Mitokondriell funktion hos immunceller vid sepsis (MitoSepsis)

Bakgrund

Bevis tyder på att sepsis och septisk chock allvarligt försämrar mitokondrierna och att den resulterande mitokondriella dysfunktionen är relaterad till svårighetsgraden och resultatet av den resulterande organdysfunktionen. Vid sepsis har mitokondriella abnormiteter - biokemiska och ultrastrukturella - upptäckts i flera organ, inklusive lever, njure, skelett- och hjärtmuskelvävnad och blodkroppar. En systematisk genomgång av mitokondriell funktion bedömd som syreförbrukning, tillstånd 3 och tillstånd 4 andning, respiratorisk enzymaktivitet eller vävnads ATP-nivåer och omsättningshastigheter visade minskad funktion, särskilt i sepsismodeller som varade i mer än 16 timmar. Utarmade nivåer av reducerat glutation, en viktig intra-mitokondriell antioxidant, i kombination med ökad generering av reaktiva syrearter (ROS) och reaktiva kvävearter (RNS) hämmar oxidativ fosforylering och ATP-generering. Denna förvärvade inneboende störning i cellulär energimetabolism bidrar till minskade aktiviteter av mitokondriella elektrontransportkedjeenzymkomplex och försämrad ATP-biosyntes och bidrar till organdysfunktion vid sepsis.

Cirkulerande immunceller spelar en viktig roll i patofysiologin för sepsis. Stimulering av immunsystemet förändrar immuncellernas energibehov; nedreglering av immuncellsaktivitet har associerats med förlängd sepsis. Immuncellsaktivering kräver ett ökat energibehov, så en minskad produktion av ATP på grund av nedsatt mitokondriell funktion kan vara en faktor för att modulera immunsvaret vid sepsis. Förändringar i mitokondriell funktion och energisvikt har rapporterats i perifera mononukleära blodceller och verkar vara associerade med moduleringen av immunsvaret mot sepsis. Makrofager inkuberade med endotoxin/interferon-y visar en minskning av syreförbrukning och hämning av mitokondrie I-komplex. Olika mekanismer för förändring av mitokondriell funktion i dessa celler har föreslagits, inklusive ökningar av NO-produktion och nitrering av mitokondriella proteiner [14], förhöjning av IL-10 [15] eller prostaglandinnivåer. Hos mänskliga neutrofiler spelar intakt mitokondriell funktion en viktig roll vid kemotaxi och fagocytos, försämring av dessa mekanismer leder till en minskad försvarsförmåga mot mikrobiella utmaningar.

HIF-1α är en transkriptionsfaktor som fungerar som en nyckelreglerande faktor i utvecklingen av syrehomeostas. Under normoxiska förhållanden syntetiseras och bryts HIF-1α kontinuerligt ned efter hydroxylering av dioxygenaser som använder syre, Fe och α-ketoglutarat som substrat. Under hypoxi begränsar den låga tillgängligheten av syre reaktionen; HIF-1α bryts inte längre ned och ackumuleras snabbt och utlöser transkriptionen av gener involverade i syrehomeostas såsom glykolytiska enzymer, glukostransportörer, vaskulär endoteltillväxtfaktor (VEGF) och erytropoietin. Under hypoxiska förhållanden förmedlar HIF också en minskning av mRNA-nivåer av andningskedjans proteiner, vilket förbereder cellen för att producera ATP huvudsakligen från glykolys och inte från oxidativ fosforylering, och optimerar därigenom cellenergi och homeostas för överlevnad och funktion under hypoxi.

Nyligen publicerade rapporter har kopplat inflammation och endotoxinstimulering till HIF-1α-aktivering. HIF-1α har visat sig vara uppreglerad och stabiliserad i LPS-behandlade makrofager och monocyter under normoxiska förhållanden. HIF-1α-nivåer visades vara minskade i makrofager som saknar TLR4 efter LPS-stimulering, vilket tyder på att LPS-stimulering av HIF-1α förmedlas av TLR4.

Data om mitokondriell funktion hos mänskliga immunceller vid svår sepsis är begränsad och den potentiella korrelationen mellan mitokondriell energibehov och produktion och svårighetsgraden av patientens tillstånd och resultat är inte väl etablerade. Den immunologiska reaktionen i samband med svår sepsis och septisk chock består av ett ömsesidigt beroende, mycket komplext system som involverar olika typer av immunceller och pro- och antiinflammatoriska cytokiner involverade i en tidsberoende process. Enkla in vitro-studier som bedömer mitokondriell funktion hos en enda typ av immunceller och enstaka cytokiner bara en tidpunkt under loppet av den septiska processen kanske inte är en lämplig modell för att spegla immunsystemets komplexa interaktioner. Seriemätningar av mitokondriell funktion hos olika nyckelspelarceller och specifika pro- och antiinflammatoriska cytokiner och apoptosmarkörer parallellt med andra kliniska och laboratoriemarkörer för sepsis kan erbjuda en mer djupgående utvärdering och förståelse av detta skadliga sjukdomsmönster.

Mål

Målet med projektet är att heltäckande undersöka förändringar i mitokondriell funktion och morfologi hos immunceller hos patienter med svår sepsis och septisk chock. Vi planerar att bedöma förändringar i mitokondriell funktion hos monocyter, B-celler och CD4+ T-celler i korrelation till nivåer av olika cytokiner och till klassiska kliniska och laboratorieparametrar för svårighetsgrad av sepsis och utfall.

Metoder

Totalt 30 patienter som tas in på intensivvårdsavdelningen (ICU) på ett tertiärvårdssjukhus på grund av svår sepsis eller septisk chock kommer att inkluderas i studien efter att ha erhållit skriftligt informerat samtycke från patienten eller patientens anhöriga. Patienter med någon typ av kroniska infektionssjukdomar, inflammatoriska eller autoimmuna sjukdomar efter transplantationer eller som fått immunsuppressiva medel är uteslutna.

Kontroller: 30 friska frivilliga Bedömning av mitokondriell funktion hos monocyter/granulocyter kommer att utföras genom mätning av mitokondriekomplexaktivitet med användning av ett standardtitreringsprotokoll för att mäta aktivering av komplex I till IV. För att mäta serumnivåer av IL-1, IL-6, IL-10 och TNF kommer kommersiella standardsatser att användas.