Scedosporium apiospermum szybciej aktywuje odpowiedź zapalną makrofagów niż Aspergillus fumigatus

Grzyb Scedosporium apiospermum, istotny w kontekście kolonizacji dróg oddechowych osób z mukowiscydozą, wywołuje w ludzkich makrofagach wcześniejszą i silniejszą odpowiedź zapalną niż Aspergillus fumigatus. W badaniu opublikowanym 2 września 2026 roku w czasopiśmie Virulence naukowcy wykazali, że intensywniejszej aktywacji genów zapalnych, wydzielaniu cytokin i zwiększonej produkcji reaktywnych form tlenu towarzyszyła większa skuteczność zabijania konidiów S. apiospermum. Wyniki mogą pomóc wyjaśnić, dlaczego silna odpowiedź wrodzona z jednej strony sprzyja eliminacji tego grzyba, a z drugiej – w warunkach przewlekłej ekspozycji – potencjalnie może podtrzymywać zapalenie dróg oddechowych.

W artykule:

• Dlaczego Scedosporium apiospermum jest ważny w mukowiscydozie?
• Kto przeprowadził badanie i jak zaprojektowano eksperyment?
• Jak zmieniała się odpowiedź transkryptomiczna makrofagów?
• Cytokiny, ROS, fagocytoza i zabijanie grzybów
• Co może odpowiadać za różnice między Scedosporium i Aspergillus?
• Jak interpretować wyniki w kontekście mukowiscydozy?

Dlaczego Scedosporium apiospermum jest ważny w mukowiscydozie?

Scedosporium apiospermum jest oportunistycznym grzybem strzępkowym, który może odpowiadać za różne formy kontaktu z organizmem człowieka – od kolonizacji lub zakażeń miejscowych u osób immunokompetentnych po ciężkie, rozsiane zakażenia u osób z istotnymi zaburzeniami odporności.

Szczególne znaczenie ma jego obecność w drogach oddechowych osób z mukowiscydozą. Autorzy publikacji podkreślają, że grzyby z rodzaju Scedosporium należą do najczęściej wykrywanych grzybów strzępkowych w tej populacji po Aspergillus. W cytowanych przez nich badaniach częstość wykrywania Scedosporium u osób z mukowiscydozą wynosiła od 3 do 17%, zależnie od regionu geograficznego.

Znaczenie obecności grzyba nie musi jednak ograniczać się do samego ryzyka zakażenia inwazyjnego. W mukowiscydozie długotrwała obecność bakterii i grzybów w drogach oddechowych może przyczyniać się do utrzymywania przewlekłego procesu zapalnego. Komórki gospodarza rozpoznają struktury drobnoustrojów, a jednocześnie reagują na sygnały związane z uszkodzeniem tkanek. Powstające w ten sposób środowisko zapalne może sprzyjać dalszemu uszkodzeniu płuc.

Kluczowymi komórkami pierwszej linii obrony przed wdychanymi konidiami grzybów są między innymi makrofagi. Rozpoznają one struktury powierzchniowe grzyba za pomocą receptorów rozpoznających wzorce molekularne, w tym receptorów Toll-podobnych i receptorów lektynowych typu C. Następnie mogą pochłaniać konidia, zakwaszać fagolizosomy, uruchamiać stres oksydacyjny oraz mechanizmy prowadzące do zabicia drobnoustroju.

Autorzy postawili zatem pytanie, czy różnice w budowie ściany komórkowej oraz biologii konidiów S. apiospermum i A. fumigatus mogą powodować odmienną reakcję ludzkich makrofagów, a w konsekwencji wpływać również na zdolność obu grzybów do przeżycia kontaktu z komórkami odpornościowymi.

Kto przeprowadził badanie?

Autorami pracy byli Hélène Guégan, Florence Robert-Gangneux, Sarah Dion, Aymeric Delabarre oraz Jean-Pierre Gangneux. Badacze byli związani m.in. z Université de Rennes, CHU Rennes, INSERM, EHESP oraz IRSET – Institut de recherche en santé, environnement et travail, UMR_S 1085.

W projekcie uczestniczyło również CHU Rennes, Laboratoire de Parasitologie-Mycologie, European ECMM Excellence Center in Medical Mycology oraz Centre National de Référence pour les Mycoses et Antifongiques-Laboratoire Associé Aspergilloses Chroniques w Rennes.

Do eksperymentów wykorzystano referencyjny szczep Aspergillus fumigatus Af293 oraz szczep Scedosporium apiospermum IHEM 14462. Szczepy zostały udostępnione przez zespół Fungal respiratory infections z University of Angers.

Makrofagi powstały z monocytów zdrowych dawców

Jednym z najważniejszych elementów koniecznych do właściwej interpretacji pracy jest rodzaj zastosowanego modelu. Naukowcy nie pobierali makrofagów z płuc osób z mukowiscydozą.

Jednojądrzaste komórki krwi obwodowej, PBMC, izolowano z preparatów krwi pochodzących od zdrowych dawców dostarczanych przez Etablissement Français du Sang w Rennes. Następnie izolowano monocyty CD14+ i różnicowano je przez pięć dni w kierunku makrofagów spolaryzowanych M1 z użyciem GM-CSF w stężeniu 10 ng/ml.

Do części transkryptomicznej użyto makrofagów inkubowanych z konidiami S. apiospermum lub A. fumigatus przy MOI 10:1. Analizy wykonano po 4 i 12 godzinach.

Punkt czterogodzinny miał reprezentować wczesny etap interakcji grzyba z makrofagiem, natomiast po 12 godzinach możliwa była już ocena późniejszej odpowiedzi komórek, gdy oba gatunki grzybów mogły tworzyć strzępki, ale wzrost grzybni nie powodował jeszcze nadmiernego uszkodzenia komórek gospodarza.

RNA-seq i analiza szlaków biologicznych

RNA analizowano metodą sekwencjonowania transkryptomu. Biblioteki sekwencjonowano na platformie Illumina NextSeq 500, a odczyty dopasowywano do ludzkiego genomu referencyjnego GRCh38. Analizę różnicowej ekspresji genów prowadzono z wykorzystaniem edgeR.

Za istotnie różnicowo eksprymowane uznawano geny przy FDR <0,05 i bezwzględnej wartości log₂ fold change przekraczającej 1. Funkcjonalną interpretację zmian oparto m.in. na szlakach KEGG. Wybrane wyniki RNA-seq dodatkowo zweryfikowano metodą RT-qPCR.

Oprócz transkryptomiki badacze ocenili wydzielanie cytokin, fagocytozę konidiów, produkcję reaktywnych form tlenu oraz zdolność makrofagów do zabijania obu gatunków grzybów.

S. apiospermum wcześniej uruchamiał intensywną odpowiedź zapalną

Oba grzyby aktywowały w makrofagach wiele podobnych mechanizmów odpowiedzi przeciwdrobnoustrojowej. Kluczowa różnica dotyczyła jednak dynamiki i intensywności tej reakcji.

Po czterech godzinach ekspozycji na S. apiospermum naukowcy wykryli 1169 genów o istotnie zmienionej ekspresji względem makrofagów kontrolnych. Spośród nich 671, czyli 57,4%, było aktywowanych silniej.

Po 12 godzinach liczba różnicowo eksprymowanych genów w makrofagach eksponowanych na S. apiospermum wzrosła do 3852.

W przypadku A. fumigatus odpowiedź wczesna była znacznie mniej rozległa. Po czterech godzinach wykryto 256 różnicowo eksprymowanych genów, z których około 200 było aktywowanych silniej. Dopiero po 12 godzinach liczba DEG wzrosła do 1996.

TNF, IL-17, NF-κB i sygnalizacja cytokinowa

Po czterech godzinach w makrofagach eksponowanych na S. apiospermum wykryto istotne zmiany w 15 szlakach związanych z procesami zapalnymi. Dwanaście z nich było również istotnie zmienionych w odpowiedzi na A. fumigatus.

Do najsilniej zmienionych należały szlaki związane z sygnalizacją TNF, IL-17 i NF-κB oraz interakcjami pomiędzy cytokinami i ich receptorami. Są to mechanizmy dobrze wpisujące się w biologiczną odpowiedź fagocytów na grzyby.

Analiza wskazywała także na udział receptorów Toll-podobnych, receptorów lektynowych typu C, receptorów NOD-podobnych oraz szlaków JAK-STAT.

Bezpośrednie porównanie obu grzybów

Naukowcy przeprowadzili również analizę, w której makrofagi eksponowane na S. apiospermum porównano bezpośrednio z makrofagami eksponowanymi na A. fumigatus.

Po 4 godzinach między obiema grupami wykryto 241 różnicowo eksprymowanych genów. Aż 195 z nich, czyli 80,9%, wykazywało wyższą ekspresję w odpowiedzi na S. apiospermum.

Po 12 godzinach różnic pomiędzy grzybami było więcej – 608 DEG – jednak zmieniał się kierunek odpowiedzi. W tym punkcie czasowym 67,8%, czyli 412 z 608 genów, miało niższą ekspresję w komórkach eksponowanych na S. apiospermum w porównaniu z A. fumigatus.

Zdaniem autorów wspiera to koncepcję, zgodnie z którą najważniejszą różnicą nie jest całkowicie odmienny zestaw uruchamianych mechanizmów, lecz przede wszystkim wcześniejsze i gwałtowniejsze uruchomienie zapalenia przez S. apiospermum.

Geny cytokin i chemokin

Szczególną uwagę zwracały geny związane bezpośrednio z odpornością przeciwgrzybiczą. Spośród 72 nieredundantnych genów należących do dziesięciu wzbogaconych szlaków 48, czyli 63,9%, było związanych z mechanizmami odporności przeciwgrzybiczej.

Wśród nich znajdowały się geny kodujące cytokiny i ich receptory, chemokiny i receptory chemokinowe, składniki inflamasomu, białka sygnałowe oraz receptory odporności wrodzonej.

W makrofagach eksponowanych na S. apiospermum, szczególnie po czterech godzinach, silniej aktywowane były m.in. geny kodujące cytokiny z rodziny IL-1, w tym IL-1β, IL-1α i IL-36γ, oraz z rodziny IL-6. Zwiększoną ekspresję obserwowano również w odniesieniu do IL12B oraz IL23A.

Wyższa była ponadto ekspresja chemokin związanych z napływem granulocytów obojętnochłonnych, takich jak CCL15, CXCL1, CXCL2, CXCL3 i CXCL8. W bezpośrednim porównaniu obu grzybów wartości log₂FC dla tej grupy wynosiły od 1,68 do 3,40.

Nie wszystkie mediatory zachowywały się jednak w ten sam sposób. CXCL9 i CXCL10 były słabiej eksprymowane w odpowiedzi na S. apiospermum niż na A. fumigatus. Autorzy zwracają uwagę, że znaczenie tej obserwacji wymaga dalszych badań.

Więcej cytokin zapalnych po kontakcie z S. apiospermum

Różnice obserwowane na poziomie RNA nie ograniczały się do ekspresji genów. Po 12 godzinach naukowcy oznaczyli cytokiny i chemokiny obecne w supernatantach hodowli makrofagów.

Ekspozycja na S. apiospermum powodowała wydzielanie istotnie większej ilości IL-6, IL-1β, TNF-α, IL-23 i IL-10 niż ekspozycja na A. fumigatus. Dla tych mediatorów różnice osiągały p <0,001.

Większe było również wydzielanie IFN-α2, dla którego p <0,05.

Odmienny wzorzec obserwowano dla IL-18 oraz MCP-1/CCL2. Ich stężenia były wyższe w supernatantach makrofagów eksponowanych na A. fumigatus.

Rezultaty na poziomie białek były więc zasadniczo zgodne z obrazem uzyskanym w analizie transkryptomicznej i potwierdzały szczególnie intensywny profil zapalny odpowiedzi na S. apiospermum.

A. fumigatus był początkowo nieco szybciej fagocytowany

Silniejsza reakcja zapalna na S. apiospermum nie wynikała po prostu z jego szybszego pochłaniania przez makrofagi.

Po jednej godzinie A. fumigatus był wręcz internalizowany nieco szybciej. Odsetek makrofagów zawierających konidia wynosił 29,2 ± 15,4% dla A. fumigatus wobec 25,8 ± 19,1% dla S. apiospermum, przy p = 0,010.

Różnił się również indeks fagocytarny – 0,1 dla A. fumigatus wobec 0,01 dla S. apiospermum, również przy p = 0,010.

Po czterech godzinach proporcje makrofagów zawierających oba gatunki grzybów były już jednak zbliżone.

Silniejsza produkcja reaktywnych form tlenu

Pochłanianiu konidiów obu gatunków towarzyszyło uruchomienie produkcji reaktywnych form tlenu. Odpowiedź oksydacyjna była jednak większa po ekspozycji na S. apiospermum.

ROS stanowią jeden z ważnych elementów przeciwdrobnoustrojowego arsenału fagocytów. Wynik ten jest więc biologicznie spójny z obserwowanymi następnie różnicami w przeżywalności konidiów.

Makrofagi skuteczniej zabijały S. apiospermum

Po sześciu godzinach wspólnej inkubacji oceniono zdolność konidiów obu grzybów do przeżywania kontaktu z makrofagami.

Odsetek zabitych konidiów S. apiospermum wynosił 46,6%, natomiast w przypadku A. fumigatus 34,5%. Różnica była statystycznie istotna, p <0,05.

Dlaczego makrofagi mogą inaczej reagować na oba grzyby?

Badanie nie pozwala jednoznacznie wskazać jednej struktury odpowiedzialnej za różnice pomiędzy grzybami. Autorzy omawiają jednak kilka biologicznie prawdopodobnych mechanizmów związanych przede wszystkim z właściwościami powierzchni konidiów i składem ściany komórkowej.

Ściany komórkowe Scedosporium oraz Aspergillus mają wspólne składniki, w tym chitynę oraz α- i β-glukany, jednak ich organizacja powierzchniowa nie jest identyczna.

Konidia A. fumigatus są pokryte charakterystyczną warstwą hydrofobin tworzących struktury typu rodlet. Warstwa ta zmniejsza ekspozycję immunogennych struktur powierzchniowych i zanika podczas pęcznienia oraz kiełkowania konidium.

Takiej warstwy nie opisuje się natomiast na konidiach Scedosporium. Autorzy wskazują ponadto na potencjalne znaczenie innych składników ściany komórkowej Scedosporium, w tym peptydoramnomannanów oraz glukozyloceramidów.

Peptydoramnomannany mogą uczestniczyć w adhezji grzyba oraz w aktywacji makrofagów poprzez TLR4, natomiast glukozyloceramidy mogą pełnić rolę struktur rozpoznawanych przez komórki odpornościowe.

Są to jednak hipotezy mechanistyczne omawiane na podstawie wcześniejszych badań. W przedstawionym eksperymencie naukowcy nie usuwali poszczególnych elementów ściany komórkowej i nie wykazali bezpośrednio, który z nich odpowiada za obserwowany profil transkryptomiczny.

Możliwe znaczenie dla mukowiscydozy

Wyniki pokazują interesujący biologiczny paradoks. Silna odpowiedź zapalna może być korzystna z punktu widzenia eliminacji drobnoustroju, ale ten sam mechanizm w określonych warunkach może być niekorzystny dla tkanek gospodarza.

W przeprowadzonym doświadczeniu bardziej intensywnej odpowiedzi zapalnej na S. apiospermum towarzyszyła większa produkcja ROS i skuteczniejsze zabijanie konidiów. Może to częściowo tłumaczyć zdolność układu odpornościowego do ograniczania przeżycia tego grzyba.

Z drugiej strony w mukowiscydozie przewlekłe zapalenie dróg oddechowych jest jednym z czynników odpowiadających za postępujące uszkodzenie płuc. Autorzy zwracają uwagę, że w przypadku powtarzalnej lub przewlekłej ekspozycji na Scedosporium silna aktywacja makrofagów mogłaby teoretycznie przyczyniać się do utrzymywania środowiska zapalnego.

Szczególne znaczenie może mieć obserwowana aktywacja osi obejmujących IL-1, IL-6, TNF, IL-17 oraz chemokiny rekrutujące neutrofile. Neutrofilowe zapalenie dróg oddechowych jest istotnym elementem patofizjologii mukowiscydozy, a długotrwała aktywność mediatorów zapalnych może wiązać się z uszkodzeniem tkanek i przebudową dróg oddechowych.

Silne zapalenie może być jednocześnie mechanizmem obronnym i potencjalnym źródłem szkody

To właśnie ten podwójny charakter odpowiedzi immunologicznej stanowi jeden z najważniejszych wniosków pracy. Skuteczna odpowiedź fagocytów ogranicza przeżycie grzyba. Jeżeli jednak stymulacja układu odpornościowego jest powtarzalna lub przewlekła, długotrwała produkcja cytokin, chemokin oraz reaktywnych form tlenu może mieć inne konsekwencje niż krótkotrwała odpowiedź ochronna.

Autorzy odnoszą tę koncepcję do mukowiscydozy, w której przewlekłe zapalenie dróg oddechowych wiąże się z nasileniem uszkodzenia płuc, przebudową dróg oddechowych i pogarszaniem funkcji układu oddechowego.

Nie oznacza to jednak, że przedstawiona praca dowodzi takiego mechanizmu bezpośrednio u pacjentów. Do potwierdzenia jego znaczenia potrzebne byłyby badania obejmujące komórki osób z mukowiscydozą oraz dane kliniczne pozwalające powiązać obecność grzyba z markerami zapalenia i przebiegiem choroby.

Ograniczenia badania

Najważniejsze ograniczenie wynika z laboratoryjnego charakteru doświadczenia. Model opierał się na makrofagach uzyskiwanych z monocytów krwi obwodowej zdrowych dawców. Takie komórki nie muszą odpowiadać fenotypowi makrofagów obecnych w drogach oddechowych osoby z mukowiscydozą i funkcjonujących przez długi czas w środowisku przewlekłego zakażenia oraz zapalenia.

W części RNA-seq materiał pochodził z dwóch dawców, przy czym replikaty były pulowane. Autorzy podają, że sekwencjonowanie RNA przeprowadzono w dwóch eksperymentach. Pozostałe doświadczenia wykonywano w trzech lub czterech powtórzeniach i co najmniej trzykrotnie niezależnie.

Znaczenie mają również zastosowane MOI i wybrane punkty czasowe. Autorzy sami zaznaczają, że zarówno liczba konidiów przypadających na komórkę, jak i wybór 4 oraz 12 godzin mogły wpływać na wielkość i charakter obserwowanej odpowiedzi.

Nie przeprowadzono również bezpośredniego porównania dynamiki kiełkowania obu grzybów w zastosowanych warunkach. Jest to istotne, ponieważ w czasie germinacji zmienia się ekspozycja struktur ściany komórkowej rozpoznawanych przez układ odpornościowy.

Wreszcie badanie porównywało konkretne szczepy obu gatunków. Nie można na jego podstawie zakładać, że wszystkie izolaty kliniczne S. apiospermum oraz A. fumigatus będą wywoływać identyczną odpowiedź.

Wcześniejsze zapalenie może ograniczać przeżycie grzyba

Badanie Hélène Guégan i współpracowników dostarcza pierwszego bezpośredniego porównania transkryptomicznej odpowiedzi ludzkich makrofagów na konidia S. apiospermum i A. fumigatus w dwóch punktach czasowych.

Oba grzyby uruchamiały zbliżone podstawowe mechanizmy odporności przeciwgrzybiczej, ale S. apiospermum wywoływał reakcję znacznie wcześniej i z większą intensywnością. Obejmowała ona aktywację genów zapalnych, większe wydzielanie wielu cytokin oraz zwiększoną produkcję reaktywnych form tlenu.

Jednocześnie konidia S. apiospermum były bardziej podatne na zabijanie przez makrofagi niż konidia A. fumigatus.

Wyniki wspierają zatem hipotezę, że szybka mobilizacja odporności wrodzonej może sprzyjać skuteczniejszej eliminacji S. apiospermum. W warunkach przewlekłego kontaktu z grzybem ten sam nasilony profil zapalny może jednak potencjalnie stać się elementem podtrzymującym zapalenie dróg oddechowych. Znaczenie tego zjawiska u osób z mukowiscydozą wymaga dalszych badań klinicznych i translacyjnych.