La infección primaria por pneumocystis carinii se asocia a estimulación del sistema neuroendocrino pulmonar en ratas inmunocompetentes

Abstract

Pneumocystis es un hongo que produce infección en individuos inmunocompetentes durante los primeros meses de vida. Esta infección ha sido asociada a cambios patológicos en la vía aérea, que podrían vincularse a la severidad o patogenia de algunas enfermedades crónicas, como EPOC o Asma Bronquial. Sin embargo, los mecanismos que explican estos cambios patológicos durante la infección no se conocen con claridad. En este sentido, el sistema neuroendocrino pulmonar podría contribuir a estos cambios. El sistema neuroendocrino pulmonar es un conjunto de células epiteliales inervadas de la vía aérea que se comporta como quimiorreceptor, reservorio de células progenitoras y mediador de hiperreactividad, inflamación, reparación y remodelación tisular. Diversas enfermedades respiratorias han sido asociadas a cambios morfológicos de células neuroendocrinas pulmonares, que se han vinculado a la respuesta frente a la hipoxia, y a aumento en los niveles de sus aminas y péptidos, tales como CGRP y GRP. Estos péptidos han sido señalados como factores que contribuyen a la inflamación, broncoconstricción y remodelación en la vía aérea, por lo que podrían constituir parte de la respuesta patológica en la vía aérea durante algunas enfermedades pulmonares, eventualmente, durante la infección primaria por Pneumocystis. Por lo tanto, nos propusimos demostrar que la infección primaria por Pneumocystis carinii se asocia a estimulación del sistema neuroendocrino pulmonar, que se expresa en hiperplasia e hipertrofia de PNEC/NEBs, aumento en la inervación de NEBs, incremento en la expresión génica de los péptidos CGRP, GRP y del receptor GRPR, e incremento en los niveles de CGRP y GRP. Para demostrar la hipótesis, se trabajó con pulmones procedentes de un modelo de infección primaria por P. carinii, en ratas inmunocompetentes. En estos tejidos se buscó determinar cambios morfológicos en PNEC/NEBs, en sus fibras nerviosas, y niveles de CGRP mediante inmunohistoquímica. Adicionalmente, se buscó cuantificar la concentración de GRP mediante ELISA, y determinar la expresión de los genes de CGRP, GRP y GRPR mediante RT-PCR convencional y qRT-PCR. Se observó un incremento significativo en la densidad de grupos de células inmunorreactivas a CGRP, indicadores de NEBs, en el día 75 de infección con respecto al control, tanto en la vía aérea pequeña (menor a 250 μm) como en la vía aérea total, independiente de su tamaño. No se observaron cambios en la densidad de NEBs en la vía aérea mayor ni en la densidad de PNECs en ninguno de los días de infección estudiados. El tamaño de NEBs se incrementó significativamente en el día 60 de infección con respecto al control. No se visualizaron fibras nerviosas con la técnica utilizada. No se detectaron cambios significativos en la concentración de GRP en ninguno de los días de infección estudiados. Los niveles de mRNA de CGRP y de GRPR en el día 75 de infección fueron significativamente mayores que en el grupo control. Adicionalmente se observó que un mayor porcentaje de ratas infectadas expresaron mRNA de GRP comparado con ratas control. Los resultados de esta tesis muestran que la infección primaria por Pneumocystis en un modelo de ratas inmunocompetentes se asocia a estímulo del sistema neuroendocrino pulmonar, manifestado como hiperplasia e hipertrofia de células inmunorreactivas a CGRP, indicadoras NEBs e incremento de la expresión génica de los neuropéptidos CGRP, GRP, y del receptor GRPR. Esto sugiere que las células neuroendocrinas pulmonares, particularmente CGRP, podrían formar parte de la patogenia de la infección primaria por Pneumocystis carinii en ratas inmunocompetentes, constituyendo parte de la respuesta frente la hipoxia y/o contribuyendo a la inflamación, broncoconstricción y remodelación de la vía aérea. En estas funciones también podría participar el receptor GRPR, justificando mayores estudios para determinar la participación de las células neuroendocrinas, sus neuropéptidos de secreción y/o sus receptores en la infección. Así, CGRP y el receptor GRPR podrían constituir eventuales blancos de acción terapéutica en la infección respiratoria.

Pneumocystis is a fungus that causes an infection in immunocompetent individuals during their first months of life. This infection has been related to pathological changes in the airway, and they could be associated with severity or pathogeny of chronic diseases, such as COPD or asthma. However, mechanisms that underlie these pathological changes in the infection have not been described. Thus, Pulmonary Neuroendocrine System may be part of the infection pathogeny. The pulmonary neuroendocrine system is a group of innervated epitelial cells in the airway which have functions as chemoreceptors, stem cells reservoirs and hyperreactivity, inflammation, and tissue remodelling mediators. Several pulmonary diseases have been associated with morphological changes in neuroendocrine cells, that have been related to hypoxic response and an increase of amine and peptide levels, such as CGRP and GRP. These peptides have been described as inflammation, bronchoconstriction and remodelling factors, because of what they could contribute to the pathologic response in the airway for some respiratory diseases, eventually through the Pneumocystis primary infection. Therefore, we aimed to demostrate that the Pneumocystis carinii primary infection is related to pulmonary neuroendocrine system stimulation, expressed as PNEC/NEBs hyperplasia and hypertrophy, an increase in innervation of NEBs, increase in CGRP, GRP and GRPR gene expression and an increase in CGRP and GRP peptide levels. To demostrate this hypothesis, we used lungs of a P. carinii primary infection model in immnunocompetent rats. Morphological changes in PNEC/NEBs, nerves, and CGRP levels were determined by immnunohistochemisty, GRP concentration was measured by ELISA and CGRP, GRP and GRPR gene expression were determined using RT-PCR and qRT-PCR. We observed a significant increase in density of clusters of CGRP immunorreactive cells which indicate NEBs, on day 75 of the infection with respect to the control group, in small airway (less than 250 μm) and in total airway. No changes were observed in the NEBs density in the major airway nor in the PNECs density, independently of the day of infection. The NEBs size significanly increased on day 60 of the infection compared to the control group. Nerves were not seen with the techniques used in this thesis. The GRP concentration did not change throughout the infection. mRNA levels of CGRP and GRPR on day 75 of the infection were significantly higher than in the control group. In addition, we observed that a higher percentage of infected rats expressed GRP mRNA compared to control rats. These findings show that Pneumocystis primary infection in an immunocompetent rats model is associated with pulmonary neuroendocrine system stimulation, expressed as hyperplasia and hypertrohy of CGRP innmunorreactive cells which indicates NEBs, and an increase in CGRP, GRP and GRPR gene expression. This suggests that pulmonary neuroendocrine cells, especially CGRP could constitute part of the pathogeny in the Pneumocystis carinii primary infection in immunocompetent individuals, as a factor in the hypoxic response or contributing to airway inflammation, bronchoconstriction and remodelling. Additionally, GRPR may also participate in these functions. Nevertheless, more studies are needed to describe the participation of neuroendocrine cells, their neuropeptides and their receptors along the infection. Thus, CGRP and GRPR could become therapeutic targets in respiratory infections.