A Novel Mouse Model of Asthma Induced by Cockroach

Abstract

PURPOSE: Cockroach (CR) is an important inhalant allergen and can make a mouse asthma model. However, mechanism underlying the CR-induced mouse model of asthma is not clear and the role of endotoxin contaminated in CR allergen remains controversial. Therefore, we evaluated the role of endotoxin and toll like receptor-4 (TLR-4) for the induction of asthma in mouse model. METHODS: CR allergen was delivered intranasally to BALB/C mouse, TLR-4 mutant (C3H/HeJ) or wild type (C3H/HeN) mouse without any adjuvant. Asthma was induced by CR, CR with endotoxin added (10,000 EU/mouse) or endotoxin-depleted CR, respectively. RESULTS: CR asthma model can be produced by intranasal sensitization of CR allergen, dose dependently. CR can induce airway hyper-responsiveness (AHR) to methacholine, eosinophilic and neutrophilic inflammation, and airway mucus gland hyperplasia. Endotoxin added in CR attenuated eosinophilic inflammation, IL-13 in BAL fluid, and goblet cell hyperplasia of respiratory epithelium, however, did not affect AHR. Endotoxin-depleted CR also attenuated eosinophilic inflammation and lymphocytosis in BAL fluid, but did not affect AHR and IL-13 levels in BAL fluid compared to CR group. AHR, eosinophilic inflammation, and goblet cell hyperplasia induced by CR were more exacerbated in TLR-4 mouse than in wild type mouse. CONCLUSION: CR can induce allergic asthma model presenting increased AHR, eosinophilic and neutrophilic inflammation, and goblet cell hyperplasia. However, endotoxin in the CR dose not appears to affect the development of AHR, eosinophilic inflammation, and epithelial goblet cell hyperplasia in CR-induced mouse model of asthma.

목적: 바퀴는 주요한 흡입성 알레르기항원으로써 마우스에서 천식을 유발시킨다. 그러나 바퀴가 천식을 일으키는 기전은 아직 명확하지 않으며, 바퀴 알레르기항원 속의 내독소의 역할에 대해서는 논쟁의 여지가 있다. 우리는 바퀴로 천식을 유발시키는 과정에서 내독소와 TLR-4 의 역할에 대해서 알아보고자 하였다. 재료 및 방법: BALB/C 마우스, TLR-4 변이체인 C3H/HeJ 마우스와 TLR-4 야생형인 C3H/HeN 마우스에게 코를 통하여 바퀴 알레르기항원을 보조제 없이 주입하였다. 바퀴 알레르기항원은 각각 조항원과 내독소 없는 항원과 조항원에 내독소가 10,000 EU/mL 추가로 들어간 바퀴 알레르기항원을 사용하였다. 결과: 바퀴 천식 모델은 코를 통하여 주입한 바퀴 알레르기항원에 용량 의존적으로 생성되고, 바퀴 알레르기항원은 기도에서 호산구성 염증반응, 호중구성 염증반응, 기도과민성, 점액 샘의 증식을 일으켰다. 바퀴 알레르기항원에 추가로 내독소를 주입한 마우스에서는 기관지의 호산구성 염증과 기관지폐포액 속의 인터루킨-13, 술잔 세포의 증식이 감소되는 소견을 보였으나 기도과민성에는 영향을 미치지 않았다. 또한 내독소가 없는 바퀴 알레르기항원도 일반적인 바퀴항원에 비하여 기관지폐포액 속의 호산구성 염증과 임파구를 감소시켰으나 기도과민성과 기관지폐포액 속의 인터루킨-13에는 영향을 미치지 않았다. TLR- 4가 없는 마우스에서도 바퀴 알레르기항원은 호산구성 염증, 술잔 세포의 증식과 기도과민성의 증가를 나타냈다. 결론: 바퀴는 마우스에서 호산구성 염증, 호중구성 염증, 기도과민성과 술잔 세포 증식이 있는 천식을 유발한다. 비록 바퀴 알레르기항원내의 내독소가 호산구성 염증에 대하여 양면성이 있지만, 바퀴 천식 모델의 발생에 영향은 미미하며, 바퀴 천식 모델의 기도과민성 발생에는 영향을 미치지 않는다.