Prenatal inflammatory exposures and neonatal immune development

产前炎症暴露和新生儿免疫发育

• 批准号: 9323085
• 负责人: CLAIRE A CHOUGNET
• 金额: $ 56.5万
• 依托单位: CINCINNATI CHILDRENS HOSP MED CTR
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-09-01 至 2022-08-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9323085
• 关键词: Address; Age-Months; Allergic; Amniotic Fluid; Animals; Antigens; Area; Autoimmune Process; Biological Assay; Birth; Blood Circulation; Cell Adhesion Molecules; Cells; Data; Decidua; Development; Diagnosis; Disease; Environmental Exposure; Equilibrium; Etiology; Experimental Models; Exposure to; FOXP3 gene; Fetal Lung; Fetal Membranes; Fetus; Functional disorder; Goals; Growth; Health; Heterogeneity; Histologic; Homing; Human; Immune; Immune response; Immune system; Immunity; Infant; Infiltration; Inflammation; Inflammation Mediators; Inflammatory; Injection of therapeutic agent; Interleukin-1; Interleukin-17; Knowledge; Lead; Life; Lung; Lung Inflammation; Lymphoid Cell; Macaca mulatta; Methylation; Monitor; Morbidity - disease rate; Mucous Membrane; Neonatal; Newborn Infant; Nutritional; Pathway interactions; Perinatal; Phenotype; Placenta; Play; Population; Predisposition; Process; Recruitment Activity; Regulatory T-Lymphocyte; Role; Spleen; T-Lymphocyte; Techniques; Testing; Tissues; Umbilical Cord Blood; Up-Regulation; Vaccines; Woman; anakinra; cytokine; environmental allergen; epigenetic marker; fetal; immune function; in utero; infancy; insight; intraamniotic infection; mucosal site; neonate; orphan nuclear receptor ROR-gamma; pregnant; prenatal; prenatal exposure; progenitor; respiratory; transcription factor; transcriptome; transcriptome sequencing

ABSTRACT  The  “Developmental  Origin  of  Health  and  Disease”  hypothesis  posits  that  susceptibility  to  a  number  of  non-­ communicable  diseases  can  be  influenced  by  in  utero  exposures  (nutritional,  environmental,  inflammatory).  While this hypothesis is increasingly accepted, particularly for diseases with an immune etiology (i.e. allergic,  autoimmune), the mechanisms involved remain unresolved. A major knowledge gap that limits progress in this  area is the remaining paucity of information regarding the “normal” immune processes that occur during critical  pre-­ and perinatal periods, and how this development may be influenced by fetal exposures. One fetal exposure  with a repeated and robust impact on long-­term health is inflammation of the placenta – termed chorioamnionitis  (chorio), which, in severe cases, leads to inflammation of fetal membranes and increased levels of inflammatory  mediators in both the amniotic fluid and the neonates’ cord bloods. Our preliminary data show in human infants  that exposure to severe chorio (1) is associated with respiratory morbidity during early infancy, and (2) leads to  increased levels of the Th17-­associated transcription factor RORC in the circulation in the first month of life. To  get deeper insights into the underlying mechanisms, we have developed an experimental model of chorio in the  Rhesus  macaque,  which  presents  with  very  high  level  of  similarities  with  human  chorio.  Intra-­amniotic  (IA)  injection of LPS into pregnant animals leads to massive neutrophilic infiltration and up-­regulation of inflammatory  cytokines in the chorio-­decidua, and significant changes in the fetal immune system, including (1) severe lung  inflammation;; (2) alteration of the regulatory T cell (Treg)/Th17 balance in the spleen, with the increased accrual  of  “inflammatory  Tregs”;;  and  (3)  increased  proportion  of  activated  type  3  innate  lymphoid  cells  (ILC3)  in  the  mucosal areas. LPS-­induced fetal inflammation was largely driven by IL-­1-­dependent mechanisms.   These data lead us to hypothesize that exposure to chorio induces alterations of the fetal systemic and mucosal  immune system, notably through alterations of Tregs and ILCs, that predispose to post-­natal diseases, including  respiratory problems.  We will (1) analyze in depth the accrual of fetal inflammatory Tregs in the context of chorio,  using single cell RNAseq, methylation profiling and unique functional assays;; (2) analyze how fetal inflammation  directs  the  ontogeny  and  functional  development  of  ILC3  through  detailed  phenotyping  of  ILC  and  their  progenitors for homing/adhesion molecules, analysis of the transcriptome of fetal NHP ILC by scRNAseq, and  the  use  of  unique  ILC3  functional  assays  we  have  developed;;  and  3)  determine  how  fetal  inflammation  longitudinally impacts accumulation of inflammatory Tregs or ILC3 precursor development, and neonatal immune  function, by monitoring control and chorio-­exposed neonates from birth to 4 months of age, characterizing 1) the  normal course of recruitment of inflammatory Tregs and ILC3 in various compartments, and 2) immune responses  to common neonatal vaccines and environmental allergens.

摘要 “健康和疾病的发育起源”假说认为，对一些非疾病的易感性， 传染病可能受到子宫内接触（营养、环境、炎症）的影响。 虽然这一假设越来越被接受，特别是对于具有免疫病因的疾病（即过敏性， 自身免疫性），涉及的机制仍然没有解决。一个主要的知识差距，限制了这方面的进展， 区域是剩余的关于“正常”免疫过程中发生的关键信息缺乏 产前和围产期，以及胎儿暴露如何影响这一发展。 对长期健康有反复和强烈影响的是胎盘炎症--绒毛膜炎 （绒毛膜），在严重的情况下，导致胎膜炎症和炎症水平增加， 我们的初步数据显示，在人类婴儿中， 暴露于严重的绒毛膜（1）与婴儿早期呼吸系统疾病有关，（2）导致 在出生后的第一个月内，循环中Th 17-β相关转录因子RORC的水平增加。 为了更深入地了解潜在的机制，我们已经开发了一个实验模型， 恒河猴，与人类绒毛膜具有高度相似性。羊膜内（IA） 将LPS注射到妊娠动物中导致大量的嗜中性粒细胞浸润和炎性细胞因子的上调。 绒毛膜-蜕膜中的细胞因子，以及胎儿免疫系统的显著变化，包括（1）严重的肺 （2）脾脏中调节性T细胞（Treg）/Th 17平衡的改变， 和（3）增加的比例激活型3先天性淋巴细胞（ILC 3）中的“炎性T细胞”; LPS-LPS诱导的胎儿炎症主要由IL-12 1-β依赖性机制驱动。 这些数据使我们假设暴露于绒毛膜会引起胎儿全身和粘膜的改变 免疫系统，特别是通过改变T细胞和ILC，易患纳塔尔疾病，包括 呼吸道问题。我们将（1）深入分析绒毛膜中胎儿炎症性调节性T细胞的增加， 使用单细胞RNAseq，甲基化谱和独特的功能测定;分析（2）胎儿炎症如何 通过详细的ILC表型分析指导ILC 3的个体发育和功能发育， 用于归巢/粘附分子的祖细胞，通过scRNAseq分析胎儿NHP ILC的转录组，以及 我们开发的独特ILC 3功能测定的使用; 3）确定胎儿炎症如何影响胎儿的健康; 纵向影响炎症性T细胞或ILC 3前体发育的积累， 功能，通过监测对照组和暴露于绒毛膜的新生儿从出生到4个月大，表征1） 炎症性T细胞因子和ILC 3在各个区室中的正常募集过程，和2）免疫应答 常见的新生儿疫苗和环境过敏原。