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Transcriptional and functional diversity of human macrophage repolarization - 04/04/19

Doi : 10.1016/j.jaci.2018.10.046 
Sina A. Gharib, MD a, , Ryan S. McMahan, PhD b, , William E. Eddy, BS a, Matthew E. Long, PhD a, William C. Parks, PhD c, Moira L. Aitken, MD a, Anne M. Manicone, MD a,
a Division of Pulmonary, Critical Care and Sleep Medicine, University of Washington, Seattle, Wash 
b Department of Environmental and Occupational Health Sciences, University of Washington, Seattle, Wash 
c Women's Guild Lung Institute, Cedars-Sinai Medical Center, Los Angeles, Calif 

Corresponding authors: Sina Gharib, MD, or Anne Manicone, MD, Center for Lung Biology, Division of Pulmonary, Critical Care and Sleep Medicine, University of Washington, 850 Republican St, Seattle, WA 98109.Center for Lung BiologyDivision of Pulmonary, Critical Care and Sleep MedicineUniversity of Washington850 Republican StSeattleWA98109

Abstract

Background

Macrophage plasticity allows cells to adopt different phenotypes, a property with important implications in disorders such as cystic fibrosis (CF) and asthma.

Objective

We sought to examine the transcriptional and functional significance of macrophage repolarization from an M1 to an M2 phenotype and assess the role of a common human genetic disorder (CF) and a prototypical allergic disease (asthma) in this transformation.

Methods

Monocyte-derived macrophages were collected from healthy subjects and patients with CF and polarized to an M2 state by using IL-4, IL-10, glucocorticoids, apoptotic PMNs, or azithromycin. We performed transcriptional profiling and pathway analysis for each stimulus. We assessed the ability of M2-repolarized macrophages to respond to LPS rechallenge and clear apoptotic neutrophils and used murine models to determine conserved functional responses to IL-4 and IL-10. We investigated whether M2 signatures were associated with alveolar macrophage phenotypes in asthmatic patients.

Results

We found that macrophages exhibit highly diverse responses to distinct M2-polarizing stimuli. Specifically, IL-10 activated proinflammatory pathways and abrogated LPS tolerance, allowing rapid restoration of LPS responsiveness. In contrast, IL-4 enhanced LPS tolerance, dampening proinflammatory responses after repeat LPS challenge. A common theme observed across all M2 stimuli was suppression of interferon-associated pathways. We found that CF macrophages had intact reparative and transcriptional responses, suggesting that macrophage contributions to CF-related lung disease are primarily shaped by their environment. Finally, we leveraged in vitro–derived signatures to show that allergen provocation induces distinct M2 state transcriptional patterns in alveolar macrophages.

Conclusion

Our findings highlight the diversity of macrophage polarization, attribute functional consequences to different M2 stimuli, and provide a framework to phenotype macrophages in disease states.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : Macrophage, polarization, pathway, microarray, cystic fibrosis, asthma, efferocytosis, tolerance

Abbreviations used : CF, CFSE, CFTR, FDR, GSEA, IFIT, MDM, qPCR


Plan


 Supported by the National Institutes of Health (NIH)/National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases P30 DK089507 (to A.M.M., R.S.M., and S.A.G.), NIH/National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI) R01 HL116514 (to A.M.M.), NIH/National Institute of Allergy and Infectious Diseases R01 AI137111 (to S.A.G.), NIH/NHLBI T32 HL007828 (to M.E.L.), and the Cystic Fibrosis Foundation Research Development Program CFF SINGH15R0 (to M.E.L.).
 Disclosure of potential conflict of interest: The authors declare that they have no relevant conflicts of interest.


© 2018  American Academy of Allergy, Asthma & Immunology. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 143 - N° 4

P. 1536-1548 - avril 2019 Retour au numéro
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