On Microvascular Inflammation and Intestinal Leakage in Radiation Enteropathy

Sammanfattning: 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.