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(S)-Albuterol activates pro-constrictory and pro-inflammatory pathways in human bronchial smooth muscle cells - 24/08/11

Doi : 10.1016/j.jaci.2003.12.039 
Devendra K Agrawal, PhD a, , Krishan Ariyarathna, BS a, Peter W Kelbe, BS b
a Center for Allergy, Asthma and Immunology, Creighton University School of Medicine, Omaha, Neb, USA 
b Sepracor, Inc, Marlborough, Mass, USA 

Reprint requests: Devendra K. Agrawal, PhD, FAAAAI, Professor of Medicine, Medical Microbiology, and Immunology and Biomedical Sciences, Creighton University School of Medicine, CRISS I Room 131, 2500 California Plaza, Omaha, NE 68178

Abstract

Background

Pro-constrictory and proinflammatory properties of (S)-albuterol have been widely reported both under in vivo and in vitro conditions. However, underlying mechanisms are unclear.

Objective

We examined and compared the cellular effects of albuterol enantiomers on key intracellular molecules involved in constrictory and inflammatory pathways in human bronchial smooth muscle cells (hBSMCs).

Methods

Primary hBSMCs were grown in culture and treated with various concentrations of albuterol enantiomers for various periods. Methacholine was used to stimulate cells. The expression and activity of Gs and Gi proteins, the intracellular free calcium concentration ([Ca2+]i), the activity of phosphatidylinositol 3′-OH-kinase (PI3) kinase, and the transcriptional nuclear factor κB (NF-κB) level were examined.

Results

There was a significant increase in the expression and activity of Gi⍺-1 protein and a decrease in the expression of Gs protein in hBSMCs after 8 hours of treatment with (S)-albuterol. These effects of (S)-albuterol were observed in a dose-dependent manner. Nonreceptor-mediated activation of adenylate cyclase by forskolin was attenuated with (S)-albuterol. Treatment of the cells for 24 hours with (S)-albuterol significantly increased [Ca2+]i on stimulation with methacholine. Interestingly, the effect of (R)-albuterol was opposite to that of (S)-albuterol. The effect of the racemic albuterol in some cases was similar to that of (S)-albuterol. (S)-Albuterol significantly activated both PI3 kinase and NF-κB in hBSMCs.

Conclusion

These studies demonstrated an (S)-albuterol–induced increase in the expression and activity of pro-constrictory pathways involving Gi⍺-1 protein and [Ca2+]i and a decrease in the activity of the bronchodilatory pathway involving Gs proteins in hBSMCs. Additionally, (S)-albuterol activated proinflammatory pathways involving PI3 kinase and NF-κB. Because (S)-albuterol metabolizes at least 10-fold slower than (R)-albuterol and has a longer elimination half-life, these cellular effects of (S)-albuterol might explain the detrimental effect seen with chronic administration of racemic albuterol in the treatment of airway diseases, such as bronchial asthma.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Albuterol, asthma, bronchial smooth muscle cells, enantiomers, G-proteins, inflammation, levalbuterol, PI3 kinase, pro-constriction, (S)-albuterol

Abbreviations : AHR, AR, ASM, [Ca2+]i, cAMP, GTP, hBSMC, NF-κB, PI3 kinase, PKB


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 Supported by a research grant from Sepracor Inc, Marlborough, Mass.


© 2004  American Academy of Allergy, Asthma and Immunology. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 113 - N° 3

P. 503-510 - mars 2004 Retour au numéro
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