Förutsäga pankreatisk nekros med mitDNA

Akut pankreatit (AP) är en inflammation i bukspottkörteln som kan bli en dödlig sjukdom eller leda till allvarliga komplikationer. Det kännetecknas kliniskt av buksmärtor och av ökade bukspottkörtelenzymnivåer i blodet eller urinen. Gallstensmigration och alkoholmissbruk är de två största riskfaktorerna för AP hos människor. Enligt den uppdaterade Atlanta-klassificeringen delas AP i allmänhet in i mild, måttlig eller svår pankreatit beroende på närvaron eller frånvaron av multipel organsvikt (MOF) eller lokala eller systemiska komplikationer. Mild pankreatit har en god prognos med snabb återhämtning. De sena konsekvenserna av AP inkluderar försämrad pankreatisk exokrin funktion och glukostolerans, diabetes och utveckling av kronisk pankreatit. Måttligt svår AP kännetecknas av förekomsten av övergående organsvikt, lokala komplikationer eller exacerbation av komorbid sjukdom. Ungefär en tredjedel av patienterna med AP utvecklar svår nekrotiserande pankreatit med ihållande MOF och hög dödlighet. Huvudmålen i den kliniska behandlingen av AP är adekvat vätskeupplivning och förebyggande av MOF. Både genetiska och miljömässiga faktorer påverkar utvecklingen och svårighetsgraden av pankreatit.

Även om de patogena mekanismerna förblir i stort sett okända, tyder ökande bevis på att skadeassocierade molekylära mönstermolekyler (DAMPs) spelar en central roll i patogenesen av AP. DAMPs kopplar lokal vävnadsskada till systemiskt inflammationsresponssyndrom (SIRS), som, om det är allvarligt eller ihållande, kan leda till efterföljande MOF och till och med död. De flesta DAMPs känns igen av membranbundna och cytosoliska mönsterigenkänningsreceptorer (PRR) uttryckta av både immuna och icke-immuna celltyper. Detta utlöser nedströmssignalering och visar sig som steril inflammation.

Utvecklingen av AP involverar en komplex kaskad av händelser, som börjar med skada eller störning av pankreasacini, som sedan tillåter läckage av aktiva pankreasenzymer inklusive amylolytiska, lipolytiska och proteolytiska enzymer som förstör lokala vävnader. Detta resulterar i ödem, kärlskador, blödningar och celldöd. Förutom oxidativ stress och kalciumöverbelastning bidrar hypotoni och lågt acinärt pH till dessa initieringsprocesser. Efter initial produktion av aktiva pankreasenzymer uppstår lokal celldöd och systemisk inflammation.

Mitokondrier, cellernas energifabriker, reglerar celldöd i bukspottkörteln genom kontroll av produktionen av adenosintrifosfat (ATP) och reaktiva syrearter (ROS), såväl som kalcium. Dysfunktion av mitokondriellt kalciumupptag och utflöde, inklusive förhöjning av cytosoliskt kalcium från det endoplasmatiska retikulum, kan orsaka mitokondriell kalciumöverbelastning, vilket leder till ökad generering av mitokondriell ROS och mitokondriell membranpermeabilisering. Mitokondrisk dysfunktion-medierad oxidativ skada resulterar i endoplasmatisk retikulumstress, lysosomala skador och frisättning av proteaser (till exempel katepsin och trypsin) för att bryta ned cytosoliska proteiner som orsakar pankreatisk acinär celldöd. Döda, döende och skadade pankreatiska acinära celler frisätter intracellulärt innehåll, inklusive DAMPs (till exempel high mobility group box 1 [HMGB1], DNA, histoner och ATP), som i sin tur främjar infiltration av olika immunceller (till exempel neutrofiler monocyter och makrofager) och aktivering av inflammatoriska signalvägar.

Svårighetsgraden av experimentell AP korrelerar med omfattningen och typen av cellskada och död. Även om flera former av celldöd existerar under fysiologiska och patologiska tillstånd, är nekros och apoptos de mest studerade typerna i både klinisk och experimentell AP. Nekrotiska celler kan aktivera proinflammatoriska och immunstimulerande svar genom att frisätta DAMPs och andra molekyler, medan apoptos vanligtvis anses vara immunologiskt tyst eftersom det cytoplasmatiska innehållet är förpackat i apoptotiska kroppar och dessa membranbundna cellfragment snabbt tas upp och bryts ned av fagyocyter eller autofagyocyter. .

Varför är immunsystemet så bekymrat över celldöd? Den nuvarande uppfattningen är att DAMPs som frigörs eller exponeras från döende eller döda celler bidrar till inflammatoriska och immunsvar för att avlägsna döda celler och initiera vävnadsläkning. Misslyckande med denna kontrollmekanism kan leda till okontrollerad inflammation och allvarliga sjukdomar som sepsis, artrit, åderförkalkning, lupus och cancer.

Mitokondrier erkänns nu inte bara som centrala aktörer i celldöd utan också som en viktig källa till DAMP. mit-DAMPs, inklusive mitDNA, N-formylpeptider, transkriptionsfaktor A (TFAM, en mitokondriell HMGB1-homolog) och ROS, spelar framväxande roller vid inflammation genom aktivering av neutrofiler, monocyter och makrofager.

Det kliniska förloppet av AP är i allmänhet mildt; nästan 25 % av patienterna utvecklas dock till allvarlig AP (SAP) som består av organsvikt och/eller pankreasnekros (PNec). Även om framsteg i diagnos och hantering har gjorts, är AP fortfarande en viktig hälsofråga för samhället, PNec är en stor komplikation av AP som visar sig som icke-opacifierat parenkym med intravenös kontrast, som identifieras via kontrastförstärkt CT (CECT)-skanning. Patienter med PNec är mer benägna att utveckla bukspottkörtelinfektion och löper en större risk för dödlighet. För närvarande är CECT-skanningar fortfarande "guldstandarden" för att diagnostisera PNec kliniskt. Omfattningen av PNec ses dock bäst cirka 3 dagar efter uppkomsten av sjukdomen och kan missas vid tidig datortomografi. Dessutom är upprepad CT-skanning inte praktiskt för att övervaka förändringar i nekros, framför allt inte för dem som får mekanisk ventilation eller hemofiltrering.

Flera prediktorer har alternativt använts för tidig PNec-prediktion, detektion och övervakning. Dessa inkluderar kliniska poängsystem och cirkulerande biomarkörer. Ranson och APACHE II poängsystem används i stor utsträckning om än komplexa och tidskrävande. Nyligen har rollen av cirkulerande biomarkörer, såsom toppkreatininnivåer, C-reaktivt protein (CRP) och leptin, undersökts. Av dessa nya biomarkörer har endast CRP använts rutinmässigt i fall av PNec-förutsägelse. Det rapporteras att CRP-nivåer högre än 150 mg/l var 86 % känsliga, men endast 46 % specifika för pankreasnekros. Därför är ytterligare undersökning av dessa nya biomarkörer nödvändig för att ytterligare förbättra PNec-förutsägelsen.

Mitokondriellt DNA (mtDNA) är ett extrakromosomalt genom som förekommer i mitokondrierna hos eukaryota celler.

Normalt finns det strikt i mitokondrier och exponeras inte för det medfödda immunsystemet även efter cellapoptos. Men i tider av celldöd framkallad av stress (t.ex. trauma och sepsis), frisätts mtDNA i systemisk cirkulation och leder till en rad inflammatoriska reaktioner. Förhöjda mtDNA-nivåer har rapporterats i en mängd olika kliniska situationer, inklusive trauma, allvarlig sepsis och cancer. Som PNec orsakas av intracellulär aktivering av matsmältningsenzymer och autodigestion.

Nya terapeutiska metoder inriktade på PNec som endoskopisk ultraljudsstyrd transmural dränering och nekrosektomi testas. Tidig identifiering av PNec kommer att vara till hjälp för tidig behandling. Höga nivåer av mtDNA tyder på närvaron av PNec och noggrann observation bör ges för att undvika utveckling av SAP och pankreatitinfektion.

Nekrotiska ämnen som frigörs i blodet stimulerar produktionen av inflammatoriska cytokiner och mediatorer, utlöser en inflammatorisk kaskad och leder så småningom till SIRS eller multipelorgandysfunktionssyndrom.