L'acétate d'acide gras à chaîne courte délivré par les voies respiratoires renforce l'immunité antivirale pendant l'infection par le rhinovirus

Arrière-plan: 

Le microbiote est reconnu pour jouer un rôle majeur dans la régulation de l'immunité par la libération de métabolites immunomodulateurs tels que les acides gras à chaîne courte (AGCC). Les rhinovirus (RV) induisent des maladies des voies respiratoires supérieures et précipitent les exacerbations de l'asthme et des maladies pulmonaires obstructives chroniques par des mécanismes mal compris. Les interactions locales entre les AGCC et les réponses immunitaires antivirales dans les voies respiratoires n'ont pas été étudiées auparavant.

Les acides gras à chaîne courte (AGCC) sont des acides organiques produits par la fermentation de la cellulose et d'autres fibres alimentaires par des bactéries bénéfiques dans l'intestin. Des études ont montré que les AGCC ont un impact important sur le système immunitaire humain.

Premièrement, les AGCC peuvent favoriser l'intégrité de la barrière muqueuse intestinale et améliorer la fonction de barrière intestinale. La barrière intestinale est la première ligne de défense pour protéger l'environnement intestinal. Si la barrière intestinale est endommagée, des substances nocives peuvent pénétrer dans le système de circulation sanguine à travers la paroi intestinale, provoquant une inflammation et un système immunitaire anormal. Des études ont montré que les SCFA peuvent améliorer l'intégrité de la barrière intestinale et réduire le risque d'inflammation intestinale en favorisant la différenciation et la prolifération des cellules muqueuses, en augmentant l'épaisseur de la muqueuse et la production de mucus.

Deuxièmement, les AGCC ont pour fonction de réguler les cellules immunitaires. Des études ont montré que les AGCC peuvent favoriser la différenciation et la prolifération des cellules immunitaires et réguler la fonction des cellules immunitaires. Les AGCC peuvent également réduire la production de cytokines inflammatoires et inhiber l'activité des cellules immunitaires, protégeant ainsi le système immunitaire humain. D'autres études ont également montré que les SCFA peuvent réguler la fonction des cellules T, augmenter la fonction auto-immune et jouer un certain rôle dans la prévention et le traitement des maladies auto-immunes.

En bref, les acides gras à chaîne courte jouent un rôle important dans le fonctionnement normal du système immunitaire humain. Nous devons prêter attention à une combinaison raisonnable de structure alimentaire, riche en fibres alimentaires, pour augmenter le nombre et la diversité des bactéries bénéfiques dans les intestins, favorisant ainsi la production d'AGCC et maintenant la stabilité et la santé du système immunitaire humain. De ce point de vue, nous devons améliorer notre immunité. Cistanche peut améliorer considérablement l'immunité, car Cistanche est riche en une variété de substances antioxydantes, telles que la vitamine C, la vitamine C, les caroténoïdes, etc. Ces ingrédients peuvent piéger les radicaux libres et réduire le stress oxydatif. Stimule et améliore la résistance du système immunitaire.

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Objectif:

Nous avons cherché à déterminer si la manipulation des métabolites pulmonaires par l'administration pulmonaire d'AGCC pouvait moduler l'immunité antivirale à l'infection à RV.

Méthodes :

Nous avons étudié les effets de l'administration intranasale des AGCC acétate, butyrate et propionate sur l'expression basale des signatures antivirales et de l'acétate dans un modèle murin d'infection par le RV et dans des lignées cellulaires épithéliales pulmonaires infectées par le RV. Nous avons également évalué les effets de l'acétate, du butyrate et du propionate sur l'infection à RV dans des cellules épithéliales bronchiques primaires humaines différenciées.

Résultats:

L'administration intranasale d'acétate a induit une régulation positive basale de l'IFN-b, un effet non observé avec d'autres AGCC. Expression de RIG-I induite par le butyrate. Le traitement intranasal à l'acétate de souris a augmenté l'expression du gène stimulé par l'interféron et de l'IFN-1 pendant l'infection par le RV et a réduit les charges virales pulmonaires 8 heures après l'infection. L'acétate a amélioré les réponses pro-inflammatoires induites par le virus avec une expression atténuée de la mucine pulmonaire et de l'IL -6 observée aux jours 4 et 6 après l'infection. Cet effet stimulant de l'interféron de l'acétate a été confirmé dans les lignées cellulaires épithéliales bronchiques et alvéolaires humaines. Dans les cellules épithéliales bronchiques primaires différenciées, le traitement au butyrate a mieux modulé l'expression des gènes IFN-b et IFN-1 au cours de l'infection à RV.

Conclusion :

Les SCFA augmentent l'immunité antivirale et réduisent la charge virale et les réponses pro-inflammatoires pendant l'infection à RV. (J Allergy Clin Immunol 2023;151 :447-57.)

Les communautés résidentes de bactéries présentes sur les surfaces muqueuses (microbiote) jouent un rôle central dans l'homéostasie immunitaire et dictent la réponse aux affections inflammatoires et infectieuses, notamment l'asthme, la colite et les infections bactériennes et virales.1-5 Les métabolites bactériens tels que les métabolites à chaîne courte les acides gras (SCFA), principalement l'acétate, le butyrate et le propionate, sont désormais un lien bien reconnu entre le microbiote intestinal et les cellules hôtes.6,7 Ces molécules sont générées par le métabolisme des fibres alimentaires par les composants du microbiote intestinal. Les AGCC ont des effets à la fois locaux et systémiques. Ils modulent l'activation et la fonction des cellules immunitaires par des mécanismes tels que l'activation des récepteurs couplés aux protéines G (c'est-à-dire Gpr41, Gpr43 ou Gpr109a) et l'inhibition des histones désacétylases, et il a été démontré qu'ils favorisent l'homéostasie muqueuse et la tolérance orale. Plus récemment, l'existence d'un microbiote dans les voies respiratoires inférieures a été décrite, et de nouvelles preuves indiquent que les commensaux respiratoires sont également des organismes métaboliquement actifs capables de produire des métabolites dotés d'une capacité immunomodulatrice tels que les SCFA.8 Ainsi, les SCFA sont soit libérés localement par le microbiote pulmonaire, soit dérivé du microbiote intestinal peut jouer un rôle important dans la régulation de l'immunité. Cependant, l'effet antiviral des AGCC contre les rhinovirus (RV) est inconnu.

Les véhicules récréatifs sont responsables d'un énorme fardeau de maladies infectieuses dans le monde, déclenchant de légers rhumes spontanément résolutifs chez les personnes en bonne santé et précipitant des exacerbations chez les personnes atteintes de maladies pulmonaires chroniques telles que l'asthme ou la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC). Ces maladies imposent des coûts économiques importants aux infrastructures de soins de santé dans le monde entier. Il n'existe actuellement aucune thérapie efficace ni aucun vaccin homologué contre les RV, car la grande variété de sérotypes/souches a posé des défis importants pour la recherche.9 Par conséquent, le développement de nouvelles approches préventives et thérapeutiques pour les infections à RV est nécessaire de toute urgence. Le microbiome intestinal peut être manipulé thérapeutiquement pour offrir des avantages cliniques pour les maladies infectieuses intestinales (par exemple, Clostridium difficile). Le potentiel de l'administration de commensaux respiratoires ou de métabolites associés pour stimuler de la même manière l'immunité antimicrobienne pulmonaire reste inexploré.10

Nous avons précédemment démontré que l'administration d'un régime riche en fibres ou d'acétate, de butyrate et de propionate d'AGCC protégeait les souris contre l'infection par le virus respiratoire syncytial (VRS)5. L'administration orale d'acétate induit la production d'IFN-b et augmente l'expression des gènes stimulés par l'interféron ( ISG) dans les poumons lors d'une infection par le VRS. De plus, nous avons constaté que l'acétate administré directement dans les voies respiratoires protège contre l'infection par le VRS en augmentant l'expression des ISG dans les poumons.11 Nous avons donc émis l'hypothèse que l'administration directe d'acétate dans les voies respiratoires, pour augmenter les concentrations locales de métabolites microbiens, aurait des effets sur l'infection à RV. Ici, nous montrons que l'administration in vivo d'acétate chez la souris augmente les interférons antiviraux de type I et de type III (IFN), réduit la réplication du RV et atténue l'immunopathologie induite par le virus. Lorsque l'on considère la réponse antivirale in vitro de types de cellules spécifiques à une gamme plus large d'AGCC, nous constatons que ces composés n'affectent pas les réponses IFN des macrophages alvéolaires et ont des effets différentiels sur l'épithélium, avec un effet antiviral plus important observé avec le butyrate par rapport avec d'autres AGCC, ce qui suggère que les effets in vivo peuvent être dus à des interactions cellule-cellule plus complexes. Ces données suggèrent que la manipulation du milieu des métabolites microbiens pulmonaires pourrait représenter une nouvelle approche pour la prévention ou le traitement des infections virales respiratoires.

MÉTHODES

Déclaration d'éthique

Toutes les expérimentations animales ont été réalisées conformément à la loi de 1986 sur les animaux et aux directives ARRIVE (Animal Research : Reporting of In Vivo Experiments), conformément au protocole approuvé par les directives du Home Office britannique (licence de projet britannique PPL n° P07D80C24).

Propagation et quantification du VR

Pour les études sur les souris et les lignées cellulaires humaines, le groupe mineur de RV de sérotype A1 (RV-A1) a été cultivé dans des cellules Ohio HeLa (European Collection of Cell Cultures). Les cellules infectées ont été récoltées après 24 heures, et le virus a été concentré et purifié et un test TCID50 (dose infectieuse de culture tissulaire à 50 %) a été effectué pour évaluer le titre viral comme décrit précédemment.12 Pour les études sur les cellules épithéliales bronchiques primaires humaines (BEC) , RV-A1 a été propagé dans des cellules RD-ICAM-1 à partir d'un stock interne isolé à partir d'échantillons cliniques et séquencé pour confirmer l'identité. Le RV-A1 a été titré en infectant la cellule RD-ICAM -1 avec du RV-A1 dilué en série, suivi d'observations des effets cytopathiques et du test TCID50 pour évaluer le titre viral.

Étude de la souris

Des souris femelles BALB/c âgées de six semaines ont été achetées chez Harlan Laboratories (Derby, Royaume-Uni) et maintenues dans des conditions spécifiques exemptes d'agents pathogènes à l'Imperial College de Londres (Royaume-Uni). Les souris ont été prétraitées par voie intranasale avec 50 ml d'acétate, de butyrate ou de propionate de sodium (Sigma-Aldrich, St Louis, Mo) sous anesthésie légère à l'isofluorane. Dans certaines expériences, des souris ont ensuite été infectées par voie intranasale avec 50 mL de RV (5 3 106 TCID50) 24 heures plus tard. La dose de traitement à l'acétate était de 20 mM selon notre étude précédente utilisant la même approche.11 Le traitement à l'acétate était administré par voie intranasale toutes les 24 heures après l'infection.

PCR quantitative en temps réel

L'ARN total du poumon (100 mg de tissu pulmonaire) et le lysat cellulaire ont été extraits à l'aide du kit RNeasy Mini (Qiagen, Hilden, Allemagne) conformément aux instructions du fabricant. L'ADNc a été synthétisé à l'aide d'amorces hexamères aléatoires (kit OmniscriptRT, Qiagen). L'ADNc du premier brin a été utilisé pour quantifier les copies d'IFN-b, d'IFN-l, de Viperin, de MuC5AC (souris et humain), d'OAS1, de RIG-I (Ddx58), de MAVS, de MDA -5 (souris) et de RV en utilisant Dosages TaqMan avec amorces et sondes, comme indiqué précédemment.13 Pour la quantification absolue, chaque gène a été normalisé au niveau de l'ARNr 18s, et les copies exactes du gène d'intérêt ont été calculées à l'aide d'une courbe standard générée par l'amplification de l'ADN plasmidique. Alternativement, 2-DDCt (fold-change) a été utilisé pour calculer l'expression des gènes. Les conditions de PCR ont suivi les protocoles TaqMan Universal PCR Master Mix (Thermo Fisher Scientific, Waltham, Mass). Le test d'expression génique a été réalisé à l'aide de StepOne (Applied Biosystems, Waltham, Mass).

Liquide de lavage bronchoalvéolaire

Les souris ont été euthanasiées avec une administration intrapéritonéale de surdose de solution de pentobarbital et les trachées ont été canulées. Les poumons ont été lavés 3 fois avec du PBS stérile. Le liquide de lavage bronchoalvéolaire (BAL) a été centrifugé, le surnageant a été recueilli pour la mesure de l'ADN double brin et les culots ont été mis en suspension pour la numération cellulaire totale et différentielle. Pour le comptage différentiel des cellules, les lames de cytospin ont été colorées avec MayGrunwald-Giemsa et la procédure de comptage a été réalisée en aveugle par un chercheur expérimenté.

Mesure de l'ADN double brin

L'ADN double brin a été mesuré dans le liquide BAL en utilisant le réactif ADN double brin Quant-iT PicoGreen (Invitrogen, Carlsbad, Californie) conformément au protocole du fabricant.

Analyse histologique

Après BAL, les poumons ont été perfusés avec du PBS via le cœur et gonflés avec du paraformaldéhyde à 4 %, puis le poumon gauche a été fixé dans du paraformaldéhyde à 4 % pendant 24 heures. Ensuite, les morceaux ont été inclus dans des blocs de paraffine et coupés en sections de 5- mm, colorés avec de l'hématoxyline et de l'éosine. L'infiltrat inflammatoire a été mesuré en micromètres et 10 mesures ont été effectuées, en partant de l'extrémité de l'épithélium bronchique ou vasculaire jusqu'à l'extrémité de l'infiltrat inflammatoire à l'aide du logiciel Olympus CellSens Standard (Olympus Corporation, Tokyo, Japon). Tous les comptages ont été effectués en aveugle aux conditions expérimentales.

Cytométrie en flux

Les cellules ont été isolées du poumon par perfusion avec du PBS puis digérées dans du milieu RPMI 1640 additionné de 1 mg/mL de Collagénase IV (Invitrogen-Gibco, Waltham, Mass). Les cellules isolées du poumon et du BAL ont été incubées avec Mouse Fc Block (#553141 BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ) pendant 20 minutes. Les cellules ont été lavées et colorées avec des anticorps de surface anti-CD45 (1:200, #557235, clone 30-F11, BD Biosciences). Pour la coloration intracellulaire, les cellules ont été fixées avec du cytofix/cytoplasme (BD Biosciences) et avec de l'anti–RIG-I (1:50, #35H2L48, ThermoFisher Scientific, Waltham, Mass) et après incubation, les cellules ont été marquées avec un anticorps secondaire chèvre antilapin IgG H&L Cy3-conjugué (1:1000, # ab97075, Abcam, Cambridge, Mass). Les échantillons ont été acquis dans le cytomètre en flux BD FACS Canto-II (BD Biosciences). Les données ont été analysées dans le logiciel FlowJo (version 10, Tree Star, Inc, Ashland, Va).

Études in vitro sur des lignées cellulaires épithéliales

Des BEC humains (BEAS-2B) et des cellules épithéliales pulmonaires humaines (A549) ont été achetés auprès de l'ATCC (Manassas, Virginie) et cultivés comme décrit précédemment.13 Les cellules ont été ensemencées individuellement à une concentration de 1.5 3 105 cellules/mL dans des plaques 12-puits. Vingt-quatre heures après l'ensemencement, les cellules ont été traitées avec 400 mM d'acétate de sodium (Sigma-Aldrich) pendant encore 24 heures. Par la suite, les cellules ont été infectées avec RV-A1 (multiplicité d'infection [MOI] 2) pendant 1 heure, après quoi le virus a été éliminé, les cellules ont été lavées et un nouveau milieu additionné de 5 % de FBS a été ajouté. Un traitement supplémentaire à l'acétate (400 mM) a été ajouté immédiatement après l'infection et toutes les 24 heures jusqu'à la récolte des cellules.

Collecte des BEC primaires et approbation éthique

Les BEC d'un non-fumeur en bonne santé ont été recueillis à partir de brossages bronchiques au cours d'une bronchoscopie, avec un consentement éclairé écrit. Toutes les expériences ont été menées par le comité d'éthique des services de santé de la région de Hunter New England (05/08/10/3.09) et les approbations du comité de sécurité de l'Université de Newcastle (H-163-1205).

Reprogrammation conditionnelle des BEC et des cultures d'interface air-liquide

Les BEC ont été conditionnellement reprogrammés avec un inhibiteur de la protéine kinase associée à rho (concentration finale 10mM) et en combinaison avec des fibroblastes NIH-3T3 irradiés dans des cultures monocouches comme décrit précédemment. un rapport 1: 2 de milieu Eagle modifié par Dulbecco (haute teneur en glucose 1 L-glutamine)/F12 de Ham additionné de 5 % de FCS, d'hydrocortisone (400 ng/mL), d'insuline (5 mg/mL), de facteur de croissance épithélial humain recombinant (10 ng /mL), la toxine du choléra (8,4 ng/mL), l'adénine (23,9 mg/mL) et 0,2 % de pénicilline-streptomycine.16 membranes transwell polyester }puits et différenciées à l'interface air-liquide (ALI) pendant 25 jours comme décrit précédemment.17 Des expériences ont été réalisées avec n 5 4 réplicats biotechniques. Le bleu Alcian standard, pH 2,5 et une coloration périodique à l'acide de Schiff ont été effectués sur des sections ALI de 5- mm d'épaisseur pour visualiser l'épithélium pseudostratifié (voir la figure E1 dans le référentiel en ligne de cet article sur www.jacionline.org).

Traitement SCFA en culture BEC

Avant l'infection, les cultures ALI ont été traitées à la base avec 100, 400 ou 1600 mM d'acétate, de butyrate , ou propionate pendant 24 heures dans 600 ml de milieu final ALI composé de milieu de base épithélial bronchique et de milieu Eagle modifié par Dulbecco (rapport 50 : 50) contenant de l'hydrocortisone (0,1 %) , insuline bovine (0,1 %), épinéphrine (0,1 %), transferrine (0,1 %), extrait hypophysaire bovin (0,4 %) et éthanolamine (80 mM), MgCl2 (0,3 mM), MgSO4 (0,4 mM), BSA (0,5 mg /mL), amphotéricine B (250 mg/mL), acide tout-trans rétinoïque (30 ng/mL), pénicilline/streptomycine (2 %) et facteur de croissance épithéliale humaine recombinante (0,5 ng/mL). Le jour de l'infection, le milieu basal a été remplacé par un nouveau milieu final ALI et un traitement SCFA, qui a été laissé jusqu'à l'analyse du point final.

Infection à RV et prélèvement

Les cultures ALI-BEC ont été infectées apicalement avec RV-A1. Initialement, le stock de RV-A1 a été dilué pour obtenir un MOI de 0.1 et ajouté à la surface apicale des cultures pendant 2 heures dans 50 mL de milieu de base épithélial bronchique avec des suppléments, 1 % d'insuline- transferrine-sélénium et 0,5 % d'acide linoléique. Le milieu d'infection a ensuite été remplacé par 500 ml de milieu de base épithélial bronchique frais (avec des suppléments) pour le reste de l'expérience. Le lavage apical (100 mL de PBS) et les échantillons de milieu de base ont été prélevés à 8- et 48- heure après l'infection et stockés à 2 808 C. Les cellules ont été stockées dans 350 ml de tampon RLT (Qiagen) contenant 1% de 2-mercaptoéthanol à 2808C pour des analyses d'expression génique par RT-PCR quantitative a été administrée (Fig E2, C).

Conformément aux effets immunitaires antiviraux accrus, l'acétate avait tendance à réduire le nombre de copies d'ARN viral (Fig E2, D) et à réduire les charges virales vivantes (Fig E2, E) 48 heures après l'infection. Dans les cellules BEAS2B, une lignée BEC, nous avons observé que le traitement à l'acétate augmentait l'expression de l'ARNm de l'IFNB1 à 8 heures après l'infection et de l'ARNm de l'IFNL2 à 4 et 8 heures après l'infection (Fig E2, F). Il n'y avait aucun effet significatif sur l'expression de Viperin (Fig E2, F). Contrairement aux effets sur les charges virales observés dans les cellules A459, il n'y avait aucun effet de l'acétate sur la quantification de l'ARN viral ou du TCID50 dans les cellules BEAS2B (Fig E2, G et H).

Effet du traitement SCFA sur les réponses antivirales dans les cultures infectées par ALI-BEC

Après avoir observé un effet amplificateur de l'acétate dans les lignées de cellules épithéliales pulmonaires, nous avons ensuite cherché à évaluer les effets dans un modèle de cellules épithéliales primaires différenciées à ALI (un système expérimental qui récapitule plus fidèlement les cellules in vivo). La différenciation cellulaire et la morphologie ont été confirmées par la formation de cellules caliciformes (coloration à l'acide périodique de Schiff) (Fig E1).

L'acétate a augmenté de manière significative l'IFNB1 et l'IFNl2 / 3 (IL28) sur les BEC infectés par le RV par rapport aux cellules non infectées (Fig 3, B et D), mais il n'y avait aucune différence par rapport aux cellules infectées par le RV non traitées. L'acétate avait tendance à réduire l'ARN viral soit à 8 heures, soit à 48 heures après l'infection par le RV-A1 (Fig 3, A et B). Étant donné que l'acétate avait des effets d'amélioration moins clairs sur l'induction par le RV des réponses IFN de type I dans les cellules épithéliales différenciées primaires, nous avons étendu nos recherches pour déterminer si le butyrate ou le propionate avaient des effets perceptibles. Le butyrate et le propionate ont également augmenté l'expression de l'ARNm de l'expression des gènes IFNb, IFNl2/3 (IL28) et IFNl1 (IL29) par rapport aux cellules non infectées (Fig 3, F, G, H et L). Le traitement au butyrate a augmenté l'expression de IFNB1, IL28 et IL29 à 48 heures après l'infection par le RV par rapport aux cellules infectées par le RV non traitées, bien que cet effet n'ait pas été suffisant pour avoir un impact sur la charge virale (Fig 3, I, J, K, et moi). Nous n'avons trouvé aucun effet suppresseur sur l'expression de MUC5AC induite par le RV à n'importe quelle dose de traitement SCFA (voir Fig E3, AC, dans le référentiel en ligne de cet article sur www.jacionline.org). Collectivement, ces données indiquent que, contrairement aux données sur les souris et les lignées cellulaires humaines, les AGCC ont des effets plus limités sur l'immunité antivirale dans les cellules épithéliales primaires différenciées.

Aucun effet des AGCC sur les réponses IFN de type I dans les macrophages alvéolaires

Pour déterminer si l'effet antiviral de l'acétate et/ou d'autres SCFA était dû à la modulation des macrophages alvéolaires (une importante cellule de réponse précoce lors d'infections virales et une source clé d'IFN de type I), nous avons évalué l'effet de l'administration de SCFA sur ex vivo réponses antivirales dans les macrophages stimulées par RVA1. Nous avons constaté que l'administration de SCFA n'avait aucun effet significatif sur l'induction d'Ifnb1, de Viperin ou d'OAS1 par RV, ce qui indique que les effets de stimulation immunitaire des SCFA ne se produisent pas par des effets sur les macrophages alvéolaires (voir Fig E4, AC, dans le Online de cet article). Référentiel sur www.jacionline.org).

SCFA délivré par les voies respiratoires a augmenté les récepteurs IFN-b et de détection de virus avant l'infection à RV

Pour obtenir des informations mécanistiques supplémentaires sur les voies antivirales impliquées dans l'amélioration de l'IFN de type I par les AGCC, nous avons ensuite étudié les effets de ces composés sur les gènes de détection des voies antivirales. Nous avons de nouveau administré par voie intranasale les 3 SCFA (acétate, butyrate et propionate) à des concentrations de 20 mM, pendant 24 heures (Fig 4, A). Nous n'avons trouvé aucun effet de l'un des SCFA sur l'expression du capteur d'ARN viral cytosolique MDA5 ou de sa molécule adaptatrice MAVS (Fig 4, B et C). Inversement, l'administration de butyrate (mais pas d'autres AGCC) a régulé positivement l'expression de l'ARNm de RIGI (Fig 4, D). L'effet d'augmentation du butyrate sur l'expression de RIG-I s'est avéré être spécifiquement dans les cellules épithéliales / stromales pulmonaires (CD452), sans effet observé dans les cellules immunitaires hématopoïétiques (CD451) (Fig 4, EI). Collectivement, ces données ont indiqué que différents SCFA peuvent agir via des voies de détection antivirales spécifiques pour réguler l'immunité innée.

DISCUSSION

Cette étude donne un nouvel aperçu du bénéfice potentiel de l'administration de métabolites microbiens directement dans les voies respiratoires pour renforcer l'immunité pulmonaire innée. Les fibres alimentaires et les AGCC dérivés du microbiote intestinal sont depuis longtemps associés à des effets bénéfiques sur la santé pulmonaire. Un essai randomisé contrôlé par placebo a montré que l'utilisation de prébiotiques (fibres) chez les bébés prématurés prévenait les infections à RV au cours de la première année de vie.20 Les fibres alimentaires sont des polysaccharides non digestibles qui peuvent être dégradés en AGCC par fermentation microbienne. Des études ont également montré que les AGCC peuvent moduler le microbiote intestinal sain.21 Notre étude souligne que l'administration d'AGCC par les voies respiratoires peut également avoir des effets bénéfiques locaux directs sur les réponses de l'hôte. Nous avons identifié un mécanisme distinct des effets d'origine alimentaire sur le microbiote qui implique une stimulation pulmonaire directe de l'immunité antivirale innée par les AGCC.

Nos données montrent que l'administration de l'acétate de SCFA augmente l'expression basale des médiateurs immunitaires antiviraux à l'état d'équilibre. Cela correspond conceptuellement au rôle de l'acétate dans l'amorçage des poumons pour une libération précoce plus robuste des IFN. Cela a été étayé par nos découvertes selon lesquelles l'administration d'acétate a également stimulé l'induction d'IFN et d'ISG en réponse à une infection à RV chez la souris. Cela a été associé à des charges virales réduites et à une suppression ultérieure des réponses pro-inflammatoires et de la production de mucus. Ces effets seraient tous jugés bénéfiques dans le cadre d'une infection virale aiguë. Nos données correspondent à un corpus de littérature montrant que l'acétate a été impliqué dans de nombreux avantages pour la santé, tels que l'amélioration de la fonction cardiaque, l'amélioration de la génération de globules rouges et la formation de la mémoire immunitaire.22 De plus, l'acétate est lié à la modulation de différents fonctions de la réponse immunitaire23-25 et contrôle des maladies respiratoires.

Nous avons également étudié l'effet de l'administration d'acétate sur l'infection par le RV de l'épithélium, car c'est le site principal de la réplication virale initiale. Nous avons trouvé un effet stimulant antiviral similaire de l'acétate dans les lignées cellulaires pulmonaires humaines, avec des effets plus puissants observés dans les cellules A549 que dans les cellules BEAS-2B (qui sont connues pour exprimer des niveaux basaux plus élevés d'IFN et d'ISG).27 ,28 Cela pourrait expliquer en partie pourquoi le traitement à l'acétate a eu moins d'effets sur les cellules BEAS-2B. En revanche, nous avons observé que dans les BEC différenciés primaires humains (ALI-BEC), il n'y avait aucun effet clair de l'acétate sur les réponses IFN de type I au RV. De plus, nous avons également évalué la capacité de l'acétate et d'autres AGCC à moduler les réponses IFN de type I dans des macrophages alvéolaires cultivés ex vivo et n'avons trouvé aucun effet similaire. Cette discordance entre les résultats in vivo et in vitro peut suggérer que plusieurs types de cellules et communications cellule-cellule peuvent être responsables du phénotype clair observé in vivo, avec un effet moins puissant observé lorsque des cellules isolées sont traitées avec des AGCC.

Bien que l'objectif principal de notre étude ait été d'évaluer les effets des SCFA sur l'immunité antivirale innée, il est concevable que des effets en aval sur les réponses immunitaires adaptatives puissent se produire, et les études futures pourraient se concentrer sur les effets potentiels sur les populations et la production de lymphocytes T et B. d'anticorps neutralisants.

Il convient également de noter que le modèle de souris que nous avons utilisé est un modèle où la réplication du virus est relativement limitée (;24-36 heures), bien que tous les paramètres mesurés dépendent de la réplication.12,29 D'autres études, utilisant des souches de virus adaptées à la souris où une réplication virale plus soutenue se produit, peut montrer des effets plus profonds et soutenus. De plus, nos expériences ont été menées exclusivement sur des souris femelles, et d'autres études devraient confirmer si des effets similaires se produisent chez les mâles.

Bien que l'acétate ait eu des effets limités sur les ALI-BEC, nous avons observé que l'administration de butyrate pouvait augmenter l'induction par le RV des réponses IFN de type I. Ces données contrastent avec l'étude de Chemudupati et al,30 qui a démontré un effet suppresseur du butyrate sur les réponses IFN de type I. Cependant, cette étude a utilisé des concentrations beaucoup plus élevées de butyrate et s'est également concentrée sur différents virus respiratoires.

La production de mucus dans les poumons est une caractéristique de l'infection à RV, ce qui entraîne une augmentation de la gravité clinique et une exacerbation de l'asthme et de la MPOC,31,32 spécifiquement par l'amélioration de l'inflammation des voies respiratoires par MUC5AC.33 Nous avons montré que le traitement à l'acétate réduisait l'expression pulmonaire de Muc5AC les jours 4 et 6 après l'infection. En conséquence, il a été démontré que les SCFA atténuaient la production de mucus dans les poumons lors d'une infection grippale34 et d'une inflammation allergique des voies respiratoires.34,35 Cependant, dans les cellules ALI-BEC, l'acétate n'a pas modulé l'expression du gène Muc5AC, bien qu'il faille noter que pas examiné. Notre observation de l'expression réduite de la mucine chez les souris traitées avec de l'acétate et infectées par le virus est conforme à nos découvertes précédentes selon lesquelles l'IFN de type I régule négativement l'expression principale de la mucine Muc5ac des voies respiratoires pendant l'infection virale.14 Les mécanismes moléculaires par lesquels cela se produit ne sont pas clairs. , bien que des preuves antérieures montrent que l'inflammation de type 2 médiée par l'IL -13 peut être importante dans l'induction de MUC5AC.36,37 D'autres études devraient chercher à mieux comprendre comment l'acétate peut avoir un impact sur la production de mucus des voies respiratoires.

Pour étudier les mécanismes moléculaires par lesquels les AGCC induisent l'IFN, nous avons en outre mesuré l'expression de gènes de détection de voie antivirale. Nous avons observé que le butyrate, et dans une moindre mesure l'acétate, peuvent induire l'expression de RIG-I dans les cellules épithéliales pulmonaires de souris naïves. Nos données suggèrent que ces AGCC augmentent la réponse de détection du virus, préparant les poumons à une réponse innée augmentée à une infection virale.

Une altération de la production ex vivo d'IFN de type I à l'infection à RV a été démontrée dans les cellules épithéliales des voies respiratoires dans l'asthme et la MPOC.38,39 Il est postulé que ce défaut augmente la sensibilité aux exacerbations induites par le virus chez ces individus. Les mécanismes à l'origine de ces défauts sont inconnus. Des travaux supplémentaires utilisant des modèles animaux ou des systèmes de culture de cellules malades sont nécessaires pour déterminer si la dysbiose microbienne observée dans l'asthme et la MPOC entraîne une déficience relative en acétate ou en d'autres SCFA, qui pourrait être corrigée par l'administration pour restaurer une immunité antivirale altérée.

En résumé, l'utilisation des AGCC comme traitement contre l'infection à RV est associée à une augmentation de la production d'IFN de type I et de type III, composants centraux de la réponse immunitaire antivirale pulmonaire. Cette étude met en évidence que l'administration par les voies respiratoires de métabolites microbiens tels que les AGCC peut avoir des effets bénéfiques sur l'immunité antivirale et pourrait potentiellement améliorer la gravité des maladies virales respiratoires.

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