Аннотация
Введение. Саркоидоз – системное гранулематозное заболевание неизвестной природы. Изучение особенностей заболевания, разработка новых диагностических и терапевтических методов ограничено отсутствием общепринятых экспериментальных моделей. Цель обзора – оценка существующих моделей саркоидоза. На сегодняшний день существуют in vitro, in vivo и in silico модели саркоидоза легких. Создание in vitro моделей проводится в основном на клетках, полученных от мышей линии C57BL/6J или на клетках пациентов с саркоидозом. In vivo модели саркоидоза были разработаны на крысах Lewis и мышах линии C57BL/6. Формирование гранулемы в экспериментальной модели происходит под воздействием различных инфекционных (чаще антигены M. tuberculosis) и неорганических триггеров (с введением наночастиц – квантовых точек, многостенных углеводных трубок). Модели in silico представлены единичными работами и подразумевают сочетание биологических данных с математическими и компьютерными представлениями для моделей гранулемы. Модели in silico позволяют оценить взаимодействие иммунных клеток с различными цитокинами, смоделировать влияние лекарственных препаратов на их потенциальные мишени. Однако их качество тесно связано с in vitro и in vivo моделями и информацией, полученной при изучении патогенеза саркоидоза. Материал и методы. Исследования, представленные в международных базах данных исследований за последние 10 лет, поиск по ключевым словам: саркоидоз, саркоидоз легких, модели саркоидоза, in silico, in vitro, in vivo модели. Заключение. Ни одна из моделей достаточно не соответствует исследовательским целям и не воспроизводит полностью заболевание. Перспективы в совершенствовании моделей саркоидоза направлены на применение генетически модифицированных мышей, на генерацию клеточных линий, а также изучение in silico моделей.
Авторы и аффилиации
Ю.С. Зинченко, А.Н. Муравьев, Г.Г. Кудряшов, А.И. Корнилова, А.С. Дятлова, В.О. Полякова
ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии»
Министерства здравоохранения Российской Федерации,
Российская Федерация, 191036, Санкт-Петербург, Лиговский пр., д. 2–4
Литература
Polverino F., Balestro E., Spagnolo P. Clinical Presentations, Pathogenesis, and Therapy of Sarcoidosis: State of the Art. J. Clin. Med. 2020; 9 (8): 2363. DOI: 10.3390/jcm9082363.
Sakthivela P., Brudera B. Mechanism of granuloma formation in sarcoidosisю Curr. Opin. Hematol. 2017; 24 (1): 59–65. DOI: 10.1097/MOH.0000000000000301.
Locke L.W., Schlesinger L.S., Crouser E.D. Current Sarcoidosis Models and the Importance of Focusing on the Granuloma. Front Immunol. 2020; 11: 1719. DOI: 10.3389/fimmu.2020.01719.
Jeny F., Pacheco Y., Besnard V., Valeyre D., Bernaudin J-F. Experimental models of sarcoidosis. Current Opinion in Pulmonary Medicine. 2016; 22 (5): 492–9. DOI: 10.1097/MCP.0000000000000295.
Besnard V., Jeny F. Models Contribution to the Understanding of Sarcoidosis Pathogenesis: «Are There Good Models of Sarcoidosis?». J. Clin. Med. 2020; 9 (8): 2445. DOI: 10.3390/jcm9082445.
Sanchez V.C., Weston P., Yan A., Hurt R.H., Kane A.B. A 3-dimensional in vitro model of epithelioid granulomas induced by high aspect ratio nanomaterials. Part Fibre Toxicol. 2011; 8: 17. DOI: 10.1186/1743-8977-8-17.
Crouser E.D., White P., Caceres E.G., Julian M.W., Papp A.C., Locke L.W., Sadee W., Schlesinger L.S. A novel in vitro human granuloma model of sarcoidosis and latent tuberculosis infection. Am. J. Respir Cell Mol. Biol. 2017; 57 (4): 487–98. DOI: 10.1165/rcmb.2016-0321OC.
Taflin C., Miyara M., Nochy D., Valeyre D., Naccache J.M., Altare F., Salek-Peyron P., Badoual C., Bruneval P., Haroche J., Mathian A., Amoura Z., Hill G., Gorochov G. FoxP3+ regulatory T cells suppress early stages of granuloma formation but have little impact on sarcoidosis lesions. Am. J. Pathol. 2009; 174 (2): 497–508. DOI: 10.2353/ajpath.2009.080580.
Zhang C., Chery S., Lazerson A., Altman N.H., Jackson R., Holt G., Campos M., Schally A.V., Mirsaeidi M. Anti-inflammatory effects of α-MSH through p-CREB expression in sarcoidosis like granuloma model. Sci Rep. 2020; 10 (1): 7277. DOI: 10.1038/s41598-020-64305-9.
Calcagno T.M., Zhang C., Tian R., Ebrahimi B., Mirsaeidi M. Novel three-dimensional biochip pulmonary sarcoidosis model. PLoS One. 2021; 16 (2): e0245805. DOI: 10.1371/journal.pone.0245805.
Li K., Yang X., Xue C., Zhao L., Zhang Y., Gao X. Biomimetic human lung-on-a-chip for modeling disease investigation. Biomicrofluidics. 2019; 13 (3): 031501. DOI: 10.1063/1.5100070.
Shahraki A.H., Tian R., Zhang C., Fregien N.L., Bejarano P., Mirsaeidi M. Anti-inflammatory properties of the Alpha-Melanocyte-Stimulating Hormone in models of granulomatous inflammation. Lung. 2022; 200 (4): 463–72. DOI: 10.1007/s00408-022-00546-x.
Mohan A., Malur A., McPeek M., Barna B.P., Schnapp L.M., Thomassen M.J., Gharib S.A. Transcriptional survey of alveolar macrophages in a murine model of chronic granulomatous inflammation reveals common themes with human sarcoidosis. Am. J. Physiol Lung Cell Mol. Physiol. 2018; 314 (4): 617–25. DOI: 10.1152/ajplung.00289.2017.
Barna B.P., Malur A., Thomassen M.J. Studies in a murine granuloma model of instilled carbon nanotubes: relevance to sarcoidosis. Int J. Mol. Sci. 2021; 22 (7): 3705. DOI: 10.3390/ijms22073705.
. Ho C.C., Chang H., Tsai H.T., Tsai M.H., Yang C.S., Ling Y.C., Lin P. Quantum dot 705, a cadmium-based nanoparticle, induces persistent inflammation and granuloma formation in the mouse lung. Nanotoxicology. 2013; 7 (1): 105–15. DOI: 10.3109/17435390.2011.635814.
Swaisgood C.M., Oswald-Richter K., Moeller S.D., Klemenc J.M., Ruple L.M., Farver C.F., Drake J.M., Culver D.A., Drake W.P. Development of a sarcoidosis murine lung granuloma model using Mycobacterium superoxide dismutase A peptide. Am. J. Respir Cell Mol. Biol. 2011; 44 (2): 166–74. DOI: 10.1165/rcmb.2009-0350OC.
Zhang C., Tian R., Dreifus E.M., Hashemi Shahraki A., Holt G., Cai R., Griswold A., Bejarano P., Jackson R., V Schally A., Mirsaeidi M. Activity of the growth hormone-releasing hormone antagonist MIA602 and its underlying mechanisms of action in sarcoidosis-like granuloma. Clin Transl Immunology. 2021; 10 (7): e1310. DOI: 10.1002/cti2.1310.
. Ishige I., Eishi Y., Takemura T., Kobayashi I., Nakata K., Tanaka I., Nagaoka S., Iwai K., Watanabe K., Takizawa T., Koike M. Propionibacterium acnes is the most common bacterium commensal in peripheral lung tissue and mediastinal lymph nodes from subjects without sarcoidosis. Sarcoidosis Vasc Diffuse Lung Dis. 2005; 22 (1): 33–42. PMID: 15881278.
Iio K., Iio T.U., Okui Y., Ichikawa H., Tanimoto Y., Miyahara N., Kanehiro A., Tanimoto M., Nakata Y., Kataoka M. Experimental pulmonary granuloma mimicking sarcoidosis induced by Propionibacterium acnes in mice. Acta Med Okayama. 2010; 64 (2): 75–83. DOI: 10.18926/AMO/32852.
Jiang D., Huang X., Geng J., Dong R., Li S., Liu Z., Wang C., Dai H. Pulmonary fibrosis in a mouse model of sarcoid granulomatosis induced by booster challenge with Propionibacterium acnes. Oncotarget. 2016; 7 (23): 33703–14. DOI: 10.18632/oncotarget.9397.
Linke M., Pham H.T., Katholnig K., Schnöller T., Miller A., Demel F., Schütz B., Rosner M., Kovacic B., Sukhbaatar N., Niederreiter B., Blüml S., Kuess P., Sexl V., Müller M., Mikula M., Weckwerth W., Haschemi A., Susani M., Hengstschläger M., Gambello M.J., Weichhart T. Chronic signaling via the metabolic checkpoint kinase mTORC1 induces macrophage granuloma formation and marks sarcoidosis progression. Nat Immunol. 2017; 18 (3): 293–302. DOI: 10.1038/ni.3655.
Jeny F., Grutters J.C. Experimental models of sarcoidosis: where are we now? Curr Opin Pulm Med. 2020; 26 (5): 554–61. DOI: 10.1097/MCP.0000000000000708.
Aguda B.D., Marsh C.B., Thacker M., Crouser E.D. An in silico modeling approach to understanding the dynamics of sarcoidosis. PLoS One. 2011; 6 (5): e19544. DOI: 10.1371/journal.pone.0019544.
Hao W., Crouser E.D., Friedman A. Mathematical model of sarcoidosis. Proc NatlAcadSci USA. 2014; 111 (45): 16065–70. DOI: 10.1073/pnas.1417789111.
Bueno-Beti C., Lim C.X., Protonotarios A., Szabo P.L., Westaby J., Mazic M., Sheppard M.N., Behr E., Hamza O., Kiss A., Podesser B.K., Hengstschläger M., Weichhart T., Asimaki A. An mTORC1-Dependent Mouse Model for Cardiac Sarcoidosis. J. Am. Heart Assoc. 2023; 12 (19): e030478. DOI: 10.1161/JAHA.123.030478.
Shahraki A.H., Tian R., Zhang C., Fregien N.L., Bejarano P., Mirsaeidi M. Anti-inflammatory Properties of the Alpha-Melanocyte-Stimulating Hormone in Models of Granulomatous Inflammation. Lung. 2022; 200 (4): 463–72. DOI: 10.1007/s00408-022-00546-x.
Crouser E.D. In-silico modeling of granulomatous diseases. Curr Opin Pulm Med. 2016; 22 (5): 500–8. DOI: 10.1097/MCP.0000000000000296.