Size-partitioning of an urban aerosol to identify particle determinants involved in the proinflammatory response induced in airway epithelial cells

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The contribution of air particles in human cardio-respiratory diseases has been enlightened by several epidemiological studies. However the respective involvement of coarse, fine and ultrafine particles in health effects is still unclear. The aim of the present study is to determine which size fraction from a chemically characterized background aerosol has the most important short term biological effect and to decipher the determinants of such a behaviour.</p> <p>Results</p> <p>Ambient aerosols were collected at an urban background site in Paris using four 13-stage low pressure cascade impactors running in parallel (winter and summer 2005) in order to separate four size-classes (PM_0.03–0.17(defined here as ultrafine particles), PM_0.17–1(fine), PM_1–2.5(intermediate) and PM_2.5–10(coarse)). Accordingly, their chemical composition and their pro-inflammatory potential on human airway epithelial cells were investigated. Considering isomass exposures (same particle concentrations for each size fractions) the pro-inflammatory response characterized by Granulocyte Macrophage-Colony Stimulating Factor (GM-CSF) release was found to decrease with aerosol size with no seasonal dependency. When cells were exposed to isovolume of particle suspensions in order to respect the particle proportions observed in ambient air, the GM-CSF release was maximal with the fine fraction. In presence of a recombinant endotoxin neutralizing protein, the GM-CSF release induced by particles is reduced for all size-fractions, with exception of the ultra-fine fraction which response is not modified. The different aerosol size-fractions were found to display important chemical differences related to the various contributing primary and secondary sources and aerosol age. The GM-CSF release was correlated to the organic component of the aerosols and especially its water soluble fraction. Finally, Cytochrome P450 1A1 activity that reflects PAH bioavailability varied as a function of the season: it was maximal for the fine fraction in winter and for the ultrafine fraction in summer.</p> <p>Conclusion</p> <p>In the frame of future regulations, a particular attention should thus be paid to the ultrafine/fine (here referred to as PM1) fraction due to their overwhelming anthropogenic origin and predominance in the urban aerosol and their pro-inflammatory potential.</p

Polycyclic aromatic hydrocarbon components contribute to the mitochondria-antiapoptotic effect of fine particulate matter on human bronchial epithelial cells via the aryl hydrocarbon receptor

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Nowadays, effects of fine particulate matter (PM_2.5) are well-documented and related to oxidative stress and pro-inflammatory response. Nevertheless, epidemiological studies show that PM_2.5exposure is correlated with an increase of pulmonary cancers and the remodeling of the airway epithelium involving the regulation of cell death processes. Here, we investigated the components of Parisian PM_2.5involved in either the induction or the inhibition of cell death quantified by different parameters of apoptosis and delineated the mechanism underlying this effect.</p> <p>Results</p> <p>In this study, we showed that low levels of Parisian PM_2.5are not cytotoxic for three different cell lines and primary cultures of human bronchial epithelial cells. Conversely, a 4 hour-pretreatment with PM_2.5prevent mitochondria-driven apoptosis triggered by broad spectrum inducers (A23187, staurosporine and oligomycin) by reducing the mitochondrial transmembrane potential loss, the subsequent ROS production, phosphatidylserine externalization, plasma membrane permeabilization and typical morphological outcomes (cell size decrease, massive chromatin and nuclear condensation, formation of apoptotic bodies). The use of recombinant EGF and specific inhibitor led us to rule out the involvement of the classical EGFR signaling pathway as well as the proinflammatory cytokines secretion. Experiments performed with different compounds of PM_2.5suggest that endotoxins as well as carbon black do not participate to the antiapoptotic effect of PM_2.5. Instead, the water-soluble fraction, washed particles and organic compounds such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) could mimic this antiapoptotic activity. Finally, the activation or silencing of the aryl hydrocarbon receptor (AhR) showed that it is involved into the molecular mechanism of the antiapoptotic effect of PM_2.5at the mitochondrial checkpoint of apoptosis.</p> <p>Conclusions</p> <p>The PM_2.5-antiapoptotic effect in addition to the well-documented inflammatory response might explain the maintenance of a prolonged inflammation state induced after pollution exposure and might delay repair processes of injured tissues.</p

Carbon black and titanium dioxide nanoparticles elicit distinct apoptotic pathways in bronchial epithelial cells

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Increasing environmental and occupational exposures to nanoparticles (NPs) warrant deeper insight into the toxicological mechanisms induced by these materials. The present study was designed to characterize the cell death induced by carbon black (CB) and titanium dioxide (TiO₂) NPs in bronchial epithelial cells (16HBE14o- cell line and primary cells) and to investigate the implicated molecular pathways.</p> <p>Results</p> <p>Detailed time course studies revealed that both CB (13 nm) and TiO₂(15 nm) NP exposed cells exhibit typical morphological (decreased cell size, membrane blebbing, peripheral chromatin condensation, apoptotic body formation) and biochemical (caspase activation and DNA fragmentation) features of apoptotic cell death. A decrease in mitochondrial membrane potential, activation of Bax and release of cytochrome <it>c </it>from mitochondria were only observed in case of CB NPs whereas lipid peroxidation, lysosomal membrane destabilization and cathepsin B release were observed during the apoptotic process induced by TiO₂NPs. Furthermore, ROS production was observed after exposure to CB and TiO₂but hydrogen peroxide (H₂O₂) production was only involved in apoptosis induction by CB NPs.</p> <p>Conclusions</p> <p>Both CB and TiO₂NPs induce apoptotic cell death in bronchial epithelial cells. CB NPs induce apoptosis by a ROS dependent mitochondrial pathway whereas TiO₂NPs induce cell death through lysosomal membrane destabilization and lipid peroxidation. Although the final outcome is similar (apoptosis), the molecular pathways activated by NPs differ depending upon the chemical nature of the NPs.</p

Impairment of NO-Dependent Relaxation in Intralobar Pulmonary Arteries: Comparison of Urban Particulate Matter and Manufactured Nanoparticles

International audienceBACKGROUND AND OBJECTIVES: Because pulmonary circulation is the primary vascular target of inhaled particulate matter (PM), and nitric oxide is a major vasculoprotective agent, in this study we investigated the effect of various particles on the NO-cyclic guanosine monophosphate (cGMP) pathway in pulmonary arteries. METHODS: We used intrapulmonary arteries and/or endothelial cells, either exposed in vitro to particles or removed from PM-instilled animals for assessment of vasomotricity, cGMP and reactive oxygen species (ROS) levels, and cytokine/chemokine release. RESULTS: Endothelial NO-dependent relaxation and cGMP accumulation induced by acetylcholine (ACh) were both decreased after 24 hr exposure of rat intrapulmonary arteries to standard reference material 1648 (SRM1648; urban PM). Relaxation due to NO donors was also decreased by SRM1648, whereas responsiveness to cGMP analogue remained unaffected. Unlike SRM1648, ultrafine carbon black and ultrafine and fine titanium dioxide (TiO2) manufactured particles did not impair NO-mediated relaxation. SRM1648-induced decrease in relaxation response to ACh was prevented by dexamethasone (an anti-inflammatory agent) but not by antioxidants. Accordingly, SRM1648 increased the release of proinflammatory mediators (tumor necrosis factor-alpha, interleukin-8) from intrapulmonary arteries or pulmonary artery endothelial cells, but did not elevate ROS levels within intrapulmonary arteries. Decreased relaxation in response to ACh was also evidenced in intrapulmonary arteries removed from rats intratracheally instilled with SRM1648, but not with fine TiO2. CONCLUSION: In contrast to manufactured particles (including nanoparticles), urban PM impairs NO but not cGMP responsiveness in intrapulmonary arteries. We attribute this effect to oxidative-stress-independent inflammatory response, resulting in decreased guanylyl cyclase activation by NO. Such impairment of the NO pathway may contribute to urban-PM-induced cardiovascular dysfunction

The COVID-19 pandemic and global environmental change: Emerging research needs.

The outbreak of COVID-19 raised numerous questions on the interactions between the occurrence of new infections, the environment, climate and health. The European Union requested the H2020 HERA project which aims at setting priorities in research on environment, climate and health, to identify relevant research needs regarding Covid-19. The emergence and spread of SARS-CoV-2 appears to be related to urbanization, habitat destruction, live animal trade, intensive livestock farming and global travel. The contribution of climate and air pollution requires additional studies. Importantly, the severity of COVID-19 depends on the interactions between the viral infection, ageing and chronic diseases such as metabolic, respiratory and cardiovascular diseases and obesity which are themselves influenced by environmental stressors. The mechanisms of these interactions deserve additional scrutiny. Both the pandemic and the social response to the disease have elicited an array of behavioural and societal changes that may remain long after the pandemic and that may have long term health effects including on mental health. Recovery plans are currently being discussed or implemented and the environmental and health impacts of those plans are not clearly foreseen. Clearly, COVID-19 will have a long-lasting impact on the environmental health field and will open new research perspectives and policy needs

Pollution de l’air : impacts de la pollution de l’air sur la santé

National audienceL’histoire de la pollution atmosphérique est emblématique d’une prise de conscience dans la seconde moitié du 20ème siècle de la relation entre la santé et l’environnement. L’épisode particulièrement dramatique du « great smog » (de smoke, « fumée », et fog, « brouillard ») de Londres, au cours de l’hiver 1952 a été un évènement fondateur. Lors d’un phénomène météorologique, une couche d’inversion des températures s’est constituée à faible altitude, empêchant la pollution urbaine de s’élever assez haut pour être balayée et chassée au loin par les vents. Le « smog » s’est installé pendant plusieurs jours, produit par la combinaison du brouillard, du chauffage résidentiel et des combustions industrielles avec des concentrations de différents polluants atmosphériques, en particulier le dioxyde de soufre et les fumées noires, particulièrement élevés. Des milliers de personnes sont décédées dans les jours qui ont suivi, principalement des sujets âgés ou atteints de maladies cardiorespiratoires chroniques et la superposition des courbes de mortalité et de concentration des polluants est évidente. A la suite de cet épisode, de nombreuses études épidémiologiques et toxicologiques ont montré une relation forte entre le niveau de pollution atmosphérique et la morbidité et mortalité cardiorespiratoire. Elles ont été à la base de dispositifs réglementaires adoptés dans les pays industrialisés, en particulier dans l’UE, qui ont permis une forte diminution des émissions de polluants tels que le dioxyde de soufre, les particules et les oxydes d’azote. Cependant, on constate que depuis vingt ans cette diminution est moins importante, voire stagnante pour l’ozone et les études épidémiologiques récentes démontrent que, malgré ces progrès indéniables, la pollution atmosphérique pèse encore sur l’espérance de vie. Ainsi, si on améliorait la qualité de l’air pour atteindre l’objectif fixé par l’Organisation mondiale de la santé (OMS) de 10 µg/m3d’air pour les concentrations des particules fines, les habitants de Lyon, Marseille, Strasbourg, Paris et Lille gagneraient 6 mois en espérance de vie (projet Aphekom). Aujourd’hui, dans les nombreuses mégapoles des pays émergents et en voie de développement d’Asie du SudEst, d’Afrique ou d’Amérique du Sud, la qualité de l’air est au moins aussi mauvaise qu’au cours de l’hiver 1952 à Londres. Selon l’OMS, la pollution atmosphérique est responsable de 3,7 millions de morts dans le monde, dont 2,6 millions dans la zone Asie-Pacifique

Santé-environnement : Quinze ans de politiques publiques

International audienceLe Haut Conseil de la santé publique a mené une évaluation des trois premières générations du Plan national santé-environnement (PNSE) sous la direction de Daniel BLEY (anthropologue biologiste - HCSP) et Francelyne Marano (Ecotoxicologue - HCSP).Cet article introductif au numéro spécial de la revue ADSP (120, decembre 2022) aborde les concepts et les méthodes sur lesquels s'est appuyé l'évaluation de quinze ans de mise en œuvre et de leur déclinaison dans les PRSE (plans régionaux).Cette evaluation a fait l'objet d'un rapport et d'un séminaire qui s'est tenu le 11 janvier 2023 où ont été présentés les thèmes majeurs de cette analyse.https://www.hcsp.fr/Explore.cgi/avisrapportsdomaine?clefr=1268https://www.hcsp.fr/Explore.cgi/Adsp?clef=118

Évaluation globale des Plans nationaux santé – environnement (2004-2019): Collection Avis et Rapports

Le HCSP a réalisé l’évaluation des trois premières générations de plans nationaux santé environnement (PNSE) (2004 - 2019) et de leurs déclinaisons régionales sous la forme de plans régionaux santé environnement (PRSE) sous la direction de Daniel BLEY (anthropologue biologiste - HCSP) et Francelyne Marano (Ecotoxicologue - HCSP).Quatre thématiques ont été retenues pour l’analyse :Les polluants dans l’air extérieur : ceux du domaine réglementaire et les pollens.L’environnement intérieur : qualité de l’air dans les écoles et les crèches, habitat dégradé, radon, légionellose.Les risques dits émergents : nanomatériaux, ondes électromagnétiques, perturbateurs endocriniens.Les produits chimiques et leurs usages : les produits chimiques dans les biens de consommation, dans l’alimentation, dans l’environnement aquatique. En complément, est intégré dans l’analyse le programme de biosurveillance.De plus, les thématiques transversales suivantes ont notamment été analysées : l’évolution de la perception du public des risques liés à l’environnement et les actions d’information et de formation menées à l’échelle nationale et régionale.L’évaluation réalisée par le HCSP, sans avoir pris en compte l’ensemble des actions des 3 plans, à travers les thématiques considérées, permet d’avoir une vision globale de l’évolution des politiques publiques en santé-environnement en France au cours des quinze dernières années et de tirer des conclusions générales sur les rôles que les PNSE et les PRSE ont joué dans ce domaine. Elle montre que la connaissance et la réduction des expositions ont été parmi les sujets majeurs développés depuis 2004 alors que les effets sanitaires restent encore souvent à évaluer. La déclinaison des actions au niveau des territoires a joué un rôle essentiel.À l’issue de cette analyse, le HCSP propose trois grandes catégories de recommandations :des recommandations générales à l’échelle nationale qui portent sur la gouvernance, la recherche, le recueil de données et la formation en santé environnement ;des recommandations spécifiques aux PRSE, outils qui s’avèrent indispensables dans la gestion territoriale ;des recommandations relatives aux quatre thématiques abordées dans l’évaluation.Cette évaluation fait suite à une saisine de la Direction générale de la santé et de la Direction générale de la prévention des risques de 2020.Cette évaluation a fait l'objet d'un rapport, d'un séminaire au Ministère de la Santé le 11 janvier 2023 et d'un numéro spécial de la revue ADSPhttps://www.hcsp.fr/Explore.cgi/avisrapportsdomaine?clefr=122

Différenciation des cellules épithéliales respiratoires chez les mammifères (modulation par les retinoides et expression des protéines p63 et p73)

PARIS7-Bibliothèque centrale (751132105) / SudocSudocFranceF

Les perturbateurs endocriniens

Le concept de perturbation endocrinienne est récent. C’est en 1991, par la déclaration de Wingspread, que des scientifiques ont exprimé pour la première fois leurs préoccupations concernant les conséquences de l’exposition de l’homme et de l’environnement à des substances chimiques pouvant interagir avec le système endocrinien. Ces substances sont désignées sous le terme de « perturbateurs endocriniens ». La définition communément admise est celle de l’Organisation mondiale de la santé, proposée en 2002, mise à jour en 2012 : « Un perturbateur endocrinien est une substance ou un mélange de substances qui altère les fonctions du système endocrinien et, de ce fait, induit des effets nocifs sur la santé d’un organisme intact, de ses descendants ou de (sous-) populations.