SIGNALING MECHANISMS IN SEPSIS-INDUCED IMMUNE DYSFUNCTION

Abstract

Sepsis and subsequent organ failure remain the major cause of mortality in intensive care units in spite of significant research efforts. The lung is the most vulnerable organ affected by early hyper-inflammatory immune response in septic patients. On the other hand, the septic insult induces immune dysfunction in later phases of sepsis which in turn increases susceptibility to infections. The aim of this thesis was to investigate early and late inflammatory mechanisms in abdominal sepsis induced by cecal ligation and puncture (CLP). We observed that inhibition of CD44 not only reduced CLP-induced pulmonary accumulation of neutrophils but also protected against edema formation and tissue destruction in septic lung injury. We found that inhibition of geranylgeranyl transferase decreased CLP-induced pulmonary recruitment of neutrophils via reduction of CXC chemokine production in lung macrophages and neutrophil activation in the circulation. It was noted that Rho-kinase inhibitor reduced sepsis-induced pulmonary recruitment of neutrophils and tissue injury via regulation of CXC chemokines formation in the lung. Moreover, inhibition of Rho-kinase signaling decreased sepsis-induced T-cell apoptosis as well as enhanced T-cell proliferation and cytokine formation. In addition, Rho-kinase inhibition reduced sepsis-induced expansion of regulatory T-cells. Finally, it was noted that Rho-kinase inhibitor abolished CLP-induced increase in the plasma levels of HMGB1 and IL-6. Thus, these data identify new signaling mechanisms regulating pathological inflammation in septic lung injury and immune dysfunction, which may provide a basis for the development of more specific and effective treatment to ameliorate respiratory failure and improve T-cell-mediated host defense reactions in polymicrobial sepsis.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Sepsis, blodförgiftning, är ett potentiellt allvarlgt och komplicerat kliniskt

syndrom samt är en av de vanligaste orsakerna till döden på

intensivvårdsavdelningar. Cirka 200 per 100,000 invånare i Sverige drabbas

årligen av svår sepsis. Sepsis är systemisk inflammatorisk reaktion mot

mikrobiell invadering. Svår sepsis är den sepsis som associerad med en

eller flera organdysfunktion. Septisk chock inträffar när sepsis kompliceras

av hypotension och hypoperfusion trots adekvat vätsketillförsel. Sepsis

utvecklas till stor del som en följd av hyperinflammatorisk och oreglerad

värd immunsvar mot invaderande bakterier eller deras toxiner. Efter den

hyperinflammatoriska fasen uppstår ett tillstånd med immnunförsvar

dysfunktion då septiska patienter blir mer mottagliga för infektioner.

Under normala förhållanden elimineras skadliga patogener

framgångsrikt av immunceller utan någon vävnadsskada. Emellertid kan

den hyperinflammatoriska och dåligreglerade immunsvaren vid sepsis

orsaka vävnadsskada och organskada som så småningom leder till multipel

organsvikt. Akut lungskada är en central komponent hos patienter med

sepsis och experimentella studier har visat att aktivering och samling av

vita blodkroppar (leukocyter) är ett hastighetsberoende steg i sepsisassocierad

lungskada. Leukocyter interagerar med trombocyter och

endotelceller genom cell medlare och en sekvens av receptor-ligand

interaktion så att de kan lämna blodbanan som en följd av ökad vaskulär

permeabilitet.

Leukocytmigrationen utgör en begränsand faktor för

inflammationens utbredning och skadeverkan i vävnaden. Trots att det

inflammatoriska svaret är avgörande för den initiala framgången av

immunsystemet, är adekvat kontroll och upplösning av pro-inflammatoriska

signaler lika viktiga för överlevnad av drabbade individer. Denna överinflammation

kan undvikas om kontraregulatoriska svar kommer vid rätt

tidpunkt, vilket kan leda till fullständig återställning av värden. När antiinflammatorisk

respons är långvarig eller alltför uttalad kan leda till

immunosuppressiv tillstånd och oförmåga att rensa infektion vilket kallas

kompenserande anti-inflammatorisk respons syndrom. Målet med denna

avhandling är att definiera några av de signalerings mekanismer av

pulmonell neutrofil rekrytering och immun dysfunktion i buksepsis.

Dessutom vill vi definiera rollen av trombocyter och CXC kemokiner i

denna process.

I den första studien analyseras betydelsen av adhesionsmolekeln

CD44 för leukocytrekrytering och vävnadsskada vid sepsis. För att klargöra

57

detta använde vi antikroppar riktade mot CD44. Vi fann att inhibering av

CD44 miniskar leukocytrekrytering och skyddar mot lungskada vid sepsis.

Dessutom fann vi att inte lunga CD44 utan att neutrofil CD44 medierar

neutrofil rektytering i septisk lungskada. Denna CD44-beroende infiltration

av neutrofiler är oberoende av hyaluronan i lungan.

I den andra studien hypotetiserade vi att geranylgeranyl transferas

spelar en nyckelroll vid sepsis. För att undersöka detta användes en selektiv

geranylgeranyl transferas hämmare (GGTI-2133) 30 min innan induktion

av sepsis. Vi fann att geranylgeranyltransferas spelar en viktig roll vid

mediering av lungskador i septiska möss. Våra resultat visar att GGTI-2133

signifikant miniskar vävnadsskada och leukocytrekrytering genom att

blockering CXC kemokinernas produktion i lungan och

leukocytacktevering i blodbanan.

I de tredje och fjärde arbetena studerades effecten av intra-cellular

Rho-kinas signalering vid sepsis-inducerad inflammation i lungan och

immundysfunction. I den tredje studien undersöktes betydelsen av Rhokinas

signalering vid sepsis-inducerad inflammation i lungan. Vi

observerade att Rho-kinas signalering medierar en viktig roll vid sepsis. Vi

fann också att hämning av Rho-kinas, genom att använda Y-27632, skyddar

mot sepsis-inducerad pulmonell rekrytering av neutrofiler och

vävnadsskada i tidig hyper-inflammatorisk fas. I det fjärde arbetet

studerades immunsuppression vid sepsis med fokus på T-cell funktion.

Våra resultat visar att sepsis orsakade en omfattande apoptosis (celldöd) av

CD4 T-celler och mindre cytokin (IFN-gamma och IL-4) produktion.

Dessutom var proliferativsvaret hos CD4 T-celler kraftigt nedsatt vid

sepsis. Vidare observerade vi att sepsis ökar regulatoriska T-celler som kan

hämma immunsvaret mot bakterier samt virus och ökar risken för infektion.

Intressant observerade vi att Y-27632 förbättrar alla de här aspekterna av Tcellernas

funktion under sen immunsuppressiv fas vid sepsis. Sammantaget

våra resultat tyder på en immunomodulerande roll av Y-27632 i buksepsis.

Sammanfattningsvis kartlägger den här avhandlingen nya

mekanismer bakom pulmonell neutrofil rekrytering och immun dysfunktion

i patienter med svår buksepsis som kan lägga till grund för utvecklandet av

nya och effektivare behandlingsmetode

• author: Hasan, Zirak
• supervisor: Henrik Thorlacius; BENGT JEPPSSON; Ingvar Syk
• opponent: professor Boros, Mihaly, Institute of Surgical Research
• organization: Surgery (research group)
• publishing date: 2013
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Surgery
• keywords: abdominal sepsis, neutrophil, lung, chemokines, infection, T-cells, CD44, Rho-kinase, isoprenylation
• categories: Higher Education
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2013:14
• pages: 145 pages
• defense location: Medelhavet, Wallenberg Neurocentrum, SUS, Malmö
• defense date: 2013-02-25 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-87189-83-8
• language: English
• LU publication?: yes
• id: f5d1916b-357d-4f74-887c-68c225696a31 (old id 3460779)
• date added to LUP: 2016-04-01 14:56:45
• date last changed: 2019-05-22 00:24:15