Mitokondriell funksjon av immunceller i sepsis (MitoSepsis)

Bakgrunn

Bevis tyder på at sepsis og septisk sjokk svekker mitokondrier alvorlig, og at den resulterende mitokondrielle dysfunksjonen er relatert til alvorlighetsgraden og resultatet av den resulterende organdysfunksjonen. Ved sepsis har mitokondrielle abnormiteter - biokjemiske og ultrastrukturelle - blitt gjenkjent i flere organer, inkludert lever, nyre, skjelett- og hjertemuskelvev og blodceller. En systematisk gjennomgang av mitokondriell funksjon vurdert som oksygenforbruk, tilstand 3 og tilstand 4 respirasjon, respiratorisk enzymaktivitet eller vevs ATP-nivåer og omsetningshastigheter viste redusert funksjon, spesielt i sepsismodeller som varte mer enn 16 timer. Utarmete nivåer av redusert glutation, en viktig intra-mitokondriell antioksidant, i kombinasjon med økt generasjon av reaktive oksygenarter (ROS) og reaktive nitrogenarter (RNS) hemmer oksidativ fosforylering og generering av ATP. Denne ervervede iboende forstyrrelsen i cellulær energimetabolisme bidrar til redusert aktivitet av mitokondrielle elektrontransportkjede-enzymkomplekser og svekket ATP-biosyntese og bidrar til organdysfunksjon ved sepsis.

Sirkulerende immunceller spiller en viktig rolle i patofysiologien til sepsis. Stimulering av immunsystemet endrer energibehovet til immunceller; nedregulering av immuncelleaktivitet har vært assosiert med langvarig sepsis. Immuncelleaktivering krever en økning i energibehovet, og dermed kan en redusert produksjon av ATP på grunn av nedsatt mitokondriell funksjon være en faktor for å modulere immunresponsen ved sepsis. Endringer i mitokondriell funksjon og energetisk svikt er rapportert i perifere mononukleære blodceller og ser ut til å være assosiert med modulering av immunresponsen mot sepsis. Makrofager inkubert med endotoksin/interferon-γ viser en reduksjon i oksygenforbruk og hemming av mitokondrielt I-kompleks. Ulike mekanismer for endring av mitokondriell funksjon i disse cellene har blitt foreslått, inkludert økning i NO-produksjon og nitrering av mitokondrielle proteiner [14], økning av IL-10 [15] eller prostaglandinnivåer. Hos menneskelige nøytrofiler spiller intakt mitokondriell funksjon en viktig rolle i kjemotakse og fagocytose, svekkelse av disse mekanismene fører til redusert forsvarsevne mot mikrobielle utfordringer.

HIF-1α er en transkripsjonsfaktor som fungerer som en sentral regulatorisk faktor i utviklingen av oksygenhomeostase. Under normoksiske forhold syntetiseres HIF-1α kontinuerlig og brytes ned etter hydroksylering av dioksygenaser som bruker oksygen, Fe og α-ketoglutarat som substrater. Under hypoksi begrenser den lave tilgjengeligheten av oksygen reaksjonen; HIF-1α brytes ikke lenger ned og akkumuleres raskt og utløser transkripsjon av gener involvert i oksygenhomeostase som glykolytiske enzymer, glukosetransportører, vaskulær endotelial vekstfaktor (VEGF) og erytropoietin. Under hypoksiske forhold medierer HIF også en reduksjon i mRNA-nivåer av respiratoriske kjedeproteiner, og forbereder cellen til å produsere ATP hovedsakelig fra glykolyse og ikke fra oksidativ fosforylering, og optimaliserer dermed celleenergi og homeostase for overlevelse og funksjon under hypoksi.

Nylige publiserte rapporter har knyttet betennelse og endotoksinstimulering til HIF-1α-aktivering. HIF-1α har vist seg å være oppregulert og stabilisert i LPS-behandlede makrofager og monocytter under normoksiske forhold. HIF-1α-nivåer ble vist å være redusert i makrofager som mangler TLR4 etter LPS-stimulering, noe som tyder på at LPS-stimulering av HIF-1α er mediert av TLR4.

Data om mitokondriell funksjon av humane immunceller ved alvorlig sepsis er begrenset, og den potensielle korrelasjonen mellom mitokondriell energibehov og produksjon og alvorlighetsgraden av pasientens tilstand og utfall er ikke godt etablert. Den immunologiske reaksjonen i sammenheng med alvorlig sepsis og septisk sjokk består av et gjensidig avhengig, svært komplekst system som involverer ulike typer immunceller og pro- og anti-inflammatoriske cytokiner involvert i en tidsavhengig prosess. Enkle in vitro-studier som vurderer mitokondriell funksjon av en enkelt type immunceller og enkeltcytokiner bare ett tidspunkt i løpet av den septiske prosessen, er kanskje ikke en passende modell for å speile de komplekse interaksjonene til immunsystemet. Seriemålinger av mitokondriell funksjon av forskjellige nøkkelspillerceller og spesifikke pro- og antiinflammatoriske cytokiner og apoptosemarkører parallelt med andre kliniske og laboratoriemarkører for sepsis kan tilby en mer dyptgående evaluering og forståelse av dette skadelige sykdomsmønsteret.

Objektiv

Målet med prosjektet er å utførlig undersøke endringer i mitokondriell funksjon og morfologi til immunceller hos pasienter med alvorlig sepsis og septisk sjokk. Vi planlegger å vurdere endringer i mitokondriell funksjon av monocytter, B-celler og CD4+ T-celler i korrelasjon til nivåer av forskjellige cytokiner og til klassiske kliniske og laboratorieparametre for alvorlighetsgrad av sepsis og utfall.

Metoder

Totalt 30 pasienter innlagt på intensivavdelingen (ICU) på et tertiærsykehus på grunn av alvorlig sepsis eller septisk sjokk vil bli inkludert i studien etter å ha innhentet skriftlig informert samtykke fra pasienten eller pasientens pårørende. Pasienter med alle typer kroniske infeksjonssykdommer, inflammatoriske eller autoimmune sykdommer, etter transplantasjoner eller som har fått immunsuppressive midler, er ekskludert.

Kontroller: 30 friske frivillige. Vurdering av mitokondriell funksjon av monocytter/granulocytter vil bli utført ved måling av mitokondriell kompleksaktivitet ved bruk av en standard titreringsprotokoll for å måle aktivering av kompleks I til IV. For å måle serumnivåer av IL-1, IL-6, IL-10 og TNF vil standard kommersielle sett brukes.