Ozone-dependent increases in lung glucocorticoids and macrophage response: Effect modification by innate stress axis function

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dc.contributor.author

Thomas, Jith

Stalker, Andrew

Breznan, Dalibor

Thomson, Errol M.

dc.date.accessioned

2024-03-06T19:14:45Z

dc.date.available

2024-03-06T19:14:45Z

dc.date.issued

2021-04-18

dc.description - en

Health Canada is responsible for assessing risks posed by air pollutants. Exposure to ozone, a common air pollutant, is linked to respiratory morbidity and mortality. While this highly reactive gas can injure the lungs directly, vulnerability may be determined by factors that vary from one person to another. Stress hormones called glucocorticoids that circulate in our blood play critical roles in regulating immune and inflammatory responses; however the role of glucocorticoids in mediating or modifying effects of ozone on lung immune cells has not been studied. Health Canada scientists sought to determine whether innate differences in glucocorticoid levels alter inflammatory responses in lung immune cells (macrophages) collected from ozone-exposed rats. They also tested the role of glucocorticoids in modifying macrophage function using human cells. They found that ozone increased glucocorticoids in the blood and lungs, and that higher levels were associated with a blunted inflammatory response in macrophages. Glucocorticoids also altered the capacity of macrophages to engulf particles, a critical function in protecting the lungs. The study demonstrated that the level of stress hormone is an important determining factor in regulating lung macrophage function and their response to ozone. The study provides new insight into factors underlying susceptibility to air pollution, in support of Health Canada programs intended to protect health from the adverse effects of air pollutants.

dc.description.abstract - en

Although considerable inter-individual variability exists in health effects associated with air pollutant exposure, underlying reasons remain unclear. We examined whether innate differences in stress axis function modify lung glucocorticoid and macrophage responses to ozone (O3). Highly-stress responsive Fischer (F344) and less responsive Lewis (LEW) rats were exposed for 4 h by nose-only inhalation to air or O3 (0.8 ppm). Ozone increased corticosterone recovered by bronchoalveolar lavage in both strains (F344 > LEW). Higher corticosterone in F344 was associated with a blunted response to O3 of macrophage pro-inflammatory genes compared to LEW. Pharmacological inhibition of O3-dependent corticosterone production in F344 enhanced the inflammatory gene response to O3, mimicking the LEW phenotype. Examination of potential impacts of glucocorticoids on macrophage function using a human monocyte-derived macrophage cell line (THP-1) showed that cortisol modified phagocytosis in a macrophage phenotype-dependent manner. Overall, our data implicate endogenous glucocorticoids in the regulation of pulmonary macrophage responses to O3.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Bien qu’il existe une variabilité interindividuelle considérable dans les effets sur la santé associés à l’exposition aux polluants atmosphériques, les raisons sous-jacentes restent floues. Nous avons examiné si les différences innées dans la fonction de l'axe du stress modifiaient les réponses des glucocorticoïdes pulmonaires et des macrophages à l'ozone (O3). Des rats Fischer (F344) très sensibles au stress et des rats Lewis (LEW) moins réactifs ont été exposés pendant 4 heures par inhalation nasale uniquement à l'air ou à l'O3 (0,8 ppm). L'ozone a augmenté la corticostérone récupérée par lavage broncho-alvéolaire dans les deux souches (F344>LEW). Une corticostérone plus élevée dans le F344 était associée à une réponse atténuée à l'O3 des gènes pro-inflammatoires des macrophages par rapport au LEW. L'inhibition pharmacologique de la production de corticostérone dépendante de l'O3 dans le F344 a amélioré la réponse du gène inflammatoire à l'O3, imitant le phénotype LEW. L'examen des impacts potentiels des glucocorticoïdes sur la fonction des macrophages à l'aide d'une lignée cellulaire de macrophages dérivés de monocytes humains (THP-1) a montré que le cortisol modifiait la phagocytose d'une manière dépendante du phénotype des macrophages. Dans l’ensemble, nos données impliquent les glucocorticoïdes endogènes dans la régulation des réponses des macrophages pulmonaires à l’O3.

dc.description.fosrctranslation - fr

Santé Canada est responsable de l'évaluation des risques posés par les polluants atmosphériques. L'exposition à l'ozone, un polluant atmosphérique courant, est liée à la morbidité et à la mortalité respiratoires. Même si ce gaz hautement réactif peut blesser directement les poumons, la vulnérabilité peut être déterminée par des facteurs qui varient d’une personne à l’autre. Les hormones de stress appelées glucocorticoïdes qui circulent dans notre sang jouent un rôle essentiel dans la régulation des réponses immunitaires et inflammatoires ; cependant, le rôle des glucocorticoïdes dans la médiation ou la modification des effets de l'ozone sur les cellules immunitaires pulmonaires n'a pas été étudié. Les scientifiques de Santé Canada ont cherché à déterminer si les différences innées dans les niveaux de glucocorticoïdes modifiaient les réponses inflammatoires des cellules immunitaires pulmonaires (macrophages) collectées chez des rats exposés à l'ozone. Ils ont également testé le rôle des glucocorticoïdes dans la modification de la fonction des macrophages à l'aide de cellules humaines. Ils ont découvert que l’ozone augmentait le taux de glucocorticoïdes dans le sang et les poumons, et que des niveaux plus élevés étaient associés à une réponse inflammatoire atténuée des macrophages. Les glucocorticoïdes ont également modifié la capacité des macrophages à engloutir les particules, une fonction essentielle dans la protection des poumons. L'étude a démontré que le niveau d'hormone de stress est un facteur déterminant important dans la régulation de la fonction des macrophages pulmonaires et de leur réponse à l'ozone. L'étude fournit de nouveaux renseignements sur les facteurs sous-jacents à la susceptibilité à la pollution atmosphérique, à l'appui des programmes de Santé Canada destinés à protéger la santé contre les effets néfastes des polluants atmosphériques.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1016/j.etap.2021.103662

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2007

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

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Ozone-dependent increases in lung glucocorticoids and macrophage response: Effect modification by innate stress axis function

dc.type - en

Article

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