Järn matar immunceller - och det kan förvärra astma

Du har säkert hört att du kan få järn genom att äta spenat och biff. Du kanske också vet att det är ett viktigt spårmineral som är en viktig komponent i hemoglobin, proteinet i röda blodkroppar som transporterar syre från lungorna till alla delar av kroppen.

En mindre känd viktig funktion hos järn är dess roll i att generera energi för vissa immunceller.

I en nyligen publicerad studie från vårt laboratorium fann vi att blockering eller begränsning av järnets inträde i immuncellerna potentiellt kan förbättra symptomen på en allergeninducerad astma attack.

Immunceller som behöver järn

Under ett astmaanfall aktiverar ofarliga allergener immunceller i dina lungor som kallas ILC2s (inneboende lymfoida celler typ 2). Detta leder till deras spridning och frisättning av stora mängder cytokiner - budbärare som immunceller använder för att kommunicera, och orsakar oönskad inflammation. Resultatet är symtom som hosta och väsande andning, vilket gör att dina luftvägar känns som att de trycks ihop.

För att utvärdera järnets roll i ILC2-funktionen i lungan utförde vi en serie experiment med ILC2 i laboratoriet. Vi bekräftade sedan våra fynd hos möss med allergisk astma och hos patienter med olika 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 vid tidpunkten för ILC2-aktivering kunde cellerna inte använda järn och kunde inte längre föröka sig och orsaka inflammation lika effektivt som tidigare.

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

När vi berövade ILC2s järn med hjälp av en kelator, tvingades cellerna ändra sin ämnesomsättning och byta till ett annat energiproduktionssätt, liknande det att byta en sportbil till en cykel. Cellerna var inte längre lika effektiva för att orsaka inflammation i lungorna.

Närnäst begränsade vi cellulärt järn hos möss med känsliga luftvägar på grund av ILC2-aktivitet. Vi gjorde detta på tre olika sätt: genom att hämma TfR1, lägga till en järnkelator eller inducera låga totala järnnivåer med hjälp av ett syntetiskt protein som kallas mini-hepcidin. Var och en av dessa metoder hjälpte till att minska luftvägarnas överkänslighet hos möss, vilket faktiskt minskade svårighetsgraden av deras astmasymtom.

Slutligen studerade vi celler från astmapatienter. Vi märkte något intressant: ju mer TfR1-protein på deras ILC2-celler, desto värre var deras astmasymtom. Med andra ord, järn spelade en stor roll i svårighetsgraden av deras astma. TfR1-blockad och järnkelatorbehandling minskade ILC2-proliferation och cytokinproduktion, vilket tyder på att våra resultat i möss är tillämpliga på mänskliga celler. Det betyder att vi kan flytta dessa resultat från laboratoriet till kliniska prövningar så snabbt som möjligt.

Järnbehandling för astma

Järn är som en orkesterledare, som talar om för immunceller som ILC2 hur de ska bete sig under en astmaanfall. Utan tillräckligt med järn kan dessa celler inte orsaka så mycket problem, vilket kan innebära färre astmasymtom.

Närnäst arbetar vi med att rikta in oss på en patients immunceller under en astmaattack. Om vi kan minska mängden järn som är tillgängligt för ILC2 utan att tömma de totala järnnivåerna i kroppen, kan detta leda till nya behandlingar för astma som tar itu med den underliggande orsaken till sjukdomen, inte bara dess symtom. Tillgängliga behandlingar kan kontrollera symtomen för att hålla patienterna vid liv, men de botar inte sjukdomen. Järnrelaterade behandlingar kan erbjuda en bättre lösning för astmapatienter.

Vår upptäckt gäller inte bara astma. Detta kan vara en spelförändring för andra sjukdomar som involverar ILC2, såsom eksem och typ 2-diabetes. Vem kunde tro att järn kunde vara så viktigt för ditt immunförsvar?

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