Depletion of α-SMA+ myofibroblasts aggravates pancreatitis in mice

Prince (2024): Depletion of α-SMA+ myofibroblasts aggravates pancreatitis in mice. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Die Pankreatitis ist eine Erkrankung des exokrinen Pankreas, die durch eine sterile Entzündung und eine systemische Entzündungsreaktion gekennzeichnet ist. Die akute Pankreatitis (AP) ist gekennzeichnet durch die abrupte Freisetzung vorzeitig aktivierter Pankreasproteasen, die die Pankreas-Azinuszellen schädigen und dadurch Entzündungsmediatoren freisetzen. Mehrere Episoden einer AP können zu einer chronischen Pankreatitis (CP) führen und die pankreatischen Sternzellen (pancreatic stellate cells, PSCs) aktivieren. Unter normalen, gesunden Bedingungen befinden sich die PSCs in einem inaktiven Zustand, doch bei Verletzungen werden sie aktiviert und nehmen myofibroblastenähnliche Eigenschaften an. Aktivierte PSCs (α-SMA+ Myofibroblasten) überexprimieren das zytoskelettale Protein α-smooth muscle-Aktin (α-SMA) und produzieren überschüssige extrazelluläre Matrixproteine, wie z.B. Kollagene, und treiben darüber die Pankreasfibrose. Darüber hinaus spielen α-SMA+ Myofibroblasten während AP und CP eine immunmodulatorische Rolle. Dennoch bleibt unklar, wie α-SMA+ Myofibroblasten den Schweregrad der Pankreatitis beeinflussen (Inflammation, Gewichtsverlauf, Schmerzen, Pankreasfunktion) In meiner Doktorarbeit untersuchten wir die Rolle der α-SMA+ Myofibroblasten bei der Pankreatitis mit Hilfe von transgenen α-SMA-tk-Tieren. Nach der Depletion von α-SMA+ Myofibroblasten beobachteten wir unerwarteterweise einen signifikanten Anstieg des Schweregrades bereits in der Frühphase (12h) der Er-krankung. Die frühe Deletion führte auch zu einer schweren systemischen proinflammatorischen Reaktion mit akutem Lungenschaden, während der Schweregrad in der Bauchspeicheldrüse während der ersten 48 Stunden der Pankreatitis unbeeinflusst blieb. Die systemische Entzündung wird durch die Freisetzung von IL-6 angetrieben, welches vor allem von α-SMA-negativen PSCs Subpopulationen produziert wird, wie ich in vitro zeigen konnte. Zur Untersuchung des Einflusses der Depletion von α-SMA+ Myofibroblasten auf den chronischen Verlauf begannen wir mit der Injektion von ganciclovir (GCV) nach der Erholung von AP, was die α-SMA+ Myofibroblasten in α-SMA-tk-Mäusen reduzierte und folglich die Pankreasfibrose verringerte. Die Reduktion der Pankreasfibrose führte nicht zu einer Verbesserung des Schweregrads der CP. Die subtotale Depletion der α-SMA+ Myofibroblasten wiederum führte zu einem signifikanten Gewichtsverlust ohne jedoch die Pankreasfunktion negativ zu beeinflussen. Die Verringerung der α-SMA+ Myofibroblasten verbesserte die Glukosekontrolle bei α-SMA-tk-Tieren geringfügig, während die exokrine Funktion unbeeinflusst blieb. Jedoch, führte die Verringerung der α-SMA+ Myofibroblasten Population zu einer erhöhten Schmerzempfindlichkeit zwei und vier Wochen nach Beginn der Versuche. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die aktuelle Studie auf eine bedeutende Rolle der α-SMA+ Myofibroblasten während AP und CP hinweist. α-SMA+ Myofibroblasten modulieren die systemische Entzündungsreaktion und induzieren Lungenschäden während AP. Bei CP führt die Abreicherung von α-SMA+ Myofibroblasten zu einer signifikanten Verringerung der Fibrose, erhöht jedoch die Schmerzempfindlichkeit und den Gewichtsverlust.

Abstract

Pancreatitis is an exocrine pancreas disorder characterized by sterile inflammation accompanied by a systemic inflammatory response. Acute pancreatitis (AP) is marked by the abrupt release of prematurely activated pancreatic proteases damaging pancreatic acinar cells, thus releasing inflammatory mediators. Multiple episodes of AP may result in chronic pancreatitis (CP). Activation of pancreatic stellate cells (PSCs) is a hallmark of pancreatic injury. Under normal healthy conditions, PSCs are present in a quiescent state, but upon injury, they become activated and attain myofibroblasts-like characteristics. Activated PSCs (α-SMA+ myofibroblasts) over-express α-smooth muscle actin (α-SMA), producing excess extracellular matrix proteins, eventually resulting in pancreatic fibrosis. Additionally, α-SMA+ myofibroblasts exhibit an immunomodulatory role during AP and CP. Nevertheless, if and how activation of PSCs and pancreatic fibrosis influences the severity of pancreatitis remains unclear. In my doctoral thesis, I investigated the role of α-SMA+ myofibroblasts in pancreatitis using a transgenic animal strain (α-SMA-tk mouse), that allows depletion of activated PSCs. After the depletion of α-SMA+ myofibroblasts in the acute phase, we observed a significant increase in the early humane endpoint. Early depletion also resulted in severe systemic proinflammatory response during the first 48h of pancreatitis while not affecting pancreatic damage itself. Systemic inflammation is driven by IL-6 release, causing lung damage in α-SMA-tk animals. In vitro, GCV treatment of isolated α-SMA-tk PSCs resulted in higher IL-6 release than WT PSCs, independent of co-culture with macrophages. In CP, we started injecting GCV after recovery from AP, which reduced pancreatic α-SMA+ myofibroblasts in α-SMA-tk mice and, consequently, reduced pancreatic fibrosis. Reduction of pancreatic fibrosis did not improve the severity of CP. In turn, α-SMA+ myofibroblasts reduction caused significant weight loss, however, exocrine function was not impaired. Of interest, the reduction in the α-SMA+ myofibroblasts population led to increased pain sensitivity and nerve density in the pancreas. In conclusion, the current study suggests a significant role of activated PSCs and α-SMA+ myofibroblasts during AP and CP. α-SMA+ myofibroblasts modulate the systemic inflammatory response and induce lung damage during AP. In CP, depletion of α-SMA+ myofibroblasts significantly reduces fibrosis but increases pain sensitivity and weight loss.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: Pancreatitis, Fibrosis, Lung injury, α-SMA+ myofibroblasts, PSCs
• 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: 9. Dezember 2024
• 1. Bericht­erstatter:in: Ziegler, Sibylle