The role of activated leukocyte cell adhesion molecule (ALCAM/CD166) in respiratory syncytial virus induced airway inflammation

Abstract

Background : Respiratory syncytial virus (RSV) is a common respiratory virus that cause acute lower respiratory tract infectious (LRTI) diseases. Interleukin (IL)-33, a critical inflammatory mediator which activates type 2 responses, is expressed in airway epithelial cells in response to RSV infection. Activated leukocyte cell adhesion molecule (ALCAM) involves in inflammatory responses and allergic diseases. However, the role of ALCAM in RSV infection remains unclear. This study aims to investigate the association of ALCAM in regulating IL-33 expression derived from RSV infected airway epithelial cells. Methods : A549 cells were also exposed to RSV at a multiplicity of infection (MOI) of 0.1 for 1 hour. To investigate the specific involvement of ALCAM, knockdown of ALCAM in the A549 cells was established using short hairpin RNA lentivirus. The expression of ALCAM and inflammatory cytokines including IL-33 induced by RSV infection were investigated. In order to verify the role of ALCAM in regulating expression of IL-33, anti-ALCAM antibody assay was conducted. Moreover, the phosphorylation of mitogen activated protein kinase (MAPK) pathways was analyzed. To further investigate the involvement of ALCAM in RSV induced inflammation in vivo, C57BL/6 wild-type mice were infected with 8x106 plaque forming units (PFU) of RSV. Results : The increased expression levels of ALCAM and inflammatory cytokines were observed both in A549 cells and mice upon RSV infection. The viability of A549 cells was decreased in a time-dependent manner following RSV infection. Interestingly, IL-33 expression showed significant alleviation in ALCAM knockdown cells compared to control cells following RSV infection. Moreover, anti-ALCAM antibody treatment also reduced IL-33 expression after RSV infection. RSV infection induced phosphorylation of MAPK signaling pathways such as extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2), p38, and c-Jun-N-terminal kinase (JNK). Notably, the phosphorylation of MAPK pathways was diminished in ALCAM knockdown cells compared to control cells following RSV infection. Moreover, inhibition of these MAPK pathways remarkably decreased the expression of IL-33. Conclusion : These findings indicate that ALCAM contributes IL-33 expression by regulating MAPK signaling pathways induced by RSV infection. 배경: 호흡기 세포융합 바이러스는 급성 하부 호흡기 감염 질환의 주요 원인이며 주로 영유아 및 노인에게 취약한 호흡기 바이러스이다. 호흡기 세포융합 바이러스에 감염되었을 때 기도 상피세포에서 인터루킨-33의 발현이 유도되며, 이는 2형 면역 반응을 활성화시키는 중요한 염증 매개체이다. Activated leukocyte cell adhesion molecule (ALCAM)은 세포막 내 존재하는 당단백질의 일종으로, 염증 반응의 조절과 알레르기 질환에 관여한다고 알려져 있다. 최근 연구 결과, 알레르기성 천식으로 인한 염증 반응과 ALCAM과의 연관성이 규명된 바 있다. 그러나 호흡기 세포융합 바이러스 감염으로 유발되는 인터루킨-33 발현에 ALCAM이 미치는 영향은 아직 명확하지 않다. 본 연구는 호흡기 세포융합 바이러스에 감염된 기도 상피 세포에서 유래한 인터루킨-33 발현 조절에서 ALCAM의 연관성을 조사하고자 한다. 방법: 본 연구에서는 A549 세포에 호흡기 세포융합 바이러스를 시킨 후 ALCAM의 역할을 확인하기 위해 A549 세포에서 ALCAM의 발현을 억제하여 대조군과 비교하였다. 호흡기 세포융합 바이러스 감염으로 인해 유도되는 ALCAM 및 염증성 사이토카인의 발현을 조사하였다. 또한, 인터루킨-33의 발현을 조절하는 ALCAM의 역할을 검증하기 위해 항-ALCAM 항체를 이용한 실험을 실시하였다. 이후 호흡기 세포융합 바이러스에 감염된 A549 세포에서 mitogen activated protein kinase (MAPK) 신호 전달 경로를 분석하였다. 또한, 호흡기 세포융합 바이러스로 C57BL/6 야생형 마우스를 감염시켜 ALCAM의 발현을 분석하여, 생체 내에서 호흡기 세포융합 바이러스로 인한 염증과 ALCAM 간의 연관성을 추가적으로 확인하였다. 결과: 본 연구에서는 C57BL/6 야생형 마우스 및 A549 세포에서 호흡기 세포융합 바이러스 감염으로 인한 ALCAM 및 염증성 사이토카인의 발현이 모두 증가되었음을 확인하였다. 호흡기 세포융합 바이러스 감염으로 인해 A549 세포의 생존율은 시간에 따라 감소하였다. 또한, ALCAM의 발현을 억제시킨 세포에서는 호흡기 세포융합 바이러스 감염으로 인해 유도되는 인터루킨-33의 발현이 현저하게 저해됨을 확인하였다. 항-ALCAM 항체를 처리한 A549 세포에서도 호흡기 세포융합 바이러스 감염으로 인한 인터루킨-33의 발현이 감소하였다. 호흡기 세포융합 바이러스에 감염된 A549 세포에서는 MAPK 신호 경로의 활성화가 유도되었지만, ALCAM의 발현이 억제된 A549 세포에서는 호흡기 세포융합 바이러스 감염 후 대조군에 비해 MAPK 신호 경로의 인산화가 감소하였다. 또한, A549 세포에 MAPK 경로 억제제를 처리한 결과, 호흡기 세포융합 바이러스로 유도되는 인터루킨-33의 발현이 유의미하게 감소됨을 확인하였다. 결론: 본 연구에서는 기도 상피세포에서 ALCAM이 호흡기 세포융합 바이러스 감염에 의해 유발되는 MAPK 신호 전달 경로에 영향을 미침으로써 인터루킨-33 발현을 조절한다는 것을 밝혔다.