Polyamines in Experimental Taurodeoxycholate-Induced and Clinical Acute Pancreatitis

Abstract

Väitöstutkimuksen tarkoitus oli tarkastella polyamiinien aineenvaihduntaa äkillisessä taurodeoksikolaatin aiheuttamassa kokeellisessa haimatulehduksessa suhteessa haimatulehduksen kestoon ja vaikeuteen. Tutkimuksessa hyödynnettiin myös spermidiini/spermiini N1-asetyylitransferaasi (SSAT) transgeenisiä rottia, joilla voidaan indusoida polyyamiinien katabolia, ja synteettistä bismetyylispermiiniä (Me2Spm), jolla voidaan korvata polyamiinipuutosta. Vauriomuutosten lisäksi seurattiin mm. trypsiinin aktivoitumista. Kliinisessä tutkimuksessa haimatulehduspotilailla mitattiin punasolujen polyamiineja.

Polyamiinien aineenvaihdunnan muutokset niin punasoluissa kuin haimassakin liittyivät haimakuolion laajuuteen kaksi prosenttisella (keskivaikea haimatulehdus) ja kuusi prosenttisella (vaikea haimatulehdus) taurodeoksiykolaatilla aiheutetuissa haimatulehduksissa siten, että spermidiini ja spermiini -pitoisuudet laskivat. Kaksi prosenttisella taurodeoksiykolaatilla aiheutetuissa haimatulehduksissa Me2Spm paransi haimavauriota vain varhain induktion jälkeen, mutta ei vaikuttanut myöhempään vaurioon. Me2Spm hoidon hyödyt riippuivat ajoituksesta ja annoksesta. Trypsiinin aktivaatio tapahtui vaikeammassa haimatulehduksessa (6 % taurodeoxykolaatti) aikaisemmin kuin SSAT:n aktivaatio, kun taas keskivaikeassa haimatulehduksessa (2 % taurodeoxykolaatti) trypsiini ja SSAT aktivoituivat yhtaikaa. Me2Spm ei vähentänyt trypsiinin aktivoitumista.

Siirtogeenisesssä haimatulehdusmallissa SSAT:n aktiivisuuden lisääntyminen ja polyamiinimuutokset edelsivät trypsiinin aktivaatiota.

Kliinisessä tutkimuksessa punasolujen spermiini ja spermidiinitasot eivät aluksi muuttuneet merkittävästi, mutta nousivat kliinisen paranemisen jälkeen. Muutamilla kuolioon johtanutta haimatulehdusta sairastavilla potilailla oli huomattavasti korkeammat putreskiini tasot kuin niillä, joiden haimatulehdus ei ollut johtanut kuolioon epäsuorasti tukien ajatusta haimatulehdukseen liittyvästä polyamiinien kataboliasta vaikeusasteesta riippuen. Haimatulehduksen syy ei vaikuttanut polyamiinitasoihin.

Tutkimustuloksista voidaan päätellä, että polyamiinien katabolia alkaa kokeellisessa haimatulehduksessa jo varhain taudin alkamisen jälkeen. Muutokset korreloivat haimatulehduksen vaikeusasteeseen ja näkyvät sekä haimakudoksessa että punasoluissa. Polyamiinien katabolialla näyttäisi olevan osuus varhaisessa soluvauriossa tämä ei kuitenkaan selity trypsiinin aktivoitumisen muutoksilla. Kliinisen tutkimuksen tulokset punasolujen polyamiinien pitoisuuksista eivät ole ristiriidassa kokeellisten havaintojen kanssa.

Acute pancreatitis (AP) is acute inflammation of pancreas. The incidence of AP was 73 per 100,000 in Finland, including 70% of alcoholic and 20% of gallstone origin (Pelli et al. 2000, Pelli et al. 2008, Nordback et al. 2009). The diagnosis of the disease is based on the history of alcohol abuse and gallstone disease, the presence of symptoms with elevated amylase and lipase levels and confirmed by imaging investigations (Whitcomb 2006, Frossard et al. 2008).

Currently there is no specific therapy for AP, except for supportive or preventive treatment (Frossard et al. 2008). Generally the most accepted pathogenesis initiating AP is based on the discovery that the activation of trypsin in pancreatic acinar cells is the first step in the evolution of AP (Foitzik et al. 1994, Saluja et al. 1997, Hofbauer et al. 1998, Saluja et al. 1999). The associated genetic mutations are also found in several clinical investigations (Creighton et al. 2000, Felley et al. 2004, Frossard et al. 2008, Rebours et al. 2009). Besides trypsin activation, the following inflammatory cascades, such as release of cytokines, nitric oxide, reactive oxygen species and arachidonic acid metabolites, are believed to play important roles in the development of AP (Vollmar et al. 1989, Tsuji et al. 1994, Al-Mufti et al. 1998, Lundberg et al. 2000,).

Recently several studies have shown that experimental AP was induced by the over-activation of polyamine catabolism in transgenic rats (Alhonen et al. 2000, Hyvönen et al. 2006). Physiologically, polyamines are essential components for cellular survival and functions and very important in maintaining the integrity of pancreas (Alhonen et al. 2000). Furthermore, the use of polyamine analogues can ameliorate experimental AP in transgenic rats (Räsänen et al. 2002, Hyvönen et al. 2006).

The aim of the present dissertation is to investigate the role of polyamine catabolism in experimental taurodeoxycholate-induced and human AP by administering polyamine analogue bismethylspermine (Me2Spm).