Pancreasnecrose voorspellen met behulp van mitDNA

Acute pancreatitis (AP) is een ontsteking van de alvleesklier die een dodelijke ziekte kan worden of tot ernstige complicaties kan leiden. Het wordt klinisch gekenmerkt door buikpijn en door verhoogde pancreasenzymspiegels in het bloed of de urine. Galsteenmigratie en alcoholmisbruik zijn de twee belangrijkste risicofactoren voor AP bij mensen. Volgens de bijgewerkte Atlanta-classificatie wordt AP over het algemeen onderverdeeld in milde, matige of ernstige pancreatitis, afhankelijk van de aan- of afwezigheid van meervoudig orgaanfalen (MOF) of lokale of systemische complicaties. Milde pancreatitis heeft een goede prognose met snel herstel. De late gevolgen van AP zijn onder meer een verminderde exocriene functie van de alvleesklier en glucosetolerantie, diabetes en de ontwikkeling van chronische pancreatitis. Matig ernstige AP wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van voorbijgaand orgaanfalen, lokale complicaties of verergering van een comorbide ziekte. Ongeveer een derde van de patiënten met AP ontwikkelt ernstige necrotiserende pancreatitis met aanhoudende MOF en een hoog sterftecijfer. De belangrijkste doelen bij de klinische behandeling van AP zijn adequate vloeistofreanimatie en het voorkomen van MOF. Zowel genetische als omgevingsfactoren beïnvloeden de ontwikkeling en ernst van pancreatitis.

Hoewel de pathogene mechanismen grotendeels onbekend blijven, suggereert toenemend bewijs dat schade-geassocieerde moleculaire patroonmoleculen (DAMP's) een centrale rol spelen in de pathogenese van AP. DAMP's brengen lokale weefselbeschadiging in verband met systemisch inflammatieresponssyndroom (SIRS), dat, indien ernstig of aanhoudend, kan leiden tot daaropvolgende MOF en zelfs de dood. De meeste DAMP's worden herkend door membraangebonden en cytosolische patroonherkenningsreceptoren (PRR's) die tot expressie worden gebracht door zowel immuun- als niet-immuunceltypen. Dit triggert stroomafwaartse signalering en manifesteert zich als steriele ontsteking.

De ontwikkeling van AP omvat een complexe cascade van gebeurtenissen, die beginnen met letsel of verstoring van de acini van de pancreas, waardoor actieve pancreasenzymen kunnen lekken, waaronder amylolytische, lipolytische en proteolytische enzymen die lokale weefsels vernietigen. Dit resulteert in oedeem, vasculaire schade, bloeding en celdood. Naast oxidatieve stress en calciumoverbelasting dragen hypotensie en lage acinaire pH bij aan deze initiatieprocessen. Na de initiële productie van actieve pancreasenzymen volgen lokale celdood en systemische ontsteking.

Mitochondriën, de energiefabrieken van cellen, reguleren de celdood van de alvleesklier door controle van de productie van adenosinetrifosfaat (ATP) en reactieve zuurstofspecies (ROS), evenals calcium. Disfunctie van mitochondriale calciumopname en -efflux, inclusief verhoging van cytosolisch calcium uit het endoplasmatisch reticulum, kan mitochondriale calciumoverbelasting veroorzaken, wat leidt tot verbeterde generatie van mitochondriale ROS en mitochondriale membraanpermeabilisatie. Mitochondria disfunctie-gemedieerde oxidatieve schade resulteert in endoplasmatisch reticulum stress, lysosomale schade en het vrijkomen van proteasen (bijvoorbeeld cathepsine en trypsine) om cytosolische eiwitten af ​​te breken die pancreas acinaire celdood veroorzaken. Dode, stervende en beschadigde alvleesklieracinaire cellen geven intracellulaire inhoud vrij, waaronder DAMP's (bijvoorbeeld high mobility group box 1 [HMGB1], DNA, histonen en ATP), die op hun beurt de infiltratie van verschillende immuuncellen bevorderen (bijvoorbeeld neutrofielen , monocyten en macrofagen) en activering van inflammatoire signaalroutes.

De ernst van experimentele AP correleert met de omvang en het type celbeschadiging en dood. Hoewel er meerdere vormen van celdood bestaan ​​in fysiologische en pathologische omstandigheden, zijn necrose en apoptose de meest bestudeerde typen in zowel klinische als experimentele AP. Necrotische cellen zijn in staat pro-inflammatoire en immunostimulerende reacties te activeren door DAMP's en andere moleculen vrij te geven, terwijl apoptose gewoonlijk als immunologisch stil wordt beschouwd omdat de cytoplasmatische inhoud is verpakt in apoptotische lichamen en deze membraangebonden celfragmenten snel worden opgenomen en afgebroken door fagocyten of autofagie. .

Waarom is het immuunsysteem zo bezig met celdood? De huidige opvatting is dat DAMP's die vrijkomen of worden blootgesteld aan stervende of dode cellen, bijdragen aan ontstekings- en immuunreacties om dode cellen te verwijderen en weefselgenezing op gang te brengen. Het falen van dit controlemechanisme kan leiden tot ongecontroleerde ontstekingen en ernstige ziekten zoals sepsis, artritis, atherosclerose, lupus en kanker.

Mitochondriën worden nu niet alleen erkend als centrale spelers in celdood, maar ook als een belangrijke bron van DAMP's. mit-DAMP's, waaronder mitDNA, N-formylpeptiden, transcriptiefactor A (TFAM, een mitochondriale HMGB1-homoloog) en ROS, spelen een opkomende rol bij ontstekingen door de activering van neutrofielen, monocyten en macrofagen .

Het klinische beloop van AP is over het algemeen mild; bijna 25% van de patiënten ontwikkelt echter ernstige AP (SAP) die bestaat uit orgaanfalen en/of pancreasnecrose (PNec). Hoewel er vooruitgang is geboekt in de diagnose en het beheer, blijft AP een belangrijk gezondheidsprobleem voor de samenleving. PNec is een belangrijke complicatie van AP die zich manifesteert als niet-opaak gemaakt parenchym met intraveneus contrast, zoals geïdentificeerd via CT-scan met contrastversterking (CECT). Patiënten met PNec hebben een grotere kans op het ontwikkelen van een pancreasinfectie en lopen een groter risico op overlijden. Momenteel blijven CECT-scans de "gouden standaard" om PNec klinisch te diagnosticeren. De omvang van PNec wordt echter het best gezien ongeveer 3 dagen na de presentatie van de ziekte en kan gemist worden bij een vroege CT-scan. Bovendien is herhaalde CT-scanning niet handig om veranderingen in necrose te volgen, vooral niet geschikt voor degenen die mechanische beademing of hemofiltratie krijgen.

Als alternatief zijn meerdere voorspellers gebruikt voor vroege PNec-voorspelling, detectie en monitoring. Deze omvatten klinische scoresystemen en circulerende biomarkers. Ranson- en APACHE II-scoresystemen worden veel gebruikt, zij het complex en tijdrovend. Onlangs is de rol van circulerende biomarkers, zoals piekcreatininespiegels, C-reactief proteïne (CRP) en leptine, onderzocht. Van deze nieuwe biomarkers is alleen CRP routinematig gebruikt in gevallen van PNec-voorspelling. Het is gemeld dat CRP-waarden hoger dan 150 mg/l 86% gevoelig waren, maar slechts 46% specifiek voor pancreasnecrose. Daarom is aanvullend onderzoek naar deze nieuwe biomarkers nodig om de PNec-voorspelling verder te verbeteren.

Mitochondriaal DNA (mtDNA) is een extrachromosomaal genoom dat voorkomt in de mitochondriën van eukaryote cellen.

Normaal gesproken zit het strikt in de mitochondriën en wordt het niet blootgesteld aan het aangeboren immuunsysteem, zelfs niet na cellapoptose. Echter, in tijden van celdood veroorzaakt door stress (bijvoorbeeld trauma en sepsis), komt mtDNA vrij in de systemische circulatie en leidt tot een reeks ontstekingsreacties. Verhoogde mtDNA-niveaus zijn gemeld in verschillende klinische situaties, waaronder trauma, ernstige sepsis en kanker. Omdat PNec wordt veroorzaakt door intracellulaire activering van spijsverteringsenzymen en autodigestie.

Nieuwe therapeutische methoden gericht op PNec, zoals endoscopische echogeleide transmurale drainage en necrosectomie, worden getest. Vroege identificatie van PNec zal nuttig zijn voor vroege behandeling. Hoge niveaus van mtDNA suggereren de aanwezigheid van PNec en nauwkeurige observatie moet worden gegeven om de ontwikkeling van SAP en pancreatitis-infectie te voorkomen.

Necrotische stoffen die in het bloed vrijkomen, stimuleren de aanmaak van inflammatoire cytokines en mediatoren, veroorzaken een inflammatoire cascade en leiden uiteindelijk tot SIRS of het meervoudig orgaandisfunctiesyndroom.