Hopp til innhold

Valgte elementer er lagt i handlekurven

Gå til handlekurv
Historisk arkiv: Dette innholdet er arkivert og blir ikke oppdatert.
Nyhet

Doktorgrad om svevestøv og helseskade

Mekanismer for kjemokinfrigjøring indusert av mineralpartikler i epiteliale lungeceller: Inhalering av mineralstøv har gjennom flere århundrer vært kjent å forårsake skadelige helseeffekter hos arbeidere. De eldste rapportene kan føres tilbake til det antikke Hellas. Eksponering for mineralpartikler har siden blitt koblet til en rekke helseeffekter, inkludert fibrose, kronisk bronkitt og luftstrøms-begrensninger, og lungekreft. Nyere studier fra Sverige og USA tyder også på at mineralpartikler i uteluften kan gi helseeffekter i befolkningen.

Inflammatoriske responser i lungeepitelet antas å være svært viktig for utviklingen av mineralpartikkel-indusert sykdom. Sentralt i disse prosessene er produksjon og frigjøring av kjemokiner som tiltrekker immunceller til det skadde eller irriterte vevet. Kjemokinprodukjonen reguleres via en rekke ulike stress-signalveier inne i cellen. Disse omfatter sentrale intracellulære enzymgrupper som protein tyrosin kinaser (PTK’er) og mitogen-aktiverte proteinkinaser (MAPK’er), samt transkripsjonsfaktorer som nukleær faktor kB (NF-kB) og aktivator protein 1 (AP-1).

Denne studien har tatt for seg ulike mineralpartiklers evne til å indusere kjemokinfrigjøring fra epiteliale lungeceller, hvilke intracellulære mekanismer som regulerer disse responsene, og hvilke fysiske/kjemiske egeneskaper som avgjør partiklenes biologiske reaktivitet. Hoveddelen av arbeidet har fokusert på effekten av kvarts, som modellpartikkel, på en human epitelial lungecellelinje, A549 (alveolær type-2 cellelinje). Mindre omfattende arbeid ble utført på primære alveolære type-2 (T2) celler fra rottelunger og primære epitelceller fra de små luftveiene hos menneske (SAEC, small airway epithelial cells), og med steinpartikler med kompleks mineralsammensetning.

Våre funn viser at både kvarts og mer komplekse steinpartikler kan indusere en tids- og konsentrasjonsavhengig økning i frigjøring av kjemokinene IL-8 og MIP-2, fra henholdsvis menneske og rotteceller. Studiene med kvarts viser at Src-familiene av PTK’er (SFK) spiller en sentral rolle i kjemokin-reguleringen, sammen med MAPK’ene p38 og ERK1/2 (extracellular signal-regulated kinase) i både A549 og T2 celler. Både SFK’er og MAPK’er ble fosforylert (aktivert) i løpet av minutter etter kvarts-eksponering, og kinase-fosforyleringene vedvarte i flere timer etter eksponering. Kvarts-indusert ERK1/2-fosforylering ser ut til å bli mediert via aktivering av SFK, mens p38 delvis blir aktivert via SFK-uavhengige mekanismer. Fosforyleringskinetikken til p38 og ERK1/2 ser ut til å ha to faser, en tidlig forbigående topp, og en senere vedvarende fase. Videre ser det ut til å være et vekslende forhold mellom fosforylering av henholdsvis p38 og ERK1/2, og hemming av p38-aktivitet forsterket den kvarts-induserte fosforyleringen av ERK1/2. Det er derfor grunn til å tro at aktivert p38 undertrykker aktiviteten av ERK1/2 i kvarts-eksponerte celler.

 
Figur kvarts-indusert frigjøring.jpg
Figur 1. Foreslått model for kvarts-indusert IL-8-frigjøring. EGFR; epidermal growth factor receptor, ERK1/2; extracellular signal-regulated kinase, MAPK; mitogen actioved protein kinase, PTK; protein tyrosine kinase, SR; scavenger receptor.

Resultatene viser videre at kvartspartikler deponert på overflaten av A549 celler eller i nærhet av cellene, bindes av mikrovilli og trekkes sammen i små grupper på celleoverflaten. A549 cellen fagocytterer dessuten en god del av partiklene, mesteparten av opptaket ser ut til å foregå mellom 1 til 3 timer etter eksponeringen. Det er derfor grunn til å tro at de tidlige fasene i kvarts-indusert protein kinase-fosforylering medieres via celleoverflaten og er uavhengig av partikkelopptak. Vi kan imidlertid ikke utelukke at partikkelopptak er involvert i de sene fasene av PTK- og MAPK-aktivering, eller kjemokinproduksjon. Deler av IL-8 frigjøringen ser ut til å være mediert via interaksjoner mellom scavenger-reseptorer (mønstergjenkjennende reseptorer) uttrykt på overflaten av A549-cellene og kvartspartikler. Videre ser også EGF-reseptor (vekstfaktorreseptor) ut til å være involvert i kvarts-indusert SFK-ERK1/2 signalisering og IL-8 frigjøring. EGF-reseptor ble imidlertid ikke fosforylert ved kvartseksponering, noe som tyder på at basalaktiviteten til EGF-reseptor påvirker kvarts-indusert regulering av IL-8 frigjøring via SFK-ERK1/2 signalveien.

Steinpartikler av ulik størrelse og mineralsammensetning induserte høye nivåer av MIP-2 frigjøring fra T2-celler, men bare lave nivåer av IL-8 fra A549-celler, sammenlignet med kvarts. T2-cellene var generelt sett også mer sensitive for mineralpartikkel-eksponering enn A549-cellene. Resultatene indikerer at de reaktive steinpartiklene aktiverer kjemokinfrigjøring via andre mekanismer enn kvarts, og/eller at aktiveringsmekanismer av kjemokinfrigjøring er ulik for A549 og T2 celler. Studien tyder imidlertid på at MAPK’ene p38 og ERK1/2 er av generell betydning for regulering av ulike cytokiner og kjemokiner fra mineralpartikkel-eksponerte epitelceller.

Ved lik masse induserte tilsynelatende små partikler (< 2,5 mm) høyere kjemokin-nivåer enn større partikler (< 10 mm) av samme bergart. Små partikler har imidlertid større overflate i forhold til masse enn store partikler. Generelt sett kunne korrigering for forskjeller i overflateareal forklare forskjellene i effekt mellom små og store partikler av samme bergart, men ikke forskjellene mellom partikler av ulik bergart. Dette tyder på at størrelse i seg selv ikke er avgjørende for partiklenes evne til å indusere in vitro kjemokinfrigjøring, men at det er reaktiviteten til partikkeloverflaten som er avgjørende.

Innholdet av feldspatmineraler var sterkt negativt korrelert med partiklenes evne til å indusere MIP-2, noe som antyder at bergarter rike på feldspat er lite biologisk aktive. Videre var innholdet av mineralet pyroksen positivt korrelert med evne til å indusere MIP-2. Imidlertid fant vi ingen sammenheng mellom innholdet av kvarts, som er et velkjent inflammasjon-fremmende mineral, og kjemokinfrigjøring. Partiklenes innhold av feldspat og pyroksen var dessuten ikke tilstrekkelig til å forklare alle forskjeller i effekt mellom partikler av ulike bergarter. Vi fant ingen signifikant korrelasjon mellom evne til å indusere kjemokinfrigjøring og partiklenes elementsammensetning eller mengde av løselige elementer. Dermed er det ennå uklart hvilke partikkelkarakteristika som er avgjørende for å aktivere cellulære responser.

Følgende artikler inngår i avhandlingen:

J Øvrevik, M Låg, PE Schwarze and M Refsnes. p38 and Src-ERK1/2 pathways regulate crystalline silica-induced chemokine release in pulmonary epithelial cells. Toxicol Sci, 2004, 81: 480-490.
J Øvrevik, M Refsnes, E Namork, R Becher, D Sandnes, PE Schwarze and M Låg. Mechanisms of silica-induced IL-8 release from A549 cells: Initial kinase-activation does not require EGFR activation or particle uptake. Toxicology 2006;227:105-16.
J Øvrevik, T Myran, M Refsnes, M Låg, R Becher, RB Hetland and PE Schwarze. Mineral particles of varying composition induce differential chemokine release from epithelial lung cells: Importance of physico-chemical characteristics. Ann Occup Hyg, 2005, 49: 219-231.
J Øvrevik, M Låg, RB Hetland, PE Schwarze and M Refsnes. Stone particle-induced interleukin-6 and -8 release involves activation of MAP kinases and tyrosin kinases. Ann Occup Hyg, 2002, 46, Supplement 1: 390-392

Johan Øvrevik disputerte for graden Dr. Philos ved Universitetet i Oslo fredag 4. mars 2005.

Avhandlingens tittel: Mechanisms of chemokine release induced by mineral particles in epithelial lung cells [thesis]. Oslo: Universitetet I Oslo: Nasjonalt folkehelseinstitutt; 2005.