Allergic rhinitis and asthma : A gene expression comparative analysis in mice

Abstract

Allergic rhinitis (AR) and asthma are related diseases, however, recent reports suggest that the immune response to the same stimulus differs between the nose and the lung. This study investigates the gene expression and related pathways associated with AR and allergic asthma in a mouse model using bulk RNA sequencing. We induced AR and allergic asthma simultaneously in mice, and the four samples of nose and the three samples of lung were analyzed. Histopathological examination confirmed successful induction of AR and asthma, with increased epithelial thickness, eosinophils, and goblet cells. Bulk RNA sequencing revealed not only common immune-related pathways but also different gene expression patterns in the nose and the lung. However, comparison between the two organs showed unique pathway activation, emphasizing the tissue-specific nature of allergic responses. Identified up-regulated genes, such as SLC26A4 and CXCL9 in asthma, and Ltf in AR, were validated through immunofluorescence (IF) staining. The study showed the potential for tailored therapeutic approaches considering the distinct characteristics of upper and lower airways. There are differences in highly expressed genes and enriched pathways between AR and allergic asthma. AR and allergic asthma can be said to be un-unified airways with different pathogenesis, and this aspect should be considered in the study of pathophysiology or developing therapeutic agents for these un-unified airways. 알레르기 비염과 천식은 서로 연관된 것으로 알려져 있는 질병이지만 최근 연구에 따르면 동일한 자극에 대한 면역 반응이 코와 폐에서 다르게 나타날 수 있다고 보고되었다. 그러나 어떤 기전이 다른지는 아직 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 생쥐에서 알레르기성 천식과 알레르기성 비염을 동시에 유발한 후 Bulk RNA 시퀀싱을 통해 폐와 코에서 어떤 유전자와 경로가 다른지 분석했다. 실험은 총 7마리의 생쥐, 4개의 대조군 생쥐와 3개의 알레르기 생쥐에 대해 수행되었다. 병리조직학검사를 통해 알레르기 비염과 천식이 동시에 유발되었음을 확인하였으며, 조직 상피 두께, 호산구, 점액세포의 증가가 관찰되었다. Bulk RNA 시퀀싱 결과 코와 폐는 공통적인 면역 관련 경로를 보였지만 연관된 유전자 발현은 다른 것으로 나타났다. 또한 알레르기 반응에서 두 기관을 비교했을 때는 서로 다른 경로의 활성화가 나타나 알레르기 반응의 기관 특이성을 확인할 수 있었다. Bulk RNA 시퀀싱을 통해 유전자 발현을 비교했을 때 천식에서는 SLC26A4 및 CXCL9, 비염에서는 락토페린 유전자의 과발현이 보였고 이는 면역형광 염색에서도 관찰되었다. 알레르기성 호흡기 질환에서 폐와 코는 발현되는 유전자와 경로에서 많은 차이가 있었다. 그러므로 폐와 코는 서로 다른 병인을 갖는 비통합 기도라 할 수 있으며, 병태생리학이나 치료제에 있어서 이러한 측면이 고려되어야 할 것이다.