Effekt av gamma-tokoferolberikat tillskott på svar på inhalerad LPS (Vitalps)

BAKGRUND:

Allergisk astma (AA) är den vanligaste luftvägssjukdomen hos barn och vuxna i USA och är en ledande orsak till sjuklighet över hela världen. Bland de mest störande uttrycken av sjukdom i AA är akut astmaexacerbation. Center for Disease Control listar omgivande luftföroreningar och miljötobaksrök som bland de vanligaste triggerna för akut astmaexacerbation. Ozon (O3) är den vanligast förekommande luftföroreningen i USA. Endotoxin (eller lipopolysackarid eller LPS) är en komponent av bioaerosoler som finns i både inomhus- och utomhusmiljön, är en komponent i tobaksrök och ökar i inomhusmiljöer där rökare bor. LPS är också en komponent i luftföroreningar av grova och fina partiklar.

OXIDATIV STRESS OCH ASTHMA:

Ökad oxidativ stress och minskad antioxidantförmåga har observerats hos astmatiker. Dessa föroreningar är pro-inflammatoriska och är associerade med ökad oxidativ stress, vilket skulle förvärra reaktiva syre- och reaktiva kvävearter (ROS och RNS)-inducerade skador hos astmatiker. O3 skadar epitelceller och frigör sekundära mediatorer som aktiverar inflammatoriska celler, delvis genom ligering av Toll-Like Receptor 4 (TLR4), den primära receptorn för LPS. TLR4-aktivering av inflammatoriska celler aktiverar Nuclear Factor-kB (NF-kB) och inducerar oxidativ stress. O3 och LPS har associerats med exacerbation av astma, och vi har rapporterat att O3 och LPS förstärker allergisk luftvägsinflammation hos allergiska astmatiker (AA). Utveckling av interventioner för att mildra dessa svar kommer att kraftigt minska sjukdomssjukligheten.

Med tanke på den roll som oxidanter spelar i patofysiologin för astmaexacerbation, skulle defekter i antioxidantnivåer öka risken för akut astmaexacerbation. Näringsbrist på vitamin E, askorbat och selen har kopplats till astmas svårighetsgrad, och astmatiker har minskat antioxidantnivåerna i luftvägsvätskan. Vi och andra har visat att vitamin C och E minskar i luftvägsvätskor hos astmatiker. Dessutom kan genetiska faktorer öka risken för oxidantinducerad exacerbation av astma. Många forskare har rapporterat att personer som är homozygota för nollpolymorfismen av Glutathione-S-Transferase Mu1 (GSTM1)-genen och inte kan producera GSTM1-protein (GSTM1-nollgenotypen) har ökad risk för akut föroreningsinducerad exacerbation av astma. Vi har visat hos friska frivilliga att genotypen GSTM1 noll är associerad med ökad inflammatorisk respons på O3, utan inverkan på det nociceptiva svaret på denna förorening. Vi har också visat att GSTM1 null-frivilliga har förstärkt luftvägs- och systeminflammation efter LPS-utmaning.

Andra har visat att nollgenotypen GSTM1 är associerad med ökad respons på passiv tobaksrök, dieselavgaser och andra partikelkomponenter. Romieu et al visade att barn med astma i Mexico City hade ökad känslighet för O3-inducerade exacerbationer om de hade nollgenotypen GSTM1. Denna grupp fann också att GSTM1 null AA selektivt gynnades av antioxidantintervention. GSTM1 nollgenotypen finns hos 20-40 % av befolkningen och kan vara överrepresenterad i allergiska populationer. Sammantaget visar dessa observationer att den stora GSTM1-nullpopulationen löper risk för föroreningsinducerad luftvägssjukdom, och att antioxidantintervention som riktar in sig på verkan av ROS och RNS kommer att gynna astmatiker och särskilt GSTM1-noll-astmatiker.

ANTIOXIDANTER OCH ASTHMA:

En icke-exklusiv lista över föreslagna antioxidanter inkluderar radikalfångare som askorbat, a-tokoferol (aT), y-tokoferol (yT) eller inducerare av antioxidantgensvarselementet transkriptionsfaktor NRF2, som aktiverar NRF2 med efterföljande bred uppreglering av akut fas II och antioxidantproteiner. Dessa medel finns i naturligt förekommande livsmedel och som näringstillskott. Ett antal djur-, cellkultur- och epidemiologiska studier stödjer tanken att antioxidanttillskott är användbart vid allergisk luftvägssjukdom. Trots dessa studier och en utbredd offentlig och vetenskaplig entusiasm angående användningen av sådana medel hos astmatiker, finns det dock knappa mänskliga data som stödjer eller motbevisar användningen av sådana ingrepp för antingen akut eller kronisk allergisk luftvägssjukdom. Det är avgörande att adekvata, väldesignade humanstudier bedömer rollen av antioxidanter för allergisk astma för att antingen bekräfta deras effektivitet eller motbevisa påståenden om att dessa är effektiva, säkra och billiga interventioner för allergisk sjukdom.

GAMMA TOKOFEROL OCH ASTHMA:

Gamma-tokoferol har både radikalavlägsnande och antiinflammatoriska effekter som kan spela viktiga roller för att minska föroreningsinducerade och allergiska skador på luftvägarna.

Liksom andra isoformer av vitamin E är yT en potent ROS-rensare och är också en kraftfull nukleofil som fångar elektrofiler som peroxinitrit i lipofila fack. En mekanism genom vilken y-T är cytoskyddande är avlägsnande av RNS vid den osubstituerade C-5-positionen på hydroxi-kromanringen av y-T för att bilda 5-NO-y-tokoferol (5-NO-yT). Sammantaget ger vitamin E ett allmänt skydd av DNA, lipider och proteiner från radikal stress. Ett exempel på sådant skydd visas i gnagarstudier av prostatacancer där intag av yT är associerat med minskad DNA-metylering av CpG-rika regioner av NRF2. NRF2 är en mästare regulator av många cytoprotektiva antioxidant enzymer.

Komplettering med yT förhindrar också proteinnitrering och dämpar förlusten av plasma-vitamin C i plasma i en gnagareperitonitmodell av inflammation. Vår grupp har också visat att yT hämmar cyklo-oxygenas-2 (COX-2) och 5-lipoxygenas (5-LO) i LPS-stimulerade makrofager och interleukin (IL)-1b-stimulerade epitelceller. Dessa effekter medieras primärt av yT-metaboliten 2, 7, 8-trimetyl-2S-(.-karboxietyl)-6-hydroxikroman (y-CEHC) som kräver hydroxylering av y-metylgruppen i yT med cytokrom P450 (CYP450). Vid karragenaninducerad inflammation hos Wistar-hanråttor minskar yT produktionen av prostaglandin (PGE2) och leukotrien (LTB4), vilket tyder på att 5-LO-medierad produktion av leukotriener också kan hämmas av yT. Tokoferoler, inklusive yT, modulerar också genuttryck av ett antal inflammatoriska gener. Således minskar yT och andra tokoferoler produktionen av ett antal pro-inflammatoriska cytokiner på transkriptionsnivån.

Hos djur har vi också visat att gamma-tokoferol minskar baslinjens eosinofili i luftvägarna. I våra tidiga fas I-studier av gamma-tokoferolberikade blandade tokoferoler (gT-mT) har vi visat att gT-mT hämmar monocytinducerad cytokinproduktion, minskar baslinjens nitrosativ stress och hämmar LPS-eosinofil- och neutrofilinflöde hos friska frivilliga.

SAMMANFATTNING:

Det finns en utbredd uppfattning att antioxidantnäringsämnen som gammatokoferol (yT, en form av vitamin E) är ett outnyttjat och billigt ingrepp för miljöutlöst akut astma. Det finns dock en avgörande lucka i evidensbaserat stöd för sådana ingrepp vid astma. En brist på samordnad forskning som bedömer specifika antioxidantregimer från prekliniska, fas I- och fas II-studier hindrar utvecklingen av fas III-antioxidantförsök i astmatiska populationer. Det är också oklart vilka fysiologiska effektmått som är mest relevanta i sådana studier. Detta projekt fokuserar på fas II-studier av yT i AA baserat på våra prekliniska och fas I-studier. För detta protokoll kommer vi att testa hypotesen att ett gamma-tokoferoltillskott kommer att basera antalet eosinofiler i luftvägssputa hos astmatiker (specifikt mål 1) och (specifikt mål 2) hämma LPS-inducerad luftvägsinflammation hos mild allergisk astmatiker.

Utredarna kommer också att göra en utforskande bedömning av den specifika effekten av GSTM1-nollgenotypen på respons på LPS och effekten av gamma-tokoferolberikat tillskott på detta svar.

Om gammatokoferol minskar LPS-inducerad respons hos astmatiker, skulle detta ge ett bevis på att detta medel skulle vara en användbar intervention för astma, vilket bekräftar behovet av en fas III-studie av gammatokoferolberikade kosttillskott som behandling för astma.