The role of High Mobility Group Box 1 chromosomal protein in the pathogenesis of chronic sinusitis and nasal polyposis
Il ruolo della proteina cromosomica HMGB1 nella patogenesi della rinosinusite cronica e della poliposi nasale
L.M. Bellussi1, L. Chen2, D. Chen2, F.M. Passali3, D. Passali1
1 Department of Human Pathology and Oncology, O.R.L. Division, University of Siena, Italy; 2 Department of Otolaryngology, Head and Neck Surgery, Chinese PLA (People Liberation Army), General Hospital Beijing, China; 3 Department of Surgery, ENT Clinic “Tor Vergata”, University Rome, Italy
Summary
Chronic rhinosinusitis with nasal polyposis is considered to be a multifactorial disease where different stimuli (mechanical, viral, bacterial, fungal infection, immunological disorders or dysreactivity, environmental pollution), acting on the mucosa of nasal cavities and paranasal sinuses, lead to epithelial damage and mucosal inflammation. Inflammatory cell infiltration (predominantly eosinophils, but also neutrophils, mast cells, macrophages and lymphocytes), cytokine release and sub-epithelial oedema are the histological pictures that are associated, from the clinical point of view, with nasal congestion, secretion and/or post-nasal drip and facial pain/headache. Recently, the importance of the HMG B-1 protein in the pathogenesis of several inflammatory diseases has been demonstrated. This protein is released from necrotic/damaged cells or immune-activated cells, and by acting on specific membrane receptors causes the release of pro-inflammatory mediators, endothelial activation and the survival of inflammatory cells. The objective of the present study was: i) to determine whether HMG B1 is augmented in chronic rhinosinusitis with nasal polyps; ii) if its expression is associated with eosinophils, TNF-α, IL 5 and IL 8 cytokines typically present in chronic inflammation of the nose and paranasal sinuses; iii) to investigate a hypothetical role of this protein in the pathogenesis of nasal polyposis. Nasal polyps tissue from 21 patients affected by CRSwNP and nasal mucosa from 8 controls was collected at the ENT Department of the Chinese PLA General Hospital and underwent immunohistological staining for detection of HMG B1 protein and IL -5, IL -8 and TNF-α inflammatory cytokines. The degree of HMG B1 protein expression was evaluated by dividing the stained sections in 4 portions: 1) nucleus of epithelial cells, 2) cytoplasm of epithelial cells, 3) focal extracellular infiltration, 4) inflammatory cells. HMG B1 was more expressed in the nucleus of epithelial cells of patients compared with controls. In contrast, epithelial cytoplasm HMG B1 staining was significant lower in patients. Sub-epithelial focal infiltration of HMG B1 protein expression was lower in controls, whereas the expression of HMG B1 in the inflammatory cells in patients was significantly increased in comparison with controls. These data, together with the correlation we found between HMG B1 protein expression in different portions and the number of eosinophils infiltrating cells, or IL -5, IL -8 and TNF-α positive cells in patients, suggest that HMG B1 may play a crucial role in the pathogenesis of chronic rhinosinusitis with nasal polyps.
Riassunto
La rinosinusite cronica associata o meno a poliposi nasale è considerata una patologia multifattoriale nella quale stimoli di diversa natura (traumi meccanici, infezioni virali, batteriche, fungine, deficit o disreattività immunologica, inquinamento ambientale) agendo sulla mucosa delle cavità nasali e dei seni paranasali ne danneggiano l’epitelio e portano ad infiammazione sub-epiteliale cronica. L’infiltrazione eosinofila, l’espressione di citochine infiammatorie e l’edema sono il corrispettivo istologico del quadro clinico caratterizzato da ostruzione/congestione nasale, secrezione nasale anteriore e posteriore, algie cranio-facciali. Recentemente è stata dimostrata l’importanza della proteina cromosomica HMGB1 nella patogenesi di diverse e numerose patologie infiammatorie; tale proteina viene rilasciata dalle cellule necrotiche/danneggiate o dalle cellule attivate da stimoli immunologici e agendo su specifici recettori di membrana, determina il rilascio di mediatori pro-infiammatori, con richiamo dall’endotelio, attivazione e sopravvivenza di cellule infiammatorie. Obiettivo del presente studio è stato quello di determinare se la proteina HMGB1 è aumentata nella sinusite cronica associata a poliposi nasale; se la sua espressione è associata ad un aumento degli eosinofili, e dell’espressione di IL-5, IL-8 e TNF-α (citochine tipicamente presenti nell’infiammazione cronica dei seni paranasali) al fine di verificare l’ipotesi di un ruolo di questa proteina nella patogenesi della poliposi nasale. Campioni di mucosa naso-sinusale da 21 pazienti affetti da rinosinusite cronica e poliposi nasale e da 8 soggetti di controllo sono stati raccolti presso l’ENT Department del Chinese PLA General Hospital di Pechino e sottoposti a colorazione immunoistochimica per la ricerca della proteina HMGB1 e delle citochine proinfiammatorie IL-5, IL-8, e TNF-α. Il grado di espressione di HMGB1 è stato valutato dividendo le sezioni colorate in 4 porzioni: 1) nucleo delle cellule epiteliali; 2) citoplasma delle cellule epiteliali; 3) infiltrazione extracellulare focale; 4) cellule infiammatorie. HMGB1 è risultata più espressa nel nucleo delle cellule epiteliali dei pazienti rispetto ai controlli. Al contrario la colorazione positiva per HMGB1 nel citoplasma delle cellule epiteliali era meno evidente nei pazienti, così come l’espressione sub-epiteliale focale è risultata meno evidente nei soggetti di controllo. L’espressione di HMGB1 nelle cellule infiammatorie dei pazienti era aumentata in modo significativo rispetto ai controlli. Questi dati, unitamente alla correlazione da noi trovata tra l’espressione di HMGB1 nelle diverse localizzazioni e il numero di eosinofili o di cellule IL-5, IL-8 and TNF-α positive nei pazienti, suggeriscono che HMGB1 possa giocare un ruolo cruciale nella patogenesi della rinosinusite cronica e della poliposi nasale.