The influence of coagulation system on early leukocyte recruitment and acute microcirculatory injury after extended hepatectomy

Zhang, Yunjie (2023): The influence of coagulation system on early leukocyte recruitment and acute microcirculatory injury after extended hepatectomy. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Das hepatektomie-induzierte Leberversagen ist ein potentiell tödliches Krankheitsbild nach erweiterter Leberresektion oder Leberteiltransplantation. Dieses Versagen scheint einerseits durch eine supraphysiologische Belastung der Restleber, andererseits durch die hyperperfusionsbedingten Mikrozirkulationsverletzungen und eine verhinderte Leberregeneration verursacht zu werden. Der genaue pathophysiologische Mechanismus der mikrovaskulären Schädigung in der akuten Phase konnte jedoch bisher noch nicht entschlüsselt werden. Im Rahmen der vorliegenden Doktorarbeit wurden die Einflüsse der wichtigen Bestandteile der Koagulationskaskade bei akuter Leberschädigung nach partieller Hepatektomie mittels intravitalmikroskopischer Methoden sowie weiterführender laborchemischer Untersuchungen und (immun-)histochemischer Aufarbeitung der Leberpräparate untersucht. Zuerst wurde ein Mausmodell für die intravitalmikroskopische Untersuchung etabliert. Nach erweiterter Hepatektomie wurde neben einer Perfusionsstörung eine ausgeprägte Endothel- Leukozyten-Interaktion beobachtet. Die Serinproteasen beeinflussten sowohl die Mikroperfusion wie auch die Leberschädigung durch eine frühe Leukozytenrekrutierung nach partieller Hepatektomie. Mittels eines Thrombozytendepletionsmodells wurde der Einfluss der Thrombozyten nach erweiterter Hepatektomie untersucht. Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass Thrombozyten die Rekrutierung der verschiedenen Leukozytensubpopulationen durch eine ICAM-1-abhängige Endothel-Leukozyten-Interaktion regulierten. Zudem führte die Depletion der Thrombozyten zu einer signifikant verminderten Verschlechterung der Leberfunktion. Infolgedessen wurde die Rolle des PAR-4, ein Aktivator der Thrombozyten, in der Bildung von Mikrothrombosen als Ursache der Perfusionsstörung nach partieller Hepatektomie mithilfe der Zwei-Photon-Mikroskopie untersucht. Die Thrombozytenaktivierung über PAR-4 induzierte Mikrothrombosen und vermehrte Neutrophil-Thrombozyten-Interaktionen in hepatischen Sinusoiden, wodurch eine Akutleberschädigung nach partieller Hepatektomie verschlimmert wurde. Schlussendlich wurde die Fibrinogenbindung am hepatischen Endothel nach partieller Hepatektomie beobachtet. Die deutliche Ablagerung des Fibrinogens in der Lebermikrozirkulation bewies eine Aktivierung und Beanspruchung des Koagulationssystems unter einem stark gesteigerten Scherstress unmittelbar nach der Leberresektion. In dieser Studie wurde der Pathomechanismus des Leberversagens nach Hepatektomie mit Hilfe der in-vivo-Mikroskopie und verschiedener Mausmodelle innovativ untersucht. Dies war auch die erste Beschreibung einer intravitalen Zwei-Photonen-Mikroskopie-Studie im Zusammenhang mit dem hepatektomie-induzierten Leberversagen. Die klinische Relevanz der vorgestellten Komponenten der Koagulationskaskade für therapeutische Interventionen bleibt in weiterführenden Studien zu überprüfen.

Abstract

Post-hepatectomy liver failure or Small-for-size syndrome is a potentially fatal complication after extended liver resection or partial liver transplantation. This is caused by supraphysiologic perfusion in the remnant liver and microcirculatory injury. However, the exact pathophysiological mechanism of microvascular injury in the acute phase is still unclear. In the present work, the impact of important components from the coagulation cascade was investigated in acute liver injury after partial hepatectomy. First, a mouse model suitable for intravital microscopic examination was established. After extended hepatectomy, an increased endothelial-leukocyte interaction was observed in addition to perfusion failure. Serine proteases affected both microperfusion and liver injury by inducing early leukocyte recruitment after partial hepatectomy. A platelet depletion model was used to investigate the influence of platelets after extended hepatectomy. The results indicated that platelets regulated the recruitment of different leukocyte subpopulations through an ICAM-1-dependent pattern. In addition, the platelet depletion resulted in significantly improved liver function. Furtherly, the role of PAR-4, an activator of platelets, was investigated using two-photon microscopy. Platelet activation via PAR-4 induced microthrombosis and increased neutrophil- platelet interactions in hepatic sinusoids, exacerbating acute liver injury after partial hepatectomy. Finally, fibrinogen deposition to hepatic endothelium after partial hepatectomy was investigated. The deposition of fibrinogen in the liver microcirculation reflected the activation of the coagulation system under increased shear stress immediately after liver resection. In this study, the pathomechanism of post-hepatectomy liver failure was innovatively investigated by utilizing in vivo microscopy and different murine models. This was also the first description of in vivo two-photon microscopy study in the context of post-hepatectomy liver failure. The clinical relevance of the presented components of the coagulation cascade as therapeutic interventions remains to be verified in further studies.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: small-for-size syndrome, partial hepatectomy, liver transplantation
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 26. Oktober 2023
• 1. Bericht­erstatter:in: Khandoga, Andrej