Dizel egzoz partiküllerinin ve ev tozu akar alerjenlerinin hava yolu epitelyum hücrelerine etkisi

Abstract

Epidemiyolojik çalışmalar, partiküler hava kirliliği ile astım ve kronik obstrüktif hava yolu hastalığı (KOAH) gibi kronik hava yolu hastalıkları arasında ilişki olduğunu göstermektedir. Ev tozu akarı (`housedust mite`, HDM) gibi iç ortamda yaygın olarak bulunan alerjenlerin alerjik hava yolu hastalıklarının patogezinde önemli rol oynadığı bildirilmektedir. Partiküler hava kirliliğinin önemli bir bileşeni olan dizel egzoz partikülleri (DEP) ile yapılan hayvan çalışmaları, HDM alerjenlerin bu partiküller ile etkileşebileceğini ve DEP'in inflamatuar etkilerini artırabileceğini bildirmektedirler. Ancak bunda hava yolu epitel hücrelerinin rolü ve altta yatan mekanizmalar yeterince bilinmemektedir. Çalışmamda, DEP'in (0, 30, 100, 300 µg/ml) HDM (300ng/ml) varlığında ve yokluğunda BEAS-2B hücre kültürlerinin transepitelyal elektriksel direnci (TED), hücre canlılığı ve inflamatuar mediyatör sentezi üzerine olan etkilerini araştırdım. Kültürlerin TED'i 0., 2., 4., 6. ve 24. saatlerde ölçülürken, hücre canlılığı, interlökin (İL)-8, granülosit makrofaj koloni stimüle edici faktör (GM-CSF), soluble interselüler adezyon molekülü (sICAM)-1 ve RANTES gen ekspresyonu 4., protein salınımı ise 24. saatte çalışıldı. DEP tek başına en yüksek dozda (300µg/ml) TED'i düşürüp, hücre canlılığını baskılarken, ortama HDM eklendiğinde bu etkiler hem 100 hem de 300µg/ml DEP konsantrasyonlarında görüldü. İL-1ß ve HDM'in olduğu ortamda 100 ve 300g/ml DEP bütün saatlerde (2-24. saat) kültürlerin TED'ni düşürdü. DEP'nin bütün dozları (30-300µg/ml) İL-8 salınımını inhibe ederken, HDM varlığında sadece 100 ve 300µg/ml DEP bu sitokini baskıladı. DEP'inin düşük dozları (30 ve 100µg/ml) GM-CSF düzeyini artırırken, 300µg/ml DEP baskılayıcı etki gösterdi. Ortama HDM eklendiğinde GM-CSF salınımı bütün kültürlerde HDM'siz ortama göre anlamlı olarak azaldı. DEP hem tek başına hem de HDM'li ortamda RANTES salınımını baskılarken, HDM'in tek başına da bu sitokinin salınımını azalttığı saptandı. DEP hem tek başına hem de HDM'li ortamda 300µg/ml dozunda sICAM-1 düzeyini baskıladı. RT-PCR sonuçları incelendiğinde, DEP'in (100µg/ml) sadece HDM'li ortamda İL-8 ve GM-CSF gen ekspresyonunu artırdığı ve HDM ile muamele edilen bütün kültürlerde İL-8 ve GM-CSF mRNA ekspresyonunun HDM'siz hücrelere göre yüksek olduğu saptandı. RANTES mRNA düzeyi ise sadece 100µg/ml DEP + HDM ile muamele eden hücrelerde baskılandı. DEP HDM'li ortamda sICAM-1 mRNA ekspresyonunu anlamlı olarak artırdı. Bulgularımız, DEP'nin yüksek dozlarda BEAS-2B kültürlerinin permabilitesini artırabileceğini ve hücre canlılığını baskılayabileceğini, HDM alerjeninin bu etkiyi potansiyelize edebileceğini göstermektedir. Bundan başka DEP'nin inflamatuar mediyatörlerin protein ve gen ekspresyonunu modifiye edebileceğini ve HDM'nin bu cevabı etkileyebileceğini ortaya koymaktadır.

Epidemiological studies demonstrate an association between particulate air pollution and chronic airway diseases including asthma and chronic obstructive pulmonary diseases (COPD). Indoor allergens such as house dust mite (HDM) are reported to have important roles in the pathogenesis of allergic airway diseases. Animal studies of diesel exhaust particles (DEP), which make an important fraction of particulate air pollution, have reported that HDM allergens can interact with these particles and potentiate their effects. However, the role of air way epithelial cells and underlying mechanisms are not adequately known. In my studies, I have investigated the effects of DEP (0, 30, 100, 300µg/ml) on trans-epithelial electrical resistance (TED), cell viability and synthesis of inflammatory mediators in the absence and presence of HDM. TER was measured at t0, t2, t4, t6, and t24 hours, whereas cell viability and protein, and mRNA levels of interleukin (IL)-8, granulocyte macrophage-colony stimulating factor (GM-CSF), RANTES and soluble intercellular adhesion molecule (sICAM)-1 were assessed at t24 hours and t4 hours, respectively. The highest concentration of DEP (300µg/ml) decreased TER of cultures, whereas both 100 and 300µg/ml DEP decreased TER, when HDM added. In the presence of HDM and IL-1ß, both 100 and 300µg/ml DEP supressed TER at all time points studied (t2-t24 hours). All concentrations of DEP studied (30-300µg/ml) attenuated release of IL-8, while only 100 and 300µg/ml DEP supressed IL-8 release in the presence of HDM. Although low concentrations of 30 and 100µg/ml DEP induced GM-CSF release, 300µg/ml showed an inhibitory effect. On addition of HDM, GM-CSF release was significantly decreased comparing to HDM-untreated cells. DEP with and without HDM decreased RANTES release, whereas, HDM itself decreased the release of this cytokine. DEP (300µg/ml) suppressed sICAM release both in the absence and presence of HDM. RT-PCR analysis has shown that DEP (100µg/ml) induce gene expression for IL-8 and GM-CSF under only HDM condition, and that in all cultures treated with HDM, both IL-8 and GM-CSF mRNA expression was significantly higher comparing to cells un-treated with HDM. RANTES mRNA expression was, however, attenuated in only cell treated with 100µg/ml DEP + HDM. DEP significantly induced sICAM-1 mRNA expression under HDM condition. Our findings have demonstrated that DEP, at high concentrations, can induce permeability of BEAS-2B cultures, while decreasing cell viability, and that HDM can potentiate this effect. Furthermore, DEP can modify protein and gene expression of inflammatory mediators and this may be affected by HDM.