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Characterization of the inflammatory infiltrate and cytokine expression in the skin of horses with recurrent urticaria

Authors


  • Sources of Funding: This study was funded by an ESVD grant and a Swiss National Science Foundation grant (no. 310030_129837/1).

  • Conflict of Interest: No conflicts of interest have been declared.

  • Part of this study was published as an abstract: Vet Dermatol 2009; 21: 210.

Petra J. Roosje, Division of Clinical Dermatology, Department of Clinical Veterinary Medicine, Vetsuisse Faculty, University of Bern, PO Box 8466, 3001 Bern, Switzerland. E-mail: petra.roosje@vetsuisse.unibe.ch

Abstract

Background –  Recurrent urticaria (RU) is a common skin disease of horses, but little is known about its pathogenesis.

Hypothesis/Objective –  The aim of this study was to characterize the inflammatory cell infiltrate and cytokine expression pattern in the skin of horses with RU.

Animals –  Biopsies of lesional and nonlesional skin of horses with RU (n = 8) and of skin from healthy control horses (n = 8) were evaluated.

Methods –  The inflammatory cell infiltrate was analysed by routine histology. Immunohistochemistry was used to identify T cells (CD3), B cells (CD79), macrophages (MAC387) and mast cells (tryptase). Expression of T-helper 2 cytokines (interleukins IL-4, IL-5 and IL-13), a T-helper 1 cytokine (interferon-γ), IL-4 receptor α and thymic stromal lymphopoietin was assessed by quantitative RT-PCR.

Results –  In subepidermal lesional skin of RU-affected horses, increased numbers of eosinophils ( 0.01), CD79-positive ( 0.01), MAC387-positive ( 0.01) and tryptase-positive cells ( 0.05) were found compared with healthy horses. Subepidermal lesional skin of RU-affected horses contained more eosinophils ( 0.05) and tryptase-positive cells ( 0.05) compared with nonlesional skin. There was no significant difference in infiltrating cells between nonlesional skin and skin of healthy horses. Expression of IL-4 ( 0.01), IL-13 ( 0.05), thymic stromal lymphopoietin ( 0.05) and IL-4 receptor α ( 0.05) was increased in lesional skin of RU-affected horses compared with control horses. Expression of IL-4 was higher ( 0.05) in lesional compared with nonlesional RU skin.

Conclusions and clinical importance –  Analysis of cytokine expression and inflammatory infiltrate suggests that T-helper 2 cytokines, eosinophils, mast cells and presumptive macrophages play a role in the pathogenesis of equine RU.

Résumé

Contexte –  L’urticaire récidivant (RU) est une dermatose équine fréquente mais dont on connait peu la pathogénie.

Hypothèses/objectif –  Le but de cette étude était de déterminer le type de l’infiltrat inflammatoire cellulaire et le patron d’expression de cytokines de la peau de chevaux atteints de RU.

Sujets –  Des biopsies cutanées lésionnelles et non-lésionnelles de chevaux atteints de RU (n = 8) et de peau de chevaux contrôles sains (n = 8) ont été testées.

Méthodes –  L’infiltrat cellulaire inflammatoire a été analysé par histologie de routine. Les cellules T (CD3), B (CD79), les macrophages (MAC387) et les mastocytes (tryptase) ont été identifiées par immunohistochimie. L’expression des cytokines de T-helper 2 (interleukines IL-4, IL-5 et IL-13), de T-helper 1 (interféron-γ), d’ IL-4 récepteur α et de lymphopoïétine stromale thymique a étéévaluée par RT-PCR quantitative.

Résultats –  Dans la peau subépidermique lésionnelle de chevaux atteints de RU, un nombre augmenté d’éosinophiles (P ≤ 0.01), de cellules CD79-positive (≤ 0.01), MAC387-positive (P ≤ 0.01) et tryptase-positive (P ≤ 0.05) a été observé en comparaison avec les chevaux sains. Les lésions subépidermiques cutanées de chevaux atteints de RU contenaient plus d’éosinophiles (P ≤ 0.05) et de cellules tryptase-positives (P ≤ 0.05) comparéà la peau non-lésionnelle. Il n’y avait pas de différence significative de l’infiltrat cellulaire entre la peau non-lésionnelle et la peau de chevaux sains. L’expression d’IL-4 (P ≤ 0.01), IL-13 (P ≤ 0.05), lymphopoïétine stromale thymique (≤ 0.05) et d’ IL-4 récepteur α (P ≤ 0.05) était augmentée dans la peau lésionnelle de chevaux atteints de RU comparé aux chevaux contrôles. L’expression d’IL-4 était plus élevée (P ≤ 0.05) dans la peau lésionnelle comparéà la peau non-lésionnelle de chevaux atteints de RU.

Conclusions et importance clinique –  L’analyse de l’expression de cytokine et de l’infiltrat inflammatoire suggère que les cytokines T-helper 2, éosinophiles, de mastocytes et de macrophages présumés jouent un rôle dans la pathogénie de la RU équine.

Resumen

Introducción –  la urticaria recurrente (RU) es una enfermedad común en caballos, pero se sabe poco acerca de su patogénesis.

Hipótesis/objetivo –  el propósito de este estudio fue caracterizar el infiltrado celular inflamatorio y el patrón de expresión de citoquinas en la piel de caballos con RU.

Animales –  se evaluaron biopsias de piel con y sin lesiones de caballos con RU (n = 8) y de piel de caballos control normales (n = 8).

Metodos –  el infiltrado celular inflamatorio se analizó mediante histología básica. Se utilizaron técnicas de inmunohistoquímica para identificar los linfocitos T (CD3), linfocitos B (CD79), macrófagos (MAC387) y mastocitos (triptasa). La expresión de citoquinas de linfocitos ayudantes tipo 2 (IL-4, IL-5 e IL-13) y de linfocitos ayudantes tipo 1 (interferon- γ), receptor α de IL-4 y linfopoietina del estroma tímico fue investigada mediante RT-PCR.

Resultados –  en la zona subepidermal de biopsias de piel con lesiones de caballos afectados por RU se observó un incremento en el número de eosinófilos (P≤ 0,01), células CD79 positivas (≤ 0,01), células MAC387 positivas (P ≤ 0,01) y células triptasa-positivas (P ≤ 0,05) en comparación con la piel de caballos sanos. La zona subepidermal de las biopsias de piel con lesiones de caballos afectados con RU presentaron mayor numero de eosinófilos (P ≤ 0,05) y células triptasa-positivas (P ≤ 0,05) comparado con zonas de piel sin lesiones. No hubo diferencias significativas entre las biopsias de piel sin lesiones y la piel de caballos sanos. La expresión de IL-4 (P ≤ 0,01), IL-13 (P ≤ 0,05), linfopoietina del estroma tímica (≤ 0,05) y el receptor α de IL-4 (P ≤ 0,05) estuvo aumentada en las zonas de piel con lesiones de caballo afectados por RU comparado con los caballos control. La expresión de IL-4 fue mayor (P ≤ 0,05) en zonas de piel con lesiones comparados con zonas de piel sin lesiones en caballos con RU.

Conclusiones e importancia clínica –  el análisis de la expresión de citoquinas y del infiltrado inflamatorio sugiere que las citoquinas de los linfocitos ayudantes tipo 2, eosinófilos, mastocitos y posiblemente macrófagos juegan un papel de importancia en la patogénesis de RU equina.

Zusammenfassung

Hintergrund –  Wiederkehrende Urticaria (RU) stellen eine häufig auftretende Erkrankung des Pferdes dar, wobei über die Pathogenese dieser Erkrankung wenig bekannt ist.

Hypothese/Ziele –  Das Ziel dieser Studie war die Beschreibung des entzündlichen Zellinfiltrates sowie des Exprimierungmusters der Zytokine in der Haut von Pferden mit RU.

Tiere –  Biopsien läsionaler und nicht-läsionaler Haut bei Pferden mit RU (= 8) und gesunder Pferdehaut von Kontrolltieren (= 8) wurden evaluiert.

Methoden –  Das entzündliche Zellinfiltrat wurde mittels routinemäßiger Histologie analysiert. Die Immunhistochemie wurde eingesetzt, um T Zellen (CD3), B Zellen (CD79), Makrophagen (MAC387) und Mastzellen (Tryptase) zu identifizieren. Die Exprimierung von Zytokinen der T2-Helferzellen (Interleukin IL-4, IL-5 und IL-13), eines Zytokins der T1 Helferzellen (Interferon-Υ), IL-4 Rezeptor α und Thymic Stromal Lymphopoietin wurde mittels quantitativer RT-PCR untersucht.

Ergebnisse –  In subepidermaler läsionaler Haut von RU-betroffenen Pferden befand sich im Vergleich zu gesunden Pferden eine erhöhte Anzahl an Eosinophilen (≤ 0,01), CD79-positiven (≤ 0,01), MAC387-positiven (≤ 0,01) und Tryptase-positiven Zellen (≤ 0,05). Die subepidermale läsionale Haut von RU-betroffenen Pferden zeigte im Vergleich zu nicht-läsionaler Haut eine höhere Anzahl an Eosinophilen (≤ 0,05) und Tryptase-positiven Zellen (≤ 0,05). Es bestand kein signifikanter Unterschied zwischen den infiltrierenden Zellen der nicht-läsionalen Haut und der Haut der gesunden Pferde. Die Exprimierung von IL-4 (≤ 0,01), IL-13 (≤ 0,05), Thymic Stromal Lymphopoietin (≤ 0,05) und IL-4 Rezeptor α (≤ 0,05) war in der läsionalen Haut der RU-betroffenen Pferde im Vergleich zu den Kontrollpferden höher. Die Exprimierung von IL-4 war in läsionaler Haut im Vergleich zu nichtläsionaler RU Haut höher (≤ 0,05).

Schlussfolgerungen und klinische Bedeutung –  Die Analyse der Zytokinexprimierung und der Exprimierung des entzündlichen Infiltrates zeigt, dass die Zytokine der T2 Helferzellen, Eosinophile, Mastzellen und vermutlich Makrophagen bei der Pathogenese der RU des Pferdes eine Rolle spielen.

Abstract

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