The System COX-­‐2/PGE in the keratinocyte inflammatory response and in cutaneous in the dog

Abstract

La ciclooxigenasa (COX)-2 i els seu metabòlit principal, la prostaglandina E2 (PGE2), són importants en la fisiologia cutània (maduració i proliferació dels queratinòcits) i la seva patofisiologia (processos de cicatrització, inflamació cutània i carcinogènesi). Malgrat l’evidència que suggereix que les prostaglandines derivades de la COX-2 contribueixen a la carcinogènesi, els resultats de múltiples estudis en humans i mamífers són sovint contradictoris. Endemés, el paper de la ruta COX-2/PGE2 en els processos inflamatoris cutanis en animals de companyia no s’ha investigat, deixant desert el camp de les estratègies terapèutiques que involucren la manipulació farmacològica d’aquest sistema en aquestes espècies. En aquesta tesi, hem estudiat l’expressió de la COX-2 en lesions cutànies pre-neoplàstiques (queratosis actíniques (QA)), neoplàstiques (carcinoma de cèl·lules escatoses (CCE), neoplàstiques melanocítiques, limfoma cutani epiteliotròpic de cèl·lules T (LCECT)) i en dermatosis inflamatòries amb afectació epidèrmica. Els resultats han revelat expressió de COX-2 en queratinòcits no neoplàstics canins, felins i equins de les dermatosis inflamatòries i neoplàstiques estudiades. L’expressió de COX-2 es va detectar també en queratinòcits pre-neoplàstics i neoplàstics canins i felins de les mostres de QA i CEE. I un baix nombre de melanòcits neoplàstics dels processos cancerosos melanocítics també expressaren COX-2. Tot i així, i amb l’excepció de les mostres de QA, en tots aquests casos l’expressió de COX-2 es va observar sempre a la superfície de les mostres i majoritàriament en aquelles cèl·lules que tenien un infiltrat inflamatori granulocític al seu voltant. En canvi, no vàrem detectar l’expressió de COX-2 en els limfòcits neoplàstics del LCECT. Tampoc no vàrem detectar expressió de COX-2 en queratinòcits (neoplàstics i no neoplàstics) o melanòcits neoplàstics en absència d’un infiltrat inflamatori de cèl·lules polimorfonuclears. Es va posar a punt un model in vitro per estudiar la resposta inflamatòria dels queratinòcits. Amb aquest model es va estudiar la producció de PGE2 per part d’aquestes cèl·lules davant de diferents estímuls. Aquestes cèl·lules es varen estimular amb diferents concentracions de lipopolisacàrid i amb leucòcits sanguinis canins (que contenien més d’un 90% de neutròfils). Amb aquests estudis vàrem poder observar que la producció de PGE2 per part dels queratinòcits era molt elevada quan aquests s’havien cultivat en presència de leucòcits circulants (principalment neutròfils). Tots aquests resultats suggereixen que la via COX-2/PGE2 podria estar involucrada en la patogènia de les QA tal i com ho està en la QA humana. En canvi, indiquen que aquest no és un mecanisme essencial en el procés carcinogènic del CCE, neoplàsies melanocítiques i LCECT en les espècies canina, felina i equina. Els nostres resultats suggereixen, en canvi, que l’expressió de COX-2 o producció de PGE2 és un epifenomen associat a la resposta inflamatòria d’aquestes neoplàsies i en les dermatosis inflamatòries neutrofíliques.

Cyclooxygenase (COX)-2 and its main metabolite, prostaglandin E2 (PGE2), are important players in the skin physiology (maturation and proliferation of keratinocytes) and pathophysiology (wound healing, skin inflammation and carcinogenesis). Despite the evidence that suggests that COX-2 derived prostaglandins contribute to carcinogenesis, conflicting results have been reported from numerous human and mammalian studies. Moreover, the involvement of the COX-2/PGE2 route in cutaneous inflammatory processes in companion animals have not been investigated. This has left a desert field regarding therapeutic strategies involving the pharmacologic manipulation of the COX-2/PGE2 system in these species. In this thesis COX-2 expression on cutaneous pre-neoplastic (actinic keratosis (AK)), neoplastic (squamous cell carcinoma (SCC), melanocytic neoplasias and cutaneous epitheliotropic T cell lymphoma (CETL)) and inflammatory disorders with an epidermal involvement was studied. We detected COX-2 expression in non-neoplastic canine, feline and equine kerationcytes present in neoplastic or inflammatory dermatoses. COX-2 expression was also detected in pre-neoplastic and neoplastic canine and feline keratinocytes of the AK and SCC samples. A low number of canine and equine melanocytes in the melanocytic neoplasias also expressed COX-2. However, and except for the AK samples, in all these cases COX-2 expression was observed mainly at the surface of the samples and was highly associated to the presence of infiltrating granulocytes. On the contrary, we did not detect COX-2 expression in neoplastic lymphocytes of CETL or in neoplastic and non-neoplastic kerationcytes and neoplastic melanocytes in the absence of a polymorphonuclear infiltrate. We set up an in vitro model to study the keratinocyte inflammatory response and evaluated the in vitro production of PGE2 in response to different stimuli. Keratinocytes cultures were stimulated with different concentrations of LPS and with canine white blood cells (WBC) (containing more than 90% of neutrophils). We could observe that PGE2 production by kerationcytes was highly associated to the presence of WBC (neutrophils) in the culture media. Overall, our results suggest that the COX-2/PGE2 pathway may be involved in the AK pathogenesis as in its human counterpart. However, it is not an essential mechanism in the carcinogenesis process in SCC, melanocytic neoplasias and CETL in the canine, feline and equine species. It is suggested that COX-2 expression or PGE2 production is an epiphenomenon associated to the inflammatory response in these neoplasias and in neutrophilic inflammatory dermatoses.