Interleukin | Henan Generator Inc.

Scientific Reports Band 6, Artikelnummer: 22835 (2016) Diesen Artikel zitieren

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Interleukin 31 (IL-31) ist ein neuartiges T-Helfer-Typ-2-Effektorzytokin, das eine wichtige Rolle bei der Pathogenese allergischer Erkrankungen spielt. Seine Rolle bei menschlichem Asthma bleibt jedoch unklar. Ziel dieser Studie war es, die IL-31-Spiegel im Serum, in der bronchoalveolären Lavageflüssigkeit (BALF) und im Bronchialgewebe von Asthmatikern und gesunden Probanden zu messen und deren möglichen Zusammenhang mit der Schwere der Erkrankung zu ermitteln. Wir haben die IL-31-Spiegel im Serum von Patienten mit Asthma (n = 44) sowie in Kontrollpersonen (n = 22) quantifiziert. Von diesen Probanden wurden neun Asthmatiker und fünf Kontrollpersonen einer Bronchoskopie mit endobronchialer Biopsie und BALF-Entnahme unterzogen. Unsere Daten zeigten, dass die Serum- und BALF-IL-31-Spiegel bei Patienten mit Asthma im Vergleich zu Kontrollpersonen signifikant erhöht waren. Die Expression von IL-31 und IL-31-Rezeptor (IL-31RA und OSMR) war im Bronchialgewebe bei schwerem Asthma stärker ausgeprägt als bei leichtem Asthma und bei Kontrollpersonen. Die IL-31-Spiegel im Serum korrelierten positiv mit Th2-bezogenen Zytokinen (IL-5, IL-13 und TSLP), dem Schweregrad des Asthmas oder dem gesamten Serum-Immunglobulin E (IgE) und umgekehrt mit der Asthmakontrolle und dem forcierten Exspirationsvolumen in 1 Sekunde (FEV1). Die aktuellen Daten könnten Aufschluss über die zugrunde liegende Pathogenese von Asthma geben, bei der IL-31 eine wichtige pathogene Rolle spielt.

Asthma ist durch eine Entzündung der Atemwege, eine reversible Obstruktion des Luftstroms, eine anhaltende Hyperreaktivität der Atemwege (AHR) und eine Umgestaltung der Atemwege gekennzeichnet. Im Gegensatz zu anderen entzündlichen Erkrankungen ist die Entzündungsreaktion bei Asthma mit einer erhöhten T help (Th) 2-Zytokinproduktion durch T-Lymphozyten-Infiltration verbunden, einschließlich Interleukin (IL)-4, IL-5 und IL-131. Asthma ist ein ernstes globales Gesundheitsproblem, das alle Altersgruppen betrifft. Obwohl in einigen Ländern ein Rückgang der Krankenhauseinweisungen und Todesfälle aufgrund von Asthma zu verzeichnen ist, stellt Asthma immer noch eine inakzeptable Belastung für die Gesundheitssysteme dar2. Obwohl sich die jüngsten Leitlinien auf die Asthmakontrolle konzentrieren, bleibt Asthma bei vielen Patienten selbst unter fachärztlicher Betreuung schlecht unter Kontrolle3. Die Ergebnisse könnten durch eine frühere Diagnose und eine bessere Überwachung verbessert worden sein. Daher ist es dringend erforderlich, neue Biomarker zu finden, um das Ausmaß der Entzündung in der Lunge eines Asthmapatienten zu messen und zu überwachen und infolgedessen die Krankheit besser behandeln zu können. Kürzlich wurde in mehreren Studien über herausragende Funktionen des neuartigen, aus T-Zellen stammenden proinflammatorischen Zytokins IL-31 berichtet.

IL-31 gehört zur Familie der IL-6-Zytokine, die in verschiedenen menschlichen Geweben exprimiert werden4. IL-31 wird von aktivierten CD4+ T-Zellen produziert, hauptsächlich aus der Th 2-Untergruppe4. Die Aktivität von menschlichem IL-31 wird durch einen Rezeptorkomplex vermittelt, der aus IL-31-Rezeptor A (IL-31RA) und Oncostatin-M-Rezeptor (OSMR)1 besteht. Die Bindung von IL-31 an seinen Rezeptor aktiviert die Signalwege Jak/STAT, PI3K/AKT, p38 Mitogen-aktivierte Proteinkinasen (MAPK), extrazelluläre signalregulierte Kinase (ERK) und c-Jun N-terminale Kinase (JNK)5. Aktuelle Studien weisen darauf hin, dass IL-31 eine wichtige Rolle bei der Auslösung chronischer Entzündungen spielt und verschiedene Prozesse der angeborenen und adaptiven Immunität in Geweben reguliert, die der Umwelt ausgesetzt sind1,6. Erhöhte IL-31-Serumspiegel wurden bei verschiedenen Hauterkrankungen sowie bei entzündlichen Erkrankungen wie Morbus Crohn und Colitis ulcerosa beobachtet1,7,8,9,10,11,12. Darüber hinaus stimuliert IL-31 die Sekretion proinflammatorischer Zytokine und Matrixmetalloproteinasen1,13,14. Jüngste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass IL-31 an der Förderung allergischer Entzündungen und einer epithelialen Reaktion der Atemwege beteiligt sein könnte, die allergisches Asthma kennzeichnen könnten15,16,17. Bei Patienten mit Asthma korrelierten die IL-31-Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) signifikant mit den Gesamtserumspiegeln von IgE18. Es wurde auch gezeigt, dass IL-31 den epidermalen Wachstumsfaktor (EGF) in einer transformierten menschlichen Bronchialepithelzelllinie signifikant erhöht17. Allerdings gibt es keine Studien, die das Expressionsmuster von IL-31 bei Patienten mit Asthma unterschiedlicher Schwere im klinischen Umfeld untersuchen.

In der vorliegenden Studie wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Hochregulierung der IL-31-Expression bei schwereren Formen von Asthma stärker ausgeprägt ist. Die IL-31-Spiegel im Serum, in der bronchoalveolären Lavageflüssigkeit (BALF) und im Bronchialgewebe von Patienten mit leichtem bis mittelschwerem und schwerem Asthma wurden bestimmt und mit denen gesunder Kontrollpersonen verglichen. Es wurde auch untersucht, ob Korrelationen zwischen der IL-31-Expression und der Schwere der Erkrankung (z. B. Lungenfunktion, Asthmakontrolle) bestehen.

Es gab keinen signifikanten Unterschied im Alter, Geschlecht oder Body-Mass-Index (BMI). Die Gesamt-IgE-Spiegel und der Prozentsatz der Eosinophilen im peripheren Blut waren bei Patienten mit Asthma höher als bei den Kontrollpersonen. Im Vergleich zu den Patienten der Kontrollgruppe war die Lungenfunktion bei den Patienten der Asthmagruppe stärker beeinträchtigt. 23 Patienten (52,3 %) hatten mindestens ein positives SPT-Ergebnis. Am häufigsten waren Sensibilisierungen gegen Hausstaubmilben und Kakerlaken. Die Merkmale der Teilnehmer sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Die Serum-IL-31-Spiegel bei Patienten mit Asthma waren höher als bei den Kontrollpersonen (Median 122,6 [66,2–158,1] pg/ml gegenüber 52,5 [38,5–62,7] pg/ml; p < 0,001, Abb. 1A). Bei der Stratifizierung der Patienten nach dem Atopiestatus waren die Serum-IL-31-Spiegel bei Patienten mit allergischem Asthma höher als bei Patienten mit nichtallergischem Asthma (157,7 [132,5–184,7] pg/ml gegenüber 63,4 [39,1–102,3] pg/ml). ml; p < 0,05) und Kontrollen (157,7 [132,5–184,7] pg/ml versus 52,5 [38,5–62,7] pg/ml; p < 0,001) (Abb. 1B). Bei der Stratifizierung der Patienten nach dem Schweregrad der Erkrankung stellten wir fest, dass die Serum-IL-31-Spiegel bei Patienten mit schwerem Asthma höher waren als bei Patienten mit leichtem Asthma (133,0 [103,0–180,1] pg/ml gegenüber 86,8 [46,4–150,5] pg/ml ; p = 0,011) und denen der Kontrollen (133,0 [103,0–180,1] pg/ml gegenüber 52,5 [38,5–62,7] pg/ml; p < 0,001) (Abb. 1C). Der ideale Grenzwert zur Unterscheidung von Patienten mit Asthma von denen in der Kontrollgruppe lag bei 62,9 pg/ml (Sensitivität 80,0 %; Spezifität 79,5 %; AUC 0,791; 95 %-KI: 0,66 bis 0,86) (Abb. 1D). Darüber hinaus waren die IL-31-Spiegel im BALF von Asthmapatienten im Vergleich zu den Kontrollen signifikant erhöht (Abb. 2A). Die Serum-IL-31-Spiegel korrelierten positiv mit den BALF-IL-31-Spiegeln (r = 0,63; p = 0,016) (Abb. 2B).

Serum-IL-31-Spiegel bei Patienten mit Asthma und Kontrollpersonen.

Die Serum-IL-31-Spiegel wurden bei Patienten mit Asthma (n = 44) und Kontrollpersonen (n = 22) mittels ELISA bestimmt. (A) Serum-IL-31 war bei Asthmapatienten im Vergleich zu den Kontrollen erhöht; (B) Bei der Stratifizierung der Patienten nach dem Status der Atopie waren die Serum-IL-31-Spiegel bei Patienten mit allergischem Asthma (n = 23) höher als bei Patienten mit nicht allergischem Asthma (n = 21) und Kontrollpersonen; (C) Serum-IL-31 war bei Patienten mit schwerem Asthma (n = 22) im Vergleich zu Patienten mit leichtem Asthma (n = 22) und Kontrollpersonen erhöht; (D) Receiver Operating Characteristic (ROC)-Kurve zur Unterscheidung von Patienten mit Asthma von den Kontrollen. Die Fläche unter der ROC-Kurve betrug 0,791 (95 %-KI: 0,66 bis 0,86). Die Daten werden als Median mit Interquartilbereich dargestellt. *p < 0,05, ***p < 0,001.

IL-31-Spiegel in der bronchoalveolären Lavageflüssigkeit (BALF).

(A) BALF-Proben wurden mittels ELISA gemessen und die BALF-IL-31-Spiegel bei Patienten mit Asthma (n = 9) waren im Vergleich zu den Kontrollen (n = 5) signifikant erhöht; (B) Die Rangkorrelationsanalyse nach Spearman zeigte, dass die Serum-IL-31-Spiegel positiv mit den BALF-IL-31-Spiegeln korrelierten (r = 0,63; p = 0,016). Die Daten werden als Median mit Interquartilbereich dargestellt. **p < 0,01.

IL-31 ist ein Th2-Zytokin. Um festzustellen, ob seine Serumkonzentration mit anderen asthmabezogenen Th2-Zytokinen bei Asthma korreliert, haben wir außerdem die Th2-bezogenen Zytokine IL-5, IL-13 und Thymus-Stroma-Lymphopoietin (TSLP) gemessen. Wir fanden heraus, dass die Serumspiegel von IL-5, IL-13 und TSLP bei Patienten mit Asthma im Vergleich zu Kontrollpersonen signifikant erhöht waren (Abb. 3A–C). Darüber hinaus ergab die Rangkorrelationsanalyse von Spearman, dass die Serum-IL-31-Spiegel positiv mit den Serumspiegeln von IL-5, IL-13 und TSLP bei Asthmapatienten korrelierten (IL-31/IL-5, r = 0,34; IL-31/ IL-13, r = 0,43; IL-31/TSLP, r = 0,42) (Abb. 3D–F).

Serum-IL-31-Spiegel bei Asthmapatienten korrelieren mit den Th2-Zytokinen.

Die klassischen Th2-Zytokine wie IL-5, IL-13 und Thymus-Stroma-Lymphopoietin (TSLP) wurden außerdem mittels ELISA gemessen. Die Serumspiegel von IL-5, IL-13 und TSLP waren bei Patienten mit Asthma (n = 44) im Vergleich zu Kontrollpersonen (n = 22) signifikant höher (A–C). Spearmans Rangkorrelationsanalyse zeigte eine signifikante Korrelation zwischen den Serum-IL-31-Spiegeln und den Serum-IL-5-Spiegeln (r = 0,34, p = 0,024), den Serum-IL-13-Spiegeln (r = 0,43, p = 0,003) und dem Serum TSLP-Werte (r = 0,42, p = 0,004) (D–F). Die Daten werden als Median mit Interquartilbereich dargestellt. **p < 0,01, ***p < 0,001.

Fünfzehn Patienten (34,1 %) waren vollständig kontrolliert, 18 (40,9 %) waren teilweise kontrolliert und 11 (25,0 %) waren unkontrolliert (Tabelle 1). Der mittlere ACT-Score betrug 20,7 ± 0,5. Patienten mit unkontrolliertem Asthma hatten statistisch höhere IL-31-Spiegel im Serum als Patienten mit teilweise kontrolliertem (p < 0,01) und vollständig kontrolliertem Asthma (p < 0,001) (Abb. 4A). Die IL-31-Spiegel im Serum korrelierten negativ mit dem ACT-Score (r = –0,59, p <0,001) (Abb. 4B).

Serum-IL-31-Spiegel im Zusammenhang mit der Asthmakontrolle.

Die Patienten wurden anhand der ACT-Scores in drei Gruppen eingeteilt. Patienten mit unkontrolliertem Asthma (n = 15) hatten statistisch höhere IL-31-Spiegel im Serum als Patienten mit teilweise kontrolliertem (n = 18) und vollständig kontrolliertem Asthma (n = 11) (A). Die Korrelation zwischen den Serum-IL-31-Spiegeln und dem ACT-Score wurde mithilfe der Rangkorrelationsanalyse nach Spearman (B) bewertet. Die Daten werden als Median mit Interquartilbereich dargestellt. **p < 0,01, ***p < 0,001.

Spearmans Rangkorrelationsanalyse zeigte, dass die Serum-IL-31-Spiegel bei Patienten mit Asthma positiv mit den Serum-Gesamt-IgE-Spiegeln und negativ mit FEV1 korrelierten (r = 0,437, p < 0,01 bzw. r = −0,431, p < 0,01), jedoch nicht mit der Prozentsatz der Eosinophilen im peripheren Blut (r = 0,254, p = 0,096) (Abb. 5). Es gab keine signifikanten Korrelationen zwischen den Serum-IL-31-Spiegeln und anderen klinischen Parametern wie Alter, FEV1/FVC.

Serum-IL-31-Spiegel im Verhältnis zu anderen klinischen Parametern.

Die Rangkorrelationsanalyse nach Spearman zeigte eine signifikante Korrelation zwischen den IL-31-Spiegeln im Serum. (A) Die gesamten Serum-Immunglobulin (Ig) E-Spiegel (r = 0,437, p < 0,01); (B) forciertes Exspirationsvolumen in 1 s (FEV1)/vorhergesagter Wert (r = −0,431, p < 0,01); (C) Es gab keinen signifikanten Zusammenhang zwischen den Serumspiegeln von IL-31 und dem Prozentsatz (%) der Eosinophilen im peripheren Blut (r = 0,254, p = 0,096).

Die Quantifizierung der IL-31-Expression in der Lunge ergab, dass der Prozentsatz IL-31-positiver Zellen bei Patienten mit schwerem Asthma (46,8 % [34,3–61,5 %]) deutlich höher war als der Prozentsatz bei Patienten mit leichtem Asthma (31,5 % [ 18,6–42,8 %]; p < 0,05) und die Kontrollen (10,4 % [6,8–18,8 %]; p < 0,01) (Abb. 6A–C,E). In mit Kontrollisotyp-Kaninchen-IgG behandelten Gewebeschnitten wurde keine Immunfärbung beobachtet (Abb. 6D). Darüber hinaus korrelierte der Prozentsatz (%) der Gesamtzellen positiv mit den Serum-IL-31-Spiegeln (r = 0,60; p = 0,022) und den BALF-IL-31-Spiegeln (r = 0,61; p = 0,019) (Abb. 6F–G). . Um eine fundierte Schlussfolgerung über die entscheidende Rolle von IL-31 bei Asthma zu ziehen, haben wir den IL-31-Rezeptor IL-31RA und OSMR im Gewebe weiter untersucht. Wir fanden heraus, dass die Expression von IL-31RA und OSMR in den Kontrollen schwach war (Abb. 7A, E) und dass bei den Patienten mit schwerem Asthma (Abb. 7C, G) mehr positive Zellen sichtbar waren als bei Patienten mit leichtem Asthma (Abb. 7B,F). In mit Kontrollisotyp-Kaninchen-IgG behandelten Gewebeschnitten wurde keine Immunfärbung beobachtet (Abb. 7D, H). Es wurde eine semiquantitative Analyse der Expression von IL-31RA und OSMR in Lungenschnitten durchgeführt (Abb. 7I, K). Die Rangkorrelationsanalyse nach Spearman zeigte, dass der Prozentsatz (%) der Zellen, die IL-31RA und OSMR exprimierten, positiv mit den IL-31-Spiegeln im Serum korrelierte (r = 0,59; p = 0,026 bzw. r = 0,56, p = 0,037) (Abb. 7J). ,L).

Immunhistochemische Analyse von IL-31.

Bronchialgewebe von gesunden Probanden (n = 5) und Asthmapatienten (n = 9), die sich einer faseroptischen Bronchoskopie unterzogen hatten, wurde immunhistochemisch verarbeitet, um die IL-31-Expression im Gewebe zu zeigen. Die spezifische Färbung für IL-31 ist braun (rote Pfeile), wohingegen Kerne blau gefärbt sind (Vergrößerung × 400). Präsentiert werden repräsentative Mikrofotografien von (A) einer gesunden Person und (B) einem Patienten mit leichtem Asthma und (C) einem Patienten mit schwerem Asthma und (D) der entsprechenden isotypischen Kontrolle. Die Expression von IL-31 war bei Patienten mit schwerem Asthma höher als bei Kontrollpersonen und Patienten mit leichtem Asthma (E). Darüber hinaus korrelierte der Prozentsatz (%) der Zellen, die IL-31 exprimierten, positiv mit den IL-31-Spiegeln im Serum (r = 0,60). ; p = 0,022, (F)) und BALF IL-31-Spiegel (r = 0,61; p = 0,019, (G)). Die Daten werden als Median mit Interquartilbereich dargestellt. *p < 0,05, **p < 0,01.

Immunhistochemische Analyse des IL-31-Rezeptors (IL-31RA und OSMR).

Zur Beurteilung der Expression von IL-31RA (A–D) und OSMR (E–H) wurde eine immunhistochemische Färbung durchgeführt. (Vergrößerung × 400, rote Pfeile). Präsentiert werden repräsentative Mikrofotografien einer gesunden Person (A,E), eines Patienten mit leichtem Asthma (B,F), eines Patienten mit schwerem Asthma (C,G) und der entsprechenden isotypischen Kontrolle (D,H). Die Expression von IL-31RA und OSMR war bei Patienten mit schwerem Asthma höher als bei Kontrollpersonen und Patienten mit leichtem Asthma (I, K). Darüber hinaus wurden die Beziehungen zwischen den Serum-IL-31-Spiegeln und dem Prozentsatz (%) der Zellen, die IL-31RA und OSMR exprimieren, durch die Rangkorrelationsanalyse nach Spearman (J, L) bewertet. Die Daten werden als Median mit Interquartilbereich dargestellt. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001.

In der vorliegenden Studie haben wir die mögliche Rolle der IL-31-Messung bei der Behandlung von Asthma untersucht. Unsere Studie zeigte, dass die Serum-IL-31-Spiegel bei Asthmapatienten im Vergleich zu Kontrollpersonen erhöht waren und mit der Schwere des Asthmas korrelierten. Darüber hinaus korrelierten die IL-31-Spiegel im Serum positiv mit dem Expressionsgrad von IL-31 und IL-31-Rezeptor (IL-31RA und OSMR) in den Atemwegen, Th2-bezogenen Zytokinen (IL-5, IL-13 und TSLP), klinische Parameter der Schwere der Erkrankung und korrelierten umgekehrt mit der Lungenfunktion. Diese Ergebnisse legen nahe, dass IL-31 eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der pathobiologischen Merkmale von schwerem Asthma spielt.

Asthma wird als eine chronische entzündliche Erkrankung der leitenden Atemwege beschrieben, die typischerweise mit einer fehlerhaften Th2-Aktivierung und Reaktion gegen Umweltantigene einhergeht. Zytokine spielen eine Schlüsselrolle bei der Reaktion des Wirts auf immunologische Herausforderungen. IL-31 wurde von allen Th2-Klonen exprimiert und nicht von Th1, Th17 oder Th22. Diese Expression hing von der autokrinen IL-4-Expression dieser Klone ab, da sie reduziert werden könnte, wenn blockierende Antikörper gegen IL-4 vorhanden wären. Interessanterweise konnten Th1-Klone IL-31 exprimieren, wenn der Kultur IL-4 zugesetzt wurde19. Kürzlich wurde berichtet, dass IL-31 an der Entstehung von Juckreiz beteiligt ist, was die Schätzung der Juckreizintensität zu einer künftigen Realität werden lässt20. Es wurde beschrieben, dass IL-31 eine Schlüsselrolle bei der Pathogenese der atopischen Dermatitis spielt. Die Serum-IL-31-Spiegel waren bei Patienten mit atopischer Dermatitis (AD) signifikant höher als bei nichtatopischen gesunden Kontrollpersonen8,21. Cheung et al. zeigten, dass IL-31 die Freisetzung der entzündungsfördernden Zytokine IL-1beta, IL-6 und der AD-bezogenen Chemokine CXCL1, CXCL8, CCL2 und CCL18 aus Eosinophilen über den funktionellen Zelloberflächen-IL-31-Rezeptor10 signifikant induzieren kann. Weitere Studien haben gezeigt, dass IL-31 möglicherweise an der Förderung allergischer Entzündungen und der Auslösung epithelialer Reaktionen der Atemwege wie allergischem Asthma beteiligt ist16,22. IL-31 reguliert die Gen- und Proteinexpression des epidermalen Wachstumsfaktors (EGF), des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors (VEGF) und des Monozyten-Chemoattraktionsproteins 1 (MCP-1/CCL2) in menschlichen Bronchialepithelzellen17. Wir fanden heraus, dass die zirkulierenden IL-31-Spiegel in den mittelschweren bis schweren und unkontrollierten Gruppen signifikant höher waren als in den milden und kontrollierten Gruppen, was darauf hindeutet, dass die IL-31-Serumspiegel mit dem Schweregrad des Asthmas korrelieren. Der IL-31-Spiegel kann daher eine nützliche Ergänzung bei der objektiven Identifizierung und Behandlung von schwerem Asthma sein.

Es ist bekannt, dass IL-31 mit Th2-Zytokinen (z. B. IL-4, IL-5 und IL-13) assoziiert, und eine mögliche Wechselwirkung zwischen IL-31 und Th2-Entzündung wurde vermutet1. Wir haben außerdem die Th2-bezogenen Zytokine (IL-5, IL-13 und TSLP) gemessen. Wie erwartet stellten wir fest, dass die Werte von IL-5, IL-13 und TSLP bei Asthmatikern höher waren als bei den Kontrollpersonen. Darüber hinaus korrelierte die IL-31-Expression mit der Expression von IL-5, IL-13 und TSLP. Dies steht im Einklang mit früheren Studien von Neis et al.23. Bei Letzterem wurde gezeigt, dass die IL-31-Expression mit der Expression der Th2-Zytokine IL-4 und IL-13 bei allergischer Kontaktdermatitis korreliert. IL-31 signalisiert über den heterodimeren Rezeptor IL-31RA und OSMR und wurde mit der Entwicklung atopischer Dermatitis in Verbindung gebracht21. Die regulatorische Rolle der IL-31R-Signalübertragung ist auf Typ-2-Reaktionen beschränkt. IL-31R-Signalisierung als neuartiger negativer Regulationsweg, der Typ-2-Entzündungen gezielt begrenzt. Mäuse mit IL-31RA-Mangel produzieren während der Sensibilisierung und Belastung der Atemwege erhöhte Mengen an OSM-induzierbaren Zytokinen13. Um eine fundierte Schlussfolgerung über die entscheidende Rolle von IL-31 bei Asthma zu ziehen, wurden die Expressionen von IL-31RA und OSMR in den Geweben weiter untersucht. Unsere Daten zeigten, dass die Expression von IL-31RA und OSMR in Lungenschnitten bei schwereren Formen von Asthma stärker ausgeprägt war und positiv mit den IL-31-Spiegeln im Serum korrelierte. Insgesamt bestätigten diese Daten weiter, dass der IL-31-Spiegel ein nützlicher Indikator für Asthma ist.

Eine schwere Verschlimmerung von Asthma ist ein großes Problem, da sie für die mit Asthma verbundene Mortalität verantwortlich ist und erheblich zur Sterblichkeit und den Gesundheitskosten der Krankheit beiträgt24. Aktuelle Erkenntnisse deuten darauf hin, dass schätzungsweise 57 % der jugendlichen und erwachsenen Befragten unkontrolliertes Asthma hatten und ein erheblicher Anteil der schweren Fälle auf allergische Immunglobulin E (IgE)-vermittelte Mechanismen zurückzuführen war. Yu et al. zeigten, dass die IL-31-SNPs signifikant mit den Gesamt-IgE-Serumspiegeln bei Patienten mit Asthma korrelierten18. Unsere Daten zeigten, dass die IL-31-Spiegel im Serum positiv mit den Gesamt-IgE-Spiegeln im Serum und umgekehrt mit FEV1 korrelierten. Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass IL-31 eine höhere Expression von Th2-Zytokinen induzierte, was zu einer schwereren Th2-Entzündung und einer Verschlimmerung der klinischen Symptome führte.

Eosinophiles Asthma stand im Mittelpunkt jüngster klinischer Studien mit Biologika. Eine kürzlich durchgeführte Studie zeigte, dass eosinophiles Asthma mit CCL-26 assoziiert ist, und zeigte, dass CCL-26 ein potenzielles Ziel für die Behandlung von Patienten mit eosinophilem Asthma ist, die auf klassische Therapien nicht ansprechen25. Daher haben wir auch versucht, eine Untergruppenanalyse basierend auf dem Prozentsatz der Eosinophilen im peripheren Blut durchzuführen (Normalbereich: 0,5–5 %). Wir haben Asthmapatienten in zwei Gruppen eingeteilt: Eos ≤ 5 % und Eos > 5 %. Wir fanden heraus, dass es keinen signifikanten Unterschied zwischen zwei Gruppen gab, was auf die geringe Stichprobengröße zurückzuführen sein könnte, obwohl bei Patienten mit Eos > 5 % (n = 19) im Vergleich zu Patienten mit Eos ≤ 5 % ein Trend zu höheren Medianwerten zu verzeichnen war. (n = 25) (Median: 133,5 pg/ml vs. 104,9 pg/ml, p = 0,0941) (Ergänzende Abbildung 1). Obwohl unsere Ergebnisse darauf hindeuten, dass IL-31 ein nützlicher Indikator für Asthma sein könnte, sollten zukünftige Studien mit größeren Stichproben sowie Tierversuchen und In-vitro-Experimenten durchgeführt werden, um festzustellen, ob IL-31 als potenzielles Medikamentenziel für die Behandlung von Asthma verwendet werden kann Patienten. Darüber hinaus sind auch perspektivische Studien erforderlich, um festzustellen, ob die IL-31-Spiegel stabil bleiben oder während Asthma-Exazerbationen ansteigen und ob die IL-31-Spiegel sinken würden, wenn diese Exazerbationspatienten nach der Behandlung vollständig unter Kontrolle sind.

Zusammenfassend haben wir gezeigt, dass IL-31 in erhöhten Mengen im Serum und in der Lunge von Asthmapatienten vorkommt, bei denen die Proteinspiegel positiv mit der Schwere der Erkrankung und dem Gesamt-IgE und umgekehrt mit der Lungenfunktion korrelieren. Die vorliegende Studie liefert neue Erkenntnisse über die mögliche Rolle von IL-31 bei Asthma, die zum weiteren Verständnis seiner Pathophysiologie beitragen.

An der vorliegenden Studie nahmen insgesamt 44 Asthmapatienten (im Alter von 44,5 ± 2,3 Jahren) teil. Wir rekrutierten außerdem 22 nicht-atopische gesunde Freiwillige (im Alter von 38,6 ± 1,8 Jahren) mit normaler Spirometrie aus den Gemeinden rund um unser Krankenhaus, um als Kontrollen zu dienen. Aus dieser Population stimmten 9 Patienten mit Steady-State-Asthma und fünf gesunde Kontrollpersonen einer faseroptischen Forschungsbronchoskopie mit BALF-Entnahme und endobronchialer Biopsie nach Möglichkeit zu. Von allen Teilnehmern wurden Serumproben entnommen.

Asthma wurde gemäß den Leitlinien der Global Initiative for Asthma (GINA) diagnostiziert, basierend auf einer Vorgeschichte wiederkehrender Episoden von pfeifender Atmung und Engegefühl in der Brust, mit oder ohne Husten und beeinträchtigter Spirometrie mit einer Reversibilität des FEV1 von >12 % und 200 ml nach Salbutamol-Verabreichung oder Hyperreagibilität zu inhaliertem Methacholin2. Ausschlusskriterien waren die folgenden: orale Kortikosteroide oder Atemwegsinfektionen innerhalb der letzten vier Wochen vor der Einschreibung; jede andere chronische Herz-Lungen-Erkrankung als Asthma (einschließlich COPD); schwanger. Gesunde Personen hatten keine Vorgeschichte von Asthma oder einer anderen chronischen Erkrankung. Sie waren in den vier Wochen vor der Studie frei von Atemwegsinfektionen. Alle Probanden waren Nichtraucher.

Das entsprechende Protokoll wurde vom Ethics of Research Committee der Medical College of Guangdong genehmigt. Von allen teilnehmenden Probanden wurde eine informierte und schriftliche Zustimmung eingeholt, die im Einklang mit der Deklaration von Helsinki stand.

Die Spirometrie wurde mit standardmäßigen spirometrischen Verfahren (Jaeger, Deutschland) mindestens 6 Stunden nach der letzten Behandlung eines Patienten mit Albuterol gemäß den Richtlinien der American Thoracic Society (ATS)26 gemessen. Die Patienten wurden gemäß GINA auf der Grundlage der Schwere des Asthmas in drei Gruppen eingeteilt: (1) leichtes Asthma (FEV1 ≥ 80 %); (2) mittelschweres Asthma (FEV1 60–79 %); und (3) schweres Asthma (FEV1 < 60 %)2.

Die Patienten wurden basierend auf den ACT-Scores2 in drei Gruppen eingeteilt: vollständig kontrolliert (ACT-Score = 25), teilweise kontrolliert (ACT-Score-Bereich = 20–24) und unkontrolliert (ACT-Score-Bereich = 5–19). Atopie wurde mit dem SPT getestet. Zwölf häufig vorkommende Tier- und Aeroallergene (ALK-Abello, Horsholm, Dänemark) wurden getestet. Der Test galt als positiv, wenn der Quaddeldurchmesser mindestens 3 mm betrug.

Die Konzentrationen von IL-31, IL-5, IL-13 und Thymus-Stroma-Lymphopoietin (TSLP) wurden mittels ELISA bestimmt, wobei ELISA-Kits für die Bestimmung von menschlichem IL-31, IL-5, IL-13 und TSLP (Uscn Life) verwendet wurden Science Inc. Wuhan) gemäß dem Protokoll des Herstellers. Die minimale Nachweisgrenze des IL-31-, IL-5-, IL-13- und TSLP-Assays beträgt 12,2 pg/ml, 2,7 pg/ml, 5,7 pg/ml bzw. 5,7 pg/ml.

Zwei Milliliter einer nicht heparinisierten venösen peripheren Blutprobe wurden 30 Minuten lang bei Raumtemperatur aufbewahrt, dann wurde das Blut zentrifugiert und das Serum bei einer Temperatur von –80 °C gelagert. Die Gesamt-IgE-Spiegel im Serum wurden einmalig durch einen Fluorenzym-Immunoassay im klinischen Labor (Beckman Coulter Image 800 spezifisches Proteinanalysesystem, USA) bei Patienten mit Asthma und Kontrollpersonen nachgewiesen. Der normale Referenzbereich des gesamten Serum-IgE lag unter 165 kU/L. Von jedem Patienten und jeder Kontrollperson wurden drei Milliliter heparinisierte venöse periphere Blutprobe entnommen. Der Prozentsatz der Eosinophilen im peripheren Blut wurde mit dem Beckman Coulter LH500 (USA) bestimmt, einem quantitativen und automatisierten hämatologischen Analysegerät und Leukozyten-Differenzialzellzähler für die In-vitro-Diagnostik im klinischen Labor.

Die Bronchoskopie wurde gemäß den Richtlinien der American Thoracic Society27 durchgeführt. Nach der BALF-Entnahme wurden Bronchialbiopsien aus den Gabelungen des rechten Mittellappens oder der Unterlappen entnommen. BALF-Proben wurden 15 Minuten lang bei 300 × g und 4 ° C zentrifugiert und innerhalb von 2 Stunden nach der Entnahme aliquotiert und bei –80 ° C gelagert. Es gab keine Komplikationen durch die Eingriffe.

Die Objektträger wurden entweder mit einem polyklonalen Kaninchen-Ab gegen IL-31 (Proteintech, Chicago, USA), IL-31RA, OSMR (Uscn Life Science Inc. Wuhan) oder einem Kaninchen-IgG (Abcam, Cambridge, UK) in der gleichen Konzentration inkubiert als Kontrollisotyp. Die Immunreaktion wurde unter Verwendung einer 3,3-Diaminobenzidin-Chromogenlösung (DAB-Substratkit, Abcam, Cambridge, UK) gemäß den Anweisungen des Herstellers sichtbar gemacht. Quantitative Messungen von IL-31-positiven Zellen im Bronchialgewebe wurden wie zuvor beschrieben durchgeführt28. Kurz gesagt, in jeder Biopsieprobe wurden IL-31-positive und -negative Zellen gezählt. Für den IL-31-Antikörper positive Bronchialzellen wurden als Prozentsatz der Gesamtzellen ausgedrückt. Die Schnitte wurden mit einem Lichtmikroskop (BX51; Olympus, Japan) untersucht und mit der Software Image Pro 6.1 (Media Cybernetics) quantifiziert. Der Intraobserver-Fehler wurde durch die Durchführung dreier separater Zählungen desselben Abschnitts zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelt.

Sofern nicht anders angegeben, wurden die Daten als Median mit Interquartilbereich ausgedrückt. Der Kolmogorov-Smirnov (KS)-Test wurde durchgeführt, um die Normalverteilung zu untersuchen. Die Werte wurden zwischen den Studiengruppen entweder mit dem Mann-Whitney-U-Test oder dem Kruskal-Wallis-Test verglichen. Kategoriale Daten wurden mit dem Chi-Quadrat-Test nach Pearson verglichen. Die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Parametern wurden mithilfe der Spearmans-Korrelation ermittelt. Um festzustellen, ob IL-31 zwischen gesunden Kontrollpersonen und Asthmatikern differenziert, wurde die Fläche unter der Kurve (AUC) der Receiver Operating Characteristics (ROC) für IL-31 analysiert. Für die Analysen und Grafiken wurde die Software GraphPad Prism 5.0 (GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA) verwendet. Die statistische Signifikanz wurde auf einen ap-Wert < 0,05 festgelegt.

Zitierweise für diesen Artikel: Lai, T. et al. Interleukin-31-Expression und Zusammenhang mit der Schwere der Erkrankung bei menschlichem Asthma. Wissenschaft. Rep. 6, 22835; doi: 10.1038/srep22835 (2016).

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Wir danken allen Patienten für ihre Einwilligung zur Teilnahme an unserer Studie. Diese Arbeit wurde durch ein Stipendium des Medical Scientific Research Project der Provinz Guangdong, China (Nr. A2012430) unterstützt.

Lai Tianwen, Wu Dong und Li Wen haben gleichermaßen zu dieser Arbeit beigetragen.

Abteilung für Atemwegs- und Intensivmedizin, angeschlossenes Krankenhaus, Institut für Atemwegserkrankungen, Guangdong Medical College, Zhanjiang, China

Tianwen Lai, Dong Wu, Wen Li, Min Chen, Zhennan Yi, Dan Huang, Yingying Lü, Quanchao Lv, Dongming Li und Bin Wu

Abteilung für Pathologie, angeschlossenes Krankenhaus, Guangdong Medical College, Zhanjiang, China

Zhiliang Jing

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TWL und BW haben zum Design der Studie, zur Analyse und Interpretation der Daten sowie zum Entwurf eines Teils des Manuskripts beigetragen. DW und ZNY beteiligten sich auch an der Datenerhebung und -analyse sowie an der Erstellung eines Teils des Manuskripts. WL, ZLJ und DH durchsuchten die entsprechenden Dokumente und extrahierten Daten. YYL und QCL führten eine statistische Analyse durch und überarbeiteten das Manuskript. MDL hat alle Zahlen erstellt. BW und TWL haben diese Studie und das überarbeitete Manuskript entworfen. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Die Autoren geben an, dass keine konkurrierenden finanziellen Interessen bestehen.

Dieses Werk ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe nichts anderes angegeben ist; Wenn das Material nicht unter der Creative-Commons-Lizenz enthalten ist, müssen Benutzer die Erlaubnis des Lizenzinhabers einholen, um das Material zu reproduzieren. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Nachdrucke und Genehmigungen

Lai, T., Wu, D., Li, W. et al. Interleukin-31-Expression und Zusammenhang mit der Schwere der Erkrankung bei menschlichem Asthma. Sci Rep 6, 22835 (2016). https://doi.org/10.1038/srep22835

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Eingegangen: 09. Oktober 2015

Angenommen: 19. Februar 2016

Veröffentlicht: 09. März 2016

DOI: https://doi.org/10.1038/srep22835

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