The hydrophilic proteins of lung surfactant as a prognostic marker in experimental pneumonia

Document Type: Infectious agents- Diseases- Surgery

Authors

1 Department of Internal Medicine, Faculty of Veterinary Medicine, University of Tehran, Tehran, Iran

2 Department of Research and Development, Research and Production Complex, Pasteur Institute of Iran, Tehran, Iran

3 Department of Surgery and Radiology, Faculty of Veterinary Medicine, University of Tehran, Tehran, Iran

Abstract

Abstract
BACKGROUND: SP-A and SP-D are hydrophilic proteins which regulate the inflammatory response of the lung. Pasteurella multocida is one of the most common bacteria isolated from calves suffering from shipping fever pneumonia, one of the most problems in dairy herds.
OBJECTIVE: Evaluation of surfactant content may provide a valuable diagnostic tool for detection of calf pneumonia due to Pasteurella multocida and also state of treatment.
METHODS: Ten Holstein-Frisian bull calves aged 4 months with body weight of 120 ± 5 kg were selected for study in two groups. The Pasteurella multocida (PMC66 Razi) was used in the present study for inducing pneumonia. The Bronchoalveolar lavage (BAL) process was done in selected calves. BAL fluid was collected and centrifuged and finally the sediment (crude surfactant) was reserved at -20˚C.The cytological evaluation and surfactant content was assayed by ELISA, TPL kit assay and HPLC.
RESULTS: The serum levels of SP-A and SP-D in pneumonic group were significantly elevated. Although the increased Bronchoalveolar lavage fluid (BALF) level of SP-A in pneumonic cases was found as compared with the control animals, but the statistical analysis didn't show any significant differences between two groups. The level of SP-D in BALF of pneumonic group significantly elevated. The amount of Dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) in pneumonic group decreased significantly in comparison control group.
CONCLUSION: Pasteurella inducing pulmonary can changed the major component of lung surfactant which evaluation of these markers can be helpful as an appropriate tool in diagnostic state of pneumonia and healing.

Keywords


Article Title [Persian]

کاربرد پروتئین های هیدروفوب سورفکتانت ریه به عنوان بیومارکر در تشخیص پنومونی تجربی

Authors [Persian]

  • محمدرضا مخبردزفولی 1
  • زهره افتخاری 2
  • معصومه حیدری سورشجانی 1
  • محمد مهدی دهقان 3
  • مسعود دوستی 1
1 گروه بیماریهای درونی، دانشکده دامپزشکی دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 گروه تحقیق و توسعه ، مجتمع تولیدی-تحقیقاتی انستیتو پاستور ایران، تهران، ایران
3 گروه جراحی و رادیولوژی، دانشکده دامپزشکی دانشگاه تهران، تهران، ایران
Abstract [Persian]

زمینه مطالعه :پروتئینهای SP-A و SP-D، پروتئینهای هیدروفیلیک و جزئی از سورفاکتانت هستند که پاسخ التهابی را در ریه تنظیم میکنند. باکتری پاستورلا موالتیسیدا یکی از عوامل اصلی ایجاد کننده پنومونی یا تب حمل و نقل در گله های گاوان شیری میباشد.هدف: ارزیابی محتوای سورفکتانتی به عنوان بیومارکری از وضعیت بیماریهای مختلف ریوی و شرایط درمانی مورد ارزیابی قرار بگیرد. روش کار:در مطالعه حاضر 10 راس گوساله نر هلشتاین 4 ماهه با وزن 5 ± 120 کیلوگرم در دو گروه انتخاب شد. با استفاده از باکتری پاستورلا موالتیسیدا (PMC66 Razi) جهت ایجاد پنومونی تجربی انتخاب شد. لاواژ برونکوآلوئولار تحت شرایط آرام بخشی انجام گردید. مایعات لاواژ شده سانتریوفوژ گردید و رسوب به دست آمده در 20- درجه سانتی گراد ذخیره شد.بررسی سیتولوژیکی و ارزیابی سورفکتانتی با روش الایزا ، کیت شیمیایی و HPLCانجام شد.
نتایج: تغییرات SP-Dو SP-A سرمی در اثر ایجاد پنومونی تجربی معنی‌دار بود علی رغم افزایش میزان پروتئین نوع A سورفکتانتی در گروه مبتلا به پنومونی ، این اختلاف در دو گروه معنی دار نبود. نتایج مطالعه حاضر نشان داد که غلظت SP-D به طور معنا داری در گوساله های مبتلا به پنومونی در مقایسه با گروه کنترل تغییر میکند. میزان دی پالمیتول فسفاتیدیل کولین در گروه مبتلا به پنومونی در مقایسه با گروه کنترل کاهش معنی داری را نشان میدهد.
نتیجه گیری: باکتری پاستورلا سبب تغییر در محتوای سورفکتانتی ریه در طی پنومونی تجربی شده است که بررسی آزمایشگاهی مایع BALF می‌توان با سنجش تغییرات این بیومارکرهای التهابی به وضعیت بافت ریوی از نظر وجود روند التهابی و شرایط درمانی پی برد.

Keywords [Persian]

  • بیومارکر
  • فسفولیپید
  • پنومونی
  • پروتئین
  • سورفکتانت
Ainsworth, S., Milligan, D. (2002) Surfactant therapy for respiratory distress syndrome in premature neonates. Am J Respir Med. 1: 417- 433.##

Atochina, E., Beck, J., Scanlon,T., Preston, M., Beers, M. (2001) Pneumocystis carinii pneumonia alters expression and distribution of lung collectins SP-A and SP-D.  J Lab Clin Med. 137: 429-439.##

Brogden, K. (1991) Changes in pulmonary surfactant during bacterial pneumonia. Antonie Van Leeuwenhoek. 59: 215-23.##

Crouch, E., Wright, J. (2001) Surfactant proteins A and D and pulmonary host defense. Ann Rev Physiol. 63: 521- 524.##

Dowling, A., Hodgson, J.C., Schock, A., Donachie, W., Eckersall, P.D., McKendrick, I.J. (2002) Experimental induction of pneumonic pasteurellosis in calves by intratracheal infection with Pasteurella multocidabiotype A: 3. Res Vet Sci. 73: 37-44.##

Hartl, D., Griese, M. (2006) Surfactant protein D in human lung diseases. Eur J Clin Invest. 36: 423-435,

Hitomi, S., Yoshio, K. (2005) The lung collectins, SP-A and SP-D, modulate pulmonary innate immunity. Mol Immunol. 42: 279-287.##

Janssen, R., Sato, H., Grutters, J., Bernard, A., Velzen-Blad, H., du Bois, R. (2003) Study of Clara cell 16, KL-6, and surfactant protein-D in serum as disease markers in pulmonary sarcoidosis. Chest. 124: 2119-2125.##

Jobe, A., & Ikegami, M. (2001) Biology of surfactant. Clin Perinatol. 28: 655-669.

Khubchandani, K., Snyder, J. (2001) Surfactant protein A (SP-A): the alveolus and beyond.  FASEB J. 15: 59-69.##

Kuhnert, P., Christensen, H. (2008) Pasteurellaceae: Biology, Genomics and Molecular Aspects. Caister Academic Press. Norfolk, UK.##

Kunitake, R., Kuwano, K., Yoshida, K., Maeyama, T., Kawasaki, M., Hagimoto, N., Hara, N. (2001) KL-6, surfactant protein A and D in bronchoalveolar lavage fluid from patients with pulmonary sarcoidosis. Respiration. 68: 488-95. ##

Lewis, J., Veldhuizen, R. (2004) The role of surfactant in the pathophysiology of acute lung injury. Appl cardiac pathol. 13: 53.##

Madan, T., Saxena, S., Murthy, K.J., Muralidhar, K., Sarma, P.U. (2002) Association of polymorphisms in the collagen region of human SP-A1 and SP-A2 genes with pulmonary tuberculosis in Indian population. Clin Chem Lab Med. 40: 1002-1008. ##

Phelps, D.S. (2001) Surfactant regulation of host defense function in the lung: a question of balance. Pediatr Pathol Mol Med. 20: 269.##

Radostits, O.M., Gay, C.C., Hinchcliff, K.W.,  Constable, P.D. (2007)Veterinary Medicine: A Textbook of the Diseases of Cattle, Horses, Sheep, Pigs and Goats. (10th ed.) Elsevier Health Sciences, Philadelphia, USA.##

Reynolds, H.Y., Newball, H.H. (1974) Analysis of proteins and respiratory cells obtained from human lungs by bronchial lavage. J Lab Clin Med. 84: 559-573.##

Robert, H.N., Wang, Z., Egan, E.A., Holm, B.A. (2002) Component-specific surface and physiological activity in bovine-derived lung surfactants. Chem Phys Lipids. 114: 21-34.##

Robin, L.B., Cheryl, A.C. (2006) Surfactant. Newborn Infant Nurs Rev. 6: 87-93.##

Rooney, S.A., Young, S.L., Mendelson, C.R. (1994) Molecular and cellular processing of lung surfactant. FASEB J. 8: 957-967.##

Schürch, S., Bachofen, H., Possmayer, F. (2002) Surface activity in situ, in vivo, and in the captive bubble surfactometer. Comp Biochem Phys A. 129: 195-207.##

Sheehan, P.M., Stokes, D.C., Yeh, Y.Y., Hughes, W.T. (1986) Surfactant phospholipids and lavage phospholipase A2 in experimental Pneumocystis carinii pneumonia. Am Rev Respir Dis. 134: 526-531.##

Shu, L.H., Shang,Y.X., Cai, X.X., Zong, Z.H., Meng, X.N., Zhang, H., Wang, Z.J., Dai, B. (2013) Alterations of SP-A, SP-D and KL-6 in serum and bronchoalveolar lavage fluid in children with Mycoplasma pneumoniae pneumonia. Zhonghua er ke za zhi. 51: 779-782.##

Takahashi, H., Fujishima, T., Koba, H., Murakami, S., Kurokawa, K., Shibuya, Y., Shiratori, M., Kuroki, Y., Abe, S. (2000) Serum surfactant proteins A and D as prognostic factors in idiopathic pulmonary fibrosis and their relationship to disease extent. Ame J Res Crit Care Med. 162: 1109-1114.##

Takahashi, H., Imai, Y., Fujishima,T., Shiratori, M., Murakami, S., Chiba, H., Kon, H., Kuroki,Y., Abe, S. (2001) Diagnostic significance of surfactant proteins A and D in sera from patients with radiation pneumonitis. Eur Respir J. 17: 481-487.##

Tzouvelekis, A., Kouliatsis, G., Anevlavis, S., Bouros, D. (2005) Serum biomarkers in interstitial lung diseases. Respir Res. 6: 78.##

Wang, Z., Notter, R.H. (1998) Additivity of protein and nonprotein inhibitors of lung surfactant activity. Am J Respir Crit Care Med. 158: 28-35.##

Wright, J.R. (2004) Host defense functions of pulmonary surfactant. Biol Neonate. 85: 326-332.##