Przewidywanie martwicy trzustki za pomocą mitDNA

Ostre zapalenie trzustki (AP) to zapalenie trzustki, które może prowadzić do śmierci lub poważnych powikłań. Klinicznie charakteryzuje się bólem brzucha i podwyższonym poziomem enzymów trzustkowych we krwi lub w moczu. Migracja kamieni żółciowych i nadużywanie alkoholu to dwa główne czynniki ryzyka AP u ludzi. Zgodnie z zaktualizowaną klasyfikacją z Atlanty, AP dzieli się na łagodne, umiarkowane i ciężkie zapalenie trzustki w zależności od obecności lub braku niewydolności wielonarządowej (MOF) lub powikłań miejscowych lub ogólnoustrojowych. Łagodne zapalenie trzustki ma dobre rokowanie i szybki powrót do zdrowia. Do późnych następstw AP należą upośledzenie czynności zewnątrzwydzielniczej trzustki i tolerancji glukozy, cukrzyca oraz rozwój przewlekłego zapalenia trzustki. Umiarkowanie ciężki OZT charakteryzuje się obecnością przejściowej niewydolności narządowej, miejscowymi powikłaniami lub zaostrzeniem choroby współistniejącej. U około jednej trzeciej pacjentów z AP rozwija się ciężkie martwicze zapalenie trzustki z utrzymującym się MOF i wysoką śmiertelnością. Głównymi celami postępowania klinicznego z AP są odpowiednia resuscytacja płynowa i zapobieganie MOF. Zarówno czynniki genetyczne, jak i środowiskowe wpływają na rozwój i nasilenie zapalenia trzustki.

Chociaż mechanizmy patogenetyczne pozostają w dużej mierze nieznane, coraz więcej dowodów sugeruje, że cząsteczki wzoru molekularnego związane z uszkodzeniami (DAMP) odgrywają kluczową rolę w patogenezie AP. DAMP łączą miejscowe uszkodzenie tkanki z zespołem ogólnoustrojowej odpowiedzi zapalnej (SIRS), który, jeśli jest ciężki lub długotrwały, może prowadzić do późniejszego MOF, a nawet śmierci. Większość DAMP jest rozpoznawana przez związane z błoną i cytozolowe receptory rozpoznawania wzorców (PRR), wyrażane zarówno przez typy komórek odpornościowych, jak i nieimmunologicznych. To wyzwala dalsze sygnalizowanie i objawia się sterylnym stanem zapalnym.

Rozwój AP obejmuje złożoną kaskadę zdarzeń, które zaczynają się od uszkodzenia lub przerwania trądziku trzustkowego, co następnie umożliwia wyciek aktywnych enzymów trzustkowych, w tym enzymów amylolitycznych, lipolitycznych i proteolitycznych, które niszczą miejscowe tkanki. Powoduje to obrzęk, uszkodzenie naczyń, krwotok i śmierć komórek. Oprócz stresu oksydacyjnego i przeciążenia wapniem, niedociśnienie i niskie pH zrazikowe przyczyniają się do tych procesów inicjacji. Po początkowej produkcji aktywnych enzymów trzustkowych następuje miejscowa śmierć komórek i ogólnoustrojowy stan zapalny.

Mitochondria, fabryki energii komórek, regulują śmierć komórek trzustki poprzez kontrolę produkcji trójfosforanu adenozyny (ATP) i reaktywnych form tlenu (ROS), a także wapnia. Dysfunkcja mitochondrialnego wychwytu i wypływu wapnia, w tym podwyższenie cytozolowego wapnia z retikulum endoplazmatycznego, może powodować przeciążenie mitochondriów wapniem, co prowadzi do zwiększonego wytwarzania mitochondrialnych ROS i przepuszczalności błony mitochondrialnej. Uszkodzenie oksydacyjne za pośrednictwem dysfunkcji mitochondriów powoduje stres retikulum endoplazmatycznego, uszkodzenie lizosomów i uwalnianie proteaz (na przykład katepsyny i trypsyny) w celu degradacji białek cytozolowych, które powodują śmierć komórek zrazikowych trzustki. Martwe, umierające i uszkodzone komórki zrazikowe trzustki uwalniają zawartość wewnątrzkomórkową, w tym DAMP (na przykład pole grupy o wysokiej ruchliwości 1 [HMGB1], DNA, histony i ATP), które z kolei sprzyjają infiltracji różnych komórek odpornościowych (na przykład neutrofili , monocyty i makrofagi) oraz aktywację zapalnych szlaków sygnałowych.

Nasilenie eksperymentalnego AP koreluje z zakresem i rodzajem uszkodzenia i śmierci komórek. Chociaż istnieje wiele form śmierci komórkowej w warunkach fizjologicznych i patologicznych, martwica i apoptoza są najszerzej badanymi typami zarówno w przypadku klinicznego, jak i doświadczalnego AP. Komórki martwicze są zdolne do aktywowania odpowiedzi prozapalnych i immunostymulujących poprzez uwalnianie DAMP i innych cząsteczek, podczas gdy apoptoza jest zwykle uważana za cichą immunologicznie, ponieważ zawartość cytoplazmy jest upakowana w ciałach apoptotycznych, a te fragmenty komórek związane z błoną są szybko pobierane i degradowane przez fagocyty lub autofagię .

Dlaczego układ odpornościowy tak bardzo przejmuje się śmiercią komórki? Obecny pogląd jest taki, że DAMP uwalniane lub eksponowane z umierających lub martwych komórek przyczyniają się do reakcji zapalnych i immunologicznych w celu usunięcia martwych komórek i zainicjowania gojenia tkanek. Awaria tego mechanizmu kontroli może prowadzić do niekontrolowanego stanu zapalnego i poważnych chorób, takich jak posocznica, zapalenie stawów, miażdżyca, toczeń i rak.

Mitochondria są obecnie uznawane nie tylko za głównych graczy w śmierci komórki, ale także za ważne źródło DAMP. mit-DAMP, w tym mitDNA, peptydy N-formylowe, czynnik transkrypcyjny A (TFAM, mitochondrialny homolog HMGB1) i ROS, odgrywają nowe role w stanach zapalnych poprzez aktywację neutrofili, monocytów i makrofagów.

Przebieg kliniczny AP jest na ogół łagodny; jednak prawie 25% pacjentów przechodzi w ciężki AP (SAP), na który składa się niewydolność narządowa i/lub martwica trzustki (PNec). Chociaż poczyniono postępy w diagnostyce i leczeniu, AP pozostaje poważnym problemem zdrowotnym społeczeństwa, PNec jest głównym powikłaniem AP, które objawia się jako niezmętniony miąższ z dożylnym kontrastem, co identyfikuje się za pomocą tomografii komputerowej ze wzmocnieniem kontrastowym (CECT). Pacjenci z PNec są bardziej narażeni na rozwój infekcji trzustki i są bardziej narażeni na śmiertelność. Obecnie skany CECT pozostają „złotym standardem” w klinicznej diagnostyce PNec. Jednak zasięg PNec najlepiej widać po około 3 dniach od wystąpienia choroby i można go przeoczyć we wczesnej tomografii komputerowej. Ponadto powtarzane badanie CT nie jest wygodne do monitorowania zmian w martwicy, zwłaszcza u osób poddawanych wentylacji mechanicznej lub hemofiltracji.

Wiele predyktorów było alternatywnie używanych do wczesnego przewidywania, wykrywania i monitorowania PNec. Obejmują one systemy oceny klinicznej i krążące biomarkery. Systemy punktacji Ranson i APACHE II są szeroko stosowane, choć złożone i czasochłonne. Ostatnio badano rolę krążących biomarkerów, takich jak maksymalne stężenie kreatyniny, białko C-reaktywne (CRP) i leptyna. Spośród tych nowych biomarkerów tylko CRP jest rutynowo stosowane w przypadkach przewidywania PNec. Podaje się, że poziomy CRP wyższe niż 150 mg/l były czułe w 86%, ale tylko w 46% swoiste dla martwicy trzustki. W związku z tym konieczne jest dodatkowe badanie tych nowych biomarkerów w celu dalszej poprawy przewidywania PNec.

DNA mitochondrialne (mtDNA) to genom pozachromosomalny występujący w mitochondriach komórek eukariotycznych.

Zwykle jest ściśle zawarta w mitochondriach i nie jest narażona na działanie wrodzonego układu odpornościowego, nawet po celapoptozie. Jednak w czasach śmierci komórki wywołanej stresem (np. Urazem i posocznicą) mtDNA jest uwalniany do krążenia ogólnoustrojowego i prowadzi do szeregu reakcji zapalnych. Podwyższone poziomy mtDNA zgłaszano w różnych sytuacjach klinicznych, w tym urazach, ciężkiej sepsie i raku. Ponieważ PNec jest spowodowane wewnątrzkomórkową aktywacją enzymów trawiennych i autotrawieniem.

Testowane są nowe metody terapeutyczne ukierunkowane na PNec, takie jak endoskopowy drenaż przezścienny pod kontrolą ultrasonografii i nekrosektomia. Wczesna identyfikacja PNec będzie pomocna we wczesnym leczeniu. Wysokie poziomy mtDNA sugerują obecność PNec i należy prowadzić ścisłą obserwację, aby uniknąć rozwoju infekcji SAP i zapalenia trzustki.

Substancje martwicze uwalniane do krwi stymulują produkcję cytokin i mediatorów zapalnych, uruchamiają kaskadę zapalną i ostatecznie prowadzą do SIRS lub zespołu dysfunkcji wielonarządowej.