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Lipoxygenases (LOXs) catalyze the stereo-specific peroxidation of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) to their corresponding hydroperoxy derivatives. Human macrophages express two arachidonic acid (AA) 15-lipoxygenating enzymes classified as ALOX15 and ALOX15B. ALOX15, which was first described in 1975, has been extensively characterized and its biological functions have been investigated in a number of cellular systems and animal models. In macrophages, ALOX15 functions to generate specific phospholipid (PL) oxidation products crucial for orchestrating the nonimmunogenic removal of apoptotic cells (ACs) as well as synthesizing precursor lipids required for production of specialized pro-resolving mediators (SPMs) that facilitate inflammation resolution. The discovery of ALOX15B in 1997 was followed by comprehensive analyses of its structural properties and reaction specificities with PUFA substrates. Although its enzymatic properties are well described, the biological functions of ALOX15B are not fully understood. In contrast to ALOX15 whose expression in human monocyte-derived macrophages is strictly dependent on Th2 cytokines IL-4 and IL-13, ALOX15B is constitutively expressed. This review aims to summarize the current knowledge on the regulation and functions of ALOX15 and ALOX15B in human macrophages.
Over the last years, many microRNAs (miRNAs) have been identified that regulate the formation of bioactive lipid mediators such as prostanoids and leukotrienes. Many of these miRNAs are involved in complex regulatory circuits necessary for the fine-tuning of biological functions including inflammatory processes or cell growth. A better understanding of these networks will contribute to the development of novel therapeutic strategies for the treatment of inflammatory diseases and cancer. In this review, we provide an overview of the current knowledge of miRNA regulation in eicosanoid pathways with special focus on novel miRNA functions and regulatory circuits of leukotriene and prostaglandin biosynthesis.
The sphingolipid sphingosine-1-phosphate (S1P) is produced by sphingosine kinases to either signal through intracellular targets or to activate a family of specific G-protein-coupled receptors (S1PR). S1P levels are usually low in peripheral tissues compared to the vasculature, forming a gradient that mediates lymphocyte trafficking. However, S1P levels rise during inflammation in peripheral tissues, thereby affecting resident or recruited immune cells, including macrophages. As macrophages orchestrate initiation and resolution of inflammation, the sphingosine kinase/S1P/S1P-receptor axis emerges as an important determinant of macrophage function in the pathogenesis of inflammatory diseases such as cancer, atherosclerosis, and infection. In this review, we therefore summarize the current knowledge how S1P affects macrophage biology.
Systemic sclerosis (SSc) is a rare multi-organ autoimmune disease characterized by progressive skin fibrosis. Inflammation, type 2 immunity, and fibrogenic processes are involved in disease development and may be affected by sphingolipids. However, details about early-stage pathophysiological mechanisms and implicated mediators remain elusive. The sphingolipid sphingosine-1-phosphate (S1P) is elevated in the sera of SSc patients, and its receptor S1P5 is expressed in skin tissue. Nevertheless, almost nothing is known about the dermatological contribution of S1P5 to inflammatory and pro-fibrotic processes leading to the pathological changes seen in SSc. In this study, we observed a novel effect of S1P5 on the inflammatory processes during low-dose bleomycin (BLM)-induced fibrogenesis in murine skin. By comparing 2-week-treated skin areas of wild-type (WT) and S1P5-deficient mice, we found that S1P5 is important for the transcriptional upregulation of the Th2 characteristic transcription factor GATA-3 under treatment-induced inflammatory conditions, while T-bet (Th1) and FoxP3 (Treg) mRNA expression was regulated independently of S1P5. Additionally, treatment caused a regulation of S1P receptor 1 and S1P receptor 3 mRNA as well as a regulation of long-chain ceramide profiles, which both differ significantly between the genotypes. Despite S1P5-dependent differences regarding inflammatory processes, similar macroscopic evidence of fibrosis was detected in the skin histology of WT and S1P5-deficient mice after 4 weeks of subcutaneous BLM treatment. However, at the earlier 2-week point in time, the mRNA data of pro-collagen type 1 and SMAD7 indicate a pro-fibrotic S1P5 contribution in the applied SSc mouse model. In conclusion, we propose that S1P5 plays a role as a novel modulator during the early phase of BLM-caused fibrogenesis in murine skin. An immediate relationship between dermal S1P5 expression and fibrotic processes leading to skin alterations, such as formative for SSc pathogenesis, is indicated but should be studied more profound in further investigations. Therefore, this study is an initial step in understanding the role of S1P5-mediated effects during early stages of fibrogenesis, which may encourage the ongoing search for new therapeutic options for SSc patients.
Background and Aims: Monocyte chemotactic protein-1 (MCP-1) is a potent chemoattractant for monocytes. It is involved in pathogenesis of several inflammatory diseases. Hepatic MCP-1 is a readout of macrophage activation. While inflammation is a major driver of liver disease progression, the origin and role of circulating MCP-1 as a biomarker remains unclear.
Methods: Hepatic CC-chemokine ligand 2 (CCL2) expression and F4/80 staining for Kupffer cells were measured and correlated in a mouse model of chronic liver disease (inhalative CCl4 for 7 weeks). Next, hepatic RNA levels of CCL2 were measured in explanted livers of 39 patients after transplantation and correlated with severity of disease. Changes in MCP-1 were further evaluated in a rat model of experimental cirrhosis and acute-on-chronic liver failure (ACLF). Finally, we analyzed portal and hepatic vein levels of MCP-1 in patients receiving transjugular intrahepatic portosystemic shunt insertion for complications of portal hypertension.
Results: In this mouse model of fibrotic hepatitis, hepatic expression of CCL2 (P = 0.009) and the amount of F4/80 positive cells in the liver (P < 0.001) significantly increased after induction of hepatitis by CCl4 compared to control animals. Moreover, strong correlation of hepatic CCL2 expression and F4/80 positive cells were seen (P = 0.023). Furthermore, in human liver explants, hepatic transcription levels of CCL2 correlated with the MELD score of the patients, and thus disease severity (P = 0.007). The experimental model of ACLF in rats revealed significantly higher levels of MCP-1 plasma (P = 0.028) and correlation of hepatic CCL2 expression (R = 0.69, P = 0.003). Particularly, plasma MCP-1 levels did not correlate with peripheral blood monocyte CCL2 expression. Finally, higher levels of MCP-1 were observed in the hepatic compared to the portal vein (P = 0.01) in patients receiving TIPS. Similarly, a positive correlation of MCP-1 with Child-Pugh score was observed (P = 0.018). Further, in the presence of ACLF, portal and hepatic vein levels of MCP-1 were significantly higher compared to patients without ACLF (both P = 0.039).
Conclusion: Circulating levels of MCP-1 mainly derive from the injured liver and are associated with severity of liver disease. Therefore, liver macrophages contribute significantly to disease progression. Circulating MCP-1 may reflect the extent of hepatic macrophage activation.
The macrophage-inducible C-type lectin (mincle) is part of the innate immune system and acts as a pattern recognition receptor for pathogen-associated molecular patterns (PAMPS) and damage-associated molecular patterns (DAMPs). Ligand binding induces mincle activation which consequently interacts with the signaling adapter Fc receptor, SYK, and NF-kappa-B. There is also evidence that mincle expressed on macrophages promotes intestinal barrier integrity. However, little is known about the role of mincle in hepatic fibrosis, especially in more advanced disease stages. Mincle expression was measured in human liver samples from cirrhotic patients and donors collected at liver transplantation and in patients undergoing bariatric surgery. Human results were confirmed in rodent models of cirrhosis and acute-on-chronic liver failure (ACLF). In these models, the role of mincle was investigated in liver samples as well as in peripheral blood monocytes (PBMC), tissues from the kidney, spleen, small intestine, and heart. Additionally, mincle activation was stimulated in experimental non-alcoholic steatohepatitis (NASH) by treatment with mincle agonist trehalose-6,6-dibehenate (TDB). In human NASH, mincle is upregulated with increased collagen production. In ApoE deficient mice fed high-fat western diet (NASH model), mincle activation significantly increases hepatic collagen production. In human cirrhosis, mincle expression is also significantly upregulated. Furthermore, mincle expression is associated with the stage of chronic liver disease. This could be confirmed in rat models of cirrhosis and ACLF. ACLF was induced by LPS injection in cirrhotic rats. While mincle expression and downstream signaling via FC receptor gamma, SYK, and NF-kappa-B are upregulated in the liver, they are downregulated in PBMCs of these rats. Although mincle expressed on macrophages might be beneficial for intestinal barrier integrity, it seems to contribute to inflammation and fibrosis once the intestinal barrier becomes leaky in advanced stages of chronic liver disease.
Chronic inflammation as an important epigenetic and environmental factor for putative tumorigenesis and tumor progression may be associated with specific activation of Toll-like receptors (TLR). Recently, carcinogenesis has been suggested to be dependent on TLR7 signaling. In the present study, we determined the role of both TLR7 and TLR8 expression and signaling in tumor cell proliferation and chemoresistance in pancreatic cancer. Expression of TLR7/TLR8 in UICC stage I-IV pancreatic cancer, chronic pancreatitis, normal pancreatic tissue and human pancreatic (PANC1) cancer cell line was examined. For in vitro/in vivo studies TLR7/TLR8 overexpressing PANC1 cell lines were generated and analyzed for effects of (un-)stimulated TLR expression on tumor cell proliferation and chemoresistance. TLR expression was increased in pancreatic cancer, with stage-dependent upregulation in advanced tumors, compared to earlier stages and chronic pancreatitis. Stimulation of TLR7/TLR8 overexpressing PANC1 cells resulted in elevated NF-κB and COX-2 expression, increased cancer cell proliferation and reduced chemosensitivity. More importantly, TLR7/TLR8 expression increased tumor growth in vivo. Our data demonstrate a stage-dependent upregulation of both TLR7 and TLR8 expression in pancreatic cancer. Functional analysis in human pancreatic cancer cells point to a significant role of both TLRs in chronic inflammation-mediated TLR7/TLR8 signaling leading to tumor cell proliferation and chemoresistance.
Interleukin-7 (IL-7) is an important cytokine with pivotal pro-survival functions in the adaptive immune system. However, the role of IL-7 in innate immunity is not fully understood. In the present study, the impact of hepatic IL-7 on innate immune cells was assessed by functional experiments as well as in patients with different stages of liver cirrhosis or acute-on-chronic liver failure (ACLF). Human hepatocytes and liver sinusoidal endothelial cells secreted IL-7 in response to stimulation with interferons (IFNs) of type I and II, yet not type III. De novo translation of interferon-response factor-1 (IRF-1) restricted IL-7 production to stimulation with type I and II IFNs. LPS-primed human macrophages were identified as innate immune target cells responding to IL-7 signaling by inactivation of Glycogen synthase kinase-3 (GSK3). IL-7-mediated GSK3 inactivation augmented LPS-induced secretion of pro-inflammatory cytokines and blunted LPS tolerance of macrophages. The IFN-IRF-1-IL-7 axis was present in liver cirrhosis patients. However, liver cirrhosis patients with or without ACLF had significantly lower concentrations of IL-7 in serum compared to healthy controls, which might contribute to LPS-tolerance in these patients. In conclusion, we propose the presence of an inflammatory cascade where IFNs of type I/II induce hepatocellular IL-7 in an IRF-1-restriced way. Beyond its role in adaptive immune responses, IL-7 appears to augment the response of macrophages to LPS and to ameliorate LPS tolerance, which may improve innate immune responses against invading pathogens.
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.
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.
Gegenstand der vorliegenden Arbeit war es die Hypothese, dass die chronische Rhinosinusitis auf eine immunologische Reaktion auf eingeatmete Pilzelemente zurückgehe, zu prüfen. An der Untersuchung nahmen 26 Patienten (medianes Alter: 47,1) und 6 Kontrollprobanden ohne nasale Entzündung (medianes Alter: 25) teil. Durch serologische Untersuchungen haben wir die CRS-Patienten in 35% Allergiker ohne und 19% mit Eosinophilie sowie 19% nicht-Allergiker ohne und 27% mit Eosinophilie mit eingeteilt. Mit einer verfeinerten Technik gelang es uns Pilze in nur 12% bei CRS-Patienten und in 17% bei der Kontrollgruppe mikrobiologisch nachzuweisen. Des Weiteren haben wir Pilzfragmente in 35% bei CRS-Patienten im Nasen-sekretausstrich gefunden, hingegen in keinem Fall in der Kontrollgruppe. Verteilt auf die CRS-Gruppen ergab sich folgendes Bild, wobei Kulturen und Ausstriche zusammen gezählt wurden: Bei 20% der Allergiker mit und bei 44% ohne Eosinophilie wurden Pilze im Nasenschleim nachgewiesen. In der Gruppe der nicht-Allergiker mit Eosinophilie konnten in 29% der Fälle Pilze gefunden werden. Bei 14% der Fälle wurden Pilze mit Allergic Mucin im Nasenschleim identifiziert. Nicht-Allergiker ohne Eosinophile wiesen in 20% der Fälle Pilze im Nasensekret auf. Folglich konnten wir nicht feststellen, dass bei nahezu jeder Untersuchungsperson Pilze im Nasenschleim sich nachweisen ließen. Bei den CRS-Patienten hatten 4% die Kriterien des EFRS-Krankheitsbildes erfüllt. Betrachtet man die Gruppe der nicht-Allergiker isoliert, so waren es dann 14%. Durch immunologische Serumuntersuchungen konnte ein signifikanter Unterschied (p  0,01) bezüglich der Gesamt-IgE-Werte zwischen der Kontroll- und der CRS-Patientengruppe festgestellt werden, allerdings ohne die übrigen zytologischen und histologischen Kriterien der AFS zu erfüllen. Der Gesamt-IgE-Wert bzw. Gesamt-IgE-Titer war ein hilfreicher Parameter zur Abgrenzung einer allergischen Komponente bei bestehender chronischer Rhinosinusitis, besaß aber keine Aussagfähigkeit über vorliegen einer AFS. Zudem wurde auch der pilzspezifische-IgE-Spiegel gemessen. Insgesamt resultierte bei 12% der CRS-Patienten ein positiver Nachweis von zirkulierenden pilzspezifischen IgEs im Serum. Ein Zusammenhang zwischen pilzspezifischen IgE und Eosinophilie mit Clusterbildung und Pilznachweis konnte in keinem Fall beobachtet werden. Mit Hilfe des biochemischen Entzündungsmarker ECP bestimmten wir die eosinophile Entzündungsaktivität im Nasensekret und im Serum. Die ECP-Konzentration im Nasensekret zeigte einen signifikanten Unterschied (p = 0,02) zwischen CRS- und der Kontrollgruppe auf, hingegen im Serum war der Unterschied geringfügig (p = 0,11). Für das Monitoring von Entzündungs-geschehen im Nasenschleim sind Analysen des Nasensekrets daher gegenüber Blutanalysen zu bevorzugen. Die ECP-Nasensekretwerte der CRS-Patienten ohne Nachweis von Pilzelementen im Ausstrich waren insgesamt ähnlich hoch verteilt wie die der mit Nachweis von Pilzelementen im Ausstrich. Somit bestand kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den ECP-Werten mit und ohne Pilznachweis im Nasensekret-ausstrich (p = 0,87). Das ECP im Nasensekret erscheint zum Screening der pilzassoziierten chronischen Rhinosinusitis ungeeignet. Die These, dass Pilze das ätiologische Agens der Polyposis nasi et sinuum oder gar der chronischen Sinusitis allgemein sind, ist weiterhin sehr kritisch zu werten. Da Pilze über potente Antigene verfügen, kann eine Verstärkung eines bereits bestehenden Entzündungsreizes nicht sicher ausgeschlossen werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen darauf hin, dass es möglich ist durch einfache pathomorphologische Verfahren eindeutige Informationen zum Vorkommen von Pilzen und eosinophile Zellen bereits im Ausstrich-Präparat zu erhalten. Bei Problemfällen kann der Hinweis auf ein positiven Pilzbefund in der Histologie wertvoll sein, da differentialdiagnostisch ein zusätzlicher potenzierender Entzündungsfaktor zu berücksichtigen ist. Es liegt dann an der Erfahrung des HNO-Arztes und dem klinischen Verlauf welche therapeutischen Optionen dann nützlich sind. Unklar bleibt weiterhin bis dato was das erste Signal bei der eosinophilen Entzündungsreaktion darstellt. Nach unseren Untersuchungen scheinen Pilze nicht primär in Frage zu kommen.