Stress axis variability is associated with differential ozone-induced lung inflammatory signaling and injury biomarker response

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dc.contributor.author

Thomas, Jith

Guénette, Josée

Thomson, Errol M.

dc.date.accessioned

2024-04-11T15:47:59Z

dc.date.available

2024-04-11T15:47:59Z

dc.date.issued

2018-09-08

dc.description - en

Ozone, a common air pollutant in urban areas, has been shown to cause lung inflammation and injury, increase hospital admission rates, and contribute to premature death. Some people are more vulnerable to ozone than others. While the exact mechanisms governing susceptibility to ozone are not well understood, recent Health Canada studies have shown that exposure to air pollutants increases the release of stress hormones (cortisol in humans, corticosterone in rodents). Health Canada conducted a study to assess whether differences in stress response could modify effects of ozone on the lungs. Two genetically related rat strains with known differences in their stress response, highly stress-responsive Fischer and less responsive Lewis, were exposed to air or ozone. As expected, blood levels of corticosterone were significantly lower in the Lewis rats, and this was associated with greater lung inflammation, but lower markers of injury. Given the large variability in stress function among humans, the results suggest a possible factor underlying sensitivity to ozone, and contribute to our understanding of health effects of air pollution in the human population.

dc.description.abstract - en

Ozone (O3), a ubiquitous urban air pollutant, causes adverse pulmonary and extrapulmonary effects. A large variability in acute O3-induced effects has been observed; however, the basis for interindividual differences in susceptibility is unclear. We previously demonstrated a role for the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) stress axis and glucocorticoid response in acute O3 toxicity. Glucocorticoids have important anti-inflammatory actions, and have been shown to regulate lung inflammatory responses. We hypothesised that a hyporesponsive HPA axis would be associated with greater O3-dependent lung inflammatory signaling. Two genetically-related rat strains with known differences in stress axis reactivity, highly-stress responsive Fischer (F344) and less responsive Lewis (LEW), were exposed for 4 h by nose-only inhalation to clean air or 0.8 ppm O3, and euthanized immediately after exposure. As expected, baseline (air-exposed) plasma corticosterone was significantly lower in the hypo-stress responsive LEW. Although O3 exposure increased plasma corticosterone in both strains, corticosterone remained significantly lower in LEW when compared to F334. LEW exhibited greater O3-induced inflammatory cytokine/chemokine signaling compared to F344, consistent with the lower corticosterone levels. Since we observed strain-specific differences in inflammatory signaling, we further investigated injury biomarkers (total protein, albumin and lactate dehydrogenase). Although the hyper-responsive F344 exhibited lower inflammatory signaling in response to O3 compared with LEW, they had greater levels of lung injury biomarkers. Our results indicate that stress axis variability is associated with differential O3-induced lung toxicity. Given the large variability in stress axis reactivity among humans, stress axis regulation could potentially be a determining factor underlying O3 sensitivity.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

L'ozone (O3), un polluant atmosphérique urbain omniprésent, provoque des effets pulmonaires et extrapulmonaires néfastes. Une grande variabilité des effets aigus induits par l’O3 a été observée ; cependant, la base des différences interindividuelles de susceptibilité n’est pas claire. Nous avons précédemment démontré le rôle de l'axe de stress hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA) et de la réponse glucocorticoïde dans la toxicité aiguë de l'O3. Les glucocorticoïdes ont d’importantes actions anti-inflammatoires et il a été démontré qu’ils régulent les réponses inflammatoires pulmonaires. Nous avons émis l’hypothèse qu’un axe HPA hyposensible serait associé à une plus grande signalisation inflammatoire pulmonaire dépendante de l’O3. Deux souches de rats génétiquement apparentées présentant des différences connues dans la réactivité de l'axe du stress, Fischer (F344) très sensible au stress et Lewis (LEW), moins sensible, ont été exposées pendant 4 heures par inhalation nasale uniquement à de l'air pur ou à 0,8 ppm d'O3, et euthanasiées. immédiatement après l'exposition. Comme prévu, la corticostérone plasmatique de base (exposée à l'air) était significativement plus faible dans le LEW sensible à l'hypostress. Bien que l'exposition à l'O3 ait augmenté la corticostérone plasmatique dans les deux souches, la corticostérone est restée significativement plus faible dans le LEW que dans le F334. LEW a présenté une plus grande signalisation des cytokines/chimiokines inflammatoires induites par l'O3 par rapport au F344, ce qui correspond aux niveaux de corticostérone plus faibles. Depuis que nous avons observé des différences spécifiques à la souche dans la signalisation inflammatoire, nous avons étudié plus en détail les biomarqueurs des blessures (protéine totale, albumine et lactate déshydrogénase). Bien que le F344 hypersensible ait présenté une signalisation inflammatoire plus faible en réponse à l'O3 par rapport au LEW, il présentait des niveaux plus élevés de biomarqueurs de lésions pulmonaires. Nos résultats indiquent que la variabilité de l’axe de stress est associée à une toxicité pulmonaire différentielle induite par l’O3. Compte tenu de la grande variabilité de la réactivité de l’axe de stress chez les humains, la régulation de l’axe de stress pourrait potentiellement être un facteur déterminant sous-jacent à la sensibilité à l’O3.

dc.description.fosrctranslation - fr

Il a été démontré que l’ozone, un polluant atmosphérique courant dans les zones urbaines, provoque une inflammation et des lésions pulmonaires, augmente les taux d’hospitalisation et contribue à des décès prématurés. Certaines personnes sont plus vulnérables que d’autres à l’ozone. Bien que les mécanismes exacts régissant la sensibilité à l'ozone ne soient pas bien compris, des études récentes de Santé Canada ont démontré que l'exposition aux polluants atmosphériques augmente la libération d'hormones de stress (cortisol chez l'humain, corticostérone chez les rongeurs). Santé Canada a mené une étude pour évaluer si les différences dans la réponse au stress pouvaient modifier les effets de l'ozone sur les poumons. Deux souches de rats génétiquement apparentées présentant des différences connues dans leur réponse au stress, Fischer très sensible au stress et Lewis moins sensible, ont été exposées à l'air ou à l'ozone. Comme prévu, les taux sanguins de corticostérone étaient significativement plus faibles chez les rats Lewis, ce qui était associé à une plus grande inflammation pulmonaire, mais à des marqueurs de blessure plus faibles. Compte tenu de la grande variabilité de la fonction de stress chez les humains, les résultats suggèrent un possible facteur sous-jacent à la sensibilité à l'ozone et contribuent à notre compréhension des effets de la pollution atmosphérique sur la santé de la population humaine.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1016/j.envres.2018.09.007

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2282

dc.language.iso

en

dc.publisher

Elsevier

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.subject.en - en

Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.title - en

Stress axis variability is associated with differential ozone-induced lung inflammatory signaling and injury biomarker response

dc.type - en

Article

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