Отдел по радиобиология/молекулярна епидемиология, Фондация за изследване на радиационните ефекти, Хирошима, Япония

връзки

Статистически отдел за асоцииране, Фондация за изследване на радиационните ефекти, Хирошима, Япония

Отдел по радиобиология/молекулярна епидемиология, Фондация за изследване на радиационните ефекти, Хирошима, Япония

Отдел по радиобиология/молекулярна епидемиология, Фондация за изследване на радиационните ефекти, Хирошима, Япония

Отдел по радиобиология/молекулярна епидемиология, Фондация за изследване на радиационните ефекти, Хирошима, Япония

Отдел по радиобиология/молекулярна епидемиология, Фондация за изследване на радиационните ефекти, Хирошима, Япония

Отдел по радиобиология/молекулярна епидемиология, Фондация за изследване на радиационните ефекти, Хирошима, Япония

Отдел за клинични изследвания, Фондация за изследване на радиационните ефекти, Хирошима, Япония

Отдел по радиобиология/молекулярна епидемиология, Фондация за изследване на радиационните ефекти, Хирошима, Япония

  • Кенго Йошида,
  • Ейджи Накашима,
  • Йошико Кубо,
  • Мика Ямаока,
  • Junko Kajimura,
  • Seishi Kyoizumi,
  • Томонори Хаяши,
  • Уака Охиши,
  • Йойчиро Кусуноки

Корекция

19 юни 2014: Корекция на персонала PLOS ONE (2014): Обратни връзки между показателите за затлъстяване и нивата на производство на тимусните Т-клетки при остарелите оцелели от атомна бомба. PLOS ONE 9 (6): e101097. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0101097 Преглед на корекцията

Фигури

Резюме

Намаляването на наивната популация на Т-клетки представлява влошено състояние на имунната система, което се случва с напредването на възрастта. При проучвания върху животински модели затлъстяването компрометира имунната система на Т-клетките в резултат на засилена адипогенеза в първичните лимфоидни органи и системно възпаление. В това проучване, за да се тества хипотезата, че затлъстяването може да допринесе за стареенето на човешкия имунитет на Т-клетките, хиляди оцелели от атомна бомба бяха изследвани за състояние на затлъстяване и способност да произвеждат наивни Т-клетки, т.е. кръг за изрязване на Т-клетъчни рецептори ( TREC) номера в CD4 и CD8 Т клетки. Броят на TRECs показва силна положителна корелация с наивни T клетки, а по-ниските TREC числа са свързани с по-висока възраст. Установихме, че TREC броят е обратно свързан с нивата на показателите за затлъстяване (ИТМ, хемоглобин А1с) и серумните нива на CRP. Развитието на диабет тип 2 и затлъстяване на черния дроб също е свързано с по-ниски TREC числа. Това проучване на популацията предполага, че затлъстяването с повишено възпаление е свързано със стареенето на имунната система на човешките Т-клетки. Предвид факта, че затлъстяването увеличава риска от многобройни свързани с възрастта заболявания, отслабената имунна компетентност е възможна механистична връзка между затлъстяването и развитието на заболяването сред възрастните хора.

Цитат: Yoshida K, Nakashima E, Kubo Y, Yamaoka M, Kajimura J, Kyoizumi S, et al. (2014) Обратни връзки между индикаторите за затлъстяване и нивата на производство на тимусните Т-клетки при остарелите оцелели от атомна бомба. PLoS ONE 9 (3): e91985. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0091985

Редактор: Р. Лий Мосли, Медицински център на Университета в Небраска, Съединени американски щати

Получено: 15 декември 2013 г .; Прието: 16 февруари 2014 г .; Публикувано: 20 март 2014 г.

Финансиране: Фондацията за изследване на радиационните ефекти (RERF, http://www.rerf.or.jp), Хирошима и Нагасаки, Япония е частна фондация с нестопанска цел, финансирана от японското министерство на здравеопазването, труда и социалните грижи (MHLW) и Министерство на енергетиката на САЩ (DOE), последното отчасти чрез наградата DOE DE-HS0000031 на Националната академия на науките. Това проучване се основава на RERF изследователски протоколи # 4-02 и 3-09 и е подкрепено от MHLW (http://www.mhlw.go.jp) Grant-in-Aid и Националния институт по алергия и инфекциозни заболявания на САЩ Болести (Договор за NIAID HHSN272200900059C, http://www.niaid.nih.gov). Финансистите не са играли роля в дизайна на проучването, събирането и анализа на данни, решението за публикуване или подготовката на ръкописа. Мненията на авторите не отразяват непременно тези на двете правителства.

Конкуриращи се интереси: Авторите са декларирали, че не съществуват конкуриращи се интереси.

Въведение

Т-клетките, по-специално αβT клетките, се развиват в тимуса чрез пренареждане на генните сегменти на Т-клетъчните рецептори. Като страничен продукт от пренареждането на гените се получават кръгове за ексцизия на Т-клетъчни рецептори (sjTREC, просто наричани TRECs в това проучване) [12], [13] и тези екстрахромозомни ДНК кръгове не се дублират по време на митоза. Следователно е възможно да се изброят скорошни тимиални емигранти (RTE): Те са новопроизводствени наивни Т-клетки, които наскоро са емигрирали от тимуса, без да са имали клетъчно делене в периферията, определено чрез количествено определяне на TRECs. По този начин номерът TREC в периферната кръв е индикатор за способността на тимуса да произвежда Т клетки [13], [14].

Дългосрочен многоизмерен изследователски проект за фиксирана кохорта оцелели от атомни бомби, Здравното изследване за възрастни (AHS) [15] към Фондацията за изследване на радиационните ефекти (RERF) дава възможност за цялостно разследване на имунологичните промени, свързани с различни рискови фактори на заболяването, като стареене и затлъстяване, в допълнение към облъчване. В настоящото проучване ние оценихме хипотезата, че затлъстяването допринася за човешката Т-клетъчна имуносесценция, чрез изследване на TREC номера в периферна кръв сред 1073 AHS субекти. Установихме, че по-ниските стойности на TREC са свързани с по-висока възраст и са значително свързани с показатели за затлъстяване и свързани заболявания сред изследваните субекти, което подкрепя нашата хипотеза.

Материали и методи

Учебни предмети

Кохортата на AHS е създадена през 1958 г. с включване на общо 23 000 оцелели от атомни бомби и всеки участник получава медицински прегледи в RERF на всеки 2 години [15]. Популацията от това проучване е предназначена да изследва имунологични фенотипове в подгрупа от AHS кохорта, както беше съобщено по-рано [16]. За това проучване бяха избрани общо 1073 оцелели от атомни бомби, които дариха кръвни проби между 2003 и 2009 г. за имунологични измервания, след изключване на субекти, диагностицирани с ревматизъм и автоимунни заболявания, за които е известно, че влияят на броя на TREC в периферната кръв [17], [18] ].

Декларация за етика

Това проучване беше одобрено от институционалния комитет за преглед на RERF, Комитетът за човешки разследвания, и беше проведено в съответствие с принципите, изразени в Декларацията от Хелзинки. Всички субекти са дали писмено информирано съгласие преди всеки изпит.

Оценка на поточната цитометрия на наивни Т-клетъчни популации

Процентите на наивните CD4 и CD8 Т-клетъчни популации са измерени с помощта на FACScan (BD Biosciences), както е описано по-рано [19]. Накратко, процентите на Т-клетъчните популации във лимфоцитната фракция бяха анализирани, използвайки комбинация от FITC-белязан анти-CD45RA (Coulter-Immunotech), PE-белязан анти-CD62L и PerCP-белязан анти-CD4 или PerCP-белязан анти-CD8 моноклонални антитела (BD Biosciences). CD45RA +/CD62L + клетки в CD4 и CD8 Т-клетъчни популации бяха идентифицирани съответно като наивни CD4 и CD8 Т клетки. Имайте предвид, че използвахме само CD8-ярък израз, за ​​да идентифицираме CD8 Т клетки, за да изключим NK клетки, които са прилично CD8 положителни.

Изолиране на CD4 и CD8 Т-клетъчни популации

Мононуклеарните клетъчни фракции в периферната кръв се разделят чрез техниката на градиента Ficoll-Hypaque. Приблизително десет милиона мононуклеарни клетки бяха оцветени с 10 μl маркирано с FITC CD4 антитяло (BD Biosciences) и 25 μl PE-Cy5-белязан CD8 (BD-PharMingen, Сан Диего, Калифорния, САЩ) в 200 μl PBS, съдържащ 1% FCS, за 30 минути на лед. Клетките се промиват и ресуспендират в PBS, съдържащ 1% FCS и 0,1% натриев азид, и се изолират от FACS Vantage SE (BD Biosciences). Всяка CD4 и CD8 Т-клетъчна фракция се измива с PBS и клетъчните пелети се съхраняват при -20 ° C, докато се използват за измерване на TREC.

Измерване на TREC номера

Информация за начина на живот/фактори на околната среда и клинични данни

Информацията за консумацията на алкохол и тютюнопушенето по време на измерването на TREC е получена от въпросници при здравните прегледи на AHS през 2003–2009 г. Клинична информация като ИТМ, общ холестерол, хемоглобин А1с (HbA1c) и заболявания също е получена при прегледите на AHS заедно с преглед на медицинската карта. Диабет тип 2, мастен черен дроб, хипертония и солиден рак са класифицирани съгласно кода на Международната класификация на заболяванията, както следва: диабет (E11 – E14), мастен черен дроб (K70 и K76), хипертония (I10 – I15), солиден рак ( C00 – C97, D00 – D09). В допълнение, особено по отношение на ИТМ, в допълнение към данните по време на измерването на TREC са използвани най-старите налични данни за всеки субект (най-вече над 40 години преди измерването на TREC, наричано „предишен ИТМ“). Дозата на радиационна експозиция се изчислява от системата за дозиметрия DS02 [21], въз основа на претеглената доза на белия дроб, изчислена като γ доза плюс 10 пъти дозата на неутрона.

Анализ на данни

Разпръснати диаграми на възрастта по време на прегледа и CD4 TRECs или CD8 TRECs. Всяка точка представлява един обект. Посочени са регресионни линии и r-квадратни стойности при проста линейна регресия. TREC означава кръг за изрязване на Т-клетъчни рецептори.

Освен това извършихме анализ на GEE, за да определим дали има разлики в ефектите на възрастта, пола или дозата на облъчване между CD4 и CD8 TRECs. Коефициентът за взаимодействие между възрастта и „TREC2“ (тази променлива представлява разликата между очакванията на CD4 TREC и CD8 TREC, където основата е CD4 TREC) е отрицателна стойност (−0.439), което показва, че свързаният с възрастта спад в TRECs е значително по-голям при CD8 Т клетки, отколкото при CD4 Т клетки (p Таблица 3. GEE мултивариатен анализ.

За да изследваме връзката между затлъстяването и TRECs, след това проведохме регресионни анализи, използвайки един индикатор за затлъстяване като обяснителна променлива в допълнение към възрастта, пола, дозата на облъчване, консумацията на алкохол, тютюнопушенето и рака (тъй като някои видове рак са известни да са свързани със затлъстяването). Резултатите могат да бъдат обобщени, както следва: по-ниските CD4 TRECs са значително свързани с по-висок ИТМ в миналото, HbA1c, CRP или диагноза с диабет тип 2 или мастен черен дроб (Таблица 4). Подобни резултати бяха получени за CD8 TRECs.

Накрая проведохме регресионни анализи едновременно, използвайки множество индикатори за затлъстяване. Ние също така приложихме стъпкова стъпка напред за индикатори за затлъстяване (значимо ниво за избор, p Таблица 5. Регресионни анализи на TREC, използващи множество индикатори за затлъстяване.

Дискусия

В настоящото проучване ние изследвахме ефектите от стареенето, излагането на радиация и затлъстяването върху TREC числата в периферната кръв сред подгрупата от кохортата на оцелелите атомни бомби, където най-младият индивид беше на 58 години. Предишни проучвания показват, че стареенето оказва влияние върху способността на тимуса да произвежда нови Т клетки, като изследва свързаните с възрастта промени в TREC числата [1], [13], [22]. Настоящото проучване показва, че броят на TREC продължава да намалява след 60-годишна възраст и че възрастовият наклон на TRECs изглежда сравним с този, докладван за лица на възраст от 60 до 100 години в други проучвания [9], [24].

Освен това установихме, че отрицателният ефект на възрастта върху TRECs е по-голям при CD8 Т клетките, отколкото при CD4 Т клетките (Таблица 3), което е в съгласие с идеята, че наивните CD8 Т клетки показват числено износване на по-значителни нива от наивните CD4 Т клетки [23]. Разликите между CD4 и CD8 Т клетките могат отчасти да се дължат на промените в стареенето в процеса на съзряване на единично положителни (CD4 + или CD8 +) тимоцити в тимуса [25] или по-дългия живот на наивните CD4 Т клетки в периферията [26]. Освен това разликата между половете в броя на TREC, т.е. по-нисък брой сред възрастните мъже, отколкото възрастните жени, също е по-голяма в CD8 Т клетките, отколкото в CD4 Т клетките (Таблица 3). Следователно е вероятно, в сравнение с човешката CD4 Т-клетъчна популация, човешката CD8 Т-клетъчна популация е по-вероятно да бъде засегната от присъщи фактори като стареене и полови хормони: Това може да се обясни с разликата в системите за разпознаване на антигени между CD4 и CD8 Т клетки: Първите разпознават предимно извънклетъчни пептидни антигени, представени от MHC клас II, а вторите разпознават вътреклетъчни (включително персистиращи микроби), представени от MHC клас I.

Изследвания на оцелели от атомни бомби постоянно установяват намален брой/процент на периферни наивни CD4 и CD8 Т клетки, както и нарушени функции на Т клетки, в зависимост от дозата на облъчване [19], [27]. В настоящото проучване обаче не открихме никакъв значителен радиационен ефект върху TRECs нито в CD4, нито в CD8 Т клетки (Таблица 2). Това може да се дължи на факта, че радиационният ефект върху периферните TRECs може да е бил разреден след излагане на радиация от атомна бомба преди 60 години. Освен това остава въпросът дали излагането на радиация с по-висока доза би довело до същите резултати, тъй като средната доза от изследваната популация е относително ниска, т.е. 166 mGray. За да се компенсират ограниченията на това проучване, са необходими различни дизайни на изследването: анализ на биопроби непосредствено след излагане на радиация, надлъжен анализ в фиксирана кохорта и определяне на нивата на радиация, засягащи TREC, използвайки животински модели.

Затлъстяването, дефинирано като излишно затлъстяване с висок ИТМ, е мултисистемно разстройство (2) и сега е очевидно, че затлъстяването е фактор за повишена смъртност от диабет тип 2, сърдечно-съдови заболявания и рак [30]. Съществуват също доказателства, че индивидите със затлъстяване са по-податливи на различни видове инфекции, включително следоперативни и вътреболнични инфекции [31], [32], а развитието на тези различни свързани с възрастта заболявания и симптоми често е свързано с отслабен имунитет, както и с хронична възпалителен статус [33], [34]. Съвсем наскоро проучване на човешка популация показа, че тимусната дисфункция, базирана на TRECs, е независим предиктор за смъртността от всички причини при възрастните хора [35]. Поради това е правдоподобно, че отслабената имунна компетентност поради намаленото производство на Т-клетки на тимуса е възможна механистична връзка между затлъстяването и развитието на заболяването при възрастните хора.

Точните механизми, които могат да обяснят как затлъстяването компрометира производството на Т-клетки на тимуса, са неуловими, но като се имат предвид широките ефекти на затлъстяването, е правдоподобно, че участващите механизми са сложни и многофакторни [2]. Един потенциален медиатор при свързването на затлъстяването с имунитета на Т-клетките е механистичната цел на сигналния път на рапамицин (mTOR): Комплексът mTOR е сигнален интегратор за хранителни вещества, растежни фактори и вътреклетъчни енергийни нива и хроничното активиране на mTOR сигнализиране по време на затлъстяване насърчава синтеза на липиди и диференциацията на адипоцитите [36]. В допълнение към такъв потенциален ефект върху лимфоидната микросреда, един скорошен доклад предполага, че активирането на mTOR е свързано с възрастови промени в хематопоетичните стволови клетки [37]. Известно е също, че лептинът, грелинът и инсулиноподобният растежен фактор-1 са важни медиатори в ускоряването на Т-клетъчната имуносесценция от затлъстяване [2], [38]. Компрометираният имунитет на Т-клетките от своя страна може да допринесе за метаболитен синдром, което предполага двупосочно взаимодействие между затлъстяването и имунитета на Т-клетките [39], [40]. По-нататъшното проучване на такова взаимодействие може да предложи нови подходи за потискане на развитието на свързани с възрастта заболявания чрез повишаване на имунната компетентност.

подкрепяща информация

Файл S1.

Методи за анализ на GEE и таблици S1 – S3. Файл S1 показва подробни методи за генерализиран анализ на уравнение за оценка (GEE), корелация между TREC и проценти на наивни Т клетки (Таблица S1), регресионни анализи на TREC, използващи HbA1c (Таблица S2), и регресионни анализи на абсолютни TREC числа, използващи индикатор за затлъстяване ( Таблица S3).