Features of baseline and lipopolysaccharide-induced cytokine secretion in mononuclear leukocyte cultures from patients with the erythema migrans form of acute lyme borreliosis based on clinical parameters

Abstract

Introduction. Features of cytokine production in mononuclear cell cultures from Lyme borreliosis patients based on clinical data remained poorly studied. The study aim was to estimate the patterns of baseline and lipopolysaccharide-induced cytokine-secretory activity of peripheral blood mononuclear leukocytes from patients with erythema migrans form of acute Lyme borreliosis based on clinical parameters. Materials and methods. Groups of 22 and 12 patients with the diagnoses of mild or moderate severity of monoinfection and co-infection with tick-borne encephalitis of Lyme borreliosis with erythema migrans were examined twice: on week 1 after disease onset and day 14. The control group included 17 healthy donors. Basal and lipopolysaccharide-induced IL-6, IL-10, and TNFα secretion levels were assessed in mononuclear leukocyte culture supernatants applying enzyme immunoassay. Statistical analysis was performed by using the Mann–Whitney U-test, Wilcoxon test, and Spearman’s rank correlation. Results. The group of moderate severity patients was clinically distinguished by severer fever and intoxication manifestations. At the disease onset, the basal TNFα, IL-6 and IL-10 secretion levels in the moderate severity patient cultures were significantly higher than in those of the other groups. After antibiotics treatment, the baseline TNFα and IL-10 levels tended to decrease. At the onset, lipopolysaccharide-induced cultures from the moderate severity patients showed significantly suppressed TNFα production and increased IL-10 secretion as compared to the other groups. Lipopolysaccharide-induced IL-6 secretion in the moderate vs. mild severity group supernatants was significantly lower. In dynamics, the induced TNFα levels in the moderate severity patients were increased to the magnitude exceeding that in the controls. Positive correlations between the IL-6 and TNFα basal levels and maximum body temperature or the C-reactive protein serum concentrations were revealed in the patients. Induced TNFα levels showed negative correlations with fever levels or with IL-10 secretion. Conclusions. It was demonstrated that basal TNFα, IL-6 and IL-10 secretion levels in the mononuclear cell cultures of acute Lyme borreliosis patients increased with the increasing disease severity. Suppression of lipopolysaccharide-induced TNFα production in the moderate severity patient cultures was presumably associated with the regulatory cytokine IL-10 effects.

About the authors

E. N. Ilyinskikh

Siberian State Medical University

Author for correspondence.
Email: infconf2009@mail.ru

DSc (Medicine), Associate Professor, Professor of the Department of Infectious Diseases and Epidemiology

 

Russian Federation, Tomsk

O. V. Voronkova

Siberian State Medical University

Email: infconf2009@mail.ru

DSc (Medicine), Associate Professor, Head of the Department of Biology and Genetics

Russian Federation, Tomsk

R. R. Hasanova

Siberian State Medical University

Email: infconf2009@mail.ru

PhD (Medicine), Associate Professor, Department of Biology and Genetics

Russian Federation, Tomsk

K. V. Samoylov

Siberian State Medical University

Email: infconf2009@mail.ru

Resident Physician, Department of Infectious Diseases and Epidemiology

Russian Federation, Tomsk

A. V. Semenova

Siberian State Medical University

Email: infconf2009@mail.ru

Assistant Professor, Department of Infectious Diseases and Epidemiology

Russian Federation, Tomsk

I. E. Esimova

Siberian State Medical University

Email: infconf2009@mail.ru

DSc (Medicine), Associate Professor, Department of Biology and Genetics

Russian Federation, Tomsk

E. A. Motlokhova

Siberian State Medical University

Email: infconf2009@mail.ru

Student

Russian Federation, Tomsk

O. V. Yampolskaya

Siberian State Medical University

Email: infconf2009@mail.ru

Student

Russian Federation, Tomsk

A. V. Yampolskaya

Siberian State Medical University

Email: infconf2009@mail.ru

Student

Russian Federation, Tomsk

References

  1. Бараулина А.С., Кологривова Е.Н., Жукова О.Б., Чечина О.Е. Особенности продукции цитокинов при хронизации иксодового клещевого боррелиоза // Бюллетень сибирской медицины. 2010. Т. 9, № 1. С. 21–25. [Baraulina A.S., Kologrivova Ye.N., Zhukova O.B., Chechina O.Ye. Characteristics of production cytokines in patients with development of chronic tick-borne borreliosis. Byulleten’ sibirskoi meditsiny = Bulletin of Siberian Medicine, 2010, vol. 9, no. 1, pp. 21–25. (In Russ.)]
  2. Бондаренко А.Л., Сапожникова В.В. Анализ клинико-эпидемиологических, лабораторных показателей и цитокинового статуса у пациентов с эритемной и безэритемной формами иксодового клещевого боррелиоза // Инфекционные болезни. 2018. Т. 16, № 2. С. 34–42. [Bondarenko A.L., Sapozhnikova V.V. Analysis of clinical-epidemiological, laboratory parameters and cytokine status in patients with erythematous and non-erythematous forms of ixodes tick borreliosis. Infektsionnye bolezni = Infectious Diseases, 2018, vol. 16, no. 2, pp. 34–42. (In Russ.)] doi: 10.20953/1729-9225-2018-2-34-42
  3. Боровиков В.П. Популярное введение в современный анализ данных в системе STATISTICA: учебное пособие для вузов. М.: Горячая линия-Телеком, 2013. 288 с. [Borovikov V.P. Popular introduction to contemporary data analysis in STATISTICA. Moscow: Goryachaya liniya-Telekom, 2013. 288 p. (In Russ.)]
  4. Лобзин Ю.В., Усков А.Н., Козлов С.С. Лайм-боррелиоз: иксодовые клещевые боррелиозы. СПб.: Фолиант, 2000. 156 c. [Lobzin Yu.V., Uskov A.N., Kozlov S.S. Lyme borreliosis: ixodid tick-borne borreliosis. St. Peterburg: Foliant, 2000. 156 p. (In Russ.)]
  5. Мерфи К., Уивер К. Иммунобиология по Джанвэю. М.: Логосфера, 2020. 1184 с. [Murphy K., Weaver C. Janeway’s Immunology. Moscow: Logosfera, 2020. 1184 p. (In Russ.)]
  6. Мошкова Д.Ю., Авдеева М.Г. Клинико-иммунологические особенности воспалительного процесса при клещевом боррелиозе // Эпидемиология и инфекционные болезни. 2016. Т. 21, № 2. С. 86–92. [Moshkova D.Yu., Avdeeva M.G. Clinical and immunological features of inflammation in Lyme borreliosis. Epidemiologiya i infektsionnye bolezni = Epidemiology and Infectious Diseases, 2016, vol. 21, no. 2, pp. 86–92. (In Russ.)] doi: 10.18821/1560-9529-2016-21-2-86-92
  7. Петри А., Сэбин К. Наглядная медицинская статистика. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. 216 с. [Petrie A., Sabin K. Medical statistics at a glance. Moscow: GEOTAR-Media, 2015. 216 p. (In Russ.)]
  8. Рудакова С.А., Теслова О.Е., Муталинова Н.Е., Пеньевская Н.А., Блох А.И., Рудаков Н.В., Савельев Д.А., Кузьменко Ю.Ф., Транквилевский Д.В. Обзор эпидемиологической ситуации по иксодовым клещевым боррелиозам в Российской Федерации в 2013–2022 гг. и прогноз на 2023 г. // Проблемы особо опасных инфекций. 2023. № 2. С. 75–87. [Rudakova S.A., Teslova O.E., Mutalinova N.E., Pen’evskaya N.A., Blokh A.I., Rudakov N.V., Savel’ev D.A., Kuz’menko Yu.F., Trankvilevsky D.V. Review of the epidemiological situation on ixodic tick-borne borrelioses in the Russian Federation in 2013–2022 and forecast for 2023. Problemy osobo opasnykh infektsii = Problems of Particularly Dangerous Infections, 2023, no. 2, pp. 75–87. (In Russ.)] doi: 10.21055/0370-1069-2023-2-75-87
  9. Суздальцев А.А., Каравашкин Н.В., Кулагина А.П. Клинико-эпидемиологические аспекты иксодового клещевого боррелиоза в Самарской области // Медицинский вестник Башкортостана. 2021. Т. 16, № 3 (93). С. 27–32. [Suzdaltcev A.A., Karavashkin N.V., Kulagina A.P. Clinical and epidemiological aspects of ixodic tick-borne borreliosis in the Samara region. Meditsinskiy vestnik Bashkortostana = Bashkortostan Medical Journal, 2021, vol. 16, no. 3 (93), pp. 27–32. (In Russ.)]
  10. Шарифуллина Л.Д., Мурзабаева Р.Т., Гареев Е.М. Иммунологические особенности воспалительного процесса в остром периоде иксодовых клещевых боррелиозов // Медицинский вестник Башкортостана. 2017. Т. 12, № 5 (71). С. 69–74. [Sharifullina L.D., Murzabaeva R.T., Gareev E.M. Immunological peculiarities of the inflammatory process in the acute period of ixodic tick-borne borreliosis. Meditsinskiy vestnik Bashkortostana = Bashkortostan Medical Journal, 2017, vol. 12, no. 5 (71), pp. 69–74. (In Russ.)]
  11. Badawi A. The potential of Omics technologies in Lyme disease biomarker discovery and early detection. Infect. Dis. Ther., 2017, vol. 6, no. 1, pp. 85–102. doi: 10.1007/s40121-016-0138-6
  12. Bamm V.V., Ko J.T., Mainprize I.L., Sanderson V.P., Wills M.K.B. Lyme disease frontiers: reconciling borrelia biology and clinical conundrums. Pathogens, 2019, vol. 8, no. 4: 299. doi: 10.3390/pathogens8040299
  13. Benjamin S.J., Hawley K.L., Vera-Licona P., La Vake C.J., Cervantes J.L., Ruan Y., Radolf J.D., Salazar J.C. Macrophage mediated recognition and clearance of Borrelia burgdorferi elicits MyD88-dependent and -independent phagosomal signals that contribute to phagocytosis and inflammation. BMC Immunol., 2021, vol. 22, no. 1: 32. doi: 10.1186/s12865-021-00418-8
  14. Ciesielska A., Matyjek M., Kwiatkowska K. TLR4 and CD14 trafficking and its influence on LPS-induced pro-inflammatory signaling. Cell Mol. Life Sci., 2021, vol. 78, no. 4, pp. 1233–1261. doi: 10.1007/s00018-020-03656-y
  15. House D., Chinh N.T., Hien T.T., Parry C.P., Ly N.T., Diep T.S., Wain J., Dunstan S., White N.J., Dougan G., Farrar J.J. Cytokine release by lipopolysaccharide-stimulated whole blood from patients with typhoid fever. J. Infect. Dis., 2002, vol. 186, no. 2, pp. 240–205. doi: 10.1086/341298
  16. Janský L., Reymanová P., Kopecký J. Dynamics of cytokine production in human peripheral blood mononuclear cells stimulated by LPS or infected by Borrelia. Physiol. Res., 2003, vol. 52, no. 6, pp. 593–598.
  17. Marques A., Schwartz I., Wormser G.P., Wang Y., Hornung R.L., Demirkale C.Y., Munson P.J., Turk S.P., Williams C., Lee C.R., Yang J., Petzke M.M. Transcriptome assessment of erythema migrans skin lesions in patients with early Lyme disease reveals predominant interferon signaling. J. Infect. Dis., 2017, vol. 217, no. 1, pp. 158–167. doi: 10.1093/infdis/jix563
  18. Rodas L., Martínez S., Riera-Sampol A., Moir H.J., Tauler P. Blood cell in vitro cytokine production in response to lipopolysaccharide stimulation in a healthy population: effects of age, sex, and smoking. Cells, 2021, vol. 11, no. 1: 103. doi: 10.3390/cells11010103
  19. Saraiva M., Vieira P., O’Garra A. Biology and therapeutic potential of interleukin-10. J. Exp. Med., 2020, vol. 217, no. 1: e20190418. doi: 10.1084/jem.20190418
  20. Siebers E.M., Liedhegner E.S., Lawlor M.W., Schell R.F., Nardelli D.T. Regulatory T cells contribute to resistance against Lyme arthritis. Infect. Immun., 2020, vol. 88, no. 11: e00160-20. doi: 10.1128/IAI.00160-20
  21. Soloski M.J., Crowder L.A., Lahey L.J., Wagner C.A., Robinson W.H., Aucott J.N. Serum inflammatory mediators as markers of human Lyme disease activity. PLoS One, 2014, vol. 9, no. 4: e93243. doi: 10.1371/journal.pone.0093243
  22. Stokes J.V., Moraru G.M., McIntosh C., Kummari E., Rausch K., Varela-Stokes A.S. Differentiated THP-1 cells exposed to pathogenic and nonpathogenic borrelia species demonstrate minimal differences in production of four inflammatory cytokines. Vector Borne Zoonotic Dis., 2016, vol. 16, no. 11, pp. 691–695. doi: 10.1089/vbz.2016.2006
  23. Uhde M., Ajamian M., Li X., Wormser G.P., Marques A., Alaedini A. Expression of C-reactive protein and serum amyloid a in early to late manifestations of Lyme disease. Clin. Infect. Dis., 2016, vol. 63, no. 11, pp. 1399–1404. doi: 10.1093/cid/ciw599
  24. Winkler M.S., Rissiek A., Priefler M., Schwedhelm E., Robbe L., Bauer A., Zahrte C., Zoellner C., Kluge S., Nierhaus A. Human leucocyte antigen (HLA-DR) gene expression is reduced in sepsis and correlates with impaired TNFα response: a diagnostic tool for immunosuppression? PLoS One, 2017, vol. 12, no. 8: e0182427. doi: 10.1371/journal.pone.0182427
  25. Woitzik P., Linder S. Molecular mechanisms of Borrelia burgdorferi phagocytosis and intracellular processing by human macrophages. Biology (Basel), 2021, vol. 10, no. 7: 567. doi: 10.3390/biology10070567

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Ilyinskikh E.N., Voronkova O.V., Hasanova R.R., Samoylov K.V., Semenova A.V., Esimova I.E., Motlokhova E.A., Yampolskaya O.V., Yampolskaya A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».