Surfactant proteins and cytokines in inflammation-induced preterm birth : experimental mouse model and study of human tissues

Abstract

<div lang="en" class="abs"><p class="abs_header">Abstract</p><p>Prematurity is the main cause of morbidity and mortality in infants. In 25–40% of the cases preterm birth is associated with intrauterine inflammation. Surfactant proteins (SPs) A, C, and D have roles in innate immunity. In the female reproductive tract and in amniotic fluid (AF), these proteins may modulate the inflammatory responses leading to preterm birth.</p><p>The aim of the present study was to establish a mouse model of lipopolysaccharide (LPS)-induced preterm birth of live-born pups and to study the activation of the innate immune system. By using mice overexpressing either rat SP-A (rSP-A) or rSP-D the roles of SP-A and SP-D in inflammatory responses were investigated. In addition, the expression of SP-C in gestational tissues was analyzed. The association of SP-C single nucleotide polymorphism (Thr138Asn) with spontaneous preterm birth and preterm premature rupture of membranes (PPROM) was investigated in a homogenous northern Finnish population of mothers and infants.</p><p>Wild-type (WT) mice were injected with a single dose of intraperitoneal LPS at 16 or 17 days of gestation (term 19–20 days) leading to preterm delivery of live-born fetuses. After LPS, cytokine levels increased rapidly in maternal serum and in the uterus. This maternal inflammatory response was followed by the modest inflammatory activation in fetal and feto-maternal compartments. In fetal lung the expression of SP-A and SP-D was downregulated.</p><p>The overexpression of SP-A or SP-D was evident in gestational tissues of rSP-A or rSP-D mice, respectively. In addition, excess of these proteins was detected in AF. Overexpression of either rSP-A or rSP-D modulated the LPS-induced inflammatory response related to preterm birth. Most notably, the expression of IL-4 and IL-10 in uteri and IL-10 in fetal membranes was lower in overexpressing animals. SP-C was detected in mouse and human placentas, fetal membranes, and in uteri of pregnant mice. The fetal SP-C polymorphism strongly associated with the duration of PPROM.</p><p>The present study provides new information about the molecular events in inflammation induced preterm birth, particularly about the roles of cytokines and SPs in this process. Understanding of the mechanisms involved in preterm parturition may provide means for prevention and management of preterm births in the future.</p></div>

<div lang="fi" class="abs"><p class="abs_header">Tiivistelmä</p><p>Ennenaikaisuus on suurin vastasyntyneiden terveyttä ja henkeä uhkaava vaara. Kohdunsisäiset tulehdusreaktiot ovat ennenaikaisten synnytysten yleisimpiä aiheuttajia. Surfaktanttiproteiinit (SP:t) A, C ja D osallistuvat synnynnäisen immuniteetin säätelyyn. Voidaan olettaa, että synnytyskanavassa ja lapsivedessä surfaktanttiproteiinit säätelevät ennenaikaiseen synnytykseen johtavia tulehdusreaktioita.</p><p>Tutkimuksen tavoitteena oli luoda hiirimalli, jossa ennenaikainen synnytys saadaan aikaan lipopolysakkaridin (LPS:n) injektiolla vatsaonteloon. Hiirimallin avulla tutkittiin puolustusjärjestelmän aktivaatiota sekä äidin että sikiön kudoksissa. Rotan SP-A:ta (rSP-A:ta) tai rSP-D:tä yli-ilmentävien hiirten avulla selvitettiin, muuttavatko nämä proteiinit ennenaikaiseen syntymään johtavaa vastetta. Lisäksi määritettiin SP-C:n ilmentyminen hiiren ja ihmisen kohdussa, sikiökalvoilla ja istukassa. SP-C-geenin yhden emäksen polymorfian (Thr138Asn) liittymistä ennenaikaiseen synnytykseen tai sikiökalvojen puhkeamiseen tutkittiin homogeenisessä pohjoissuomalaisessa tutkimuspopulaatiossa.</p><p>Villin tyypin hiirille raskauden 16. tai 17. päivänä annettu LPS-annos sai aikaan elävien poikasten ennenaikaisen syntymisen. Emon seerumissa havaittiin sytokiinipitoisuuksien nopea nousu LPS:n vaikutuksesta. Emon tulehdusvaste johti synnynnäisen immuniteetin aktivaatioon istukassa, sikiökalvoilla ja kohdussa, kun taas muutokset sikiön kudoksissa olivat pieniä. Sikiön keuhkoissa SP-A:n ja SP-D:n ilmentyminen väheni.</p><p>SP-A:ta tai SP-D:tä yli-ilmentävillä hiirillä havaittiin lisääntynyt SP-A:n tai SP-D:n määrä kohdussa, sikiökalvoilla, istukassa ja lapsivedessä. SP-A:n tai SP-D:n yli-ilmentyminen muutti LPS:n aiheuttamaa tulehdusvastetta. Erityisesti IL-4:n ja IL-10:n ilmentyminen kohdussa ja IL-10:n ilmentyminen sikiökalvoilla vähenivät. SP-C:n ilmentyminen havaittiin hiiren ja ihmisen istukassa ja sikiökalvoilla sekä hiiren kohdussa raskauden aikana. Sikiön SP-C-geenin polymorfia liittyi sikiökalvojen ennenaikaisen puhkeamisen kestoon.</p><p>Tutkimus antaa lisätietoa tulehduksen aiheuttaman ennenaikaisen synnytyksen mekanismista sekä sytokiinien ja SP-A:n SP-D:n osuudesta synnytystapahtumassa. Mekanismin ymmärtäminen on erittäin tärkeää, jotta ennenaikaiset synnytykset voitaisiin tulevaisuudessa ehkäistä tehokkaammin.</p></div>