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Issue
Vet. Res.
Volume 31, Number 2, March-April 2000
Page(s) 187 - 213
DOI http://dx.doi.org/10.1051/vetres:2000113
How to cite this article Vet. Res. (2000) 187-213
DOI: 10.1051/vetres:2000113

Vet. Res. 31 (2000) 187-213

Proinflammatory cytokines and viral respiratory disease in pigs

Kristien van Reeth - Hans Nauwynck

Laboratory of Virology, Faculty of Veterinary Medicine, Ghent University, Salisbur

(Received 26 July 1999; accepted 16 December 1999)

Abstract:

Swine influenza virus (SIV), porcine respiratory coronavirus (PRCV) and porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) are enzootic viruses causing pulmonary infections in pigs. The first part of this review concentrates on known clinical and pathogenetic features of these infections. SIV is a primary respiratory pathogen; PRCV and PRRSV, on the contrary, tend to cause subclinical infections if uncomplicated but they appear to be important contributors to multifactorial respiratory diseases. The exact mechanisms whereby these viruses cause symptoms and pathology, however, remain unresolved. Classical studies of pathogenesis have revealed different lung cell tropisms and replication kinetics for each of these viruses and they suggest the involvement of different lung inflammatory responses or mediators. The proinflammatory cytokines interferon-$\alpha$ (IFN-$\alpha$), tumour necrosis factor-$\alpha$ (TNF-$\alpha$) and interleukin-1 (IL-1) have been shown to play key roles in several respiratory disease conditions. The biological effects of these cytokines and their involvement in human viral respiratory disease are discussed in the second part of this review. The third part summarises studies that were recently undertaken in the authors' laboratory to investigate the relationship between respiratory disease in pigs and bioactive lung lavage levels of IFN-$\alpha$, TNF-$\alpha$ and IL-1 during single and combined infections with the above viruses. In single SIV infections, typical signs of swine "flu'' were tightly correlated with an excessive and coordinate production of the 3 cytokines examined. PRCV or PRRSV infections, in contrast, were subclinical and did not induce production of all 3 cytokines. Combined infections with these 2 subclinical respiratory viruses failed to potentiate disease or cytokine production. After combined inoculation with PRCV followed by bacterial lipopolysaccharide, both clinical respiratory disease and TNF-$\alpha$/IL-1 production were markedly more severe than those associated with the respective single inoculations. Taken together, these data are the first to demonstrate that proinflammatory cytokines can be important mediators of viral respiratory diseases in pigs.


Keywords: cytokines / pathogenesis / swine influenza virus (SIV) / porcine respiratory coronavirus (PRCV) / porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV)

Résumé:

Cytokines proinflammatoires et maladies respiratoires virales chez le porc. Le virus de la grippe porcine (swine influenza virus, SIV), le coronavirus respiratoire porcin (porcine respiratory coronavirus, PRCV), et le virus du syndrome dysgénésique et respiratoire porcin (porcine reproductive and respiratory syndrome virus, PRRSV) sont des virus enzootiques provoquant des infections pulmonaires chez le porc. Les caractéristiques cliniques et pathogénétiques de ces infections sont données dans la première partie de cette revue. Le SIV est un agent pathogène respiratoire primaire ; les PRCV et PRRSV, en revanche, ne causent que des infections subcliniques en l'absence de complications, mais ils contribuent de manière importante aux maladies respiratoires multifactorielles. Cependant, les mécanismes précis par lesquels ces virus provoquent des symptômes et une pathologie demeurent inconnus. Les études classiques de pathogenèse ont révélé un tropisme pour les cellules pulmonaires et des cinétiques de réplication différents pour chacun de ces virus, et suggèrent l'implication de différents types de réponses ou de médiateurs inflammatoires pulmonaires. Il a été démontré que les cytokines proinflammatoires interféron-$\alpha$(IFN-$\alpha$), facteur de nécrose tumorale-$\alpha$ (tumour necrosis factor, TNF-$\alpha$) et interleukine-1 (IL-1) jouaient un rôle clé dans plusieurs cas de maladies respiratoires. Les effets biologiques de ces cytokines et leur implication dans les maladies respiratoires virales chez l'humain sont discutés dans la seconde partie de cette revue. La troisième partie résume les études qui ont été entreprises récemment dans le laboratoire des auteurs pour étudier la relation entre les maladies respiratoires chez le porc et les quantités bioactives d'IFN-$\alpha$, de TNF-$\alpha$ et d'IL-1 retrouvées suite à des lavages pulmonaires, au cours d'infections simples et combinées avec ces virus. Dans le cas d'infections simples à SIV, les signes typiques de grippe porcine étaient étroitement corrélés à la production excessive et coordonnée des 3 cytokines examinées. Par contre, les infections PRCV ou PRRSV étaient subcliniques et ne pouvaient pas induire la production des 3 cytokines. Les infections combinées avec ces 2 virus respiratoires subcliniques n'ont pas eu d'effet potentialisateur sur la maladie ou la production de cytokines. Par contre, après une inoculation combinée avec PRCV suivi d'un lipopolysaccharide bactérien, la maladie respiratoire clinique et la production de TNF-$\alpha$ et d'IL-1 ont été sensiblement plus sévères que lors des inoculations simples correspondantes. L'ensemble de ces données montre, pour la première fois, que les cytokines proinflammatoires peuvent être d'importants médiateurs des maladies respiratoires virales chez le porc.


Mots clé : cytokines / pathogénie / virus de la grippe porcine / coronavirus respiratoire porcin / virus du syndrome dysgénésique et respiratoire porcin

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