Predire la necrosi pancreatica usando il mitDNA

La pancreatite acuta (AP) è un'infiammazione del pancreas che può diventare una malattia mortale o portare a gravi complicazioni. È caratterizzata clinicamente da dolore addominale e da un aumento dei livelli degli enzimi pancreatici nel sangue o nelle urine. La migrazione dei calcoli biliari e l'abuso di alcol sono i due principali fattori di rischio per l'AP nell'uomo. Secondo la classificazione aggiornata di Atlanta, la AP è generalmente suddivisa in pancreatite lieve, moderata o grave in base alla presenza o assenza di insufficienza multiorgano (MOF) o complicanze locali o sistemiche. La pancreatite lieve ha una buona prognosi con una rapida guarigione. Le conseguenze tardive dell'AP includono una compromissione della funzione esocrina del pancreas e della tolleranza al glucosio, il diabete e lo sviluppo di pancreatite cronica. L'AP moderatamente grave è caratterizzata dalla presenza di insufficienza d'organo transitoria, complicanze locali o esacerbazione della malattia in comorbilità. Circa un terzo dei pazienti con AP sviluppa una grave pancreatite necrotizzante con MOF persistente e un alto tasso di mortalità. Gli obiettivi principali nella gestione clinica della PA sono un'adeguata rianimazione con fluidi e la prevenzione della MOF. Sia i fattori genetici che quelli ambientali influenzano lo sviluppo e la gravità della pancreatite.

Sebbene i meccanismi patogenetici rimangano in gran parte sconosciuti, prove crescenti suggeriscono che le molecole di modelli molecolari associati al danno (DAMP) svolgono un ruolo centrale nella patogenesi dell'AP. I DAMP collegano il danno tissutale locale alla sindrome da risposta infiammatoria sistemica (SIRS), che, se grave o prolungata, può portare alla successiva MOF e persino alla morte. La maggior parte dei DAMP sono riconosciuti dai recettori di riconoscimento del pattern (PRR) legati alla membrana e citosolici espressi da entrambi i tipi di cellule immunitarie e non immunitarie. Ciò innesca la segnalazione a valle e si manifesta come infiammazione sterile.

Lo sviluppo di AP comporta una complessa cascata di eventi, che iniziano con lesioni o rottura degli acini pancreatici, che quindi consente la fuoriuscita di enzimi pancreatici attivi tra cui enzimi amilolitici, lipolitici e proteolitici che distruggono i tessuti locali. Ciò si traduce in edema, danno vascolare, emorragia e morte cellulare. Oltre allo stress ossidativo e al sovraccarico di calcio, l'ipotensione e il basso pH acinoso contribuiscono a questi processi di inizio. Dopo la produzione iniziale di enzimi pancreatici attivi, ne derivano la morte cellulare locale e l'infiammazione sistemica.

I mitocondri, le fabbriche di energia delle cellule, regolano la morte delle cellule pancreatiche attraverso il controllo della produzione di adenosina trifosfato (ATP) e specie reattive dell'ossigeno (ROS), così come il calcio. La disfunzione dell'assorbimento e dell'efflusso di calcio mitocondriale, compreso l'elevazione del calcio citosolico dal reticolo endoplasmatico, può causare un sovraccarico di calcio mitocondriale, che porta a una maggiore generazione di ROS mitocondriale e alla permeabilizzazione della membrana mitocondriale. Il danno ossidativo mediato dalla disfunzione dei mitocondri provoca stress del reticolo endoplasmatico, danno lisosomiale e rilascio di proteasi (ad esempio catepsina e tripsina) per degradare le proteine ​​​​citosoliche che causano la morte delle cellule acinose pancreatiche . Le cellule acinose pancreatiche morte, morenti e ferite rilasciano contenuti intracellulari, tra cui DAMP (ad esempio, casella di gruppo 1 ad alta mobilità [HMGB1], DNA, istoni e ATP), che a loro volta promuovono l'infiltrazione di varie cellule immunitarie (ad esempio, neutrofili , monociti e macrofagi) e l'attivazione delle vie di segnalazione infiammatoria.

La gravità dell'AP sperimentale è correlata all'entità e al tipo di danno cellulare e morte. Sebbene esistano molteplici forme di morte cellulare in condizioni fisiologiche e patologiche, la necrosi e l'apoptosi sono i tipi più ampiamente studiati sia nella AP clinica che sperimentale. Le cellule necrotiche sono in grado di attivare risposte proinfiammatorie e immunostimolanti rilasciando DAMP e altre molecole, mentre l'apoptosi è generalmente considerata immunologicamente silente perché il contenuto citoplasmatico è impacchettato in corpi apoptotici e questi frammenti cellulari legati alla membrana vengono rapidamente assorbiti e degradati dai fagociti o dall'autofagia .

Perché il sistema immunitario è così preoccupato per la morte cellulare? L'idea corrente è che i DAMP rilasciati o esposti da cellule morenti o morte contribuiscano alle risposte infiammatorie e immunitarie per rimuovere le cellule morte e avviare la guarigione dei tessuti. Il fallimento di questo meccanismo di controllo può portare a infiammazioni incontrollate e malattie gravi come sepsi, artrite, aterosclerosi, lupus e cancro.

I mitocondri sono ora riconosciuti non solo come attori centrali nella morte cellulare, ma anche come un'importante fonte di DAMP. mit-DAMP, inclusi mitDNA, peptidi N-formil, fattore di trascrizione A (TFAM, un omologo mitocondriale di HMGB1) e ROS, svolgono ruoli emergenti nell'infiammazione mediante l'attivazione di neutrofili, monociti e macrofagi .

Il decorso clinico dell'AP è generalmente lieve; tuttavia, quasi il 25% dei pazienti progredisce in AP grave (SAP) che consiste in insufficienza d'organo e/o necrosi pancreatica (PNec) . Sebbene siano stati compiuti progressi nella diagnosi e nella gestione, l'AP rimane un importante problema di salute per la società, la PNec è una delle principali complicanze dell'AP che si manifesta come parenchima non opacizzato con contrasto endovenoso, come identificato tramite la TC con mezzo di contrasto (CECT). I pazienti con PNec hanno maggiori probabilità di sviluppare un'infezione pancreatica e presentano un rischio maggiore di mortalità. Attualmente, le scansioni CECT rimangono il "gold standard" per la diagnosi clinica di PNec. Tuttavia, l'estensione della PNec si vede meglio circa 3 giorni dopo la presentazione della malattia e può non essere rilevata nella TC precoce. Inoltre, la scansione TC ripetuta non è conveniente per monitorare i cambiamenti nella necrosi, soprattutto per coloro che ricevono ventilazione meccanica o emofiltrazione.

In alternativa, sono stati utilizzati più predittori per la previsione, il rilevamento e il monitoraggio precoci della PNec. Questi includono sistemi di punteggio clinico e biomarcatori circolanti. I sistemi di punteggio Ranson e APACHE II sono ampiamente utilizzati sebbene complessi e dispendiosi in termini di tempo. Recentemente, è stato studiato il ruolo dei biomarcatori circolanti, come i livelli massimi di creatinina, la proteina C-reattiva (CRP) e la leptina. Di questi nuovi biomarcatori, solo la PCR è stata utilizzata di routine nei casi di previsione della PNec. È stato riportato che i livelli di PCR superiori a 150 mg/l erano sensibili all'86%, ma specifici solo al 46% per la necrosi pancreatica. Pertanto, sono necessarie ulteriori indagini su questi nuovi biomarcatori per migliorare ulteriormente la previsione PNec.

Il DNA mitocondriale (mtDNA) è un genoma extracromosomico presente nei mitocondri delle cellule eucariotiche.

Normalmente, è strettamente contenuto nei mitocondri e non esposto al sistema immunitario innato anche dopo la cellulapoptosi. Tuttavia, nei periodi di morte cellulare provocata dallo stress (ad esempio, traumi e sepsi), il mtDNA viene rilasciato nella circolazione sistemica e porta a una serie di reazioni infiammatorie. Livelli elevati di mtDNA sono stati riportati in una varietà di situazioni cliniche, tra cui traumi, sepsi grave e cancro. Poiché la PNec è causata dall'attivazione intracellulare degli enzimi digestivi e dall'autodigestione.

Sono in fase di sperimentazione nuovi metodi terapeutici mirati alla PNec, come il drenaggio transmurale guidato da ultrasuoni endoscopici e la necrosectomia. L'identificazione precoce della PNec sarà utile per il trattamento precoce. Alti livelli di mtDNA suggeriscono la presenza di PNec e dovrebbe essere prestata un'attenta osservazione per evitare lo sviluppo di SAP e infezione da pancreatite.

Le sostanze necrotiche rilasciate nel sangue stimolano la produzione di citochine e mediatori infiammatori, innescano una cascata infiammatoria e alla fine portano alla SIRS o sindrome da disfunzione multiorgano.