Sobreexpressió de l'Antagonista del Receptor d'Interleucina 1 (IL-1Ra) en els illots pancreàtics .Efectes sobre viabilitat, funció i regeneració de les cèl·lules beta.

Abstract

El trasplantament d'illots pancreàtics és una teràpia emergent per la curació de la diabetis mellitus. Una de les limitacions radica en la baixa disponibilitat d'òrgans i l'elevada demanda existent, que queda agreujada amb l'elevat nombre d'illots que són necessaris per restablir la normoglucèmia del pacient. Estudis recents del nostre grup, han mostrat que en els primers dies després del trasplantament hi ha un augment de l'expressió d'IL-1beta en els empelts d'illots.<br/><br/>La hipòtesi de treball és que la citocina proinflamatòria, IL-1, està implicada en la fallada del trasplantament. Designant la sobreexpressió d'IL-1Ra com l'estratègia a seguir per millorar el pronòstic del trasplantament singènic d'illots pancreàtics. Per tant, l'objectiu general de l'estudi va ser determinar si la sobreexpressió d'IL-1Ra en els illots pancreàtics protegeix les cèl·lules beta pancreàtiques dels efectes deleteris d'IL-1 en els illots i millora el pronòstic del trasplantament.<br/><br/>L'estudi dels efectes d'IL-1beta i de la sobreexpressió d'IL-1Ra in vitro es va realitzar amb un cultiu primari d'illots de rata que van ser exposats durant 48h a 5.5 o 22.2 mM de glucosa en presència o absència de 50U/ml d'IL-1beta. I la inserció del gen exogen a les cèl·lules dels illots es va fer utilitzant un adenovirus V recombinant.<br/><br/>La proliferació de les cèl·lules beta (determinada per incorporació de BrdU) va disminuir dràsticament quan es van exposar els illots a 50 U/ml d'IL-1beta, tant a 5.5 mM com a 22.2 mM de glucosa. Aquest efecte d'IL-1beta va quedar completament abolit per la sobreexpressió d'IL-1Ra en els illots que havien estat infectats amb l'adenovirus que codificava per l'antagonista, a les dues concentracions de glucosa utilitzades.<br/><br/>L'apoptosi de les cèl·lules beta (determinada per immunohistoquímica mitjançant la tècnica del TUNEL i per citometria de flux, marcant les cèl·lules amb anexina V i iodur de propidi) estava significativament augmentada en els illots exposats a IL-1beta, però no en els illots que sobreexpressaven IL-1Ra.<br/><br/>L'estudi dels efectes de la sobreexpressió d'IL-1Ra en els illots trasplantats es va realitzar utilitzant un model de trasplantament singènic. Grups de 500 illots control (no infectats) o que sobreexpressaven IL-1Ra van ser trasplantats sota la càpsula renal de rates Lewis diabètiques. 500 illots són una massa beta clarament insuficient per restablir la normoglucèmia, així doncs els animals d'ambdós grups es van mantenir hiperglucèmics durant tot l'estudi. Els empelts es van recuperar després de 3, 10 i 28 dies del trasplantament i es van processar per fer estudis histològics.<br/><br/>La sobreexpressió d'IL-1Ra en els illots trasplantats va fer augmentar significativament la proliferació de les cèl·lules beta dels empelts de 3, 10 i 28 dies i va protegir parcialment les cèl·lules beta de l'increment d'apoptosi detectat després del trasplantament, tant a curt com a llarg termini. L'àrea individual de les cèl·lules beta estava augmentada de manera similar tant en els empelts d'illots control com en els illots que sobreexpressaven IL-1Ra als 10 i 28 dies d'evolució. Finalment, la sobreexpressió d'IL-1Ra resultà en una recuperació de la massa beta inicialment trasplantada.<br/><br/>Per tal d'estudiar si els efectes beneficiosos de la sobreexpressió d'IL-1Ra aconseguien reduir el nombre d'illots necessaris per restablir la normoglucèmia, es va trasplantar una massa beta marginal (800 illots) d'illots control i Ad-IL-1Ra a animals diabètics. El 100% dels animals trasplantats amb illots Ad-IL-1Ra eren normoglucèmics després de 14 dies del trasplantament i només un 40% dels animals trasplantats amb illots control assoliren l'euglucèmia en aquest dia.<br/><br/>En aquest treball es mostra que la citocina proinflamatòria IL-1beta indueix clarament apoptosi a les cèl·lules beta dels illots de rata en cultiu i inhibeix dràsticament la replicació d'aquestes cèl·lules. La sobreexpressió d'IL-1Ra protegeix les cèl·lules beta dels efectes deleteris d'aquesta citocina i amplifica la resposta replicativa de les cèl·lules beta exposades a concentracions altes de glucosa. La sobreexpressió d'IL-1Ra en els illots augmenta la replicació de les cèl·lules beta trasplantades, les protegeix de l'apoptosi induïda després del trasplantament, i preserva la massa beta inicialment trasplantada. Els efectes beneficiosos de la sobreexpressió d'IL-1Ra observats en els illots trasplantats permeten reduir el nombre d'illots necessaris per restablir la normoglucèmia dels animals diabètics.<br/><br/>Aquests resultats suggereixen que la IL-1 juga un paper important en l'evolució dels empelts d'illots, ja que el seu bloqueig implica una millora dels illots trasplantats.

<I>BACKGROUND AND AIMS: <br/><br/>IL-1beta could contribute to the dramatic beta cell loss that takes place after islet transplantation. It is known that exposure to sustained hyperglycemia has a deleterious effect on transplanted islets. Moreover, it has been recently reported that IL-1beta expression is increased in islets exposed to high glucose levels. IL-1Ra is a naturally occurring inhibitor of IL-1 action and its overexpression protects pancreatic islets from the deleterious effects of IL-1â on beta cell replication, apoptosis and function. The aim of this study was to determine whether viral gene transfer of the IL-1Ra gene into rat islets ex vivo could have a beneficial effect on beta cell replication and mass of transplanted islets.<br/><br/>METHODS:<br/><br/>Lewis rat islets were infected for 2h with 6.25 × 106 pfu of Ad-IL-1Ra and streptozotocin-diabetic Lewis rats were transplanted with 500 Ad-IL-1Ra infected islets (Ad-IL-1Ra group) or 500 uninfected islets (control group) under the kidney capsule. Grafts were removed 3 (n = 12), 10 (n = 12) and 28 (n = 12) days after transplantation and beta cell replication, apoptosis and mass were determined.<br/><br/>RESULTS:<br/><br/>500 islets is an insufficient mass to restore normoglycemia and therefore, all animals but one (IL-1Ra group) remained hyperglycemic until the end of the study. Beta cell replication (determined by BrdU incorporation) was significantly increased in Ad-IL-1Ra group on days 3 (0.78 ± 0.23%), 10 (1.15 ± 0.16%) and 28 (1.22 ± 0.2%) after islet transplantation compared to beta cell replication in normal pancreas (0.24 ± 0.04%; p< 0.05). In contrast, in control group, beta cell replication was not increased on day 3 after transplantation (0.41 ± 0.11%), and although it increased on day 10 (0.89 ± 0.18%; p< 0.01) it was reduced again on day 28 (0.59 ± 0.10%) in agreement with previous reports of limited beta cell replication with persistent hyperglycemia. Beta cell apoptosis (determined by TUNEL method) was significantly increased in transplanted islets from both groups compared to pancreas. Although Ad-IL-1Ra group showed lower beta cell apoptotic levels than control group, differences did not reach statistical significance. The initially transplanted â-cell mass (1.34 ± 0.03 mg) was similarly reduced in both control (0.32 ± 0.06 mg) and Ad-IL-1Ra groups (0.45 ± 0.10 mg) (p<0.001) on day 3 after transplantation. In Ad-IL-1Ra islet grafts, beta cell mass increased after 10 (1.04 ± 0.091 mg; p< 0.010) and 28 (0.8 ± 0.24 mg) days of transplantation. In contrast, beta cell mass of control group was also increased on day 10 after transplantation (0.69 ± 0.12 mg), but it dropped again on day 28 (0.41 ± 0.05 mg) paralleling with the evolution of beta cell replication in this group. <br/><br/><br/>CONCLUSIONS:<br/><br/>Islets overexpressing IL-1Ra showed an increased beta cell replication and a preserved beta cell mass after transplantation, that was maintained even after longterm exposure to hyperglycemia. </i>