The effects of dietary fish-oil fatty acids on the function of the 5-lipoxygenase pathway of peripheral-blood polymorphonuclear leukocytes and monocytes were determined in seven normal subjects who supplemented their usual diet for six weeks with daily doses of triglycerides containing 3.2 g of eicosapentaenoic acid and 2.2 g of docosahexaenoic acid. The diet increased the eicosapentaenoic acid content in neutrophils and monocytes more than sevenfold, without changing the quantities of arachidonic acid and docosahexaenoic acid. When the neutrophils were activated, the release of [3H]arachidonic acid and its labeled metabolites was reduced by a mean of 37 per cent, and the maximum generation of three products of the 5-lipoxygenase pathway was reduced by more than 48 per cent. The ionophore-induced release of [3H]arachidonic acid and its labeled metabolites from monocytes in monolayers was reduced by a mean of 39 per cent, and the generation of leukotriene B4 by 58 per cent. The adherence of neutrophils to bovine endothelial-cell monolayers pretreated with leukotriene B4 was inhibited completely, and their average chemotactic response to leukotriene B4 was inhibited by 70 per cent, as compared with values determined before the diet was begun and six weeks after its discontinuation. We conclude that diets enriched with fish-oil–derived fatty acids may have antiinflammatory effects by inhibiting the 5-lipoxygenase pathway in neutrophils and monocytes and inhibiting the leukotriene B4–mediated functions of neutrophils. (N Engl J Med 1985; 312:1217–24.)

The pharmacologic activities of leukotrienes C-1 and D(LTC-1 and LTD), constituents of slow reacting substance of anaphylaxis (SRS-A), were evaluated in vitro on airway contractile tissues and in vivo on pulmonary mechanical function, mean systemic arterial pressure, and cutaneous microcirculation. In vitro both LTC-1 and LTD were potent and selective peripheral airway agonists, being more active than histamine; furthermore, LTD was active on peripheral airways at concentrations 1/100th those of LTC-1. The concentration-effect relationship for LTD and the profile of antagonism by FPL 55712 are consistent with the activity of this molecule at two separate peripheral airway receptors. In vivo, LTC-1 and LTD were nearly equally active in their effects on pulmonary mechanics, and the pattern of alterations was consistent with the predominant site of action being in the lung periphery. Furthermore, both agents had a direct systemic arterial hypotensive effect and were vasoactive on the cutaneous microcirculation. Thus, these compounds are likely to be major mediators of the pathologic alterations in immediate type hypersensitivity reactions in which peripheral airway constriction and hypotension are prominent features.

Anti-IgE-dependent activation of rat and human mast cells resulted in the preferential generation of the cyclooxygenase products prostaglandin D2 (PGD2) and prostaglandin I2 (PGI2) in the rat and PGD2 in the human. The average net generation of PGD2, determined by gas chromatography-mass spectrometry, was 13.1 ng/10(6) purified rat mast cells and 39.5 ng/10(6) dispersed, enriched human mast cells. After IgE-dependent activation, there was a linear relationship between the net quantities of PGD2 generated and of histamine secreted from dispersed human pulmonary cells when the number of mast cells was varied but the total number of cells was held constant, indicating that it is the number of mast cells participating in IgE-dependent activation, rather than total mast cell number, that determines PGD2 generation. A linear relationship was also shown between PGD2 generation, determined by radioimmunoassay, and the release of the granule marker beta-hexosaminidase from purified rat mast cells on the dose-response portion of the plot of their response to anti-IgE challenge. With higher concentrations of anti-IgE, PGD2 generation from rat mast cells plateaued, whereas net percent beta-hexosaminidase release increased further. In kinetic studies of rat mast cells activated with anti-IgE, the onset (1 to 2 min) and time of maximum generation (5 to 10 min) for PGD2 were delayed relative to the onset (15 to 30 sec) and completion (1 to 2 min) of beta-hexosaminidase release. Thus, the extracellular appearance of PGD2 during IgE-dependent mast cell activation represents a response additional to the secretion of granule-associated mediators.

The local effects of intracutaneous injections into humans of 1-3 nmol of five products of arachidonic acid metabolism, leukotrienes (LT) C4, D4, E4, and B4 from the 5-lipoxygenase pathways and prostaglandin (PG) D2 from the cyclooxygenase pathway, were assessed clinically and histologically. In equimolar concentrations, LTC4, LTD4, and LTE4, elicited erythema and wheal formation, in which a wheal with central pallor was present up to 2 hr, and the erythema persisted as long as 6 hr. PGD2 elicited a wheal that lasted up to 1 hr and erythema that lasted up to 2 hr. The dermal vascular sites affected by LTD4 and PGD2 included capillaries, superficial and deep venules, and arterioles. LTB4 elicited a transient wheal and flare, followed in 3-4 hr by induration that was characterized by a dermal infiltrate comprised predominantly of neutrophils. The combination of LTB4 and PGD2 elicited tenderness and increased induration associated with a more intense neutrophil infiltration. Thus, the products of the 5-lipoxygenase pathway of arachidonic acid metabolism in nanomole amounts can induce cutaneous vasodilation with edema formation and a neutrophil infiltrate, and these responses are enhanced by a cyclooxygenase pathway product, PGD2.

5-Lipoxygenase pathway-derived products of arachidonic acid released by human eosinophils activated in vitro have been measured by using radioimmunoassays specific for leukotriene B4 (LTB4) and for sulfidopeptide leukotrienes including leukotriene C4 (LTC4). Eosinophil-enriched leukocytes (mean, 85% eosinophils) from five hypereosinophilic donors activated with 5.0 microM ionophore A23187 for 15 min at 37 degrees C in the presence of 50 mM L-serine released 69 +/- 28 and 1.5 +/- 0.8 (mean +/- SEM) ng of LTC4 and LTB4, respectively, per 10(6) cells; ratios of LTC4 to LTB4 ranged from 16 to 149. Eosinophils stimulated with ionophore (2.5 microM) or phorbol myristate acetate (1 microgram per ml) metabolized exogenously added LTC4 to products that coeluted on reverse-phase high-performance liquid chromatography with synthetic S-diastereoisomeric LTC4 sulfoxides and 6-trans-LTB4 diastereoisomers, and this metabolic inactivation was inhibited by L-serine or catalase. Ionophore-activated eosinophils purified from three normal donors also preferentially generated LTC4 (38 +/- 3 ng per 10(6) cells) relative to LTB4 (6.0 +/- 3.1 ng per 10(6) cells), whereas neutrophils from the same donors released LTB4 (48 +/- 21 ng per 10(6) cells) in a greater than 7-fold excess to LTC4. The predominant production by human eosinophils of LTC4 with its potent smooth muscle spasmogenic and vasoactive properties may contribute to the pathobiology of allergic and other diseases associated with eosinophilia.

Slow reacting substance(s) of anaphylaxis (SRS-A) was isolated from both human (lung) and rat sources and compared with three synthetic SRS-As of known structure—leukotrienes (LTs) C-1, C-2, and D. Reversed-phase liquid chromatography was used both as a final purification step and a means of comparison of biologically derived and synthetic substances. Two major peaks of SRS-A activity of both rat and human origin corresponded chromatographically with LTC-1 and LTD, respectively, and had equivalent specific activities on the guinea pig ileum. With guinea pig ileum, the specific activities (units/pmol) for synthetic leukotrienes and anaphylactic peaks were (mean ± SEM): synthetic LTC-1, 1.93 ± 0.13; SRS-A rat peak I, 1.69 ± 0.43; synthetic LTD, 6.10 ± 1.15; SRS-A rat peak II, 7.14 ± 0.51; and SRS-A hu peak II, 1.90. Both synthetic LTC-1 and LTD and their SRS-A natural counterparts had a preferential contractile activity on guinea pig peripheral airway compared to central airways and were at least 200 times more active than histamine on peripheral airways on a molar basis. Leukotriene D is the major SRS-A of human lung and accounts for almost all of the biological activity. It likely is formed from leukotriene C-1 in vivo by an enzymic process of the well-known γ-glutamyltransferase type.

SYSTEMIC mastocytosis is a disorder of unknown origin, characterized by abnormal proliferation of tissue mast cells involving various organs and associated with a variety of clinical symptoms and signs.1 Episodic attacks of flushing, frequently accompanied by hypotension and tachycardia, are a predominant manifestation of systemic mastocytosis, which at times can result in life-threatening shock.Although the symptoms of mastocytosis have generally been attributed to the release of histamine from mast cells, only partial amelioration of symptoms has been described in the few isolated case reports on the effects of histamine-antagonist therapy of this disorder.2 , 3 After the recent demonstration that combined . . .

Tryptase, the predominant neutral protease in human mast cell secretory granules, was purified to homogeneity from dissociated and concentrated pulmonary mast cells by sequential chromatography on Dowex 1-X2, DEAE-Sephadex, and heparin-agarose. Purified tryptase gave a single stained protein band on polyacrylamide gels after electrophoresis at pH 4.3 in the presence of 4 M urea. The enzyme has an apparent molecular weight of 120,000 to 140,000 by gel filtration chromatography. Electrophoresis of purified tryptase under denaturing conditions revealed subunits with molecular weights of 37,000 and 35,000 in a molar ratio of 1:1, consistent with a tetrameric subunit structure for the holoenzyme of Mr = 144,000. Both subunits bind [3H]diisopropyl fluorophosphate as assessed by the correspondence of radioactivity with the two stained protein bands in a polyacrylamide gel after electrophoresis of purified tryptase under denaturing conditions, indicating that all four subunits of the holoenzyme may have active site capacity. Purified tryptase has a specific activity for tosyl-L-arginine methyl ester of 97 units/mg (1 unit = 1 mumol of substrate cleaved/min at 22 degrees C). Human pulmonary mast cells contain tosyl-L-arginine methyl ester-esterase at levels more than 100-fold higher than those of human neutrophils, eosinophils, and monocytes. One million mast cells contain about 1.1 units, or 6 to 19 micrograms of tryptase, and have the capacity to contribute dominant levels of this enzyme at tissue sites of mast cell degranulation.

Maximum expiratory flow rate at 30 percent of vital capacity above residual volume served as an index of airway obstruction in comparing the effects of leukotriene C and histamine administered by aerosol to five normal persons. Leukotriene C was 600 to 9500 times more potent than histamine on a molar basis in producing an equivalent decrement in the maximum expiratory flow rate at 30 percent of vital capacity above residual volume. The leukotriene C response was slow in onset and prolonged, reminiscent of the effects of aerosol allergen challenge in asthmatic allergic subjects.

beta-Hexosaminidase, beta-glucuronidase, arylsulfatase, and tryptase were each released along with histamine from dispersed purified human lung mast cells of 40 to 80% purity by rabbit IgG anti-human IgE. The net per cent release ratio of each enzyme to histamine was determined over all doses of antibody employed to activate the mast cells and over all time points after activation, and indicated the per cent of each enzyme stored in secretory granules along with histamine. By multiplying the net per cent release ratio of each enzyme to histamine by total enzyme content in a preparation of 10(6) mast cells, values for secretory granule content per 10(6) mast cells were found to be 3.8 U for beta-hexosaminidase, 0.03 U for beta-glucuronidase, 0.03 U for arylsulfatase, and 0.9 U for tryptase. Subtype analysis of beta-hexosaminidase by diethylaminoethyl- (DEAE) cellulose chromatography revealed that the B isomer predominates in human mast cell secretory granules, whereas the A isomer predominates in secretory granules of the rat mast cell. Tryptase, the predominant neutral protease of the human mast cell secretory granule, has a m.w. of 130,000 by gel filtration chromatography, whereas the major neutral protease of the rat mast cell is chymotryptic and of 25,000 m.w. The presence of acid hydrolases, a tryptase, and histamine in human mast cell secretory granules suggests that the activated mast cell plays a direct role in the production of acute and subacute inflammation.