Établissement d'une matière particulaire artificielle - Stockage cryogénique Chengdu Co., Ltd

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5955 (2023) Citer cet article

330 accès

2 Altmétrique

Détails des métriques

Les matières particulaires (MP), un facteur de risque environnemental, sont liées à des risques pour la santé tels que les maladies respiratoires. Cette étude visait à établir un modèle animal de lésion pulmonaire induite par les PM avec des PM artificielles (APM) et à identifier le potentiel des APM pour la recherche toxicologique. L'APM a été généré à partir de graphite à 600 ° C et combiné avec de l'éthylène. Nous avons analysé les compositions des particules d'échappement diesel (DEP) et des APM et comparé la toxicité et le profil transcriptomique dans les poumons en fonction de l'exposition. Pour l'étude animale, des souris mâles C57BL/6 ont reçu par voie intratrachéale un véhicule, DEP ou APM. Le DEP ou l'APM ont augmenté le poids relatif des poumons, le nombre de cellules inflammatoires et les niveaux de protéines inflammatoires par rapport au véhicule témoin. Les évaluations histologiques ont montré une augmentation des macrophages alvéolaires à pigments particulaires et une légère inflammation dans les poumons des souris DEP et APM. Dans le seul groupe APM, une inflammation granulomateuse, une fibrose pulmonaire et une hyperplasie muqueuse ont été observées dans les poumons de certains individus. Il s'agit de la première étude comparant la toxicité pulmonaire entre le DEP et l'APM dans un modèle animal. Nos résultats suggèrent que le modèle animal traité à l'APM peut contribuer à comprendre les effets nocifs des PM dans des études toxicologiques montrant que l'APM peut induire diverses maladies pulmonaires selon différentes doses d'APM.

En 2013, les particules fines (PM) ont été classées cancérogènes de groupe 1 par le Centre international de recherche sur le cancer de l'Organisation mondiale de la santé1. Les PM sont un mélange complexe de substances organiques et inorganiques solides et/ou liquides en suspension dans l'air, qui comprend du carbone organique (OC), du carbone élémentaire (EC), des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), des ions organiques solubles dans l'eau (chlorure, nitrate , sulfate, sodium, potassium et ammonium) et les métaux dans l'atmosphère naturelle2. Les fractions de PM diffèrent dans leurs propriétés physiques et biologiques selon la saison, la région et les sources3,4,5,6,7. Des concentrations élevées d'OC, d'EC et de HAP se produisent pendant les saisons chaudes dans les zones de circulation intense et la nuit8,9. En termes d'effets sur la santé, l'exposition aux PM, y compris les CO, les CE et les HAP dans l'air ambiant, induit et exacerbe les symptômes cliniques des maladies pulmonaires, hépatiques, rénales et cardiaques8,10,11,12,13,14,15. La plupart des recherches se sont concentrées sur des études épidémiologiques, montrant une relation entre les polluants atmosphériques et les visites aux urgences et les admissions à l'hôpital. Actuellement, des investigations toxicologiques, telles que des études in vivo et in vitro, sont nécessaires pour tester les effets toxiques potentiels chez l'homme et spéculer sur les mécanismes associés. De nombreux chercheurs ont utilisé le matériau de référence standard 2975 (SRM2975, particules d'échappement diesel, DEP) comme composant des PM pour étudier les risques pour la santé associés à l'exposition aux PM. Le DEP est émis par les chariots élévateurs industriels et comprend les HAP, les nitro-HAP, les dérivés oxygénés des HAP, les composés hétérocycliques, les aldéhydes et les hydrocarbures aliphatiques16,17. Cependant, il existe certaines limites aux études toxicologiques sur l'exposition aux PM. De grandes quantités de DEP sont nécessaires pour tester la toxicité pulmonaire, telle que la toxicité par inhalation par exposition aux particules, en particulier à des concentrations élevées.

Cela entraîne des coûts élevés pour les études sur les effets à long terme de l'exposition aux PM. De plus, parmi diverses sources, des études toxicologiques par PM peuvent être faites en se concentrant uniquement sur la toxicité du DEP.

Dans cette étude, nous avons synthétisé des PM artificielles (APM) en laboratoire pour les utiliser à la place des particules d'échappement diesel (DEP) pour des études toxicologiques. Nous avons analysé le rapport OC/EC et les HAP entre le DEP et l'APM, comparé les caractéristiques pathologiques du système respiratoire et effectué une analyse transcriptomique des poumons après une exposition à l'APM et au DEP par voie intratrachéale dans une étude in vivo pour évaluer le potentiel de l'APM. pour une utilisation dans des études toxicologiques respiratoires.

Notre étude précédente a caractérisé les tailles et morphologies des particules de DEP et APM. Le DEP et l'APM sont généralement inférieurs à 600 nm et 30 nm, respectivement18,19. Le DEP est sphérique et composé d'agglomérats irréguliers, et l'APM présentait des morphologies typiques de particules de suie diesel18,19. Dans la présente étude, nous avons mesuré le rapport OC/EC et les HAP pour identifier et comparer les compositions DEP et APM. Les rapports OC/EC du DEP et de l'APM étaient respectivement de 1,52 et 1,23 (Fig. 1A). Les concentrations des sept HAP ont été mesurées à l'aide du DEP et de l'APM. Les concentrations de phénanthrène, anthracène, fluoranthène, pyrène, benzo[a]pyrène, indéno[1,2,3-cd]pyrène et benzo[g,h,i]pérylène étaient de 6,42, 1,27, 12,01, 1,56, 0,14, 0,20 , et 0,14 μg/mL dans DEP et 137,49, 8,00, 22,76, 9,56, 0,17, 0,50 et 0 μg/mL dans APM, respectivement. Les concentrations de phénanthrène, d'anthracène, de fluoranthène et de pyrène étaient environ 1,89 à 21,43 fois plus élevées dans l'APM que dans le DEP.

Compositions en DEP et APM. (A) Rapport OC/EC et (B) concentration de HAP dans le DEP et l'APM. Les données représentent la moyenne ± SD (n = 3). Carbone organique OC, carbone élémentaire EC, hydrocarbures aromatiques polycycliques PAH, particules d'échappement diesel DEP, particules artificielles APM.

Il n'y a pas de changement de poids corporel dans le groupe VC. Dans les groupes DEP et APM, des poids corporels réduits ont été observés. En particulier, dans les groupes APM, il existe une réduction significative du poids corporel (Fig. 2A). Le poids relatif des poumons a augmenté statistiquement de manière dose-dépendante dans les groupes DEP et APM par rapport à celui du groupe VC (Fig. 2B). Le poids relatif des poumons était plus élevé dans le groupe APM que dans le groupe DEP. Cependant, il n'y avait aucune différence dans les poids relatifs du thymus et de la rate dans les groupes DEP et APM par rapport aux souris VC (Fig. 2C, D).

Modifications du poids relatif des organes (A) et (B – D), de la population cellulaire (E), (F – J) des cellules inflammatoires absolues et de la production (K – O) de diverses cytokines inflammatoires dans le BALF du véhicule, Souris instillées DEP et APM. Les poids des organes ont été calculés par la formule suivante : poids relatif des organes = poids des organes (g)/poids corporel terminal (g) × 100 %. Les données représentent la moyenne ± SD (n = 4 ou 5 par groupe). #p < 0,05, ##p < 0,01, ###p < 0,001 ou ####p < 0,0001 par rapport à VC. Particules d'échappement diesel DEP, particules artificielles APM, liquide de lavage bronchoalvéolaire BALF, écart type SD.

Nous avons déterminé si le DEP et l'APM provoquaient une inflammation pulmonaire et avons comparé la proportion et le nombre de cellules inflammatoires dans le BALF après exposition au DEP et à l'APM. Dans un premier temps, nous avons mesuré la proportion de cellules inflammatoires dans le BALF de souris. Les macrophages ont été principalement observés dans le groupe témoin, représentant 97,75 % du nombre total de cellules. Cependant, une diminution de la proportion de macrophages et une augmentation de celle des neutrophiles ont été fréquemment observées dans les groupes DEP et APM. De plus, les proportions d'éosinophiles et de lymphocytes ont légèrement augmenté lors de l'exposition au DEP et à l'APM. En particulier, la proportion d'éosinophiles était plus élevée dans le groupe APM que dans le groupe DEP à toutes les doses (Fig. 2E). Ces résultats ont indiqué que le DEP et l'APM induisaient des changements cellulaires et des réponses inflammatoires dans les poumons.

Deuxièmement, le nombre absolu de cellules inflammatoires a été calculé en divisant la proportion de cellules inflammatoires par le nombre total de cellules. Par rapport au groupe témoin, le nombre de cellules totales et de cellules inflammatoires telles que les macrophages et les neutrophiles, les éosinophiles et les lymphocytes dans BALF a augmenté dans les groupes instillés DEP ou APM (Fig. 2F – J). À l'exception des éosinophiles, le nombre de cellules totales, de macrophages, de neutrophiles et de lymphocytes dans le BALF du groupe DEP a progressivement augmenté de manière dose-dépendante. Bien qu'aucune dose-dépendance n'ait été observée pour l'augmentation du nombre de cellules totales et de diverses cellules inflammatoires dans le BALF du groupe APM, celles-ci étaient plus élevées dans le groupe APM que dans le groupe DEP à toutes les doses. En particulier, le nombre d'éosinophiles n'a augmenté de manière significative que dans le groupe APM. Ces résultats ont indiqué que bien que la proportion et le nombre de cellules inflammatoires dans le BALF infiltrées par l'exposition au DEP et à l'APM diffèrent légèrement, le DEP et l'APM ont initié et maintenu des réponses inflammatoires en infiltrant des cellules inflammatoires mixtes dans les poumons des souris.

Nous avons évalué les niveaux de diverses cytokines inflammatoires dans le BALF de souris DEP ou APM instillées. Le DEP et l'APM ont induit une augmentation des niveaux de diverses cytokines inflammatoires, telles que l'interleukine (IL)-5, l'IL-6, le facteur de nécrose tumorale (TNF)-α, la protéine chimiotactique des monocytes-1 (MCP-1) et le motif CXC récepteur de chimiokine 1 (CXCL1) / KC dans BALF par rapport au VC (Fig. 2K – O). Bien qu'il n'y ait pas de différence statistiquement significative dans les niveaux de cytokines inflammatoires, y compris ceux d'IL-5, IL-6, TNF-α et MCP-1, une tendance à la hausse a été observée dans le groupe DEP par rapport au groupe témoin. Le DEP n'a amélioré de manière significative que les niveaux de CXCL1/KC dans le BALF. Dans le groupe APM, les niveaux de cytokines inflammatoires ont augmenté de manière significative. Conformément aux résultats d'une augmentation de la proportion cellulaire lors de l'exposition au DEP et à l'APM, la libération de cytokines inflammatoires était plus forte dans le BALF du groupe APM que dans le groupe DEP.

Une évaluation histologique via la coloration H & E, MT et PAS a été réalisée pour identifier et comparer les caractéristiques histopathologiques dans les tissus pulmonaires des souris instillées au DEP et à l'APM. Des coupes pulmonaires colorées à l'H&E ont révélé que l'instillation de DEP et d'APM entraînait généralement une accumulation de macrophages alvéolaires chargés de particules (flèches noires) de manière dose-dépendante, ainsi qu'une légère inflammation pulmonaire (flèches rouges; Fig. 3). Dans les poumons de certains individus de souris instillées d'APM, une inflammation granulomateuse, une fibrose pulmonaire et une hyperplasie des cellules muqueuses (Fig. 4) ont été observées par coloration H&E, MT et PAS, respectivement. Ces résultats ont été confirmés par notation histologique des coupes pulmonaires (tableau 1). Ces résultats indiquent que le DEP et l'APM induit une inflammation pulmonaire aiguë médiée par les macrophages alvéolaires et que l'exposition à l'APM pourrait entraîner une maladie pulmonaire plus grave par rapport à l'exposition au DEP.

Modifications histologiques des tissus pulmonaires lors d'une exposition au DEP ou à l'APM. Lames représentatives de poumons colorées au H&E obtenues à partir de souris instillées avec le véhicule, le DEP ou l'APM. Les flèches noires et rouges indiquent respectivement les macrophages alvéolaires à pigments de particules et l'infiltration de cellules inflammatoires. Particules d'échappement diesel DEP, particules artificielles APM, hématoxyline et éosine H&E.

Lames représentatives de poumons colorées au MT et au PAS obtenues à partir de souris instillées de véhicule et d'APM. La flèche noire indique une hyperplasie des cellules muqueuses. Coloration trichrome de MT Masson, PAS Acide périodique-Schiff, matière particulaire artificielle APM.

Nous avons déterminé les profils d'expression génique modifiés par DEP ou APM et identifié les termes d'ontologie génique (GO) pour comparer les changements liés aux dommages dans l'expression génique induits en réponse au traitement DEP et APM. Le profilage transcriptomique a montré des profils d'expression génique différentiels dans les groupes d'instillation DEP et APM et a montré une plus grande sensibilité aux altérations génétiques dans ce dernier que dans le premier. Au total, 257, 341 et 1794 expressions différentielles de gènes (DEG) ont été identifiées pour l'exposition au DEP, tandis que 849, 1176 et 1842 DEG ont été identifiées pour l'exposition à l'APM aux trois doses correspondantes. Parmi ceux-ci, 40 et 400 gènes couramment altérés aux trois doses ont été identifiés dans l'exposition au DEP et à l'APM, respectivement. Parmi ceux-ci, 31 et 242 gènes présentant des changements d'expression liés à la dose ont été sélectionnés dans les groupes DEP et APM, respectivement. Nous avons également identifié 31 gènes couramment modifiés dans les groupes d'exposition au DEP et à l'APM afin d'identifier de nouveaux biomarqueurs pour les lésions pulmonaires altérées par les PM. Les 10 principaux gènes avec les changements de pli les plus élevés étaient Gpnmb, Trem2, Clec4d, Slc26a4, Ear6, Cxcl5, Slc39a2, Cd300lf, Cxcr1 et Nup62-il4i1. L'expression de neuf gènes (Gpnmb, Trem2, Clec4d, Slc26a4, Ear6, Cd300lf, Ctsd, Ptgir et Tacc3) était plus élevée dans le groupe APM que dans le groupe DEP. Les gènes statistiquement modulés dans les groupes DEP et APM ont été classés selon les processus biologiques GO (BP), les voies de l'Encyclopédie de Kyoto pour les gènes et les génomes (KEGG) et l'analyse des maladies pour analyser les mécanismes moléculaires liés à l'exposition aux PM. Les principales voies BP et KEGG qui ont été statistiquement modifiées par le DEP et l'APM (valeur p exacte du test de Fisher < 0,05) sont présentées dans le tableau 2. 15 voies KEGG ont été statistiquement enrichies dans les groupes d'exposition à l'APM. L'analyse GO a montré que les gènes modifiés par l'APM étaient liés à plus de BP et de voies que les gènes modifiés par le DEP. Les gènes modifiés par le DEP étaient principalement liés aux réponses inflammatoires, y compris la régulation positive de la cascade de kinases régulées par le signal extracellulaire (ERK) 1 et ERK2, la réponse au facteur de nécrose tumorale et la voie de signalisation des chimiokines (tableau 2). Les gènes modifiés par l'APM étaient liés aux réponses inflammatoires, aux processus phagocytaires et aux processus pro-fibrotiques en raison de leur implication dans la régulation de diverses voies de signalisation, y compris la régulation positive de la cascade ERK1 et ERK2, la régulation positive de NF-kappaB (NF-κB) activité du facteur de transcription, régulation positive de la signalisation de la protéine kinase B, régulation positive de la cascade de la protéine kinase activée par les mitogènes (MAPK), réponse cellulaire au facteur de nécrose tumorale, régulation positive de la phagocytose, régulation positive de la prolifération des cellules musculaires lisses, réponse cellulaire à la croissance des fibroblastes stimulus du facteur et voie de signalisation du récepteur de type Toll (tableau 2).

Enfin, les gènes modifiés par les PM ont été analysés plus en détail à l'aide de la base de données de toxicogénomique comparative (CTD) pour élucider les implications des gènes modifiés dans les maladies pulmonaires et d'autres troubles. 31 et 242 gènes présentant des changements d'expression liés à la dose dans les groupes d'exposition DEP et APM, respectivement, étaient associés à diverses maladies liées aux voies respiratoires, avec un plus grand nombre de maladies respiratoires associées aux gènes modifiés par l'APM. 31 gènes modifiés par DEP étaient liés à des maladies des voies respiratoires, à une hypersensibilité respiratoire et à des maladies bronchiques, et 242 gènes modifiés par APM étaient liés à des maladies des voies respiratoires, des maladies pulmonaires, des pneumonies, des infections des voies respiratoires, des néoplasmes pulmonaires et des néoplasmes des voies respiratoires (tableau 3). Comme le montrent les tableaux 2 et 3, les nombres de gènes CTD et annotés étaient plus élevés dans le groupe APM que dans le groupe DEP. Dans l'analyse transcriptomique, nos résultats ont montré que l'exposition à l'APM induisait l'expression de plus de DEG que l'exposition au DEP dans les poumons des souris, et qu'une expression plus élevée d'APM induisait une gravité plus élevée des maladies pulmonaires en étant impliquée dans divers BP que l'exposition au DEP.

Les PM, un mélange complexe de solides et/ou de substances organiques et inorganiques liquides, sont considérées comme un facteur de risque environnemental. De plus en plus de preuves suggèrent que les PM sont liées aux maladies respiratoires, notamment la MPOC, l'asthme, la fibrose et même les cancers. Actuellement, pour étudier les risques pour la santé de l'exposition aux PM dans les poumons, de nombreux chercheurs ont utilisé le DEP car il est difficile d'obtenir des résultats scientifiques reproductibles en raison de la diversité des PM par saison, région et source. De plus, il faut également beaucoup de temps pour collecter les PM naturelles afin d'étudier leur toxicité dans des études animales et cellulaires. Cependant, en raison des coûts élevés associés au DEP, les informations toxicologiques, y compris la toxicité par inhalation à des concentrations élevées pendant une longue période, peuvent être limitées. De plus, à l'exclusion de divers autres facteurs, seule la toxicité du DEP peut être étudiée. Par conséquent, pour surmonter ces limitations associées au DEP, nous avons généré l'APM, analysé ses composants et comparé les effets respiratoires chez les souris instillées au DEP et à l'APM pour confirmer son applicabilité à la recherche toxicologique. De plus, nous avons effectué une analyse transcriptomique pour expliquer les changements pathologiques causés par l'exposition au DEP et à l'APM chez la souris.

Nous avons sélectionné le DEP, qui a été largement utilisé dans les études toxicologiques, comme composant majeur des PM2,5. Dans une étude précédente, nous avons comparé la taille et la morphologie des particules entre DEP et APM. APM est plus petit que DEP size18,19. Le DEP et l'APM sont sphériques et composés d'agglomérats irréguliers et de morphologies typiques des particules de suie diesel, respectivement18,19.

Dans un premier temps, dans cette étude, nous avons analysé les ratios HAP et OC/CE dans l'APM et la DEP. Les HAP et les rapports OC/EC sont associés à l'induction et à l'exacerbation des maladies pulmonaires8,9,10,11,12,13,14,15. Nos résultats ont montré que les niveaux de HAP étaient plus élevés dans l'APM que dans le DEP, et le rapport OC/EC était similaire entre le DEP et l'APM (Fig. 1). Les HAP émis par des sources anthropiques dans l'air ambiant sont classés comme cancérogènes ou probablement cancérogènes pour l'homme dans le CIRC. Les HAP ambiants sont associés au développement du cancer du poumon20,21,22,23,24 et à des effets non cancérigènes tels qu'une diminution de la fonction pulmonaire, une exacerbation de l'asthme et une augmentation de la morbidité et de la mortalité des maladies pulmonaires obstructives25,26,27. Nous avons émis l'hypothèse que l'APM pourrait causer des maladies pulmonaires plus graves que le DEP, en fonction de la taille des particules et du rapport des HAP. Dans cette étude, nous avons mené une étude animale pour identifier et comparer les effets respiratoires du DEP en mesurant le poids corporel pendant la période expérimentale, le poids des organes, les changements cellulaires, les niveaux de cytokines inflammatoires dans le BALF et les changements histologiques dans les poumons du DEP- ou Souris instillées d'APM. Nous avons précédemment montré que le DEP induisait une inflammation pulmonaire dominante neutrophile dans un groupe instillé à 100 μg/souris (5 mg/kg) DEP28,29,30. Sur cette base, la dose la plus élevée de DEP et d'APM a été sélectionnée à 5 mg/kg. Dans cette étude, les souris ont été exposées par voie intratrachéale au DEP et à l'APM. Dans le groupe instillé de DEP ou d'APM, une augmentation significative du poids relatif des poumons a été observée par rapport à celle du groupe VC (Fig. 2). L'augmentation du poids des poumons indique une augmentation de la perméabilité vasculaire et de l'infiltration de cellules inflammatoires dans les sites pulmonaires lésés31. Dans cette étude, bien que les éosinophiles aient été statistiquement infiltrés dans le BALF du seul groupe APM, la proportion de diverses cellules inflammatoires telles que les macrophages, les neutrophiles et les lymphocytes a augmenté de manière significative dans le BALF des souris instillées au DEP et à l'APM (Fig. 2) . Ces résultats peuvent être liés à l'augmentation du poids des poumons des souris instillées DEP ou APM. Nous avons également vérifié diverses protéines inflammatoires dans le BALF de souris instillées DEP et APM. ELISA a montré que les niveaux de cytokines inflammatoires telles que IL-6, TNF-α, MCP-1 et CXCL1 / KC dans le BALF étaient augmentés dans le BALF des souris instillées au DEP et à l'APM. Ces taux de protéines étaient particulièrement plus élevés dans le BALF des souris exposées à l'APM que chez les souris exposées au DEP (Fig. 2). Le niveau de protéine d'IL-5 a été progressivement augmenté dans les groupes BALF ou DEP sans aucun changement statistiquement significatif, alors que ce niveau n'a augmenté de manière significative que dans le groupe APM. MCP-1 est une chimiokine clé qui joue un rôle crucial dans la régulation de la migration et du recrutement des monocytes/macrophages32. L'IL-6 et le TNF-α sont libérés des macrophages alvéolaires pigmentés par les PM et participent aux réponses inflammatoires33. MCP-1, IL-6 et TNF-α sont des chimiokines ou cytokines clés impliquées dans les maladies pulmonaires, notamment l'asthme et la MPOC. La chimiokine, CXCL1/KC, joue un rôle crucial dans l'inflammation aiguë car c'est le principal chimioattractant responsable du recrutement des neutrophiles. L'IL-5 produite à partir des cellules CD4+ Th2, des mastocytes, des éosinophiles et des basophiles est le modulateur le plus puissant de l'accumulation d'éosinophiles lors de réactions allergiques telles que l'asthme34. Conformément à ces résultats, dans les évaluations histologiques, une infiltration de cellules inflammatoires mixtes dans les régions périvasculaires a été couramment observée dans les poumons des groupes DEP et APM (Fig. 3, Tableau 1). Cependant, une inflammation granulomateuse, une fibrose pulmonaire et une hyperplasie muqueuse ont été observées chez certaines souris des seuls groupes APM (Fig. 4, Tableau 1). Ces résultats indiquent que le DEP et l'APM induisent une inflammation pulmonaire accompagnée d'une infiltration de cellules inflammatoires mixtes, ce qui peut induire des lésions pulmonaires plus graves que le DEP en fonction de la gravité de l'infiltration des cellules inflammatoires et des niveaux de cytokines.

Ensuite, nous avons identifié les modèles d'expression génique dans les poumons exposés au DEP et à l'APM pour comprendre les changements associés aux blessures dans l'expression génique et les mécanismes associés et nous nous sommes concentrés sur l'expression génique et l'analyse GO pour élucider les changements pathologiques courants et les différentes sévérités des lésions pulmonaires dans le DEP. - ou des souris instillées d'APM. Nous avons constaté que les modifications transcriptomiques causées par l'exposition à l'APM étaient beaucoup plus sensibles que celles dues à l'exposition au DEP, induisant l'expression de 242 et 31 gènes, respectivement, de manière dose-dépendante. De plus, nous avons identifié 31 gènes communs annotés par l'exposition au DEP et à l'APM pour traiter les changements pathologiques couramment observés par l'exposition au DEP ou à l'APM dans un modèle in vivo. Les 10 principaux gènes présentant les changements de pli les plus élevés parmi les 31 gènes communs des groupes DEP et APM étaient Gpnmb, Trem2, Clec4d, Slc26a4, Ear6, Cxcl5, Slc39a2, Cd300lf, Cxcr1 et Nup62-il4i1. Parmi eux, neuf gènes (Gpnmb, Trem2, Clec4d, Slc26a4, Ear6, Cd300lf, Ctsd, Ptgir et Tacc3) ont été régulés positivement dans le groupe APM par rapport au groupe DEP de manière dose-dépendante. Les neuf principaux gènes jouent un rôle important dans l'inflammation pulmonaire, l'asthme, la MPOC, la fibrose pulmonaire et le cancer du poumon35,36,37,38,39,40,41,42,43. Dans cette étude, nous avons observé une inflammation pulmonaire commune dans les groupes DEP et APM par évaluation histologique, et la gravité était plus élevée dans le groupe APM par rapport au groupe DEP. Les caractéristiques pathologiques, y compris l'inflammation granulomateuse, la fibrose pulmonaire et l'hyperplasie des cellules muqueuses, n'ont été observées que dans les poumons du groupe APM. Par conséquent, nos résultats ont indiqué que les niveaux d'expression génique modifiés pourraient influencer la gravité des lésions pulmonaires induites par le DEP et l'APM.

Les principales voies BP et KEGG affectées de manière significative par l'exposition au DEP et à l'APM sont présentées dans le tableau 2. Les gènes modifiés par le DEP et l'APM sont généralement liés aux réponses immunitaires et inflammatoires, y compris les processus d'oxydo-réduction, l'angiogenèse, la régulation positive de la cascade ERK1 et ERK2 , chimiotaxie et réponse cellulaire au facteur de nécrose tumorale. Ces changements dans l'expression des gènes sont cohérents avec les résultats des changements cellulaires et de l'analyse des cytokines dans BALF, montrant une augmentation des macrophages, des neutrophiles, des éosinophiles, des lymphocytes et de divers niveaux de cytokines, y compris IL-5, IL-6, TNF-α, MCP-1 et CXCL1 (figure 2). Les gènes ont été analysés plus en détail à l'aide du CTD pour élucider les relations gène-maladie altérées par l'instillation de DEP et d'APM dans la catégorie des maladies des voies respiratoires. D'une manière dose-dépendante, 31 gènes communs dans les groupes DEP étaient impliqués dans diverses maladies liées aux voies respiratoires (c. liées à diverses maladies des voies respiratoires (c.-à-d. maladies des voies respiratoires, maladies pulmonaires, pneumonie, infections des voies respiratoires, néoplasmes pulmonaires et néoplasmes des voies respiratoires ; tableau 3). Semblables aux caractéristiques pathologiques observées chez les souris instillées DEP ou APM, les gènes altérés observés dans le groupe APM étaient impliqués dans plus de BP et de maladies par rapport au DEP. Ces résultats indiquent que l'exposition à l'APM est plus sensible aux modifications de l'expression génique liées aux lésions pulmonaires que l'exposition au DEP.

De plus, nous avons analysé et comparé les principales PA entre l'exposition au DEP et à l'APM, en nous concentrant sur l'asthme, car les caractéristiques asthmatiques, y compris l'infiltration d'éosinophiles et l'augmentation de la production d'IL-5, étaient significativement améliorées dans le BALF du groupe APM. De plus, une hyperplasie muqueuse a été observée dans les poumons du groupe APM mais pas dans le groupe DEP. L'asthme est dû à des facteurs génétiques et environnementaux tels que le tabagisme, divers allergènes et polluants44 et est une maladie pulmonaire chronique caractérisée par une infiltration d'éosinophiles, une production accrue de cytokines Th2, une production accrue d'immunoglobuline E (IgE) à partir des cellules B, une augmentation des vaisseaux sanguins, augmentation du volume des muscles lisses des voies respiratoires et production excessive de mucus dans les voies respiratoires45,46 par de multiples voies, notamment MAPK et NF-κB46,47. Dans le profilage transcriptomique, en comparant les PA clés entre les groupes DEP et APM, des indicateurs représentatifs de l'asthme, y compris les réponses inflammatoires, la chimiotaxie, la régulation positive de la prolifération des cellules musculaires lisses, la régulation positive du processus de biosynthèse de l'oxyde nitrique, la régulation positive de la différenciation des cellules endothéliales, la réponse à L'interféron-γ, la différenciation des cellules T impliquées dans les réponses immunitaires par une régulation positive de la cascade ERK1 et ERK2, une régulation positive de la signalisation de la protéine kinase B et une régulation positive de la cascade MAPK n'ont été identifiées que dans les groupes APM. Ces résultats ont montré que l'exposition à l'APM pouvait induire des caractéristiques asthmatiques dans l'analyse transcriptomique et les résultats pathologiques des études in vivo.

Enfin, dans notre étude, nous avons généré des APM d'environ 30 nm, qui appartiennent aux particules fines de diamètre inférieur à 100 nm. Ils comprennent une grande proportion dans l'atmosphère. À Tiangin en Chine, au début de l'été 2018, les particules fines constituaient en moyenne 33 % des PM ambiantes48. L'Union européenne a révélé que 70 à 80 % des particules atmosphériques avaient un petit diamètre inférieur à 100 nm49. Lorsque de petites particules ont été exposées dans les poumons, elles se sont déposées du pharynx vers les alvéoles, car la voie respiratoire dépend de la taille50. Une taille plus petite induit un risque pour le système respiratoire, le système cardiovasculaire et tous les organes car ils peuvent facilement traverser les capillaires50. Nous avons confirmé ces fines particules dans les poumons, le cœur, les reins et la rate en raison de la petite taille de l'APM après l'instillation de l'APM dans les poumons (non illustré) dans une autre étude. Par conséquent, notre APM pourrait être approprié et utile pour étudier les effets néfastes des particules fines, y compris l'initiation, le développement et l'exacerbation de maladies, y compris les poumons et d'autres organes et les mécanismes connexes.

L'étude actuelle a quelques limites. Dans un premier temps, il est nécessaire d'analyser la composition des APM et de la comparer à la composition des PM dans l'air, d'établir un modèle animal reflétant les différents composants des PM et de l'utiliser pour des études toxicologiques. Deuxièmement, dans cette étude, le DEP et l'APM ont été traités par voie intratrachéale. Cette méthode est une alternative à l'inhalation et elle peut révéler une distribution différente dans les poumons. Par conséquent, une étude plus approfondie sur l'inhalation est nécessaire pour tester la toxicité des PM et démontrer son mécanisme d'action dans les lésions pulmonaires inhalées par les PM ou d'autres troubles utilisant l'APM.

Malgré ces limitations, les observations actuelles ont révélé que le modèle animal exposé à l'APM pourrait aider à étudier les effets néfastes des PM sur les poumons en montrant que l'APM peut induire diverses maladies pulmonaires en régulant les doses.

Cette étude a établi un modèle animal de maladies pulmonaires induites par les particules à l'aide d'APM générées en laboratoire. Nos résultats ont montré que le DEP et l'APM induisaient des lésions pulmonaires inflammatoires. Cependant, la gravité était plus élevée dans le groupe APM par rapport au groupe DEP. Dans les poumons de souris exposées au DEP, seule une légère inflammation pulmonaire a été observée. Fait intéressant, l'APM a induit diverses maladies pulmonaires, notamment une légère inflammation pulmonaire, une inflammation granulomateuse, une fibrose pulmonaire et de l'asthme selon différentes doses d'APM chez la souris. Conformément à ces résultats, le profilage des gènes transcriptomiques a montré que les gènes modifiés par l'APM étaient impliqués dans plus de PA, de voies et de maladies liées aux blessures que le DEP. Par conséquent, nous suggérons qu'un modèle animal instillé d'APM a le potentiel d'étudier le mécanisme biologique moléculaire des maladies pulmonaires induites par les PM en fonction de divers changements de concentration, aidant à développer des stratégies préventives et thérapeutiques contre les maladies pulmonaires liées aux PM.

Des souris mâles C57BL/6 âgées de sept semaines (Orient Bio, Seongnam, Corée) pesant 20,31 ± 0,67 g ont été maintenues en température contrôlée (22 ± 3 °C) et en humidité (50 ± 20 %) avec une lumière 12 h/12 h cycle d'obscurité (150–300 Lux) et libre accès à la nourriture et à l'eau du robinet. Les souris logées dans une maison individuelle se sont acclimatées pendant 3 jours et n'ont montré aucun signe clinique indésirable ni gain de poids normal. Toutes les études animales ont été approuvées par l'Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) de l'Institut coréen de toxicologie (n° 2105-0030 et n° 2108-0032) et menées conformément aux directives ARRIVE51.

Les souris ont été appariées en poids et séparées au hasard en sept groupes (n = 4 pour le contrôle du véhicule ou n = 5 pour les autres groupes) à l'aide du logiciel Pristima v.7.3 pour l'étude préclinique (Xybion Medical Systems Corporation, Morris Plains, NJ, USA). Les sept groupes ont été définis par des régimes d'exposition spécifiques comme suit : véhicule témoin (VC) pour l'eau distillée (DW) comme témoin DEP et APM ; DEP (SRM 2975 ; National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, États-Unis) pour chacune des trois doses (1,25, 2,5 et 5 mg/kg) et APM pour les trois doses (1,25, 2,5 et 5 mg /kg). Vingt-quatre heures après la dernière instillation dans le véhicule, DEP ou APM, des mesures du poids des organes, une analyse des modifications cellulaires et des niveaux de cytokines dans le liquide de lavage bronchoalvéolaire (BALF) et un examen histologique ainsi qu'une analyse transcriptomique du tissu pulmonaire ont été effectués.

Dans notre étude précédente, l'APM à base de noir de carbone était produit à partir de graphite à différentes plages de températures telles que la température ambiante, 200 °C, 400 °C, 600 °C et 800 °C18. Dans cette étude, l'APM a été généré à partir de graphite à 600 ° C et combiné avec de l'éthylène pour augmenter le niveau de HAP. En bref, le générateur d'aérosol DNP digital 3000 (Palas GmbH, Allemagne) a été utilisé pour générer des PM artificielles (APM). Sous haute tension, une étincelle de saut a été générée entre deux électrodes en graphite à 600 °C. Après le générateur a été maintenu sur une haute tension de 2500 V et 700 Hz entre les deux électrodes en graphite fournissant des gaz co-mélangés avec de l'argon pur (99,999 % ; 7 LPM) et de l'air (99,999 % ; 10 LPM), combiné avec de l'éthylène. L'APM a été échantillonné à l'aide d'un filtre au Téflon avec une taille de pores de 2 µm et un diamètre de 47 mm (R2PJ047, PALL Corporation ; USA)18,19.

Des solutions de saccharose de différentes concentrations ont été utilisées pour l'étalonnage de l'équipement (N = 5, R2 = 1,00). Des filtres en fibre de quartz (filtre QMA 25 mm, Whatman Inc., USA) sans aucun produit chimique organique ont été utilisés dans l'échantillonnage APM. Les composants carbonés de l'APM et du DEP ont été analysés à l'aide d'un analyseur d'aérosols OC-EC modèle 5 (Sunset Laboratory, Beaverton, Oregon, États-Unis)19.

Parmi les polluants prioritaires répertoriés par l'Environmental Protection Agency des États-Unis, sept HAP ont été sélectionnés comme cibles dans cette étude, dont le phénanthrène, l'anthracène, le fluoranthène, le pyrène, le benzo[a]pyrène, l'indéno[1,2,3-c,d] pyrène et benzo[g,h,i]pérylène. Les étalons de HAP utilisés pour l'étalonnage et l'assurance qualité ont été préparés en diluant le mélange EPA 610 PAH (Supelco, St. Louis, MO, USA) avec du méthanol52.

Les HAP particulaires et les n-alcanes ont été extraits par ultrasons avec un solvant dichlorométhane deux fois pendant 30 min. Les extraits ont été purifiés à l'aide de filtres seringues à pores de 0,2 μm. Les échantillons de HAP de cette étude ont été analysés à l'aide d'un instrument QP-2010 ultra GC (Shimadzu, Japon) connecté à un instrument QP2010 ultra MS (Shimadzu, Japon) avec une colonne capillaire DB-5MS52. Des informations détaillées sont fournies dans le tableau 4.

Le DEP et l'APM ont été dispersés à une concentration de 2 mg/mL à l'aide d'une sonde à ultrasons (VC 505, Vibra-Cell™ Ultrasonic Liquid Processors, Sonics & Materials, Inc., USA) pendant 30 min.

Les voies respiratoires sont la première voie d'exposition aux PM, et l'administration intratrachéale a été utilisée pour établir un modèle animal exposé aux PM pour les études toxicologiques respiratoires. Aux jours 1, 5, 8, 12 et 15, les souris ont reçu par voie intratrachéale du DEP ou de l'APM (1,25, 2,5 et 5 mg/kg) dispersés dans 50 ul de DW. Pour l'administration intratrachéale, les souris ont été anesthésiées en utilisant une anesthésie inhalée. Avant l'administration, l'isoflurane a été administré dans la chambre des animaux à l'aide de systèmes d'anesthésie portables pour petits animaux (L-PAS-02, LMSKOREA, Inc, Seongnam, Corée) équipés d'un vaporisateur d'isoflurane. Et puis, les souris ont été exposées à 2,5 % d'isoflurane délivré dans de l'O2 (2 L/min) dans la chambre de l'animal jusqu'à ce qu'un état de sommeil soit atteint. Les souris recevant une anesthésie à l'isoflurane ont été sorties de la chambre des animaux, les souris ont été allongées à bord et l'administration a été effectuée immédiatement à l'aide d'un instillateur vidéo automatique. Après administration, les souris se sont déplacées, ont complètement récupéré et ont été transférées dans leur cage.

Au jour 16, les poumons, la rate et le thymus ont été pesés chez les souris sacrifiées.

Vingt-quatre heures après la dernière instillation de DEP et d'APM, le poumon gauche a été ligaturé et le poumon droit a été lentement lavé trois fois à l'aide du tube trachéal avec 0,7 ml de solution saline tamponnée au phosphate (PBS). Le nombre total de cellules dans le BALF a été mesuré à l'aide d'un compteur NC-250 (ChemoMetec, Gydevang, Danemark). Pour analyser les cellules différentielles, des frottis cellulaires ont été réalisés à l'aide d'un équipement Cytospin (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, États-Unis) et chargés avec une solution Diff-Quik (Dade Diagnostics, Aguada, Puerto, États-Unis). Après lavage, les lames ont été montées. Un total de 200 cellules ont été comptées par lame. De plus, pour mesurer les niveaux de cytokines, le BALF a été centrifugé à 2000 tr/min pendant 5 min, et les surnageants ont été collectés.

Vingt-quatre heures après la dernière instillation de DEP et d'APM, les tissus pulmonaires retirés ont été fixés dans du formol tamponné neutre à 10 % (v/v). Pour la préparation des lames, les tissus pulmonaires ont été déshydratés, inclus dans de la paraffine et coupés en sections de 4 μm. Avant la coloration, les coupes ont été déparaffinées avec du xylène. Ceux-ci ont été colorés à l'aide de solutions d'hématoxyline et d'éosine (H&E; Sigma-Aldrich), d'acide périodique-Schiff (PAS; Sigma-Aldrich) et de trichrome de Masson (MT; Sigma-Aldrich). Les coupes colorées ont été analysées au microscope optique (Axio Imager M1 ; Carl Zeiss, Oberkochen, Allemagne). Le degré de blessure a été noté53,54.

L'ARN total a été extrait avec le réactif TRIzol (Invitrogen). La qualité et la quantité d'ARN ont été mesurées sur un bioanalyseur Agilent 2100 avec la puce RNA 6000 Nano (Agilent Technologies, Amstelveen, Pays-Bas) et le spectrophotomètre ND-2000 (Thermo Inc., DE, USA), respectivement. Des échantillons d'ARN avec un rapport A260/A280 > 1,8 et une valeur de numéro d'intégrité de l'ARN (RIN) > 7 ont été utilisés pour l'analyse.

Tout d'abord, la bibliothèque a été construite à l'aide du kit de préparation de bibliothèque d'ARNm-Seq QuantSeq 3 '(Lexogen, Inc., Autriche) conformément aux instructions du fabricant pour analyser les échantillons de contrôle et de test. Une amorce oligo-dT, comprenant une séquence compatible avec Illumina à son extrémité 5ʹ, a été hybridée avec les 500 ng d'ARN total et rétrotranscrite. Lorsque la matrice d'ARN a été dégradée, la synthèse du second brin a été initiée par une amorce aléatoire, comprenant une séquence de liaison compatible avec Illumina à son extrémité 5ʹ. Après avoir purifié la bibliothèque double brin à l'aide de billes magnétiques, la bibliothèque a été amplifiée pour ajouter des séquences d'adaptateur complètes nécessaires à la génération de clusters. Le séquençage à haut débit a été réalisé sous forme de séquençage à une extrémité 75 sur la plate-forme NextSeq 500 (Illumina, Inc., États-Unis), la bibliothèque finale étant purifiée par les composants de la PCR.

Dans les lectures d'ARNm-Seq QuantSeq 3' alignées par Bowtie2, les indices Bowtie2 ont été générés à partir de la séquence d'assemblage du génome ou des séquences de transcription représentatives pour l'alignement sur le génome et le transcriptome. Les fichiers d'alignement ont été utilisés pour assembler les transcrits, estimer leur abondance et détecter les DEG. Les données DEG et RC (nombre de lectures) ont été traitées sur la base des comptages d'alignements uniques et multiples via la couverture dans Bedtools55 et sur la méthode de normalisation des quantiles via EdgeR dans R en utilisant Bioconductor56, respectivement. La base de données pour l'annotation, la visualisation et la découverte intégrée (DAVID ; http://david.abcc.ncifcrf.gov/) et les bases de données Medline (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) ont été utilisées pour la classification des gènes.

Pour classer et comparer les gènes altérés par le DEP et l'APM dans des groupes d'animaux présentant des schémas de toxicité pulmonaire similaires, chaque gène a été affecté à des catégories appropriées en fonction de sa fonction cellulaire principale. Pour effectuer une analyse transcriptomique, les DEG ont été définis sous une combinaison de fold-change ≥ 1,5 et de p-value < 0,05. DAVID et l'analyse des voies ont été utilisées pour déterminer les termes GO significativement surreprésentés et pour déterminer les voies significatives pour les DEG à partir de la base de données KEGG (http://www.genome.jp/kegg/), respectivement. L'identification de l'enrichissement substantiel de la voie et les valeurs de p ont été ajustées à l'aide du test exact de Fisher et de l'algorithme du taux de fausses découvertes BH (FDR), respectivement. Les catégories de voie ont été rapportées avec FDR < 0,05. De plus, le CTD (http://ctdbase.org) a été utilisé pour analyser les interactions maladie-gène par exposition au DEP et à l'APM chez la souris. Dans cette étude, les gènes qui ont été modifiés lors de l'exposition au DEP ou à l'APM de manière dose-dépendante ont été identifiés et analysés.

Les données ont été exprimées sous forme de moyenne ± (ET). Les analyses statistiques ont été réalisées à l'aide du logiciel GraphPad Prism 8 (GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA). Les données ont été examinées pour la variance d'homogénéité à l'aide du test de Brown-Fosythe ou du test de Bartlett. Les données homogènes ont été analysées à l'aide d'une analyse de variance, et des comparaisons statistiques ont été effectuées à l'aide de l'analyse de variance unidirectionnelle, suivie du test de comparaisons multiples de Dunnett. Une valeur p < 0,05 indique une signification statistique.

Les expérimentations animales ont été réalisées selon les protocoles approuvés par l'IACUC de l'Institut coréen de toxicologie (n° 2105-0030 et n° 2108-0032) et menées conformément à toutes les directives et réglementations.

Les données utilisées pour étayer les conclusions de cette étude sont disponibles sur demande auprès de l'auteur correspondant.

Processus biologiques

Base de données de toxicogénomique comparative

Expression différentielle des gènes

Particules d'échappement diesel

Eau distillée

Carbone élémentaire

Kinase régulée par le signal extracellulaire

Taux de fausse découverte

Ontologie des gènes

Hématoxyline et éosine

Comité institutionnel de protection et d'utilisation des animaux

Encyclopédie de Kyoto pour les gènes et les génomes

Protéine kinase activée par un mitogène

Trichrome de Masson

NF-kappaB

Carbone organique

Hydrocarbure aromatique polycyclique

Solution saline tamponnée au phosphate

Affaire particulière

Nombre de lectures

Numéro d'intégrité de l'ARN

Écart-type

Contrôle du véhicule

Agence internationale pour la recherche sur le cancer. Outdoor Air Pollution a Leading Environmental Cause of Cancer Deaths, communiqués de presse du CIRC (Centre international de recherche sur le cancer, 2013).

Google Scholar

Chow, JC & Watson, JG Analyses chimiques des dépôts de filtres à particules. In Aerosols Handbook: Measurement, Dosimetry, and Health Effects 2nd edn (eds Ruzer, L. & Harley, NH) 179–204 (CRC Press/Taylor & Francis, 2013).

Google Scholar

Gentner, DR et al. Élucider les aérosols organiques secondaires des véhicules diesel et essence grâce à une caractérisation détaillée des émissions de carbone organique. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 109, 18318–18323 (2012).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Contini, D., Vecchi, R. & Viana, M. Aérosols carbonés dans l'atmosphère. Atmosphère 9, 181 (2018).

Annonces d'article Google Scholar

Jia, YY, Wang, Q. & Liu, T. Recherche sur la toxicité des compositions PM2,5 in vitro. Int. J. Environ. Rés. Santé publique 14, 1–17 (2017).

Article Google Scholar

Yadav, IC, Devi, NL, Li, J. & Zhang, G. Hydrocarbures aromatiques polycycliques dans la poussière domestique et le sol de surface dans les principales régions urbaines du Népal : Implication sur la répartition des sources et effet toxicologique. Sci. Environ. 616–617, 223–235 (2018).

Article ADS PubMed Google Scholar

Gu, J. et al. Caractérisation du carbone organique atmosphérique et du carbone élémentaire des PM2,5 et PM10 à Tianjin, Chine. Aérosol. Qualité aérienne Rés. 10, 167–176 (2010).

Article CAS Google Scholar

Duan, X. et al. Apport alimentaire en hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et risque de cancer associé dans une cohorte d'adultes urbains chinois : variabilité inter- et intra-individuelle. Chemosphere 144, 2469–2475 (2016).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Ye, Z. et al. Différences jour-nuit estivales des composants PM2,5 (ions inorganiques, OC, EC, WSOC, WSON, HULIS et HAP) à Changzhou, en Chine. Atmosphère 8, 189 (2017).

Annonces d'article Google Scholar

Löndahl, J. et al. Détermination expérimentale du dépôt dans les voies respiratoires de particules de combustion de diesel chez des patients atteints de maladie pulmonaire obstructive chronique. Partie. Fibre Toxicol. 9, 30 (2012).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Ito, Y. et al. Lésions hépatiques induites par les gaz d'échappement diesel riches en nanoparticules via la transactivation inhibée du récepteur alpha activé par les proliférateurs de peroxysomes. Environ. Toxicol. 31, 1985–1995 (2016).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Chan, TC et al. Exposition à long terme aux particules fines ambiantes et aux maladies rénales chroniques : une étude de cohorte. Environ. Perspective Santé. 126, 107002 (2018).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Bates, JT et al. Génération d'espèces réactives de l'oxygène liée aux sources de particules atmosphériques et aux effets cardiorespiratoires. Environ. Sci. Technol. 49, 13605–13612 (2015).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Zheng, XY et al. Association entre les polluants atmosphériques et les visites aux urgences pour l'asthme et les admissions à l'hôpital dans les études de séries chronologiques : une revue systématique et une méta-analyse. PLoS ONE 10, e0138146 (2015).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Strosnider, HM et al. Associations spécifiques à l'âge de l'ozone et des particules fines avec les visites aux urgences respiratoires aux États-Unis. Suis. J. Respir. Crit. Soin Méd. 199, 882–890 (2019).

Article CAS PubMed Google Scholar

Li, N., Wang, M., Oberley, TD, Sempf, JM & Nel, AE Comparaison des effets pro-oxydants et pro-inflammatoires des produits chimiques organiques des particules d'échappement diesel dans les cellules épithéliales bronchiques et les macrophages. J. Immunol. 169, 4531-4541 (2002).

Article CAS PubMed Google Scholar

Li, N. et al. Induction de l'expression de l'hème oxygénase-1 dans les macrophages par des particules chimiques d'échappement diesel et des quinones via l'élément sensible aux antioxydants. J. Immunol. 165, 3393–3401 (2000).

Article CAS PubMed Google Scholar

Le, YT-H. et coll. Relation entre la cytotoxicité et l'oxydation de surface du noir de carbone artificiel. Nanomatériaux 11, 1455 (2021).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Chen, X., Kim, DI, Moon, HG, Chu, M. & Lee, K. L'huile de noix de coco atténue la réponse inflammatoire médiée par le stress oxydatif en régulant la voie MAPK dans les macrophages alvéolaires stimulés par les particules. Molécules 27, 2898 (2022).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Vena, JE Incidence du cancer du poumon et pollution de l'air dans le comté d'Erie. Arche de New York. Environ. Santé 38, 229-236 (1983).

Article CAS Google Scholar

Bosetti, C., Boffetta, P. & La Vecchia, C. Expositions professionnelles aux hydrocarbures aromatiques polycycliques et aux cancers des voies respiratoires et urinaires : Une revue quantitative jusqu'en 2005. Ann. Oncol. 18, 431–446 (2007).

Article CAS PubMed Google Scholar

Rota, M., Bosetti, C., Boccia, S., Boffetta, P. et La Vecchia, C. Expositions professionnelles aux hydrocarbures aromatiques polycycliques et aux cancers des voies respiratoires et urinaires : une revue systématique mise à jour et une méta-analyse jusqu'en 2014. Cambre. Toxicol. 88, 1479-1490 (2014).

Article CAS PubMed Google Scholar

Singh, A. et al. Cancer du poumon associé à l'exposition aux HAP : une méta-analyse mise à jour. Occup. Méd. 68, 255-261 (2018).

Article CAS Google Scholar

Armstrong, B., Hutchinson, E., Unwin, J. & Fletcher, T. Risque de cancer du poumon après exposition aux hydrocarbures aromatiques polycycliques : revue et méta-analyse. Environ. Perspective Santé. 112, 970–978 (2004).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Podechard, N. et al. L'induction de l'interleukine-8 par le contaminant environnemental benzo(a)pyrène est dépendante des récepteurs d'hydrocarbure aryle et conduit à une inflammation pulmonaire. Toxicol. Lett. 177, 130-137 (2008).

Article CAS PubMed Google Scholar

Karimi, P., Peters, KO, Bidad, K. & Strickland, PT Hydrocarbures aromatiques polycycliques et asthme infantile. EUR. J. Épidémiol. 30, 91-101 (2015).

Article CAS PubMed Google Scholar

Yang, L. et al. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques sont associés à un risque accru de maladie pulmonaire obstructive chronique lors d'événements de brume en Chine. Sci. Environ. 574, 1649–1658 (2017).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Kim, DI, Song, MK, Kim, SH, Park, CY & Lee, K. TF-343 atténue l'inflammation pulmonaire induite par les particules d'échappement diesel via la modulation de la signalisation du facteur nucléaire-κB. J. Immunol. Rés. 2019, 8315845 (2019).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Kim, DI, Song, MK, Kim, HI, Han, KM & Lee, K. Les particules d'échappement diesel induisent une inflammation pulmonaire neutrophile en modulant l'expression de CXCL1/KC médiée par le stress du réticulum endoplasmique dans les macrophages alvéolaires. Molécules 25, 1–10 (2020).

Article Google Scholar

Kim, DI, Song, MK & Lee, K. Les particules d'échappement diesel augmentent la sensibilité aux lésions pulmonaires aiguës induites par le LPS grâce à la régulation à la hausse de l'expression du TGF-β1 / collagène I dérivé de la cytokine IL-17 et à l'activation de la signalisation de l'inflammasome NLRP3 chez la souris. Biomolécules 11, 67 (2021).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Parker, JC & Townsley, MI Évaluation des lésions pulmonaires chez les rats et les souris. Suis. J. Physiol. Cellule pulmonaire. Mol. Physiol. 286, 231-246 (2004).

Article Google Scholar

Deshmane, SL, Kremlev, S., Amini, S. & Sawaya, BE Monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) : Un aperçu. J. Interféron Cytokine Res. 29, 313–326 (2009).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Imrich, A. et al. Réponse des cytokines des macrophages alvéolaires aux particules de pollution atmosphérique : mécanismes oxydants. Toxicol. Appl. Pharmacol. 218, 256–264 (2007).

Article CAS PubMed Google Scholar

Rosenberg, HF, Phipps, S. & Foster, PS Trafic d'éosinophiles dans les allergies et l'asthme. J. Allergy Clin. Immunol. 119, 1303-1310 (2007).

Article CAS PubMed Google Scholar

Kumagai, K. et al. Les macrophages positifs à la glycoprotéine non métastatique du mélanome B (Gpnmb) contribuent à l'équilibre entre la fibrose et la fibrolyse lors de la réparation des lésions hépatiques aiguës chez la souris. PLoS ONE 10, e0143413 (2015).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Hall, SC & Agrawal, DK Augmentation de l'expression de TREM-2 sur les sous-ensembles de cellules CD11c+ dans les poumons et les ganglions lymphatiques lors d'une inflammation allergique des voies respiratoires. Sci Rep. 7, 11853 (2017).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Byers, DE et al. Récepteur déclencheur exprimé sur les pistes d'expression des cellules myéloïdes-2 avec une activité macrophage de type M2 et la gravité de la maladie dans la MPOC. Poitrine 153, 77–86 (2018).

Article PubMed Google Scholar

Graham, LM et al. Le récepteur de la lectine de type C CLECSF8 (CLEC4D) est exprimé par les cellules myéloïdes et déclenche l'activation cellulaire via la Syk kinase. J. Biol. Chim. 287, 25964–25974 (2012).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lee, JU et al. Effets du chlorure d'ammonium sur l'inflammation des voies respiratoires induite par l'ozone : le rôle de Slc26a4 dans les poumons de souris. J. Méd coréen. Sci. 35, e272 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ishida, A. et al. Expression de la pendrine et de la périostine dans la rhinite allergique et la rhinosinusite chronique. Allergol. Int. 61, 589-595 (2012).

Article CAS PubMed Google Scholar

Maghsoudloo, M., Azimzadeh Jamalkandi, S., Najafi, A. & Masoudi-Nejad, A. Identification de biomarqueurs dans les maladies pulmonaires chroniques courantes par les réseaux de co-expression et l'analyse des interactions médicament-cible. Mol. Méd. 26, 9 (2020).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Cao, WJ et al. Une expression élevée de la cathepsine E est associée à la sévérité de la limitation du débit d'air chez les patients atteints de BPCO. MPOC 13, 160–166 (2016).

Article PubMed Google Scholar

Jung, CK et al. L'expression de la protéine 3 contenant une bobine enroulée acide transformante est un nouveau marqueur pronostique indépendant dans le cancer du poumon non à petites cellules. Pathol. Int. 56, 503–509 (2006).

Article CAS PubMed Google Scholar

Reponen, T. et al. Origines infantiles de l'asthme infantile associé à des moisissures spécifiques. J. Allergy Clin. Immunol. 130, 639-644.e5 (2012).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Barnes, PJ Mécanismes de l'asthme. Médecine 44, 265-270 (2016).

Article Google Scholar

Boonpiyathad, T., Sözener, ZC, Satitsuksanoa, P. & Akdis, CA Mécanismes immunologiques dans l'asthme. Sémin. Immunol. 46, 101333 (2019).

Article CAS PubMed Google Scholar

Wang, G. et al. Le blocage local induit par les oligonucléotides antisens de l'expression de T-bet conduit à une inflammation des voies respiratoires chez le rat. Acta Pharmacol. Péché. 27, 561–567 (2006).

Article PubMed Google Scholar

Khan, JZ et al. Distribution granulométrique de la matière particulaire ambiante et de ses espèces chimiques constitutives impliquant des saccharides au début de l'été dans une mégapole chinoise. Devant. Environ. Sci. 9, 659329 (2021).

Article Google Scholar

Grebot, B. et al. Émissions industrielles de nanomatériaux et de particules ultrafines : rapport final (AMEC Environment & Infrastructure UK Limited, 2011).

Google Scholar

Kwon, H.-S., Ryu, MH & Carlsten, C. Particules ultrafines : propriétés physicochimiques uniques pertinentes pour la santé et la maladie. Exp. Mol. Méd. 52, 318–328 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kilkenny, C., Browne, WJ, Cuthill, IC, Emerson, M. & Altman, DG Améliorer les rapports sur la recherche en biosciences : les lignes directrices pour les rapports sur la recherche animale. PLoS Biol. 8, e1000412 (2010).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Kim, YH & Kim, KH Une validation méthodologique simple du fractionnement gaz/particules des hydrocarbures aromatiques polycycliques dans l'air ambiant. Sci Rep. 5, 11679 (2015).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Renne, R. et al. Lésions prolifératives et non prolifératives des voies respiratoires du rat et de la souris. Toxicol. Pathol. 37(Suppl), 5S-73S (2009).

Article CAS PubMed Google Scholar

Ashcroft, T., Simpson, JM et Timbrell, V. Méthode simple d'estimation de la gravité de la fibrose pulmonaire sur une échelle numérique. J.Clin. Pathol. 41, 467-470 (1988).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Quinlan, AR & Hall, IM BEDTools : Une suite flexible d'utilitaires pour comparer les caractéristiques génomiques. Bioinformatique 26, 841–842 (2010).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gentleman, RC et al. Bioconducteur : développement de logiciels ouverts pour la biologie computationnelle et la bioinformatique. Génome Biol. 5, R80 (2004).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Télécharger les références

Ce travail a été soutenu par le Korea Institute of Toxicology (Grant No. KK-2203), le KIST Institutional Program (Atmospheric Environment Research Program, Grant No. SK-2204; 2E31700-22-P008) et le Bio & Medical Technology Deveolopment Programme de la National Research Foundation (NRF) financé par le gouvernement coréen (MSIT) (n° 2022M3A9E4082651).

Jeonbuk Department of Inhalation Research, Inhalation Toxicology Center for Airborne Risk Factor, Korea Institute of Toxicology, 30 Baekhak1-Gil, Jeongeup, Jeollabuk-Do, 56212, République de Corée

Dong Im Kim, Mi-Kyung Song, Ji Eun Yuk, Hyeon Jin Seo et Kyuhong Lee

Département de toxicologie humaine et environnementale, Université des sciences et technologies, Daejeon, 34113, République de Corée

Mi-Kyung Song et Kyuhong Lee

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

DIK a conçu l'étude, réalisé les expériences sur le modèle de souris, les travaux moléculaires, y compris le nombre de cellules et les niveaux de protéines et d'IgE, interprété les données et rédigé le manuscrit. M.-KS a analysé le profil transcriptomique et édité le manuscrit. JEY a réalisé les expériences sur le modèle de souris. HJS a analysé le rapport OC/EC et le niveau de HAP. KL a interprété les données, édité le manuscrit et supervisé cette étude. Tous les auteurs ont contribué à la rédaction du manuscrit. Tous les auteurs ont lu et révisé le manuscrit final.

Correspondance à Kyuhong Lee.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui permet l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur n'importe quel support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournir un lien vers la licence Creative Commons et indiquer si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Kim, DI, Song, MK., Yuk, JE et al. Mise en place d'un modèle artificiel de maladie pulmonaire induite par les particules en analysant les changements pathologiques et les profils transcriptomiques chez la souris. Sci Rep 13, 5955 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-29919-9

Télécharger la citation

Reçu : 03 novembre 2022

Accepté : 13 février 2023

Publié: 12 avril 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-29919-9

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.