Canine idiopathic pulmonary fibrosis in West Highland White Terriers : Natural history and TGF-β related molecular pathways

Canine idiopathic pulmonary fibrosis (CIPF) is an incurable fibrosing lung disease occurring mainly in West Highland White Terriers (WHWTs). The clinical picture of CIPF has many similarities with human idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). Signs include dry cough, exercise intolerance, and respiratory difficulties. Prognosis for CIPF and human IPF is poor, and only limited treatment options are available. Histopathological CIPF shares features of both human usual interstitial pneumonia (UIP), the pathological counterpart of human IPF, and other human idiopathic interstitial pneumonia, the non-specific interstitial pneumonia (NSIP). Chronic bronchitis (CB) is the main differential diagnosis for CIPF, but antemortem differentiation can be challenging, as surgical lung biopsies are seldom taken and no clinically useful biomarkers are currently available. The natural history of CIPF has not been previously studied and little is known about the molecular pathophysiology of CIPF. This thesis describes the clinical course, survival, and evaluation of exercise intolerance using the 6-minute walk test in CIPF WHWTs. Bronchoalveolar lavage fluid (BALF) protein expression was studied to find potential biomarkers for CIPF, and aspects of transforming growth factor (TGF)-β related molecular pathways in pathogenesis of CIPF were investigated. In addition, results of TGF-β signaling activity and its known extracellular matrix (ECM) regulatory proteins, latent TGF-β binding protein (LTBP)-1 and fibrillin-2, in CIPF were compared with findings in human IPF/UIP and NSIP. The follow-up study showed that CIPF has a significant negative impact on life expectancy of diseased dogs. The median CIPF-specific survival after onset of clinical signs in WHWTs was 2.7 years, but individual survival varied considerably from only a few months to over 4 years. This variance indicates that CIPF may have either a slow or a rapid disease progression, as also seen in human IPF. In addition, during the disease course acute exacerbations (AEs) occurred. The 6-minute walk distance proved to be an easy and noninvasive parameter to evaluate lung function and level of exercise intolerance in CIPF WHWTs. No significant prognostic factors were identified. The quantitative comparison of BALF proteomes obtained from CIPF WHWTs, CB dogs, and healthy dogs revealed similar changes for CIPF and CB, which suggests a common response to disease processes in these otherwise different lung diseases. Specific biomarkers for CIPF were not identified. The immunohistochemical stainings suggested that increased TGF-β signaling and its ECM regulatory proteins LTBP-1 and fibrillin-2 are part of the molecular pathophysiology of CIPF, as also seen in human IPF/UIP and NSIP. We demonstrated strong expression of activin B, a member of the TGF-β superfamily, in the altered alveolar epithelium of WHWTs with CIPF. Furthermore, activin B was detected in BALF of CIPF WHWTs, most notably in samples from dogs with AE, but not in BALF of healthy WHWTs. This novel finding suggests that activin B is part of the CIPF pathophysiology and might act as a potential marker of alveolar epithelial damage. Our findings add important new knowledge about the natural history and molecular pathophysiology of CIPF in WHWTs and show similarities between CIPF and human IPF. Better understanding of the complex pathogenesis of CIPF and human IPF is crucial for developing novel diagnostic tools and treatment strategies for these yet incurable diseases.

Itsesyntyinen keuhkojen sidekudostuminen (idiopathic pulmonary fibrosis, IPF) on parantumaton keuhkosairaus, jota esiintyy sekä koirilla että ihmisillä. Koirilla tauti näyttää olevan rotuspesifinen, ja sitä esiintyy erityisesti valkoisella länsiylämaanterrierillä. IPF aiheuttaa asteittain eteneviä ja palautumattomia sidekudosmuutoksia keuhkojen välikudoksessa eli interstititumissa. Tyypillisiä oireita ovat kuiva yskä, rasituksen siedon aleneminen ja hengitysvaikeudet. Sairauden ennuste sekä koirilla että ihmisillä on huono. Tärkein koirien IPF:n erotusdiagnoosi on krooninen keuhkoputkentulehdus. Ihmisillä IPF luokitellaan idiopaattisiin interstitiaalisiin keuhokuumeisiin (idiopathic interstitial pneumonia, IIP) ja sen histologinen kuva on ns. tavallinen interstitiaalinen pneumonia (UIP). Koirien IPF jakaa histologisia piirteitä sekä IPF/UIP:n, että toisen ihmisillä esiintyvän fibrotisoivan IIP:n, epäspesifisen interstitiaalipneumonian (NSIP), kanssa. Vaikka sairautta on tutkittu viime vuosina aktiivisesti erityisesti ihmisillä, taudin syy ja sen tarkka syntytapa eli patogeneesi ovat edelleen epäselviä. Myöskään yhtään merkkiainetta ei ole toistaiseksi saatu kliiniseen käyttöön helpottamaan taudin diagnosoimista tai taudinkulun ennustamista. Ihmisillä IPF etenee kuolemaan yleensä 3-5 vuodessa, mutta osalla taudinkulku voi olla vieläkin nopeampaa ja osalla puolestaan huomattavasti hitaampaa. Sairauden luonnollista kulkua koirilla ei ole kuvattu. Keskeiseksi tekijäksi fibroosin kehittymiselle ihmisten IPF:ssa on osoitettu sytokiineihin kuuluvan transformoivan kasvutekijä beetan (TGF-β) lisääntynyt ilmentyminen ja aktivaatio keuhkokudoksessa. Tässä väitöskirjatyössä kuvataan valkoisten länsiylämaanterrierien IPF:n kliininen taudinkulku ja ennuste sekä rasituksen siedon arvioiminen käyttäen kuuden minuutin kävelytestiä. Sairaudelle ominaisten merkkiaineiden löytämiseksi tutkittiin keuhkohuuhtelunestenäytteen proteiinien ilmentymistä koiran IPF:ssa verrattuna kroonista keuhkoputkentulehdusta sairastaviin sekä terveisiin koiriin. Lisäksi tutkittiin keuhkokudoksen TGF-β-signalointireittien ja niihin liittyvien proteiinien ilmentymistä koiran IPF:ssa verrattuna ihmisten keuhkofibroosiin. Seurantatutkimus IPF:a sairastavilla valkoisilla länsiylämaanterriereillä osoitti, että tautia sairastavilla koirilla on lyhyempi elinajanodote kuin terveillä verrokeilla. Elinaika kliinisten oireiden alkamisesta oli keskimäärin 2,7 vuotta, mutta yksilöllinen elinikä vaihteli huomattavasti vain muutamasta kuukaudesta yli neljään vuoteen. Tämä vaihtelu osoittaa, että koiran IPF:ssa saattaa esiintyä sekä nopeasti että hitaasti etenevää taudinkuvaa kuten ihmisilläkin. Lisäksi osalla koirista esiintyi äkillisiä taudin pahenemisvaiheita, jotka ovat tyypillisiä myös ihmisten IPF:ssa. Kuuden minuutin kävelytesti osoittautui helpoksi ja toimivaksi menetelmäksi IPF:a sairastavien koirien rasituksen siedon arviointiin. Ennusteeseen vaikuttavia kliinisiä muuttujia ei tutkimuksessa löydetty eikä keuhkohuuhtelunäytteen proteiinien määrän analysoinnissa löytynyt IPF:lle ominaisia merkkiaineita verrattuna krooniseen keuhkoputkentulehdukseen. IPF:a sairastavien koirien keuhkokudoksessa todettiin lisääntynyt TGF-β:n aktivaatio sekä sen varastointiin liittyvien proteiinien ilmentyminen, kuten on todettu myös ihmisten IPF:ssa ja NSIP:ssa. Lisäksi havaittiin TGF-β-proteiiniperheeseen kuuluvan aktiviini B:n lisääntynyt ilmentyminen IPF:a sairastavien koirien keuhkokudoksessa sekä aktiviini B:n esiintyminen erityisesti akuuteista pahenemisista kärsivien koirien keuhkohuuhtelunäytteessä. Tutkimus toi uutta tietoa koiran IPF:n taudinkulusta, elinajan odotteesta ja taudin syntyyn osallistuvista proteiineista sekä näiden yhteneväisyyksistä ihmisten keuhkofibroosin kanssa. Taudin patogeneesiin osallistuvien proteiinien tutkiminen on välttämätöntä parempien diagnostisten merkkiaineiden löytämiseksi sekä uusien hoitojen kehittämiseksi näihin toistaiseksi parantumattomiin sairauksiin.

ei saavutettava