Search

Severe equine asthma (heaves) is a chronic genetic-environmental condition characterized by airway neutrophilic inflammation leading to airway obstruction, lung tissue remodeling and hypoxemia (Bullone, 2015). Hypoxemia triggers pulmonary vasoconstriction, resulting in higher vascular resistance and development of pulmonary hypertension (PH). PH-associated cardiovascular complications could be present in the end-stage disease, as it happens in human type 3 PH (Tsangaris, 2012). Pulmonary vascular remodeling is involved in the pathogenesis of type 3 PH (Singh, 2016) and may represent a therapeutic target for preventing PH onset, both in human and in horses. In this study, we investigated the presence of pulmonary artery remodeling in severe equine asthma, as, to the best of our knowledge, this has not been yet studied. Lung biopsy specimens were collected via thoracoscopy from 6 asthmatic and 5 age-matched control horses. Histomorphometric assessment was performed on Movat-Russell stained histological sections, evaluating pulmonary artery wall area, intimal area, medial area and their correlations with the internal elastic lamina length (IEL) (Fernie, 1985). The total amount of smooth muscle within the artery wall and the density of proliferating smooth muscle cells were similarly evaluated using immunostaining for α-smooth muscle actin (α-SMA) and proliferating cell-associated nuclear antigen (PCNA). Increased pulmonary wall area, increased amount of smooth muscle and loss of correlation between intimal area and IEL were present in asthmatic horses, when compared to controls. In conclusion, pulmonary artery remodeling due to smooth muscle hypertrophy and intimal muscolarization may be induced by persistence of hypoxic vasoconstriction stimulus and release of cytokines from inflammatory cells infiltrating the annexed airways (Barbera, 2003)., International Journal of Health, Animal Science and Food Safety, Vol 3, No 1s (2016)

Le souffle chez les chevaux et l’asthme chez l’humain sont des maladies respiratoires qui partagent plusieurs caractéristiques, notamment des épisodes de bronchospasme et de détresse respiratoire dus à une inflammation pulmonaire inappropriée en réponse à une inhalation de substances antigéniques. Les manifestations cliniques incluent des efforts respiratoires augmentés, des sifflements et de la toux. Au niveau des voies respiratoires, on observe une augmentation du muscle lisse péribronchique, une fibrose sous épithéliale, une métaplasie/hyperplasie épithéliale et du mucus en quantité augmentée. L’augmentation du muscle lisse est particulièrement importante car elle n’affecte pas seulement le calibre basal des voies respiratoires, mais elle accentue l’obstruction respiratoire lors de bronchoconstriction. Ces changements sont regroupés sous le terme de « remodelage » et sont associés à un déclin accéléré de la fonction respiratoire chez les patients asthmatiques. Alors que les traitements actuels contrôlent efficacement le bronchospasme et relativement bien l’inflammation, leurs effets sur le remodelage sont mal connus. Dans le cadre de thèse, la réversibilité du remodelage musculaire péribronchique a été investiguée chez des chevaux atteints du souffle dans deux études longitudinales. Ces études, faites principalement sur du tissu pulmonaire prélevé par thoracoscopie, sont difficilement réalisables chez l’humain pour des raisons éthiques, ou chez d’autres animaux, car ceux-ci présentent rarement une inflammation de type asthmatique de façon spontanée. Les résultats démontrent que les chevaux atteints du souffle ont approximativement deux fois plus de muscle péribronchique que les chevaux sains d’âge similaire gardés dans les mêmes conditions, et que la prolifération des myocytes contribue à cette augmentation. Ils démontrent aussi qu’une stimulation antigénique relativement brève chez des chevaux atteints du souffle depuis plusieurs années n’accentue pas le remodelage, ce qui suggère que l’augmentation du muscle lisse atteint un plateau. Nous avons également montré que le remodelage du muscle lisse chez des chevaux adultes est partiellement réversible et que cette réversibilité peut être accélérée par l’administration de corticostéroïdes par inhalation. Il semble toutefois qu’une portion du remodelage chronique est irréversible puisque les corticostéroïdes ont accéléré la diminution du muscle mais sans toutefois mener à une amélioration plus marquée au terme de l’étude qu’avec une modification environnementale stricte. La diminution de trente pourcent observée sur un an paraît modeste mais elle démontre clairement, et pour une première fois, que le remodelage du muscle lisse présent chez des chevaux adultes malades depuis plusieurs années est au moins partiellement réversible., Equine heaves and asthma in people are two respiratory diseases that share many characteristics, including episodes of bronchospasm and respiratory distress due to an inappropriate airway inflammation in response to inhaled antigens. In both diseases, the main clinical manifestations are increased breathing efforts, wheezing and coughing. Changes in the airway wall include increased airway smooth muscle, subepithelial fibrosis, epithelial changes, and increased mucus. The increase in smooth muscle is of particular importance as it not only affects baseline airway caliber, but also accentuates the effect of bronchoconstriction on airflow limitation. These structural changes are grouped under the term “remodeling” and are associated with the accelerated decline of respiratory function in asthmatics. While current treatments offer adequate control of bronchospasm and inflammation, their effects on remodeling are unknown. In this thesis, airway smooth muscle remodeling reversibility was investigated in heaves-affected horses. The longitudinal studies conducted here, mostly made on peripheral pulmonary tissue harvested under thoracoscopic guidance, can not be easily done in people for ethical reasons, or in other animal species, few of them having spontaneous asthma-like disease like horses. Results have shown that heaves-affected horses have twice as much airway smooth muscle than age-matched controls kept in the same environment, and that myocyte proliferation contributes to this increase. It was also shown that a relatively brief antigenic exposure in chronically affected horses does not further increase smooth muscle mass, which suggests that it may reach a plateau over time. It was also shown that airway smooth muscle is partially reversible and that this reversibility can be accelerated with inhaled corticosteroids. On the other hand, corticosteroids only accelerated the decrease in mass compared to strict environmental control, without affecting the total improvement observed at the end of the study, which suggests that some of this chronic remodeling is irreversible. The thirty percent decrease seems relatively modest but it is nevertheless the first demonstration that airway smooth muscle remodeling of adult horses affected by heaves for years is at least in part reversible.

Les corticostéroïdes inhalés (ICs) utilisés dans le traitement de l'asthme ont un effet sur le microbiome pulmonaire. Il est toutefois difficile de séparer leurs effets sur les communautés bactériennes via leur rôle immunomodulateur, de leurs effets indirects via l’amélioration de la ventilation. Notre objectif est de déterminer si les ICs altèrent le microbiote pulmonaire indépendamment de leurs effets sur la fonction pulmonaire. Douze chevaux atteints d’asthme en exacerbation ont reçu des bronchodilatateurs à longue durée d'action (LABA, salmétérol) ou une combinaison ICs/LABA (fluticasone/salmétérol) pendant deux semaines. Des tests de fonction pulmonaire et des lavages broncho-alvéolaires (LBA) ont été effectués avant et après traitement. La quantification par PCR et le séquençage du gène codant pour l’ARNr 16S via une plateforme MiSeq-Illumina ont été réalisés sur les LBA. Les données ont été analysées avec mothur. La fonction pulmonaire s’est améliorée dans les deux groupes. Les abondances relatives de familles et genres appartenant au phylum Bacteroidetes ont augmenté suite au traitement ICs/LABA, tandis que les phyla Verrucomicrobia et Actinobacteria se sont appauvris avec les LABA. Une modification de la β-diversité et une diminution de la charge bactérienne ont été observées seulement après le traitement LABA. L’α-diversité n’a en revanche pas varié dans les deux groupes. Les différences observées entre les groupes ICs/LABA et LABA suggèrent que les changements au sein des communautés bactériennes ne sont pas seulement dus à l’amélioration de la ventilation. Il reste toutefois difficile de trancher quant à un effet positif ou bien néfaste des ICs sur le microbiote pulmonaire., Inhaled corticosteroids (ICs) affect the respiratory microbiome in asthma. It remains difficult to separate the immunomodulatory effects of ICs on bacterial communities from their indirect effects via improvement of ventilation. Our objective was to determine if ICs alter the lung microbiota independently from their effects on lung function. Twelve horses with equine asthma in exacerbation were assigned to receive a long-acting bronchodilator (LABA, salmeterol) or the combination ICs/LABA (fluticasone/salmeterol) for 2 weeks. Lung function and bronchoalveolar lavages (BAL) were performed before and after treatment. 16S rRNA gene quantification and sequencing were performed on BAL fluid, using PCR and the Illumina MiSeq platform. Data were processed using the software package mothur. Lung function improved with both treatments. The relative abundances of families and genera belonging to the Bacteroidetes phylum increased with ICs/LABA, while the Verrucomicrobia and the Actinobacteria phyla decreased with LABA. Furthermore, β-diversity differed from baseline and the bacterial load decreased after LABA only. On the contrary, α-diversity indices did not vary in both groups. The differences observed between the ICs/LABA and LABA groups suggest that the changes in bacterial communities are not only due to improved ventilation. However, it remains difficult to clarify if the effects of ICs are positive or detrimental to the lung environment.

L’asthme équin, une maladie inflammatoire considérée non infectieuse, est néanmoins associé avec la présence de certains streptocoques et Pasteurellaceae. La similarité entre les espèces de Pasteurellaceae complexifie toutefois leur différenciation. L’objectif de cette étude est d’évaluer la présence de différents Pasteurellaceae dans les voies respiratoires de chevaux atteints d’asthme. Des amorces qPCR ont été optimisées pour [Pasteurella] caballi, Nicoletella semolina, Pasteurella multocida et Haemophilus influenzae, mais plusieurs espèces d'intérêt (notamment Actinobacillus spp.) n'ont pas pu être étudiées faute d'amorces spécifiques. Des lavages nasaux, oraux et bronchoalvéolaires de douze chevaux (six sains, six asthmatiques) gardés dans différents environnements ont été analysés. Pour N. semolina, les analyses ont été approfondies chez dix chevaux asthmatiques (phase II : lavages nasaux et bronchoalvéolaires), et chez dix chevaux sains (phase III : lavages nasaux). N. semolina a été identifié dans 0 à 66 % des échantillons et était retrouvé en plus forte quantité dans le nez de chevaux gardés à l’intérieur et nourris avec du foin. Dans les phases II et III, N. semolina a été identifié dans 90 à 100 % des échantillons nasaux, et dans six lavages bronchoalvéolaires. [P.] caballi a été identifié dans la cavité orale de 83 % des chevaux, indépendamment du statut de santé. H. influenzae et P. multocida n’ont pas été détectés. Aucun Pasteurellaceae analysé n’était associé à l’asthme équin sévère. N. semolina était fréquemment retrouvé dans les voies respiratoires et sa charge nasale était influencée par l’environnement. Les amorces synthétisées faciliteront de futures études sur les Pasteurellaceae., Equine asthma, an inflammatory disease considered non-infectious, is associated with the presence of certain streptococci and Pasteurellaceae. Strong similarities between Pasteurellaceae species prevent specific differentiation. The objective of the study was to evaluate the presence of different Pasteurellaceae in the airways of horses with severe asthma. Quantitative PCR primers were optimized for [Pasteurella] caballi, Nicoletella semolina, Pasteurella multocida and Haemophilus influenzae. Several species of interest (in particular Actinobacillus spp.) could not be studied due to a lack in primer specificity. Nasal, oral and bronchoalveolar lavages from twelve horses (six healthy, six asthmatics) kept in different environments were analyzed. For N. semolina, further investigation was pursued through inclusion of ten asthmatic horses (phase II: nasal washes and bronchoalveolar lavages), and ten healthy horses (phase III: nasal washes). N. semolina was identified in 0 to 66 % of samples and was found in larger loads in the nose of horses kept inside and fed hay. In phases II and III, N. semolina was identified in 90 to 100 % of nasal samples and in six bronchoalveolar lavages. [P.] caballi was only identified in the oral cavity, with 83 % of positive horses regardless of health status. H. influenzae and P. multocida were not detected. No specific Pasteurellaceae studied here were associated with severe equine asthma. N. semolina was identified frequently in respiratory samples and its nasal load was influenced by the horse’s environment. The optimized primers will facilitate future studies on Pasteurellaceae.

Le microbiote intestinal équin joue un rôle important dans le maintien de la santé de l'hôte. Le microbiote intestinal est composé de nombreux micro-organismes tels que les bactéries, les virus, les champignons et les archées. Cependant, la majorité de ces cellules microbiennes sont bactériennes, et par conséquent, de nombreuses études, y compris la présente, se concentrent sur l'exploration des communautés bactériennes dans l'intestin. Un déséquilibre du microbiote intestinal, appelé dysbiose, a été observé dans plusieurs conditions, telles que la colite, après l’administration d'antibiotiques ou la modification du régime alimentaire. La restauration du microbiote peut être effectuée par la transplantation de microbiote fécal (FMT). Des études utilisant les recommandations actuelles pour la FMT ont montré une récupération clinique chez les chevaux souffrant de diarrhée, mais le microbiote reste largement inchangé après la FMT et aucune étude randomisée avec contrôle placébo n'a été réalisée. Les hypothèses de ce projet étaient que le traitement avec une FMT concentrée corrigera la dysbiose plus rapidement qu’une FMT conventionnelle et le véhicule, et que le microbiote intestinal des chevaux traités avec une FMT concentrée ressemblera au microbiote intestinal du cheval donneur. L'objectif de ce projet était de développer un protocole pour améliorer la FMT chez les chevaux, en augmentant la concentration de bactéries présentes dans les selles du donneur par centrifugation, et de le tester chez les chevaux atteints de dysbiose intestinale induite par les antibiotiques. L'antibiotique triméthoprime sulfadiazine (TMS) a été administré à neuf chevaux pour induire une dysbiose intestinale. Les chevaux ont été séparés en trois groupes: les chevaux recevant une FMT concentrée (cFMT, n = 3); les chevaux recevant la FMT fraîche (fFMT), selon les recommandations actuelles (n = 3); et les chevaux recevant un véhicule (VEH) avec 10% de glycérol dans une solution saline à 0,9% (n=3). Des échantillons fécaux ont été prélevés avant et après l'administration du TMS, ainsi qu'avant, pendant et après la transplantation. Le séquençage a été réalisé à l'aide de la plateforme Illumina MiSeq et les données analysées à l'aide du logiciel Mothur. Tel qu’attendu, l'antibiotique TMS a significativement diminué la richesse microbienne chez tous les chevaux. De manière inattendue, la composition des suspensions fécales des donneurs cFMT et fFMT était significativement différente de la composition de base des receveurs cFMT et fFMT, respectivement. La composition du microbiote des chevaux ayant reçu une transplantation fécale (concentrée ou non) était significativement différente après la transplantation, alors que ce n’était pas le cas chez les chevaux ayant reçu le véhicule. En outre, l’abondance relative de Escherichia était significativement plus élevée dans les suspensions fécales du donneur cFMT par rapport aux suspensions fécales du donneur fFMT. Les principales limites de ce projet sont la petite taille des groupes et l'exposition des selles des donneurs à l'oxygène et à la congélation-décongélation. En outre, le modèle de dysbiose peut ne pas être optimal pour tester l'efficacité de la FMT, et des études réalisant la FMT chez les chevaux souffrant de diarrhée sont nécessaire. Cette étude a contribué à la recherche de nouvelles approches pour améliorer la FMT chez les chevaux. Le faible effet mesuré avec les deux protocoles de FMT et l’augmentation de Escherichia démontre que les protocoles actuels doivent être optimisés avant de pouvoir recommander la FMT pour traiter et prévenir la dysbiose chez les chevaux., The equine gut microbiota plays an important role in maintaining the health of the host. The gut microbiota is composed of many microorganisms such as bacteria, viruses, fungi, and archaea. However, the majority of these microbial cells are bacterial cells, and consequently, many studies, including the present one, focus on exploring bacterial communities in the gut. An imbalance of the gut microbiota, termed dysbiosis, has been observed in several conditions such as colitis, colic, after antibiotic administration, or diet modification. Restoration of the gut to a healthy state can be performed through fecal microbiota transplantation (FMT). Studies using current recommendations for FMT have shown clinical recovery in horses with diarrhea, but the microbiota remains largely unchanged after FMT and no controlled studies have been performed. The hypotheses of this project were that treatment with concentrated FMT will correct dysbiosis faster than conventional FMT and the vehicle, and that the gut microbiota of horses treated with concentrated FMT will resemble the gut microbiota of the donor. The objective of this project was to develop an improved protocol for FMT in horses, by increasing the concentration of bacteria found in the donor stool using centrifugation, and to test it in horses with antibiotic-induced intestinal dysbiosis. The antibiotic trimethoprim sulfadiazine (TMS) was administered to nine horses to induce intestinal dysbiosis. Horses were separated into three groups: horses receiving concentrated FMT (cFMT) (n=3); horses receiving fresh FMT (fFMT), as per current recommendations (n=3); horses receiving a vehicle (VEH) with 10% glycerol in 0.9% saline (n=3). Fecal samples were collected before and after antibiotic administration, as well as before, during, and after transplantation. Sequencing was performed using the Illumina MiSeq platform and data analysed using the software Mothur. As expected, the antibiotic TMS significantly decreased the richness in all horses (P < 0.05). Unexpectedly, the membership of the cFMT and fFMT donor fecal suspensions was significantly different from cFMT and fFMT recipients’ baseline membership, respectively. The membership of the cFMT and fFMT recipient horses was significantly different after transplantation, while the vehicle recipients were not. In addition, the Escherichia genus was found in significantly higher relative abundances in the cFMT donor fecal suspensions when compared to the fFMT donor fecal suspensions. The main limitations of this study are the small sample size and exposure of cFMT donor stool to oxygen and freeze-thawing. In addition, the dysbiosis model may not be optimal to test the efficacy of FMT, and studies performing FMT in horses with diarrhea are warranted. This study contributed to the search for novel approaches to improve FMT in horses. The weak effect of both FMT protocols on the gut microbiota and the increase in Escherichia suggest that further clinical studies are needed before FMT can be recommended to treat and prevent dysbiosis in horses.

Le microbiome bactérien constitue l’ensemble des bactéries retrouvées au sein d’un espace. Le rôle du microbiome pulmonaire dans l’asthme est mal défini, mais il est maintenant établi que celui de patients asthmatiques diffère de celui d’individus sains. Cependant, l’influence des conditions environnementales et de la médication sur le microbiome pulmonaire est méconnue et leurs effets difficiles à contrôler chez l’humain. De plus, la stabilité du microbiome dans le temps demeure controversée. L’hypothèse de l’étude est que les microbiomes pulmonaire, nasal et oral de chevaux non-médicamentés varient avec l’environnement et que le statut asthmatique affecte principalement le microbiome pulmonaire. Six chevaux atteints d’asthme équin sévère et 6 chevaux sains ont été gardés dans 3 environnements distincts (exposition antigénique faible, modérée et élevée). Dans chaque environnement, la fonction pulmonaire a été évaluée et des lavages bronchoalvéolaires (LBA), oraux et nasals ont été prélevés. La région V4 du gène de l’ARN ribosomal 16S a été séquencée (Illumina MiSeq 4) et analysée à l’aide du logiciel Mothur et du progiciel Vegan dans R. Les communautés bactériennes pulmonaires, orales et nasales sont fortement regroupées par conditions environnementales et l’effet de l’environnement est plus marqué chez les chevaux sains. Le microbiome pulmonaire des chevaux asthmatiques diffère de celui des chevaux sains au niveau taxonomique de la famille, avec une tendance à une surreprésentation des Pasteurellaceae, contrairement aux microbiomes nasal et oral qui ne sont pas différents entre les deux groupes. Les familles bactériennes Neisseriaceae, Lachnospiraceae et Bacteroidaceae, dont certaines espèces sont potentiellement pathogènes, ont été seulement retrouvées dans les LBAs de chevaux asthmatiques. Cette étude montre que les microbiomes bactériens pulmonaires des chevaux sains et asthmatiques ne recevant pas de médication sont différents et varient selon le niveau d’exposition antigénique. Cette différence étant présente principalement lorsque les chevaux asthmatiques ont une inflammation pulmonaire suggère que le microbiome pulmonaire altéré dans l’asthme n’est pas inhérent, mais coïncide avec l’inflammation pulmonaire. Le rôle du microbiome dans la perpétuation de l’inflammation reste à investiguer., Bacterial microbiome is defined as the whole bacterial population found within a space. The role of the pulmonary microbiome in asthma is poorly defined, but it is now well established that the one of asthmatic patients differs from that of healthy individuals. However, the influence of environmental conditions and medication on pulmonary microbiome is poorly known and effects difficult to control in humans. Moreover, microbiome stability over time remains controversial. The hypothesis of this study is that the pulmonary, nasal and oral microbiomes of unmedicated horses vary with the environment and that asthmatic status does affect the pulmonary microbiome. Six horses with severe equine asthma and 6 healthy horses were kept in 3 distinct environments (low, moderate and high antigen exposure). In each environment, pulmonary function has been evaluated and bronchoalveolar lavages (BALs), nasal and oral washes were collected. The V4 region of the 16S rRNA gene was sequenced (Illumina MiSeq 4) and analyzed using the Mothur software and the Vegan package in R. Pulmonary, oral and nasal bacterial communities are strongly grouped by environmental conditions and the effect of the environment is more pronounced in healthy horses. The pulmonary microbiome of asthmatic horses differs from that of healthy horses at the family level of taxonomic designation, with a tendency towards an overrepresentation of Pasteurellaceae, unlike nasal and oral microbiomes which are not different between the two groups. The bacterial families Neisseriaceae, Lachnospiraceae and Bacteroidaceae with pathogenic potential were only found in the BALs of asthmatic horses. This study shows that the lung bacterial microbiomes of healthy and asthmatic horses receiving no medication are different and vary accordingly to the antigenic exposure level. This difference is present mainly when asthmatic horses have a strong pulmonary inflammation which suggest that the altered pulmonary microbiome is not inherent but coincident with pulmonary inflammation. Its role in the perpetuation of inflammation remains to be investigated.