Järn ger näring åt immunceller - och kan förvärra astma

Du har säkert hört att du kan få i dig järn från spenat och biff. Du kanske också vet att det är ett viktigt mikronäringsämne som är en viktig del av hemoglobin, proteinet i röda blodkroppar som transporterar syre från dina lungor till alla delar av kroppen.

En mindre känd viktig funktion av järn är dess inblandning i energiproduktion för vissa immunceller.

I en nyligen publicerad studie från vårt laboratorium fann vi att blockering eller begränsning av flödet av järn till immunceller potentiellt skulle kunna lindra symtomen på en astmaattack utlöst av allergener.

Immunceller som behöver järn

Under en astmaattack aktiverar ofarliga allergener immunceller i dina lungor som kallas ILC2 (intrinsic lymphoid cells typ 2). Detta får dem att föröka sig och frigöra stora mängder cytokiner, de budbärare som immunceller använder för att kommunicera, vilket orsakar oönskad inflammation. Resultatet är symtom som hosta och väsande andning, vilket gör att det känns som att dina luftvägar är sammandragna.

För att bedöma järnets roll i ILC2-funktionen i lungan genomförde vi en serie experiment med ILC2 i laboratoriet. Vi validerade sedan våra resultat hos möss med allergisk astma och hos patienter med varierande svårighetsgrad av astma.

Experimentella resultat

Först upptäckte vi att ILC2 använder ett protein som kallas transferrinreceptor 1 (TfR1) för att ta upp järn. När vi blockerade detta protein när ILC2 aktiverades kunde cellerna inte använda järnet och kunde inte längre replikera och orsaka inflammation lika effektivt som de hade gjort tidigare.

Sedan använde vi en kemikalie som kallas järnkelator för att förhindra att ILC2 använder järn. Järnkelatorer är som supermagneter för järn och används medicinskt för att hantera tillstånd där det finns för mycket järn i kroppen.

När vi berövade ILC2:erna järn med en kelator tvingades cellerna att ändra sin ämnesomsättning och byta till ett annat sätt att få energi, som att byta från en sportbil till en cykel. Cellerna var inte längre lika effektiva på att orsaka inflammation i lungorna.

Därefter begränsade vi celljärnhalten hos möss med känsliga luftvägar på grund av ILC2-aktivitet. Vi gjorde detta på tre olika sätt: genom att hämma TfR1, tillsätta en järnkelator eller inducera låga totala järnnivåer med ett syntetiskt protein som kallas mini-hepcidin. Var och en av dessa metoder bidrog till att minska luftvägshyperreaktiviteten hos mössen, vilket faktiskt minskade svårighetsgraden av deras astmasymtom.

Slutligen tittade vi på celler från astmapatienter. Vi lade märke till något intressant: ju mer TfR1-protein de hade på sina ILC2-celler, desto värre var deras astmasymtom. Med andra ord spelade järn en stor roll för svårighetsgraden av deras astma. Att blockera TfR1 och använda järnkelatorer minskade ILC2-proliferation och cytokinproduktion, vilket tyder på att våra musfynd är tillämpliga på mänskliga celler. Det betyder att vi kan flytta dessa fynd från labbet till kliniska prövningar så snabbt som möjligt.

Järnbehandling för astma

Järn fungerar som en orkesterdirigent och talar om för immunceller som ILC2 hur de ska bete sig under en astmaattack. Utan tillräckligt med järn kan dessa celler inte orsaka lika mycket problem, vilket kan innebära färre astmasymtom.

Härnäst arbetar vi med att rikta in oss på patientens immunceller under en astmaattack. Om vi kan minska mängden järn som är tillgängligt för ILC2 utan att minska de totala järnnivåerna i kroppen, kan detta leda till en ny behandling för astma som tar itu med den bakomliggande orsaken till sjukdomen, inte bara symtomen. Nuvarande behandlingar kan kontrollera symtomen för att hålla patienterna vid liv, men de botar inte sjukdomen. Järnbaserade behandlingar kan erbjuda en bättre lösning för astmapatienter.

Vår upptäckt är inte bara tillämpbar på astma. Den skulle kunna vara revolutionerande för andra sjukdomar som involverar ILC2, såsom eksem och typ 2-diabetes. Vem hade kunnat tro att järn kunde vara så viktigt för immunförsvaret?

Resultaten av arbetet beskrivs i detalj i en artikel publicerad i tidskriften The Conversation.