Forutsi bukspyttkjertelnekrose ved hjelp av mitDNA

Akutt pankreatitt (AP) er betennelse i bukspyttkjertelen som kan bli en dødelig sykdom eller føre til alvorlige komplikasjoner. Det er klinisk preget av magesmerter og økte enzymnivåer i bukspyttkjertelen i blodet eller urinen. Gallesteinmigrasjon og alkoholmisbruk er de to viktigste risikofaktorene for AP hos mennesker. I henhold til den oppdaterte Atlanta-klassifiseringen er AP generelt delt inn i mild, moderat eller alvorlig pankreatitt i henhold til tilstedeværelse eller fravær av multippel organsvikt (MOF) eller lokale eller systemiske komplikasjoner. Mild pankreatitt har en god prognose med rask bedring. De sene konsekvensene av AP inkluderer nedsatt eksokrin funksjon i bukspyttkjertelen og glukosetoleranse, diabetes og utvikling av kronisk pankreatitt. Moderat alvorlig AP er preget av tilstedeværelsen av forbigående organsvikt, lokale komplikasjoner eller forverring av komorbid sykdom. Omtrent en tredjedel av pasienter med AP utvikler alvorlig nekrotiserende pankreatitt med vedvarende MOF og høy dødelighet. Hovedmålene i den kliniske behandlingen av AP er tilstrekkelig væskegjenoppliving og forebygging av MOF. Både genetiske og miljømessige faktorer påvirker utviklingen og alvorlighetsgraden av pankreatitt.

Selv om de patogene mekanismene forblir stort sett ukjente, tyder økende bevis på at skadeassosierte molekylære mønstermolekyler (DAMPs) spiller en sentral rolle i patogenesen til AP. DAMPs knytter lokal vevsskade til systemisk inflammasjonsresponssyndrom (SIRS), som, hvis det er alvorlig eller vedvarende, kan føre til påfølgende MOF og til og med død. De fleste DAMP-er gjenkjennes av membranbundne og cytosoliske mønstergjenkjenningsreseptorer (PRR) uttrykt av både immune og ikke-immune celletyper. Dette utløser nedstrømssignalering og manifesterer seg som steril betennelse.

Utviklingen av AP involverer en kompleks kaskade av hendelser, som starter med skade eller forstyrrelse av bukspyttkjertelens acini, som deretter tillater lekkasje av aktive bukspyttkjertelenzymer inkludert amylolytiske, lipolytiske og proteolytiske enzymer som ødelegger lokalt vev. Dette resulterer i ødem, vaskulær skade, blødning og celledød. I tillegg til oksidativt stress og kalsiumoverbelastning bidrar hypotensjon og lav acinar pH til disse initieringsprosessene. Etter innledende produksjon av aktive bukspyttkjertelenzymer, oppstår lokal celledød og systemisk betennelse.

Mitokondrier, energifabrikkene til celler, regulerer celledød i bukspyttkjertelen gjennom kontroll av produksjonen av adenosintrifosfat (ATP) og reaktive oksygenarter (ROS), samt kalsium. Dysfunksjon av mitokondriell kalsiumopptak og effluks, inkludert økning av cytosolisk kalsium fra endoplasmatisk retikulum, kan forårsake mitokondriell kalsiumoverbelastning, noe som fører til økt generering av mitokondriell ROS og mitokondriell membranpermeabilisering. Mitokondrie-dysfunksjon-mediert oksidativ skade resulterer i endoplasmatisk retikulumstress, lysosomal skade og frigjøring av proteaser (for eksempel katepsin og trypsin) for å bryte ned cytosoliske proteiner som forårsaker acinar celledød i bukspyttkjertelen. Døde, døende og skadde pankreatiske acinarceller frigjør intracellulært innhold, inkludert DAMP-er (for eksempel høymobilitetsgruppe 1 [HMGB1], DNA, histoner og ATP), som igjen fremmer infiltrasjon av ulike immunceller (for eksempel nøytrofiler) , monocytter og makrofager) og aktivering av inflammatoriske signalveier.

Alvorlighetsgraden av eksperimentell AP korrelerer med omfanget og typen av celleskade og død. Selv om flere former for celledød eksisterer under fysiologiske og patologiske tilstander, er nekrose og apoptose de mest studerte typene i både klinisk og eksperimentell AP. Nekrotiske celler er i stand til å aktivere proinflammatoriske og immunstimulerende responser ved å frigjøre DAMPs og andre molekyler, mens apoptose vanligvis anses som immunologisk stille fordi det cytoplasmatiske innholdet er pakket i apoptotiske legemer og disse membranbundne cellefragmentene raskt tas opp og nedbrytes av fagyocytter eller autofagyocytter. .

Hvorfor er immunsystemet så opptatt av celledød? Den nåværende oppfatningen er at DAMPs frigjort eller eksponert fra døende eller døde celler bidrar til inflammatoriske og immunresponser for å fjerne døde celler og initiere vevheling. Svikt i denne kontrollmekanismen kan føre til ukontrollert betennelse og alvorlige sykdommer som sepsis, leddgikt, aterosklerose, lupus og kreft.

Mitokondrier er nå anerkjent ikke bare som sentrale aktører i celledød, men også som en viktig kilde til DAMP. mit-DAMPs, inkludert mitDNA, N-formylpeptider, transkripsjonsfaktor A (TFAM, en mitokondriell HMGB1-homolog) og ROS, spiller nye roller i betennelse ved aktivering av nøytrofiler, monocytter og makrofager.

Det kliniske forløpet av AP er generelt mildt; Imidlertid utvikler nesten 25 % av pasientene alvorlig AP (SAP) som består av organsvikt og/eller pankreasnekrose (PNec). Selv om fremskritt i diagnostisering og behandling er gjort, er AP fortsatt et stort helseproblem for samfunnet, PNec er en stor komplikasjon av AP som manifesterer seg som ikke-opacifisert parenkym med intravenøs kontrast, identifisert via kontrastforsterket CT (CECT) skanning. Pasienter med PNec er mer sannsynlig å utvikle bukspyttkjertelinfeksjon og lider av en større risiko for dødelighet. For tiden er CECT-skanninger fortsatt "gullstandarden" for å diagnostisere PNec klinisk. Omfanget av PNec ses imidlertid best ca. 3 dager etter presentasjonen av sykdommen og kan overses ved tidlig CT-skanning. I tillegg er gjentatt CT-skanning ikke praktisk for å overvåke endringer i nekrose, spesielt ikke for de som mottar mekanisk ventilasjon eller hemofiltrering.

Flere prediktorer har alternativt blitt brukt for tidlig PNec-prediksjon, deteksjon og overvåking. Disse inkluderer kliniske poengsystemer og sirkulerende biomarkører. Ranson og APACHE II scoresystemer er mye brukt, selv om de er komplekse og tidkrevende. Nylig har rollen til sirkulerende biomarkører, som maksimale kreatininnivåer, C-reaktivt protein (CRP) og leptin, blitt undersøkt. Av disse nye biomarkørene har bare CRP blitt brukt rutinemessig i tilfeller av PNec-prediksjon. Det er rapportert at CRP-nivåer høyere enn 150 mg/l var 86 % sensitive, men bare 46 % spesifikke for pankreasnekrose. Dermed er ytterligere undersøkelse av disse nye biomarkørene nødvendig for å forbedre PNec-prediksjonen ytterligere.

Mitokondrielt DNA (mtDNA) er et ekstrakromosomalt genom som forekommer i mitokondriene til eukaryote celler.

Normalt er det strengt tatt i mitokondrier og ikke eksponert for det medfødte immunsystemet selv etter cellapoptose. Imidlertid, i tider med celledød fremkalt av stress (f.eks. traumer og sepsis), frigjøres mtDNA til systemisk sirkulasjon og fører til en rekke inflammatoriske reaksjoner. Forhøyede mtDNA-nivåer er rapportert i en rekke kliniske situasjoner, inkludert traumer, alvorlig sepsis og kreft. Som PNec er forårsaket av intracellulær aktivering av fordøyelsesenzymer og autofordøyelse.

Nye terapeutiske metoder rettet mot PNec som endoskopisk ultralydveiledet transmural drenering og nekrosektomi blir testet. Tidlig identifikasjon av PNec vil være nyttig for tidlig behandling. Høye nivåer av mtDNA antyder tilstedeværelse av PNec og nøye observasjon bør gis for å unngå utvikling av SAP og pankreatittinfeksjon.

Nekrotiske stoffer som frigjøres i blodet stimulerer produksjonen av inflammatoriske cytokiner og mediatorer, utløser en inflammatorisk kaskade og fører til slutt til SIRS eller multippelorgandysfunksjonssyndrom.