超低用量リポ多糖は好中球の遊走性の意思決定を阻害する

Super-Low Dose Lipopolysaccharide Dysregulates Neutrophil Migratory Decision-Making.

• Brittany P Boribong
• Mark J Lenzi
• Liwu Li
• Caroline N Jones

抄録

好中球は感染症への最初の応答者であり、敗血症を含む多くの炎症性疾患において極めて重要な役割を果たしている。最近の研究では、古典的なパターン認識分子であるリポ多糖（LPS）が自然免疫応答を動的にプログラムすることが示されている。本研究では、超低レベルのLPS [1 ng/mL]で前処理を行うと、自然遊走や好中球の意思決定の変化など、好中球の遊走表現型を有意に調節できなくなることを示した。単細胞分解能で好中球の遊走性の意思決定を定量化するために、我々は、競合する化学吸引性勾配に中央チャネル内の細胞を公開する新しいマイクロ流体競合走性チップ（μC）を開発しました。この還元主義的アプローチにおいて、我々は2つの化学吸引剤を使用しています：プロ解離性化学吸引剤（N-ホルミル-Met-Leu-Phe、fMLP）とプロ炎症性化学吸引剤（Leukotriene B、LTB）を使用して、好中球がどのように最終標的化学吸引剤（例えば、細菌感染）と中間的な化学吸引剤（例えば、炎症性シグナル）に向かって移動するかを決定するかをモデル化しています。我々は、ナイーブな好中球は、第二の中間的な信号に向かってよりも高い割合で第一のエンドターゲット信号に向かって移動することを示しています。予想通り、我々は、高用量LPS [100 ng/mL]でのトレーニングは、中間的な信号に向かって移行する好中球の割合を減少させながら、終末標的信号に向かって移行する好中球の高い割合に影響を与えることを発見した。驚くべきことに、超低用量LPS［1 ng/mL］は、移行する細胞の比率を有意に変化させ、中間シグナルに向かって移行する細胞の割合を増加させた。また、超低用量LPSを投与すると、自発的に遊走する好中球の数が増加することも明らかになった。これらの結果は、炎症性トレーニングシグナルに曝露された好中球の方向性移動の意思決定に光を当てている。これらのメカニズムを理解することで、好中球のコンパスを修正し、標的外臓器障害を軽減するプロレゾリューション療法の開発につながる可能性がある。

Neutrophils are the first responders to infection and play a pivotal role in many inflammatory diseases, including sepsis. Recent studies have shown that lipopolysaccharide (LPS), a classical pattern recognition molecule, dynamically programs innate immune responses. In this study, we show that pre-treatment with super-low levels of LPS [1 ng/mL] significantly dysregulate neutrophil migratory phenotypes, including spontaneous migration and altering neutrophil decision-making. To quantify neutrophil migratory decision-making with single-cell resolution, we developed a novel microfluidic competitive chemotaxis-chip (μC) that exposes cells in a central channel to competing chemoattractant gradients. In this reductionist approach, we use two chemoattractants: a pro-resolution (N-Formyl-Met-Leu-Phe, fMLP) and pro-inflammatory (Leukotriene B, LTB) chemoattractant to model how a neutrophil makes a decision to move toward an end target chemoattractant (e.g., bacterial infection) vs. an intermediary chemoattractant (e.g., inflammatory signal). We demonstrate that naïve neutrophils migrate toward the primary end target signal in higher percentages than toward the secondary intermediary signal. As expected, we found that training with high dose LPS [100 ng/mL] influences a higher percentage of neutrophils to migrate toward the end target signal, while reducing the percentage of neutrophils that migrate toward the intermediary signal. Surprisingly, super-low dose LPS [1 ng/mL] significantly changes the ratios of migrating cells and an increased percentage of cells migrate toward the intermediary signal. Significantly, there was also an increase in the numbers of spontaneously migrating neutrophils after treatment with super-low dose LPS. These results shed light onto the directional migratory decision-making of neutrophils exposed to inflammatory training signals. Understanding these mechanisms may lead to the development of pro-resolution therapies that correct the neutrophil compass and reduce off-target organ damage.