The role of endothelial enzymes NOS, VAP-1 and CD73 in acute lung injury

Acute lung injury (ALI) is a syndrome of acute hypoxemic respiratory failure with bilateral pulmonary infiltrates that is not caused by left atrial hypertension. Since there is no effective treatment available, this frequent clinical syndrome significantly contributes to mortality of both medical and surgical patients. Great majority of the patients with the syndrome suffers from indirect ALI caused by systemic inflammatory response syndrome (SIRS). Sepsis, trauma, major surgery and severe burns, which represent the most common triggers of SIRS, often induce an overwhelming inflammatory reaction leading to dysfunction of several vital organs. Studies of indirect ALI due to SIRS revealed that respiratory dysfunction results from increased permeability of endothelium. Disruption of endothelial barrier allows extravasation of protein-rich liquid and neutrophils to pulmonary parenchyma. Both under normal conditions and in inflammation, endothelial barrier function is regulated by numerous mechanisms. Endothelial enzymes represent one of the critical control points of vascular permeability and leukocyte trafficking. Some endothelial enzymes prevent disruption of endothelial barrier by production of anti-inflammatory substances. For instance, nitric oxide synthase (NOS) down-regulates leukocyte extravasation in inflammation by generation of nitric oxide. CD73 decreases vascular leakage and neutrophil emigration to inflamed tissues by generation of adenosine. On the other hand, vascular adhesion protein-1 (VAP-1) mediates leukocyte trafficking to the sites of inflammation both by generation of pro-inflammatory substances and by physically acting as an adhesion molecule. The aims of this study were to define the role of endothelial enzymes NOS, CD73 and VAP-1 in acute lung injury. Our data suggest that increasing substrate availability for NOS reduces both lung edema and neutrophil infiltration and this effect is not enhanced by concomitant administration of antioxidants. CD73 protects from vascular leakage in ALI and its up-regulation by interferon-β represents a novel therapeutic strategy for treatment of this syndrome. Enzymatic activity of VAP-1 mediates neutrophil infiltration in ALI and its inhibition represents an attractive approach to treat ALI.

Probiotic interventions in infancy: Benefit and Safety Assessment of Extended Applications

Immaturity of the gut barrier system in the newborn has been seen to underlie a number of chronic diseases originating in infancy and manifesting later in life. The gut microbiota and breast milk provide the most important maturing signals for the gut-related immune system and reinforcement of the gut mucosal barrier function. Recently, the composition of the gut microbiota has been proposed to be instrumental in control of host body weight and metabolism as well as the inflammatory state characterizing overweight and obesity. On this basis, inflammatory Western lifestyle diseases, including overweight development, may represent a potential target for probiotic interventions beyond the well documented clinical applications. The purpose of the present undertaking was to study the efficacy and safety of perinatal probiotic intervention. The material comprised two ongoing, prospective, double-blind NAMI (Nutrition, Allergy, Mucosal immunology and Intestinal microbiota) probiotic interventions. In the mother-infant nutrition and probiotic study altogether 256 women were randomized at their first trimester of pregnancy into a dietary intervention and a control group. The intervention group received intensive dietary counselling provided by a nutritionist, and were further randomized at baseline, double-blind, to receive probiotics (Lactobacillus rhamnosus GG and Bifidobacterium lactis) or placebo. The intervention period extended from the first trimester of pregnancy to the end of exclusive breastfeeding. In the allergy prevention study altogether 159 women were randomized, double-blind, to receive probiotics (Lactobacillus rhamnosus GG) or placebo 4 weeks before expected delivery, the intervention extending for 6 months postnatally. Additionally, patient data on all premature infants with very low birth weight (VLBW) treated in the Department of Paediatrics, Turku University Hospital, during the years 1997 - 2008 were utilized. The perinatal probiotic intervention reduced the risk of gestational diabetes mellitus (GDM) in the mothers and perinatal dietary counselling reduced that of fetal overgrowth in GDM-affected pregnancies. Early gut microbiota modulation with probiotics modified the growth pattern of the child by restraining excessive weight gain during the first years of life. The colostrum adiponectin concentration was demonstrated to be dependent on maternal diet and nutritional status during pregnancy. It was also higher in the colostrum received by normal-weight compared to overweight children at the age of 10 years. The early perinatal probiotic intervention and the postnatal probiotic intervention in VLBW infants were shown to be safe. To conclude, the findings in this study provided clinical evidence supporting the involvement of the initial microbial and nutritional environment in metabolic programming of the child. The manipulation of early gut microbial communities with probiotics might offer an applicable strategy to impact individual energy homeostasis and thus to prevent excessive body-weight gain. The results add weight to the hypothesis that interventions aiming to prevent obesity and its metabolic consequences later in life should be initiated as early as during the perinatal period.

Gut permeability to lactulose and mannitol differs in treated Crohn's disease and celiac disease patients and healthy subjects

The gut barrier monitors and protects the gastrointestinal tract from challenges such as microorganisms, toxins and proteins that could act as antigens. There is evidence that gut barrier dysfunction may act as a primary disease mechanism in intestinal disorders. The aim of the present study was to evaluate the barrier function towards sugars after the appropriate treatment of celiac disease and Crohn's disease patients and compare the results with those obtained with healthy subjects. Fifteen healthy volunteers, 22 celiac disease patients after 1 year of a gluten-free diet, and 31 Crohn's disease patients in remission were submitted to an intestinal permeability test with 6.0 g lactulose and 3.0 g mannitol. Six-hour urinary lactulose excretion in Crohn's disease patients was significantly higher than in both celiac disease patients (0.42 vs 0.15%) and healthy controls (0.42 vs 0.07%). Urinary lactulose excretion was significantly higher in celiac disease patients than in healthy controls (0.15 vs 0.07%). Urinary mannitol excretion in Crohn's disease patients was the same as healthy controls (21 vs 21%) and these values were significantly higher than in celiac disease patients (10.9%). The lactulose/mannitol ratio was significantly higher in Crohn's disease patients in comparison to celiac disease patients (0.021 vs 0.013) and healthy controls (0.021 vs 0.003) and this ratio was also significantly higher in celiac disease patients compared to healthy controls (0.013 vs 0.003). In spite of treatment, differences in sugar permeability were observed in both disease groups. These differences in the behavior of the sugar probes probably reflect different mechanisms for the alterations of intestinal permeability.

Ischemic post-conditioning attenuates the intestinal injury induced by limb ischemia/reperfusion in rats

The purpose of this study was to investigate the protective effects of ischemic post-conditioning on damage to the barrier function of the small intestine caused by limb ischemia-reperfusion injury. Male Wistar rats were randomly divided into 3 groups (N = 36 each): sham operated (group S), lower limb ischemia-reperfusion (group LIR), and post-conditioning (group PC). Each group was divided into subgroups (N = 6) according to reperfusion time: immediate (0 h; T1), 1 h (T2), 3 h (T3), 6 h (T4), 12 h (T5), and 24 h (T6). In the PC group, 3 cycles of reperfusion followed by ischemia (each lasting 30 s) were applied immediately. At all reperfusion times (T1-T6), diamine oxidase (DAO), superoxide dismutase (SOD), and myeloperoxidase (MPO) activity, malondialdehyde (MDA) intestinal tissue concentrations, plasma endotoxin concentrations, and serum DAO, tumor necrosis factor-α (TNF-α), and interleukin-10 (IL-10) concentrations were measured in sacrificed rats. Chiu’s pathology scores for small intestinal mucosa were determined under a light microscope and showed that damage to the small intestinal mucosa was lower in group PC than in group LIR. In group PC, tissue DAO and SOD concentrations at T2 to T6, and IL-10 concentrations at T2 to T5 were higher than in group LIR (P < 0.05); however, tissue MPO and MDA concentrations, and serum DAO and plasma endotoxin concentrations at T2 to T6, as well as TNF-α at T2 and T4 decreased significantly (P < 0.05). These results show that ischemic post-conditioning attenuated the permeability of the small intestines after limb ischemia-reperfusion injury. The protective mechanism of ischemic post-conditioning may be related to inhibition of oxygen free radicals and inflammatory cytokines that cause organ damage.

From Escherichia coli heat-stable enterotoxin to mammalian endogenous guanylin hormones

The isolation of heat-stable enterotoxin (STa) from Escherichia coli and cholera toxin from Vibrio cholerae has increased our knowledge of specific mechanisms of action that could be used as pharmacological tools to understand the guanylyl cyclase-C and the adenylyl cyclase enzymatic systems. These discoveries have also been instrumental in increasing our understanding of the basic mechanisms that control the electrolyte and water balance in the gut, kidney, and urinary tracts under normal conditions and in disease. Herein, we review the evolution of genes of the guanylin family and STa genes from bacteria to fish and mammals. We also describe new developments and perspectives regarding these novel bacterial compounds and peptide hormones that act in electrolyte and water balance. The available data point toward new therapeutic perspectives for pathological features such as functional gastrointestinal disorders associated with constipation, colorectal cancer, cystic fibrosis, asthma, hypertension, gastrointestinal barrier function damage associated with enteropathy, enteric infection, malnutrition, satiety, food preferences, obesity, metabolic syndrome, and effects on behavior and brain disorders such as attention deficit, hyperactivity disorder, and schizophrenia.

L’entérotoxine STb d’Escherichia coli affecte les jonctions serrées des cellules intestinales épithéliales

La toxine thermostable d’E.coli (STb) est une cause de diarrhée chez l’homme et l’animal. STb se lie au sulfatide, son récepteur, puis s’internalise. Dans le cytoplasme, par une cascade d’événements, STb déclenche l’ouverture des canaux ioniques permettant la sécrétion des ions et la perte d’eau menant à la diarrhée. Les jonctions serrées forment une barrière physique intercellulaire dans les cellules épithéliales intestinales, contrôlant ainsi le flux paracellulaire des ions et de l’eau. Les jonctions serrées sont affectées par divers pathogènes et par leurs toxines. À ce jour, l’effet de STb sur les jonctions serrées n’a pas été étudié. L’étude entreprise visait à explorer l’effet de STb sur les jonctions serrées et la barrière épithéliale des cellules intestinales. Des cellules épithéliales intestinales du colon humain (T84) ont été traitées pendant 24h soit avec la toxine STb purifiée soit avec une souche d’E.coli exprimant STb. La résistance transépithéliale (TER), le flux de marqueurs paracellulaires et la microscopie confocale ont été utilisés pour analyser les effets de STb sur les jonctions serrées. Les monocouches traitées par la souche E.coli exprimant STb et la toxine STb purifiée ont manifesté une forte réduction de TER (p<0.0001) parallèlement à une augmentation significative de la perméabilité paracellulaire à l’Albumine de Sérum Bovin marqué avec l’IsoThioCyanate Fluoroscéine, BSA-FITC (p<0.0001) comparativement aux cellules non traitées et aux cellules traitées par une souche d’E.coli commensale non-toxinogène. L’augmentation de la perméabilité paracellulaire induite par STb a été associée à une dissolution générale et une condensation des fibres de stress centrales des filaments d’actine. Le réarrangement des filaments d’actine a été accompagné par une redistribution et une fragmentation des protéines des jonctions serrées dont l’occludine, la claudine-1 et la Zonula Occludens-1. Les mêmes modifications on été observées après l’intoxication des cellules T84 avec un octapeptide synthétique retrouvé dans la séquence de STb correspondant à une séquence consensus de la toxine ZOT de Vibrio cholerae, impliquée dans la réorganisation des jonctions serrées. Cet effet n’a pas été observé lorsque les cellules ont été traitées avec un octapeptide synthétique comportant les mêmes acides aminés mais distribués de façon aléatoire ou avec la toxine mutée (D30V). Nos résultats montrent pour la première fois que STb induit le dysfonctionnement de la barrière épithéliale intestinale en modifiant la distribution des protéines des jonctions serrées. Ces résultats ouvrent une nouvelle voie pour la compréhension de la pathogenèse de diarrhée causée par la toxine STb.

Neuron-Derived Semaphorin 3A is an Early Inducer of Vascular Permeability in Diabetic Retinopathy

La détérioration de la barrière hémato rétinienne et l'oedème maculaire consécutif est une manifestation cardinale de la rétinopathie diabétique (RD) et la caractéristique clinique la plus étroitement associée à la perte de la vue. Alors que l'oedème maculaire affecte plus de 25% des patients souffrant de diabète, les modalités de traitement actuellement disponibles tels que les corticostéroïdes administrés localement et les thérapies anti-VEGF récemment approuvés présentent plusieurs inconvénients. Bien que le lien entre une rupture de l’unité neuro-vasculaire et la pathogénèse de la RD ait récemment été établi, l’influence de la signalisation neuro-vasculaire sur la vasculopathie oculaire diabetique a jusqu’à présent reçu peu d’attention. Ici, à l’aide d’ètudes humaines et animales, nous fournissons la première preuve du rôle essentiel de la molécule de guidage neuronale classique Sémaphorine 3A dans l’instigation de la perméabilité vasculaire maculaire pathologique dans le diabète de type 1. L’étude de la dynamique d’expression de Sémaphorine 3A révèle que cette dernière est induite dans les phases précoces hyperglycèmiques du diabète dans la rétine neuronale et participe à la rupture initiale de la fonction de barrière endothéliale. En utilisant le modèle de souris streptozotocine pour simuler la rétinopathie diabétique humaine, nous avons démontré par une série d’approches analogue que la neutralisation de Sémaphorine 3A empêche de façon efficace une fuite vasculaire rétinienne. Nos résultats identifient une nouvelle cible thérapeutique pour l’oedème maculaire diabétique en plus de fournir d’autres preuves de communication neuro-vasculaire dans la pathogènese de la RD.

Functional Genetics of Suberin: The Role of CYP86A33 and StKCS6 in potato tuber periderm

La caracterització funcional de dos gens en la peridermis, la ω hidroxilasa d'àcids grassos CYP86A33 -candidata per la funcionalització del carboni ω-terminal dels monòmers alifàtics de la suberina- i la ketoacyl-CoA sintasa StKCS6 -candidata per elongar àcids grassos o derivats llargs de suberina i ceres- es realitza per silenciament per RNA d'interferència en patata. La deficiència de CYP86A33 comporta una gran reducció dels monòmers principals de la suberina, l'àcid gras ω-hidroxilat i l'α,ω-diàcid C18:1, juntament amb una reducció total de la quantitat de suberina del 60%. Aquesta deficiència altera l'estructura lamel·lar típica de la suberina, així com també la funció barrera de la peridermis. La deficiència en StKCS6 comporta que els monòmers de la suberina de 28 carbonis o més llargs es redueixin i que els de 26 carbonis o més curts s'incrementin. Aquesta deficiència suggereix que la llargada dels compostos alifàtics pot contribuir a les propietats impermeabilitzants de la peridermis.

Desenvolvimento de um método in vivo para melhor compreender a pele do obeso

O impacto da obesidade na fisiopatologia da pele humana parece relacionar-se com diversas dermatoses, resultado da alteração da sua fisiologia normal, incluindo alterações na função barreira e na função de “envelope”. Contudo, a informação disponível é ainda escassa devido às diversas complexidades do tema. Este trabalho pretende contribuir para a definição de uma metodologia de abordagem experimental para estudar, de forma objectiva, as alterações funcionais que caracterizam a pele obesa. O presente estudo, transversal, incluiu 28 voluntárias, do sexo feminino, saudáveis, com idade média 23±5 anos de idade, após consentimento informado. Foi realizada uma única medição de caracterização das diversas funções cutâneas obtidas por meios não invasivos em condições controladas. As variáveis consideradas relevantes foram, a hidratação (superficial e profunda) a função de barreira e o comportamento biomecânico, medidos em 4 áreas anatómicas distintas. Através do SPSS (v 20.0) realizámos uma análise estatística univariada com cálculo de medidas de tendência central e de dispersão. Recorremos aos testes de Pearson e de Spearman, para as variáveis que seguiam, ou não, uma distribuição normal, respectivamente, adoptando um grau de confiança de 95% . Os resultados permitem propor uma metodologia para o estudo da pele, aplicável ao doente obeso, incluindo a escolha das áreas anatómicas e das variáveis adequadas ao objetivo pretendido.

Acerca do impacto da oclusão na reparação in vivo da integridade cutânea

A grande diversidade de apósitos disponível para a recuperação da integridade cutânea torna complexa e difícil a sua escolha. Torna-se pois fundamental, aprofundar o conhecimento sobre o impacto específico dos diferentes materiais de penso. O presente estudo pretende ilustrar o impacto da oclusão na recuperação da função de “barreira” da pele e envolveu 8 mulheres saudáveis ( = 22,6±1,1) em cujos antebraços foram marcados 3 sítios experimentais sujeitos a biopsia superficial cutânea (BSC) com cianoacrilato, mantendo integro um quarto local, assim utilizado como controlo negativo (CN). Dois dos locais experimentais sujeitos a BSC foram aleatoriamente ocludidos com o apósito de hidroxipoliuretano (PermaFoam®, Hartmann)(sitio A) ou com parafilm (sitio B) e o terceiro local (sitio C) deixado sem oclusão, funcionando como controlo positivo (CP). As variáveis em estudo foram a Perda Transepidérmica de água (PTEA, Tewameter TM300), o eritrema (Minolta CR3000) e a microcirculação local (LDF Periflux). Os resultados sugerem uma mais rápida recuperação da integridade cutânea nos sítios ocludidos, quando comparados com o respectivo controle, salientando-se nestes, o local tratado com o apósito de hidroxipoliuretano. Conclui-se que, nas presentes condições experimentais, a oclusão determina uma maior e mais rápida recuperação da integridade cutânea in vivo.

Avaliação da função de barreira da pele pela análise Bi-compartimental de medições dinâmincas da PTEA : validação de novas condições analíticas

Neste trabalho é revista uma metodologia baseada na modelação matemática de dados de perda transepidérmica de água (PTEA) após a realização de um plastic occlusion stress test (POST), para avaliar a dinâmica hídrica cutânea através de parâmetros cinéticos. Embora simples de executar, esta metodologia consome muito tempo, uma vez que normalmente envolve a recolha de dados durante, pelo menos, 30 minutos. Esta investigação tem como objectivo optimizar o protocolo, reduzindo o tempo total da experiência através da recolha de mais pontos na fase inicial do estudo.Foi possível reduzir significativamente o tempo de análise, o que se torna vantajoso tanto para os investigadores, como para os voluntários, uma vez que, por um lado, há redução dos custos de investigação, bem como se assegura o conforto dos participantes no estudo.

Relação entre a biomecânica e a hidratação cutâneas em indivíduos normoponderais e influência da idade

A pele constitui o maior órgão do corpo humano. As diversas funções cutâneas que conhecemos reúnem-se na sua capacidade de protecção e de adaptação ao contorno corporal. O presente estudo visa comparar parâmetros de hidratação e elasticidade, de forma a determinar de que forma uma poderá influenciar ou ser influenciada pela outra. Para tal, foi selecionada uma amostra de conveniência de 42 voluntárias, do sexo feminino, saudáveis e normoponderais (de acordo com a classificação internacional da OMS). Afunção “barreira” da pele foi caracterizada pela perda transepidérmica de água (Tewameter TM300); a hidratação superficial foi medida através da utilização do Moisturemeter SC e Corneometer; e a função “envelope” foi medida através da utilização do Cutometer MPA580 e Reviscometer RV600. As medições foram efetuadas na face (zona zigomática e fronte), na mama e no abdómen. Os resultados mais significativos demonstram uma influência da idade na alteração dos diversos parâmetros avaliados, de acordo com o que se encontra publicados. Para além disso, parece existir alguma relação entre os parâmetros de hidratação e alguns descritores biomecânicos, a qual deverá ser investigada em estudos futuros.

Explorando modelos in vivo para caracterizar a microcirculação periférica : um estudo piloto

Nos últimos anos, a circulação cutânea surgiu como uma janela interessante para analisar a função microcirculatória e os mecanismos de disfunção. Tecnologias não-invasivas, incluindo a Fluxometria por Laser Doppler (FLD), gasimetria transcutânea e a Perda Transepidérmica de Água (PTEA), ajudaram a considerar a circulação cutânea como um modelo de translação útil na doença vascular. Neste estudo procurou-se avaliar o perfil de resposta de um grupo de indivíduos jovens saudáveis ​​(n = 8), de ambos os sexos (24,5 ± 0,8 anos de idade) a três manobras de condicionamento da perfusão no membro inferior - A: elevação da perna enquanto sentado, B: elevação da perna enquanto em decúbito dorsal; C: oclusão supra-sistólica com um torniquete. As técnicas de medição incluiram FLD, pressões parciais transcutâneas (tc) pO2 e pCO2 por gasimetria e PTEA por evaporimetria. Foram aplicados testes de estatística descritiva e não paramétrica, sendo adotado um nível de confiança de 95%. As tcpO2 e tcpCO2 alteraram-se significativamente durante as manobras. Foi registado um perfil de evolução recíproca para FLD e PTEA em A e C, o que pode sugerir que, sob as condições experimentais as condições de perfusão local podem influenciar a função epidérmica "barreira". Os modelos propostos parecem ser adequados para caracterizar a microcirculação periférica in vivo, o que justifica estudos de desenvolvimento posteriores.

Avaliação das propriedades sensoriais de uma formulação cosmética contendo óleo de café verde

O óleo de café verde (OCV) é um ingrediente bastante conhecido com propriedades cosméticas como: manter a hidratação da pele, melhorar o fator de proteção solar e manter a função barreira da pele. Assim, o objectivo deste estudo foi avaliar a influência da adição de uma quantidade considerável de OCV (15%) nas propriedades sensoriais de uma formulação cosmética. O painel sensorial consistiu de 19 voluntários com idades entre 19 e 43 anos. Os atributos sensoriais foram avaliadas em uma região definida de 25 cm2 na parte interna do antebraço. Os voluntários foram instruídos a avaliar as propriedades sensoriais que eles sentiam para cada formulação imediatamente e 5 minutos após a aplicação. As formulações mostraram quase a mesma percepção entre os voluntários. A maioria dos voluntários percebeu a pele suave e hidratada após a aplicação das formulações. No entanto, a percepção de um resíduo oleoso sobre a pele foi o principal efeito da formulação contendo OCV. Assim, podemos concluir que a quantidade total de OCV utilizado mostrou propriedades interessantes para aplicação em peles secas ou cremes noturnos, uma vez que foi capaz de deixar uma película oleosa sobre a pele.

Explorando o teste de provocação com oxigénio como modelo de avaliação da microcirculação

A microcirculação cutânea surgiu, nos últimos anos, como uma alternativa pratica e acessível para o estudo da circulação periférica. Técnicas não-invasivas, como a Fluxometria por Laser Doppler (FLD), a Evaporimetria e a Gasimetria transcutânea em associação a testes de provocação têm transformado a circulação cutânea num atraente modelo de investigação. Este estudo foi aplicado a um grupo de voluntárias jovens saudáveis (n = 8, (21,6 ± 2,6) anos) respirando uma atmosfera de 100 % oxigénio durante 10 minutos. Este teste permitiu-nos avaliar a resposta circulatória na microcirculação do membro inferior. As técnicas de medição incluíram o fluxo sanguíneo local por FLD, a pO2 transcutânea (tc) e a Perda Transepidérmica de Água (PTEA) por evaporimetria. A análise de dados revela que tc-pO2 e FLD se alteraram significativamente durante o teste. Um perfil de evolução recíproca foi registrado para FLD e PTEA, que parece apoiar dados anteriores de que as alterações no fluxo sanguíneo local podem influenciar a função de “barreira” epidérmica. Este modelo parece adequado para caracterizar a microcirculação do membro inferior in vivo.