Modulation by Ozone of Glucocorticoid-Regulating Factors in the Lungs in Relation to Stress Axis Reactivity

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dc.contributor.author

Thomas, Jith

Thomson, Errol M.

dc.date.accessioned

2023-10-13T18:09:34Z

dc.date.available

2023-10-13T18:09:34Z

dc.date.issued

2021-11-03

dc.description - en

Health Canada conducts research to support risk assessment and mitigation of health impacts of air pollutants. Health Canada research in this area has established that exposure to air pollution increases the production of stress hormones that, when chronically elevated, can adversely affect our health and also that differences in our body's stress response system may underlie differences in sensitivity to air pollutants. In the present study, Health Canada researchers examined how breathing air pollution may change how our lungs react to stress hormones called glucocorticoids. They conducted a study in which rat strains that differed according to how they respond to stress - highly-stress reactive vs. low-stress reactivity - were exposed to the common pollutant ozone. They found that ozone changed the levels of proteins and genes that are important in controlling to what extent glucocorticoids exert effects in the lungs. These effects differed by rat strain, and were associated with differences in the inflammatory response to ozone. The results provide further support for the idea that individual differences in our stress response systems may contribute to susceptibility to the adverse effects of air pollutants.

dc.description.abstract - en

Exposure to air pollutants increases levels of circulating glucocorticoid stress hormones that exert profound effects relevant to health and disease. However, the nature and magnitude of tissue-level effects are modulated by factors that regulate local glucocorticoid activity; accordingly, inter-individual differences could contribute to susceptibility. In the present study, we characterized effects of ozone (O3) inhalation on glucocorticoid-regulating factors in the lungs of rat strains with contrasting hypothalamic–pituitary–adrenal stress axis responses. Hyper-responsive Fischer (F344) and less responsive Lewis (LEW) rats were exposed to air or 0.8 ppm O3 for 4 h by nose-only inhalation. Levels of the high-specificity and -affinity corticosteroid-binding globulin protein increased in the lungs of both strains proportional to the rise in corticosterone levels following O3 exposure. Ozone reduced the ratio of 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (HSDB1)/HSDB2 mRNA in the lungs of F344 but not LEW, indicating strain-specific transcriptional regulation of the major glucocorticoid metabolism factors that control tissue-level action. Intercellular adhesion molecule (ICAM)-1 and total elastase activity were increased by O3 in both strains, consistent with extravasation and tissue remodeling processes following injury. However, mRNA levels of inflammatory markers were significantly higher in the lungs of O3-exposed LEW compared to F344. The data show that strain differences in the glucocorticoid response to O3 are accompanied by corresponding changes in regulatory factors, and that these effects are collectively associated with a differential inflammatory response to O3. Innate differences in glucocorticoid regulatory factors may modulate the pulmonary effects of inhaled pollutants, thereby contributing to differential susceptibility.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

L'exposition aux polluants atmosphériques augmente les niveaux d'hormones de stress glucocorticoïdes circulantes qui exercent des effets profonds sur la santé et la maladie. Cependant, la nature et l'ampleur des effets au niveau des tissus sont modulées par des facteurs qui régulent l'activité locale des glucocorticoïdes ; par conséquent, les différences interindividuelles pourraient contribuer à la susceptibilité. Dans la présente étude, nous avons caractérisé les effets de l'inhalation d'ozone (O3) sur les facteurs de régulation des glucocorticoïdes dans les poumons de souches de rats présentant des réponses contrastées à l'axe de stress hypothalamo-hypophyso-surrénalien. Des rats Fischer (F344) hyper-réactifs et des rats Lewis (LEW) moins réactifs ont été exposés à l'air ou à 0,8 ppm d'O3 pendant 4 heures par inhalation nasale uniquement. Les niveaux de la protéine globuline de liaison aux corticostéroïdes à haute spécificité et affinité ont augmenté dans les poumons des deux souches proportionnellement à l'augmentation des niveaux de corticostérone à la suite de l'exposition à l'O3. L'ozone a réduit le rapport 11β-hydroxystéroïde déshydrogénase de type 1 (HSDB1)/HSDB2 ARNm dans les poumons de F344 mais pas dans ceux de LEW, ce qui indique une régulation transcriptionnelle spécifique à la souche des principaux facteurs du métabolisme des glucocorticoïdes qui contrôlent l'action au niveau des tissus. La molécule d'adhésion intercellulaire (ICAM)-1 et l'activité totale de l'élastase ont augmenté sous l'effet de l'O3 dans les deux souches, ce qui est cohérent avec les processus d'extravasation et de remodelage tissulaire consécutifs à une lésion. Cependant, les niveaux d'ARNm des marqueurs inflammatoires étaient significativement plus élevés dans les poumons des LEW exposés à l'O3 que dans ceux des F344. Ces données montrent que les différences entre les souches dans la réponse glucocorticoïde à l'O3 s'accompagnent de changements correspondants dans les facteurs de régulation, et que ces effets sont collectivement associés à une réponse inflammatoire différentielle à l'O3. Les différences innées dans les facteurs de régulation des glucocorticoïdes peuvent moduler les effets pulmonaires des polluants inhalés, contribuant ainsi à une sensibilité différentielle.

dc.description.fosrctranslation - fr

Santé Canada mène des recherches pour soutenir l'évaluation des risques et l'atténuation des effets des polluants atmosphériques sur la santé. Les recherches de Santé Canada dans ce domaine ont établi que l'exposition à la pollution atmosphérique augmente la production d'hormones de stress qui, lorsqu'elles sont élevées de façon chronique, peuvent nuire à notre santé et que les différences dans le système de réponse au stress de notre organisme peuvent sous-tendre les différences de sensibilité aux polluants atmosphériques. Dans la présente étude, les chercheurs de Santé Canada ont examiné comment le fait de respirer de la pollution atmosphérique peut modifier la réaction de nos poumons aux hormones de stress appelées glucocorticoïdes. Ils ont mené une étude dans laquelle des souches de rats qui différaient par leur réaction au stress (réactivité élevée au stress et réactivité faible au stress) ont été exposées à l'ozone, un polluant courant. Ils ont constaté que l'ozone modifiait les niveaux des protéines et des gènes qui jouent un rôle important dans le contrôle de l'action des glucocorticoïdes dans les poumons. Ces effets diffèrent selon la souche de rat et sont associés à des différences dans la réponse inflammatoire à l'ozone. Ces résultats renforcent l'idée que les différences individuelles dans nos systèmes de réponse au stress peuvent contribuer à la vulnérabilité aux effets néfastes des polluants atmosphériques.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.3390/toxics9110290

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/1210

dc.language.iso

en

dc.publisher

MDPI

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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Modulation by Ozone of Glucocorticoid-Regulating Factors in the Lungs in Relation to Stress Axis Reactivity

dc.type - en

Article

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