Interaction in the PAMPs – mucosal barrier – cytokines system in children with obesity

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Introduction. The significant increase in obesity among children and adolescents necessitates the search for ways to prevent and treat it. Inflammation in obesity is the main mechanism leading to comorbid changes.

Aim of the study. To establish correlations between PAMPs and cytokines in obese children.

Methods. The study included 198 children and adolescents aged 10 to 18 years with various degrees of alimentary-constitutional obesity and children without obesity. The concentrations of cytokines, trephoyl factors and PAMPs were determined by enzyme immunoassay method.

Results. A statistically significant increase in the concentration of IL-17A (p=0.022) was revealed in obese children. When divided by gender, TNFαwas significantly increased in obese boys (p=0.049) and fractalkine in girls (p=0.040).

Conclusion. The interaction in the PAMPs-mucosal barrier-cytokine system in a group of obese children showed the strongest activation of the immune system in obese boys and the escape of inflammation beyond the intestinal barrier, which is enhanced in obesity due to the association, which has pro-inflammatory activity of flagellin with TFF3.

About the authors

Irina Valerevna Kirilina

N.I. Pirogov Russian National Research Medical University, Ministry of Healthcare of the Russian Federation; FSBI “National Medical Research Center of Endocrinology” of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: kirilina-irina@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-3064-6553

Head of the Education Laboratory, Department of oncology, hematology and radiotherapy, junior Researcher

Russian Federation, 117513, Moscow, Ostrovityanova St., 1; 117292, Moscow, Dmitry Ulyanov St., 11

Sergey Aleksandrovich Rumyantsev

N.I. Pirogov Russian National Research Medical University, Ministry of Healthcare of the Russian Federation; “Molecular Health Center” LLC; FSBI “National Medical Research Center of Endocrinology” of the Ministry of Health of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: s_roumiantsev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7418-0222

Head of the Department of oncology, hematology and radiotherapy, Director, Deputy Director, Doctor of medical sciences, Professor, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, 117513, Moscow, Ostrovityanova St., 1; 117218, Moscow, Nakhimovsky Prospekt, 32, room 1, office 25; 117292, Moscow, Dmitry Ulyanov St., 11

Andrey Mikhailovich Gaponov

“Molecular Health Center” LLC; Research Institute of General Resuscitation named after V.A. Negovskiy

Email: zorba@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3429-1294

Head, Department of Infectious Immunology, Leading Researcher, Federal Scientific and Clinical Center of Resuscitation and Rehabilitation, Candidate of medical sciences

Russian Federation, 117218, Moscow, Nakhimovsky Prospekt, 32, room 1, office 25; 107031, Moscow, Petrovka St., 25/2

Dilyara Rashidovna Khusnutdinova

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: dilyahusn@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9982-9059

Junior Researcher, Research Laboratory «Omics technology», Institute of Fundamental Medicine and Biology

Russian Federation, 420021, Kazan, Parizhskoy Kommuny St., 9

Tatyana Vladimirovna Grigorieva

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: tatabio@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-5314-7012

Senior Researcher, Research Laboratory «Omics technology», Institute of Fundamental Medicine and Biology

Russian Federation, 420021, Kazan, Parizhskoy Kommuny St., 9

Elena Dmitrievna Teplyakova

FSBEI HE Rostov State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: elenatepl7@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3585-7026

Professor, Department of Children’s Diseases No.3, Doctor of medical sciences

Russian Federation, 344022, Rostov-on-Don, Nakhichevansky Lane, 29

Aleksandr Vyacheslavovich Shestopalov

N.I. Pirogov Russian National Research Medical University, Ministry of Healthcare of the Russian Federation; “Molecular Health Center” LLC; FSBI “National Medical Research Center of Endocrinology” of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: al-shest@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1428-7706

Head of the Department of biochemistry and molecular biology, Deputy Director, Head of the Laboratory of Biochemistry of Signaling Pathways, Doctor of medical sciences, Professor

Russian Federation, 117513, Moscow, Ostrovityanova St., 1; 117218, Moscow, Nakhimovsky Prospekt, 32, room 1, office 25; 117292, Moscow, Dmitry Ulyanov St., 11

References

  1. Global nutrition targets 2025: childhood overweight policy brief. https://www.who.int/publications-detail-redirect/WHO-NMH-NHD-14.6. Accessed 26 May 2024/
  2. Ley R.E., Turnbaugh P.J., Klein S., Gordon J.I. Human gut microbes associated with obesity. Nature. 2006; 444: 1022–23. https://doi.org/10.1038/4441022a.
  3. Santacruz A., Collado M.C., GarcIa-Valdés L., Segura M.T., MartIn-Lagos J.A., Anjos T., MartI-Romero M., Lopez R.M., Florido J., Campoy C., Sanz Y. Gut microbiota composition is associated with body weight, weight gain and biochemical parameters in pregnant women. Br. J. Nutr. 2010; 104: 83–92. https://doi.org/10.1017/S0007114510000176.
  4. Turnbaugh P.J., Ley R.E., Mahowald M.A., Magrini V., Mardis E.R., Gordon J.I. An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest. Nature. 2006; 444: 1027–31. https://doi.org/10.1038/nature05414.
  5. Sanchez-Alcoholado L., Castellano-Castillo D., Jordán-MartInez L., Moreno-Indias I., Cardila-Cruz P., Elena D., Muñoz-Garcia A.J., Queipo-Ortuño M.I., Jimenez-Navarro M. Role of Gut Microbiota on Cardio-Metabolic Parameters and Immunity in Coronary Artery Disease Patients with and without Type-2 Diabetes Mellitus. Front Microbiol. 2017; 8: 1936. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01936.
  6. Корниенко Е.А. Современные представления о взаимосвязи ожирения и кишечной микробиоты. Педиатр. 2013; 4 (3): 3–14. https://doi.org/10.24412/FHG3C-ZTKP8. [Kornienko E.A. Sovremennye predstavleniya o vzaimosvyazi ozhireniya i kishechnoj mikrobioty. Pediatr. 2013; 4 (3): 3–14. https://doi.org/10.24412/FHG3C-ZTKP8 (in Russian)].
  7. Blacher E., Levy M., Tatirovsky E., Elinav E. Microbiome-Modulated Metabolites at the Interface of Host Immunity. J. Immunol. 2017; 198: 572–80. https://doi.org/10.4049/jimmunol.1601247.
  8. Rakoff-Nahoum S., Paglino J., Eslami-Varzaneh F., Edberg S., Medzhitov R. Recognition of Commensal Microflora by Toll-Like Receptors Is Required for Intestinal Homeostasis. Cell. 2004; 118: 229–41. https://doi.org/10.1016/j.cell.2004.07.002.
  9. Шестопалов А.В., Дворников А.С., Борисенко О.В., Тутельян А.В. Трефоиловые факторы-новые маркеры мукозального барьера желудочно-кишечного тракта. Российский Журнал Инфекция и Иммунитет. 2019; 9: 39–46. https://doi.org/10.15789/2220-7619-2019-1-39-46. [Shestopalov A.V., Dvornikov A.S., Borisenko O.V., Tutelyan A.V. Trefoil factors – new markers of gastrointestinal mucosal barrier. Russian Journal of Infection and Immunity. 2019; 9 (1): 39–46. https://doi.org/10.15789/2220-7619-2019-1-39-46 (in Russian)].
  10. Шестопалов А.В., Колесникова И.М., Савчук Д.В., Теплякова Е.Д., Шин В.А., Григорьева Т.В., Набока Ю.Л., Гапонов А.М., Румянцев С.А. Влияние вида вскармливания на таксономический состав кишечного микробиома и уровни трефоиловых факторов у детей и подростков. Российский Физиологический Журнал им. И.М. Сеченова. 2023; 109: 656–72. https://doi.org/10.31857/S0869813923050096. [Shestopalov A.V., Kolesnikova I.M., Savchuk D.V., Teplyakova E.D., Shin V.A., Grigoryeva T.V., Naboka Y.L., Gaponov A.M., Roumiantsev S.A. Influence of the Infant Feeding on the Taxonomy of the Gut Microbiome and the Trefoil Factors Level in Children and Adolescents. Rossijskij fiziologiceskij zhurnal im. I.M. Sechenova. 2023; 109 (5): 656–72. https://doi.org/10.31857/S0869813923050096 (in Russian)].
  11. Kolesnikova I.M., Ganenko L.A., Vasilyev I.Yu., Grigoryeva T.V., Volkova N.I., Roumiantsev S.A., Shestopalov A.V. Metabolic Profile of Gut Microbiota and Levels of Trefoil Factors in Adults with Different Metabolic Phenotypes of Obesity. Mol Biol. 2024; 58: 728–44. https://doi.org/10.1134/S0026893324700316.
  12. Скворцова О.В., Мигачева Н.Б., Михайлова Е.Г. Иммунометаболические аспекты хронического неспецифического воспаления на фоне ожирения. Медицинский Совет. 2023; 75–82. https://doi.org/10.21518/ms2023-187. [Skvortsova O.V., Migacheva N.B., Mikhailova E.G. Immunometabolic aspects of chronic nonspecific inflammation in obesity. Meditsinskiy Sovet. 2023; 75–82. https://doi.org/10.21518/ms2023-187 (in Russian)].
  13. Schwartz C., Schmidt V., Deinzer A., Hawerkamp H.C., Hams E., Bayerlein J., Röger O., Bailer M., Krautz C., El Gendy A., Elshafei M., Heneghan H.M., Hogan A.E., O’Shea D., Fallon P.G. Innate PD-L1 limits T cell–mediated adipose tissue inflammation and ameliorates diet-induced obesity. Sci Transl Med. 2022; 14: 6879. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.abj6879.
  14. Teijeiro A., Garrido A., Ferre A., Perna C., Djouder N. Inhibition of the IL-17A axis in adipocytes suppresses diet-induced obesity and metabolic disorders in mice. Nat Metab. 2021; 3: 496–12. https://doi.org/10.1038/s42255-021-00371-1.
  15. Douzandeh-Mobarrez B., Kariminik A. Gut Microbiota and IL-17A: Physiological and Pathological Responses. Probiotics Antimicrob Proteins. 2019; 11: 1–10. https://doi.org/10.1007/s12602-017-9329-z.
  16. Кирилина И.В., Шестопалов А.В., Гапонов А.М., Камальдинова Д.Р., Хуснутдинова Д.Р., Григорьева Т.В., Теплякова Е.Д., Юдин С.М., Макаров В.В., Румянцев А.Г., Борисенко О.В., Румянцев С.А. Особенности микробиома крови у детей с ожирением. Педиатрия имени Г.Н. Сперанского. 2022; 101 (5): 15–22. https://doi.org/10.24110/0031-403X-2022-101-5-15-22. [Kirilina I.V., Shestopalov A.V., Gaponov A.M., Kamaldinova D.R., Khusnutdinova D.R., Grigorieva T.V., Teplyakova E.D., Yudin S.M., Makarov V.V., Rumyantsev A.G., Borisenko O.V., Rumyantsev S.A. Features of the blood microbiome in obese children. Pediatria n.a. G.N. Speransky. 2022; 101 (5): 15–22. https://doi.org/10.24110/0031-403X-2022-101-5-15-22 (in Russian)].
  17. Murthy KGK., Deb A., Goonesekera S., SzabóC., Salzman A.L. Identification of Conserved Domains in Salmonella muenchen Flagellin That Are Essential for Its Ability to Activate TLR5 and to Induce an Inflammatory Response in Vitro. J. Biol. Chem. 2004; 279: 5667–75. https://doi.org/10.1074/jbc.M307759200.
  18. Bambou J-C., Giraud A., Menard S., Begue B., Rakotobe S., Heyman M., Taddei F., Cerf-Bensussan N., Gaboriau-Routhiau V. In Vitro and ex Vivo Activation of the TLR5 Signaling Pathway in Intestinal Epithelial Cells by a Commensal Escherichia coli Strain. J. Biol. Chem. 2004; 279: 42984–92. https://doi.org/10.1074/jbc.M405410200.
  19. Wu Z., Pan D., Guo Y., Sun Y., Zeng X. Peptidoglycan diversity and anti-inflammatory capacity in Lactobacillus strains. Carbohydr Polym. 2015; 128: 130–37. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.04.026.
  20. Wu Z., Pan D., Guo Y., Zeng X. Structure and anti-inflammatory capacity of peptidoglycan from Lactobacillus acidophilus in RAW-264.7 cells. Carbohydr Polym. 2013; 96: 466–73. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.04.028.
  21. Kwan JMC, Liang Y., Ng EWL., Sviriaeva E., Li C., Zhao Y., Zhang X-L., Liu X-W., Wong S.H., Qiao Y. In silico MS/MS prediction for peptidoglycan profiling uncovers novel anti-inflammatory peptidoglycan fragments of the gut microbiota. Chem Sci. 2024; 15 (5): 1846–59. https://doi.org/10.1039/d3sc05819k.
  22. Grangette C., Macho-Fernandez E., Pot B. Anti-inflammatory capacity of lactobacilli peptidoglycan: mucosal and systemic routes of administration promote similar effects – The Authors’ reply. Gut. 2012; 61: 784. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2011-301194.
  23. Rhee S.H., Im E., Riegler M., Kokkotou E., O’Brien M., Pothoulakis C. Pathophysiological role of Toll-like receptor 5 engagement by bacterial flagellin in colonic inflammation. Proc Natl Acad Sci. 2005; 102 (38): 13610–5. https://doi.org/10.1073/pnas.0502174102.
  24. Yoon S., Kurnasov O., Natarajan V., Hong M., Gudkov A.V., Osterman A.L., Wilson I.A. Structural Basis of TLR5-Flagellin Recognition and Signaling. Science. 2012; 335: 859–64. https://doi.org/10.1126/science.1215584.
  25. Vijay-Kumar M., Gewirtz A.T. Flagellin: key target of mucosal innate immunity. Mucosal Immunol. 2009; 2: 197–205. https://doi.org/10.1038/mi.2009.9.
  26. Feng S., Zhang C. Chen S. He R., Chao G, Zhang S. TLR5 Signaling in the Regulation of Intestinal Mucosal Immunity. J. Inflamm Res. 2023; (16): 2491–01. https://doi.org/10.2147/JIR.S407521.
  27. Kukhtina N.B., Arefieva T.I., Ruleva N.Yu., Sidorova M.V., Azmuko A.A., Bespalova Zh.D., Krasnikova T.L. Peptide fragments of the fractalkine chemokine domain: Influence on migration of human monocytes. Russ J. Bioorganic Chem. 2012; (38): 584–89. https://doi.org/10.1134/S1068162012060088.
  28. McGinley A.M., Sutton C.E., Edwards S.C., Leane C.M., DeCourcey J., Teijeiro A., Hamilton J.A., Boon L., Djouder N., Mills KHG. Interleukin-17A Serves a Priming Role in Autoimmunity by Recruiting IL-1β-Producing Myeloid Cells that Promote Pathogenic T Cells. Immunity. 2020; (52): 342–56. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2020.01.002.
  29. Ishigame H., Kakuta S., Nagai T., Kadoki M., Nambu A., Komiyama Y., Fujikado N., Tanahashi Y., Akitsu A., Kotaki H., Sudo K., Nakae S. Sasakawa C., Iwakura Y. Differential Roles of Interleukin-17A and -17F in Host Defense against Mucoepithelial Bacterial Infection and Allergic Responses. Immunity. 2009; 30: 108–19. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2008.11.009.
  30. Kumar P., Chen K., Kolls J.K. Th17 cell based vaccines in mucosal immunity. Curr Opin Immunol. 2013; 25: 373–80. https://doi.org/10.1016/j.coi.2013.03.011.
  31. Mills KHG. Induction, function and regulation of IL-17-producing T cells. Eur J Immunol. 2008; 38: 2636–49. https://doi.org/10.1002/eji.200838535.
  32. Beenen A.C., Sauerer T., Schaft N., Dörrie J. Beyond Cancer: Regulation and Function of PD-L1 in Health and Immune-Related Diseases. Int. J. Mol. Sci. 2022; 23: 8599. https://doi.org/10.3390/ijms23158599.
  33. Kawamura N., Katsuura G., Yamada-Goto N., Nakama R., Kambe Y., Miyata A., Furuyashiki T., Narumiya S., Ogawa Y., Inui A. Brain fractalkine-CX3CR1 signalling is anti-obesity system as anorexigenic and anti-inflammatory actions in diet-induced obese mice. Sci Rep. 2022; 12: 12604. https://doi.org/10.1038/s41598-022-16944-3.
  34. PolyákÁ., Ferenczi S., DénesÁ., Winkler Z., Kriszt R., Pintér-Kübler B., Kovács K.J. The fractalkine/Cx3CR1 system is implicated in the development of metabolic visceral adipose tissue inflammation in obesity. Brain Behav Immun. 2014; 38: 25–35. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2014.01.010.
  35. Hoffmann W. Trefoil Factor Family (TFF) Peptides and Their Diverse Molecular Functions in Mucus Barrier Protection and More: Changing the Paradigm. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21: 4535. https://doi.org/10.3390/ijms21124535.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Table 1 Anthropometric indicators of the group

Download (119KB)
Indexing metadata
3. Table 2 Concentrations of PAMPs, trefoil factors and cytokines in blood in the study groups

Download (232KB)
Indexing metadata
4. Table 3 Concentrations of PAMPs, trefoil factors and cytokines in in girls and boys in the study groups

Download (452KB)
Indexing metadata

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».