Papel regulatório da proteína anexina-1 e de seu derivado Ac2-26 no modelo experimental de asma alérgica em camundongos

A asma é uma doença inflamatória crônica caracterizada por hiper-reatividade das vias aéreas, acúmulo de eosinófilos, secreção de muco e remodelamento. No decorrer do estabelecimento do processo inflamatório, há liberação de mediadores endógenos que atuam limitando a evolução do quadro patológico e garantindo a manutenção da homeostasia (COHN, ELIAS e CHUPP, 2004). Dentre estes recebem destaque os hormônios glicocorticóides, reconhecidos por sua atividade anti-inflamatória, dependente, em parte, da geração de fatores intermediários como a proteína anexina-1 (AnxA1) (KAMAL, FLOWER e PERRETTI, 2005; PERRETTI, 2003). Neste estudo investigou-se o papel regulatório da AnxA1 e do peptídeo derivado Ac2-26 (50 - 200 g/animal) no modelo experimental de asma alérgica murina. Camundongos BALB/c (AnxA1+/+) e depletados do gene codificante para AnxA1 (AnxA1-/-) foram sensibilizados com ovoalbumina (OVA 50 g) e hidróxido de alumínio (5 mg), por via subcutânea. Após 14 dias, foi feito reforço com OVA (25 g), por via intraperitoneal, e nos dias 19, 20 e 21 foram desafiados com OVA (25 g), por via intranasal. O tratamento consistiu na administração intranasal do peptídeo Ac2-26 (50 - 200 g), 1 h antes de cada desafio. As análises foram feitas 24 h após o último desafio e incluíram: i) função pulmonar (resistência e elastância) e hiper-reatividade das vias aéreas à metacolina (3 27 mg/ml) através de pletismografia invasiva; ii) alterações morfológicas através de histologia clássica; iii) quantificação de colágeno e iv) quantificação de mediadores inflamatórios através de ELISA. Verificou-se que camundongos AnxA1-/-, quando ativamente sensibilizados e desafiados com OVA apresentaram exacerbação do quadro de hiper-reatividade das vias aéreas, assim como do número de eosinófilos no lavado broncoalveolar e no infiltrado peribrônquico, deposição de colágeno e nos níveis de IL-13 em comparação aos controles AnxA1+/+. Em paralelo, observou-se que o peptídeo Ac2-26 levou a uma redução da hiper-reatividade das vias aéreas frente à estimulação com metacolina nos animais AnxA1+/+. O peptídeo Ac2-26 reduziu o infiltrado inflamatório no parênquima pulmonar e o número de eosinófilos peribronquiolares, além da produção de muco no tecido pulmonar e da geração IL-4, IL-13, eotaxina-1 e -2. Em conjunto, nossos achados mostram que os camundongos AnxA1-/- mostraram-se mais responsivos à estimulação antigênica, o que foi indicativo de que a AnxA1 parece exercer um papel regulatório importante sobre a resposta inflamatória alérgica murina. Além disso, o efeito inibitório do peptídeo Ac2-26 sobre a resposta alérgica pulmonar foi indicativo de que este se coloca como um composto anti-inflamatório e anti-alérgico promissor para utilização na terapia da asma.

Segurança do paciente na utilização de heparina sódica intravenosa: cuidados de enfermagem baseados na análise dos fatores de risco para eventos hemorrágicos

O objeto deste estudo são os eventos hemorrágicos em pacientes críticos que utilizam infusão contínua de heparina sódica. Tem como objetivo geral propor cuidados de enfermagem para pacientes que recebem infusão contínua de heparina, a fim de aumentar a segurança do paciente e reduzir a ocorrência de hemorragia, com base nos fatores de risco. Esta pesquisa procura contribuir com a farmacovigilância da heparina e com a qualidade da assistência de enfermagem. Trata-se de um estudo de coorte retrospectivo, com análise em prontuário, desenvolvido em unidade intensiva e semi-intensiva de um hospital público do Rio de Janeiro. Foram investigados 867 prontuários de 2010 a 2011, encontrando-se uma população de 79 pacientes que fizeram uso de heparina sódica em infusão contínua. As variáveis do estudo foram submetidas a tratamentos estatísticos não paramétricos e a medidas de associação. Os resultados apontam entre os pacientes três diagnósticos: fibrilação atrial, trombose venosa profunda e síndrome coronariana; percebe-se ainda predomínio do sexo feminino (58,23%) e de idosos (md=65 anos). A taxa de eventos hemorrágicos foi de 21,52% e se mostrou mais elevada quando comparada a outros estudos. Evidencia-se que pacientes com TTPa maior do que 100s tem um risco 9,29 vezes maior de apresentar eventos hemorrágicos. Todos os fatores de risco idade maior do que sessenta anos, hipertensão arterial sistêmica, TTPa maior do que 100s, uso prévio de anticoagulante e insuficiência renal apresentam associação positiva com a presença de evento hemorrágico. Entre os pacientes com eventos hemorrágicos, 94,16% apresentam um ou mais fatores de risco para sangramento. Os eventos hemorrágicos foram identificados na pele (47,37%), em sítio de punção, nas vias aéreas, no sistema geniturinário (15,79%) e no sistema gastrointestinal (10,53%). A maioria (55%) dos eventos hemorrágicos foi classificada com tipo 2 de BARC. Na associação entre o dispositivo invasivo utilizado e o tipo de sangramento, 100% dos pacientes com sangramento de via aérea ou do sistema gastrointestinal utilizavam sonda nasoentérica. Paciente com cateter vesical de demora (CVD) tem sete vezes mais risco de hematúria quando comparados com pacientes sem CVD; já pacientes com acesso venoso periférico tem menos risco de sangramento de sítio de punção quando comparados ao pacientes com acesso venoso central (RR= 0,74; 1,29). Essas associações norteiam a assistência de enfermagem e sugerem que o enfermeiro seja cauteloso ao realizar esses procedimentos nos pacientes com heparina sódica. Frente às variações no TTPa dosado, analisou-se o seguimento do protocolo e detectou-se que, nos pacientes com eventos hemorrágicos, a taxa de erro no ajuste da infusão foi maior (76,24%) quando comparada com os pacientes sem eventos hemorrágicos (39,05%). Ao se associar a taxa de erro da infusão com a presença de evento hemorrágico, evidencia-se que, quando a heparina não é ajustada segundo o protocolo, aumenta-se em 3,3 vezes o risco de evento hemorrágico. Portanto, para garantir o uso seguro na infusão de heparina, descrevem-se alguns cuidados específicos de enfermagem baseados nos fatores de risco e na indicação clínica de cada paciente.

Avaliação do papel do óxido nítrico no comprometimento da função pulmonar e hiper-reatividade das vias aéreas em camundongos estimulados com sílica

Silicose é uma doença pulmonar causada pela inalação de partículas de sílica, na qual vários são os mediadores inflamatórios implicados. Neste estudo investigamos o envolvimento do óxido nítrico (NO) nas alterações de função pulmonar e hiper-reatividade das vias aéreas, em camundongos estimulados com sílica por via intranasal. Foram analisados parâmetros como i) função pulmonar (resistência e elastância) e hiper-reatividade das vias aéreas ao aerossol com metacolina (3 27 mg/mL) através de sistema de pletismografia invasiva, e ii) alterações morfológicas, mediante técnicas clássicas de histologia e imuno-histoquímica. Verificamos que a instilação de partículas de sílica (10 mg) causou aumento nos níveis basais de resistência e elastância pulmonar, bem como de hiper-reatividade das vias aéreas à metacolina, em tempos que variaram de 2 a 28 dias. Observamos uma correlação temporal com as alterações morfológicas no tecido pulmonar, que refletiram presença de resposta inflamatória e infiltrado celular intenso, seguidos de progressiva fibrose e formação de granulomas. Os tempos de 7 e 28 dias pós-estimulação com sílica foram selecionados para os ensaios subsequentes, por corresponderem às fases aguda e crônica da silicose experimental, respectivamente. Foram detectados níveis elevados de óxido nítrico (NO), bem como de peroxinitrito/expressão da enzima iNOS no lavado broncoalveolar e no tecido pulmonar de camundongos estimulados com sílica, respectivamente. Em outro grupo de experimentos, observamos que camundongos depletados para o gene codificante para a enzima NOS induzida (iNOS) apresentaram abolidas as respostas de aumento nos níveis basais de resistência e elastância pulmonares, bem como da hiper-reatividade das vias aéreas à metacolina em comparação aos animais selvagens (C57BL/6). A inibição da resposta inflamatória e fibrótica granulomatosa foi também notada no caso dos animais nocautes para iNOS. O tratamento com 1400W, um inibidor da enzima iNOS, diminui de forma marcada as alterações de função pulmonar e fibrose tecidual verificadas nos camundongos silicóticos. Em conclusão, nossos resultados mostram que o comprometimento da função pulmonar, representado pelo aumento na resistência/elastância e hiper-reatividade das vias aéreas, mostraram-se correlacionados à maior geração de NO e de peroxinitrito, assim como da expressão da enzima iNOS. A depleção do gene codificante ou, ainda, o bloqueio da enzima iNOS aboliram a resposta de comprometimento da função pulmonar e fibrose tecidual na silicose experimental. Em conjunto estes achados indicam que o NO parece ser um mediador importante no contexto da silicose, colocando-se como um alvo terapêutico em potencial no tratamento de doenças de caráter fibrótico.

Análise do efeito do envelhecimento e da doença pulmonar obstrutiva crônica sobre a limitação ao fluxo expiratório por meio da técnica de pressão expiratória negativa

O termo limitação ao fluxo expiratório (LFE) refere-se a uma condição na qual o fluxo expiratório máximo obtido durante um ciclo da respiração espontânea é menor que o previsto e permanece constante apesar do aumento do gradiente pressórico. A LFE pode estar presente durante o envelhecimento pulmonar fisiológico, e em afecções pulmonares obstrutivas, como na doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC). A aferição direta para determinar a LFE requer a mensuração do volume pela relação entre o fluxo e a pressão transpulmonar, porém é um método invasivo. Os testes usualmente empregados estão baseados na comparação da curva fluxo-volume expiratório máximo e corrente, porém estas técnicas requerem alto grau de colaboração do indivíduo e podem gerar alteração do tônus muscular brônquico. Estudos sugerem que a Técnica de Pressão Expiratória Negativa (NEP) pode ser aplicada para detecção da LFE, sendo um método simples, não invasivo e que não requer esforço dos voluntários. Contudo, índices quantitativos para a avaliação deste fenômeno ainda não foram definidos, assim como também não foram estudadas a LFE no processo de envelhecimento e nos diversos estágios de obstrução das vias aéreas na DPOC. Neste contexto, os objetivos deste estudo foram: (1) avaliar o comportamento da LFE durante o processo de envelhecimento e (2) estudar a LFE presente nos portadores de DPOC. Trata-se de um estudo transversal controlado com avaliação de casos prevalentes, tendo como unidade de avaliação o indivíduo. Os exames realizados incluíram medidas de espirometria e NEP. Foram selecionados indivíduos saudáveis para o grupo envelhecimento separados em três grupos: grupo jovem (GJ), n=17; grupo meia idade (GMI), n=17 e grupo idoso (GI), n=17. No grupo DPOC foram selecionados indivíduos tabagistas e com doença obstrutiva, sendo classificados de acordo com o nível de obstrução sugerido pela espirometria. Essa classificação resultou em cinco categorias: indivíduos normais ao exame espirométrico (NE, n= 18); com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (DVOL, n=15); distúrbio ventilatório obstrutivo moderado (DVOM, n= 18); distúrbio ventilatório obstrutivo acentuado (DVOA, n= 18) e distúrbio ventilatório obstrutivo muito acentuado (DVOMA, n= 18). Todos os indivíduos realizaram os exames de NEP e posteriormente foram submetidos à espirometria. No estudo sobre envelhecimento o parâmetro LFE% foi o que melhor caracterizou a LFE, apresentando uma correlação moderada com a idade. Os parâmetros ∆EF0-50% e ∆EF25-75% apresentaram uma correlação razoável com o progredir da idade, possivelmente devido a LFE no idoso apresentar componentes relacionadas às vias aéreas superiores. No grupo DPOC a NEP caracterizou adequadamente a LFE, sendo o melhor parâmetro a LFE%. Alterações significativas também foram encontradas com os parâmetros ∆EF0-50% e ∆EF25-75%. Avaliando-se a influência da idade neste grupo, pode-se observar que a idade é um fator de contribui para a LFE, no entanto, o efeito preponderante foi a gravidade da doença. Pode-se concluir que: (1) a NEP é útil no estudo da LFE em idosos saudáveis; (2) nestes indivíduos a LFE ocorre principalmente nas vias aéreas extratorácicas; (3) que a NEP é útil na avaliação de pacientes com DPOC, e: (4) que os efeitos da DPOC se sobrepõe ao efeito do envelhecimento.

Avaliação do efeito anti-inflamatório e antiasmático da 15-deoxy-delta-12,14-prostaglandina J2 em modelos murinos de asma

A asma é um distúrbio crônico pulmonar caracterizado por inflamação, obstrução e remodelamento brônquico, levando a sintomas como sibilo, tosse e falta de ar. A terapia antiasmática consiste em corticosteroides inalados e agonistas β2 de curta ou longa duração. O tratamento é limitado por efeitos colaterais e refratariedade de alguns pacientes, justificando a necessidade de novas terapias. Estudos demonstram que a 15-deoxy-delta- 12,14-prostaglandina J2 (15d-PGJ2), um ligante endógeno de receptores ativados por proliferadores de peroxissomos do tipo gama (PPAR-γ), é capaz de reduzir a expressão de citocinas pró-inflamatórias, o que pode resultar em benefícios no tratamento de doenças com esse perfil. O objetivo deste estudo foi avaliar o potencial anti-inflamatório e antiasmático da 15d-PGJ2 em modelos experimentais de asma. Camundongos A/J machos foram sensibilizados nos dias 0 e 7 através de injeção subcutânea (s.c.), contendo ovoalbumina (OVA) e Al(OH)3, e desafiados com 4 instilações intranasais (i.n.) de OVA em intervalos semanais. O tratamento com 15d-PGJ2 (30 e 100 g/Kg, s.c.) foi realizado 30 min antes dos desafios a partir da terceira provocação antigênica. Em outro modelo, camundongos A/J foram desafiados intranasalmente com extrato de ácaro 3 vezes por semana durante 3 semanas. As administrações de 15d-PGJ2 (30, 70 e 100 g/Kg, s.c. e 0,65; 1,5 e 2,3 g/animal, i.n.) foram realizadas a partir da 3 semana, 30 min antes dos desafios. As análises ocorreram 24 h após o último desafio. Nossos resultados mostraram que, em camundongos previamente sensibilizados e desafiados com OVA, a administração de 15d-PGJ2 limitou significativamente o influxo peribrônquico de eosinófilos e neutrófilos, bem como a produção de muco por células caliciformes e fibrose sub-epitelial, além da hiperreatividade das vias aéreas e produção de IL-5. A redução do epitélio brônquico e das citocinas IL-13 e TNF-α foram observadas somente na maior dose administrada. No modelo HDM a inflamação e o remodelamento foram atenuados em todas as doses administradas do composto, enquanto que a hiperresponssividade brônquica foi inibida apenas nas doses de 70 e 100 μg/Kg (via sistêmica) e na dose intermediária dada topicamente (1,5 μg/animal, i.n.). Os níveis de citocinas foram atenuados pelo tratamento subcutâneo, porém somente os níveis de IL-17, eotaxina-1 e TNF-α foram inibidos com a dose intranasal de 0,65 g/animal. O aumento da expressão de NF-κB, induzido por provocação com HDM também foi reduzido significativamente pela administração de 15d-PGJ2. Em conjunto, nossos dados indicam que o tratamento com 15d-PGJ2 inibe alterações cruciais associadas à patogênese da asma, em modelos experimentais distintos da doença, demonstrando possuir grande potencial para controlar e reverter inflamação, hiperreatividade e remodelamento pulmonar desencadeados por provocação alérgica.

Alterações da expressão da proteína PHEX na Hanseníase

A hanseníase é uma doença infecciosa causada pelo Mycobacteruim leprae, um bacilo intracelular obrigatório, que prolifera principalmente na pele e nos nervos periféricos no interior de células como macrófagos e células de Schwann. A transmissão ocorre por meio das mucosas das vias respiratórias, provavelmente por aerossóis expelidos por indivíduos infectados. O homem é o seu hospedeiro natural sendo a multiplicação do bacilo muito lenta, com um período de geração estimado de 14 dias. Apesar da mínima variação no genoma do M. leprae, a doença é caracterizada por um espectro de formas clínicas bem definido, decorrente da capacidade de resposta imune do hospedeiro. Em pacientes classificados como multibacilares (MB) a doença é disseminada, com inúmeras lesões de pele e proliferação bacilar considerável. Nesses indivíduos ocorre hiporresponsividade celular ao M. leprae. Nas formas paucibacilares (PB), os pacientes apresentam uma ou poucas lesões, a carga bacilar é pequena e, às vezes não observada por meio da baciloscopia tradicional e ocorre resposta imune patógeno-específica. As incapacidades físicas nos pacientes decorrem da neuropatia e osteopatia e podem ser irreversíveis. Essas deformidades podem avançar mesmo após a diminuição da carga bacilar com o final do tratamento poliquimioterápico. A presente tese teve por objetivo estudar as implicações da proteína PHEX nas alterações fisiopatológicas da hanseníase, em especial as alterações ósseas. A proteína PHEX (Phosphate-regulating gene with Homologies to Endopeptidase on the X chromosome) é expressa em várias células humanas e, no primeiro artigo que compõe essa tese, demonstramos que o M.leprae leva à diminuição da expressão de PHEX em linhagens de células de Schwann e osteoblastos humanos. Este efeito foi igualmente causado por outras espécies de micobactérias. No segundo manuscrito ora submetido, observamos que em leucócitos sanguíneos de pacientes hansenianos também ocorreu modulação negativa de PHEX. Este efeito não se relacionou com a capacidade de produção de citocinas inflamatórias frente ao M. leprae in vitro ou com alterações bioquímicas. O efeito inibidor da mineralização ocasionado pela modulação negativa de PHEX talvez contribua para a doença óssea da hanseníase, auxiliando a explicar a capacidade do M. leprae de penetrar e sobreviver no osso.

Association of early growth response-1 gene polymorphisms with total IgE and atopy in asthmatic children

Early growth response-1 (Egr-1) is expressed in human airways and found to modulate tumor necrosis factor, immunoglobulin E (IgE), airway responsiveness, and interleukin-13-induced inflammation in mice. We investigated the effects of Chinese-tagging singl

Water-based exercise for adults with asthma

BackgroundAsthma is a common condition characterised by airway inflammation and airway narrowing, which can result in intermittent symptoms of wheezing, coughing and chest tightness, possibly limiting activities of daily life. Water-based exercise is believed to offer benefits for people with asthma through pollen-free air, humidity and effects of exercise on physical function.ObjectivesTo evaluate the effectiveness and safety of water-based exercise for adults with asthma.Search methodsWe searched the Cochrane Airways Group Specialised Register of Trials (CAGR), the Cochrane Central Register of Controlled Trials (CENTRAL), MEDLINE, EMBASE, the Cumulative Index to Nursing and Allied Health Literature (CINAHL), the Allied and Complementary Medicine Database (AMED), PsycINFO, the Latin American and Caribbean Health Science Information Database (LILACS), the Physiotherapy Evidence Database (PEDro), the System for Information on Grey Literature in Europe (SIGLE) and Google Scholar on 13 May 2014. We handsearched ongoing clinical trial registers and meeting abstracts of the American Thoracic Society (ATS), the European Respiratory Society (ERS) and the British Thoracic Society (BTS).Selection criteriaWe included all randomised controlled trials (RCTs) of adults with asthma comparing a water-based exercise group versus one or more of the following groups: usual care, land-based exercise, non-exercise.Data collection and analysisTwo review authors (AJG, VS) independently extracted data fromthe primary studies using a standard form developed for this purpose, which includes methods, participants, interventions and outcomes. We contacted trial authors to request additional data. Data were input by one review author and were double-checked by a second review author.Main resultsIn this systematic review, we provide a narrative synthesis of available evidence from three small studies including 136 adult participants. the studies were at high risk of bias. No meta-analysis was possible because of methodological and interventional heterogeneity between included studies. the primary outcomes of quality of life and exacerbations leading to use of steroids were not reported by these studies. for exacerbations leading to health centre/hospital visits, uncertainty was wide because a very small number of events was reported (in a single study). Secondary outcomes symptoms, lung function, changes in medication and adverse effects, where available, described for each included study. the overall quality of the studies was very low, and no clear differences were noted between water-based exercise and comparator treatments. Therefore, we remain very uncertain about the effects of water-based exercise for adults with asthma.Authors' conclusionsThe small number of participants in the three included studies, the clinical and methodological heterogeneity observed and the high risk of bias assessed mean that we are unable to assess the place of water-based exercise in asthma. Randomised controlled trials are needed to assess the efficacy and safety of water-based exercise for adults with asthma. for future research, we suggest greater methodological rigour (participant selection, blinding of outcome assessors, reporting of all outcomes analysed and registering of the study protocol).

Electromagnetic tracking and steering for catheter navigation

This thesis explores the use of electromagnetics for both steering and tracking of medical instruments in minimally invasive surgeries. The end application is virtual navigation of the lung for biopsy of early stage cancer nodules. Navigation to the peripheral regions of the lung is difficult due to physical dimensions of the bronchi and current methods have low successes rates for accurate diagnosis. Firstly, the potential use of DC magnetic fields for the actuation of catheter devices with permanently magnetised distal attachments is investigated. Catheter models formed from various materials and magnetic tip formations are used to examine the usefulness of relatively low power and compact electromagnets. The force and torque that can be exerted on a small permanent magnet is shown to be extremely limited. Hence, after this initial investigation we turn our attention to electromagnetic tracking, in the development of a novel, low-cost implementation of a GPS-like system for navigating within a patient. A planar magnetic transmitter, formed on a printed circuit board for a low-profile and low cost manufacture, is used to generate a low frequency magnetic field distribution which is detected by a small induction coil sensor. The field transmitter is controlled by a novel closed-loop system that ensures a highly stable magnetic field with reduced interference from one transmitter coil to another. Efficient demodulation schemes are presented which utilise synchronous detection of each magnetic field component experienced by the sensor. The overall tracking accuracy of the system is shown to be less than 2 mm with an orientation error less than 1°. A novel demodulation implementation using a unique undersampling approach allows the use of reduced sample rates to sample the signals of interest without loss of tracking accuracy. This is advantageous for embedded microcontroller implementations of EM tracking systems. The EM tracking system is demonstrated in the pre-clinical environment of a breathing lung phantom. The airways of the phantom are successfully navigated using the system in combination with a 3D computer model rendered from CT data. Registration is achieved using both a landmark rigid registration method and a hybrid fiducial-free approach. The design of a planar magnetic shield structure for blocking the effects of metallic distortion from below the transmitter is presented which successfully blocks the impact of large ferromagnetic objects such as operating tables. A variety of shielding material are analysed with MuMetal and ferrite both providing excellent shieling performance and an increased signal to noise ratio. Finally, the effect of conductive materials and human tissue on magnetic field measurements is presented. Error due to induced eddy currents and capacitive coupling is shown to severely affect EM tracking accuracy at higher frequencies.

Particulate allergens potentiate allergic asthma in mice through sustained IgE-mediated mast cell activation.

Allergic asthma is characterized by airway hyperresponsiveness, inflammation, and a cellular infiltrate dominated by eosinophils. Numerous epidemiological studies have related the exacerbation of allergic asthma with an increase in ambient inhalable particulate matter from air pollutants. This is because inhalable particles efficiently deliver airborne allergens deep into the airways, where they can aggravate allergic asthma symptoms. However, the cellular mechanisms by which inhalable particulate allergens (pAgs) potentiate asthmatic symptoms remain unknown, in part because most in vivo and in vitro studies exploring the pathogenesis of allergic asthma use soluble allergens (sAgs). Using a mouse model of allergic asthma, we found that, compared with their sAg counterparts, pAgs triggered markedly heightened airway hyperresponsiveness and pulmonary eosinophilia in allergen-sensitized mice. Mast cells (MCs) were implicated in this divergent response, as the differences in airway inflammatory responses provoked by the physical nature of the allergens were attenuated in MC-deficient mice. The pAgs were found to mediate MC-dependent responses by enhancing retention of pAg/IgE/FcεRI complexes within lipid raft–enriched, CD63(+) endocytic compartments, which prolonged IgE/FcεRI-initiated signaling and resulted in heightened cytokine responses. These results reveal how the physical attributes of allergens can co-opt MC endocytic circuitry and signaling responses to aggravate pathological responses of allergic asthma in mice.

Airway basal stem cells: a perspective on their roles in epithelial homeostasis and remodeling.

The small airways of the human lung undergo pathological changes in pulmonary disorders, such as chronic obstructive pulmonary disease (COPD), asthma, bronchiolitis obliterans and cystic fibrosis. These clinical problems impose huge personal and societal healthcare burdens. The changes, termed 'pathological airway remodeling', affect the epithelium, the underlying mesenchyme and the reciprocal trophic interactions that occur between these tissues. Most of the normal human airway is lined by a pseudostratified epithelium of ciliated cells, secretory cells and 6-30% basal cells, the proportion of which varies along the proximal-distal axis. Epithelial abnormalities range from hypoplasia (failure to differentiate) to basal- and goblet-cell hyperplasia, squamous- and goblet-cell metaplasia, dysplasia and malignant transformation. Mesenchymal alterations include thickening of the basal lamina, smooth muscle hyperplasia, fibrosis and inflammatory cell accumulation. Paradoxically, given the prevalence and importance of airway remodeling in lung disease, its etiology is poorly understood. This is due, in part, to a lack of basic knowledge of the mechanisms that regulate the differentiation, maintenance and repair of the airway epithelium. Specifically, little is known about the proliferation and differentiation of basal cells, a multipotent stem cell population of the pseudostratified airway epithelium. This Perspective summarizes what we know, and what we need to know, about airway basal cells to evaluate their contributions to normal and abnormal airway remodeling. We contend that exploiting well-described model systems using both human airway epithelial cells and the pseudostratified epithelium of the genetically tractable mouse trachea will enable crucial discoveries regarding the pathogenesis of airway disease.

Evidence that SOX2 overexpression is oncogenic in the lung.

BACKGROUND: SOX2 (Sry-box 2) is required to maintain a variety of stem cells, is overexpressed in some solid tumors, and is expressed in epithelial cells of the lung. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: We show that SOX2 is overexpressed in human squamous cell lung tumors and some adenocarcinomas. We have generated mouse models in which Sox2 is upregulated in epithelial cells of the lung during development and in the adult. In both cases, overexpression leads to extensive hyperplasia. In the terminal bronchioles, a trachea-like pseudostratified epithelium develops with p63-positive cells underlying columnar cells. Over 12-34 weeks, about half of the mice expressing the highest levels of Sox2 develop carcinoma. These tumors resemble adenocarcinoma but express the squamous marker, Trp63 (p63). CONCLUSIONS: These findings demonstrate that Sox2 overexpression both induces a proximal phenotype in the distal airways/alveoli and leads to cancer.

Beta-arrestin-2 regulates the development of allergic asthma.

Asthma is a chronic inflammatory disorder of the airways that is coordinated by Th2 cells in both human asthmatics and animal models of allergic asthma. Migration of Th2 cells to the lung is key to their inflammatory function and is regulated in large part by chemokine receptors, members of the seven-membrane-spanning receptor family. It has been reported recently that T cells lacking beta-arrestin-2, a G protein-coupled receptor regulatory protein, demonstrate impaired migration in vitro. Here we show that allergen-sensitized mice having a targeted deletion of the beta-arrestin-2 gene do not accumulate T lymphocytes in their airways, nor do they demonstrate other physiological and inflammatory features characteristic of asthma. In contrast, the airway inflammatory response to LPS, an event not coordinated by Th2 cells, is fully functional in mice lacking beta-arrestin-2. beta-arrestin-2-deficient mice demonstrate OVA-specific IgE responses, but have defective macrophage-derived chemokine-mediated CD4+ T cell migration to the lung. This report provides the first evidence that beta-arrestin-2 is required for the manifestation of allergic asthma. Because beta-arrestin-2 regulates the development of allergic inflammation at a proximal step in the inflammatory cascade, novel therapies focused on this protein may prove useful in the treatment of asthma.

β-Arrestin-2 regulates the development of allergic asthma

Asthma is a chronic inflammatory disorder of the airways that is coordinated by Th2 cells in both human asthmatics and animal models of allergic asthma. Migration of Th2 cells to the lung is key to their inflammatory function and is regulated in large part by chemokine receptors, members of the seven-membrane-spanning receptor family. It has been reported recently that T cells lacking β-arrestin-2, a G protein-coupled receptor regulatory protein, demonstrate impaired migration in vitro. Here we show that allergen-sensitized mice having a targeted deletion of the β-arrestin-2 gene do not accumulate T lymphocytes in their airways, nor do they demonstrate other physiological and inflammatory features characteristic of asthma. In contrast, the airway inflammatory response to LPS, an event not coordinated by Th2 cells, is fully functional in mice lacking β-arrestin-2. β-arrestin-2-deficient mice demonstrate OVA-specific IgE responses, but have defective macrophage-derived chemokine-mediated CD4+ T cell migration to the lung. This report provides the first evidence that β-arrestin-2 is required for the manifestation of allergic asthma. Because β-arrestin-2 regulates the development of allergic inflammation at a proximal step in the inflammatory cascade, novel therapies focused on this protein may prove useful in the treatment of asthma.

Is there an association between angiotensin-converting enzyme gene variants and chronic nonproductive cough?

Background: It is unclear why some patients develop a chronic nonproductive cough. Angiotensin-converting enzyme (ACE) inactivates tussive peptides in the airways such as bradykinin and tachykinins. An insertion/deletion polymorphism in the ACE gene accounts for variation in ACE levels, and patients with the II genotype have lowest serum ACE levels compared with ID and DD genotypes. We hypothesized that the II genotype would be associated with increased risk of developing a chronic cough.

Materials and methods: We recruited 47 patients (33 women), referred for evaluation of cough (median cough duration, 24 months; range, 2 to 240 months). Cough patients were evaluated using a comprehensive diagnostic protocol, and cough reflex sensitivity was measured using a capsaicin inhalation challenge. ACE genotyping was performed on DNA samples from patients using the polymerase chain reaction followed by agarose gel electrophoresis. ACE genotypes in patients with chronic cough were compared with those in 199 healthy control subjects. Serum ACE levels were determined using a colorimetric assay.

Results: Genotype frequencies for the ACE gene were similar between patients and control subjects. There was no correlation between capsaicin sensitivity and ACE genotypes or serum ACE levels.

Conclusion: Susceptibility to develop chronic cough is not associated with ACE genotype.