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Repetitive aeroallergen challenges elucidate maladaptive epithelial and inflammatory traits that underpin allergic airway diseases - 04/08/21

Doi : 10.1016/j.jaci.2021.01.008 
Alisha M. Smith, PhD a, b, c, d, ∗, Nathan Harper, MS a, b, ∗, Justin A. Meunier, BS a, b, ‡, Anne P. Branum, BS a, b, ‡, Fabio Jimenez, BS a, b, ‡, Lavanya Pandranki, MS a, d, Andrew Carrillo, BS a, b, d, Charles S. Dela Cruz, MD, PhD e, Marcos I. Restrepo, MD, PhD a, d, Diego J. Maselli, MD a, d, Cynthia G. Rather, CCRC f, Anna H. Heisser, MD a, Daniel A. Ramirez, MD f, Weijing He, MD a, b, Robert A. Clark, MD a, c, d, Charles P. Andrews, MD f, Scott E. Evans, MD g, Jacqueline A. Pugh, MD a, Nu Zhang, PhD c, Grace C. Lee, PharmD, PhD a, h, i, Alvaro G. Moreira, MD a, j, Leopoldo N. Segal, MD k, Robert M. Ramirez, MD f, Robert L. Jacobs, MD f, Muthu Saravanan Manoharan, MS a, d, Jason F. Okulicz, MD l, Sunil K. Ahuja, MD a, b, c, d, m, ⁎
a Veterans Administration Center for Personalized Medicine, South Texas Veterans Health Care System, San Antonio, Tex 
b Foundation for Advancing Veterans’ Health Research, South Texas Veterans Health Care System, San Antonio, Tex 
c Department of Microbiology, Immunology & Molecular Genetics, UT Health San Antonio, San Antonio, Tex 
d Department of Medicine, UT Health San Antonio, San Antonio, Tex 
e Section of Pulmonary, Critical Care and Sleep Medicine, Department of Internal Medicine, Yale University School of Medicine, New Haven, Conn 
f Biogenics Research Chamber, San Antonio, Tex 
g Department of Pulmonary Medicine, University of Texas MD Anderson Cancer Center, Houston, Tex 
h College of Pharmacy, The University of Texas at Austin, Austin, Tex 
i Pharmacotherapy Education and Research Center, School of Medicine, UT Health San Antonio, San Antonio, Tex 
j Division of Neonatology, Department of Pediatrics, UT Health San Antonio, San Antonio, Tex 
k Division of Pulmonary, Critical Care, and Sleep Medicine, Department of Medicine, New York University School of Medicine, New York, NY 
l Infectious Disease Service, San Antonio Military Medical Center, Fort Sam Houston, San Antonio, Tex 
m Department of Biochemistry and Structural Biology, UT Health San Antonio, San Antonio, Tex 

∗Corresponding author: Sunil K. Ahuja, MD, 7703 Floyd Curl Dr, UTHSA, San Antonio, TX 78229.7703 Floyd Curl DrUTHSASan AntonioTX78229

Abstract

Background

Signifying the 2-compartments/1-disease paradigm, allergic rhinoconjunctivitis (ARC) and asthma (AA) are prevalent, comorbid conditions triggered by environmental factors (eg, house dust mites [HDMs]). However, despite the ubiquity of triggers, progression to severe ARC/AA is infrequent, suggesting either resilience or adaptation.

Objective

We sought to determine whether ARC/AA severity relates to maladaptive responses to disease triggers.

Methods

Adults with HDM-associated ARC were challenged repetitively with HDMs in an aeroallergen challenge chamber. Mechanistic traits associated with disease severity were identified.

Results

HDM challenges evoked maladaptive (persistently higher ARC symptoms), adaptive (progressive symptom reduction), and resilient (resistance to symptom induction) phenotypes. Symptom severity in the natural environment was an imprecise correlate of the phenotypes. Nasal airway traits, defined by low inflammation-effectual epithelial integrity, moderate inflammation-effectual epithelial integrity, and higher inflammation-ineffectual epithelial integrity, were hallmarks of the resilient, adaptive, and maladaptive evoked phenotypes, respectively. Highlighting a crosstalk mechanism, peripheral blood inflammatory tone calibrated these traits: ineffectual epithelial integrity associated with CD8+ T cells, whereas airway inflammation associated with both CD8+ T cells and eosinophils. Hallmark peripheral blood maladaptive traits were increased natural killer and CD8+ T cells, lower CD4+ mucosal-associated invariant T cells, and deficiencies along the TLR-IRF-IFN antiviral pathway. Maladaptive traits tracking HDM-associated ARC also contributed to AA risk and severity models.

Conclusions

Repetitive challenges with HDMs revealed that maladaptation to disease triggers may underpin ARC/AA disease severity. A combinatorial therapeutic approach may involve reversal of loss-of-beneficial-function traits (ineffectual epithelial integrity, TLR-IRF-IFN deficiencies), mitigation of gain-of-adverse-function traits (inflammation), and blocking of a detrimental crosstalk between the peripheral blood and airway compartments.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : Aeroallergen challenge chamber, house dust mites, allergic rhinoconjunctivitis, evoked phenotypes, maladaptation

Abbreviations used : AA, ACC, ARC, AUC, Epiintegrity, GOF, HDM, HDM-PARC, HRV, ILC, LOF, MAIT, NK, NKT, sIgE, TSS


Plan


 This study was supported by the Veterans Affairs (VA) Research Center for AIDS and HIV Infection and VA Center for Personalized Medicine (grant no. IP1 CX000875), National Institutes of Health (NIH) (MERIT grant no. R37AI046326), Doris Duke Distinguished Clinical Scientist Award, and Burroughs Wellcome Clinical Scientist Award in Translational Research to S.K.A.; the 59th Medical Wing Intramural Award (grant no. FA8650-17-2-6816 to J.F.O.); the NIH Clinical and Translational Science Award (grant no. UL1-TR002645 to R.A.C.); the NIH (grant nos. K23 AI102970 and R01 HL125816 to L.N.S.); and the NIH COSTAR institutional research training grant (grant no. T32DE014318 to A.M.S.). The views expressed are those of the authors and do not reflect the official views or policy of the Department of Defense or its components.
 Disclosure of potential conflict of interest: R. L. Jacobs is the owner of the Biogenics Research Chamber. The rest of the authors declare that they have no relevant conflicts of interest.


© 2021  Publié par Elsevier Masson SAS.
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Vol 148 - N° 2

P. 533-549 - août 2021 Retour au numéro
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