Environmental influences during pregnancy, immune system development and offspring asthma susceptibility

Abstract

Asthma is the most common chronic childhood disorder with symptoms often beginning in early in life. Although it is unknown exactly how allergic asthma is initially triggered, epidemiological studies have demonstrated that environmental influences during the prenatal time period can greatly influence asthma susceptibility. For instance, prenatal exposure to a traditional farming environment is protective against childhood asthma development, whereas maternal antibiotic use as well as maternal asthma exacerbation during pregnancy increases offspring asthma risk. To study the mechanisms behind this phenomenon, we have designed several proof-of-concept mouse models employing these prenatal environmental influences to demonstrate protection against or risk for asthma in the next generation. Our mouse models demonstrate that maternal exposures to environmental factors during pregnancy act via several mechanisms including activation of the maternal immune system and disruption of the maternal gut microbiota to alter asthma susceptibility in the offspring. These influences likely operate by altering offspring lung and immune system development at sensitive points during the pre- and postnatal time periods.

Asthma ist die häufigste chronische Kinderkrankheit, mit Symptomen, die häufig früh im Leben beginnen. Obwohl nicht genau bekannt ist, wie allergisches Asthma anfänglich ausgelöst wird, haben epidemiologische Studien gezeigt, dass Umwelteinflüsse während der pränatalen Zeit die Asthmaanfälligkeit stark beeinflussen können. Zum Beispiel schützt die vorgeburtliche Exposition gegenüber einer traditionellen landwirtschaftlichen Umgebung vor der Entwicklung von Asthma im Kindesalter, während der Einsatz von Antibiotika bei Müttern sowie die Verschlimmerung von Asthma bei Müttern während der Schwangerschaft das Asthmarisiko der Nachkommen erhöhen. Um die Mechanismen hinter diesen Phänomenen zu untersuchen, haben wir mehrere Proof-of-Concept-Mausmodelle entwickelt, die diese vorgeburtlichen Umwelteinflüsse abbilden, um den Schutz vor oder das Risiko für Asthma in der nächsten Generation nachzuweisen. Unsere Mausmodelle zeigen, dass die Exposition von Müttern gegenüber Umweltfaktoren während der Schwangerschaft die Asthmaanfälligkeit bei den Nachkommen über verschiedene Mechanismen beeinflussen kann, z.B. über eine Aktivierung des mütterlichen Immunsystems und/oder einer Störung der mütterlichen Darmmikrobiota. Diese Einflüsse führen wahrscheinlich zu Veränderung in der Entwicklung der Lunge und des Immunsystems der Nachkommen während kritischen Phasen in der prä- und postnatalen Zeit.