Vascular actions of antimicrobial peptides

Abstract: Popular Abstract in Swedish Sepsis (blodförgiftning) och septisk chock är ett resultat av en inflammatorisk reaktion i kroppen som helhet förorsakad av mikroorganismer. Sepsis patienterna uppvisar inte bara de vanliga tecken till infektion som feber, höjd sänka och ökat antal vita blodkroppar i blodet utan de kan även ha andra komplikationer såsom lung-, njur- och leversvikt. När sepsis orsakar rubbningar i blodcirkulationen med otillräcklig syretransport ut i vävnaderna som följd, talar man om septisk chock. Septisk chock är en av huvudorsakerna till sjuklighet och död på våra intensivvårdsavdelningar. Dödligheten för patienter med sepsis är hög och varierar i olika undersökningar mellan 28 och 50 %, och ända upp till 60 % för patienter med septisk chock. Sepsisreaktionen utlöses ofta av att kroppsfrämmande substanser från bakterier, svamp och andra mikroorganismer kommer in i blodomloppet. Detta orsakar en mobilisering av kroppens primära, medfödda infektionsförsvar i form av aktivering av t.ex. vita blodkroppar och komplement och koagulationssystemen. Dessutom vidgas blodkärlen och börjar läcka vätska från blodet ut i vävnaderna. Blodkärlsvidgningen bidrar till blodtrycksfall och rubbningar i blodcirkulationen. Dessa rubbningar orsakas bland annat av att produkter från mikroorganismerna bl.a. lipopolysackarid (LPS) som utsöndras från Gram negativa bakterier, stimulerar bildning av enzymet kväveoxidsyntas (iNOS) i blodkärlsväggen. INOS stimulerar i sin tur bildningen av den kraftiga kärldilaterande substansen kvävemonoxid (NO) från aminosyran L-arginin. Den höjda produktionen av NO bidrar till ett minskat motstånd för blodflödet. Detta leder till en rubbning av kärlsystemets funktion i att reglera blodtrycket och leder till en obalans i blodflöden till olika organ. Den septiska chocken är ett faktum och de olika organens funktion börjar svikta. Vissa kroppsegna substanser, t.ex. antimikrobiella peptider kan binda LPS och de skulle i så fall kunna användas för att begränsa rubbningarna i blodcirkulationen. Man har funnit antimikrobiella peptider på nästan alla ställen i kroppen t.ex. i vita blodkroppar, på slemhinnor och på tarmytan. Man har hittat ett flertal olika sorters antimikrobiella peptider, vilka skiljer sig åt bl.a. i vad det gäller storlek, struktur och effekter. Gemensamt är emellertid att de har förmågan att döda och/eller hämma tillväxten av bakterier. I det här avhandlingsarbetet har vi undersökt olika antimikrobiella peptiders effekter på en rad mekanismer av betydelse för sepsis. Fokus ligger på försök att hämma sådana förändringar i kärlväggen som utlöses av LPS. Som modell använde vi isolerade blodkärl och glatta muskelceller från blodkärl och undersökte hur vissa antimikrobiella peptider påverkar LPS stimulerad NO-bildning. Vi studerade också om de är giftiga och undersökte deras bakterietillväxt hämmande effekter. I delarbete I undersöker vi om det antimikrobiella proteinet Bactericidal/permeability-increasing protein (BPI) påverkar de förändringar i blodkärlsfunktionen som utlöses av LPS. Vi visar att BPI minskar den hämmande effekten på kärlmuskulaturens kontraktion som utlöses av LPS genom att binda till LPS. Detta i sin tur leder till en minskning av NO-produktionen i blodkärlväggen. BPI skulle kunna vara en kandidat i behandlingen av sepsis, förutsatt att dagens produktionskostnader kan minskas. Innan dess måste också flera kliniska studier genomföras. I delarbete II undersöker vi om antimikrobiella peptiden LL-37 påverkar de förändringar i blodkärlsfunktionen som utlöses av LPS. Vi visar att LL-37, precis som BPI, minskar den hämmande effekten på kärlmuskulaturens kontraktion. Efter en längre tids exponering antyder dock resultaten att LL-37 kan inducera programmerad celldöd i glatta muskelceller från blodkärl. I delarbete III undersöker vi de direkta effekterna av LL-37 på glatta muskelceller. Vi finner att LL-37 skadar cellmembranet och att cellkärnan skrumpnar och att dess DNA splittras i små bitar. Alla dessa förändringar är typiska för programmerad celldöd. Dessa tecken på att LL-37 är giftigt gör den olämplig som framtida läkemedel till sepsispatienterna. I delarbete IV prövar vi hypotesen att en särskild del av LL-37-molekylen är ansvarig för denna giftighet. Analoger till LL-37 syntetiserades och dessas bakterie och svamp dödande förmåga testas på, vid sepsis, ofta förekommande mikroorganismer. LL-37-analogerna visar sig vara minst lika antimikrobiella som LL-37 och har en liknande förmåga som LL-37 i att binda LPS och neutralisera dess stimulerande effekt på NO-bildningen i blodkärl. Vi visar också att LL-37-analogerna är mindre toxiska gentemot humana glatta muskelceller och erytrocyter. LL-37-analogerna skulle kunna tjäna som mönstersubstanser vid framställningen av nya läkemedel mot sepsis.