Używamy plików cookie

Dlaczego cukrzyca typu 2 zwiększa podatność na gruźlicę?

Badanie przeprowadzone w Kapsztadzie w Republice Południowej Afryki miało charakter eksploracyjny, typu przypadek-kontrola, z wykorzystaniem wieloplatformowej metodologii obejmującej analizy funkcjonalne, transkryptomiczne, epigenetyczne oraz cytometryczne. Celem pracy było wyjaśnienie mechanizmów zwiększonej podatności pacjentów z cukrzycą typu 2 na gruźlicę poprzez bezpośrednią ocenę funkcji makrofagów pęcherzykowych izolowanych z płuc osób narażonych na kontakt z chorymi na gruźlicę płuc. Jest to pierwsze tak kompleksowe badanie fenotypu i funkcji ludzkich makrofagów pęcherzykowych w kontekście ekspozycji na gruźlicę u osób z cukrzycą i bez niej.

Do badania włączono dorosłych bliskich kontaktów pacjentów z potwierdzoną gruźlicą płuc, definiowanych jako osoby spędzające ponad 5 godzin dziennie w zamkniętej przestrzeni z chorym, w wieku 30-65 lat, bez aktywnej choroby gruźliczej. Grupę badaną stanowiło 12 osób z cukrzycą typu 2, natomiast grupę kontrolną 11 osób bez cukrzycy. Wszyscy uczestnicy reprezentowali populację mieszanego pochodzenia etnicznego charakterystyczną dla Republiki Południowej Afryki, z przewagą kobiet. Kryteria wykluczenia obejmowały zakażenie HIV, cukrzycę typu 1, choroby nowotworowe, ciążę, wskaźnik masy ciała poniżej 20, niedawne infekcje oraz stosowanie leków immunomodulujących w ciągu ostatnich trzech miesięcy. Wszyscy uczestnicy z grupy kontrolnej byli QuantiFERON-pozytywni, natomiast połowa osób z cukrzycą była QuantiFERON-negatywna. Spośród czynników często związanych z cukrzycą typu 2, jedynie wskaźnik masy ciała i stężenie triglicerydów były istotnie wyższe u pacjentów z cukrzycą. Dziesięciu z dwunastu pacjentów z cukrzycą przyjmowało leki przeciwcukrzycowe, w tym sześciu stosowało metforminę.

U wszystkich uczestników wykonano bronchoskopię z pobraniem płukania oskrzelowo-pęcherzykowego, z którego izolowano ludzkie makrofagi pęcherzykowe stanowiące około 90% komórek w pobranym materiale. Równolegle z krwi obwodowej pozyskiwano komórki jednojądrzaste i różnicowano je przez 5 dni w obecności 20% autologicznego osocza do makrofagów. Obie populacje komórek zakażano ex vivo prątkiem gruźlicy szczepem H37Rv przy stosunku zakażenia 1:1 i oceniano wzrost bakterii poprzez oznaczanie jednostek tworzących kolonie po 2 godzinach, w pierwszej i trzeciej dobie po zakażeniu. Dodatkowo przeprowadzono analizy profilu cytokin metodą Luminex, fenotypu komórek metodą cytometrii przepływowej i masowej, sekwencjonowanie RNA oraz profilowanie metylacji DNA.

Makrofagi pęcherzykowe gorzej kontrolują prątki u chorych z cukrzycą

Kluczowym odkryciem badania było wykazanie, że makrofagi pęcherzykowe od pacjentów z cukrzycą typu 2 znacznie gorzej kontrolują wzrost prątka gruźlicy już w pierwszej dobie po zakażeniu ex vivo, z dużą wielkością efektu, pomimo podobnej liczby pochłoniętych bakterii. Co istotne z perspektywy klinicznej, stopień wzrostu bakterii korelował dodatnio z poziomem hemoglobiny glikowanej – im gorsze wyrównanie metaboliczne cukrzycy, tym słabsza kontrola prątków przez makrofagi płucne. W trzeciej dobie różnica ta zanikała, co sugeruje opóźnioną, ale ostatecznie skuteczną aktywację mechanizmów obronnych. Jednocześnie nie stwierdzono takich różnic w makrofagach pochodzących z krwi obwodowej ani w zakresie wiązania i fagocytozy prątków, co wskazuje na specyficzne zaburzenia funkcji immunologicznych w środowisku płuc u chorych z cukrzycą, niezależne od mechanizmów zależnych od dopełniacza.

Badacze wykazali istotnie mniejszą liczbę neutrofilów w płukaniu oskrzelowo-pęcherzykowym u osób z cukrzycą, mimo jednoczesnej neutrofilii i leukocytozy we krwi obwodowej. Liczba neutrofilów w płucach korelowała ujemnie ze wzrostem prątków w makrofagach pęcherzykowych, co sugeruje zaburzoną migrację neutrofilów z krwi do płuc i osłabienie współpracy makrofag-neutrofil, kluczowej dla eliminacji patogenu. Analiza fenotypowa wykazała, że u pacjentów z cukrzycą występuje mniej makrofagów o fenotypie M1-podobnym, charakteryzujących się ekspresją CD86 i HLA-DR, bez różnic w populacji M2-podobnej. Ponadto zarówno makrofagi pęcherzykowe, jak i makrofagi pochodzące z monocytów od osób z cukrzycą wykazywały obniżoną ekspresję CD32, czyli receptora FcγRII zaangażowanego w wiązanie kompleksów immunologicznych oraz dojrzewanie komórek prezentujących antygen.

Opóźniona odpowiedź genowa i zaburzona chemotaksja neutrofilów

Analiza transkryptomiczna ujawniła znaczące opóźnienie odpowiedzi genowej makrofagów pęcherzykowych na zakażenie prątkiem u osób z cukrzycą. W grupie kontrolnej już po 24 godzinach obserwowano aktywację licznych genów związanych z odpowiedzią przeciwprątkową, w tym szlaków indoloamino-2,3-dioksygenazy oraz interferonów typu I i gamma. U pacjentów z cukrzycą ta odpowiedź była znacząco słabsza i pojawiała się z opóźnieniem dopiero w trzeciej dobie. Już po 2 godzinach od zakażenia w makrofagach od osób z cukrzycą obserwowano obniżoną aktywność szlaków związanych z sygnalizacją receptorów sprzężonych z białkiem G, formowaniem fagosomu oraz sygnalizacją CREB, które odgrywają istotną rolę w migracji komórek i aktywacji makrofagów. Ponadto w makrofagach od osób z cukrzycą stwierdzono zwiększoną ekspresję genów związanych z negatywną regulacją chemotaksji neutrofilów, w tym DPP4 kodującego dipeptydylopeptydazę IV oraz TNFAIP6 kodującego białko TSG-6, co jest spójne z obserwowanym zmniejszeniem liczby neutrofilów w płucach. W trzeciej dobie w makrofagach od osób z cukrzycą dominowały szlaki związane z martwicą i śmiercią komórek immunologicznych, podczas gdy w grupie kontrolnej aktywne były szlaki apoptozy, co sugeruje przesunięcie w kierunku nieprogramowanej śmierci komórek.

Na poziomie cytokin obserwowano zwiększoną produkcję TNF przez makrofagi pęcherzykowe od osób z cukrzycą po zakażeniu oraz podwyższone stężenia CCL3 i IL-10 w późniejszym czasie, przy jednoczesnym opóźnieniu produkcji CCL2. W makrofagach pochodzących z monocytów od osób z cukrzycą profil cytokinowy również był odmienny – produkcja IL-8 była opóźniona, a w odpowiedzi na prątki nie obserwowano produkcji IL-10 ani IL-1RA, w przeciwieństwie do grupy kontrolnej. Wysoki poziom podstawowej produkcji cytokin przez świeżo izolowane makrofagi pęcherzykowe z obu grup podkreśla unikalny fenotyp tych komórek w porównaniu z makrofagami pochodzącymi z krwi.

Epigenetyczne przeprogramowanie makrofagów płucnych

Profil metylacji DNA w komórkach z płukania oskrzelowo-pęcherzykowego wyraźnie odróżniał pacjentów z cukrzycą od grupy kontrolnej, podczas gdy profil metylacji leukocytów krwi obwodowej nie wykazywał takiej dyskryminacji. W komórkach z płuc dominowała hipermetylacja sugerująca wyciszenie wielu genów, z istotnym wyjątkiem genów związanych z odpowiedzią na TNF, które były hipometylowane. Dotyczyło to w szczególności genu TNFRSF1B kodującego receptor TNFR2, który był również zwiększenie ekspresjonowany w makrofagach zakażonych prątkami. Ta hipometylacja genów szlaku TNF jest spójna ze zwiększoną produkcją TNF przez makrofagi pęcherzykowe od osób z cukrzycą i sugeruje, że przewlekła hiperglikemia prowadzi do trwałego epigenetycznego przeprogramowania makrofagów płucnych.

Jakie są implikacje dla praktyki klinicznej?

Wyniki tego badania dostarczają pierwszych kompleksowych dowodów na to, że cukrzyca typu 2 prowadzi do specyficznego przeprogramowania makrofagów pęcherzykowych w płucach, obejmującego opóźnioną odpowiedź transkrypcyjną, rozregulowaną produkcję cytokin uwarunkowaną zmianami epigenetycznymi oraz zaburzoną rekrutację neutrofilów. Te mechanizmy łącznie sprzyjają szybszemu namnażaniu prątków gruźlicy we wczesnej fazie zakażenia. Nadmierna produkcja TNF, choć istotna dla tworzenia ziarniny, może przyczyniać się do progresji choroby, nasilenia stanu zapalnego i martwicy tkanek. Dla praktyki klinicznej oznacza to, że dobre wyrównanie metaboliczne cukrzycy może mieć bezpośrednie znaczenie dla wczesnej obrony przeciwprątkowej w płucach. W populacjach o wysokiej zapadalności na gruźlicę uzasadnione jest utrzymywanie niskiego progu podejrzenia gruźlicy u pacjentów z cukrzycą typu 2 oraz rozważenie aktywnego screeningu w grupach wysokiego ryzyka. Należy jednak pamiętać o ograniczeniach badania, w tym małej liczebności grup, przewadze kobiet, jednoośrodkowym charakterze oraz braku danych podłużnych dotyczących rozwoju aktywnej gruźlicy. Mimo tych ograniczeń spójność wyników pomiędzy różnymi metodami analitycznymi wzmacnia wiarygodność wniosków. Zidentyfikowane szlaki molekularne, w tym sygnalizacja TNF i TNFR2, regulacja migracji neutrofilów oraz mechanizmy epigenetyczne makrofagów pęcherzykowych, mogą stanowić potencjalne cele przyszłych interwencji terapeutycznych wspomagających odpowiedź immunologiczną u chorych z cukrzycą narażonych na gruźlicę.

Podsumowanie

Badanie wykazało, że makrofagi pęcherzykowe u pacjentów z cukrzycą typu 2 gorzej kontrolują wzrost Mycobacterium tuberculosis we wczesnej fazie zakażenia, a stopień namnażania prątków koreluje dodatnio z poziomem hemoglobiny glikowanej. U chorych z cukrzycą obserwowano zaburzoną migrację neutrofilów z krwi do płuc, opóźnioną odpowiedź transkrypcyjną makrofagów oraz epigenetyczne przeprogramowanie szlaków związanych z TNF. Wyniki te wskazują, że dobre wyrównanie metaboliczne cukrzycy może mieć bezpośrednie znaczenie dla obrony przeciwprątkowej w płucach. W populacjach o wysokiej zapadalności na gruźlicę uzasadnione jest utrzymywanie niskiego progu podejrzenia tej choroby u pacjentów z cukrzycą typu 2 oraz rozważenie aktywnego screeningu w grupach wysokiego ryzyka.

Bibliografia

Léanie Kleynhansa, Carine Kunsevi-Kilolaa, Happy Tshivhulaa, Tariq Webbera, Alana Keyserd, Nicole Prinsa, et al. Human alveolar macrophage function is impaired in tuberculosis contacts with diabetes.

https://www.thelancet.com/journals/ebiom/article/PIIS2352-3964(25)00494-3/fulltext