Настоящий проект нацелен найти ответы на ряд актуальных научных вопросов о механизмах сепсиса и возможностях предотвращения его развития за счет активации никотиновых ацетилхолиновых рецепторов (нАХР). Эффективен ли путь регуляции активности моноцитов и макрофагов, через никотиновые ацетилхолиновые рецепторы (нАХР) для предотвращения развития сепсиса или снижения степени его выраженности? Какие подтипы нАХР оказывают противовоспалительный, антицитокиновый и иммуностимулирующий эффекты на различных стадиях сепсиса? Какие сигнальные пути и белки-посредники вовлечены в эти эффекты? Сепсис определяется как опасная для жизни дисфункция органов, вызванная нерегулируемой иммунной реакцией организма на инфекцию. Сепсис может развиться как осложнение практически любого инфекционного заболевания (ОРВИ, ОРЗ, COVID-19, ВИЧ-инфекция, инфицирование ран, ожогов и др.), при этом люди с пониженным иммунным статусом находятся в группе риска (пожилые люди, пациенты с хроническими заболеваниями, ВИЧ-инфекцией и др.). Широкая расространенность и высокая летальность сепсиса свидетельствует, что мы еще далеки от полного понимания механизмов системных воспалительных процессов и, как следствие, разработанные пути лечения сепсиса недостаточно эффективны. Сепсис вызывает сложный иммунный ответ, который меняется со временем с одновременным возникновением как провоспалительных, так и противовоспалительных механизмов. В результате у большинства пациентов после первой стадии сепсиса, называемого «цитокиновым штормом», быстро развивается глубокая иммуносупрессия, играющая ключевую роль в выживаемости при сепсисе. Поэтому в настоящее время иммуностимулирующие препараты считаются наиболее перспективными для клинических испытаний. За иммуномодулирующий клеточный ответ ответственны специфические поверхностные белковые маркеры, такие как CD40, CD80, CD86 и HLA-DR, CD163, CD206, которые важны для презентации антигенов и регуляции антиген-специфического Т-клеточного ответа. Основными антигенпрезентирующими клетками организма человека являются моноциты и дифференцирующиеся из них макрофаги фенотипов М1 и М2. Если классически активированные (при действии LPS/IFN-γ) макрофаги М1 формируют первую линию защиты хозяина от паразитов и способствуют развитию воспалительной реакции организма, то альтернативно активированные (при действии IL-4) макрофаги М2 напротив подавляют воспаление. Моноциты и макрофаги являются основными продуцентами как TNF-α, так и других про- и анти-воспалительных цитокинов, играя центральную роль в патогенезе сепсиса. Для предлагаемого проекта принципиальное значение имеет установленное в ряде лабораторий снижение экспрессии провоспалительных цитокинов (например, TNF-α и IL-6) при активации гомопентамерного α7 никотинового ацетилхолинового рецептора (α7 нАХР) макрофагов в ответ на стимуляцию блуждающего нерва, сопровождающуюся выработкой ацетилхолина Т-лимфоцитами. Данный «холинергический противовоспалительный рефлекс» вносит существенный вклад в подавление сепсиса. Нами недавно было впервые показано, что этот процесс также сопровождается изменениями уровня экспрессии поверхностных белковых маркеров макрофагов, вовлеченных в воспаление и иммуносупрессию при сепсисе, что открывает новые возможности для создания лекарственных соединений (Siniavin A.E. et al., Biomolecules 2020). Многочисленные пробелы в имеющихся научных знаниях об этом рефлексе, патогенезе системных воспалительных реакций и последующих иммуносупрессивных состояний обеспечивают актуальность предлагаемого проекта. Так, остается неизвестным, какую роль в этих процессах играют функционально различные фенотипы антигенпрезентирующих клеток и экспрессируемые ими гетеропентамерные нАХР, а также перекрестные реакции последних с другими рецепторами (рецепторы P2X, серотониновые и др.). Ответы на эти и сопутствующие вопросы будут получены в ходе реализации настоящего проекта. Впервые будет изучен субъединичный состав и функциональная активность гетеромерных нАХР, состоящих из комбинаций α1-α10 и β2-β4 субъединиц, экспрессируемых моноцитами и макрофагами М1 и М2. Далее также впервые будет определено влияние их активации, ингибирования и модулирования на выработку про- и противовоспалительных цитокинов и ключевых поверхностных белковых маркеров антигенпрезентирующими клетками. Параллельно впервые будет определена возможность индукции определенного пути клеточной дифференцировки моноцитов в про- (М1) и противовоспалительные (М2) макрофаги под действием специфических лигандов нАХР. Нахождение корреляции экспрессии нАХР с определенным функциональным состоянием антигенпрезентирующих клеток позволит спрогнозировать роль этих рецепторов в присущих этим клеткам иммунных реакциях и, возможно, подскажет пути регуляции активности этих клеток посредством активации/подавления определенных подтипов нАХР. Кроме того впервые будет учитываться как индивидуальная роль нАХР, так и возможность их перекрестных взаимодействий с другими мембранными рецепторами антигенпрезентирующих клеток (P2X-рецепторами, рецепторами серотонина, гамма-аминомасляной кислоты и т.п.). Одним из наиболее прорывных открытий в области механизма функционирования нАХР в иммунных клетках является возможность альтернативной внутриклеточной метаботропной сигнализации при их активации, в то время как нАХР нервных и мышечных клеток представляют собой классические ионотропные рецепторы. В настоящий момент мало какие черты метаботропности этих рецепторов успели охарактеризовать, поэтому одной из новых в научном плане задач проекта будет определение, в какой мере за проявляемую активность в антигенпрезентирующих клетках ответственна классическая активность нАХР как ионных каналов, а в какой может быть вовлечена метаботропная активность и сопряжение с другими внутриклеточными сигнальными каскадами. Гарантией успешного выполнения проекта служит имеющийся у коллектива богатый опыт экспериментальной работы в области нейроиммунных взаимодействий, что отражено в ряде публикаций последних лет в высокорейтинговых зарубежных научных журналах. Ранее уже упоминалась работа (Siniavin A.E. et al., Biomolecules 2020), показавшая, что активация α7 нАХР макрофагов приводит не только к изменениям выработки определенных цитокинов, но и к изменениям экспрессии ключевых мембранных маркерных белков, что может иметь клиническое значение для стимуляции адаптивного иммунитета и предотвращения иммуносупрессии. Продолжением этой работы стала серия экспериментов с использованием полученных нами новых аналогов гипафоринов – селективных агонистов α7 нАХР. В ходе исследований нам удалось выяснить, что данные соединения оказывают противовоспалительный и анальгетический эффект в мышиных моделях воспаления и артрита, а также определить молекулярные механизмы наблюдаемых эффектов. Тематически связанной с предыдущими исследованиями стала работа по изучению взаимодействия нАХР и P2X7 рецепторов макрофагов и тучных клеток (Front Cell Neurosci 2020). Другим типом исследованных иммунных клеток стали нейтрофилы. Было показано, что активация α7, α3β2 и α9* нАХР влияет на основные функции нейтрофилов: регулирует двухфазным образом выработку ими активных форм кислорода и усиливает их клеточную адгезию (Safronova et.al., Immunobiology 2016, Safronova et.al., Immunobiology 2021). Таким образом, для усовершенствования методов лечения сепсиса необходимы исследования ранее неизученных механизмов регуляции экспрессии поверхностных белков-маркеров и продукции цитокинов моноцитами и макрофагами человека. Эти исследования в дальнейшем помогут разработать новые пути медикаментозной терапии при сепсисе и других заболеваниях воспалительной и иммуносупрессивной природы.