Inducible nitric oxide synthase in experimental urinary tract infection

Abstract: Popular Abstract in Swedish Urinvägsinfektion är en av de vanligaste förekommande bakteriella infektioner hos människa och vid 30 års ålder har var femte kvinna någon gång varit drabbad. 80% av alla urinvägsinfektioner orsakas av bakterien Escherichia coli (E. coli). Urinväginfektion kan ge sig till känna i två former. Vid den vanligaste och inte fullt så allvarliga formen, cystit (blåskatarr), är symptomen lokaliserade till enbart blåsan. Vid den allvarligare formen, pyelonefrit (njurbäckeninflammation), är njurarna påverkade och symptomen oftast systemiska (d.v.s. påverkar hela kroppen). Det inflammatoriska svaret och effekten av den bakteriella infektionen bestäms av bakteriestammens förmåga att orsaka sjukdom (virulensgrad). Bindning av bakterier till blåsans eller njurens epitelceller är ett viktigt steg i infektionsprocessen. När E. coli når urinvägarna binder den till receptorer lokaliserade på urotelcellerna med hjälp av adhererande bakteriella strukturer, s.k. fimbrier. Detta blir signalen för vävnadsförsvaret att aktiveras. Det har visats att vävnadsförsvar mot sjukdomsalstrande (patogena) organismer involverar kväveoxid (NO) vilket genereras av ett enzym som kallas kväveoxidsyntas (NOS). Enzymet NOS finns i två former, en konstitutiv (ständigt) aktiverad Ca2+- beroende form lokaliserad i t.ex. nerver (nNOS) och kärlendotel (eNOS), samt en inducerbar, Ca2+- oberoende form (iNOS), funnen i t.ex. makrofager. Syftet med avhandlingen var att studera enzymet iNOS i experimentella modeller av urinvägsinfektion. I våra studier visar vi att eNOS, nNOS och iNOS inte förekommer normalt i urotelceller från råttblåsa och grisblåsa. iNOS kunde dock induceras i råttans urotelceller efter systemisk behandling med lipopolysackarid (LPS), d.v.s. bakteriella endotoxiner. Vi undersökte även iNOS förekomst efter bakteriell infektion hos mus, d.v.s. då uropatogena bakterier infördes direkt i blåsa. I dessa studier visar vi att inflammatoriska celler i blåsa och njure uttrycker iNOS i ett tidigt skede efter den bakteriella infektionen. Blåsans och njurens urotelceller uttrycker också iNOS men i ett senare infektionsskede. Dessa resultat visar att iNOS är en del av vävnadssvaret vid bakteriell urinvägsinfektion och att såväl inflammatoriska celler som urotelceller uttrycker iNOS. Genom att använda möss som inte kan bilda enzymet iNOS (iNOS-/- möss) undersöktes om NO har betydelse i vävnadsförsvaret mot uropatogena bakterier. Vi fann att den bakteriella koloniseringen av blåsa och njure var oberoende av iNOS. När syre reagerar med NO bildas en molekyl (peroxynitrit) som är giftigare än NO. Eftersom våra resultat tyder på att bakterieantalet i blåsa och njure inte påverkas av iNOS och NO undersökte vi om E. coli var känslig för NO/peroxynitrit. Resultaten visar att patogena E. coli stammar är mindre känsliga för NO/peroxynitrit än ickepatogena E. coli stammar. Detta kan bero på att patogena stammar av E. coli har utvecklat mekanismer för att skydda sig mot värdvävnadens produktion av bakteriedödande NO/peroxynitrit. NO påverkar inte enbart bakterier och andra infekterande organismer utan kan även vid hög och okontrollerad produktion, som vid en infektion, skada de kroppsegna cellerna. Då vi undersökte NO/peroxynitritens effekt på urotelceller från människa fann vi emellertid att urotelcellerna är förhållandevis okänsliga mot NO/peroxynitrit. För att studera iNOS uttryck på cellulär och molekylär nivå användes isolerade odlade urotelceller från människa. Stimulering med cytokiner (IL-1b, TNFa och IFNg), men inte bakterier, leder till iNOS uttryck i humana urotelceller. Då olika signaleringsvägar undersöktes visade det sig att cytokiner, men inte bakterier, leder till aktivering av transkriptionsfaktorn NF-kB. Inhibering av NF-kB visade att NF-kB är nödvändig för att iNOS skall bildas. Vidare fann vi att signaleringsproteiner så som tyrosin kinaser, PKC och p38 MAPK är involverade i aktivering av iNOS. Ett intressant fynd var att bakterier kunde hindra att cytokinerna aktiverar iNOS.