Macrophage Immunometabolism alteration by intense beta agonist therapy.

强β激动剂治疗改变巨噬细胞免疫代谢。

基本信息

项目摘要

ABSTRACT The use of beta agonists as bronchodilator therapy for asthma effectively targets airway smooth muscle cells to reverse bronchoconstriction and relieve breathlessness, however an unintended and unrecognized side effect of chronic high dose therapy with these drugs may be that derangement of alveolar macrophage metabolism adversely impacts host defense or tissue health. We identify a unique gene expression signature in alveolar macrophages indicating suppression of the universal cell activator cyclic AMP (cAMP) in persons with severe asthma treated with high dose and long acting beta agonists. Cellular mechanistic studies reveal that acute treatment of human macrophages or monocytic cells with the beta agonist Isoproterenol induces rapid cAMP synthesis by adenylyl cyclase (AC). However, these cells become desensitized to isoproterenol after overnight exposure. Desensitization of these monocytes causes them to fail to generate cAMP with corresponding failure to activate its molecular target Protein Kinase A. Prolonged beta agonist exposure causes a deranged transcriptomic phenotype of macrophages with suppression of genes in the PKA- activated CREB/CREM network and mimics the gene signature discovered in the asthmatic patient cohort. In single cell analysis, monocytes are more impacted than alveolar macrophages. Other gene expression changes include pathways involved in cell metabolism like glycolysis and lipid metabolism. Beta agonist suppression of cAMP-PKA signaling causes these macrophages to become metabolically quiescent with decreased glycolysis and oxidative phosphorylation. Activation of the mTOR protein is suppressed by prolonged beta agonist exposure, limiting the glycolytic response to LPS, which is important for pathogen responses. Likewise, beta-agonist induced metabolic quiescence in macrophages impairs their ability to effectively engulf bacterial particles or clear live bacteria from a co-culture model. Mice treated with the beta agonist salmeterol show sluggish macrophage responses to bacteria or LPS induction of glycolysis. These observations suggest that alveolar macrophage performance and host defense responses may be limited in patients using chronic high dose beta agonists, which are among the most commonly prescribed agents for lung disease. This application seeks to explore the mechanism and consequences of intense beta agonist exposure on macrophage performance, which may inform prescribing practice or lead to the eventual development of new alternate therapies.
抽象的 使用β激动剂作为支气管扩张剂治疗哮喘有效地针对气道 平滑肌细胞以逆转支气管收缩并缓解呼吸困难,但是 使用这些药物的慢性高剂量治疗的意外且无法识别的副作用可能 肺泡巨噬细胞代谢的危险会对宿主防御产生不利影响 或组织健康。我们确定肺泡巨噬细胞中独特的基因表达特征 指示抑制通用细胞激活剂环状AMP(CAMP) 用高剂量和长作用β激动剂治疗的严重哮喘。细胞机理 研究表明,用β对人巨噬细胞或单核细胞的急性治疗 激动剂异丙肾上腺素诱导腺苷环酶(AC)诱导快速cAMP合成。然而, 一夜之间暴露后,这些细胞会脱敏对异丙肾上腺素。脱敏 这些单核细胞中的中断导致它们无法产生营地 激活其分子靶蛋白激酶A。长时间的β激动剂暴露会导致A 巨噬细胞的精神转录组表型,并在PKA-中抑制基因 激活的CREB/CREM网络并模仿哮喘中发现的基因特征 患者队列。在单细胞分析中,单核细胞比肺泡更大 巨噬细胞。其他基因表达变化包括涉及细胞的途径 糖酵解和脂质代谢等新陈代谢。 Beta激动剂抑制营地PKA 信号传导导致这些巨噬细胞随着新陈代谢而静止 糖酵解和氧化磷酸化。 MTOR蛋白的激活被抑制 长时间的β激动剂暴露,限制了对LP的糖酵解反应,这很重要 用于病原体反应。同样,β激动剂诱导代谢静止 巨噬细胞会损害其有效吞噬细菌颗粒或清除活细菌的能力 来自共培养模型。用β激动剂salmeterol治疗的小鼠表现迟钝 巨噬细胞对细菌或LPS诱导糖酵解的反应。这些观察 表明肺泡巨噬细胞性能和宿主防御反应可能受到限制 在使用慢性高剂量β激动剂的患者中,这是最常见的 规定肺部疾病的药物。本应用程序旨在探索机制和 强烈的β激动剂暴露对巨噬细胞性能的后果,这可能 告知处方实践或导致最终开发新的替代疗法。

项目成果

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