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Background/Aims: Alcohol (ethanol, EtOH) as significant contributor to traumatic injury is linked to suppressed inflammatory response, thereby influencing clinical outcomes. Alcohol-induced immune-suppression during acute inflammation (trauma) was linked to nuclear factor-kappaB (NF-ĸB). Here, we analyzed alcohol`s effects and mechanisms underlying its influence on NF-ĸB-signaling during acute inflammation in human lung epithelial cells. Methods: A549-cells were stimulated with interleukin (IL)-1β, or sera from trauma patients (TP) or healthy volunteers, with positive/negative blood alcohol concentrations (BAC), and subsequently exposed to EtOH (170 Mm, 1h). IL-6-release and neutrophil adhesion to A549 were analyzed. Specific siRNA-NIK mediated downregulation of non-canonical, and IKK-NBD-inhibition of canonical NF-ĸB signaling were performed. Nuclear levels of activated p50 and p52 NF-ĸB-subunits were detected using TransAm ELISA. Results: Both stimuli significantly induced IL-6-release (39.79±4.70 vs. 0.58±0.8 pg/ml) and neutrophil adhesion (132.30±8.80 vs. 100% control, p<0.05) to A549-cells. EtOH significantly decreased IL-6-release (22.90±5.40, p<0.05) and neutrophil adherence vs. controls (105.40±14.5%, p<0.05). IL-1β-induced significant activation of canonical/p50 and non-canonical/p52 pathways. EtOH significantly reduced p50 (34.90±23.70 vs. 197.70±36.43, p<0.05) not p52 activation. Inhibition of canonical pathway was further increased by EtOH (less p50-activation), while p52 remained unaltered. Inhibition of non-canonical pathway was unchanged by EtOH. Conclusion: Here, alcohol`s anti-inflammatory effects are mediated via decreasing nuclear levels of activated p50-subunit and canonical NF-ĸB signaling pathway.
The processing of pain undergoes several changes in aging that affect sensory nociceptive fibers and the endogenous neuronal inhibitory systems. So far, it is not completely clear whether age-induced modifications are associated with an increase or decrease in pain perception. In this study, we assessed the impact of age on inflammatory nociception in mice and the role of the hormonal inhibitory systems in this context. We investigated the nociceptive behavior of 12-month-old versus 6–8-week-old mice in two behavioral models of inflammatory nociception. Levels of TRP channels, and cortisol as well as cortisol targets, were measured by qPCR, ELISA, and Western blot in the differently aged mice. We observed an age-related reduction in nociceptive behavior during inflammation as well as a higher level of cortisol in the spinal cord of aged mice compared to young mice, while TRP channels were not reduced. Among potential cortisol targets, the NF-κB inhibitor protein alpha (IκBα) was increased, which might contribute to inhibition of NF-κB and a decreased expression and activity of the inducible nitric oxide synthase (iNOS). In conclusion, our results reveal a reduced nociceptive response in aged mice, which might be at least partially mediated by an augmented inflammation-induced increase in the hormonal inhibitory system involving cortisol.
Altered mucosal immune response after acute lung injury in a murine model of Ataxia Telangiectasia
(2014)
Background: Ataxia telangiectasia (A-T) is a rare but devastating and progressive disorder characterized by cerebellar dysfunction, lymphoreticular malignancies and recurrent sinopulmonary infections. In A-T, disease of the respiratory system causes significant morbidity and is a frequent cause of death.
Methods: We used a self-limited murine model of hydrochloric acid-induced acute lung injury (ALI) to determine the inflammatory answer due to mucosal injury in Atm (A-T mutated)- deficient mice (Atm−/−).
Results: ATM deficiency increased peak lung inflammation as demonstrated by bronchoalveolar lavage fluid (BALF) neutrophils and lymphocytes and increased levels of BALF pro-inflammatory cytokines (e.g. IL-6, TNF). Furthermore, bronchial epithelial damage after ALI was increased in Atm−/− mice. ATM deficiency increased airway resistance and tissue compliance before ALI was performed.
Conclusions: Together, these findings indicate that ATM plays a key role in inflammatory response after airway mucosal injury.
Research over the past few years has provided fascinating results indicating that biglycan, besides being a ubiquitous structural component of the extracellular matrix (ECM), may act as a signaling molecule. Proteolytically released from the ECM, biglycan acts as a danger signal signifying tissue stress or injury. As a ligand of innate immunity receptors and activator of the inflammasome, biglycan stimulates multifunctional proinflammatory signaling linking the innate to the adaptive immune response. By clustering several types of receptors on the cell surface and orchestrating their downstream signaling events, biglycan is capable to autonomously trigger sterile inflammation and to potentiate the inflammatory response to microbial invasion. Besides operating in a broad biological context, biglycan also displays tissue-specific affinities to certain receptors and structural components, thereby playing a crucial role in bone formation, muscle integrity, and synapse stability at the neuromuscular junction. This review attempts to provide a concise summary of recent data regarding the involvement of biglycan in the regulation of inflammation and the musculoskeletal system, pointing out both a signaling and a structural role for this proteoglycan. The potential of biglycan as a novel therapeutic target or agent for the treatment of inflammatory diseases and skeletal muscular dystrophies is also addressed.
Immunomodulatory properties and molecular effects in inflammatory diseases of low-dose X-irradiation
(2012)
Inflammatory diseases are the result of complex and pathologically unbalanced multicellular interactions. For decades, low-dose X-irradiation therapy (LD-RT) has been clinically documented to exert an anti-inflammatory effect on benign diseases and chronic degenerative disorders. By contrast, experimental studies to confirm the effectiveness and to reveal underlying cellular and molecular mechanisms are still at their early stages. During the last decade, however, the modulation of a multitude of immunological processes by LD-RT has been explored in vitro and in vivo. These include leukocyte/endothelial cell adhesion, adhesion molecule and cytokine/chemokine expression, apoptosis induction, and mononuclear/polymorphonuclear cell metabolism and activity. Interestingly, these mechanisms display comparable dose dependences and dose-effect relationships with a maximum effect in the range between 0.3 and 0.7 Gy, already empirically identified to be most effective in the clinical routine. This review summarizes data and models exploring the mechanisms underlying the immunomodulatory properties of LD-RT that may serve as a prerequisite for further systematic analyses to optimize low-dose irradiation procedures in future clinical practice.
Interleukin (IL)-10 and IL-22 are key members of the IL-10 cytokine family that share characteristic properties such as defined structural features, usage of IL-10R2 as one receptor chain, and activation of signal transducer and activator of transcription (STAT)-3 as dominant signaling mode. IL-10, formerly known as cytokine synthesis inhibitory factor, is key to deactivation of monocytes/macrophages and dendritic cells. Accordingly, pre-clinical studies document its anti-inflammatory capacity. However, the outcome of clinical trials assessing the therapeutic potential of IL-10 in prototypic inflammatory disorders has been disappointing. In contrast to IL-10, IL-22 acts primarily on non-leukocytic cells, in particular epithelial cells of intestine, skin, liver, and lung. STAT3-driven proliferation, anti-apoptosis, and anti-microbial tissue protection is regarded a principal function of IL-22 at host/environment interfaces. In this hypothesis article, hidden/underappreciated pro-inflammatory characteristics of IL-10 and IL-22 are outlined and related to cellular priming by type I interferon. It is tempting to speculate that an inherent inflammatory potential of IL-10 and IL-22 confines their usage in tissue protective therapy and beyond that determines in some patients efficacy of type I interferon treatment.
Ubiquitylation in immune disorders and cancer: from molecular mechanisms to therapeutic implications
(2012)
Conjugation of ubiquitin to proteins (ubiquitylation) has emerged to be one of the most crucial post-translational modifications controlling virtually all cellular processes. What was once regarded as a mere signal for protein degradation has turned out to be a major regulator of molecular signalling networks. Deregulation of ubiquitin signalling is closely associated with various human pathologies. Here, we summarize the current knowledge of ubiquitin signalling in immune deficiencies and cancer as well as the available therapeutic strategies targeting the ubiquitin system in combating these pathogenic conditions.
End-stage renal disease has been denominated a vasculopathic state, owing to the accelerated arterial stiffening, which occurs in addition to and independent of atherosclerosis and bears an increased cardiovascular risk. The altered metabolic milieu in uraemia leads to an increased oxidative stress, heightened inflammatory burden, and an abnormal calcium-phosphate metabolism, which are thought to be responsible for the vascular changes. The pulse wave velocity (PWV) is a widely employed surrogate parameter of arteriosclerosis. The purpose of this study was to gain more insight into the pathogenesis of arterial stiffness, by investigating the influence of markers of oxidative stress, procoagulation, and inflammation, and of the calcium-phosphate product on the PWV. We conducted a cross-sectional study in 53 stable patients aged 59 ± 16 years, who had been on haemodialysis for at least 4 months (68 ± 48). Carotid-radial PWV was measured using a semi-automated device, Complior SP (Artech Medical, France). Advanced glycosylation end-products (AGE) and advanced oxidation protein products (AOPP), were quantified according to previously described methods. High sensitive CRP was measured using ELISA, whereas the other biochemical parameters, i.e. fibrinogen, albumin, calcium, phosphate, cholesterol, and triglycerides, were determined using routine methods. For statistical calculations we employed SPSS (Statistical Package of Social Science, 12.0, 2003). The correlations between PWV, as the dependent variable, and many dependent variables were assessed by means of multiple regression analysis, in which we controlled for the influence of the traditional cardiovascular risk factors and some of the patients’ medication (calcium-channel blockers and statins). PWV was found to be significantly correlated to serum CRP (p=0.003), LDLcholesterol (p<0.001), triglycerides (p<0.001), AGE (p=0.002), calcium (p<0.001), phosphate (p=0.001), and fibrinogen (p=0.020). Between PWV and dialysis duration (months) an interesting quadratic relationship (p=0.058) was noted. Against expectation, regression analysis showed a negative correlation between AOPP and PWV (p=0.001). We failed to confirm the correlation between PWV and age, systolic blood pressure, or heart rate. Among traditional cardiovascular risk factors only LDL-cholesterol was positively correlated to PWV. In this cross-sectional analysis we could put forward that PWV correlates positively and significantly with fibrinogen, CRP, AGEs, calcium, phosphate, and LDL-cholesterol in haemodialysis patients. It seems procoagulatory and proinflammatory pathways, oxidative stress, and the calcium-phosphate product exert a synergistic effect on disturbances of vascular architecture in ESRD patients.
Nach schwerem Trauma wird häufig eine immunologische Dysregulation beobachtet, die durch das Vorliegen einer überschießenden Inflammationsreaktion bei gleichzeitig bestehender Immunsuppression gekennzeichnet ist. Diese inadäquate Immunreaktion wird für das Auftreten posttraumatischer Komplikationen wie Systemic Inflammatory Response Syndrome (SIRS), Sepsis oder Multiorganversagen mitverantwortlich gemacht. Eine entscheidende Rolle bei den posttraumatisch ablaufenden immunologischen Vorgängen scheint dabei den Monozyten als Teil des unspezifischen Immunsystems zuzukommen. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Monozytenaktivität nach Trauma unterschiedlicher Ausprägung und Schwere sowie ihre Korrelation mit an der posttraumatischen immunologischen Dysregulation potentiell beteiligten Mediatoren wie Interleukin-6 und Interleukin-10. Im Rahmen dieser 12-monatigen prospektiven klinischen Studie wurde von insgesamt 57 Patienten bei Eintreffen im Schockraum sowie an fünf Folgetagen Vollblut abgenommen. Bei 18 ausgewählten Patienten erfolgten weitere Blutentnahmen bis Tag 14. Die Patienten wurden nach Verletzungsschwere mittels Injury Severity Score (ISS) in fünf Gruppen eingeteilt und einer Kontrollgruppe gegenübergestellt. Die Blutproben wurden zunächst für 24 Stunden mit bakteriellem Lipopolysaccharid (LPS) inkubiert. Schließlich erfolgte aus den gewonnenen Proben mittels ELISA die Messung der Konzentration von Interleukin-1β als Surrogatparameter für die Aktivierbarkeit der Monozyten. Des Weiteren erfolgte die Bestimmung der Konzentrationen von Interleukin-6, Interleukin-10 und CRP im Patientenserum. Die Monozytenaktivität war bereits bei leicht verletzten Patienten mit einem ISS von eins bis acht Punkten signifikant gegenüber der Kontrollgruppe supprimiert. Diese Suppression setzte sich mit steigender Verletzungsschwere signifikant fort. Des Weiteren zeigte sich bereits bei Eintreffen der Patienten im Schockraum in allen Gruppen eine signifikante Suppression der stimulierten monozytären IL-1β-Produktion gegenüber der Kontrollgruppe. In der Gruppe der Leichtverletzten erreichte die IL-1β-Konzentration im Überstand bereits am zweiten Tag nach Trauma wieder die Werte gesunder Probanden, während in Gruppe II an Tag fünf, in Gruppe IV und V erst an Tag sechs ein partieller, nicht signifikanter Anstieg der Werte beobachtet werden konnte. Der Vergleich zwischen männlichen und weiblichen Patienten zeigte eine signifikante Suppression der stimulierten IL-1β-Produktion im weiblichen Kollektiv. Der Vergleich von Patienten mit posttraumatischer Entwicklung eines SIRS und Patienten ohne SIRS-Nachweis zeigte in der SIRS-Gruppe eine signifikante Reduktion der Monozytenaktivität, wobei die SIRS-Patienten im Durchschnitt allerdings auch schwerer verletzt waren. Der Vergleich der stimulierten Monozytenaktivität mit den Serumkonzentrationen von IL-6 und IL-10 zeigte für IL-6 einen der stimulierten IL-1β-Produktion entgegen- gesetzten, signifikanten Konzentrationsanstieg in Abhängigkeit von der Verletzungsschwere. Die Serumkonzentrationen von IL-10 waren erst bei Schwerstverletzten mit einem ISS ≥ 25 Punkten signifikant erhöht. Die Untersuchung der CRP-Serumkonzentration in Abhängigkeit von der Verletzungsschwere zeigte von Gruppe I bis III einen signifikanten Anstieg. Ab einem ISS von ≥ 16 Punkten war jedoch keine signifikante Konzentrationserhöhung des Serum-CRP mehr zu verzeichnen. Die vorliegende Studie zeigt, dass es bereits bei leichten Verletzungen zu einer Suppression des unspezifischen Immunsystems und hierbei insbesondere der Monozytenaktivität kommt. Diese Immunsuppression lässt sich bereits kurz nach dem Trauma, bei Eintreffen in der Klinik, nachweisen. Die Ursache für die wider Erwarten deutliche Reduktion der Monozytenaktivität bei weiblichen gegenüber männlichen Patienten konnte nicht geklärt werden. Eine mögliche Ursache könnte das fortgeschrittene, postmenopausale Alter zahlreicher Patientinnen sein. Aufgrund seiner geringer ausgeprägten Korrelation mit der Verletzungsschwere erwies sich die Serumkonzentration von CRP im Vergleich mit der stimulierten IL-1β-Produktion und der IL-6-Serumkonzentration als der für diese Untersuchung weniger geeignete Parameter.
Atherosklerotische Stenosen der Karotiden sind eine häufige Erkrankung mit variablem Verlauf und stellen durch ihre potentielle Emboligenität einen wichtigen Risikofaktor für zerebrale Ischämien dar. Klinische und paraklinische Parameter helfen, das individuelle Schlaganfallrisiko bei Patienten mit hochgradigen ACI-Stenosen einzuschätzen, das unmittelbar nach einem thrombembolischen Ereignis besonders hoch ist. Als histomorphologisches Korrelat dieser "Vulnerabilität" wird die Ruptur der fibrotischen Deckplatte der Plaque propagiert, die häufiger bei symptomatischen Patienten nachzuweisen ist. Sie korreliert mit der Infiltration der Gefäßwand durch aktivierte Leukozyten, die über molekulare und zelluläre Interaktionen die Zell- und Bindegewebskomposition der Plaque verändern können. Die strukturelle Integrität atherosklerotischer Läsionen beruht auf der extrazellulären Vernetzung von kollagenem Bindegewebe, das überwiegend von phänotypisch veränderten glatten Gefäßmuskelzellen produziert wird. Eine Hypothese besagt, dass die im Rahmen der Inflammation stattfindende Zunahme proapoptotischer Mediatoren über eine Ausdünnung der zellulären und bindegewebigen Strukturen zu einem Verlust an mechanischer Stabilität führt und somit eine symptomatische Ruptur begünstigt. Da der Nachweis einer Ruptur mit Exponierung des thrombogenen nekrotischen Kerns allerdings nur in einem Teil der symptomatischen Plaques und umgekehrt auch in einem Teil der asymptomatischen nachgewiesen werden kann, ist aber bislang unklar, ob o.g. Abläufe in der humanen Karotis-Atherosklerose tatsächlich mit einer klinischen Relevanz einhergehen. In der vorliegenden Arbeit wurde daher das Auftreten der Apoptose von glatten Gefäßmuskelzellen (mittels DNA in situ end labeling Technik, TUNEL-Färbung) in 38 prospektiv gesammelten Endarterektomie-Präparaten hochgradiger Karotisstenosen quantitativ erfasst und statistisch in Beziehung gesetzt zu Parametern der Plaque-Instabilität, klinisch definiert durch kürzliche (< 60 Tage zurückliegende) ischämische Ereignisse (n=19) und histopathologisch definiert über den Nachweis einer Plaque-Ruptur (n=14). Außerdem wurde eine morphometrische Analyse der einzelnen Plaque-Komponenten durchgeführt und deren Ergebnisse zu den zellulären und klinischen Parametern in Beziehung gesetzt. Die Morphometrie ergab keine signifikanten Unterschiede zwischen symptomatischen vs. asymptomatischen und rupturierten vs. unrupturierten Plaques was die Größe der fibrotischen Deckplatte, die durchschnittliche Dicke (Kern-Lumen-Distanz) und die dünnsten bzw. dicksten Stellen der Deckplatte anbelangt. Anzahl und Konzentration apoptotischer glatter Muskelzellen war deutlich (p<0,001) erhöht in symptomatischen, klinisch instabilen, Karotisplaques. Allerdings waren die Apoptose-Raten in Präparaten, die eine Plaque-Ruptur aufwiesen, nicht signifikant erhöht. Darüber hinaus fand sich kein Hinweis darauf, dass erhöhte Apoptose-Raten zu einem quantifizierbaren Verlust glatter Gefäßmuskelzellen in der fibrotischen Deckplatte führen. Auf dem Boden dieser Ergebnisse kann gefolgert werden, dass erhöhten Apoptose-Raten glatter Gefäßmuskelzellen in der humanen Atherosklerose offenbar eine tragende Bedeutung bei der Entwicklung thrombembolischer Ereignisse zukommt. Allerdings wird die Annahme, dass erhöhte Apoptose-Raten über einen Verlust an glatten Gefäßmuskelzellen Einfluss auf die morphometrischen Eigenschaften der fibrotischen Deckplatte atherosklerotischer Karotis-Läsionen nehmen und zu deren Ausdünnung führen durch die vorliegende Untersuchung nicht gestützt. Vielmehr scheint es plausibel, dass die Apoptose glatter Muskelzellen im Rahmen inflammatorischer Prozesse Einfluss auf die Komposition der Karotisplaque nimmt und so über eine Desintegration der zellulären und bindegewebigen Bestandteile zu reduzierter mechanischer Widerstandskraft und Rupturneigung führt.