Studies of molecular pathways associated with blood neutrophil corticosteroid insensitivity in equine asthma

Abstract

L’asthme équin est caractérisé par une hyperactivité bronchique, une inflammation neutrophilique, et des altérations structurelles des voies aériennes. Chez les patients asthmatiques présentant une inflammation neutrophilique, les corticostéroïdes sont peu efficaces pour contrôler les signes cliniques. L’hypothèse de cette étude est que l’hypoxie et/ou le stress oxydatif dans le microenvironnement des poumons peuvent contribuer à une insensibilité des neutrophiles aux corticostéroïdes dans l’asthme. Les chevaux sont les meilleurs modèles animaux naturellement affectés par l’asthme neutrophilique et partagent plusieurs caractéristiques physiopathologiques avec l’humain. La viabilité, l’apoptose, l’expression génique d’IL-1, TNF- et IL-8 ont été mesurées dans des neutrophiles isolés à partir de sang périphérique de chevaux asthmatiques sévères (N=8) et de chevaux sains (N=8) en condition de culture stimulant l’hypoxie et le stress oxydatif, en présence ou non de corticostéroïdes (Dexamethason (Dex)). L’IL-1 et le TNF-, mais pas l’IL-8, ont été régulés négativement en présence de dexaméthasone dans des conditions de stress oxydatif induites par la pyocyanin. Bien que l’IL-17 et le LPS aient stimulé les neutrophiles équins, l’expression génique pro-inflammatoire n’a pas diminué après l’administration de Dex. En condition d’hypoxie induite par CoCl2, seulement l’expression génique de TNF- a considérablement été diminuée par la Dex, mais ceci a aussi été vrai en condition sans hypoxie. En conclusion, le stress oxydatif, mais pas l’hypoxie, entraîne une insensibilité aux corticostéroïdes, qui constitue une voie de régulation génique sélective (celle de l’IL-8). Les deux groupes de chevaux ont démontré une réponse similaire indiquant une réaction à la dexaméthasone et non liée à une inflammation asthmatique.

Equine asthma is characterized by bronchial hyperactivity, neutrophilic inflammation, and structural alterations of the airways. Asthmatic patients with neutrophilic inflammation, are insensitive to corticosteroids. The hypothesis of this study is that hypoxia and/or oxidative stress in the microenvironment of the asthmatic lungs may contribute to this insensitivity of neutrophils to corticosteroids. Horses are unique animal models naturally affected by neutrophilic asthma and share several pathophysiological features with humans. Viability, apoptosis, IL-1, TNF- and IL-8 gene expression were measured in neutrophils isolated from peripheral blood of severe asthmatic horses (N = 8) and healthy horses (N = 8) in culture conditions stimulating hypoxia and oxidative stress, in the presence or absence of corticosteroids (Dexamethasone (Dex)). IL-1 and TNF- but not IL-8 were downregulated in the presence of Dex under pyocyanin-induced oxidative stress conditions. Also, in IL-17 and LPS stimulated equine neutrophils, pro-inflammatory gene expression did not decrease after Dex administration. In hypoxemic conditions induced by CoCl2, gene expression of TNF- was significantly reduced by Dex, this was also true in conditions without hypoxia. In conclusion, oxidative stress, but not hypoxia, leads to insensitivity to corticosteroids, which presents a selective gene regulatory pathway (that of IL-8). Both groups of horses demonstrated a similar response indicating a reaction to dexamethasone and not related to asthmatic inflammation.