The cross-talk between human NK cells and neutrophils and how it is affected by omega-3 polyunsaturated fatty acids

Abstract

NK cells are innate lymphocytes that are part of the immune systems frontline defence against tumours and infections. Neutrophils are the most abundant leukocyte in peripheral blood and accumulate at sites of inflammation where they participate in elimination of pathogens, but may also cause significant tissue damage. Omega-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFA) have immune-regulating and inflammation resolving effects that may be important in determining the severity and development of inflammatory diseases. This study investigated the effects human NK cells and neutrophils have on each other’s function and phenotype and how their interaction can be modulated by the presence of n-3 PUFA. NK cells were isolated from buffy coat using MACS negative selection. They were cultured for 18 hours with or without 50 µM of the n-3 PUFA eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA), or for comparison with the n-6 PUFA arachidonic acid (AA). Then the NK cells were stimulated with IL-2, IL-12 and IL-15 and either cultured alone or co-cultured with neutrophils, isolated from fresh peripheral blood by dextran sedimentation, for up to 18 hours. In some experiments the NK cells and neutrophils were separated by a transwell membrane. Cytokine concentration in the medium was measured by ELISA and expression of apoptosis and surface markers by flow cytometry.NK cells modulated neutrophil survival and increased expression of the anti-apoptosis molecule CD47 on neutrophils. NK cells also increased the proportion of neutrophils expressing the activation molecule CD11b and the expression of CD11b on neutrophils which was abrogated to some extent in the presence of DHA. Neutrophils decreased the proportion of NK cells expressing the activation molecules CXCR3 and NKp46, both associated with NK cell cytotoxic functions, and this effect was cell-cell contact dependent. The expression of NKp46 was further suppressed by the presence of DHA. Co-culturing NK cells and neutrophils resulted in more secretion of the cytokines and chemokines IL-8, CXCL10, IL-1ra and GM-CSF than when either cell type was cultured alone. EPA and DHA decreased secretion of CCL3 and IFN-γ and DHA also decreased TNF-α secretion from co-cultured NK cells and neutrophils. These results indicate that NK cells and neutrophils engage in cross-talk through the release of soluble factors, such as cytokines and chemokines, but also through direct cell-cell contact. Further, the presence of EPA and DHA modulate NK cell and neutrophil function in favour of an anti-inflammatory profile.

Náttúrulegar drápsfrumur (NK frumur) eru hluti af meðfæddum vörnum líkamans og í fremstu víglínu í vörnum gegn krabbameini og sýkingum. Daufkyrningar eru þær hvítfrumur í blóðrás sem eru fjölmennastar og íferð þeirra í vefi þar sem bólga verður er mikil. Ómega-3 (n-3) fjölómettaðar fitusýrur (FÓFS) hafa ónæmistemprandi og bólguhjöðnunar áhrif sem geta verið mikilvæg í að meta alvarleika og þróun bólgusjúkdóma. Í þessu verkefni voru skoðuð áhrif NK frumna og daufkyrninga á virkni hvor annarrar og hvort n-3 FÓFS hafi áhrif þar á. NK frumur voru einangraðar úr útvefjablóði manna (buffy coat) með þéttniskiljun og neikvæðri MACS skiljun. Þær voru ræktaðar í 18 klst með eða án 50 µM af eikósapentaensýru (EPA) og dókósahexaensýru (DHA) sem eru n-3 FÓFS eða til viðmiðunar með arakídónsýru (AA) sem er n-6 FÓFS. Frumurnar voru síðan örvaðar með boðefnunum IL-2, IL-12 og IL-15 annað hvort einar og sér eða í samrækt með daufkyrningum, sem höfðu verið einangraðir úr fersku útvefjablóði með dextran fellingu, í allt að 24 klst. Í sumum samræktartilraunum voru frumurnar aðskildar með transwell himnu. Boðefnastyrkur í floti var mældur með ELISA aðferð og tjáning á stýrðum frumudauða og yfirborðssameindum með frumuflæðisjá. NK frumur höfðu áhrif á lifun daufkyrninga og juku tjáningu þeirra á CD47, sem er sameind sem kemur í veg fyrir stýrðan frumudauða. NK frumur juku einnig hlutfall daufkyrninga sem tjáðu örvunarsameindina CD11b og juku tjáningu daufkyrninganna á CD11b sameindinni. DHA kom að nokkru leyti í veg fyrir þá aukningu. Daufkyrningar drógu úr hlutfalli NK frumna sem tjáðu virkjunarsameindirnar CXCR3 og NKp46, sem báðar tengjast frumudrápi, og voru þessi áhrif háð frumutengdum boðum. Áhrifin á NKp46 jukust þegar DHA var til staðar í ræktinni. Samrækt NK frumna og daufkyrninga leiddi til aukinnar seytingar á IL-8, CXCL10, IL-1ra og GM-CSF samanborið við þessar frumur þegar þær voru ræktaðar einar og sér. Bæði EPA og DHA drógu úr seytingu á bólguboðefnunum CCL3 og IFN-γ auk þess sem DHA dró úr seytingu á TNF-α í floti frá samræktuðum NK frumum og daufkyrningum. Niðurstöðurnar sýna að NK frumur og daufkyrningar hafa áhrif hvor á aðra og að samspil þeirra geti verið háð losun leysanlegra þátta líkt og boðefna og flakkboða annars vegar og í gegnum bein frumu-frumu samskipti hins vegar. EPA og DHA höfðu áhrif á samspil NK frumna og daufkyrninga með því að ýta undir bólgueyðandi áhrif.