Interaction of allergic airway inflammation and innate immunity: hygiene and beyond

The lung is constantly exposed to the environment and its microbial components. Infections of the respiratory tract are amongst the most common diseases. Several concepts describe how this microbial exposure interacts with allergic airway disease as it is found in patients with asthma. Infections are classical triggers of asthma exacerbations. In contrast, the hygiene hypothesis offers an explanation for the increase in allergic diseases by establishing a connection between microbial exposure during childhood and the risk of developing asthma. This premise states that the microbial environment interacts with the innate immune system and that this interrelation is needed for the fine-tuning of the overall immune response. Based on the observed protective effect of farming environments against asthma, animal models have been developed to determine the effect of specific bacterial stimuli on the development of allergic inflammation. A variety of studies have shown a protective effect of bacterial products in allergen-induced lung inflammation. Conversely, recent studies have also shown that allergic inflammation inhibits antimicrobial host defense and renders animals more susceptible to bacterial infections. This paper focuses on examples of animal models of allergic disease that deal with the complex interactions of the innate and adaptive immune system and microbial stressors

Impact of the COVID-19 pandemic on well-being and quality of life of patients with alpha-1-antitrypsin deficiency

Background Alpha-1-antitrypsin deficiency (AATD) is a genetic disorder characterized by mutations in the SERPINA1 gene, primarily affecting the lungs and liver. The COVID-19 pandemic has raised questions about the susceptibility of individuals with AATD to COVID-19 and whether patients with rare lung disease might experience increased stressrelated symptoms and mental health challenges. This study aims to investigate the impact of the COVID-19 pandemic on the quality of life of individuals living with AATD. Methods The study enrolled participants from the German registry for individuals with AATD. Questionnaires were sent to the 1250 participants, and a total of 358 patients were included in the analysis. The primary objective was to examine the influence of sociodemographic and disease-related factors on the occurrence of stress-related symptoms. This was accomplished through correlation and regression analyses. We also investigated the role of baseline quality of life (QoL), as measured by the St. George’s Respiratory Questionnaire (SGRQ), as a mediator of this relationship. Results Stress-related symptoms were predicted by young age, female gender, psychological disorders, and a history of exacerbations of lung disease, as determined by multiple regression analysis. QoL as measured by the SGRQ mediated the relationship between poor lung function, stress, and a decline in overall well-being. Conclusion The presented data demonstrate that the COVID-19 pandemic significantly affects the psychological well-being of patients with rare diseases, leading to increased levels of anxiety and stress. Disease-related factors can exacerbate stress manifestations, especially when compounded by sociodemographic and contextual factors. Thus, our study emphasizes the crucial role of taking these factors into account when managing individuals with AATD in pandemic situations

Modulation der angeborenen Immunität der Lunge durch Umwelteinflüsse und allergische Entzündung

Die Atemwege des Menschen sind von einem mehrzelligen Epithel ausgekleidet. Dieses Atemwegsepithel ist nicht nur eine physikalische Barriere für Pathogene, sondern auch aktiv an der angeborenen Immunität beteiligt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Komponenten der angeborenen Immunantwort des Respirationstrakts und des Atemwegsepithels bei bakterieller Entzündung unter Einfluß von Zigarettenrauch und allergischer Entzündung zu charakterisieren. Als erstes wurde die angeborene Immunantwort von Atemwegsepithelzellen in vitro untersucht. Es zeigte sich, daß Atemwegsepithelzellen Toll-like Rezeptoren (TLR) exprimieren und sich durch Pathogene sowie deren Bestandteile aktivieren lassen. Dies zeigte sich in der Induktion von Zytokinen, Chemokinen und antimikrobiellen Peptiden. Als nächstes wurden die beiden antimikrobiellen Peptide LL-37/hCAP-18 und hBD-2 in Atemwegssekreten von Pneumoniepatienten und Patienten mit COPD (chronic obstructive pulmonary disease) basierend auf einem α1-Antitrypsin-Mangel nachgewiesen. Im Fall der Patienten mit COPD ergab sich ein Zusammenhang zwischen Entzündung und den Konzentrationen von hBD-2 und LL-37/hCAP-18. Während einer Exazerbation waren die Konzentrationen von hBD-2 und von LL-37/hCAP-18 signifikant höher als nach dem Abklingen der Exazerbation. Rauchen ist die wichtigste Ursache für chronische Bronchitis und COPD. Es wurde daher die Auswirkung von Zigarettenrauch auf die angeborene Immunität von Atemwegsepithelzellen untersucht. Es ergab sich, daß Zigarettenrauch in vitro einerseits zu einer MAP Kinasen und NF-κB abhängigen Abgabe pro-inflammatorischer Zytokine führte, anderseits aber Rauch die durch Bakterien induzierte Expression von β-Defensinen hemmte. Es zeigte sich weiter, daß an der geminderten β-Defensin Expression reaktive Sauerstoffspezies beteiligt sind. In Rachenspülwassern von Patienten mit einer Pneumonie ergab sich eine negative Korrelation zwischen der Konzentration des β-Defensins hBD-2 und den „Packyears“, d.h. der Menge an gerauchten Zigaretten. Bei der allergischen Entzündung des Respirationstrakts spielen Th2-Zytokine eine Rolle. Die in dieser Studie durchgeführten in vitro Experimente zeigten, daß Th2-Zytokine die Expression von β-Defensinen bei Atemwegsepithelzellen hemmen. In vivo Studien in einem murinen Asthma-Modell ergaben darüber hinaus, daß die allergische Entzündung zu einem Abwehrdefekt bei einer bakteriellen Infektion führt. Dieser Abwehrdefekt, der sich in einer verzögerten Klärung der bakteriellen Infektion zeigte, konnte auf eine geminderte Abgabe pro-inflammatorischer Zytokine, einen geminderten Einstrom von neutrophilen Granulozyten und eine geminderte Abgabe des antimikrobiellen Peptids CRAMP zurückgeführt werden. Die vorliegende Studie zeigt, daß das Atemwegsepithel aktiv an der angeborenen Immunität beteiligt ist und daß äußere Einflüsse wie Zigarettenrauch aber auch eine allergische Entzündung das Abwehrsystem der Lunge beeinflussen

Antimikrobielle Peptide in induziertem Sputum

Die COPD gilt bezüglich Klinik und Epidemiologie als die bedeutendste und gravierendste Langzeitkomplikation eines langjährigen Nikotinabusus. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob diese Entzündung bereits bei jungen, klinisch noch gesunden Rauchern zu finden ist. Hierzu wurden Nichtraucher als gesunde Kontrollen rekrutiert und mit einer Stichprobe von gesunden Rauchern bezüglich des Diffentialzellbildes, mehrerer Zytokine sowie des antimikrobiellen Peptids LL-37 vergliche

Modifikation der Genexpression respiratorischen Epithels mittels Oligonukleotiden zur Entwicklung innovativer Behandlungsstrategien von entzündlichen Erkrankungen der Atemwege

Das Atemwegsepithel ist als Teil der angeborenen Immunität in der Lage, mikrobielle Bestandteile zu erkennen und mit einer Entzündungsreaktion zu antworten. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Interaktion von kleinen Nukleinsäuren und Atemwegsepithel zu untersuchen. Die vorliegende Studie ergab, dass durch die Applikation von Antisense Oligonukleotiden und small interfering RNA (siRNA) gegen die p65 Untereinheit von NF- kappa B die Genexpression im Atemwegsepithel verändert und entzündliche Reaktionen auf diese Weise modifiziert werden können. Die Aufnahme der Nukleinsäuren in Atemwegsepithel ist dabei abhängig vom verwendeten Transfektionsreagenz und dem Differenzierungsgrad der Zellen. Ein Vergleich der beiden Ansätze ergab, dass die Applikation von siRNA bezüglich der Inhibition von Entzündung im Atemwegsepithel einen stärkeren Effekt hervorruft. Nukleinsäuren können im Atemwegsepithel jedoch auch entzündliche Reaktionen auslösen. Die Untersuchung der zugrunde liegenden Mechanismen ergab, dass das System der Toll-like Rezeptoren (TLR), insbesondere TLR3 und TLR9 für diese Reaktionen verantwortlich sind. Hiermit wird klar, dass Atemwegsepithel nicht nur eine passive Barriere gegen eindringende Mikroorganismen darstellt, sondern aktiv an der Auslösung einer Immunantwort beteiligt ist. Kürzlich neu gewonnene Einblicke in die Pathophysiologie entzündlicher Erkrankungen haben für die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze die Basis geliefert. Die vorliegende Studie zeigt, dass die Applikation kleiner Nukleinsäuren eine neue therapeutische Modalität für entzündliche Lungenerkrankungen wie Asthma, Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) und Zystische Fibrose darstellt. Die Ergebnisse weisen jedoch ebenfalls auf Limitationen dieser Therapieform hin. Die schlechte Zugänglichkeit des Atemwegsepithels stellt dabei das größte Hindernis dar. Die Tatsache, dass kleine Nukleinsäuren im Atemwegsepithel Entzündungsreaktionen verursachen können, verdeutlicht, dass eine sorfältige Auswahl der Sequenz Voraussetzung für den therapeutischen Erfolg ist

Acute and Chronic Effects of Smoking on Inflammation Markers in Exhaled Breath Condensate in Current Smokers

Background: Long-term cigarette smoking is associated with pulmonary inflammation, but the acute effects of smoking have been less well studied. Analysis of the exhaled breath condensate (EBC) can provide noninvasive markers that might be indicative of inflammation. Objectives: The aim of the study was to determine whether the pH, electrical conductivity and the levels of ammonium and interleukin 8 (IL-8) of EBC were altered in smokers and whether they changed after smoking a single cigarette. Methods: We included 19 healthy nonsmokers (controls), 29 asymptomatic smokers, 10 patients with stable chronic obstructive pulmonary disease (COPD) {[}Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease stages (GOLD) stages II-III], and 10 patients with exacerbated COPD. In 13 smokers, EBC was also analyzed before and after smoking. EBC was obtained during 10 min tidal breathing with a cooled RTube (TM). pH was determined after deaeration with argon. Results: Acute smoking did not alter the pH or ammonium and IL-8 levels, but raised conductivity. As in COPD patients, the pH was significantly decreased in chronic smokers with a history of at least 10 pack-years compared to controls. Conclusions: EBC can be used to detect the acute and chronic effects of smoking. The increased conductivity of EBC after smoking suggests acute inflammatory effects. The reduced pH in chronic smokers shows cigarette-induced inflammation. Copyright (C) 2009 S. Karger AG, Base

Blood glucose, diabetes and metabolic control in patients with community-acquired pneumonia

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IL-17 Cytokines and Chronic Lung Diseases

IL-17 cytokines are expressed by numerous cells (e.g., gamma delta (γδ) T, innate lymphoid (ILC), Th17, epithelial cells). They contribute to the elimination of bacteria through the induction of cytokines and chemokines which mediate the recruitment of inflammatory cells to the site of infection. However, IL-17-driven inflammation also likely promotes the progression of chronic lung diseases, such as chronic obstructive pulmonary disease (COPD), lung cancer, cystic fibrosis, and asthma. In this review, we highlight the role of IL-17 cytokines in chronic lung diseases

In Vitro–In Silico Modeling of Caffeine and Diclofenac Permeation in Static and Fluidic Systems with a 16HBE Lung Cell Barrier

Static in vitro permeation experiments are commonly used to gain insights into the permeation properties of drug substances but exhibit limitations due to missing physiologic cell stimuli. Thus, fluidic systems integrating stimuli, such as physicochemical fluxes, have been developed. However, as fluidic in vitro studies display higher complexity compared to static systems, analysis of experimental readouts is challenging. Here, the integration of in silico tools holds the potential to evaluate fluidic experiments and to investigate specific simulation scenarios. This study aimed to develop in silico models that describe and predict the permeation and disposition of two model substances in a static and fluidic in vitro system. For this, in vitro permeation studies with a 16HBE cellular barrier under both static and fluidic conditions were performed over 72 h. In silico models were implemented and employed to describe and predict concentration–time profiles of caffeine and diclofenac in various experimental setups. For both substances, in silico modeling identified reduced apparent permeabilities in the fluidic compared to the static cellular setting. The developed in vitro–in silico modeling framework can be expanded further, integrating additional cell tissues in the fluidic system, and can be employed in future studies to model pharmacokinetic and pharmacodynamic drug behavior

Die Effekte einer Ärzte-Kurzschulung zur Raucherentwöhnung in einer pneumologischen Akutklinik eines Universitätsklinikums

Objective: The objective was to evaluate the effect of a short physician training in smoking cessation on the physicians’ performance of smoking cessation interventions. The effects on patients’ cessation rates were analyzed as well. A further aim was to identify barriers for providing cessation interventions. The study was conducted in an acute care pulmonology department of a German university hospital. Methods: 24 physicians of the pulmonology department of a German university hospital received a two-hour training in smoking cessation. 109 pre- and 89 post-training group patients were compared with regard to the frequencies of received smoking cessation interventions (Ask, Advise, Assist) and three- and six-month abstinence rates. Physicians estimated their intervention frequencies and gave reasons for not providing cessation interventions. Results: In a multivariable analysis (p<0.05), the physicians’ application of “Ask” (OR 3.28, 95% CI 1.13–9.53) and the six-month abstinence rates (OR 2.70, 95% CI 1.24–5.84) were significantly higher in the post-training group. The univariate analysis also showed a significant effect on “Assist” (OR 2.05, 95% CI 1.09–3.87). No significant effect was seen on “Advise to quit”. Physicians overestimated their intervention frequencies and reported the patients’ low motivation to stop, an oncological disease and palliative care situation as barriers to performing smoking cessation. Conclusion: A short physician training in a hospital department of pulmonology increases the use of guideline-based cessation strategies and may improve cessation rates. The findings show that hospital-based strategies such as physician trainings could be useful in the improvement of smoking cessation. Strategies for overcoming barriers for providing smoking cessation interventions are needed.Ziel: Das Ziel war die Evaluation der Effekte einer Ärzte-Kurzschulung zur Raucherentwöhnung auf die Anwendungshäufigkeit der Entwöhnungsstrategien durch die Ärzte. Ebenso wurden die Effekte auf die Abstinenzraten der Patienten untersucht. Außerdem sollten die Barrieren für die Durchführung von Raucherentwöhnungsmaßnahmen ermittelt werden. Die Studie wurde in einer pneumologischen Akutklinik eines deutschen Universitätsklinikums durchgeführt. Methoden: 24 Ärzte erhielten eine zweistündige Schulung zur Raucherentwöhnung. 109 Kontrollgruppenpatienten, die vor der Schulung in der Klinik behandelt wurden, wurden mit 89 nach der Schulung behandelten Studiengruppenpatienten hinsichtlich der Häufigkeit der ärztlichen Raucherentwöhnungsinterventionen (Ask, Advise, Assist) und ihrer Abstinenzraten drei und sechs Monate nach Klinikaufenthalt verglichen. Die Ärzte schätzten ihre Interventionshäufigkeiten und gaben Gründe an, warum sie in manchen Fällen keine Entwöhnungsinterventionen durchführten. Ergebnisse: Die Anwendung von „Ask“ (OR 3.28, 95% KI 1.13–9.53) durch die Ärzte und die Sechsmonats-Abstinenzraten (OR 2.70, 95% KI 1.24–5.84) waren in der Studiengruppe im multivariablen Modell signifikant höher (p<0.05). Bei „Assist“ zeigte nur das univariable Modell einen signifikanten Einfluss der Schulung (OR 2.05, 95% KI 1.09–3.87). Es wurde kein signifikanter Effekt der Schulung auf die Anwendung von „Advise“ festgestellt. Die Ärzte überschätzten ihre Interventionshäufigkeiten und nannten als Gründe für die Nicht-Durchführung einer Raucherentwöhnung eine wahrgenommene geringe Aufhörmotivation der Patienten und das Vorliegen einer onkologischen oder palliativen Krankheitssituation. Fazit: Eine Ärztekurzschulung zur Raucherentwöhnung in einer pneumologischen Akutklinik erhöht den Einsatz von leitlinienbasierten Raucherentwöhnungsstrategien und könnte einen positiven Effekt auf die Abstinenzraten haben. Implikationen: Die Ergebnisse zeigen, dass Krankenhaus-basierte Strategien wie Ärzteschulungen zur Verbesserung der Raucherentwöhnung nützlich sein können. Strategien zur Überwindung von Hindernissen für die Bereitstellung von Maßnahmen zur Raucherentwöhnung sind erforderlich