Solunum yolu enfeksiyonları ve burun mukozası
Üst solunum yolu enfeksiyonları (ÜSYE) genellikle sinüslerin iltihaplanması ve/veya tahrişi, kulak enfeksiyonları, bronşiolit, zatürre ve astım veya kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) semptomlarının kötüleşmesi ile karakterizedir. Üst solunum yolu enfeksiyonlarının şiddetini artırabilecek çeşitli faktörler vardır; bunlardan bazıları yaş, cinsiyet, eşlik eden hastalıkların varlığı ve çevresel koşullardır.
Önceki araştırmalar, ÜSYE’den sorumlu virüslerin birçoğunun, vücudun diğer bölgelerine kıyasla buradaki düşük sıcaklık nedeniyle, öncelikle burun boşluğuna enfekte olduğunu bildirmiştir. Bu boşluktaki nazal mukoza, mukus glikoproteinleri, mukosiliyer yürüyen merdiven ve inhale edilen patojenlere karşı toplu olarak bir bariyer oluşturan epitelyal sıkı bağlantılardan oluşur.
Nazal epitel hücreleri tarafından antimikrobiyal hücre dışı keseciklerin salınımı, konak mukozal bağışıklık yanıtında çok önemli bir role sahip gibi görünmektedir. Bu lipid bağlı veziküller, hücre dışı keseciklerin kökenine bağlı olarak nükleik asitler, proteinler, lipidler, amino asitler ve metabolitler dahil olmak üzere çok çeşitli maddeler taşıyabilir.
Viral bir enfeksiyona yanıt verirken, hücre dışı kesecikler mikroRNA’lar (miRNA’lar) gibi ya doğrudan antiviral olarak hareket eden ya da bağışıklık tepkisini artırmak için enflamatuar yolları düzenleyen antiviral ajanlar taşıyabilir. Taşıma aracı şeklinde bu role ek olarak hücre dışı kesecikler ayrıca, bu virüslerin konakçı hücrelere girişini engellemek için yüzey reseptörleri aracılığıyla viral ligandlara bağlanarak doğrudan antiviral etkiler de gösterebilir.
Viral enfeksiyon burun epitel hücrelerinde hücre dışı keseciklerin salınmasına yol açar
Toll benzeri reseptörler (TLR’ler), nazal epitel hücreleri de dahil olmak üzere çeşitli hücre tiplerinde eksprese edilen transmembran reseptörlerdir. Burada, TLR’ler burun boşluğuna girmeye çalışan patojenlerin belirli bileşenlerini tanır ve daha sonra bu bulaşıcı ajanların enfeksiyon potansiyelini sınırlamak için hem bağışıklık hem de enflamatuar tepkileri başlatır. TLR3 agonisti poliinosinik polisitidilik asit (poli[I:C]), ribonükleik asit (RNA) viral enfeksiyonlarına karşı bağışıklık tepkisine benzemek için kullanılmıştır. Bu amaçla, poli(I:C)‘nin izole edilmiş nazal epitel hücrelerinden, hücre dışı keseciklerin salgılanmasını teşvik ettiği ve 24 saatte 1,6 katlık bir pik etki gözlendiği bulunmuştur.
Poli(I:C) ile uyarılmasına rağmen, nazal epitel hücrelerinin 4°C gibi düşük bir sıcaklıkta inkübasyonu hücre dışı keseciklerin alımında %87,5 oranında önemli bir azalmaya yol açmıştır. Bu, hücre dışı keseciklerin alımının sitoplazma boyunca hızlı ve bol olduğu 37°C’de 60 dakika inkübasyonla karşılaştırılabilirdi.
Nazal hücre dışı kesecikler solunum virüslerini nasıl inhibe ediyor?
Araştırmacılar daha sonra birincil insan burun epitel hücrelerini CoV_OC43, minör grup rinovirüs RV-1B ve majör grup rinovirüs RV-16 dahil olmak üzere üç farklı solunum virüsü ile enfekte etti. Enfeksiyonun ardından, TLR3 ile simüle edilmiş hücre dışı keseciklere maruz kalma, hücre içi virüs haberci RNA (mRNA) seviyelerini önemli ölçüde azalttı ve böylece hücre dışı keseciklerin viral replikasyonu etkili bir şekilde inhibe ettiğini gösterdi.
Bu antiviral aktivite doza bağımlıydı ve CoV-OC43, RV-1B ve RV-16 replikasyonunun sırasıyla %38,37, %72,59 ve %61,51 oranında engellenmesine yol açtı. Bu etki, uyarılmamış hücre dışı kesecikler enfekte hücrelere maruz bırakıldığında tekrarlanmamıştır.
Uyarılmış hücre dışı keseciklerin antiviral etkilerinden sorumlu mekanizmalara yönelik daha ileri analizler, daha önce üst solunum yolu enfeksiyonları sırasında viral replikasyonun azaltılmasında rol oynayan bir miRNA türü olan miR-17 ekspresyonunun, uyarılmamış hücre dışı keseciklere kıyasla TLR3 tarafından uyarılan hücre dışı keseciklerde önemli ölçüde daha fazla olduğunu göstermiştir. miR-17’nin insan burun epitel hücrelerine transfeksiyonu viral RNA replikasyonunu etkili bir şekilde inhibe etmiş, böylece miR-17‘nin solunum virüslerine karşı önemli antiviral rolünü doğrulamıştır.
Sıcaklık, burun boşluğundaki hücre dışı kesecikler fonksiyonunu etkiler mi?
Dış sıcaklıklar 23,3 °C’den 4,4 °C’ye düştüğünde, ön ve orta-alt konkadaki burun içi sıcaklık da benzer şekilde sırasıyla 6,4 °C ve 4,7 °C’ye düşer. Araştırmacılar, bu ortam sıcaklığı değişikliklerini ‘in vitro‘ ortamda tekrarlamak için hücre kültürü sıcaklığını geleneksel 37 °C’lik ortama kıyasla 32 °C’ye düşürdü. Bu sıcaklık düşüşü, TLR3 simülasyonunu takiben hücre dışı keseciklerin salgılanmasında önemli bozulmalara yol açtı. Kaçınılmaz olarak, TLR3 ile simüle edilen hücre dışı keseciklerin viral enfeksiyona karşı antiviral etkileri de önemli ölçüde değişti. 32 °C’de, hücre dışı keseciklerdeki miR-17 ifadesi de önemli ölçüde azalmıştır.
Üst solunum yolu enfeksiyonları, en sık kış aylarında bulaşmakta olup, soğuk algınlığı ve şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs 2 (SARS-CoV-2) gibi yaygın solunum yolu virüsleri kış aylarında vakaların artmasından sorumludur. Kış aylarında dış mekan aktivitelerinden iç mekanlara geçiş gibi farklı insan davranışlarının etkisine ek olarak, ortam sıcaklığındaki azalmanın da hücre dışı keseciklerin antiviral aktivitesi üzerindeki spesifik etkileri ile üst solunum yolu enfeksiyonlarına karşı bağışıklık tepkisinin aktivitesini etkilediği görülmektedir.
Birlikte ele alındığında, mevcut çalışma, solunum patojenlerine karşı bağışıklık yanıtında soğuk ortam sıcaklığının rolüne ilişkin önemli bilgiler sağlamıştır. Ayrıca, nazal epitelde hücre dışı kesecikler aracılı antiviral bağışıklığın keşfi, gelecekte üst solunum yolu enfeksiyonları tedavisi için hücre dışı keseciklerin antiviral ajanlarla potansiyel terapötik uygulamasını desteklemektedir.