Mitokondriel funktion af immunceller i sepsis (MitoSepsis)

Baggrund

Beviser tyder på, at sepsis og septisk shock i alvorlig grad forringer mitokondrier, og at den resulterende mitokondrielle dysfunktion er relateret til sværhedsgraden og resultatet af den resulterende organdysfunktion. I sepsis er mitokondrielle abnormiteter - biokemiske og ultrastrukturelle - blevet genkendt i flere organer, herunder lever, nyre, skelet- og hjertemuskelvæv og blodceller. En systematisk gennemgang af mitokondriel funktion vurderet som iltforbrug, tilstand 3 og tilstand 4 respiration, respiratorisk enzymaktivitet eller vævs-ATP-niveauer og omsætningshastigheder viste nedsat funktion, især i sepsismodeller, der varede mere end 16 timer. Udtømte niveauer af reduceret glutathion, en vigtig intra-mitokondriel antioxidant, i kombination med øget dannelse af reaktive oxygenarter (ROS) og reaktive nitrogenarter (RNS) hæmmer oxidativ phosphorylering og ATP-dannelse. Denne erhvervede iboende forstyrrelse i cellulær energimetabolisme bidrager til reducerede aktiviteter af mitokondrielle elektrontransportkædeenzymkomplekser og svækket ATP-biosyntese og bidrager til organdysfunktion ved sepsis.

Cirkulerende immunceller spiller en vigtig rolle i patofysiologien af ​​sepsis. Stimulering af immunsystemet ændrer immuncellernes energibehov; nedregulering af immuncelleaktivitet er blevet forbundet med langvarig sepsis. Immuncelleaktivering kræver en stigning i energibehovet, og derfor kan en reduceret produktion af ATP på grund af nedsat mitokondriefunktion være en faktor i moduleringen af ​​immunresponset ved sepsis. Ændringer i mitokondriefunktion og energetisk svigt er blevet rapporteret i perifere mononukleære blodceller og synes at være forbundet med moduleringen af ​​immunresponset på sepsis. Makrofager inkuberet med endotoksin/interferon-y viser et fald i iltforbrug og hæmning af mitokondrielt I-kompleks. Forskellige mekanismer til ændring af mitokondriel funktion i disse celler er blevet foreslået, herunder stigninger i NO-produktion og nitrering af mitokondrielle proteiner [14], forhøjelse af IL-10 [15] eller prostaglandinniveauer. Hos humane neutrofiler spiller intakt mitokondriefunktion en vigtig rolle i kemotaksi og fagocytose, svækkelse af disse mekanismer fører til en nedsat forsvarsevne over for mikrobielle udfordringer.

HIF-1α er en transkriptionsfaktor, der fungerer som en central regulatorisk faktor i udviklingen af ​​oxygenhomeostase. Under normoksiske forhold syntetiseres og nedbrydes HIF-1α kontinuerligt efter hydroxylering af dioxygenaser, der anvender oxygen, Fe og α-ketoglutarat som substrater. Under hypoxi begrænser den lave tilgængelighed af ilt reaktionen; HIF-1α nedbrydes ikke længere og akkumuleres hurtigt og udløser transskriptionen af ​​gener involveret i oxygenhomeostase såsom glykolytiske enzymer, glukosetransportører, vaskulær endotelvækstfaktor (VEGF) og erythropoietin. Under hypoxiske forhold medierer HIF også et fald i mRNA-niveauer af respiratoriske kædeproteiner, hvilket forbereder cellen til at producere ATP hovedsageligt fra glykolyse og ikke fra oxidativ phosphorylering, hvorved celleenergi og homeostase optimeres til overlevelse og funktion under hypoxi.

Nylige offentliggjorte rapporter har forbundet inflammation og endotoksin-stimulering til HIF-1α-aktivering. HIF-1α har vist sig at være opreguleret og stabiliseret i LPS-behandlede makrofager og monocytter under normoxiske forhold. HIF-1α-niveauer blev vist at være faldet i makrofager, der mangler TLR4 efter LPS-stimulering, hvilket tyder på, at LPS-stimulering af HIF-1α er medieret af TLR4.

Data om mitokondriefunktion af humane immunceller i svær sepsis er begrænset, og den potentielle sammenhæng mellem mitokondrielle energibehov og produktion og sværhedsgraden af ​​patientens tilstand og udfald er ikke veletableret. Den immunologiske reaktion i forbindelse med svær sepsis og septisk shock består af et indbyrdes afhængigt, meget komplekst system, der involverer forskellige typer af immunceller og pro- og antiinflammatoriske cytokiner involveret i en tidsafhængig proces. Simple in vitro-undersøgelser, der vurderer mitokondriel funktion af en enkelt type immunceller og enkelte cytokiner kun et enkelt tidspunkt i løbet af den septiske proces, er muligvis ikke en passende model til at afspejle immunsystemets komplekse interaktioner. Seriemålinger af mitokondriel funktion af forskellige nøglespillerceller og specifikke pro- og antiinflammatoriske cytokiner og apoptosemarkører parallelt med andre kliniske og laboratoriemarkører for sepsis kan tilbyde en mere dybdegående evaluering og forståelse af dette skadelige sygdomsmønster.

Objektiv

Formålet med projektet er en omfattende undersøgelse af ændringer i mitokondriefunktion og morfologi af immunceller hos patienter med svær sepsis og septisk shock. Vi planlægger at vurdere ændringer i mitokondriel funktion af monocytter, B-celler og CD4+ T-celler i sammenhæng med niveauer af forskellige cytokiner og til klassiske kliniske og laboratorieparametre for sværhedsgraden af ​​sepsis og resultat.

Metoder

I alt 30 patienter indlagt på intensivafdelingen (ICU) på et tertiært hospital på grund af svær sepsis eller septisk shock vil blive inkluderet i undersøgelsen efter indhentet skriftligt informeret samtykke fra patienten eller patientens pårørende. Patienter med enhver form for kroniske infektionssygdomme, inflammatoriske eller autoimmune sygdomme efter transplantationer eller modtagelse af immunsuppressive midler er udelukket.

Kontroller: 30 raske frivillige. Vurdering af mitokondriel funktion af monocytter/granulocytter vil blive udført ved måling af mitokondriel kompleks aktivitet under anvendelse af en standard titreringsprotokol til måling af aktivering af kompleks I til IV. Til måling af serumniveauer af IL-1, IL-6, IL-10 og TNF vil der blive brugt kommercielle standardsæt.