Naukowcy wiedzą, że infekcje wirusowe mogą zaostrzać astmę, a tym samym zwiększać wrażliwość osób cierpiących na tę chorobę na czynniki środowiskowe, takie jak endotoksyna. Nie było jednak jasne, w jaki sposób infekcje wirusowe przyczyniają się do tej wrażliwości komórek dróg oddechowych. Niedawne badanie prowadzone przez badaczy z University of Iowa Roy J. and Lucille A. Carver College of Medicine oraz Veterans Affairs Medical Center (VAMC) w Iowa City po raz pierwszy pokazuje, że infekcje wirusowe mogą zwiększać wrażliwość środowiskową w komórkach nabłonka płuc (powierzchniowych) poprzez zmianę ekspresji receptorów na tych komórkach. Wykorzystując modele komórkowe, zespół wykazał w szczególności, że zakażenie syncytialnym wirusem oddechowym (RSV) zwiększa liczbę receptorów typu zwanego Toll-4 na komórkach dróg oddechowych. Ten receptor Toll-4 może stanowić przyczółek dla wdychanej endotoksyny, naturalnie występującego zanieczyszczenia środowiska, które pochodzi od bakterii i znajduje się w kurzu domowym, pyle zbożowym i przedmiotach takich jak poduszki. Obecność receptorów dla endotoksyny prowadziłaby do interakcji między komórką nabłonka a endotoksyną i potencjalnie powodowałaby stan zapalny. Badanie ukazało się w wydaniu Journal of Biological Chemistry z 26 grudnia 2003 roku. "Ogólny obraz jest taki, że infekcje wirusowe mogą regulować w górę lub zwiększać jeden lub więcej receptorów na komórkach dróg oddechowych i czynić je bardziej wrażliwymi na ekspozycje środowiskowe. Mogłoby to wyjaśniać indukowane przez wirusy zaostrzenia astmy obserwowane u osób z astmą" - powiedziała Martha Monick, starszy asystent naukowy w Oddziale Chorób Płuc, Opieki Krytycznej i Medycyny Pracy w Klinice Chorób Wewnętrznych UI i współautorka badania. Monick powiedziała, że inspiracją do przeprowadzenia badania było wprowadzenie endotoksyny do normalnych komórek nabłonka dróg oddechowych i zaobserwowanie braku reakcji zapalnej. "Zastanowiło nas to, więc zaczęliśmy myśleć o receptorach na komórkach płuc" - powiedział Monick. "Kiedy szukaliśmy w normalnych komórkach płuc receptorów dla endotoksyny, okazało się, że ich poziom był bardzo niski i znajdowały się one wewnątrz komórki, a nie na jej powierzchni". Dzięki tej obserwacji badacze chcieli sprawdzić, co dzieje się z receptorami endotoksyny, gdy modele komórek płuc są infekowane wirusem. Zespół wykorzystał RSV, który zwykle nie powoduje poważnych chorób u zdrowych ludzi, ale ma epidemiologiczne powiązania z astmą i zaostrzeniami astmy. Stwierdzono, że wirus ten zwiększa zarówno ilość, jak i ekspresję powierzchniową receptorów dla endotoksyny na komórkach wyściełających drogi oddechowe. Następnie wystawili zainfekowane RSV komórki płuc na działanie endotoksyny i zaobserwowali zwiększoną odpowiedź zapalną. "Zwiększona ekspresja receptora Toll-4 po infekcji wirusowej znacznie zwiększyła wrażliwość komórek nabłonkowych na ekspozycję na endotoksynę" - powiedział dr Gary Hunninghake, autor badania i Sterba Professor of Internal Medicine w UI Carver College of Medicine oraz badacz i lekarz personelu w Iowa City VAMC. Zwiększona odpowiedź endotoksyny powoduje powstawanie białek, które wywołują stan zapalny, zwężając drogi oddechowe osób cierpiących na astmę. Prawdopodobnie wirusy zwiększają również reakcję dróg oddechowych na inne czynniki środowiskowe. Ta zwiększona niespecyficzna reakcja astmatycznych dróg oddechowych na ekspozycje środowiskowe jest typową cechą astmy, powiedział Hunninghake. "Kolejnym etapem tych badań jest ustalenie, czy wirusy wywołują ten sam efekt u osób z astmą" - powiedział Hunninghake, który kieruje Wydziałem Pulmonologii, Opieki Krytycznej i Medycyny Pracy UI, a także kieruje programem studiów podyplomowych w zakresie biomedycyny translacyjnej. Zespół zbada, czy zaobserwowana przez nich zmiana w ekspresji receptora po zakażeniu RSV wystąpi w zwierzęcych modelach astmy oraz w komórkach pobranych z popłuczyn z nosa pacjentów z astmą. Oprócz Monicka i Hunninghake'a, w skład zespołu wchodził współautor Timur Yarovinsky, dr, asystent naukowca UI w dziedzinie chorób wewnętrznych. Gunnar Gudmundsson, M.D., Ph.D., były stypendysta UI w dziedzinie chorób wewnętrznych, obecnie w National University Hospital w Reykjaviku na Islandii, również przyczynił się do badania.