Protective effects of methane-rich saline on mice with allergic asthma by inhibiting inflammatory response, oxidative stress and apoptosis / 浙江大学学报（英文版）（B辑：生物医学和生物技术）

BACKGROUND@#Asthma is a common cause of breathing difficulty in children and adults, and is characterized by chronic airway inflammation that is poorly controlled by available treatments. This results in severe disability and applies a huge burden to the public health system. Methane has been demonstrated to function as a therapeutic agent in many diseases. The aim of the present study was to explore the effect of methane-rich saline (MRS) on the pathophysiology of a mouse model of asthma and its underlying mechanism.@*METHODS@#A murine model of ovalbumin (OVA)-induced allergic asthma was applied in this study. Mice were divided into three groups: a control group, an OVA group, and OVA-induced asthmatic mice treated with MRS as the third group. Lung resistance index (RI) and dynamic compliance (Cdyn) were measured to determine airway hyper-responsiveness (AHR). Haematoxylin and eosin (H&E) staining was performed and scored to show histopathological changes. Cell counts of bronchoalveolar lavage fluid (BALF) were recorded. Cytokines interleukin (IL)-4, IL-5, IL-13, tumor necrosis factor α (TNF-α), and C-X-C motif chemokine ligand 15 (CXCL15) from BALF and serum were measured by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). The oxidative stress indexes, including malondialdehyde (MDA), superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione (GSH), myeloperoxidase (MPO), and 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG), were determined using commercial kits. Apoptosis was evaluated by western blot, quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR), and biochemical examination.@*RESULTS@#MRS administration reversed the OVA-induced AHR, attenuated the pathological inflammatory infiltration, and decreased the cytokines IL-4, IL-5, IL-13, TNF-α, and CXCL15 in serum and BALF. Moreover, following MRS administration, the oxidative stress was alleviated as indicated by decreased MDA, MPO, and 8-OHdG, and elevated SOD and GSH. In addition, MRS exhibited an anti-apoptotic effect in this model, protecting epithelial cells from damage.@*CONCLUSIONS@#Methane improves pulmonary function and decreases infiltrative inflammatory cells in the allergic asthmatic mouse model. This may be associated with its anti-inflammatory, antioxidative, and anti-apoptotic properties.

The Effect of CpG-Oligodeoxynucleotides with Different Backbone Structures and 3' Hexameric Deoxyriboguanosine Run Conjugation on the Treatment of Asthma in Mice

CpG-Oligodeoxynucleotide (ODN) has two backbones. Phosphorothioate backbone (PS) shows a strong immunostimulating effect while phosphodiester (PE) shows little in vivo. 3' hexameric deoxyriboguanosine-run (3' dG6-run) conjugation to PE CpG-ODN has been reported to enhance immunostimulation and to protect against asthma when injected at the time of sensitization in mice. We evaluated the treatment effects of PE and PS CpG-ODN with or without 3' dG6-run on asthma in presensitized mice. BALB/c mice sensitized with ovalbumin and alum were challenged with 1% ovalbumin on three days. CpG-ODNs (100 microgram) or PBS were injected 4 times; 27 hr before challenge and 3 hr before each challenge (CpG-dG6: CpG-ODN with 3' dG6-run, PE*-CpG-dG6: PE-CpG-dG6 with two PS backbones at the 5' terminus). PE-CpG showed no treatment effect. PE-CpG-dG6 only increased ovalbumin-specific IgG2a. PE*-CpG-dG6 increased ovalbumin-specific IgG2a but also reduced BAL fluid eosinophils and airway hyperresponsiveness. PS-CpG increased ovalbumin-specific IgG2a, reduced airway inflammation and airway hyperresponsiveness. PS-CpG-dG6 was less effective than PS-CpG on airway inflammation and airway hyperresponsiveness. In pre-sensitized mice, PE-CpG required not only 3' dG6-run but also the modification of two PS linkages at 5' terminus to inhibit features of asthma. PS-CpG was strong enough to inhibit asthma but PS-CpG-dG6 was less effective.

Regulation of pro-inflammatory responses by lipoxygenases via intracellular reactive oxygen species in vitro and in vivo

Reactive oxygen species (ROS) performs a pivotal function as a signaling mediator in receptor-mediated signaling. However, the sources of ROS in this signaling have yet to be determined, but may include lipoxygenases (LOXs) and NADPH oxidase. The stimulation of lymphoid cells with TNF-alpha, IL-1beta, and LPS resulted in significant ROS production and NF-kappaB activation. Intriguingly, these responses were markedly abolished via treatment with the LOXs inhibitor nordihydroguaiaretic acid (NDGA). We further examined in vivo anti-inflammatory effects of NDGA in allergic airway inflammation. Both intraperitoneal and intravenous NDGA administration attenuated ovalbumin (OVA)-induced influx into the lungs of total leukocytes, as well as IL-4, IL-5, IL-13, and TNF-alpha levels. NDGA also significantly reduced serum levels of OVA-specific IgE and suppressed OVA-induced airway hyperresponsiveness to inhaled methacholine. The results of our histological studies and flow cytometric analyses showed that NDGA inhibits OVA-induced lung inflammation and the infiltration of CD11b+ macrophages into the lung. Collectively, our findings indicate that LOXs performs an essential function in pro-inflammatory signaling via the regulation of ROS regulation, and also that the inhibition of LOXs activity may have therapeutic potential with regard to the treatment of allergic airway inflammation.

Angiopoietin-1 variant, COMP-Ang1 attenuates hydrogen peroxide-induced acute lung injury

Reactive oxygen species (ROS) play a crucial role in acute lung injury. Tissue inflammation, the increased vascular permeability, and plasma exudation are cardinal features of acute lung injury. Angiopoietin-1 (Ang1) has potential therapeutic applications in preventing vascular leakage and also has beneficial effects in several inflammatory disorders. Recently developed COMP-Ang1 is more potent than native Ang1 in phosphorylating tyrosine kinase with immunoglobulin and EGF homology domain 2 receptor in endothelial cells. However, there are no data on effects and related molecular mechanisms of COMP- Ang1 on ROS-induced acute lung injury. We used hydrogen peroxide (H2O2)-inhaled mice to evaluate the effect of COMP-Ang1 on pulmonary inflammation, bronchial hyper-responsiveness, and vascular leakage in acute lung injury. The results have revealed that VEGF expression, the levels of IL-4, TNF-alpha, IL-1 beta, intercellular adhesion molecule-1, and vascular cell adhesion molecule-1 in lungs, the levels of hypoxia-inducible factor-1alpha (HIF-1 alpha) and NF-kappa B in nuclear protein extracts, phosphorylation of Akt, and vascular permeability were increased after inhalation of H2O2 and that the administration of COMP-Ang1 markedly reduced airway hyper-responsiveness, pulmonary inflammation, plasma extravasation, and the increases of cytokines, adhesion molecules, and VEGF in lungs treated with H2O2. We have also found that the activation of HIF-1a and NF-kappa B and the increase of phosphoinositide 3-kinase activity in lung tissues after H2O2 inhalation were decreased by the administration of COMP-Ang1. These results suggest that COMP-Ang1 ameliorates ROS-induced acute lung injury through attenuating vascular leakage and modulating inflammatory mediators.

A novel thiol compound, N-acetylcysteine amide, attenuates allergic airway disease by regulating activation of NF-kappaB and hypoxia-inducible factor-1alpha

Reactive oxygen species (ROS) play an important role in the pathogenesis of airway inflammation and hyperresponsiveness. Recent studies have demonstrated that antioxidants are able to reduce airway inflammation and hyperreactivity in animal models of allergic airway disease. A newly developed antioxidant, small molecular weight thiol compound, N-acetylcysteine amide (AD4) has been shown to increase cellular levels of glutathione and to attenuate oxidative stress related disorders such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease, and multiple sclerosis. However, the effects of AD4 on allergic airway disease such as asthma are unknown. We used ovalbumin (OVA)-inhaled mice to evaluate the role of AD4 in allergic airway disease. In this study with OVA-inhaled mice, the increased ROS generation, the increased levels of Th2 cytokines and VEGF, the increased vascular permeability, the increased mucus production, and the increased airway resistance in the lungs were significantly reduced by the administration of AD4. We also found that the administration of AD4 decreased the increases of the NF-kappaB and hypoxia-inducible factor-1alpha (HIF-1alpha) levels in nuclear protein extracts of lung tissues after OVA inhalation. These results suggest that AD4 attenuates airway inflammation and hyperresponsiveness by regulating activation of NF-kappaB and HIF-1alpha as well as reducing ROS generation in allergic airway disease.

Delta pico flujo espiratorio, hiperreactividad bronquial y proteína catiónica del eosinófilo en asmáticos tratados con diferentes dosis de budesonida / Delta peak flow expiratoryhyperreactivity bronchial and cationic protein of the eosinophil in asthmatic treatmentwith different dose of Budesonide

Objetivo: Determinar la acción de distintas dosis de budesonida (BUD) sobre la evolución clínica del asma, la hiperreactividad bronquial (HRB) al aire frío y la proteína catiónica eosinofílica (PCE) sérica en un grupo de pacientes asmáticos atópicos, versus un grupo control tratado sólo con ß2 a demanda. Material y métodos: Se estudiaron 30 pacientes (p) con asma moderada persistente, edad X=25,5 años. Se les determinó: espirometría basal, HRB con aire frío, niveles séricos de PCE (valores normales: 2,6 a 16 mg/l) y monitoreo del pico flujo espiratorio (PFE) matinal y vespertino durante los distintos regímenes terapéuticos. Se los dividió en dos grupos: grupo 1 (23 p): se los medicó con BUD 800 mg/día durante 3 semanas; y grupo 2 (7 p): recibieron solamente ß2 a demanda por 3 semanas. al cabo de las mismas se volvieron a evaluar los mismos parámetros a los fines de determinar diferencias entre los dos tratamientos. Seguidamente al grupo 1 se redujo la dosis de BUD a 400 mg/día durante 2 semanas y a 200 mg/día otras dos semanas, evaluando HRB y valores de delta PEF (PEF) al final de cada tratamiento. Resultados: 1 a) La HRB al aire frío disminuyó en el grupo 1 (BUD) de una PD inicial X=16,4 a una PD X=7,62 luego de 3 semanas de tratamiento con 800 mg/d, mientras que en el grupo 2 (ß2) la PD inicial fue de X=15,8 y la PD final de X=15 (diferencia BUD vs. ß2: p<0,005). 1 b) El promedio semanal de  PFE diarios mayores al 10 por ciento en el grupo 1 fue de X=2,91 al inicio y de X=2 luego de las 3 semanas, mientras que en el grupo 2 subió de X=2,91 al inicio a X=5 al final del tratamiento (p<0,005). 1 c) La PCE sérica en el grupo 1 fue de X=32,5 µg/l al inicio y de X=23 µg/l al final, disminuyendo en 16/23 pacientes, mientras en el grupo 2 fue de X=28 µg/l al inicio y de X=21,2 µg/l al final de las 3 semanas (p<0,18). 2 a) En el grupo 1, la HRB durante el tratamiento con 400 µg/día bajó de una PD X=7,62 a una PD X=3,57 (p<0,005), aumentado nuevamente a una PD X=4,67 al disminuir la dosis a 200 µg/día. 2 b) Los  PEF mayores al 10 por ciento, durante el tratamiento con 400 µg/día bajaron de un X=2 a un X=1,74, volviendo a aumentar a X=2,2 con 200 µg/día. Conclusiones: Al disminuir la dosis del fármaco, este efecto se mantiene hasta una dosis de 400 µg/día, disminuyendo al utilizar 200 µg/día.

Effect of inhaled corticosteroids on bronchial hyperresponsiveness in patients with mild asthma.

We studied the effect of inhaled budesonide on bronchial hyperresponsiveness (BHR) in twenty mild asthmatic patients. The study was conducted as a randomized, double-blind, placebo-controlled study. Before entering the study, the patients performed methacholine inhalation challenge (MIC) using a reservoir method to assess BHR. Then, they were randomly allocated to receive budesonide turbuhaler (200 micrograms/dose) or placebo turbuhaler two inhalations, twice daily for eight weeks. During the study, each patient recorded daily asthma score and daily number of puffs of beta 2 agonist and they were assessed at weeks 4 and 8. At the end of the treatment, MIC was repeated again. Patients receiving budesonide showed a significant improvement in airway responsiveness compared with those receiving placebo (p < 0.05). They also showed a significant improvement in asthma severity score and a significant decrease in beta 2 agonist bronchodilator use. This study also suggested that inhaled corticosteroids may be the primary treatment in patients, even with mild asthmatic and well-controlled symptoms.

Respuesta broncodilatadora a diferentes formas de administración de salbutamol / Broncodilator response to different administration ways of salbutamol

La vía inhalatoria es de elección en el tratamiento del asma. Se ha postulado una ventaja en la respuesta broncodilatadora adicionando un espaciador al aerosol presurizado. Nuestro propósito fue comparar la respuesta broncodilatadora al salbutamol en aerosol directo, adicionado a un espaciador de 750 ml y en forma de nebulización. Se seleccionaron 14 niños asmáticos a los que se les administró en días diferentes: 200 ugh de salbutamol en forma directa, 200 ug de salbutamol en aerosol presurizado asociado a un espaciador, nebulización de solución de salbutamol 0,5 ml y placebo en aerosol. Cada día se realizaron determinaciones de VEF, CVF, VEF/CVF, FEMM; basal, alos 15, 30 y 60 minutos de administrado el medicamento. Los resultados se expresaron como porcentaje del valor teórico y la respuesta broncodilatadora como cambio porcentual. No existió diferencia significativa en los valores espirométricos basales en los 4 días de estudio. Se observó un ligero mayor porcentaje de variación del VEF con el uso del aerosol con espaciador (14,7 por ciento ñ 9) comparado con el aerosol directo (12,5 por ciento ñ 9), sin ser esto significativo. La respuesta broncodilatadora usando nebulización fue comparable a la del aerosol con espaciador

Modulación de la hiperreactividad bronquial en el asma en relación con los recursos y tiempos terapéuticos / Modulation of the bronchial hyperreactivity in the asthma in relation with the therapeutic resort and time

Se publican ciertos lineamientos que deben seguirse para la regulación y modulación de la reactividad bronquial. Se hace hincapié en la fase inflamatoria del asma que está relacionada con la mayor morbimortalidad. Los estímulos que inducen asma bronquial se dividen en dos clases: 1) inespecíficos no alérgicos, que generan respuestas con poco o ningún incemento de la hiperreactividad bronquial, y 2) estímulos específicos, capaces de activar la fase celular de la inflamación de las vías aéreas. La fase inflamatoria del asma bronquial provoca edema e hipersecreción mucosa que, sumadas a la contracción del músculo liso bronquial, se traducen clínicamente por insuficiencia ventilatoria obstructiva y por incremento de la hiperreactividad bronquial. Este aumento de la reactividad puede perdurar un tiempo prolongado si no se actúa en forma adecuada y oportuna. La medicación con corticosteroides es indicación absoluta para la resolución de esta fase. Un oportuno tratamiento con corticosteroides, en una crisis de asma bronquial con componente inflamatorio, es una medida estratégica clave en esta afección. Fueron estudiados 12 pacientes de ambos sexos entre 10 y 60 años, con estados de asma latente y prolongada. Estos pacientes llegaron a la consulta con enfoques terapéuticos erróneos. Se evaluó la función pulmonar, en el momento de la consulta, con prueba de provocación bronquial con ejercicio y sin ella. Luego de lograrse la estabilización clínica y de la realización de un tratamiento adecuado, volvió a evaluarse a los 30 días la función pulmonar con prueba de provocación bronquial y sin ella. Los resultados indicaron que la reactividad bronquial es modulable cuando los recursos terapéuticos son aplicados en forma adecuada y acorde con los tiempos terapéuticos

Acciones de diversos fármacos sobre la hiperreactividad bronquial y el asma: consideraciones fisiopatogénicas y terapéuticas / Actions of different drugs on the bronchial hyperreactivity and the asthma: considerations physiopathogenic and therapy

En 48 pacientes asmáticos atópicos leves o moderados se investigó la respuesta a diversos fármacos. Luego de una semana de tratamiento con dipropionato de beclometasona (BECLO) o terfenadina (TER) o cetirizina (CET) o cromoglicato disódico (CGDS) o nedocromil sódico (NED), se evaluó: a)la evolución espirográfica tomando como parámetros VEF y FM antes y después de cada uno de los tratamientos. En el cotejo de los resultados obtenidos con cada fármaco se encontró que, tomando los promedios de ambos parámetros, el CGDDS, con el 50 por ciento, es el fármaco que mejor actua; luego siguen en orden decreciente, TER 38 por ciento, BECLO 35 por ciento, CET 29 por ciento y NED 7 por ciento. Las diferencias son estadísticamente significativas entre CGDS vs. NED, p<0,05. b) La capacidad de protección de cada uno de esos fármacos sobre la hiperreactividad bronquial con aire frío (HRB). Aquí el orden de protección para la broncoobstrucción, si se toman ambos parámetros(VEF y FM) es para la CET, del 65 por ciento, BECLO 50 por ciento, CGDS 46 por ciento y TER 8 por ciento. Si en lugar de considerar los promedios para ambos parámetros, se toma el número de evaluaciones espirográficas que son protegidas más del 10 por ciento ante la estimulación con aire frío, se observa que a la CET le corresponde el 90 por ciento de protección, al CGDS al 61,5 por ciento, a la BECLO el 60 por ciento a la TER el 28,6 por ciento y al NED el 12.5 por ciento. Estadísdicamente la CET es superior a TER y NED (P<0,02) y CGDS también vs. TER y NED p<0,02. Se concluye que si bien la HRB es una expresión del asma, en ésta se suma a la inflamación basal y broncoobstrucción, donde la histamina tiene un papel más importante que en las respuestas de HRB. Y que en la HRB por aire frío la acción antiinflamatoria de los fármacos u otras acciones, como anti PAF, puedan ofrecer mejores resultados, por lo que habría que elaborar criterios terapéuticos individuales de acuerdo con la mejor acción preventiva para cada una de las situaciones

Estudio comparativo: fenoterol - cromoglicato vs. salbutamol - beclometasona en pacientes pediátricos con asma bronquial moderada / Comparative study: fenoterol - cromoglicate vs salbutamol - beclomethasone in pediatric patients with moderate bronchial asthma

Se evaluó la acción profiláctica de fenoterol-cromoglicato (FC) vs salbutamol-beclometasona (SB) en pacientes pediátricos con asma bronquial moderada. En el primer estudio (estudio A) 60 pacientes fueron distribuidos al azar recibiendo la mitad de ellos FC y la otra mitad SB durante 2 meses, se evaluó índices clínicos y funcionales. Ambos grupos fueron similares al comparar tos, número de crisis, días de ausencia escolar, frecuencia respiratoria, presencia de sibilancias a la auscultación y uso de otros broncodilatadores (p: NS). Ninguno requirió hospitalización. Se encontró diferencia estadísticamente significativa (p<0.01) al analizar VEF y PEF inicial vs VEF y PEF al término del estudio en cada grupo, pero no hubo diferencias significativa al comparar el estudio funcional entre ellos (FC vs SB). En el estudio B, 62 pacientes pediátricos con asma bronquial moderada fueron tratados por 2 meses con SB y luego se distribuyeron al azar continuando 32 de ellos con placebo y 30 con FC por 3 meses más. Tanto la evolución clínica como la respiratoria (VEF y PEF) reveló una evolución favorable al ser tratados con SB. Dicha evolución favorable se continuó en el grupo que recibió FC, no así con el grupo que recibió placebo el cual recayó rapidamente en su sintomatología con un deterioro importante de su función pulmonar. Hubo una diferencia estadísticamente significativa (p< 0.01) a favor de FC vs placebo desde el mes de tratamiento, tanto en las variables clínicas estudiadas como en los índices funcionales. Se evidenció que los pacientes pediátricos con asma bronquial moderada tratados con SB tuvieron una evolución significativamente mejor cuando continuaron su tratamiento con FC que los tratados con placebo (más salbutamol prn) y que incluso se mantuvo la evolución favorable obtenida previamente con SB

Reduction of Sephadex-induced lung inflammation and bronchial hyperreactivity by rapamycin

Rapamycin is a macrolide antibiotic whose potent immunosuppressor activity was recently described in vivo and in vitro. The aim of the present work was to determine if rapamycin could affect an established inflammatory response. Conscious pathogen-free Dunkin-Hartley guinea pigs (300-400 g) were injected intravenously with Sephadex beads (G50, superfine, 10 to 40 microns, 24 mg/kg) to induce lung inflammation and bronchial hyperreactivity. Bronchoalveolar lavage (BAL) fluid was collected 2, 12 and 24 h after Sephadex administration and the cells were counted. Bronchial tissue was used to construct dose-response (contraction, g) curves to histamine and acetylcholine 24 h after the Sephadex injection, using a cascade system. Results are presented as area under the log dose-response curves. Test animals were injected with rapamycin (5 mg/kg) or its vehicle by the intramuscular route either 2 or 12 h after Sephadex injection and BAL fluid collected 24 h after Sephadex administration. Rapamycin administration 2 h after Sephadex reduced eosinophil and lymphocyte numbers in BAL by 52 and 55 per cent , respectively, but not ex vivo bronchial hyperreactivity induced by Sephadex injection. However, rapamycin administration 12 h after Sephadex reduced BAL eosinophil and lymphocyte numbers (55 and 62 per cent , respectively) and bronchial hyperreactivity. The increase in neutrophil numbers in BAL induced by Sephadex injection was not modified by rapamycin. Since lymphocyte numbers in BAL were significantly increased in Sephadex-treated animals at 12 h but not at 2 h after Sephadex injection, the present results suggest that the inhibition of bronchial hyperreactivity by rapamycin may be dependent on the presence of lymphocytes elicited into the airways by Sephadex injection

Effect of calcium channel antagonists on cholinergic bronchial responsiveness in asthma.

Bronchial responsiveness to methacholine was studied in 23 stable asthmatics before and after nifedipine and diltiazem. There was no significant bronchodilatory effect of either calcium channel antagonists. The mean provocative dose of methacholine required to produce a 20% fall in FEV1 (PC20 = 0.157 +/- 0.74 mg) was not altered by nifedipine (PC20 = 0.159 +/- 0.61). However, diltiazem offered significant protection. The mean ratio of PC20 after diltiazem over baseline was 3.27 +/- 3.55. The results suggest that although both calcium channel antagonists have no influence on normal basal bronchomotor tone, diltiazem does significantly protect against cholinergic stimulation.