Advanced

On Microvascular Inflammation and Intestinal Leakage in Radiation Enteropathy

Röme, Andrada LU (2010) In Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series 2010:136.
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)
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)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Professor Graf, Wilhelm, Uppsala University, Department of Surgery, Uppsala, Sweden
organization
publishing date
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
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
2010-11-18 14:57:29
date last changed
2018-05-29 10:57:47
@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},
  keyword      = {radiation,colon,intestinal leakage,Leukocyte and platelet recruitment},
  language     = {eng},
  pages        = {130},
  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},
  volume       = {2010:136},
  year         = {2010},
}