Heat stress impairs performance and induces intestinal inflammation in broiler chickens infected with Salmonella Enteritidis

Stressful situations reduce the welfare, production indices and immune status of chickens. Salmonella spp. are a major zoonotic pathogens that annually cause over 1 billion infections worldwide. We therefore designed the current experiment to analyse the effects of 31 +/- 1 degrees C heat stress (HS) (from 35 to 41 days) on performance parameters, Salmonella invasion and small intestine integrity in broiler chickens infected with Salmonella Enteritidis. We observed that HS decreased body weight gain and feed intake. However, feed conversion was only increased when HS was combined with Salmonella Enteritidis infection. In addition, we observed an increase in serum corticosterone levels in all of the birds that were subjected to HS, showing a hypothalamus-pituitary-adrenal axis activation. Furthermore, mild acute multifocal lymphoplasmacytic enteritis, characterized by foci of heterophil infiltration in the duodenum, jejunum and ileum, was observed in the HS group. In contrast, similar but more evident enteritis was noted in the heat-stressed and Salmonella-infected group. In this group, moderate enteritis was observed in all parts of the small intestine. Lastly, we observed an increase in Salmonella counts in the spleens of the stressed and Salmonella-infected chickens. The combination of HS and Salmonella Enteritidis infection may therefore disrupt the intestinal barrier, which would allow pathogenic bacteria to migrate through the intestinal mucosa to the spleen and generate an inflammatory infiltrate in the gut, decreasing performance parameters.

Effects of different nutritional strategies on intestinal inflammation in pigs

Intestinal health is essential for the health of the body since the gastro-intestinal mucosa is the main site of interaction with the external environment, as well as the major area colonized by the microbiota. Intestinal health relies on proper barrier function, epithelial integrity and related mechanisms of protection (mucous layer, tight junctions, immune and inflammatory system). In pigs, during the weaning transition, intestinal inflammation and barrier integrity play a crucial role in regulating intestinal health and, consequently, pig’s health, growth and productivity. The aim of the project was to assess the impact of different nutritional strategies on the intestinal health of weaning piglets with reference to the inflammatory status and epithelial integrity. Therefore, in vivo trials were conducted to test the in-feed supplementation with zinc, tributyrin, or organic acids and nature-identical compounds (NIC) to weaning piglets. All the dietary interventions positively impacted the intestinal inflammatory status and, as a consequence, improved epithelial integrity by modulating tight junctions proteins (zinc or tributyrin) or by enhancing barrier properties measured with Ussing chambers (organic acids and NIC). These findings highlight that intestinal inflammation and barrier function are strictly linked, and that the control of inflammation is essential for adequate barrier function. In addition, in zinc trial and organic acids and NIC trial, better intestinal health could successfully result in better growth performance, as aimed for pig production improvement. To conclude, this work shows that dietary supplementation with bio-active substances such as zinc, tributyrin or organic acids and NIC may improve intestinal health of weaning piglets modulating intestinal inflammatory stress and barrier integrity and allowing better piglet’s health, growth and productivity.

TNF suppresses acute intestinal inflammation by inducing local glucocorticoid synthesis

Although tumor necrosis factor (alpha) (TNF) exerts proinflammatory activities in a variety of diseases, including inflammatory bowel disease, there is increasing evidence for antiinflammatory actions of TNF. In contrast, glucocorticoids (GCs) are steroid hormones that suppress inflammation, at least in part by regulating the expression and action of TNF. We report that TNF induces extraadrenal production of immunoregulatory GCs in the intestinal mucosa during acute intestinal inflammation. The absence of TNF results in a lack of colonic GC synthesis and exacerbation of dextran sodium sulfate-induced colitis. TNF seems to promote local steroidogenesis by directly inducing steroidogenic enzymes in intestinal epithelial cells. Therapeutic administration of TNF induces GC synthesis in oxazolone-induced colitis and ameliorates intestinal inflammation, whereas inhibition of intestinal GC synthesis abrogates the therapeutic effect of TNF. These data show that TNF suppresses the pathogenesis of acute intestinal inflammation by promoting local steroidogenesis.

The role of nitric oxide in small intestinal motility in a model of acute inflammation

Motility responses of the small intestine of iNOS deficient mice (iNOS −/−) and their wildtype littermates (iNOS+/+) to the inflammatory challenge of lipopolysaccharide (LPS) were investigated. LPS administration failed to attenuate intestinal transit in iNOS−/− mice but depressed transit in their iNOS+/+ littermates. Supporting an inhibitory role for sustained nitric oxide (NO) synthesis in the regulation of intestinal motility during inflammation, iNOS immunoreactivity was upregulated in all regions of the small intestine of iNOS+/+ mice. In contrast, neuronal NOS was barely affected. Cyclooxygenase activation was determined by prostaglandin E2 (PGE2) concentration. Following LPS challenge, PGE2 levels were elevated in all intestinal segments in both animal groups. Moreover, COX-1 and COX-2 protein levels were elevated in iNOS+/+ mice in response to LPS, while COX-2 levels were similarly increased in iNOS −/− intestine. However, no apparent relationship was observed between increased prostaglandin concentrations and attenuated intestinal transit. The presence of heme oxygenase 1 (HO-1) in the murine small intestine was also investigated. In both animal groups HO-1 immunoreactivity in the proximal intestine increased in response to treatment, while the constitutive protein levels detected in the middle and distal intestine were unresponsive to LPS administration. No apparent correlation of HO-1 to the suppression of small intestinal motility induced by LPS administration was detected. The presence of S-nitrosylated contractile proteins in the small intestine was determined. γ-smooth muscle actin was basally nitrosylated as well as in response to LPS, but myosin light chain kinase and myosin regulatory chain (MLC20) were not. In conclusion, in a model of acute intestinal inflammation, iNOS-produced NO plays a significant role in suppressing small intestinal motility while nNOS, COX-1, COX-2 and HO-1 do not participate in this event. S-nitrosylation of γ-smooth muscle actin is associated with elevated levels of nitric oxide in the smooth muscle of murine small intestine. ^

Loss of intestinal epithelial barrier function in Salmonella Enteritidis infection

Intestinal infection with Salmonella enterica serotype Enteritidis, a food-borne infection spread to humans especially through contaminated eggs and egg-products as well as undercooked contaminated fresh meat, is the most common cause of intestinal inflammation in the European Union. Enteritis caused by Salmonella Enteritidis is characterized by fever, diarrhoea and abdominal pain. The disruption of the intestinal epithelial barrier function contributes to diarrhoea and is responsible for the perpetuation of the inflammatory process. In this sense, oxidative stress and the proinflammatory cytokines TNF-α, IFN-γ and IL-1β are described to induce the disorganization of the tight junctions (TJ), the most apical epithelial intercellular junctions and responsible for the paracellular permeability. The interest of this chapter relies not only in the investigation dealing with the mechanisms of TJ regulation but also in the contribution to the development of new tools for the prevention of epithelial barrier disruption in enteritis caused by Salmonella Enteritidis.

Inflammation intestinale associée à la fibrose kystique : rôle du CFTR et propriétés anti-inflammatoires de la vitamine D

Les patients fibrose kystique (FK) souffrent de complications digestives qui incluent une inflammation intestinale modérée dont l’étiologie est méconnue. Les personnes atteintes de FK présentent également une malabsorption des vitamines liposolubles, telles la vitamine D. Or, la vitamine D possède des propriétés immunomodulatrices et anti-inflammatoires. Le présent projet vise à investiguer le rôle du CFTR, dont le gène est muté dans la FK, dans l’étiologie de cette inflammation intestinale et à étudier le potentiel anti-inflammatoire de la vitamine D sur celle-ci. Le CFTR a été invalidé génétiquement par la méthode des ARN interférents (shRNAi) et/ou inhibé pharmacologiquement par l’utilisation d’un antagoniste inhibiteur spécifique (CFTRinh-172). Un état inflammatoire a été induit par les cytokines pro-inflammatoires TNF-α et IL-1β. Afin d’évaluer le rôle anti-inflammatoire de la vitamine D, les cellules ont été pré-traitées avec la forme bioactive de la vitamine D, la 1,25(OH)2D3. La sécrétion et l’expression génique d’interleukine-8, ainsi que l’activation de la voie de signalisation p38MAPK et du facteur de transcription NFκB ont été évaluées. Pour explorer la voie par laquelle la vitamine D exerce ses actions anti-inflammatoires, les cellules ont été pré-incubées avec le BIRB796 pour inhiber la voie p38MAPK. Finalement l’expression génique du récepteur nucléaire de la vitamine D et des hydroxylases intestinales impliquées dans son métabolisme a été déterminée. Nos résultats suggèrent que le CFTR a un rôle dans l’étiologie de l’inflammation intestinale associée à la FK. De plus, la vitamine D semble moduler à la baisse la réponse inflammatoire de la cellule intestinale dont le CFTR a été génétiquement invalidé.

Studies on IL-18 in HIV infection : effects of the cytokine on intestinal integrity, and platelets as a new source of the cytokine

L'interleukine IL-18 (IL-18), un membre de la famille de l’IL-1, est une cytokine pro-inflammatoire multifonctionnelle. Elle est produite par les monocytes, les macrophages, les cellules dendritiques, les cellules épithéliales, les kératinocytes et le cortex surrénal dans le corps humain. Cette cytokine est d'abord produite comme une protéine précurseure inactive, qui est par la suite clivée en une forme mature par la caspase-1 activée. La caspase, en elle-même, existe comme précurseur inactif dans les cellules humaines et requiert l'assemblage d'inflammasomes pour son activation. L'IL-18 pour joue un rôle clé dans la médiation des conditions inflammatoires. Notre laboratoire et d'autres ont montré que l'infection par le VIH est accompagnée d'une augmentation des taux circulants d'IL-18 avec une diminution des niveaux de son antagoniste, l'interleukine-18 binding protein (IL-18BP). Dans cette thèse, nous démontrons pour que l'IL-18 est également produite et sécrétée par les plaquettes humaines lors de leur activation. Les plaquettes contiennent des composants de l'inflammasome. Ils assemblent et activent la caspase-1, qui ensuite traite le précurseur de l'IL-18 dans sa forme mature au cours du processus d'activation des plaquettes. La cytokine est synthétisée de novo lors de l'activation des plaquettes. Contrairement à l'IL-18, les plaquettes expriment constitutivement l’IL-18BP, et la libèrent de manière constitutive, ainsi que lors de l'activation. L'IL-18 et l'IL-18BP sont colocalisés avec CD63, un marqueur pour les granules α des plaquettes. L'IL-18 libéré des plaquettes constitue la source principale de cette cytokine dans la circulation humaine chez les individus sains. Nous avons identifié des concentrations faibles de cette cytokine dans les lysats de plaquettes chez les individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. D'autre part, les concentrations ont été augmentées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes chez les individus infectés. Des résultats similaires ont été obtenus avec l'IL-18BP dans les lysats de plaquettes d'individus sains et infectés par le VIH. Cependant, des quantités plus faibles de cet antagoniste ont été trouvées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes d'individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. Nos résultats ont des implications importantes pour les maladies inflammatoires chroniques dans laquelle une activité accrue de l'IL-18 joue un rôle pathogène. Le VIH est également accompagné par une inflammation intestinale et une diminution de l'intégrité intestinale, mesurée par la réparation de la muqueuse, la régénération et la perméabilité. Cependant, on en sait peu sur la relation entre le niveau élevé de l'IL-18 associé à l'infection au VIH et la perméabilité intestinale: ceci n'a jamais été étudié. Dans cette thèse, nous démontrons le rôle du virus et sa protéine Tat à augmenter la production d'IL-18 chez deux lignées de cellules épithéliales intestinales (HT29 et Caco2) ainsi qu'une diminution de l'IL-18BP. L'IL-18 induit une hyperperméabilité de la barrière épithéliale en perturbant à la fois les jonctions serrées et adhérentes, et ce, en modulant l'expression et la distribution de l'occludine, de claudine-2 et de la bêta-caténine. Une désorganisation de l'actine F a également été observée dans les cellules lors de l'incubation avec l'IL-18. Les mêmes observations ont été faites avec la protéine Tat du VIH-1. Après une incubation prolongée, l'IL-18 a causé la mort des cellules intestinales et induit l'apoptose par l'activation de la caspase-1 et la caspase-3. Fait intéressant, les taux plasmatiques de lipopolysaccharides chez trois catégories différentes de patients au VIH (ART-naïf, ART-traitée et contrôleurs élite) sont en corrélation avec les niveaux plasmatiques de l'IL-18. Enfin, nous avons étudié la voie de signalisation à travers laquelle l'IL-18 induit une perméabilité intestinale accrue. En bref, nos études identifient les plaquettes comme une source importante d'IL-18, et leur activation lors d'une infection à VIH contribue à des concentrations accrues de cette cytokine. Le virus entraine également l'augmentation de la production de cytokines par les cellules épithéliales intestinales. L'activité biologique accrue de ces cytokines contribue à la pathogenèse du sida en augmentant la perméabilité intestinale et en causant la mort des cellules intestinales. L'IL-18 pourrait servir de cible moléculaire pour retarder la progression du sida et réduire l'inflammation chronique dans un stade précoce d'une infection à VIH.

Local and remote tissue injury upon intestinal ischemia and reperfusion depends on the TLR/MyD88 signaling pathway

Innate immune responses against microorganisms may be mediated by Toll-like receptors (TLRs). Intestinal ischemia-reperfusion (i-I/R) leads to the translocation of bacteria and/or bacterial products such as endotoxin, which activate TLRs leading to acute intestinal and lung injury and inflammation observed upon gut trauma. Here, we investigated the role of TLR activation by using mice deficient for the common TLR adaptor protein myeloid differentiation factor 88 (MyD88) on local and remote inflammation following intestinal ischemia. Balb/c and MyD88(-/-) mice were subjected to occlusion of the superior mesenteric artery (45 min) followed by intestinal reperfusion (4 h). Acute neutrophil recruitment into the intestinal wall and the lung was significantly diminished in MyD88(-/-) after i-I/R, which was confirmed microscopically. Diminished neutrophil recruitment was accompanied with reduced concentration of TNF-alpha and IL-1 beta level. Furthermore, diminished microvascular leak and bacteremia were associated with enhanced survival of MyD88(-/-) mice. However, neither TNF-alpha nor IL-1 beta neutralization prevented neutrophil recruitment into the lung but attenuated intestinal inflammation upon i-I/R. In conclusion, our data demonstrate that disruption of the TLR/MyD88 pathway in mice attenuates acute intestinal and lung injury, inflammation, and endothelial damage allowing enhanced survival.

HSP70, heparanase e HPRT participam da resposta inflamtória intestinal induzida por TNBS em ratos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Antioxidant and intestinal anti-inflammatory effects of plant-derived coumarin derivatives

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Antidiarrheal and intestinal antiinflammatory activities of a methanolic extract of Qualea parviflora Mart. in experimental models

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Experimental evidence of MAP kinase gene expression on the response of intestinal anti-inflammatory drugs

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)