喘息患者および健康な個体における家畜農場からの粒子状物質に対する生体外自然応答

Ex vivo innate responses to particulate matter from livestock farms in asthma patients and healthy individuals.

• Linsey E S de Groot
• Dingyu Liu
• Barbara S Dierdorp
• Niki Fens
• Marianne A van de Pol
• Peter J Sterk
• Wim Kulik
• Miriam E Gerlofs-Nijland
• Flemming R Cassee
• Elena Pinelli
• René Lutter

抄録

背景:

喘息患者は、様々な外因性の刺激によって引き起こされる症状の周期的な急性増悪（すなわち、喘息コントロールの喪失や増悪）に悩まされている。大気汚染物質が呼吸器疾患に影響を与えるという意識が高まる中、我々は、様々な畜産農場由来の粒子状物質（PM）（BioPM）が喘息と健康における自然ストレス応答や酸化ストレス応答に異なる影響を与えるかどうかを調査した。

BACKGROUND: Asthma patients suffer from periodic acute worsening of symptoms (i.e. loss of asthma control or exacerbations), triggered by a variety of exogenous stimuli. With the growing awareness that air pollutants impact respiratory diseases, we investigated whether particulate matter (PM) derived from various livestock farms (BioPM) differentially affected innate and oxidative stress responses in asthma and health.

方法:

喘息のコントロールを失う前と途中の患者および健康な個人から順次採取した末梢血単核細胞（PBMC）を、抗酸化剤による前処理の有無にかかわらず、ニワトリ、ヤギおよび養豚場から採取したBioPM（1および5μg/ml）に曝露した。サイトカイン放出と酸化ストレスを評価しました。

METHODS: Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), collected from patients sequentially before and during loss of asthma control and from healthy individuals, were exposed to BioPM collected from chicken, goat and pig farms (1 and 5 μg/ml), with or without pre-treatment with antioxidants. Cytokine release and oxidative stress were assessed.

結果:

PBMCはBioPMで刺激するとIFNγ、IL-1β、IL-10およびTNFαを産生し、養豚場のものが最も高いサイトカインレベルを誘導した。全体的に、サイトカイン産生は疾患の有無や状態に関係なく見られた。しかし、3種類のBioPMに曝露された安定した喘息患者のPBMCは、健康な被験者のPBMCよりも極端なTNFα反応を示した。さらに、養豚場からBioPMに曝露された喘息コントロール喪失時に得られたPBMCは、安定した疾患状態と比較して、N-アセチルシステイン（NAC）による前処理時にIFNγの放出が亢進し、酸化ストレスレベルが低下していた。NACはスーパーオキシドディスムターゼやカタラーゼではなく、BioPMによって誘発されたサイトカインの放出を抑制した。

RESULTS: PBMCs produced IFNγ, IL-1β, IL-10 and TNFα upon stimulation with BioPM, with that from pig farms inducing the highest cytokine levels. Overall, cytokine production was irrespective of the presence or state of disease. However, PBMCs from stable asthma patients upon exposure to the three BioPM showed more extreme TNFα responses than those from healthy subjects. Furthermore, PBMCs obtained during loss of asthma control that were exposed to BioPM from pig farms showed enhanced IFNγ release as well as decreased oxidative stress levels upon pre-treatment with N-acetylcysteine (NAC) compared to stable disease. NAC, but not superoxide dismutase and catalase, also counteracted BioPM-induced cytokine release, indicating the importance of intracellular reactive oxygen species in the production of cytokines.

結論:

BioPMは健常者と喘息患者の両方のPBMCsによる炎症反応を増強させ、特に養豚場では喘息のコントロールを失った患者のPBMCsがBioPMに対する感受性を高めた。

CONCLUSIONS: BioPM triggered enhanced pro-inflammatory responses by PBMCs from both healthy subjects and asthma patients, with those from patients during loss of asthma control showing increased susceptibility to BioPM from pig farms in particular.