Date of Award

3-2020

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Medical Sciences (MSMS)

Department

Biochemistry

First Advisor

Maria J. Fernandez-Cabezudo

Abstract

Inflammation is a crucial defence mechanism that protects the body from the effect of invading pathogens. However, the inflammatory response needs to be controlled in order to avoid systemic manifestations with serious consequences to the host. Accumulating evidence indicates that the inflammatory response is tightly regulated through immunological and neural pathways. Previously, it has been demonstrated that cholinergic stimulation by paraoxon, a specific and irreversible inhibitor of acetylcholinesterase (AChE), improved survival in mice following oral infection with virulent Salmonella enterica serovar Typhimurium (S. Typhimurium). However, paraoxon is an organophosphorus compound unsuited for human use. In this study, the main objective is to investigate the efficiency of rivastigmine, an FDA-approved inhibitor of AChE, on murine mucosal defences in the gastrointestinal (GI) tract against Salmonella infections. Results show that cholinergic stimulation with rivastigmine enhanced host survival following an oral-route infection, and this correlated with lower bacterial load in systemic organs, including the liver and spleen. Interestingly, while bacterial loads in systemic organs were decreased, bacterial loads were higher in intestinal content and feces compared to the saline control group, suggesting enhanced bacterial shedding in the GI tract. Morphological analysis of the small intestine (ileum) showed that rivastigmine induced the degranulation of goblet cells and Paneth cells, two specialized secretory cells involved in innate immunity, and demonstrated a significant increase in the thickness of the mucin layer in these mice. An immunohistochemical study of the immune population present in the intestinal mucosa revealed that rivastigmine treatment resulted in minor changes in the lymphoid population in the epithelium (intraepithelial lymphocytes or IELs) and lamina propria (LP). A comparative flow cytometric analysis of the different leukocytic populations present in the two isolated compartments of the intestinal mucosa (IEL and LP) following either paraoxon or rivastigmine treatment, demonstrated that only paraoxon induced an increase in the CD8⁺ population in the LP. Moreover, the intestinal epithelium of rivastigmine-treated mice presented a decrease in CD8⁺γδTCR⁺ cells. These findings indicate that rivastigmine-mediated cholinergic modulation increases the innate defence mechanisms at the level of the intestinal lumen, delaying the bacterial translocation from the intestine to LP and systemic organs, ultimately leading to enhanced

initial protection against a lethal bacterial infection. However, complete protection in this model appears to require the recruitment of professional T cells to the LP, which was only observed after treatment with irreversible AChE inhibitors, like paraoxon. The data highlight the crucial interactions between neural and immune systems that act at the GI mucosal interface to protect the host against invading pathogens.

Comments

يعد الالتهاب آلية دفاعية مهمة تحمي الجسم من تأثير غزو مسببات الأمراض. ومع ذلك، يجب السيطرة على الاستجابة الالتهابية من أجل تجنب المظاهر الجهازية مع عواقب وخيمة على المضيف. تشير الأدلة المتراكمة إلى أن الاستجابة الالتهابية يتم تنظيمها بإحكام من خلال المسارات المناعية والعصبية. في السابق، لقد أثبت أن رفع مستوى الناقل العصبي الاستيل كولين عن طريق الباروكسون وهو مثبط محدد لا رجعة فيه لأسيتيل كولينيستراز (AChE)، أدى إلى حماية الفئران من عدوى السالمونيلا القاتلة من ذلك، فإن الباروكسون مركب فوسفور عضوي غير مناسب للاستخدام البشري. في هذه الدراسة، استهدفنا دراسة كفاءة عقار ريفاستغمين، وهو مثبط معتمد من إدارة الأغذية والعقاقير ل AChE، على دفاعات الغشاء المخاطي للفأر في الجهاز الهضمي ضد عدوى السالمونيلا. أثبتنا أن رفع مستوى الناقل العصبي الاستيل كولين عن طريق ريفاستغمين يعزز بقاء الفئران بعد الإصابة البكتيرية عن طريق الفم، وهذا يرتبط مع انخفاض التعداد الجرثومي في الأعضاء الرئيسية، بما في ذلك الكبد والطحال. ومن المثير للاهتمام، أنه بينما انخفض التعداد الجرثومي في الكبد والطحال، كانت البكتيريا أعلى في محتوى الأمعاء والبراز مقارنةً بمجموعة الفئران التي لم تأخذ العقار، مما يشير إلى تخلص الجسم من البكتيريا المعززة في الجهاز الهضمي. وأظهر التحليل المورفولوجي للأمعاء الدقيقة أن ريفاستغمين تسبب في تحلل خلايا الكأس وخلايا البانث، وهما خليتان إفرازيتان متخصصتان في المناعة الأولية، وأظهروا زيادة كبيرة في سمك الغشاء المخاطي في هذه الفئران. وكشفت دراسة كيميائية مناعية في الأمعاء أن علاج ريفاستغمين أدى إلى تغييرات طفيفة في الخلايا المناعية الموجودة في (IEL) و (LP). أظهر تحليل مقاييس التدفق المقارن لمختلف كرات الدم البيضاء الموجودة في الجزئين المعوزلين من الغشاء المخاطي في الأمعاء (الظاهرة وبروبريا الصفيحة) بعد العلاج بالباروكسون أو ريفاستغمين، أن الباروكسون هو الذي تسبب فقط في زيادة عدد سكان CD8⁺ في بروبريا لامينا. وعلاوة على ذلك، قدمت ظهارة معوية من الفئران المعالجة ريفاستغمين انخفاض في خلايا (CD8⁺γδTCR⁺). تشير هذه النتائج إلى التحوير الكوليني الذي يتوسطه ريفاستغمين يزيد من آليات الدفاع الفطرية على مستوى التجويف المعوي، مما يؤخر الانتقال البكتيري من الأمعاء إلى بروبريا الصفيحة والأعضاء الجهازية، مما يؤدي في النهاية إلى تعزيز الحماية الأولية ضد العدوى البكتيرية الفتاكة. ومع ذلك، لتحقيق الحماية الكاملة في هذا النموذج، يبدو أنه من الضروري توظيف خلايا T احترافية في بروبريا الصفيحة التي يتم تحقيقها فقط بعد العلاج بمثبطات ACHE التي لا رجعة فيها مثل الباروكسون. تسلط البيانات الضوء على التفاعلات الحاسمة بين الجهاز العصبي والجهاز المناعي التي تعمل عند واجهة الجهاز الهضمي المخاطية لحماية المضيف من مسببات الأمراض.

Download
COinS