โปรตีนเชื้อราที่ตัดเยื่อหุ้มเซลล์คู่หนึ่งเชื่อมโยงกับอาการแพ้ทางเดินหายใจ

นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์ชีวภาพแห่งชาติในปักกิ่งรายงานว่าโปรตีนที่สร้างรูพรุน 2 ชนิดจากเชื้อราทั่วไป Alternaria alternata จะเจาะทะลุเยื่อบุทางเดินหายใจและกระตุ้นสัญญาณที่ทำให้เกิดการอักเสบของทางเดินหายใจจากภูมิแพ้

สารก่อภูมิแพ้ที่กระตุ้นภูมิคุ้มกันประเภทที่ 2 เช่น ไรฝุ่น ละอองเกสร และสปอร์เชื้อรา มีโครงสร้างคล้ายคลึงกัน ตัวรับการจดจำรูปแบบจะรับมือกับภัยคุกคามจากแบคทีเรียและไวรัส ในขณะที่การตอบสนองของสารก่อภูมิแพ้ประเภทที่ 2 ดูเหมือนจะตรวจจับความเสียหายของเนื้อเยื่อ

เส้นทางการส่งสัญญาณ MAPK ทำหน้าที่เป็นแผงสวิตช์ระดับโมเลกุลภายในเซลล์เยื่อบุผิว โดยแปลงความเครียดภายนอกเป็นคำสั่งระดับยีน ไซโตไคน์ IL-33 เป็น "สัญญาณเตือน" ที่ปกติจะถูกเก็บไว้ในนิวเคลียสของเซลล์ทางเดินหายใจ แต่จะถูกปล่อยออกมาอย่างกะทันหันเมื่อเยื่อหุ้มเซลล์ถูกทำลาย โดยจะดึงดูดเซลล์ภูมิคุ้มกันโดยกำเนิดและสั่งการให้ตอบสนอง ในภาวะอักเสบของทางเดินหายใจจากภูมิแพ้ กิจกรรมของ MAPK จะขยายโปรแกรมที่เริ่มต้นโดย IL-33 ทำให้องค์ประกอบระดับโมเลกุลทั้งสองนี้เป็นศูนย์กลางของกระบวนการอักเสบ

ในการศึกษาเรื่อง “การเจาะเยื่อหุ้มเซลล์เยื่อบุผิวทำให้เกิดการอักเสบของทางเดินหายใจจากภูมิแพ้” ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Natureนักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนากลยุทธ์ในการทำให้บริสุทธิ์และสร้างระบบขึ้นมาใหม่เพื่อทดสอบว่าโปรตีนของเชื้อราสามารถกระตุ้นการอักเสบประเภท 2 ได้หรือไม่ผ่านกลไกการจดจำเยื่อบุผิว

เซลล์เยื่อบุผิวปอดของมนุษย์และการให้โปรตีนทางจมูกซ้ำๆ แก่หนูถูกใช้เป็นแบบจำลองการทดลอง โดยติดตามการกระตุ้นในระยะเริ่มต้นโดยการปล่อย IL-33 การฟอสโฟรีเลชันของ MAPK และการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบ

นักวิจัยพบโปรตีนสองชนิดจากเชื้อรา Alternaria alternata ที่เรียกว่า Aeg-S และ Aeg-L ซึ่งทำงานร่วมกันเพื่อเจาะเยื่อหุ้มเซลล์ทางเดินหายใจ ภาพจากกล้องจุลทรรศน์แสดงให้เห็นว่าโปรตีนทั้งสองเชื่อมโยงกันเป็นโครงสร้างรูปวงแหวนที่เรียกว่า “drill” ในปริมาณต่ำ แคลเซียมจะเข้าสู่เซลล์และกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยา MAPK cascade ขึ้น ในปริมาณที่สูงกว่า เซลล์จะสลายตัวและปล่อย IL-33 ซึ่งเป็น “สัญญาณเตือน” ออกมา โปรตีนทั้งสองชนิดนี้ไม่ได้ทำงานโดยลำพัง

การปิดกั้นการเข้าของแคลเซียมหรือการยับยั้งกระบวนการ MAPK cascade จะหยุดปฏิกิริยาทั้งหมดที่เกิดขึ้นตามมาได้อย่างสมบูรณ์ การสูดดมโปรตีนสองชนิดในหนูทำให้เกิดอาการทั่วไปของอาการแพ้ ได้แก่ การสะสมของอีโอซิโนฟิลในปอด การกระตุ้นเซลล์ T-helper 2 และระดับ IgE ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในขณะที่เชื้อราที่ขาดโปรตีนชนิดใดชนิดหนึ่งจะไม่ก่อให้เกิดการอักเสบของทางเดินหายใจ

สารพิษที่ก่อให้เกิดรูพรุน 6 ชนิดที่ไม่มีความสัมพันธ์กันทางโครงสร้าง ซึ่งมาจากเชื้อรา แบคทีเรีย แอนเนลิด และไนเดเรียน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่คล้ายคลึงกันในปฏิกิริยาของเยื่อบุผิวและภูมิคุ้มกันเมื่อสูดดมเข้าไป รวมถึงการปลดปล่อย IL-33 และการกระตุ้น MAPK ในเซลล์เยื่อบุผิว แม้จะไม่มีปฏิกิริยาตอบสนองของ IL-33 ก็ตาม

ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าการทะลุเยื่อหุ้มเซลล์เป็นสิ่งที่ร่างกายรับรู้ว่าเป็นสัญญาณอันตราย และเพียงพอที่จะกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันชนิดที่ 2 ในเยื่อบุทางเดินหายใจ ผู้เขียนเสนอว่าสารก่อภูมิแพ้และพิษหลายชนิดที่ดูเหมือนไม่เกี่ยวข้องกันมีโปรตีนที่สร้างรูพรุน และการเจาะนี้อาจอธิบายได้ว่าเหตุใดสิ่งกระตุ้นที่หลากหลายเช่นนี้จึงทำให้เกิดการอักเสบของทางเดินหายใจในลักษณะเดียวกัน