Effect van met gamma-tocoferol verrijkte suppletie op respons op geïnhaleerde LPS (Vitalps)

ACHTERGROND:

Allergische astma (AA) is de meest voorkomende luchtwegaandoening bij kinderen en volwassenen in de Verenigde Staten en is wereldwijd een belangrijke oorzaak van morbiditeit. Een van de meest ontwrichtende uitingen van ziekte bij AA is acute astma-exacerbatie. Het Center for Disease Control somt verontreinigende stoffen in de omgevingslucht en omgevingstabaksrook op als een van de meest voorkomende triggers voor acute astma-exacerbatie. Ozon (O3) is de meest voorkomende luchtverontreinigende stof in de VS. Endotoxine (of lipopolysaccharide of LPS) is een bestanddeel van bioaerosolen die zowel binnen als buiten worden aangetroffen, is een bestanddeel van tabaksrook en neemt toe in binnenomgevingen waar rokers wonen. LPS is ook een onderdeel van luchtverontreiniging door grove en fijne deeltjes.

OXIDATIEVE STRESS EN ASTMA:

Verhoogde oxidatieve stress en verminderde antioxidantcapaciteit zijn waargenomen bij astmapatiënten. Deze verontreinigende stoffen zijn ontstekingsbevorderend en worden in verband gebracht met verhoogde oxidatieve stress, die door reactieve zuurstof en reactieve stikstofsoorten (ROS en RNS) veroorzaakte schade bij astmapatiënten zou verergeren. O3 beschadigt epitheelcellen, waardoor secundaire mediatoren vrijkomen die ontstekingscellen activeren, deels door ligatie van Toll-Like Receptor 4 (TLR4), de primaire receptor voor LPS. TLR4-activering van ontstekingscellen activeert Nuclear Factor-kB (NF-kB) en induceert oxidatieve stress. O3 en LPS zijn in verband gebracht met verergering van astma en we hebben gemeld dat O3 en LPS allergische luchtwegontsteking bij allergische astmapatiënten (AA) versterken. De ontwikkeling van interventies om deze reacties te verminderen, zal de ziektemorbiditeit aanzienlijk verminderen.

Gezien de rol die oxidanten spelen in de pathofysiologie van astma-exacerbatie, zouden defecten in antioxidantniveaus het risico op acute astma-exacerbatie verhogen. Voedingstekorten in vitamine E, ascorbaat en selenium zijn in verband gebracht met de ernst van astma, en astmapatiënten hebben een verlaagd gehalte aan antioxidanten in luchtwegvloeistof. Wij en anderen hebben aangetoond dat vitamine C en E in de luchtwegvloeistoffen van astmapatiënten verlaagd zijn. Bovendien kunnen genetische factoren het risico op door oxidanten geïnduceerde exacerbatie van astma verhogen. Veel onderzoekers hebben gemeld dat personen die homozygoot zijn voor het nulpolymorfisme van het glutathione-S-Transferase Mu1 (GSTM1)-gen en niet in staat zijn om GSTM1-eiwit (het GSTM1 nulgenotype) te produceren, een verhoogd risico hebben op acute verergering van astma door verontreinigende stoffen. We hebben bij gezonde vrijwilligers aangetoond dat het nulgenotype van GSTM1 geassocieerd is met een verhoogde ontstekingsreactie op O3, zonder invloed op de nociceptieve reactie op deze verontreinigende stof. We hebben ook aangetoond dat GSTM1 nul-vrijwilligers verbeterde luchtweg- en systemische ontsteking hebben na LPS-challenge.

Anderen hebben aangetoond dat het GSTM1-nulgenotype wordt geassocieerd met een verhoogde respons op tweedehands tabaksrook, dieseluitlaatgassen en andere fijnstofcomponenten. Romieu et al. toonden aan dat kinderen met astma in Mexico-Stad een verhoogde gevoeligheid hadden voor O3-geïnduceerde exacerbaties als ze het GSTM1 nul-genotype hadden. Deze groep ontdekte ook dat GSTM1 null AA's selectief profiteerden van antioxiderende interventie. Het GSTM1-nulgenotype wordt aangetroffen bij 20-40% van de bevolking en kan oververtegenwoordigd zijn in allergische populaties. Alles bij elkaar laten deze waarnemingen zien dat de aanzienlijke GSTM1-nulpopulatie risico loopt op door verontreinigende stoffen veroorzaakte luchtwegaandoeningen, en dat antioxiderende interventie gericht op de werking van ROS en RNS astmapatiënten en vooral GSTM1-nulastmapatiënten ten goede zal komen.

ANTIOXIDANTEN EN ASTMA:

Een niet-exclusieve lijst van voorgestelde antioxidanten omvat radicaalvangers zoals ascorbaat, a-tocoferol (aT), y-tocoferol (yT) of inductoren van de transcriptiefactor NRF2 van het antioxidant-genresponselement, die NRF2 activeren met daaropvolgende brede opregulering van de acute fase II en antioxiderende eiwitten. Deze middelen zijn verkrijgbaar in natuurlijk voorkomende voedingsmiddelen en als voedingssupplementen. Een aantal dier-, celcultuur- en epidemiologische studies ondersteunen het idee dat suppletie met antioxidanten nuttig is bij allergische luchtwegaandoeningen. Ondanks deze studies en het wijdverspreide publieke en wetenschappelijke enthousiasme over het gebruik van dergelijke middelen bij astmapatiënten, zijn er echter weinig gegevens bij de mens die het gebruik van dergelijke interventies voor acute of chronische allergische luchtwegaandoeningen ondersteunen of weerleggen. Het is van cruciaal belang dat adequate, goed opgezette studies bij mensen de rol van antioxidanten voor allergisch astma beoordelen om ofwel hun werkzaamheid te bevestigen, ofwel beweringen te weerleggen dat dit effectieve, veilige en goedkope interventies zijn voor allergische aandoeningen.

GAMMA TOCOFEROL EN ASTMA:

Gamma-tocoferol heeft zowel radicale wegvangende als ontstekingsremmende effecten die een belangrijke rol kunnen spelen bij het verminderen van door verontreinigende stoffen veroorzaakte en allergische verwondingen aan de luchtwegen.

Net als andere isovormen van vitamine E, is yT een krachtige ROS-wegvanger en is het ook een krachtige nucleofiel die elektrofielen zoals peroxynitriet in lipofiele compartimenten vangt. Een mechanisme waardoor y-T cytoprotectief is, is het wegvangen van RNS op de niet-gesubstitueerde C-5-positie op de hydroxy-chromanring van y-T om 5-NO-y-tocoferol (5-NO-yT) te vormen. Over het algemeen biedt vitamine E algemene bescherming van DNA, lipiden en eiwitten tegen radicale stress. Een voorbeeld van een dergelijke bescherming wordt getoond in knaagdierstudies van prostaatkanker waarbij inname van yT wordt geassocieerd met verminderde DNA-methylering van CpG-rijke gebieden van de NRF2. NRF2 is een hoofdregulator van talrijke cytoprotectieve antioxidant-enzymen.

Suppletie met yT voorkomt ook eiwitnitratie en verzwakt het verlies van plasma-vitamine C in plasma in een peritonitis-ontstekingsmodel bij knaagdieren. Onze groep heeft ook aangetoond dat yT cyclo-oxygenase-2 (COX-2) en 5-lipoxygenase (5-LO) remt in door LPS gestimuleerde macrofagen en door interleukine (IL)-1b gestimuleerde epitheelcellen. Deze acties worden voornamelijk gemedieerd door de yT-metaboliet 2, 7, 8-trimethyl-2S-(.-carboxyethyl)-6-hydroxychroman (y-CEHC) waarvoor hydroxylering van de y-methylgroep van yT door cytochroom P450 (CYP450) vereist is. Bij door carrageen geïnduceerde ontsteking bij mannelijke Wistar-ratten verlaagt yT de productie van prostaglandine (PGE2) en leukotrieen (LTB4), wat suggereert dat 5-LO-gemedieerde productie van leukotriënen ook door yT kan worden geremd. Tocoferolen, waaronder yT, moduleren ook de genexpressie van een aantal ontstekingsgenen. Aldus verminderen yT en andere tocoferolen de productie van een aantal pro-inflammatoire cytokines op transcriptioneel niveau.

Bij dieren hebben we ook aangetoond dat gamma-tocoferol baseline eosinofilie in de luchtwegen vermindert. In onze vroege fase I-onderzoeken van met gamma-tocoferol verrijkte gemengde tocoferolen (gT-mT) hebben we aangetoond dat gT-mT de door monocyten geïnduceerde cytokineproductie remt, de nitrosatieve stress bij aanvang verlaagt en de instroom van LPS-eosinofielen en neutrofielen remt bij gezonde vrijwilligers.

SAMENVATTING:

Er is een wijdverbreide mening dat antioxidante voedingsstoffen zoals gamma-tocoferol (yT, een vorm van vitamine E) een onbenutte en goedkope interventie zijn voor door het milieu veroorzaakt acuut astma. Er is echter een cruciaal hiaat in evidence-based ondersteuning van dergelijke interventies bij astma. Een gebrek aan gecoördineerd onderzoek ter beoordeling van specifieke antioxidantregimes uit preklinische, fase I- en fase II-onderzoeken belemmert de ontwikkeling van fase III-antioxidantonderzoeken bij astmatische populaties. Het is ook onduidelijk welke fysiologische eindpunten het meest relevant zijn in dergelijke studies. Dit project richt zich op fase II studies van yT in AA op basis van onze preklinische en fase I studies. Voor dit protocol zullen we de hypothese testen dat een gamma-tocoferolsupplement de eosinofielenaantallen in luchtwegsputa van astmapatiënten zal baseren (specifiek doel 1) en (specifiek doel 2) LPS-geïnduceerde luchtwegontsteking bij milde allergische astmapatiënten remt.

De onderzoekers zullen ook een verkennende beoordeling uitvoeren van de specifieke impact van het nulgenotype van GSTM1 op de respons op LPS en het effect van met gamma-tocoferol verrijkte suppletie op deze respons.

Als gamma-tocoferol de LPS-geïnduceerde respons bij astmapatiënten vermindert, zou dit een bewijs van concept zijn dat dit middel een bruikbare interventie voor astma zou zijn, wat de noodzaak bevestigt van een fase III-studie van met gamma-tocoferol verrijkte supplementen als een behandeling voor astma.