Organic dust from pig environment induces activation of human T cells

Abstract

Farmers suffer more frequently from inflammatory airway disorders than the population in general and a ongoing airway inflammation has been shown also in symptom free healthy farmers. Exposure in a swine confinement building causes an intense airway inflammation with recruitment of inflammatory cells, predominately neutrophils, in healthy, previously, non-exposed subjects. In the present study exposure to organic dust from a swine confinement house has been used as a model to study lymphocyte reaction and activation. We found an increased number of lymphocytes in bronchoalveolar lavage (BAL) fluid following exposure in a swine house. It was, moreover, found that BAL T lymphocytes of previously non-exposed subjects were activated as the expression of the lymphocyte activation markers CD69,CD25 and HLA-DR increased following exposure. In vitro stimulation of whole blood with dust from swine confinement buildings also resulted in an increased expression of the activation markers CD69, CD25 and HLA-DR. The expression of the activation markers was dose and time dependent and occurred similar to phytohaemagglutinin (PHA) stimulated cells. It was demonstrated that phagocytic cells and mediators released by phagocytic cells were of importance for lymphocyte activation following exposure to dust. In phagocyte depleted whole blood cells, and in peripheral blood mononuclear cell (PBMC) fractions, the dust did not induce CD69 expression on T cells. Neither was IL-12 nor IFN-y found in plasma from these cell fractions. However, whole blood stimulated with swine dust, and plasma obtained from stimulated whole blood i.e. conditioned plasma, induced T cell activation and generated high concentrations of IL-12 and IFN-y. Monocytes (CD14+) rapidly produced IL-12 and TNF-a after one hour of stimulation with the dust whereas T- and NK cells produced IFN-y only after a prolonged incubation (22 hours) with swine dust. The IFN-y production by NK cells and the CD69 expression on T cells were reduced after pre-incubation with antibodies blocking the IL-12 receptor. In conclusion, we have shown that swine dust induces airway influx and activation of human bronchoalveolar lavage T cells in vivo and in vitro. T cell activiation occurs in a time and dose dependent manner in vitro. The mechanisms of the T cell activation involve stimulation of phagocytic cells and production of cytokines such as TNF-y, IL-12 and IFN-y. The results indicate a crucial role for IL-12 in the stimulation of T cells.

Sjukligheten i luftvägssjukdomar är hög hos lantbrukare jämfört med befolkningen i övrigt. Friska symtomfria lantbrukare, som undersöks med bronkoalveolärt lavage (BAL), visar ofta tecken på inflammation i luftvägarna. Exponering för damm i svinstallar orsakar en kraftig luftvägsinflammation hos friska tidigare icke exponerade försökspersoner. Det cellulära svaret domineras av neutrofila granulocyter, men även antalet makrofager och T lymfocyter ökar i bronkoalveolär lavage (BAL)vätska efter exponering. Dessutom visar BAL T lymfocyterna tecken på aktivering efter exponering för svindamm in vivo. Svindamm, d.v.s. sedimenterat damm som insamlats i en svingård och som lösts i RPMI, aktiverade också T lymfocyter vid stimulering av perifera blodceller in vitro. En tids- och koncentrationsberoende ökning av uttryck för aktiveringsmarkörerna CD69, CD25 och HLA-DR noterades vid stimulering med damm in vitro. Olika typer av celler och lösliga mediatorer har betydelse för lymfocytaktiveringen. Svindamm aktiverade inte T celler i frånvaro av fagocyterande celler såsom monocyter (CD14+) och granulocyter. Vi fann inte heller ökad produktion av IL-12 eller IFN-y när blodceller stimulerades utan närvaro av fagocyterande celler. När vi däremot stimulerade helblod med damm, eller när T celler inkuberades med plasma från stimulerat helblod ( konditionerad plasma ) aktiverades T cellerna och uttryckte CD69. Likaså fann vi höga halter av IL-12 och IFN-y i plasman från dessa stimuleringar. Monocyter producerade IL-12 och TNF-y redan efter en timmes stimulering med damm medan T och NK celler producerade IFN-y och TNF-y först efter längre tids stimulering (22 timmar). Vid samtidig stimulering med svindamm och blockering av IL-12 receptorn (IL-12R) med hjälp av IL-12R specifika monoklonala antikroppar, minskade den svindammsinducerade T cells aktiveringen. Dessutom noterades en signifikant reduktion av NK cellers IFN-y produktion. IL-12 förefaller således vara av central betydelse för dammaktivering av lymfocyter. Sammanfattningsvis har vi i detta arbete visat att exponering i lantbruksmiljö aktiverar T lymfocyter i lungorna in vivo. In vitro stimuleringar har påvisat en tids- och koncentrationsberoende aktivering av T celler. Fagocyterande celler såsom monocyter och granulocyter är betydelsefulla för den damminduceade T cellsaktiveringen. Vidare har vi funnit att IL-12 tycks vara en cytokin av central betydelse i detta avseende.