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Bibliographic Metadata

Title
Role of plasminogen activator inhibitor type 1 in experimental (post-traumatic) sepsis / submitted by Pierre Raeven
Additional Titles
Role of plasminogen activator inhibitor type 1 in experimental (post-traumatic) sepsis
AuthorRaeven, Pierre
CensorVan Griensven, Martijn
Published2012
Description118 S. : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteWien, Med. Univ., Diss., 2012
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zsfassung in dt. Sprache
Thromb Res. 2012 May;129(5):e238-45.
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)PAI-1/Fibrinolyse/Infektion/Intensivmedizin/Unfallchirurgie/Therapeutischer Antikörper/Genexpression/Maus
Keywords (EN)PAI-1/Fibrinolysis/Infection/Critical Care Medicine/Trauma Surgery/Therapeutic Antibody/Gene Expression/Mouse
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-8554 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Role of plasminogen activator inhibitor type 1 in experimental (post-traumatic) sepsis [2.2 mb]
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Classification
Abstract (German)

Verletzungen und Infektionen lösen einen Entzündungsprozess aus, dessen Ausmaß stark von den individuellen Charakteristiken und der persönlichen Immunantwort des Patienten abhängt. Sepsis wird als systemische Entzündungsantwort auf eine Infektion definiert und ist einer der häufigsten Todesursachen auf Intensivstationen. Ein vorhergegangenes Trauma kann den Verlauf der folgenden Sepsis bedeutend beeinflussen. Das Blutgerinnungssystem bewirkt die Bildung von Fibrin und ist zum einen unentbehrlich für die Eindämmung von Blutungen nach Verletzungen und zum anderen ein wichtiger Bestandteil der angeborenen Immunantwort gegen eindringende Mikroorganismen. Die Gegenspieler der Bluttgerinnung sind natürliche Gerinnungshemmer und die Fibrinolyse.

Während einer Sepsis ist die Blutgerinnung im Allgemeinen aktiviert, jedoch gleichzeitig die natürliche Gerinnungshemmung vermindert und die Fibrinolyse stark reduziert. Die Hemmung der Fibrinolyse liegt vor allem an erhöhten Werten von Typ 1 Plasminogen Aktivator Inhibitor (PAI-1).

Erhöhte Plasmaspiegel von PAI-1 werden mit einer erhöhten Sterbensrate während der Sepsis assoziiert. Wir haben daher untersucht, ob eine Hemmung von PAI-1 während einer Sepsis die Überlebensrate günstig beeinflusst. Wir verwendeten zuerst das klinisch relevante Model der zäkalen Ligation und Punktion, um eine polymikrobielle, septische Peritonitis in der Maus zu induzieren. Dabei untersuchten wir die Genexpression von PAI 1 in mehreren Organen und zu verschiedenen Zeitpunkten im Verlauf der Sepsis. Im ersten Abschnitt zeigte sich, dass die Genexpression von PAI-1 während der Sepsis sehr organ-spezifisch ist und außerdem vom Zeitpunkt und dem Schweregrad der Sepsis abhängt. Der PAI-1 Plasmaspiegel stieg während der Sepsis stark an, wobei hohe Werte auch höhere Sterbensraten bedeuteten. Im zweiten Abschnitt untersuchten wir, ob Trauma und Blutverlust die eben untersuchte Dynamik von PAI-1 in verschiedenen Gewebetypen während einer folgenden Sepsis beeinflusst. Unsere Daten zeigten, dass vorheriges Trauma mit Blutverlust tatsächlich die PAI-1 Genexpression im vaskulärem Endothel (die Gefäß Innenwand) und in der Leber während der nachfolgenden Sepsis verändert, obwohl der PAI-1 Proteinspiegel im Blut unbeeinflusst bleibt. Zusätzlich zeigten sterbende Mäuse, im Vergleich zu überlebenden Mäusen, höhere PAI-1 Plasmaspiegel (schon zwei Tage bevor Tod) während der posttraumatischen Sepsis. Mittels Bestimmung der Thrombomudulinspiegel in diesen Mäusen konnten wir allerdings zeigen, dass diese Erhöhung der PAI-1 Proteinspiegel unabhängig war von der Stärke des Schadens am vaskulären Endothel. Im dritten Abschnitt dieser Studie wurde bei septischen Mäusen (ohne vorherigem Trauma und Blutverlust) das PAI-1 im Blut mit Hilfe eines spezifischen Antikörpers neutralisiert und die fibrinolytische Aktivität sowie das Überleben der Tiere im Vergleich zur Kontrollantikörperapplikation untersucht. Die Behandlung mit dem spezifischen PAI-1 Antikörper konnte die Hemmung der Fibrinolyse während der Sepsis verhindern, hatte jedoch keinen Einfluss auf das Überleben während der Sepsis. Um möglichst homogene Gruppen zu erreichen, wurden alle septischen Tiere in einem weiteren Durchgang vor der Antikörperapplikation nach ihrem individuellen Entzündungsstatus in zwei Untergruppen eingeteilt: Tiere mit einem niedrigen Risiko zu sterben, beziehungsweise Tiere mit einem hohen Risiko zu sterben. Erst die Unterteilung in zwei homogenere Untergruppen basierend auf dem vorherrschenden Entzündungsstatus (entweder alle in der Gruppe mit hohem oder niedrigem Risiko zu sterben) demonstrierte, dass die Neutralisierung von PAI-1 das Überleben (in beiden Untergruppen) maßgeblich verschlechtert. Auf Gund dieser Ergebnisse können wir folgendes schliessen. Erstens, die organspezifische Genexpression von PAI-1 und dessen Plasmaprotein sind während der Sepsis erhöht. Zweitens, ein vorhergehendes Trauma mit Blutverlust bewirkt wesentliche Veränderungen in der organspezifischen Genexpression von PAI-1 in der anschließenden Sepsis. Drittens, obwohl die Neutralisierung von PAI-1 die Fibrinolyse während Sepsis wieder herstellt, bewirkt dies keinen Überlebensvorteil. Interessanterweise war nur nach Unterteilung der Mäuse in maximal homogene Gruppen (entweder hohes oder niedriges Risiko zu sterben) der nachteilige Effekt der PAI-1 Neutralisierung sichtbar. Diese Ergebnisse bedeuten, dass PAI-1 neben seiner Schlüsselfunktion in der Fibrinolyse, scheinbar eine zusätzliche Funktion im weiteren Entzündungsgeschehen besitzt. Ausserdem erlaubt dieser Effekt die Mutmaßung, dass eine Unterteilung von septischen Patienten in klar definierte, homogene Gruppen, für die Erkennung negativer Effekte von neuartigen Therapien gegen Sepsis durchaus entscheidend sein kann.

Abstract (English)

Injury and infection induce a host response with a magnitude that strongly depends on the individual characteristics of the patient.

Sepsis, defined as a systemic inflammation in the presence of an infection, is one of the most common causes of death on the intensive care unit. Posttraumatic sepsis is the septic syndrome that develops after severe injury (trauma), in which the preceding trauma may influence the host response during the subsequent sepsis. The blood clotting system is crucial for the restriction of bleeding (hemorrhage) upon trauma and, moreover, an important part of the innate defense against invading microorganisms. Activation of blood clotting (coagulation) results in the formation of fibrin, which is regulated by natural anticoagulants and the process called fibrinolysis. During sepsis, coagulation is generally activated, natural anticoagulation is attenuated and fibrinolysis is strongly impaired. Impairment of fibrinolysis is mainly due to up-regulation and release of plasminogen activator inhibitor type 1 (PAI-1). Fibrin deposition and high levels of PAI-1 are associated with the development of multi organ dysfunction and mortality during sepsis. Therefore, we investigated whether inhibition of PAI-1 could prove a beneficial therapeutic option during sepsis. In this thesis, we first used the mouse clinically relevant model of cecal ligation and puncture-induced polymicrobial sepsis to study the gene expression of PAI-1 at various time points during the development of sepsis, which was highly specific on the organ-level studied, the time point and sepsis severity. Levels of circulating PAI-1 increased during sepsis and we were able to link high PAI-1 levels to increased mortality. Next, we studied whether combined trauma and hemorrhage influences the dynamics of PAI-1 in the various compartments and over time. Our data suggested that preceding trauma and hemorrhage altered PAI-1 gene expression in the vascular endothelium (inner lining of blood vessels) and in the liver, whereas PAI-1 levels in the plasma were not changed by prior trauma-hemorrhage. Furthermore, dying subjects displayed higher levels of plasma PAI-1 in post-traumatic sepsis compared to survivors, which was irrespective of the level of damage to the vascular endothelium. PAI-1 levels during posttraumatic sepsis can herald death up to two days prior. Finally, we neutralized the circulating PAI-1 in the blood of septic subjects with a specific antibody and compared their fibrinolytic capacity and survival with animals receiving treatment with a control antibody. To establish more homogeneous treatment groups, some animals were divided into two groups prior to treatment: those who where predicted to die and those predicted to survive based on their inflammatory status. We observed that treatment with the antibody was able to prevent impairment of fibrinolysis during sepsis. In the heterogeneous group, in which animals were treated irrespective of their inflammatory status, treatment with the PAI 1 neutralizing antibody did not alter overall sepsis survival. However, in animals with more homogeneous inflammatory response (either high or low), neutralization of PAI-1 by the antibody significantly impaired survival. From our data, it can be concluded that PAI-1 is an essential component of the host response against sepsis, a function that may be independent of its role in fibrinolysis. PAI-1 organ-specific gene expression and its plasma levels are increased after trauma-hemorrhage and sepsis, and preceding trauma modulates the PAI-1 gene expression during sepsis in a tissue-specific fashion. Although neutralizing PAI-1 restored fibrinolysis during sepsis, it did not provide a survival benefit.

Remarkably, only after a maximal homogenous separation of septic subjects into high and low risk-of-death cohorts, the detrimental effect of PAI-1 neutralization became apparent. This implies that a separation of septic patients into various well-defined, homogenous cohorts is critical in revealing negative effects of tested anti-sepsis therapeutics.

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