BALB/cマウスにおける薬物誘発性自己免疫性肝炎の誘導による発症機序の研究
Özet
BALB/cマウスにおけるin vivo免疫型翻訳型肝炎モデルについて、本疾患に見られる性差を含む薬剤性自己免疫性肝炎の病態解明に利用することができる。このモデルが、in vivoおよびin vitro実験技術を使用して再現可能な分析をどのように実証するかを説明します。
Abstract
薬物誘発性自己免疫性肝炎(DIH)は、自己免疫性肝炎患者の約9〜12%で観察される最も一般的な肝性薬物誘発性過敏症プロセスである。DIH患者の圧倒的多数は女性です。有病率におけるこれらの性差の根底にあるメカニズムは、ヒトの疾患を模倣する動物モデルの不足のために不明である。それでも、根底にあるメカニズムは、ヒト白血球抗原ハプロタイプおよび性ホルモンと関連していると広く考えられている。対照的に、DIHマウスモデルを用いて、我々は、シトクロムP450 2E1のエピトープに対するIL-4開始CD4+ T細胞が、好中球、マクロファージおよび肥満細胞の雌BALB/cマウスの肝臓への流入を誘導することを明らかにした。このモデルを用いて、我々はまた、IL-33誘導性FoxP3+制御性T細胞が雌および雄マウスにおいてDIHに対する保護を付与することも示した。このDIHモデルは、DIHに関連する薬物代謝産物と共有結合で改変されたCYP2E1のエピトープでマウスを免疫することによって誘導される。このエピトープは、DIHを有する患者によって認識される。我々の方法は、DIHの病因を研究するために利用することができる堅牢で再現性のある肝炎および自己抗体を誘導する。インビボ研究は不適切に行われるとマウスに過度の痛みや苦痛を引き起こす可能性がありますが、インビボモデルの利点は、多数のマウスにおける疾患の病因を評価する能力です。さらに、改変された肝臓タンパク質の生物学的効果は、侵襲的手順を用いて研究することができる。実験計画にin vitro研究を追加することで、細胞レベルでの迅速な反復と機械解析が可能になります。したがって、我々は、我々のモデルプロトコルと、DIHのインビボおよびインビトロメカニズムを研究するためにそれをどのように利用することができるかを示す。
Introduction
この方法の目的は、生体内で発症する薬物誘発性自己免疫性肝炎のマウスモデルを記述し、この疾患の分子的、免疫学的および遺伝的基盤を調査するためにどのように利用できるかを実証することである。私たちの研究の長期的な目的は、感受性のある患者のDIHを研究することによって、慢性肝臓の炎症および傷害の発症に関与するメカニズムを明らかにすることです。肝疾患および肝硬変は、25〜64歳の成人における6番目に多い死因を構成する。薬物誘発性自己免疫性肝炎(DIH)と呼ばれることもある特異なDILIは、米国における急性肝不全の3番目に一般的な原因である。DIHは、自己免疫性肝炎患者の約9〜12%で観察される最も一般的な肝薬剤誘発性過感作プロセスである1。DIH患者の圧倒的多数は女性2,3,4である。DIHの一種は、イソフルラン、セボフルラン、デスフルランまたはハロタンなどのハロゲン化揮発性麻酔薬の投与後に感受性の高い個体に発症する。これらの麻酔薬は、代謝の反応性産物とともに肝臓タンパク質に共有結合し、アレルギー応答または自己免疫応答を惹起することができる新規自己抗原を創り出す5。
麻酔薬およびあらゆる形態のDIHの発達に関与する病原性メカニズムの研究は、ヒト疾患の誘発を密接に模倣する動物モデルの欠如によって以前に妨げられてきた。我々は、患者における免疫媒介性DILIに似た特徴を有するDIHの実験的マウスモデルを開発した。肝炎は、酵素シトクロムP450 2E1(CYP2E1)5による麻酔薬の酸化的代謝に続いて形成されるトリフルオロアセチルクロリド(TFA)代謝産物によって共有結合的に修飾された2つの自己抗原のうちの1つによる免疫によって誘導される。1つの自己抗原は、いくつかのタンパク質6の混合物である肝細胞質S100肝臓画分であり、第2の自己抗原は、麻酔免疫媒介性DILI7を有する患者からの血清によって認識されるCYP2E1のエピトープである。実験的自己免疫性肝炎に比較的耐性のあるBALB/cマウスを用いることで、C57Bl/6Jマウスの自己免疫性肝炎のS100誘導免疫モデルと我々のモデルを区別した8.
その多様な臨床プレゼンテーションのために、DIHは患者で研究することは困難です。翻訳実験モデルは、インビボおよびインビトロで疾患の病因を評価する能力を提供する。現在のところ、動物を使用せずにインビボまたはインビトロの適応免疫応答または自然免疫応答を完全に調べるDIHを誘導するための他の代替方法はありません。さらに、S-100またはCYP2E1エピトープのトリフルオロアセチル化は刺激性免疫原を産生するようには見えず、TFA改変タンパク質による免疫化によってDIHを誘導しているため、これらの動物は、免疫化または他の処置の前にエーテル、ハロゲン化麻酔薬、バルビツール酸またはアルコールを投与されない。それでも、我々は、発見したCYP2E1エピトープ9 の結合嗜好を確認するためにコンピュータシミュレーションを利用してマウスの使用を減らし、雌のBALB/cマウスがより重篤なDIH10を発症することを実証することによって、女性の性別に関与するヒトDIHを反映した。
患者におけるDIHの多様な提示および臨床疾患の研究における課題にもかかわらず、反応性薬物代謝産物による天然タンパク質の翻訳後修飾は、ハロゲン化麻酔薬に続く病因DIHにおいて受け入れられている重要なメカニズムである11。研究者らはまた、CYP2E1がこのプロセスにおける主要な自己抗原であることを認める12,13。翻訳後修飾CYP2E1および他の肝臓タンパク質を認識するインターロイキン(IL)-4-アップレギュレートCD4+T細胞の役割は、好中球、好酸球および肥満細胞を肝臓に引き込むことによって麻酔DIHの受け入れられた開始剤であり14、このメカニズムはDIH15,16の多くの形態で確認されている。誘導されたFoxP3発現CD4+CD25+T細胞(Tregs)はDIHの重症度を低下させ、脾臓におけるこれらの細胞の相対的欠損はDIHを悪化させる10,7。したがって、DIHの理解における進歩の大部分は、in vivoマウスモデルを利用して、in vivoおよびin vitroの両方でDIHの遺伝的、代謝的および免疫学的メカニズムを評価することによって可能になった。
我々と他の研究者は、異なるマウスモデルを用いたDIHの開始におけるIL-4、好中球、好酸球の役割を明らかにしたので、この観察は、利用されたDIHモデルにかかわらず、肝炎および傷害はIL-4によって誘発されるという我々の主張を支持すると信じている。私たちのプロトコルの強みは、雄と雌の両方のマウスのin vivo方法論の利用、および組織学、CD4+ T細胞増殖アッセイ、サイトカインの繰り返しにあります。インビトロ研究の強みは、DIHを駆動する細胞相互作用を単離するための方法論を提供しながら、必要なマウスの数を減らすことです。これは、DIHの発生率、有病率、および重症度が女性でより高いため、結果の解釈における無意識の偏りの可能性を低減し、研究の翻訳の可能性を強化するため、雄および雌マウスの使用をお勧めします17。マウスは単一のベンダーから入手することをお勧めします。ただし、これが不可能な場合は、遺伝子組み換えマウスと同じベンダーから同腹仔対照または野生型マウスを入手してください。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコルの強みは、その再現性にあります。したがって、提案された手順に従うことが重要です。免疫原の製剤は、いくつかの障壁となり得る;しかし、我々は我々の文書に記載されているエピトープを使用してモデルを再現したので、肝臓のS100画分を単離する必要性は取り除かれた。追加のエピトープまたはタンパク質が改変され、免疫化後に肝炎を誘発する可能性がある。ただし?…
Açıklamalar
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Njoku博士は、このモデルの策定につながった彼の指導と洞察に満ちた議論について、MD博士のNoel R. Rose博士に感謝したいと思います。
Materials
| 0.1% 2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS) | ThermoFisher | 28997 | |
| AKP Substrate Kit | BioRad | 172-1063 | |
| BALB/c mice | Jackson | ||
| CellTrace™ CFSE Cell Proliferation Kit | ThermoFisher | C34554 | |
| CFA H37Ra | Becton Dickinson (Difco Bacto) | 231131 | |
| FcR Blocking reagent | Milteyi | 130-092-575 | |
| General supplement | ThermoFisher | HPRG770 | |
| HepaRG™ cells cryopreserved | ThermoFisher | HPR GC10 | |
| Live/Dead Fixable Aqua Dead Cell stain kit | ThermoFisher | L34965 | |
| NaHC03 | Millipore Sigma | S5761 | |
| Percoll® | Millipore Sigma | P1644-1L | |
| Pertussis Toxin | List Biologicals | 180 | |
| Phosphate Buffered Saline pH 7.4 | Various | ||
| Pierce™ Protease Inhibitor Mini Tablets, EDTA Free | ThermoFisher | 88666 | |
| Potassium Hydroxide | JT Baker | 3140-01 | |
| S-ethyltrifluorothioacetate (S-ETFA) | Millipore Sigma | 177474 | |
| Slide-a-lyzer dialysis cassettes (10 K, 12 ml) | ThermoFisher | 66810 | |
| UltraPure™ SDS Solution, 10% | ThermoFisher | 24730020 | |
| Williams Media E, no phenol red | ThermoFisher | A1217601 |
Referanslar
- Castiella, A., Zapata, E., Lucena, M. I., Andrade, R. J. Drug-induced autoimmune liver disease: A diagnostic dilemma of an increasingly reported disease. World J. Hepatology. 6 (4), 160-168 (2014).
- Bjornsson, E. S., Bergmann, O. M., Bjornsson, H. K., Kvaran, R. B., Olafsson, S. Incidence, presentation, and outcomes in patients with drug-induced liver injury in the general population of Iceland. Gastroenterology. 144 (7), 1419-1425 (2013).
- Castiella, A., Lucena, M. I., Zapata, E. M., Otazua, P., Andrade, R. J. Drug-induced autoimmune-like hepatitis: a diagnostic challenge. Digestive Diseases and Sciences. 56 (8), 2501-2502 (2011).
- Czaja, A. J. Drug-induced autoimmune-like hepatitis. Digestive Diseases and Sciences. 56 (4), 958-976 (2011).
- Pohl, L. R., Thomassen, D., Pumford, N. R., Butler, L. E., Satoh, H., Ferrans, V. J., Perrone, A., et al. Hapten carrier conjugates associated with halothane hepatitis. Advances in Experimental Medicine and Biology. 283, 111-120 (1991).
- Njoku, D. B., Talor, M. V., Fairweather, D., Frisancho-Kiss, S., Odumade, O. A., Rose, N. R. A novel model of drug hapten-induced hepatitis with increased mast cells in the BALB/c mouse. Experimental and Molecular Pathology. 78 (2), 87-100 (2005).
- Cottagiri, M., Nyandjo, M., Stephens, M., Mantilla, J., Saito, H., Mackay, I. R., et al. In drug-induced, immune-mediated hepatitis, interleukin-33 reduces hepatitis and improves survival independently and as a consequence of FoxP3+ T-cell activity. Cellular and Molecular Immunology. , (2018).
- Lohse, A. W., Manns, M., Dienes, H. P., Meyer zum Buschenfelde, K. H., Cohen, I. R. Experimental autoimmune hepatitis: disease induction, time course and T-cell reactivity. Hepatology. 11 (1), 24-30 (1991).
- McCarthy, E. K., Vakos, A., Cottagiri, M., Mantilla, J. J., Santhanam, L., Thomas, D. L., et al. Identification of a Shared Cytochrome p4502E1 Epitope Found in Anesthetic Drug-Induced and Viral Hepatitis. mSphere. 3 (5), (2018).
- Cho, J., Kim, L., Li, Z., Rose, N. R., Talor, M. V., Njoku, D. B. Sex bias in experimental immune-mediated, drug-induced liver injury in BALB/c mice: suggested roles for Tregs, estrogen, and IL-6. PLoS. One. 8 (4), 61186 (2013).
- Satoh, H., Gillette, J. R., Takemura, T., Ferrans, V. J., Jelenich, S. E., Kenna, J. G., et al. Investigation of the immunological basis of halothane-induced hepatotoxicity. Advances in Experimental Medicine and Biology. 197, 657-673 (1986).
- Eliasson, E., Kenna, J. G. Cytochrome P450 2E1 is a cell surface autoantigen in halothane hepatitis. Molecular Pharmacology. 50 (3), 573-582 (1996).
- Bourdi, M., Chen, W., Peter, R. M., Martin, J. L., Buters, J. T., Nelson, S. D., et al. Human cytochrome P450 2E1 is a major autoantigen associated with halothane hepatitis. Chemical Research in Toxicology. 9 (7), 1159-1166 (1996).
- Njoku, D. B., Li, Z., Washington, N. D., Mellerson, J. L., Talor, M. V., Sharma, R., et al. Suppressive and pro-inflammatory roles for IL-4 in the pathogenesis of experimental drug-induced liver injury. European Journal of Immunology. 39 (6), 1652-1663 (2009).
- Aithal, G. P., Ramsay, L., Daly, A. K., Sonchit, N., Leathart, J. B., Alexander, G., et al. Hepatic adducts, circulating antibodies, and cytokine polymorphisms in patients with diclofenac hepatotoxicity. Hepatology. 39 (5), 1430-1440 (2004).
- Higuchi, S., Kobayashi, M., Yoshikawa, Y., Tsuneyama, K., Fukami, T., Nakajima, M., et al. IL-4 mediates dicloxacillin-induced liver injury in mice. Toxicology Letters. 200 (3), 139-145 (2011).
- Rubtsova, K., Marrack, P., Rubtsov, A. V. Sexual dimorphism in autoimmunity. Journal of Clinical Investigation. 125 (6), 2187-2193 (2015).
- Satoh, H., Fukuda, Y., Anderson, D. K., Ferrans, V. J., Gillette, J. R., Pohl, L. R. Immunological studies on the mechanism of halothane-induced hepatotoxicity: immunohistochemical evidence of trifluoroacetylated hepatocytes. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 233 (3), 857-862 (1985).
- Habeeb, A. F. Determination of free amino groups in proteins by trinitrobenzenesulfonic acid. Analytical Biochemistry. 14 (3), 328-336 (1966).
- Christen, U., Burgin, M., Gut, J. Halothane metabolism: immunochemical evidence for molecular mimicry of trifluoroacetylated liver protein adducts by constitutive polypeptides. Molecular Pharmacology. 40 (3), 390-400 (1991).
- Christen, U., Quinn, J., Yeaman, S. J., Kenna, J. G., Clarke, J. B., Gandolfi, A. J., et al. Identification of the dihydrolipoamide acetyltransferase subunit of the human pyruvate dehydrogenase complex as an autoantigen in halothane hepatitis. Molecular mimicry of trifluoroacetyl-lysine by lipoic acid. European Journal of Biochemistry. 223 (3), 1035-1047 (1994).
