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Macrophages acquire a TNF-dependent inflammatory memory in allergic asthma - 03/06/22

Doi : 10.1016/j.jaci.2021.11.026 
Antonie Lechner, PhD a, Fiona D.R. Henkel, MSc a, , Franziska Hartung, MSc a, , Sina Bohnacker, MSc a, Francesca Alessandrini, PhD a, Ekaterina O. Gubernatorova, MSc b, Marina S. Drutskaya, PhD b, Carlo Angioni, BSc c, Yannick Schreiber, BSc d, Pascal Haimerl, PhD a, Yan Ge, PhD e, Dominique Thomas, PhD c, Agnieszka M. Kabat, PhD f, Edward J. Pearce, PhD f, Caspar Ohnmacht, PhD a, Sergei A. Nedospasov, PhD b, Peter J. Murray, PhD g, Adam M. Chaker, MD a, h, Carsten B. Schmidt-Weber, PhD a, Julia Esser-von Bieren, PhD a,
a Center of Allergy and Environment (ZAUM), Technical University of Munich and Helmholtz Center Munich, Munich, Germany 
b Center for Precision Genome Editing and Genetic Technologies for Biomedicine, Engelhardt Institute of Molecular Biology, Moscow, and Sirius University of Science and Technology, Sochi, Russia 
c Institute of Clinical Pharmacology, Goethe-University Frankfurt, Frankfurt am Main, Germany 
d Fraunhofer Institute for Translational Medicine and Pharmacology (ITMP), Frankfurt am Main, Germany 
e Department of Immunobiology, Hospital Carl Gustav Carus, University of Dresden, Dresden, Germany 
f Max Planck Institute for Immunobiology and Epigenetics, Freiburg, Germany 
g Max Planck Institute of Biochemistry, Munich, Germany 
h Department of Otorhinolaryngology and Head and Neck Surgery, TUM Medical School, Technical University of Munich, Munich, Germany 

Corresponding author: Julia Esser-von Bieren, PhD, Zentrum fuer Allergie und Umwelt (ZAUM), Biedersteiner Strasse 29, 80802 Munich, Germany.Zentrum fuer Allergie und Umwelt (ZAUM)Biedersteiner Strasse 29Munich80802Germany

Abstract

Background

Infectious agents can reprogram or “train” macrophages and their progenitors to respond more readily to subsequent insults. However, whether such an inflammatory memory exists in type 2 inflammatory conditions such as allergic asthma was not known.

Objective

We sought to decipher macrophage-trained immunity in allergic asthma.

Methods

We used a combination of clinical sampling of house dust mite (HDM)-allergic patients, HDM-induced allergic airway inflammation in mice, and an in vitro training setup to analyze persistent changes in macrophage eicosanoid, cytokine, and chemokine production as well as the underlying metabolic and epigenetic mechanisms. Transcriptional and metabolic profiles of patient-derived and in vitro trained macrophages were assessed by RNA sequencing or metabolic flux analysis and liquid chromatography–tandem mass spectrometry analysis, respectively.

Results

We found that macrophages differentiated from bone marrow or blood monocyte progenitors of HDM-allergic mice or asthma patients show inflammatory transcriptional reprogramming and excessive mediator (TNF-α, CCL17, leukotriene, PGE2, IL-6) responses upon stimulation. Macrophages from HDM-allergic mice initially exhibited a type 2 imprint, which shifted toward a classical inflammatory training over time. HDM-induced allergic airway inflammation elicited a metabolically activated macrophage phenotype, producing high amounts of 2-hydroxyglutarate (2-HG). HDM-induced macrophage training in vitro was mediated by a formyl peptide receptor 2–TNF–2-HG–PGE2/PGE2 receptor 2 axis, resulting in an M2-like macrophage phenotype with high CCL17 production. TNF blockade by etanercept or genetic ablation of Tnf in myeloid cells prevented the inflammatory imprinting of bone marrow–derived macrophages from HDM-allergic mice.

Conclusion

Allergen-triggered inflammation drives a TNF-dependent innate memory, which may perpetuate and exacerbate chronic type 2 airway inflammation and thus represents a target for asthma therapy.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : CCL17, chemokines, eicosanoids, lipid mediators, macrophages, trained immunity, type 2 inflammation

Abbreviations used : 2-HG, AAI, AM, aMDM, BMDM, cysLT, EP2, FPR2, HDM, HIF, KDM, LT, MDM, PGE2, T2


Plan


 This study was supported by the German Research Foundation (DFG) (FOR2599, ES 471/3-1; ES 471/2-3), the Fritz Thyssen Stiftung (grant Az. 10.17.2.017MN), and a Helmholtz Young Investigator grant (VH-NG-1331) to J.E.v.B. C.O. is supported by the European Research Council (ERC starting grant project 716718) and the DFG (project 395357507-SFB1371 and grant OH 282/1-1 within FOR2599). C.S.W. receives grant support by the German Center for Lung Research (DZL; 82DZL00302). G.E.O., S.A.N., and M.S.D. are supported by grant 075-15-2019-1660 from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation.
 Disclosure of potential conflict of interest: C. B. Schmidt-Weber received grant support from Allergopharma, PLS Design, and Zeller AG; and received speaker honoraria from Allergopharma. The rest of the authors declare that they have no relevant conflicts of interest.


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Vol 149 - N° 6

P. 2078-2090 - juin 2022 Retour au numéro
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