Long-term dermal exposure to diisononyl phthalate exacerbates atopic dermatitis through oxidative stress in an FITC-induced mouse model

Abstract

Diisononyl phthalate (DINP), considered to be an environmentally friendly plasticizer, is now widely used. However, the toxic effects of DINP need to be examined, particularly the effects of long-term dermal DINP exposure. Research into the mechanisms underlying these effects is urgently needed. In this study we examined the exacerbation effect of long-term dermal exposure to DINP in fluorescein isothiocyanate (FITC)-induced contact hypersensitivity (CHS) in mice, and sought the potential molecular mechanisms. Forty-nine male Balb/c mice were subjected to a 40-day dermal exposure to saline or one of three concentrations of DINP and then three rounds of sensitization with vehicle or 0.5% FITC. The results of a histopathological examination and measurement of ear swelling as well as immunological and inflammatory biomarkers (total-immunoglobulin (Ig)E and Th cytokines) supported the notion that high doses of DINP may aggravate atopic dermatitis. We also showed that melatonin, an antioxidant, could decrease the levels of oxidative stress and alleviate FITC-induced CHS suggesting that oxidative stress may be one of the molecular mechanisms to explain the exacerbation effect induced by DINP.

Keywords

diisononyl phthalate / contact hypersensitivity / dermal exposure / exacerbation effect / melatonin / oxidative stress

References

[1] Bekö G, Callesen M, Weschler C J, Toftum J, Langer S, Sigsgaard T, Høst A, Kold Jensen T, Clausen G (2015). Phthalate exposure through different pathways and allergic sensitization in preschool children with asthma, allergic rhinoconjunctivitis and atopic dermatitis. Environ Res, 137: 432–439

[2] Bieber T (2008). Atopic dermatitis. N Engl J Med, 358(14): 1483–1494

[3] Bornehag C G, Nanberg E (2010). Phthalate exposure and asthma in children. Int J Androl, 33(2): 333–345

[4] Bowler R P, Crapo J D (2002). Oxidative stress in allergic respiratory diseases. J Allergy Clin Immunol, 110(3): 349–356

[5] Duty S M, Ackerman R M, Calafat A M, Hauser R (2005). Personal care product use predicts urinary concentrations of some phthalate monoesters. Environ Health Perspect, 113(11): 1530–1535

[6] Fuchs J, Zollner T M, Kaufmann R, Podda M (2001). Redox-modulated pathways in inflammatory skin diseases. Free Radic Biol Med, 30(4): 337–353

[7] Hardeland R, Pandi-Perumal S R, Cardinali D P (2006). Melatonin. Int J Biochem Cell Biol, 38(3): 313–316

[8] Huang C H, Kuo I C, Xu H, Lee Y S, Chua K Y (2003). Mite allergen induces allergic dermatitis with concomitant neurogenic inflammation in mouse. J Invest Dermatol, 121(2): 289–293

[9] Imai Y, Kondo A, Iizuka H, Maruyama T, Kurohane K (2006). Effects of phthalate esters on the sensitization phase of contact hypersensitivity induced by fluorescein isothiocyanate. Clin Exp Allergy, 36(11): 1462–1468

[10] Jonak C, Klosner G, Trautinger F (2009). Significance of heat shock proteins in the skin upon UV exposure. Front Biosci (Landmark Ed), 14(14): 4758–4768

[11] Kransler K M, Bachman A N, McKee R H (2012). A comprehensive review of intake estimates of di-isononyl phthalate (DINP) based on indirect exposure models and urinary biomonitoring data. Regul Toxicol Pharmacol, 62(2): 248–256

[12] Li J, Li L, Chen H, Chang Q, Liu X, Wu Y, Wei C, Li R, Kwan J K, Yeung K L, Xi Z, Lu Z, Yang X (2014). Application of vitamin E to antagonize SWCNTs-induced exacerbation of allergic asthma. Sci Rep, 4: 4275

[13] Li J, Li L, Zuo H, Ke C, Yan B, Wen H, Zhang Y, Yang X (2014). T-helper type-2 contact hypersensitivity of Balb/c mice aggravated by dibutyl phthalate via long-term dermal exposure. PLoS ONE, 9(2): e87887

[14] Luft P, Oostingh G J, Gruijthuijsen Y, Horejs-Hoeck J, Lehmann I, Duschl A (2008). Patulin influences the expression of Th1/Th2 cytokines by activated peripheral blood mononuclear cells and T cells through depletion of intracellular glutathione. Environ Toxicol, 23(1): 84–95

[15] Ma P, Wu Y, Zeng Q, Gan Y, Chen J, Ye X, Yang X (2013). Oxidative damage induced by chlorpyrifos in the hepatic and renal tissue of Kunming mice and the antioxidant role of vitamin E. Food Chem Toxicol, 58: 177–183

[16] Ma P, Yan B, Zeng Q, Liu X, Wu Y, Jiao M, Liu C, Wu J, Yang X (2014). Oral exposure of Kunming mice to diisononyl phthalate induces hepatic and renal tissue injury through the accumulation of ROS. Protective effect of melatonin. Food Chem Toxicol, 68: 247–256

[17] Matsue H, Edelbaum D, Shalhevet D, Mizumoto N, Yang C, Mummert M E, Oeda J, Masayasu H, Takashima A (2003). Generation and function of reactive oxygen species in dendritic cells during antigen presentation. J Immunol, 171(6): 3010–3018

[18] Mukherjee A, Haldar C, Vishwas D K (2014). Melatonin prevents dexamethasone-induced testicular oxidative stress and germ cell apoptosis in golden hamster, Mesocricetus auratus. Andrologia, 47(8 920–931 

[19] Novak N, Bieber T, Leung D Y (2003). Immune mechanisms leading to atopic dermatitis. J Allergy Clin Immunol, 112(6 Suppl): S128–S139

[20] Olsén L, Lind L, Lind P M (2012). Associations between circulating levels of bisphenol A and phthalate metabolites and coronary risk in the elderly. Ecotoxicol Environ Saf, 80: 179–183

[21] Rao M V, Chhunchha B (2010). Protective role of melatonin against the mercury induced oxidative stress in the rat thyroid. Food Chem Toxicol, 48(1): 7–10

[22] Reiter R J, Tan D X, Osuna C, Gitto E ( 2000b). Actions of melatonin in the reduction of oxidative stress. J Biomed Sci,7(6):444–58. nbsp;

[23] Reiter R J, Tan D X, Qi W, Manchester LC, Karbownik M, Calvo J R (2000a). Pharmacology and physiology of melatonin in the reduction of oxidative stress. Biol Signals Recept,9(3–4):160–71. 

[24] Rosa F T, Freitas E C, Deminice R, Jordão A A, Marchini J S (2014). Oxidative stress and inflammation in obesity after taurine supplementation: a double-blind, placebo-controlled study. Eur J Nutr, 53(3): 823–830

[25] Sakhi A K, Lillegaard I T, Voorspoels S, Carlsen M H, Løken E B, Brantsæter A L, Haugen M, Meltzer H M, Thomsen C (2014). Concentrations of phthalates and bisphenol A in Norwegian foods and beverages and estimated dietary exposure in adults. Environ Int, 73: 259–269

[26] Shea K M, the American Academy of Pediatrics Committee on Environmental Health (2003). Pediatric exposure and potential toxicity  of  phthalate  plasticizers.  Pediatrics,  111(6 Pt 1):  1467–1474

[27] Shigeno T, Katakuse M, Fujita T, Mukoyama Y, Watanabe H (2009). Phthalate ester-induced thymic stromal lymphopoietin mediates allergic dermatitis in mice. Immunology, 128(Suppl 1): e849–e857

[28] Tsai M C, Chen W J, Tsai M S, Ching C H, Chuang J I (2011). Melatonin attenuates brain contusion-induced oxidative insult, inactivation of signal transducers and activators of transcription 1, and upregulation of suppressor of cytokine signaling-3 in rats. J Pineal Res, 51(2): 233–245

[29] Tsukahara H, Shibata R, Ohshima Y, Todoroki Y, Sato S, Ohta N, Hiraoka M, Yoshida A, Nishima S, Mayumi M (2003). Oxidative stress and altered antioxidant defenses in children with acute exacerbation of atopic dermatitis. Life Sci, 72(22): 2509–2516

[30] Yang G, Wright C J, Hinson M D, Fernando A P, Sengupta S, Biswas C, La P, Dennery P A (2014). Oxidative stress and inflammation modulate Rev-erbα signaling in the neonatal lung and affect circadian rhythmicity. Antioxid Redox Signal, 21(1): 17–32

[31] Zuo L, Otenbaker N P, Rose B A, Salisbury K S (2013). Molecular mechanisms of reactive oxygen species-related pulmonary inflammation and asthma. Mol Immunol, 56(1-2): 57–63

Compliance with ethics guidelines

The authors declare that they have no conflicts of interests.

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (grant number 21577045).

RIGHTS & PERMISSIONS

2014 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg