, 90 kDa核糖体S6激酶(RSK),分子,JunB磷酸化(86年]。

在内皮细胞,DMF抑制NF -核条目κB,导致减少了TNF-induced组织因子的表达(88年]。此外,粘附分子的表达细胞间粘附分子- 1 (ICAM),血管细胞粘附分子- (VCAM -) 1,和DMF E-selectin内皮细胞被抑制,导致淋巴细胞受损滚动和附着力89年]。DMF也有抗血管新生抑制特性的血管内皮生长因子受体(VEGFR) 2表达人类内皮细胞(90年]。

9。DMF作为潜在的治疗多发性硬化症

多发性硬化(MS)是中枢神经系统的慢性疾病,它的特征是炎症,髓鞘脱失,轴突丧失,神经胶质增生。女士目前治疗肠外管理,只有部分有效,因为病人不仍无复发治疗后(91年]。临床II和III期研究调查的潜在使用DMF口服治疗复发缓和女士(名RRMS)以及许多在体外在MS-relevant细胞所做的研究显示,非常不错的效果。

10。临床研究

Schimrigk et al。92年)执行第一个非盲、基线控制临床研究与Fumaderm名RRMS患者。他们表明,Fumaderm治疗显著降低钆增强病变的数量和体积。此外,他们报道水平升高的细胞因子il - 10和减少促炎细胞因子的表达干扰素-γ。此外,他们发现淋巴细胞(细胞凋亡增加92年]。2008年,卡波斯et al。66年公布的结果多中心,随机,双盲,安慰剂对照IIb阶段研究测试的有效性和安全性BG-12名RRMS患者(仅包含DMF)。BG-12显示剂量依赖性降低患者病变女士相比安慰剂组有较低的趋势年复发率。BG-12一般耐受性良好,显示出良好的安全性66年]。本研究了安慰剂对照III期临床研究,证实BG-12治疗导致显著减少女士病变与安慰剂相比。此外,研究显示,患者复发的比例以及年复发率降低和减少残疾进展率BG-12-treated MS患者中观察到(67年,93年]。

11。在女士DMF的行动方式

DMF最初已经被证明可以减少细胞减少谷胱甘肽(GSH)在不同的细胞类型,包括神经细胞(94年和星形胶质细胞95年),导致激活Nrf2(核转录因子erythroid-derived-2 - (E2)相关因素)/ Keap-1通路在星形胶质细胞,神经细胞,和初级中枢神经系统细胞(94年- - - - - -96年]。还原谷胱甘肽和激活Nrf2诱导抗氧化酶的表达,比如NAD (P) H醌氧化还原酶- (NQO) 1, glutamate-cysteine连接酶催化亚基(GCLC),或HO-1,导致氧化应激,减少促炎细胞因子分泌,和在这些细胞增殖87年,94年,95年]。因此,抗氧化剂Nrf-2通路的激活被认为调解DMF在女士的有利影响。

12。DMF作为一个潜在的哮喘治疗

在初级人类肺间质细胞、DMF抑制促炎的激活转录因子NF -κB (26,28,35]。NF -κB活动被报道提高哮喘病人的航空公司(97年]。此外,促炎细胞因子如TNF -α激活NF -κB在ASMC在体外,导致多种促炎因子的分泌包括咆哮,CXCL10或CCL11 [26,27,35]。在体外,抑制NF -κB下调促炎介质的释放一系列ASMC [98年]。此外,抑制NF -κB减少哮喘的气道炎症的小鼠模型(99年]。

在休眠细胞,NF -κB细胞溶质的保留是一个复杂的形成与我κNF - B(抑制剂κB),在刺激我κB是退化的,允许自由和NF -激活κB进入细胞核,它绑定到特定的NF -κB-sensitive DNA序列是位于许多促炎基因的启动子区域(One hundred.]。NF -κB活动是由磷酸化等翻译后的修改glutathionylation,或修改的组蛋白NF -κ目标基因。蛋白质glutathionylation redox-regulated过程,蛋白质形成二硫键的cysteine-thiol cysteine-thiol的谷胱甘肽(101年]。有趣的是,我κBα含有半胱氨酸硫醇,容易glutathionylation [102年]。

在人类文化、DMF抑制NF -核条目κNF - B和绑定κB到相应的DNA序列(26,35]。在随后的研究中,我们提供了证据表明NF - DMF的抑制效果κB核条目是由glutathionylation的我κBα,抑制其降解35]。此外,NF - DMF减少κB磷酸化和改变染色质环境通过抑制ASMC MSK-1-induced组蛋白H3磷酸化和角化细胞(26,35,86年]。因此,DMF的分泌抑制NF -κB-dependent等细胞因子白介素(IL) 6, gm - csf, eotaxin,咆哮,CXCL10当刺激与TNF -αASMC和肺成纤维细胞(25,26,28,38]。范Ly等人的一个有趣的研究已经表明,DMF增加鼻病毒(RV)复制和未能减少RV-induced il - 6和引发的人类肺成纤维细胞(37]。在另一项研究在感染艾滋病毒monocyte-derived巨噬细胞,DMF减少艾滋病毒复制和神经毒素释放(103年]。这表明特异性效应DMF离开一个开放问题DMF可以帮助控制病毒诱导哮喘急性加重。

除了NF -κB抑制,DMF下调PDGF-BB-induced il - 6的分泌气道平滑肌细胞和肺成纤维细胞,这是最有可能由DMF对AP-1的抑制作用,在这些细胞分子26,28]。除了抑制促炎细胞因子分泌,DMF显示减少PDGF-BB-stimulated ASMC和肺成纤维细胞增殖,这有利于在哮喘气道重塑的影响28,36]。

哮喘患者的气道暴露增加氧化应激(104年),这可能改变ASMC增殖和促炎细胞因子分泌通过redox-sensitive信号通路(105年,106年]。如前所述,DMF激活Nrf2抗氧化反应途径,通过减少细胞谷胱甘肽水平(94年- - - - - -96年]。一旦激活,Nrf2结合抗氧化反应的元素(战神)等抗氧化基因的启动子HO-1启动转录。DMF intracellular-reduced谷胱甘肽水平降低和调节HO-1 ASMC [27,35]。HO-1是一种诱导酶,从增加保护肺部氧化应激(107年]。此外,HO-1保护对氧肺损伤和减毒allergen-induced气道炎症和哮喘动物模型(代108年,109年]。我们证明了DMF诱导HO-1从而抑制PDGF-BB-induced ASMC增殖和CXCL10分泌27,36]。重要的是,DMF可以抑制asmc CXCL10更有效地结合GC fluticasone时,建议一个GC DMF的节约效应(27]。此外,其他人已经表明,激活Nrf2和感应HO-1抑制TGF -β全身ASMC增殖和分泌il - 6的110年]。在这种情况下,它是严重哮喘患者的重要性,在ASMC-derived Nrf2抗氧化剂反应元素的绑定以及表达HO-1相比减少ASMC nonasthmatic控制(110年]表明激活Nrf2和upregulation HO-1 DMF可能补偿这个病理。这些结果强调一个潜在的有益影响Nrf2-mediated HO-1感应在哮喘。关于其他DMF的抗炎作用,它减少CXCL10表达式与cytomix (il - 1细胞的刺激β肿瘤坏死因子-α和干扰素-γ结合)或干扰素-γ独自一人,这已被证明是对GC疗法(25,27,41]。因此DMF作为抗炎药抗类固醇哮喘和反应在显著降低医疗成本。DMF的总结主要影响肺细胞是总结表1和DMF的假定的有益作用在图提供3


因素 DMF的效果 刺激后 细胞类型 参考

CXCL10 在10 - 100抑制 M DMF 肿瘤坏死因子-α和/或干扰素- 和/或il - 1 ASMC (25,27]
g - csf 没有影响
抑制在10 M DMF
干扰素-
肿瘤坏死因子-α
ASMC (27]
Eotaxin 在10 - 100抑制 M DMF 肿瘤坏死因子-α ASMC (26,35]
激昂的演说 在10 - 100抑制 M DMF 肿瘤坏死因子-α ASMC (26,35]
引发 在0.01 - 1没有影响 M DMF 鼻病毒 肺成纤维细胞 (37]
gm - csf 抑制在100 M DMF 肿瘤坏死因子- 和il - 1 之前刺激与人类血清(10%) ASMC (38]
il - 6 在10 - 100抑制 M DMF 肿瘤坏死因子- 或PDGF-BB ASMC和肺成纤维细胞 (26,28]
在0.01 - 1没有影响 M DMF 鼻病毒 肺成纤维细胞 (37]
细胞增殖 在10 - 100抑制 M DMF PDGF-BB ASMC和肺成纤维细胞 (28,36]

13。结论

目前哮喘治疗是不足以控制所有哮喘患者症状和不治愈这种疾病。因此,重要的是要找到新的治疗方案治疗哮喘。CXCL10 CCL11,咆哮源自ASMC被认为是至关重要的是参与趋化作用的免疫细胞在哮喘气道,因此积极参与哮喘气道炎症的发展。DMF的分泌减少CXCL10 CCL11,咆哮以及ASMC增殖,抑制促炎的转录因子NF -κB和upregulation HO-1。此外,DMF克服了GC阻力和GC-sparing效应细胞培养模型的哮喘。综上所述,DMF的强大的抗炎和抗增殖作用在培养人类ASMC在哮喘治疗表明,它可能是有益的。

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