Imunitní systém a vnější prostředí

MUDr. Markéta Vrbová, Ph.D.

Doctoral thesis

Immune system and external environment

Abstract:

Vývoj a modulace imunitní odpovědi probíhají od nejranějšího věku po narození dítěte v návaznosti na podmínky, jimž je jedinec vystaven, po celý život. Vliv změn vnějšího prostředí na rozvoj poruch imunitního systému, zejména alergických onemocnění, je již široce přijímán navzdory chybějící znalosti přesných mechanismů. Pro zachycení změn a porozumění mechanismům je klíčová kontinuita sledování. Nové technologie spolu s epidemiologickými šetřeními mají potenciál posunout naše poznání směrem k porozumění exposomu, komplexně zachyceným vlivům vnějšího prostředí, které se na rozvoji imunodysregulací podílejí. Realizaci těchto cílů umožňuje RECETOX (Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí) Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity). V disertační práci propojuji poznatky sesbírané v rámci epidemiologických studií uskutečněných v České republice a na Slovensku koncem 90. let (ELSPAC a Epidemic Investigation of Allergic Diseases among Children in the Slovak Republic) pro získání přehledu o alergických onemocněních ve středoevropské populaci. V rámci pilotní podstudie v rámci studie nové generace (CELSPAC:TNG) byla testována využitelnost nové technologie, hmotnostní spektrometrie pro měření markerů zánětu v suchých krevních skvrnách. Prokázali jsme atopický pochod v populaci dětí do pěti let věku, ale na úrovni jednotlivců není tak jasně zřejmý. Během sledování v čase klesal poměr jednotlivých alergických onemocnění, která se projevovala samostatně, a narůstala naopak kombinovaná alergická onemocnění, s vícečetnými příznaky. Studií ELSPAC jsme navázali pozorováním pískotů u nejmenších dětí. Patologické respirační fenomény (pískoty, suchý dráždivý kašel bez souvislosti s infekcí) jsou různorodou skupinou příznaků, iritačních a alergických. Zvyšující se expozice chemickým látkám v domácnosti korelovala s výskytem fenotypů pískotů. Persistentní fenotypy signifikantně korelovaly s rozvojem astmatu. Poukazujeme na zdravotní riziko zvýšeného používání chemických prostředků v domácnostech zvláště s malými dětmi. Pro měření systémové zánětlivé odpovědi jsme vyvinuli s rutinní imunonefelometrickou analýzou validní analýzu založenou na UHPLC-MS, která je schopna kvantifikovat řadu proteoforem klinicky významných plazmatických proteinů současně v minimálním množství vzorku. Tato metoda je aplikovatelná pro rozsáhlé kohortové studie s minimálně invazivním až neinvazivním sběrem biologických vzorků od dětských účastníků. Imunitní systém jako adaptační homeostatický mechanismus je zatěžován rychlými změnami v životním prostředí, nárůstem toxinů, znečištění, změnami v životním stylu, řadou faktorů, které vyvstaly v relativně krátké době, a jimiž je vychylována jeho evolučně ustálená rovnováha. Komplexní a rozsáhlé kohortové studie založené na podrobné epidemiologii co nejširšího spektra rizikových faktorů a analýze vnějšího prostředí studované populace i vzorků biologického materiálu od zúčastněných pomocí citlivých metod mohou objasnit klíčové změny stojící za současným trendem nárůstu onemocnění spojených s poruchami imunitního systému.

Abstract:

The development and modulation of an immune response have been occurring throughout the life since the earliest age after the birth, following the conditions to which an individual is exposed. The influence of environmental factors on the development of immune system disorders, especially allergic diseases, has already been widely accepted despite the lack of knowledge of the exact mechanisms. Continuous monitoring is essential to capture the change and find the mechanism. New technologies accompanying epidemiological research have the potential to drive our knowledge towards understanding the exposome, comprehensively captured factors of the external environment, which are involved in the development of immunodysregulation. To achieve these goals,RECETOX (Research Centre for Toxic Compounds in the Environment) at the Faculty of Science, Masaryk University is merited for the realization of the population health research. In this dissertation thesis I combine epidemiological investigation of two 1990’s studies conducted in the Czech and Slovak Republics (ELSPAC a Epidemic Investigation of Allergic Diseases among Children in the Slovak Republic) to achieve an overlook of allergic diseases in the Middle European paediatric population. For the next generation longitudinal study (CELSPAC: TNG) currently starting, advanced technologies, e.g. mass spectrometry, have been enrolled to enable inflammatory markers quantification in dried blood spots. We demonstrated an atopic march in the population of small children under five years of age. During the time course, the proportion of single allergic diseases decreased whereas combined allergic manifestations increased. Wheezing was closely investigated in related ELSPAC study. Adverse respiratory symptoms (dry irritating cough not associated with infection and wheezing on chest) belong both among irritations and allergies. Increased household chemical-based products use correlated with increased the manifestation of various wheezing phenotypes. Persistent phenotypes were significantly associated with subsequent asthma development. Household chemical-based products extensive use should be avoided especially when there are small children in the household due to their airways’ vulnerability. Further, to assess a systemic inflammatory response, we present a novel method, UHPLC-MS based protocol, which is comparable to routine immunonephelometry assay. We are able to quantify various proteoforms of clinically relevant inflammatory proteins in a multiplex assay using minimal size of a mini- or non-invasively obtained biological sample, suitable for paediatric population-wide research. The immune system, as an adaptive homeostatic mechanism, is stressed by rapid changes in the external environment. Increased toxins, pollution, lifestyle changes, a number of factors have arisen in a relatively short time period and deviate its evolutionary steady state balance. Comprehensive large cohort studies utilizing detailed epidemiology of the widest range of risk factors and precise analysis of the external environment of the study population and biological material samples from participants using sensitive methods can elucidate the key changes behind the current trend of immune dysregulations epidemy.

Keywords

alergie, atopický pochod, domácí chemosféra, hmotnostní spektrometrie, pískoty, suchá krevní kapka, allergy, atopic march, dried blood spots, household chemosphere, mass spectrometry, wheezing

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 11. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 22. 3. 2021
• Supervisor: prof. MUDr. Vojtěch Thon, Ph.D.
• Reader: doc. MUDr. Pavlína Králíčková, Ph.D., prof. MUDr. Ludmila Prokešová, CSc.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Medical Microbiology, Immunology and Pathology / Medical Microbiology and Immunology