Surfactant proteins A and D: role in the pathogenesis of community-acquired pneumonia and possible predictive perspectives

封面

如何引用文章

全文:

详细

Community-acquired pneumonia is one of the most common infectious diseases and remains one of the leading causes of death in this group of diseases. Studies of community-acquired pneumonia are extremely relevant for modern clinical practice. One of the important role in the pathogenesis of bacterial, viral, fungal invasion in the system of a human lung system belongs to the pulmonary surfactant, in particular, its proteins SP-A and SP-D. This article reviews the well-known mechanisms of important biological properties of immunomodulatory activity of the proteins SP-A and SP-D in response to microbial infection in the lungs. The mechanisms of participation of surfactant proteins SP-A and SP-D in the cascade of reactions that lead to severe life-threatening complications in community-acquired pneumonia are considered. The use of serum levels of surfactant proteins SP-A and SP-D can help finding new diagnostic and prognostic approaches in patients with community-acquired pneumonia.

作者简介

O. Kharlamovа

Research Institute of Therapy and Preventive Medicine – branch of the Federal Research Center Institute of Cytology and Genetics; City Clinical Hospital №25

编辑信件的主要联系方式.
Email: olga.kharlamova2016@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8788-685X

аспирант лаб. неотложной терапии НИИТПМ – филиала ИЦиГ, зав. терапевтическим отд-нием

俄罗斯联邦, Novosibirsk

K. Nikolaev

Research Institute of Therapy and Preventive Medicine – branch of the Federal Research Center Institute of Cytology and Genetics; Novosibirsk National Research State University

Email: olga.kharlamova2016@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4601-6203

д.м.н., проф. каф. внутренних болезней ИМПЗ НГУ, зав. лаб. неотложной терапии НИИТПМ – филиала ИЦиГ

俄罗斯联邦, Novosibirsk

Yu. Ragino

Research Institute of Therapy and Preventive Medicine – branch of the Federal Research Center Institute of Cytology and Genetics

Email: olga.kharlamova2016@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4936-8362

чл.-кор. РАН, д.м.н., проф., зам. рук. по научной работе

俄罗斯联邦, Novosibirsk

M. Voevoda

Research Institute of Therapy and Preventive Medicine – branch of the Federal Research Center Institute of Cytology and Genetics

Email: olga.kharlamova2016@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9425-413X

акад. РАН, д.м.н., проф., рук

俄罗斯联邦, Novosibirsk

参考

  1. Чучалин А.Г., Синопальников А.И. и др. Внебольничная пневмония у взрослых: практические рекомендации по диагностике, лечению и профилактике. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2010;12(3):186-7 [Chuchalin AG, Sinopal’nikov AI, et al. Community-acquired pneumonia in adults: practical recommendations for diagnosis, treatment and prevention. Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya. 2010;12(3):186-7 (In Russ.)].
  2. Troeger C, Forouzanfar M, Rao PC, et al. Estimates of the global, regional, and national morbidity, mortality, and aetiologies of lower respiratory tract infections in 195 countries: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2015. Lancet Infect Dis. 2017;17:1133–61.
  3. Cвод по РФ, январь-ноябрь 2017 г. /http://rospotrebnadzor.ru/ Ссылка активна на 30.01.2020. https://rospotrebnadzor.ru/activities/statistical-materials/statictic_details.php?ELEMENT_ID=11277 [Summary of the Russian Federation, January-December 2018 /http://rospotrebnadzor.ru/. The link is active on 30.01.2020. https://rospotrebnadzor.ru/activities/ statistical-materials/statictic_details.php?ELEMENT_ID=11277 (In Russ.)].
  4. Modified IDSA/ATS minor criteria for severe community-acquired pneumonia best predicted mortality. Medicine (Baltimore). 2019;98(33):e16914. doi: 10.1097/md.0000000000016914
  5. Welte T. Risk factors and severity scores in hospitalized patients with community-acquired pneumonia: prediction of severity and mortality. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2012;31(1):33-47. doi: 10.1007/s10096-011-1272-4
  6. Fauci AS, Morens DM. The perpetual challenge of infectious diseases. N Engl J Med. 2012;366(5):454-61. doi: 10.1056/nejmra1108296
  7. Capelastegui A, España PP, Bilbao A, et al. Etiology of community-acquired pneumonia in a population-based study: link between etiology and patient characteristics, process-of-care, clinical evolution and outcomes. BMC Infect Dis. 2012;12(1):134. doi: 10.1186/1471-2334-12-134
  8. Blasi F, Mantero M, PierAchille S, Tarsia P. Understanding the burden of pneumococcal disease in adults. Clin Microbiol Infect. 2012;18(Suppl.5):7-14. doi: 10.1111/j.1469-0691.2012.03937.x
  9. Vieira F, Kung J, Bhatti F. Structure, genetics and function of the pulmonary associated surfactant proteins A and D: The extra-pulmonary role of these C type lectins. Annals of Anatomy – Anatomischer Anzeiger. 2017;211:184-201. doi: 10.1016/j.aanat.2017.03.002
  10. Christmann U, Buechner-Maxwell VA, Witonsky SG, Hite RD. The role of pulmonary surfactant in respiratory diseases: Current knowledge in large animal health. J Vet Intern Med. 2009;23:227-42. doi: 10.1111/j.1939-1676.2008.0269.x
  11. Mulugeta S, Beers MF. The surfactant protein C: its unique properties and emerging immunomodulatory role in the lung. Microbes Infect. 2006;8:2317-23. doi: 10.1016/j.micinf.2006.04.009
  12. Orgeig S, Hiemstra PS, Veldhuizen EJ, et al. Recent advances in alveolar biology: evolution and function of alveolar proteins. Respir Physiol Neurobiol. 2010;173(Suppl.):S43-S54. doi: 10.1016/j.resp.2010.04.023
  13. Schmidt R, Markart P, Ruppert C, et al. Time-dependent changes in pulmonary surfactant function and composition in acute respiratory distress syndrome due to pneumonia or aspiration. Respir Res. 2007;8:55. doi: 10.1186/1465-9921-8-55
  14. Barreira ER, Precioso AR, Bousso A. Pulmonary surfactant in respiratory syncytial virus bronchiolitis: a role in the pathogenesis and clinical manifestations. Pediatr Pulmonol. 2010. doi: 10.1002/ppul.21395
  15. Mingarro I, Lukovic D, Vilar M, Perez-Gil J. Synthetic pulmonary surfactant preparations: new developments and future trends. Kerr Med Chem. 2008;15:393-403. doi: 10.2174/092986708783497364
  16. Haagsman HP, Hogenkamp, van Eijk M, Veldhuizen EJ. Surfactant collectins and innate immunity. Neonatology. 2008;93(4):288-94. doi: 10.1159/000121454
  17. Picardi MV, Cruz, Orellana G, Perez-Gil J. Phospholipid packing and hydration in pulmonary surfactant membranes and films, as perceived laurdan. Biochim Biophys Acta. 2011;1808:696-705. doi: 10.1016/j.bbamem.2010.11.019
  18. Schurch D, Ospina OL, Cruz A, Perez-Gil J. Combined and Independent Action of Proteins SP-B and SP-C in the Surface Behavior and Mechanical Stability of Pulmonary Surfactant Films. Biophys J. 2010;99:3290-9. doi: 10.1016/j.bpj.2010.09.039
  19. Bates SR, Dodya C, Tao JQ, Fisher AB. Surfactant protein plays a role in pulmonary surfactant clearance: Evidence using surfactant protein-A gene-targeted mice. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2008;294:L325-33. doi: 10.1152/ajplung.00341.2007
  20. Ikegami M, Grant S, Korfhagen T, et al. Surfactant protein-D regulates the postnatal maturation of pulmonary surfactant lipid pool sizes. J Appl Physiol. 2009;106:1545-52. doi: 10.1152/japplphysiol.91567.2008
  21. Blanco O, Perez-Gil J. Biochemical and pharmacological differences between preparations of exogenous natural surfactant used to treat Respiratory Distress Syndrome: role of the different components in an efficient pulmonary surfactant. Eur J Pharmacol. 2007;568:1-15. doi: 10.1016/j.ejphar.2007.04.035
  22. Curstedt T, Johansson J. Different effects of surfactant proteins B and C – implications for development of synthetic surfactants. Neonatology. 2010;97:367-72. doi: 10.1159/000297767
  23. Chroneos ZC, Sever-Chroneos Z, Shepherd VL. Pulmonary surfactant: an immunological perspective. Cell Physiol Biochem. 2010;25:13-26. doi: 10.1159/000272047
  24. Pastva AM, Wright JR, Williams KL. Immuno- modulatory roles of surfactant proteins A and D: implications in lung disease. Proc Am Thorac Soc. 2007;4:252-7. doi: 10.1513/pats.200701-018aw
  25. Muhlfeld C, Becker L, Bussinger C, et al. Exogenous surfactant in ischemia/reperfusion: effects on endogenous surfactant pools. J Heart Lung Transplant. 2010;29:327-34. doi: 10.1016/j.healun.2009.07.019
  26. Alcorn JF, Wright JR. Degradation of pulmonary surfactant protein D by Pseudomonas aeruginosa elastase abrogates innate immune function. J Biol Chem. 2004;279:30871-9. doi: 10.1074/jbc.m400796200
  27. Hickman-Davis JM, Fang FC, Nathan C, et al. Lung surfactant and reactive oxygen-nitrogen species: antimicrobial activity and host-pathogen interactions. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2001;281:L517-L523. doi: 10.1152/ajplung.2001.281.3.l517
  28. Kishore U, Greenhough TJ, Waters P, et al. Surfactant proteins SP-A and SP-D: structure, function and receptors. Mol Immunol. 2006;43:1293-315. doi: 10.1016/j.molimm.2005.08.004
  29. Kong XN, Yan HX, Chen L, et al. Lps-induced down-regulation of signal regulatory protein-alpha contributes to innate immune activation in macrophages. J Exp Med. 2007;204:2719-31. doi: 10.1084/ jem.20062611
  30. Lhert F, Yan W, Biswas SC, Hall SB. Effects of hydrophobic surfactant proteins on collapse of pulmonary surfactant monolayers. Biophys J. 2007;93:4237-43. doi: 10.1529/biophysj.107.111823
  31. Pavlovic J, Papagaroufalis C, Xanthou M, et al. Genetic variants of surfactant proteins a, b, c, and d in bronchopulmonary dysplasia. Dis Markers. 2006;22:277-91. doi: 10.1155/2006/817805
  32. LeVine AM, Hartshorn K, Elliott J, et al. Absence of sp-a modulates innate and adaptive defense responses to pulmonary influenza infection. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2002;282:L563-72. doi: 10.1152/ajplung.00280.2001
  33. Botas C, Poulain F, Akiyama J, et al. Altered surfactant homeostasis and alveolar type ii cell morphology in mice lacking surfactant protein D. Proc Natl Acad Sci U S A. 1998;95:11869-74. doi: 10.1073/ pnas.95.20.11869
  34. Ikegami M, Grant S, Korfhagen T, et al. Surfactant protein-d regulates the postnatal maturation of pulmonary surfactant lipid pool sizes. J Appl Physiol. 2009;106:1545-52. doi: 10.1152/japplphysiol.91567.2008
  35. Guillot L, Epaud R, Thouvenin G, et al. New surfactant protein c gene mutations associated with diffuse lung disease. J Med Genet. 2009;46:490-4. doi: 10.1136/jmg.2009.066829
  36. Maritano D, Sugrue ML, Tininini S, et al. The stat3 isoforms alpha and beta have unique and specific functions. Nat Immunol. 2004;5:401-9. doi: 10.1038/ni1052
  37. LeVine AM, Kurak KE, Bruno MD, et al. Surfactant protein-a-deficient mice are susceptible to pseudomonas aeruginosa infection. Am J Respir Cell Mol Biol. 1998;19:700-8. doi: 10.1165/ajrcmb.19.4.3254
  38. Matsuzaki Y, Besnard V, Clark JC, et al. STAT3 Regulates ABCA3 Expression and Influences Lamellar Body Formation in Alveolar Type II Cells. Am J Respir Cell Mol Biol. 2008;38:551-8. doi: 10.1165/rcmb.2007-0311oc
  39. Bailey TC, Da Silva KA, Lewis JF, et al. Physiological and inflammatory response to instillation of an oxidized surfactant in a rat model of surfactant deficiency. J Appl Physiol. 2004;96:1674-80. doi: 10.1152/japplphysiol.01143.2003
  40. Jiang F, Caraway NP, Nebiyou Bekele B, et al. Surfactant protein a gene deletion and prognostics for patients with stage i non-small cell lung cancer. Clin Cancer Res. 2005;11:5417-24. doi: 10.1158/1078-0432. ccr-04-2087
  41. Lhert F, Yan W, Biswas SC, Hall SB. Effects of hydrophobic surfactant proteins on collapse of pulmonary surfactant monolayers. Biophys J. 2007;93:4237-43. doi: 10.1529/biophysj.107.111823
  42. Wofford J, Wright J. Surfactant protein A regulates IgG-mediated phagocytosis in inflammatory neutrophils. Am J Physiol Lung Cell Molecular Physiol. 2007;293(6):L1437-L1443. doi: 10.1152/ajplung.00239.2007
  43. Chroneos ZC, Sever-Chroneos Z, Shepherd VL. Pulmonary surfactant: an immunological perspective. Cell Physiol Biochem. 2010;25:13-26. doi: 10.1159/000272047
  44. Wang Y, Kuan PJ, Xing C, et al. Genetic defects in surfactant protein a2 are associated with pulmonary fibrosis and lung cancer. Am J Hum Genet. 2009;84:52-9. doi: 10.1016/j.ajhg.2008.11.010
  45. Foreman MG, DeMeo DL, Hersh CP, et al. Polymorphic variation in surfactant protein b is associated with copd exacerbations. Eur Respir J. 2008;32:938-44. doi: 10.1183/09031936.00040208
  46. Schuerman FA, Griese M, Gille JP, et al. Surfactant protein b deficiency caused by a novel mutation involving multiple exons of the sp-b gene. Eur J Med Res. 2008;13:281-6.
  47. Steinberger P, Szekeres A, Wille S, et al. Identification of human CD93 as the phagocytic C1q receptor (C1qRp) by expression cloning. J Leukoc Biol. 2002;71:133-40.
  48. Herrmannová K, Trojánek M, Havlíčková M, et al. Clinical and epidemiological characteristics of patients hospitalized with severe influenza in the season 2012-2013. Epidemiol Mikrobiol Immunol. 2014;63(1):4-9. doi: 10.2807/1560-7917.ES2014.19.9.20729
  49. Wu X, Zhao G, Lin J et al. The production mechanism and immunosuppression effect of pulmonary surfactant protein D via toll like receptor 4 signaling pathway in human corneal epithelial cells during Aspergillus fumigatus infection. Int Immunopharmacol. 2015;29(2):433-9. doi: 10.1016/j.intimp.2015.10.018
  50. WHO International Programme on Chemical Safety. Biomarkers in risk assessment: validity and validation. http://www.inchem.org/documents/ ehc/ech/ech222.htm
  51. Matthay MA, Ware LB, Zimmerman GA. The acute respiratory distress syndrome. J Clin Invest. 2012;122(8):2731-40. doi: 10.1172/JCI60331
  52. Greenе KЕ, Mason RJ, Parsons PE. Serums, surfactant protein-levels predicting the development of ARDS in patients at risk. Chest. 1999;116(1 external):90-x-91S. doi: 10.1378/chest.116.suppl_1.90s-a
  53. Bersten AD, Hunt T, Nicholas TE. Elevated plasma surfactant protein-B predicts the development of acute respiratory distress syndrome in patients with acute respiratory failure. J Respir Crete Medicaid. 2001;164(4):648-52. doi: 10.1164/ajrccm.164.4.2010111
  54. Eisner D, Parsons R, Matthay MA, Green K. Рlasma surfactant protein substances and clinical outcomes in patients with acute lung injury. Thoracic Cell. 2003;58(11):983-8. doi: 10.1136/thorax.58.11.983
  55. Gong MN, Wei Z, Xu LL, et al. Polymorphism in the surfactant protein-B gene, sex, and the risk of direct damage to the lung and ARDS. Chest. 2004;125(1):203-11. doi: 10.1378/chest.125.1.203
  56. Leth-Larsen R, Nordenbaek C, Tornoe I, et al. Surfactant protein D (SP-D) serum levels in patients with community-acquired pneumonia. This work was supported by the Danish Medical Research Council, an EU grant, contract number: QLK2-CT-2000-0035; the Novo Nordisk Foundation; Fonden til Lægevidenskabens Fremme; Ingemann O. Bucks Foundation and the Benzon Foundation. Clin Immunol. 2003;108(1):29-37. doi: 10.1016/s1521-6616(03)00042-1
  57. Garcia-Laorden MI, Rodriguez de Castro F, Sole-Violan J, et al. Influence of genetic variability at the surfactant proteins A and D in community-acquired pneumonia: a prospective, observational, genetic study. Crit Care. 2011;15:R57. doi: 10.1186/cc10030
  58. Spoorenberg S, Vestjens S, Rijkers G, et al. YKL-40, CCL18 and SP-D predict mortality in patients hospitalized with community-acquired pneumonia. Respirology. 2016;22(3):542-50. doi: 10.1111/resp.12924
  59. Spadaro S, Park M, Turrini C, et al. Biomarkers for Acute Respiratory Distress syndrome and prospects for personalised medicine. J Inflamm. 2019;16(1). doi: 10.1186/s12950-018-0202-y
  60. El-Deek SE, Makhlouf HA, Saleem TH, et al. Surfactant protein D, soluble intercellular adhesion molecule-1 and high-sensitivity C-reactive protein as biomarkers of chronic obstructive pulmonary disease. Med Princ Pract. 2013;22:469-74. doi: 10.1159/000349934
  61. Takahashi H, Kuroki Y, Tanaka H, et al. Serum levels of surfactant proteins A and D are useful biomarkers for interstitial lung disease in patients with progressive systemic sclerosis. Am J Respir Crit Care Med. 2000;162:258-63. doi: 10.1164/ajrccm.162.1.9903014
  62. Nishikiori H, Chiba H, Ariki S, et al. Distinct compartmentalization of SP-A and SP-D in the vasculature and lungs of patients with idiopathic pulmonary fibrosis. BMC Pulm Med. 2014;14:196. doi: 10.1186/1471-2466-14-196
  63. Ohnishi H, Yokoyama A, Kondo K, et al. Comparative study of KL-6, surfactant protein-A, surfactant protein-D, and monocyte chemoattractant protein-1 as serum markers for interstitial lung diseases. Am J Respir Crit Care Med. 2002;165:378-81. doi: 10.1164/ajrccm. 165.3.2107134

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Consilium Medicum, 2020

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0国际许可协议的许可。
 
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».