Segmentele bronchoprovocatie met antigen werd gebruikt om de allergische luchtwegreactie te bestuderen. De onmiddellijke reactie op antigeen gaat gepaard met de activering van mestcellen, waardoor deze reeds gevormde mediatoren vrijgeven, waaronder histamine en tryptase. Bronchoprovocatiestudies kunnen worden uitgevoerd met lage, middelmatige of hoge doses antigeen challenge, met een zoutoplossing als controle. Kort na blootstelling aan een zoutoplossing of een lage dosis antigeen kunnen slechts lage concentraties LTC4 worden teruggewonnen door BAL (18). Bij blootstelling met een hoge dosis antigeen was er een onmiddellijke toename in LTC4 niveaus, vermoedelijk als gevolg van het vrijkomen van mestcellen na de antigeentrigger (18). Echter, 48 uur na antigeen challenge was het beeld heel anders; antigeen challenge verhoogde duidelijk en dosis-afhankelijk de hoeveelheid LTC4 in BAL vloeistof. De LTC4-concentraties correleerden sterk met het aantal eosinofielen dat in de luchtwegen werd gerekruteerd (figuur 1), wat suggereert dat antigeenuitdaging rekrutering en activering van eosinofielen veroorzaakt.
Fig. 1. Correlatie tussen eosinofielen en LTC4 48 uur na segmentale antigeenbronchoprovocatie. De regressielijn (ononderbroken lijn) en 95%-betrouwbaarheidsniveaus (stippellijnen) worden getoond.
De mechanismen van rekrutering en activering van eosinofielen zijn niet volledig vastgesteld; het is echter waarschijnlijk dat eosinofielen die naar de luchtwegen zijn gerekruteerd LTC4 vrijgeven, waar het de gladde spiertonus in de luchtwegen en de vasculaire permeabiliteit kan beïnvloeden. In verband met de late reactie op antigeen worden pro-inflammatoire cytokinen aangemaakt, waaronder IL-5. Dit cytokine is belangrijk voor de stimulering van de beenmergproductie van eosinofielen, de rekrutering (of beschikbaarheid voor rekrutering) van eosinofielen naar de luchtwegen, en mogelijk, de functie van deze cellen. Of IL-5 of andere cytokinen ook bepalend zijn voor het vrijkomen van LTC4 uit eosinofielen moet nog volledig worden vastgesteld.
In een voorlopige studie met vier patiënten met astma verhoogde inhalatie van LTE4 het aantal eosinofielen en neutrofielen dat 4 uur later in mucosale biopten werd aangetroffen (19). Het gemiddelde aantal eosinofielen was 10-maal hoger dan het aantal neutrofielen. LTE4 inhalatie kan dus niet alleen luchtwegobstructie veroorzaken, maar lijkt ook in staat de rekrutering van eosinofielen te sturen.
Sommige patiënten met astma zijn intolerant voor aspirine, een reactie die afhankelijk lijkt te zijn van de aanmaak van cysLTs. Deze aandoening wordt gewoonlijk aangetroffen bij personen met niet-allergisch astma met naast elkaar bestaande neuspoliepen en sinusitis, en met ernstiger astma. Na toediening van aspirine aan deze patiënten treedt een sterke daling van de FEV1 op, met een daarmee gepaard gaande toename van de naso-oculaire tekenen en symptomen (20). Deze personen hebben vaak een ernstige rinorroe die optreedt in combinatie met de ontwikkeling van luchtstroomobstructie. Aangezien tryptase en histamine aantoonbaar zijn in nasale afscheidingen van deze patiënten, is bij deze reactie op aspirine waarschijnlijk mastcelactivatie betrokken. Na blootstelling aan aspirine is er een duidelijke toename van de uitscheiding van LTE4 in de urine bij astmapatiënten met een gevoeligheid voor aspirine. Bij astmapatiënten die niet gevoelig zijn voor aspirine wordt deze toename van de uitscheiding van LTE4 in de urine niet waargenomen. Astma veroorzaakt door aspirine is dus een andere situatie waarin de ontwikkeling van luchtwegobstructie gepaard gaat met een verhoogde productie van cysLT. Omdat aspirine-geïnduceerde astma niet altijd gepaard gaat met een verhoogde hyperresponsiviteit van de luchtwegen, lijkt dit syndroom vooral een acute contractiele reactie van de gladde spieren van de luchtwegen te zijn, waarvoor de cysLT’s de belangrijkste mediatoren zijn.
Er zijn waarnemingen die suggereren dat cysLT’s betrokken lijken te zijn bij de ontstekingscomponenten van astma. Zo veroorzaakt een antigeen-uitdaging bij sommige astmapatiënten zowel in de vroege als in de late fase luchtwegobstructie. De FEV1 daalt onmiddellijk na het antigeen, en ongeveer 6 uur later treedt een tweede fase van luchtwegobstructie op. Bij patiënten die zowel een vroege- als een late-fase respons vertonen, is er een significante toename in de uitscheiding van LTE4 in de urine in relatie tot de antigeenuitdaging, waarbij 6 tot 7 uur na de antigeenuitdaging hogere LTE4 niveaus worden waargenomen (21) (figuur 2). De late-fase-respons wordt geassocieerd met verhoogde luchtweghyperresponsiviteit en luchtwegontsteking, zoals kan worden waargenomen wanneer BAL- of mucosale biopsieën worden uitgevoerd. Men zou dus het volgende scenario kunnen postuleren: antigeenuitlokking leidt tot de aanmaak van cysLT, dat op zijn beurt de werving van eosinofielen in gang zet. Rekrutering van deze cellen in de luchtwegen kan bronchiale gevoeligheid voor ontstekingseffecten en hyperresponsiviteit veroorzaken. Hoewel dit duidelijk een oversimplificatie is van de werkelijke gebeurtenissen, illustreert het toch de relatie van deze processen tot de pathofysiologie van de late-fase-reactie, een model van luchtwegontsteking.
Fig. 2. Verandering in FEV1 (%) bij vijf proefpersonen die een late geïsoleerde astmatische respons ontwikkelden na inhalatie van beroepsmatige sensibiliserende stoffen (gesloten cirkel) en na inhalatie van het juiste verdunningsmiddel (open cirkel). Ook geïllustreerd zijn de niveaus van LTE4 in de urine (gemiddelde en SEM) gemeten vóór inhalatie van de verdunner (open balken) of de sensibilisator (gesloten balken) tussen 2 en 3 uur en tussen 6 en 7 uur na inhalatie. Overgenomen uit referentie 21.
In studies waarin epitheelcellen en luchtwegbiopten van astmapatiënten werden geëvalueerd, zijn verschillende markers voor een verhoogde leukotriënenproductie gevonden. Het aantal 15-lipoxygenase-positieve cellen in bronchiale mucosale biopten van patiënten met astma bleek aanzienlijk hoger te zijn dan bij gezonde personen (22).
Een aantal aanwijzingen wijst ook op de mogelijkheid dat cysLT’s een directe rol spelen bij de ontwikkeling van hyperresponsiviteit van de luchtwegen. Aangetoond is dat de histamine-responsiviteit toeneemt na inademing van LTE4 – een effect dat 7 uur later maximaal was, maar na 4 dagen nog steeds duidelijk (23). Metacholine daarentegen heeft geen invloed op de histamine-responsiviteit. In een andere studie werd de histamine respons niet veranderd over een periode van 7 uur na blootstelling aan zoutoplossing of methacholine. De histamine respons was echter verhoogd na inhalatie van LTC4, LTD4, of LTE4 – met maximale effecten na 4 uur (24). Het mechanisme waarmee cysLTs de luchtwegreactie op histamine beïnvloedden is niet beschreven. Het is echter verleidelijk te speculeren dat het ontstekingsverschijnselen in de luchtwegen betreft, waarbij eosinofielen zouden kunnen worden gerekruteerd, zoals eerder is gerapporteerd na inhalatie van LTE4 (19).