Polarization studies of carp neutrophils

Zarówno u ssaków jak i pozostałych grup kręgowców, w tym ryb, neutrofile stanowią pierwszą linię obrony przed zakażeniami. Pierwsze migrują do miejsca zapalenia, gdzie zaangażowane są przed wszystkim w eliminację patogenu. Ostatnie lata pokazały, że u ssaków neutrofile, w zależności od środowiska cytokinowego panującego w miejscu reakcji immunologicznej, zdolne są do zmiany fenotypu. Zmiany te nazywane są polaryzacją i w przypadku neutrofili ssaków wyróżniono prozapalną polaryzację klasyczną (N1) oraz przeciwzapalną polaryzację alternatywną (N2). Polaryzacja N1 charakteryzuje się zwiększoną ekspresją cytokin prozapalnych i chemokin CXC, produkcją tlenku azotu (NO) i wolnych rodników tlenowych. Natomiast polaryzacja N2 charakteryzuje się m.in zwiększoną ekspresją cytokin przeciwzapalnych i czynników wzrostu. Celem obecnej pracy było poszukiwanie czynników wpływających na polaryzację neutrofili ryb. Badania prowadzono na neutrofilach nerki głowowej karpia (Cyprinus carpio L.), które w warunkach in vitro stymulowano lipopolisacharydem (LPS) w połączeniu z rekombinowanym interferonem gamma 2 (rcIFN-γ2), rekombinowaną interleukiną 4/13B (rcIL-4/13B) lub rekombinowaną interleukiną 10 (rcIL-10). Wykazano, że stymulacja neutrofili LPS+IFN-γ powoduje zwiększenie ekspresji genów charakterystycznych dla odpowiedzi prozapalnej i zwiększa produkcję NO, jak również przeciwzapalnych arginazy 2 i il-10. To ostatnie zjawisko ma najprawdopodobniej na celu obniżenie nadmiernej prozapalnej aktywności komórek, która mogłaby doprowadzić do uszkodzenia własnych tkanek gospodarza. Z kolei, potraktowanie neutrofili karpia IL-4/13B obniża ekspresję prozapalnej il-1 i podnosi ekspresję genu kodującego chemokinę CXCL8_L2 i jej receptor CXCR2, a także przeciwzapalnych il-10 i ppar Potraktowanie neutrofili IL-10 stymulowało ekspresję genów charakterystycznych zarówno dla polaryzacji N1 i N2, dlatego nie można jednoznacznie określić kierunku polaryzacji neutrofili indukowanego przez tę cytokinę przeciwzapalną. Podsumowując można stwierdzić, że neutrofile ryb zdolne są do polaryzacji N1 i N2, i że prawdopodobnymi markerami ich polaryzacji N1 są wzrost ekspresji inos, il-12p35 i cxcb1 i wzrost poziomu NO. Natomiast charakterystyczne dla przeciwzapalnej N2 polaryzacji neutrofili wydają się być wzrost ekspresji pparγ, a także obniżenie ekspresji il-1β.

Both in mammals and other groups of vertebrates, including fish, neutrophils are the first line of defense against infections. They are the first cells migrating to the site of inflammation, where they are primarily involved in elimination of the pathogen. Recent years have shown that in mammals, neutrophils, depending on the cytokine environment prevailing at the site of the immune reaction, are able to change the phenotype. These changes are called polarization and in the case of mammalian neutrophils, a pro-inflammatory classical polarization (N1) and an anti-inflammatory alternative polarization (N2) have been distinguished. N1 polarization is characterized by increased expression of pro-inflammatory cytokines and CXC chemokines, production of nitric oxide (NO) and reactive oxygen species. On the other hand, the N2 polarization is characterized by increased expression of anti-inflammatory cytokines and growth factors.The aim of this study was searching for the factors inducing fish neutrophil polarization. The studies were conducted on common carp (Cyprinus carpio L.) head kidney neutrophils, which were stimulated in vitro with lipopolysaccharide (LPS) in combination with recombinant interferon gamma 2 (rcIFN-γ2), recombinant interleukin 4/13B (rcIL-4/13B) or recombinant interleukin 10 (rcIL-10). I has been shown that LPS+IFN-γ stimulation of neutrophils increases the expression of genes characteristic for the pro-inflammatory response and increases the production of NO, as well as expression of the anti-inflammatory arginase 2 and il-10. The latter phenomenon is most probably intended to reduce the excessive pro-inflammatory activity of cells, which may lead to host tissue damage. In turn, stimulation of carp neutrophils with IL-4/13B decreased the expression of pro-inflammatory il-1 and increased the expression of the gene encoding the chemokine CXCL8_L2 and its receptor CXCR2, as well as expression of the anti-inflammatory il-10 and pparγ. Treatment of neutrophils with IL-10 stimulated the expression of genes characteristic for both N1 and N2 polarization, therefore, the direction of neutrophil polarization induced by this anti-inflammatory cytokine cannot be unambiguously determined.In summary, it can be concluded that fish neutrophils are capable of N1 and N2 polarization, and that the putative markers of their N1 polarization are an increase in the expression of inos, il-12p35 and cxcb1 and an increase in NO levels. On the other hand, characteristic for the anti-inflammatory N2 polarization of neutrophils seem to be an increase in the expression of pparγ and a decrease in the expression of il-1β.