On Microvascular Inflammation and Intestinal Leakage in Radiation Enteropathy
(2010) In Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series 2010:136.- Abstract
- Gastrointestinal tract damage is an insidious feature in patients undergoing radiotherapy. Microvascular inflammation, including leukocyte and platelet recruitment as well as epithelial barrier dysfunction, are considered to constitute key components in the pathophysiology of radiation-induced enteropathy. The aim of this thesis was to investigate the basic mechanisms behind leukocyte-platelet-endothelial cell interactions in the colonic microcirculation and intestinal leakage in response to radiotherapy. It was found that immunoneutralization of P-selectin (CD62P) and P-selectin glycoprotein ligand-1 (CD162) abolished radiation-provoked leukocyte and platelet rolling in the colon. Moreover, inhibition of P-selectin and P-selectin... (More)
- Gastrointestinal tract damage is an insidious feature in patients undergoing radiotherapy. Microvascular inflammation, including leukocyte and platelet recruitment as well as epithelial barrier dysfunction, are considered to constitute key components in the pathophysiology of radiation-induced enteropathy. The aim of this thesis was to investigate the basic mechanisms behind leukocyte-platelet-endothelial cell interactions in the colonic microcirculation and intestinal leakage in response to radiotherapy. It was found that immunoneutralization of P-selectin (CD62P) and P-selectin glycoprotein ligand-1 (CD162) abolished radiation-provoked leukocyte and platelet rolling in the colon. Moreover, inhibition of P-selectin and P-selectin glycoprotein ligand-1 also markedly decreased firm adhesion of leukocyte and platelets, suggesting that a rolling adhesive interaction is a prerequisite for subsequent leukocyte and platelet accumulation in response to radiation. However, inhibition of leukocyte and platelet recruitment or systemic depletion of leukocytes and platelets had no impact on radiation-induced intestinal leakage, suggesting that microvascular inflammation does not cause intestinal barrier dysfunction in radiation enteropathy. The role of p38 mitogen-activated protein kinase and Rho-kinase signalling was next examined by use of specific antagonists. Blocking p38 mitogen-activated protein kinase and Rho-kinase activity markedly decreased radiation-induced leukocyte and platelet recruitment in the colonic microvasculature as well as maintained intestinal integrity in response to radiotherapy. Taken together, this thesis elucidates detailed mechanisms regulating microvascular inflammation and intestinal dysfunction in radiation enteropathy. Thus, these findings not only increase our understanding of pathological tissue changes in response to radiotherapy but may also help to develop more effective and specific protective strategies for patients undergoing radiotherapy. (Less)
- Abstract (Swedish)
- Popular Abstract in Swedish
Joniserande strålning används ofta som behandling vid olika tumörsjukdomar i bukhåla
och bäckenregion men är ibland förenad med biverkningar. Dessa kan uppkomma
tidigt/akut, dvs i direkt anslutning till genomförd behandling eller sent, efter månaderår.
Besvären kan vara av mycket varierande och ofta lindrig övergående karaktär såsom
buksmärtor, diarré och blödningar från tarmen. På längre sikt finns det dock risk för
allvarliga biverkningar från tarmen såsom fistelbildning, perforationer samt tarmvred.
Dessa reaktioner medför ibland ett stort och livslångt lidande för de patienter som
drabbas och beror på att delar av tarmen... (More) - Popular Abstract in Swedish
Joniserande strålning används ofta som behandling vid olika tumörsjukdomar i bukhåla
och bäckenregion men är ibland förenad med biverkningar. Dessa kan uppkomma
tidigt/akut, dvs i direkt anslutning till genomförd behandling eller sent, efter månaderår.
Besvären kan vara av mycket varierande och ofta lindrig övergående karaktär såsom
buksmärtor, diarré och blödningar från tarmen. På längre sikt finns det dock risk för
allvarliga biverkningar från tarmen såsom fistelbildning, perforationer samt tarmvred.
Dessa reaktioner medför ibland ett stort och livslångt lidande för de patienter som
drabbas och beror på att delar av tarmen exponerats oavsiktligt i strålfältet. Både de tidiga
och sena biverkningarna anses ha ett nära samband med de akuta inflammatoriska
förändringar eller det vävnadsläckage som äger rum i direkt anslutning till strålbehandlingen.
För att bättre kunna förhindra och behandla dessa biverkningar är det viktigt att
undersöka bakgrunden till och vilka mekanismer som reglerar dessa processer.
Inflammation beskrevs första gången av Celsus för 2000 år sedan som rodnad, svullnad,
värme och smärta vilket är kroppens, och ffa kärlträdets, reaktion på utifrån kommande
stimuli såsom virus, bakterier och trauma i syfte att avgränsa, bekämpa och läka
den uppkomna skadan. Inflammatoriska reaktioner kan också uppstå av andra orsaker
t ex genom att vävnaden exponeras för joniserande strålning. Oavsett initierande agens
har alla inflammatoriska reaktioner vissa basala mekanismer som är gemensamma, t ex
rekrytering av immunceller samt läckage av vätska från blodkärl till drabbad vävnad,
vilka båda anses kunna bidra till ovan beskrivna biverkningar. Rekrytering av vita blodkroppar
(leukocyter) och blodplättar (trombocyter) till det skadade området är en flerstegsprocess
i vilken leukocyter/trombocyter rullar längs kärlväggens endotelceller med
hjälp av en specifik grupp molekyler kallad selektiner. Vidare aktiveras immuncellerna
av kemokiner och fastnar längs kärlväggen varvid leukocyterna sedan kan klämma sig
emellan endotelcellerna och vandra ut i vävnaden för att delta i den uppkomna inflammatoriska
processen till gagn för individen. Det är oklart hur denna process ser ut i
detalj men tidigare publicerade data talar för att både leukocyt/trombocytrekrytering
alternativt endotelcellspåverkan, med efterföljande vävnadsläckage av vätska, kan vara
av betydelse för utvecklingen av sena biverkningar i tarmen. Delarbetena i denna avhandling
belyser några av de mekanismer som reglerar dessa tidiga processer vid strålskada
på tjocktarmen. Vidare klargörs sambandet emellan å ena sidan leukocyt/trombocytrekrytering,
intakt tarmslemhinna och å andra sidan vävnadsläckage, inducerad av joniserande strålning.
Målet med de första och andra delarbetena var att klargöra vilka molekyler som
förmedlar interaktionen mellan såväl leukocyter/trombocyter som mellan endotelceller
på kärlväggen, i strålad tarm. Därtill undersöktes strålningens effekt på vävnadsläckage
då försöksdjuren behandlats med antikroppar mot neutrofila granulocyter (ett slags
leukocyter, vilka anses betydelsefulla i inflammatoriska processer) respektive trombocyter
vilket utlöser neutropeni (brist på vita blodkroppar) respektive trombocytopeni
(brist på trombocyter) i blodet. Djuren bestrålades och efter 16 timmar undersöktes
mikrocirkulationen i tjocktarmen med hjälp av intravitalmikroskopi. Det noterades då
att betydligt flera leuko/trombocyter rullade längs och satt fast (adhererade) på kärlväggen,
vilket tyder på en inflammatorisk reaktion. Djuren förbehandlades med specifika
antikroppar riktade emot P-selektin och PSGL-1 varvid både leuko/trombocytrullning
och leuko/trombocytadhesion minskade betydligt. Vidare noterades att LFA-1, en viktig
adhesionsmolekyl, reglerar leukocytadhesionen i tarmen. Det strålningsinducerade
vävnadsläckaget av vätska befanns vara oberoende av P-selektin, PSGL-1 blockering
och neutro/trombocytopeni.
Yttre stimuli, såsom osmotisk chock, bakteriegifter samt joniserande strålning aktiverar
intracellulära signalsystem i olika vävnader. Ett av dessa system, p38 MAPK, har
visat sig vara viktigt för reglering av genöverföring, utmognad och protein tillverkning
för vävnadens integritet och överlevnad. SB 239063 är en drog som har visat sig vara
en potent hämmare av p38 MAPK-aktivitet vilket studerades i det tredje arbetet. Då
SB 239063 gavs till djuren, före bestrålning, noterades att både leuko/trombocytrullning
respektive adhesion markant minskade. Därtill noterades även en minskning av
MPO-aktiviteten, ett mått på förekomst av neutrofila granulocyter, i vävnaden. De vid
leukocytrekrytering viktiga signalsubstanserna MIP-2 och KC, samt vätskeutträdet till
vävnaden, minskade. Detta tyder på att bibehållen tarmintegritet är en viktig komponent
för att förhindra vävnadsläckage.
Rho-kinaser är en familj av proteiner vilka anses vara viktiga för eukaryota cellers
rörlighet och adhesionsmöjligheter. I det fjärde arbetet förbehandlades försöksdjuren
med Y27632, en hämmare av Rho-aktivitet, vilket resulterade i minskad leuko/trombocyt
rekrytering och lägre MPO/MIP-2/KC nivåer i vävnaden. Slutligen noterades en
betydande reduktion av vävnadsläckaget.
Sammanfattningsvis beskrivs i denna avhandling viktiga mekanismer vilka reglerar
leuko- och trombocytrekrytering samt vävnadsläckage vid exponering för joniserande
strålning. Den har visat att strålnings framkallad leuko/trombocytrullning är P-selektin
och PSGL-1-beroende samt LFA-1 reglerar leukocytadhesion i tjocktarmen. Interferens
med p38-MAPK och Rho-kinas aktivitet skyddade emot leuko- trombocytrekrytering,
minskade MPO-aktivitet samt tjocktarmens innehåll av de viktiga signalmolekylerna
MIP-2 och KC. I detta arbete visas också att vävnadsläckaget inte är beroende av det
inflammatoriska vävnadssvaret, dvs leuko/trombocytrekrytering, utan är snarare beroende
av bibehållen integritet i vävnaden. Resultaten i denna avhandling kan bidra till
förståelse för de mekanismer som orsakar strålskada i tarmen, syftandes till att i framtiden
kunna skydda patienter mot allvarliga biverkningar orsakad av strålbehandling. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
https://lup.lub.lu.se/record/1716628
- author
- Röme, Andrada LU
- supervisor
-
- Henrik Thorlacius LU
- BENGT JEPPSSON LU
- Stefan Santén LU
- opponent
-
- Professor Graf, Wilhelm, Uppsala University, Department of Surgery, Uppsala, Sweden
- organization
- publishing date
- 2010
- type
- Thesis
- publication status
- published
- subject
- keywords
- radiation, colon, intestinal leakage, Leukocyte and platelet recruitment
- in
- Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
- volume
- 2010:136
- pages
- 130 pages
- publisher
- Department of Clinical Sciences, Lund University
- defense location
- CRC, the Lecture hall, SUS Malmö, Sweden
- defense date
- 2010-12-09 09:00:00
- ISSN
- 1652-8220
- ISBN
- 978-91-86671-52-5
- language
- English
- LU publication?
- yes
- id
- c1ca286a-ff52-4ac4-82f3-95523c404f7e (old id 1716628)
- date added to LUP
- 2016-04-01 13:31:41
- date last changed
- 2019-05-22 03:05:44
@phdthesis{c1ca286a-ff52-4ac4-82f3-95523c404f7e,
abstract = {{Gastrointestinal tract damage is an insidious feature in patients undergoing radiotherapy. Microvascular inflammation, including leukocyte and platelet recruitment as well as epithelial barrier dysfunction, are considered to constitute key components in the pathophysiology of radiation-induced enteropathy. The aim of this thesis was to investigate the basic mechanisms behind leukocyte-platelet-endothelial cell interactions in the colonic microcirculation and intestinal leakage in response to radiotherapy. It was found that immunoneutralization of P-selectin (CD62P) and P-selectin glycoprotein ligand-1 (CD162) abolished radiation-provoked leukocyte and platelet rolling in the colon. Moreover, inhibition of P-selectin and P-selectin glycoprotein ligand-1 also markedly decreased firm adhesion of leukocyte and platelets, suggesting that a rolling adhesive interaction is a prerequisite for subsequent leukocyte and platelet accumulation in response to radiation. However, inhibition of leukocyte and platelet recruitment or systemic depletion of leukocytes and platelets had no impact on radiation-induced intestinal leakage, suggesting that microvascular inflammation does not cause intestinal barrier dysfunction in radiation enteropathy. The role of p38 mitogen-activated protein kinase and Rho-kinase signalling was next examined by use of specific antagonists. Blocking p38 mitogen-activated protein kinase and Rho-kinase activity markedly decreased radiation-induced leukocyte and platelet recruitment in the colonic microvasculature as well as maintained intestinal integrity in response to radiotherapy. Taken together, this thesis elucidates detailed mechanisms regulating microvascular inflammation and intestinal dysfunction in radiation enteropathy. Thus, these findings not only increase our understanding of pathological tissue changes in response to radiotherapy but may also help to develop more effective and specific protective strategies for patients undergoing radiotherapy.}},
author = {{Röme, Andrada}},
isbn = {{978-91-86671-52-5}},
issn = {{1652-8220}},
keywords = {{radiation; colon; intestinal leakage; Leukocyte and platelet recruitment}},
language = {{eng}},
publisher = {{Department of Clinical Sciences, Lund University}},
school = {{Lund University}},
series = {{Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series}},
title = {{On Microvascular Inflammation and Intestinal Leakage in Radiation Enteropathy}},
url = {{https://lup.lub.lu.se/search/files/3431233/1716841.pdf}},
volume = {{2010:136}},
year = {{2010}},
}