Pathophysiological mechanisms involved in acute and chronic hypersensitivity pneumonitis2

Abstract

La pneumonitis per hipersensibilitat (PH) és una malaltia pulmonar intersticial caracteritzada per una inflamació broncoalveolar generalment causada per la inhalació de proteïnes aviàries i fúngiques. Les vies immunopatològiques implicades en el desenvolupament de la malaltia després de l'exposició a l'antigen encara es desconeixen. A més, el diagnòstic de PH continua sent un desafiament degut a l'absència d'un estàndard. De fet, els pacients amb PH són diagnosticats a partir d'una combinació de troballes clíniques, d'imatge i de laboratori. En aquesta línia, YKL-40 i KL-6 són dos biomarcadors prometedors que poden tenir un paper important en el maneig del diagnòstic de la PH. Així mateix, per a establir un correcte diagnòstic de PH, la identificació de l'antigen és un pas fonamental. La determinació d'anticossos IgG específics és una tècnica molt útil per a identificar l'antigen desencadenant. A més, la detecció ambiental de l'antigen causal pot tenir un paper important a l'hora de controlar el cessament de l'exposició antigènica, que és crucial per a prevenir la progressió de la malaltia i millorar els símptomes respiratoris en pacients amb PH. No obstant això, en la pràctica clínica, no existeixen mètodes disponibles per a mesurar directament l'exposició a l'antigen en el medi ambient. La present tesi doctoral té com a objectiu avaluar les vies immunopatològiques que s'activen en la PH, així com millorar la precisió diagnòstica i el pronòstic dels pacients. El primer estudi se centra en la resposta immunitària cel·lular i el patró de citoquines implicats en un model murí de PH relacionada amb ocells (PHRO). Aquest estudi recolza que en els estadis inicials de PHRO hi ha una resposta immune mixta Th1/Th2 amb nivells augmentats de cèl·lules dendrítiques tipus 2, una inflamació eosinofílica, nivells reduïts de cèl·lules B i secreció de citoquines tipus 1 i tipus 2, com TNF-α i IL-13. Amb la progressió de la malaltia, encara que hi ha una resposta Th1 amb secreció de IFN-γ, IL-1β i IL-12, els nivells de citoquines semblen indicar un canvi cap a una resposta mixta Th2/Th17 amb nivells augmentats de IL-5, IL-6 i IL-23. El segon estudi (Article 1) té com a objectiu determinar el paper de KL-6 i YKL-40 com biomarcadors en el diagnòstic i pronòstic de pacients amb PH. Aquest estudi demostra que els nivells sèrics de KL-6 i YKL-40 semblen distingir als pacients amb PH dels individus sans i dels pacients amb fibrosi pulmonar idiopàtica en un rang de 346-1441 U/ml i 55-121 ng/ml, respectivament. A més, KL-6 en sèrum podria ser un predictor de progressió de malaltia en PH a causa de la seva correlació negativa amb la TLC i DLCO als 12 mesos de seguiment. L'objectiu del tercer estudi és avaluar el grau de sensibilització a antígens aviaris i fúngics i el potencial de risc de desenvolupar NH en una cohort de treballadors de serveis de vigilància i control de plagues urbanes. En aquest estudi els treballadors implicats en la poda de nius tenen nivells més alts de IgG específica a periquito i mucor i presenten una DLCO/VA més baixa. A més, s'identifiquen la cadena Ig Lambda i l'apolipoproteïna A-I com a proteïnes candidates per a diferenciar a pacients amb PH de treballadors exposats a colom. L'últim estudi (Article 2) se centra en el desenvolupament i validació d'una tècnica sensible d'immunoassaig lligat a enzims (ELISA) i un test ràpid de inmunocromatografía (ICT) per a detectar antígens de colom en mostres d'aire ambiental. Aquest estudi demostra que existeix una bona correlació entre tots dos assajos, encara que el mètode ELISA té un rang més ampli de quantificació d'antigen de colom. Així i tot, el ICT és un test ràpid, senzill i una vàlida alternativa.

La neumonitis por hipersensibilidad (NH) es una enfermedad pulmonar intersticial caracterizada por una inflamación broncoalveolar generalmente causada por la inhalación de proteínas aviares y fúngicas. Las vías inmunopatológicas implicadas en el desarrollo de la enfermedad tras la exposición al antígeno aún se desconocen. Además, el diagnóstico de NH sigue siendo un desafío debido a la ausencia de un estándar. De hecho, los pacientes con NH son diagnosticados a partir de una combinación de hallazgos clínicos, de imagen y de laboratorio. En esta línea, YKL-40 y KL-6 son dos biomarcadores prometedores que pueden tener un papel importante en el manejo del diagnóstico de la NH. Asimismo, para establecer un correcto diagnóstico de NH, la identificación del antígeno es un paso fundamental. La determinación de anticuerpos IgG específicos es una técnica muy útil para identificar el antígeno desencadenante. Además, la detección ambiental del antígeno causal puede tener un papel importante a la hora de controlar el cese de la exposición antigénica, que es crucial para prevenir la progresión de la enfermedad y mejorar los síntomas respiratorios en pacientes con NH. Sin embargo, en la práctica clínica, no existen métodos disponibles para medir directamente la exposición al antígeno en el medio ambiente. La presente tesis doctoral tiene como objetivo evaluar las vías inmunopatológicas que se activan en la NH, así como mejorar la precisión diagnóstica y el pronóstico de los pacientes. El primer estudio se centra en la respuesta inmunitaria celular y el patrón de citocinas implicados en un modelo murino de NH relacionada con aves (NHRA). Este estudio respalda que en los estadios iniciales de NHRA hay una respuesta inmune mixta Th1/Th2 con niveles aumentados de células dendríticas tipo 2, una inflamación eosinofílica, niveles reducidos de células B y secreción de citocinas tipo 1 y tipo 2, como TNF-α e IL-13. Con la progresión de la enfermedad, aunque hay una respuesta Th1 con secreción de IFN-γ, IL-1β e IL-12, los niveles de citocinas parecen indicar un cambio hacia una respuesta mixta Th2/Th17 con niveles aumentados de IL-5, IL-6 e IL-23. El segundo estudio (Artículo 1) tiene como objetivo determinar el papel de KL-6 e YKL-40 como biomarcadores en el diagnóstico y pronóstico de pacientes con NH. Este estudio demuestra que los niveles séricos de KL-6 e YKL-40 parecen distinguir a los pacientes con NH de los individuos sanos y de los pacientes con fibrosis pulmonar idiopática en un rango de 346-1441 U/ml y 55-121 ng/ml, respectivamente. Además, KL-6 en suero podría ser un predictor de progresión de enfermedad en NH debido a su correlación negativa con la TLC y DLCO a los 12 meses de seguimiento. El objetivo del tercer estudio es evaluar el grado de sensibilización a antígenos aviares y fúngicos y el potencial de riesgo de desarrollar NH en una cohorte de trabajadores de servicios de vigilancia y control de plagas urbanas. En este estudio los trabajadores implicados en la poda de nidos tienen niveles más altos de IgG específica a periquito y mucor y presentan una DLCO/VA más baja. Además, se identifican la cadena Ig Lambda y la apolipoproteína A-I como proteínas candidatas para diferenciar a pacientes con NH de trabajadores expuestos a paloma. El último estudio (Artículo 2) se centra en el desarrollo y validación de una técnica sensible de inmunoensayo ligado a enzimas (ELISA) y un test rápido de inmunocromatografía (ICT) para detectar antígenos de paloma en muestras de aire ambiental. Este estudio demuestra que existe una buena correlación entre ambos ensayos, aunque el método ELISA tiene un rango más amplio de cuantificación de antígeno de paloma. Aun así, el ICT es un test rápido, sencillo y una válida alternativa.

Hypersensitivity pneumonitis (HP) is an interstitial lung disease (ILD) characterized by a bronchoalveolar inflammation usually caused by the inhalation of avian and fungal proteins. The immunopathological pathways involved in the disease after antigen exposure are still unknown. In addition, the diagnosis of HP remains challenging because of the absence of a gold standard. In fact, HP patients are diagnosed on the basis of a combination of clinical, imaging and laboratory findings. In this context, YKL-40 and KL-6 are two promising biomarkers that may play an important role in the management of HP diagnosis. Moreover, to establish correct HP diagnosis, identification of the triggering antigen is an essential step. To achieve this, specific IgG antibody determination is a useful technique. In addition, the environmental detection of the causative antigen will help to control complete antigen avoidance, which is crucial to preventing disease progression and to improving respiratory symptoms in patients with HP. However, in clinical practice, no methods are currently available for directly measuring antigen exposure in the environment. This PhD thesis aims to assess the immunopathological pathways that are activated in HP, and to improve diagnostic accuracy and prognosis in patients. The first study focuses on the cellular immune response and the cytokine pattern involved in a murine model of bird-related HP (BRHP). This study contends that in the first stages of BRHP there is a mixed Th1/Th2 immune response with increased levels of type 2-related dendritic cells, an eosinophilic inflammation, reduced levels of B cells and secretion of type 1 and type 2 cytokines such as TNF-α and IL-13. With progression of BRHP, although there is a Th1 response with IFN-γ, IL-1β and IL-12 secretion, the levels of cytokines seem to indicate a switch towards a Th2/Th17 mixed response with increased levels of IL-5, IL-6 and IL-23. The second study (Article 1) aims to determine the role of KL-6 and YKL-40 as biomarkers in the diagnosis and prognosis of patients with HP. This study demonstrates that both serum KL-6 and YKL-40 levels seem to be capable of distinguishing HP patients from healthy individuals and from patients with idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) at a range of 346 - 1441 U/ml and 55 - 121 ng/ml respectively. In addition, serum KL-6 may also be a predictor of HP disease progression because of its negative correlation with TLC and DLCO at 12 months of follow-up. The objective of the third study is to evaluate the degree of sensitization to avian and fungal antigens and the potential risk of developing HP in a cohort of urban pest surveillance and control service workers. A high degree of sensitization to avian and fungal antigens is observed in the study population. In particular, workers involved in nest pruning have higher levels of specific parakeet and mucor IgGs and lower DLCO/VA (alveolar volume) values. In addition, this study identifies Ig Lambda chain and Apolipoprotein A-I as candidate proteins for distinguishing patients with HP from workers exposed to pigeons. The last study (Article 2) focuses on the development and validation of a sensitive sandwich enzyme link immunoassay (ELISA) technique and a rapid immunochromatographic test (ICT) to detect pigeon antigens in environmental air samples. This study demonstrates that there is a good correlation between the two assays, although the ELISA method has a broader range for quantifying pigeon antigen. Even so, this study concludes that the ICT is rapid, simple to use and a valid alternative.