Mitochondriale functie van immuuncellen bij sepsis (MitoSepsis)

Achtergrond

Er zijn aanwijzingen dat sepsis en septische shock de mitochondriën ernstig aantasten en dat de resulterende mitochondriale disfunctie verband houdt met de ernst en het resultaat van de resulterende orgaandisfunctie. Bij sepsis zijn mitochondriale afwijkingen - biochemisch en ultrastructureel - vastgesteld in meerdere organen, waaronder lever-, nier-, skelet- en hartspierweefsel en bloedcellen. Een systematische review van de mitochondriale functie, beoordeeld als zuurstofverbruik, ademhaling in toestand 3 en toestand 4, respiratoire enzymactiviteit of weefsel-ATP-niveaus en omzettingssnelheden, toonde een verminderde functie aan, vooral in sepsismodellen die langer dan 16 uur aanhielden. Verarmde niveaus van gereduceerd glutathion, een belangrijke intra-mitochondriale antioxidant, in combinatie met verhoogde vorming van reactieve zuurstofspecies (ROS) en reactieve stikstofspecies (RNS) remmen oxidatieve fosforylering en ATP-generatie. Deze verworven intrinsieke ontregeling in het cellulaire energiemetabolisme draagt ​​bij aan verminderde activiteiten van mitochondriale elektronentransportketen-enzymcomplexen en verminderde ATP-biosynthese en draagt ​​bij aan de orgaandisfunctie bij sepsis.

Circulerende immuuncellen spelen een belangrijke rol in de pathofysiologie van sepsis. Stimulatie van het immuunsysteem verandert de energiebehoefte van immuuncellen; neerwaartse regulatie van immuuncelactiviteit is in verband gebracht met langdurige sepsis. Activering van immuuncellen vereist een toename van de energiebehoefte, dus een verminderde productie van ATP als gevolg van een verminderde mitochondriale functie kan een factor zijn bij het moduleren van de immuunrespons bij sepsis. Veranderingen in de mitochondriale functie en energetisch falen zijn gemeld in perifere mononucleaire bloedcellen en lijken verband te houden met de modulatie van de immuunrespons op sepsis. Macrofagen geïncubeerd met endotoxine/interferon-γ vertonen een afname van het zuurstofverbruik en remming van het mitochondriaal I-complex. Er zijn verschillende mechanismen voorgesteld voor verandering van de mitochondriale functie in deze cellen, waaronder toename van NO-productie en nitratie van mitochondriale eiwitten [14], verhoging van IL-10 [15] of prostaglandineniveaus. In menselijke neutrofielen speelt de intacte mitochondriale functie een belangrijke rol bij chemotaxis en fagocytose, verslechtering van deze mechanismen leidt tot een verminderd afweervermogen tegen microbiële uitdagingen.

HIF-1α is een transcriptiefactor die fungeert als een belangrijke regulerende factor in de evolutie van zuurstofhomeostase. Onder normoxische omstandigheden wordt HIF-1α continu gesynthetiseerd en afgebroken na hydroxylering door dioxygenasen die zuurstof, Fe en α-ketoglutaraat als substraten gebruiken. Tijdens hypoxie beperkt de lage beschikbaarheid van zuurstof de reactie; HIF-1α wordt niet langer afgebroken en hoopt zich snel op en activeert de transcriptie van genen die betrokken zijn bij zuurstofhomeostase, zoals glycolytische enzymen, glucosetransporters, vasculaire endotheliale groeifactor (VEGF) en erytropoëtine. Onder hypoxische omstandigheden bemiddelt HIF ook een afname van mRNA-niveaus van de eiwitten van de ademhalingsketen, waardoor de cel wordt voorbereid om ATP te produceren, voornamelijk uit glycolyse en niet uit oxidatieve fosforylering, waardoor de celenergetica en homeostase worden geoptimaliseerd voor overleving en functioneren tijdens hypoxie.

Recent gepubliceerde rapporten hebben ontsteking en endotoxinestimulatie gekoppeld aan HIF-1α-activering. Van HIF-1α is aangetoond dat het onder normoxische omstandigheden opwaarts gereguleerd en gestabiliseerd is in met LPS behandelde macrofagen en monocyten. HIF-1α-niveaus bleken te zijn verlaagd in macrofagen die deficiënt zijn in TLR4 na LPS-stimulatie, wat suggereert dat LPS-stimulatie van HIF-1α wordt gemedieerd door TLR4.

Gegevens over de mitochondriale functie van menselijke immuuncellen bij ernstige sepsis zijn beperkt en de mogelijke correlatie tussen mitochondriale energiebehoefte en -productie en de ernst van de toestand en het resultaat van de patiënt zijn niet goed vastgesteld. De immunologische reactie in de context van ernstige sepsis en septische shock bestaat uit een onderling afhankelijk, zeer complex systeem waarbij verschillende soorten immuuncellen en pro- en ontstekingsremmende cytokines betrokken zijn bij een tijdsafhankelijk proces. Eenvoudige in-vitro-onderzoeken die de mitochondriale functie van een enkel type immuuncellen en enkele cytokines op slechts één moment in de loop van het septische proces beoordelen, zijn mogelijk geen geschikt model om de complexe interacties van het immuunsysteem te weerspiegelen. Seriële metingen van de mitochondriale functie van verschillende sleutelspelercellen en specifieke pro- en anti-inflammatoire cytokines en apoptosemarkers parallel met andere klinische en laboratoriummarkers van sepsis kunnen een meer diepgaande evaluatie en begrip van dit schadelijke ziektepatroon bieden.

Objectief

Het doel van het project is om uitgebreid onderzoek te doen naar veranderingen in de mitochondriale functie en morfologie van immuuncellen bij patiënten met ernstige sepsis en septische shock. We zijn van plan veranderingen in de mitochondriale functie van monocyten, B-cellen en CD4+ T-cellen te beoordelen in verband met niveaus van verschillende cytokines en met klassieke klinische en laboratoriumparameters van de ernst van sepsis en uitkomst.

methoden

Een totaal van 30 patiënten die vanwege ernstige sepsis of septische shock zijn opgenomen op de intensive care (ICU) van een tertiair ziekenhuis, zullen in het onderzoek worden opgenomen na schriftelijke geïnformeerde toestemming van de patiënt of de naaste familie van de patiënt. Patiënten met elk type chronische infectieziekte, ontstekingsziekte of auto-immuunziekte, na transplantatie of die immunosuppressiva hebben gekregen, zijn uitgesloten.

Controles: 30 gezonde vrijwilligers Beoordeling van de mitochondriale functie van monocyten/granulocyten zal worden uitgevoerd door meting van mitochondriale complexactiviteit met behulp van een standaard titratieprotocol om de activering van complex I tot IV te meten. Voor het meten van serumspiegels van IL-1, IL-6, IL-10 en TNF zullen standaard commerciële kits worden gebruikt.