Forudsigelse af pancreatisk nekrose ved hjælp af mitDNA

Akut pancreatitis (AP) er betændelse i bugspytkirtlen, der kan blive en dødelig sygdom eller føre til alvorlige komplikationer. Det er klinisk karakteriseret ved mavesmerter og ved øget pancreas enzymniveauer i blodet eller urinen. Galdestensmigrering og alkoholmisbrug er de to største risikofaktorer for AP hos mennesker. Ifølge den opdaterede Atlanta-klassifikation er AP generelt opdelt i mild, moderat eller svær pancreatitis i henhold til tilstedeværelsen eller fraværet af multipel organsvigt (MOF) eller lokale eller systemiske komplikationer. Mild pancreatitis har en god prognose med hurtig bedring. De sene konsekvenser af AP inkluderer svækket pancreas eksokrin funktion og glukosetolerance, diabetes og udvikling af kronisk pancreatitis. Moderat svær AP er karakteriseret ved tilstedeværelsen af ​​forbigående organsvigt, lokale komplikationer eller forværring af komorbid sygdom. Omkring en tredjedel af patienter med AP udvikler alvorlig nekrotiserende pancreatitis med vedvarende MOF og høj dødelighed. Hovedmålene i den kliniske behandling af AP er tilstrækkelig væskegenoplivning og forebyggelse af MOF. Både genetiske og miljømæssige faktorer påvirker udviklingen og sværhedsgraden af ​​pancreatitis.

Selvom de patogene mekanismer forbliver stort set ukendte, tyder stigende beviser på, at skadesassocierede molekylære mønstermolekyler (DAMP'er) spiller en central rolle i patogenesen af ​​AP. DAMP'er forbinder lokal vævsskade med systemisk inflammationsresponssyndrom (SIRS), som, hvis det er alvorligt eller vedvarende, kan føre til efterfølgende MOF og endda død. De fleste DAMP'er genkendes af membranbundne og cytosoliske mønstergenkendelsesreceptorer (PRR'er) udtrykt af både immune og ikke-immune celletyper. Dette udløser nedstrømssignalering og viser sig som steril betændelse.

Udviklingen af ​​AP involverer en kompleks kaskade af begivenheder, som starter med skade eller forstyrrelse af bugspytkirtlens acini, som derefter tillader lækage af aktive bugspytkirtelenzymer, herunder amylolytiske, lipolytiske og proteolytiske enzymer, der ødelægger lokale væv. Dette resulterer i ødem, vaskulær skade, blødning og celledød. Ud over oxidativ stress og calciumoverbelastning bidrager hypotension og lav acinær pH ​​til disse initieringsprocesser. Efter indledende produktion af aktive bugspytkirtelenzymer opstår lokal celledød og systemisk inflammation.

Mitokondrier, cellernes energifabrikker, regulerer celledød i bugspytkirtlen gennem kontrol af produktionen af ​​adenosintrifosfat (ATP) og reaktive oxygenarter (ROS) samt calcium. Dysfunktion af mitokondriel calciumoptagelse og efflux, herunder forhøjelse af cytosolisk calcium fra det endoplasmatiske retikulum, kan forårsage mitokondriel calciumoverbelastning, hvilket fører til øget generering af mitokondriel ROS og mitokondriel membranpermeabilisering. Mitokondrie-dysfunktion-medieret oxidativ skade resulterer i endoplasmatisk retikulumstress, lysosomal skade og frigivelse af proteaser (for eksempel cathepsin og trypsin) for at nedbryde cytosoliske proteiner, der forårsager pancreas acinar celledød. Døde, døende og skadede pancreas-acinære celler frigiver intracellulært indhold, herunder DAMP'er (f.eks. high mobility group box 1 [HMGB1], DNA, histoner og ATP), som igen fremmer infiltration af forskellige immunceller (f.eks. neutrofiler) , monocytter og makrofager) og aktivering af inflammatoriske signalveje.

Sværhedsgraden af ​​eksperimentel AP korrelerer med omfanget og typen af ​​celleskade og død. Selvom der findes flere former for celledød under fysiologiske og patologiske tilstande, er nekrose og apoptose de mest undersøgte typer i både klinisk og eksperimentel AP. Nekrotiske celler er i stand til at aktivere proinflammatoriske og immunstimulatoriske reaktioner ved at frigive DAMP'er og andre molekyler, hvorimod apoptose sædvanligvis betragtes som immunologisk tavs, fordi det cytoplasmatiske indhold er pakket i apoptotiske legemer, og disse membranbundne cellefragmenter hurtigt optages og nedbrydes af fagyocytter eller autofagocytter. .

Hvorfor er immunsystemet så optaget af celledød? Den nuværende opfattelse er, at DAMP'er frigivet eller eksponeret fra døende eller døde celler bidrager til inflammatoriske og immunresponser for at fjerne døde celler og initiere vævsheling. Svigt af denne kontrolmekanisme kan føre til ukontrolleret inflammation og alvorlige sygdomme som blodforgiftning, gigt, åreforkalkning, lupus og kræft.

Mitokondrier anerkendes nu ikke kun som centrale aktører i celledød, men også som en vigtig kilde til DAMP'er. mit-DAMP'er, herunder mitDNA, N-formylpeptider, transkriptionsfaktor A (TFAM, en mitokondriel HMGB1-homolog) og ROS, spiller nye roller i inflammation ved aktivering af neutrofiler, monocytter og makrofager.

Det kliniske forløb af AP er generelt mildt; dog udvikler næsten 25 % af patienterne alvorlig AP (SAP), som består af organsvigt og/eller pancreasnekrose (PNec). Selvom der er gjort fremskridt i diagnosticering og behandling, er AP fortsat et væsentligt sundhedsproblem for samfundet, PNec er en stor komplikation af AP, der manifesterer sig som ikke-opacificeret parenkym med intravenøs kontrast, som identificeret via kontrastforstærket CT (CECT) scanning. Patienter med PNec er mere tilbøjelige til at udvikle bugspytkirtelinfektion og lider af en større risiko for dødelighed. I øjeblikket forbliver CECT-scanninger "guldstandarden" til at diagnosticere PNec klinisk. Omfanget af PNec ses dog bedst omkring 3 dage efter præsentationen af ​​sygdommen og kan overses ved tidlig CT-scanning. Derudover er gentagen CT-scanning ikke praktisk til at overvåge ændringer i nekrose, især ikke for dem, der modtager mekanisk ventilation eller hæmofiltration.

Flere prædiktorer er alternativt blevet brugt til tidlig PNec-forudsigelse, detektion og overvågning. Disse omfatter kliniske scoresystemer og cirkulerende biomarkører. Ranson og APACHE II scoresystemer er meget udbredte, omend komplekse og tidskrævende. For nylig er cirkulerende biomarkørers rolle, såsom maksimale kreatininniveauer, C-reaktivt protein (CRP) og leptin, blevet undersøgt. Af disse nye biomarkører er kun CRP blevet brugt rutinemæssigt i tilfælde af PNec-forudsigelse. Det er rapporteret, at CRP-niveauer højere end 150 mg/l var 86 % følsomme, men kun 46 % specifikke for pancreas-nekrose. Derfor er yderligere undersøgelse af disse nye biomarkører nødvendig for yderligere at forbedre PNec-forudsigelsen.

Mitokondrielt DNA (mtDNA) er et ekstrakromosomalt genom, der forekommer i mitokondrierne i eukaryote celler.

Normalt er det strengt indeholdt i mitokondrier og ikke udsat for det medfødte immunsystem, selv efter cellapoptose. Men i tider med celledød fremkaldt af stress (f.eks. traumer og sepsis), frigives mtDNA til systemisk cirkulation og fører til en række inflammatoriske reaktioner. Forhøjede mtDNA-niveauer er blevet rapporteret i en række forskellige kliniske situationer, herunder traumer, svær sepsis og cancer. Som PNec er forårsaget af intracellulær aktivering af fordøjelsesenzymer og autofordøjelse.

Nye terapeutiske metoder rettet mod PNec såsom endoskopisk ultralydsstyret transmural drænage og nekrosektomi er ved at blive testet. Tidlig identifikation af PNec vil være nyttig til tidlig behandling. Høje niveauer af mtDNA tyder på tilstedeværelsen af ​​PNec, og nøje observation bør gives for at undgå udvikling af SAP og pancreatitis-infektion.

Nekrotiske stoffer, der frigives til blodet, stimulerer produktionen af ​​inflammatoriske cytokiner og mediatorer, udløser en inflammatorisk kaskade og fører til sidst til SIRS eller multipelt organ dysfunktionssyndrom.