Patojenik Mekanizmalarının İncelenmesi için BALB/c Farelerde İlaca Bağlı, Otoimmün Hepatitin İndüklenmesi
Summary
Bu çalışmada, BALB/c farelerde, bu hastalıkta görülen cinsiyet farklılıkları da dahil olmak üzere ilaca bağlı otoimmün hepatitin patogenezini incelemek için kullanılabilecek bir in vivo immünizasyon, translasyonel hepatit modeli tanımlanmıştır. Bu modelin in vivo ve in vitro deneysel teknikler kullanarak tekrarlanabilir analizleri nasıl gösterdiğini açıklayacağız.
Abstract
İlaca bağlı otoimmün hepatit (DIH), otoimmün hepatitli hastaların yaklaşık %9-12’sinde gözlenen en sık görülen hepatik ilaca bağlı aşırı duyarlılık sürecidir. DİH’li hastaların ezici çoğunluğu kadındır. Prevalansındaki bu cinsiyet farklılıklarının altında yatan mekanizmalar, insan hastalığını taklit eden hayvan modellerinin azlığı nedeniyle belirsizdir. Buna rağmen, altta yatan mekanizmaların insan lökosit antijen haplotipleri ve cinsiyet hormonları ile ilişkili olduğuna inanılmaktadır. Buna karşılık, bir DIH fare modeli kullanarak, IL-4’ün bir sitokrom P450 2E1 epitopuna karşı yönlendirilmiş CD4 + T hücrelerini başlattığını, nötrofillerin, makrofajların ve mast hücrelerinin dişi BALB / c farelerinin karaciğerlerine akışını indüklediğini ortaya çıkardık. Bu modeli kullanarak, IL-33 ile indüklenen FoxP3 + düzenleyici T hücrelerinin dişi ve erkek farelerde DIH’ye karşı koruma sağladığını da gösterdik. Bu DIH modeli, farelerin DIH ile ilişkili bir ilaç metaboliti ile kovalent olarak değiştirilmiş bir CYP2E1 epitopu ile aşılanması ile indüklenir. Bu epitop DIH’li hastalar tarafından tanınır. Yöntemimiz, DIH’nin patogenezini incelemek için kullanılabilecek sağlam ve tekrarlanabilir hepatit ve otoantikorları indüklemektedir. İn vivo çalışmalar, yanlış yapıldığında farelerde aşırı ağrı ve sıkıntıya neden olabilirken, in vivo bir modelin avantajı, çok sayıda farede hastalığın patogenezini değerlendirme yeteneğidir. Ek olarak, değiştirilmiş karaciğer proteinlerinin biyolojik etkileri, invaziv prosedürler kullanılarak incelenebilir. Deneysel tasarıma in vitro çalışmaların eklenmesi, hücresel düzeyde hızlı tekrarlama ve mekanik analize izin verir. Bu nedenle, model protokolümüzü ve DIH’nin in vivo ve in vitro mekanizmalarını incelemek için nasıl kullanılabileceğini göstereceğiz.
Introduction
Bu yöntemin amacı, in vivo gelişen ilaca bağlı otoimmün hepatitin fare modelini tanımlamak ve bu hastalığın moleküler, immünolojik ve genetik temelini araştırmak için nasıl kullanılabileceğini göstermektir. Çalışmalarımızın uzun vadeli amacı, duyarlı hastalarda DİH’yi inceleyerek kronik karaciğer inflamasyonu ve hasarının gelişiminden sorumlu mekanizmaları ortaya çıkarmaktır. Karaciğer hastalığı ve siroz, 25-64 yaş arası erişkinlerde altıncı en sık ölüm nedenidir. Bazen ilaca bağlı otoimmün hepatit (DIH) olarak adlandırılan idiosyncratic DILI, Amerika Birleşik Devletleri’nde akut karaciğer yetmezliğinin üçüncü en yaygın nedenidir. DIH, otoimmün hepatit1’li hastaların yaklaşık %9-12’sinde gözlenen en yaygın hepatik ilaca bağlı aşırı duyarlılık sürecidir. DİH’li hastaların ezici çoğunluğu kadın 2,3,4’tür. İzofluran, sevofluran, desfluran veya halotan gibi halojenli uçucu anesteziklerin uygulanmasını takiben duyarlı bireylerde bir tür DIH gelişir. Bu anestezikler, metabolizmalarının reaktif ürünleri ile karaciğer proteinlerine kovalent olarak bağlanır, böylece alerjik veya otoimmün yanıtları ortaya çıkarabilen yeni otoantijenler oluşturur5.
Anestezik ve herhangi bir DIH formunun gelişiminde rol oynayan patojenik mekanizmaların incelenmesi, daha önce insan hastalığının indüksiyonunu yakından taklit eden bir hayvan modelinin eksikliği nedeniyle engellenmiştir. Hastalarda immün aracılı DILI’ye benzeyen özelliklere sahip deneysel bir DIH murin modeli geliştirdik. Hepatit, sitokrom P450 2E1 (CYP2E1)5 enzimi tarafından anestezinin oksidatif metabolizmasını takiben oluşan trifloroasetil klorür (TFA) metaboliti tarafından kovalent olarak modifiye edilmiş iki otoantijenden biri ile immünizasyon ile indüklenir. Bir otoantijen, birkaç proteinin karışımı olan hepatik sitozolik S100 karaciğer fraksiyonudur6 ve ikinci otoantijen, anestezik immün aracılı DILI7’li hastalardan serumlar tarafından tanınan bir CYP2E1 epitopudur. Deneysel otoimmün hepatite nispeten dirençli olan BALB / c farelerini kullanarak, modelimizi C57Bl / 6J farelerde otoimmün hepatitin S100 kaynaklı immünizasyon modelinden ayırıyoruz8.
Çeşitli klinik prezentasyonları nedeniyle, DIH’nin hastalarda incelenmesi zordur. Translasyonel deneysel modeller, hastalığın patogenezini in vivo ve in vitro olarak değerlendirme olanağı sunmaktadır. Şu anda, DİH’yi indüklemek için, hayvan kullanmadan in vivo veya in vitro adaptif veya doğuştan gelen bağışıklık tepkilerini tam olarak inceleyen başka alternatif yöntemler yoktur. Dahası, S-100 veya CYP2E1 epitopunun trifloroasetilasyonu tahriş edici bir immünojen üretmediğinden ve TFA ile değiştirilmiş proteinlerle bağışıklama yoluyla DIH’yi indüklediğimizden, bu hayvanlara bağışıklama veya diğer prosedürlerden önce eter, herhangi bir halojenli anestezik, barbitürat veya alkol almayacaktır. Buna rağmen, keşfedilen CYP2E1 epitopu9’un bağlanma tercihlerini doğrulamak için bilgisayar simülasyonunu kullanarak fare kullanımımızı azalttık ve dişi BALB / c farelerinin daha şiddetli bir DIH10 geliştirdiğini göstererek kadın cinsiyetini içeren insan DIH’sini yansıttık.
Hastalarda DİH’nin çeşitli sunumlarına ve klinik hastalık çalışmalarındaki zorluklara rağmen, reaktif ilaç metabolitleri tarafından doğal proteinlerin post-translasyonel modifikasyonu, halojenli anestezikleri takip eden patogenez DİH’de kabul edilen anahtar bir mekanizmadır11. Araştırmacılar ayrıca CYP2E1’in bu süreçte12,13 majör bir otoantijen olduğunu kabul etmektedir. Translasyonel olarak modifiye edilmiş bir CYP2E1 ve diğer karaciğer proteinlerini tanıyan interlökin (IL)-4-yukarı regüle CD4 + T hücrelerinin rolü, nötrofilleri, eozinofilleri ve mast hücrelerini karaciğer14’e çekerek anestezik DIH’nin kabul edilen bir başlatıcısıdır ve bu mekanizma DIH 15,16’nın birçok formunda doğrulanmıştır. İndüklenen FoxP3 eksprese eden CD4 + CD25 + T hücreleri (Tregs) DIH’nin şiddetini azaltır ve bu hücrelerin dalaktaki göreceli eksiklikleri DIH 10,7’yi kötüleştirir. Bu nedenle, DIH’yi anlamadaki ilerlemelerin çoğu, DIH’nin genetik, metabolik ve immünolojik mekanizmalarını hem in vivo hem de in vitro olarak değerlendirmek için in vivo fare modellerinin kullanılmasıyla mümkün olmuştur.
Biz ve diğer araştırmacılar, farklı fare modelleri kullanarak DIH’nin başlatılmasında IL-4, nötrofiller ve eozinofiller için rolleri ortaya çıkardığımız için, bu gözlemin, kullanılan DIH modelinden bağımsız olarak, hepatit ve yaralanmanın IL-4 tarafından indüklendiği iddiamızı desteklediğine inanıyoruz. Protokolümüzün gücü, hem erkek hem de dişi fareler olmak üzere in vivo metodolojinin kullanılmasında ve histolojinin, CD4 + T hücre proliferasyon tahlillerinin ve sitokinlerin tekrarlanmasında yatmaktadır. İn vitro çalışmaları kullanmamızın gücü, DIH’yi yönlendiren hücresel etkileşimleri izole etmek için metodoloji sağlarken ihtiyaç duyulan fare sayısını azaltmalarıdır. Erkek ve dişi farelerin kullanılmasını öneriyoruz, çünkü bu, sonuçların yorumlanmasında bilinçsiz önyargı olasılığını azaltır ve DIH insidansı, prevalansı ve şiddeti kadınlarda daha yüksek olduğu için çalışmalarımızın çeviri potansiyelini güçlendirir17. Farelerin tek bir satıcıdan elde edilmesini öneririz; Bununla birlikte, bu mümkün değilse, genetiği değiştirilmiş farelerle aynı satıcıdan çöp eşi kontrolleri veya vahşi tip fareler edinin.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokolün gücü, tekrarlanabilirliğine dayanır; Bu nedenle, önerilen adımlara uymak çok önemlidir. İmmünojenin formülasyonu bazıları için bir bariyer olabilir; Bununla birlikte, belgemizde açıklanan epitopu kullanarak modelimizi yeniden ürettik, bu da karaciğerin S100 fraksiyonunu izole etme ihtiyacını ortadan kaldırıyor. Ek epitopların veya proteinlerin modifiye edilmesi ve bağışıklamaları takiben hepatiti indüklemesi muhtemeldir; ancak, kullandığımız proteinleri güvenilir sonuçlar…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dr. Njoku, bu modelin formülasyonuyla sonuçlanan rehberliği ve anlayışlı tartışmaları için Dr. Noel R. Rose, MD PhD’ye teşekkür etmek istiyor.
Materials
| 0.1% 2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS) | ThermoFisher | 28997 | |
| AKP Substrate Kit | BioRad | 172-1063 | |
| BALB/c mice | Jackson | ||
| CellTrace™ CFSE Cell Proliferation Kit | ThermoFisher | C34554 | |
| CFA H37Ra | Becton Dickinson (Difco Bacto) | 231131 | |
| FcR Blocking reagent | Milteyi | 130-092-575 | |
| General supplement | ThermoFisher | HPRG770 | |
| HepaRG™ cells cryopreserved | ThermoFisher | HPR GC10 | |
| Live/Dead Fixable Aqua Dead Cell stain kit | ThermoFisher | L34965 | |
| NaHC03 | Millipore Sigma | S5761 | |
| Percoll® | Millipore Sigma | P1644-1L | |
| Pertussis Toxin | List Biologicals | 180 | |
| Phosphate Buffered Saline pH 7.4 | Various | ||
| Pierce™ Protease Inhibitor Mini Tablets, EDTA Free | ThermoFisher | 88666 | |
| Potassium Hydroxide | JT Baker | 3140-01 | |
| S-ethyltrifluorothioacetate (S-ETFA) | Millipore Sigma | 177474 | |
| Slide-a-lyzer dialysis cassettes (10 K, 12 ml) | ThermoFisher | 66810 | |
| UltraPure™ SDS Solution, 10% | ThermoFisher | 24730020 | |
| Williams Media E, no phenol red | ThermoFisher | A1217601 |
References
- Castiella, A., Zapata, E., Lucena, M. I., Andrade, R. J. Drug-induced autoimmune liver disease: A diagnostic dilemma of an increasingly reported disease. World J. Hepatology. 6 (4), 160-168 (2014).
- Bjornsson, E. S., Bergmann, O. M., Bjornsson, H. K., Kvaran, R. B., Olafsson, S. Incidence, presentation, and outcomes in patients with drug-induced liver injury in the general population of Iceland. Gastroenterology. 144 (7), 1419-1425 (2013).
- Castiella, A., Lucena, M. I., Zapata, E. M., Otazua, P., Andrade, R. J. Drug-induced autoimmune-like hepatitis: a diagnostic challenge. Digestive Diseases and Sciences. 56 (8), 2501-2502 (2011).
- Czaja, A. J. Drug-induced autoimmune-like hepatitis. Digestive Diseases and Sciences. 56 (4), 958-976 (2011).
- Pohl, L. R., Thomassen, D., Pumford, N. R., Butler, L. E., Satoh, H., Ferrans, V. J., Perrone, A., et al. Hapten carrier conjugates associated with halothane hepatitis. Advances in Experimental Medicine and Biology. 283, 111-120 (1991).
- Njoku, D. B., Talor, M. V., Fairweather, D., Frisancho-Kiss, S., Odumade, O. A., Rose, N. R. A novel model of drug hapten-induced hepatitis with increased mast cells in the BALB/c mouse. Experimental and Molecular Pathology. 78 (2), 87-100 (2005).
- Cottagiri, M., Nyandjo, M., Stephens, M., Mantilla, J., Saito, H., Mackay, I. R., et al. In drug-induced, immune-mediated hepatitis, interleukin-33 reduces hepatitis and improves survival independently and as a consequence of FoxP3+ T-cell activity. Cellular and Molecular Immunology. , (2018).
- Lohse, A. W., Manns, M., Dienes, H. P., Meyer zum Buschenfelde, K. H., Cohen, I. R. Experimental autoimmune hepatitis: disease induction, time course and T-cell reactivity. Hepatology. 11 (1), 24-30 (1991).
- McCarthy, E. K., Vakos, A., Cottagiri, M., Mantilla, J. J., Santhanam, L., Thomas, D. L., et al. Identification of a Shared Cytochrome p4502E1 Epitope Found in Anesthetic Drug-Induced and Viral Hepatitis. mSphere. 3 (5), (2018).
- Cho, J., Kim, L., Li, Z., Rose, N. R., Talor, M. V., Njoku, D. B. Sex bias in experimental immune-mediated, drug-induced liver injury in BALB/c mice: suggested roles for Tregs, estrogen, and IL-6. PLoS. One. 8 (4), 61186 (2013).
- Satoh, H., Gillette, J. R., Takemura, T., Ferrans, V. J., Jelenich, S. E., Kenna, J. G., et al. Investigation of the immunological basis of halothane-induced hepatotoxicity. Advances in Experimental Medicine and Biology. 197, 657-673 (1986).
- Eliasson, E., Kenna, J. G. Cytochrome P450 2E1 is a cell surface autoantigen in halothane hepatitis. Molecular Pharmacology. 50 (3), 573-582 (1996).
- Bourdi, M., Chen, W., Peter, R. M., Martin, J. L., Buters, J. T., Nelson, S. D., et al. Human cytochrome P450 2E1 is a major autoantigen associated with halothane hepatitis. Chemical Research in Toxicology. 9 (7), 1159-1166 (1996).
- Njoku, D. B., Li, Z., Washington, N. D., Mellerson, J. L., Talor, M. V., Sharma, R., et al. Suppressive and pro-inflammatory roles for IL-4 in the pathogenesis of experimental drug-induced liver injury. European Journal of Immunology. 39 (6), 1652-1663 (2009).
- Aithal, G. P., Ramsay, L., Daly, A. K., Sonchit, N., Leathart, J. B., Alexander, G., et al. Hepatic adducts, circulating antibodies, and cytokine polymorphisms in patients with diclofenac hepatotoxicity. Hepatology. 39 (5), 1430-1440 (2004).
- Higuchi, S., Kobayashi, M., Yoshikawa, Y., Tsuneyama, K., Fukami, T., Nakajima, M., et al. IL-4 mediates dicloxacillin-induced liver injury in mice. Toxicology Letters. 200 (3), 139-145 (2011).
- Rubtsova, K., Marrack, P., Rubtsov, A. V. Sexual dimorphism in autoimmunity. Journal of Clinical Investigation. 125 (6), 2187-2193 (2015).
- Satoh, H., Fukuda, Y., Anderson, D. K., Ferrans, V. J., Gillette, J. R., Pohl, L. R. Immunological studies on the mechanism of halothane-induced hepatotoxicity: immunohistochemical evidence of trifluoroacetylated hepatocytes. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 233 (3), 857-862 (1985).
- Habeeb, A. F. Determination of free amino groups in proteins by trinitrobenzenesulfonic acid. Analytical Biochemistry. 14 (3), 328-336 (1966).
- Christen, U., Burgin, M., Gut, J. Halothane metabolism: immunochemical evidence for molecular mimicry of trifluoroacetylated liver protein adducts by constitutive polypeptides. Molecular Pharmacology. 40 (3), 390-400 (1991).
- Christen, U., Quinn, J., Yeaman, S. J., Kenna, J. G., Clarke, J. B., Gandolfi, A. J., et al. Identification of the dihydrolipoamide acetyltransferase subunit of the human pyruvate dehydrogenase complex as an autoantigen in halothane hepatitis. Molecular mimicry of trifluoroacetyl-lysine by lipoic acid. European Journal of Biochemistry. 223 (3), 1035-1047 (1994).
