Novel Methods for Development of a Neutrophilic Nasal Polyp Murine Model Using Lipopolysaccharide or Polyinosinic:polycytidylic acid

Abstract

Nasal polyps can be classified as eosinophilic and neutrophilic polyps, based on the type of immune cell infiltration and cytokines. While a murine model of eosinophilic nasal polyp was previously developed using ovalbumin (OVA) combined with staphylococcal enterotoxin B (SEB), a neutrophilic nasal polyp murine model was not well established. In addition, several factors including bacteria, viruses, or fungi have been considered to play potential roles in nasal tissue remodeling in the rhinosinusitis, but the immunological role of bacterial or viral stimuli triggering polyp development remains unclear. The present study aimed to establish a murine model of neutrophilic nasal polyp and to compare the different immune responses to bacterial– and viral–derived stimuli using lipopolysaccharide (LPS) and polyinosinic:polycytidylic acid [poly(I:C)]. BALB/c mice were sensitized and challenged with OVA and SEB, with or without systemic/local LPS, and it was determined whether systemic or local stimulation of LPS is essential for neutrophilic nasal polyp development. In addition, BALB/c mice were stimulated with poly(I:C) both systemically and locally. The consequent histopathological findings, cytokines, and serum immunoglobulins were analyzed according to the groups stimulated with LPS or poly(I:C). When mice were systematically and locally stimulated with LPS, neutrophilic infiltration and Th1/Th17 immune environment were predominantly induced in the nasal polyp. While a murine model of nasal polyp was well developed with no significant differences in polyp formations and epithelial disruptions among the experimental groups, the local cell recruitment patterns slightly differed in animals that received either LPS or poly(I:C). Additionally, the local immune environments generated by LPS or poly(I:C) stimulation varied. LPS stimulation induced a marked Th1/Th17 response and predominantly neutrophilic nasal polyp formations, whereas poly(I:C) induced a Th2–skewed environment in neutrophilic nasal polyp development. We developed the neutrophilic polyp murine model by dual systemic/local stimulation of LPS or poly(I:C). Overall, our findings show that both cell recruitment patterns and local immune environments induced by these two stimuli differ, which may have implications in the physiopathology of rhinosinusitis with nasal polyp.

서론: 비강 폴립은 침윤된 면역세포의 유형과 사이토카인에 따라 호산구성과 호중구성으로 분류할 수 있다. 호산구성 비강 폴립의 마우스 모델은 이미 난알부민과 포도상 구균 장독소 B (SEB)으로 감작하여 개발되었지만, 호중구성 비강 폴립의 마우스 모델은 아직까지 잘 확립되어 있지 않다. 또한 박테리아, 바이러스, 또는 진균을 포함한 여러 요인이 비강 조직의 재형성 및 비부비동염에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있고, 박테리아 유래성분인 LPS와 합성 바이러스 유사체인 poly(I:C)가 호중구성 면역반응을 유발한다고 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 LPS 또는 poly(I:C)를 이용하여 새로운 호중구성 비폴립 마우스 모델을 개발하고, 박테리아와 바이러스 자극에 따른 면역반응을 비교하고자 하였다. 방법: 이전에 개발된 BALB/c 마우스에 난알부민과 SEB로 감작된 호산구성 비폴립 모델을 기반으로 LPS 전신 자극, LPS 국소 자극, LPS 전신/국소 자극을 추가로 하여 호중구성 폴립의 생성 유무를 관찰하여 전신 또는 국소 자극이 호중구성 비폴립 형성에 필수적인지 여부를 결정하였다. 또한 poly(I:C)를 전신/국소 자극을 주어 LPS군과 조직 병리학적 소견, 사이토 카인 및 혈청 면역 글로불린 등 면역반응을 비교 분석하였다. 결과: LPS 전신 및 국소 자극을 모두 주었을 때 호중구 침윤이 유도되며 Th1/Th17 면역 반응을 보이는 비폴립이 형성된 것을 관찰할 수 있었다. 또한 LPS와 poly(I:C)를 전신 및 국소 자극을 준 경우 모두 호중구성 비폴립 마우스 모델이 개발되었지만, 면역 세포의 패턴 및 사이토카인의 발현이 서로 다르게 나타났다. LPS 자극은 IL–4, IL–5, IL–13은 감소하고 IL–17A, IFN–γ는 증가한 반면, poly(I:C) 자극은 호산구성 폴립모델인 양성 대조군의 IL–4, IL–5, IL–17A, IFN–γ에 비해 유의한 차이를 보이지 않았으며, LPS 자극에는 TSLP와 IL–33가 poly(I:C) 자극에는 TSLP와 IL–25가 증가하였다. 결론: 난알부민과 SEB로 감작된 호산구성 비폴립 모델에서 LPS 또는 poly(I:C)의 추가적인 전신 및 국소 자극은 호중구성 비폴립을 형성하여 새로운 마우스 모델을 개발할 수 있었다. LPS는 Th1/Th17 반응이 현저한 반면 poly(I:C)는 Th2에 치우친 서로 다른 면역반응을 보여, 이는 박테리아와 바이러스 자극이 호중구성 비폴립을 동반한 비부비동염의 병태생리학에 영향을 미칠 수 있음을 보여주었다.