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Cancer cachexia, of which the most notable symptom is severe and rapid weight loss, is present in the majority of patients with advanced cancer. Inflammatory mediators play an important role in the development of cachexia, envisaged as a chronic inflammatory syndrome. The white adipose tissue (WAT) is one of the first compartments affected in cancer cachexia and suffers a high rate of lipolysis. It secretes several cytokines capable of directly regulating intermediate metabolism. A common pathway in the regulation of the expression of pro-inflammatory cytokines in WAT is the activation of the nuclear transcription factor kappa-B (NF-κB). We have examined the gene expression of the subunits NF-κBp65 and NF-κBp50, as well as NF-κBp65 and NF-κBp50 binding, the gene expression of pro-inflammatory mediators under NF-κB control (IL-1β, IL-6, INF-γ, TNF-α, MCP-1), and its inhibitory protein, nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells inhibitor, alpha (IκB-α). The observational study involved 35 patients (control group, n = 12 and cancer group, n = 23, further divided into cachectic and non-cachectic). NF-κBp65 and its target genes expression (TNF-α, IL-1β, MCP-1 and IκB-α) were significantly higher in cachectic cancer patients. Moreover, NF-κBp65 gene expression correlated positively with the expression of its target genes. The results strongly suggest that the NF-κB pathway plays a role in the promotion of WAT inflammation during cachexia.
Eccentric exercise is discussed as a treatment option for clinical populations, but specific responses in terms of muscle damage and systemic inflammation after repeated loading of large muscle groups have not been conclusively characterized. Therefore, this study tested the feasibility of an isokinetic protocol for repeated maximum eccentric loading of the trunk muscles. Nine asymptomatic participants (5 f/4 m; 34±6 yrs; 175±13 cm; 76±17 kg) performed three isokinetic 2-minute all-out trunk strength tests (1x concentric (CON), 2x eccentric (ECC1, ECC2), 2 weeks apart; flexion/extension, 60°/s, ROM 55°). Outcomes were peak torque, torque decline, total work, and indicators of muscle damage and inflammation (over 168 h). Statistics were done using the Friedman test (Dunn’s post-test). For ECC1 and ECC2, peak torque and total work were increased and torque decline reduced compared to CON. Repeated ECC bouts yielded unaltered torque and work outcomes. Muscle damage markers were highest after ECC1 (soreness 48 h, creatine kinase 72 h; p<0.05). Their overall responses (area under the curve) were abolished post-ECC2 compared to post-ECC1 (p<0.05). Interleukin-6 was higher post-ECC1 than CON, and attenuated post-ECC2 (p>0.05). Interleukin-10 and tumor necrosis factor-α were not detectable. All markers showed high inter-individual variability. The protocol was feasible to induce muscle damage indicators after exercising a large muscle group, but the pilot results indicated only weak systemic inflammatory responses in asymptomatic adults.
The ever-increasing fat content in Western diet, combined with decreased levels of physical activity, greatly enhance the incidence of metabolic-related diseases. Cancer cachexia (CC) and Metabolic syndrome (MetS) are both multifactorial highly complex metabolism related syndromes, whose etiology is not fully understood, as the mechanisms underlying their development are not completely unveiled. Nevertheless, despite being considered “opposite sides”, MetS and CC share several common issues such as insulin resistance and low-grade inflammation. In these scenarios, tissue macrophages act as key players, due to their capacity to produce and release inflammatory mediators. One of the main features of MetS is hyperinsulinemia, which is generally associated with an attempt of the β-cell to compensate for diminished insulin sensitivity (insulin resistance). There is growing evidence that hyperinsulinemia per se may contribute to the development of insulin resistance, through the establishment of low grade inflammation in insulin responsive tissues, especially in the liver (as insulin is secreted by the pancreas into the portal circulation). The hypothesis of the present study was that insulin may itself provoke an inflammatory response culminating in diminished hepatic insulin sensitivity. To address this premise, firstly, human cell line U937 differentiated macrophages were exposed to insulin, LPS and PGE2. In these cells, insulin significantly augmented the gene expression of the pro-inflammatory mediators IL-1β, IL-8, CCL2, Oncostatin M (OSM) and microsomal prostaglandin E2 synthase (mPGES1), and of the anti-inflammatory mediator IL-10. Moreover, the synergism between insulin and LPS enhanced the induction provoked by LPS in IL-1β, IL-8, IL-6, CCL2 and TNF-α gene. When combined with PGE2, insulin enhanced the induction provoked by PGE2 in IL-1β, mPGES1 and COX2, and attenuated the inhibition induced by PGE2 in CCL2 and TNF-α gene expression contributing to an enhanced inflammatory response by both mechanisms. Supernatants of insulin-treated U937 macrophages reduced the insulin-dependent induction of glucokinase in hepatocytes by 50%. Cytokines contained in the supernatant of insulin-treated U937 macrophages also activated hepatocytes ERK1/2, resulting in inhibitory serine phosphorylation of the insulin receptor substrate. Additionally, the transcription factor STAT3 was activated by phosphorylation resulting in the induction of SOCS3, which is capable of interrupting the insulin receptor signal chain. MicroRNAs, non-coding RNAs linked to protein expression regulation, nowadays recognized as active players in the generation of several inflammatory disorders such as cancer and type II diabetes are also of interest. Considering that in cancer cachexia, patients are highly affected by insulin resistance and inflammation, control, non-cachectic and cachectic cancer patients were selected and the respective circulating levels of pro-inflammatory mediators and microRNA-21-5p, a posttranscriptional regulator of STAT3 expression, assessed and correlated. Cachectic patients circulating cytokines IL-6 and IL-8 levels were significantly higher than those of non-cachectic and controls, and the expression of microRNA-21-5p was significantly lower. Additionally, microRNA-21-5p reduced expression correlated negatively with IL-6 plasma levels. These results indicate that hyperinsulinemia per se might contribute to the low grade inflammation prevailing in MetS patients and thereby promote the development
of insulin resistance particularly in the liver. Diminished MicroRNA-21-5p expression may enhance inflammation and STAT3 expression in cachectic patients, contributing to the development of insulin resistance.
Experimental studies have reported on the anti-inflammatory properties of polyphenols. However, results from epidemiological investigations have been inconsistent and especially studies using biomarkers for assessment of polyphenol intake have been scant. We aimed to characterise the association between plasma concentrations of thirty-five polyphenol compounds and low-grade systemic inflammation state as measured by high-sensitivity C-reactive protein (hsCRP). A cross-sectional data analysis was performed based on 315 participants in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition cohort with available measurements of plasma polyphenols and hsCRP. In logistic regression analysis, the OR and 95 % CI of elevated serum hsCRP (>3 mg/l) were calculated within quartiles and per standard deviation higher level of plasma polyphenol concentrations. In a multivariable-adjusted model, the sum of plasma concentrations of all polyphenols measured (per standard deviation) was associated with 29 (95 % CI 50, 1) % lower odds of elevated hsCRP. In the class of flavonoids, daidzein was inversely associated with elevated hsCRP (OR 0 center dot 66, 95 % CI 0 center dot 46, 0 center dot 96). Among phenolic acids, statistically significant associations were observed for 3,5-dihydroxyphenylpropionic acid (OR 0 center dot 58, 95 % CI 0 center dot 39, 0 center dot 86), 3,4-dihydroxyphenylpropionic acid (OR 0 center dot 63, 95 % CI 0 center dot 46, 0 center dot 87), ferulic acid (OR 0 center dot 65, 95 % CI 0 center dot 44, 0 center dot 96) and caffeic acid (OR 0 center dot 69, 95 % CI 0 center dot 51, 0 center dot 93). The odds of elevated hsCRP were significantly reduced for hydroxytyrosol (OR 0 center dot 67, 95 % CI 0 center dot 48, 0 center dot 93). The present study showed that polyphenol biomarkers are associated with lower odds of elevated hsCRP. Whether diet rich in bioactive polyphenol compounds could be an effective strategy to prevent or modulate deleterious health effects of inflammation should be addressed by further well-powered longitudinal studies.
Accumulating data indicates a link between a pro-inflammatory status and occurrence of chronic disease-related fatigue. The questions are whether the observed inflammatory profile can be (a) improved by anti-inflammatory diets, and (b) if this improvement can in turn be translated into a significant fatigue reduction. The aim of this narrative review was to investigate the effect of anti-inflammatory nutrients, foods, and diets on inflammatory markers and fatigue in various patient populations. Next to observational and epidemiological studies, a total of 21 human trials have been evaluated in this work. Current available research is indicative, rather than evident, regarding the effectiveness of individuals’ use of single nutrients with anti-inflammatory and fatigue-reducing effects. In contrast, clinical studies demonstrate that a balanced diet with whole grains high in fibers, polyphenol-rich vegetables, and omega-3 fatty acid-rich foods might be able to improve disease-related fatigue symptoms. Nonetheless, further research is needed to clarify conflicting results in the literature and substantiate the promising results from human trials on fatigue.
While the impact of dietary cholesterol on the progression of atherosclerosis has probably been overestimated, increasing evidence suggests that dietary cholesterol might favor the transition from blunt steatosis to non-alcoholic steatohepatitis (NASH), especially in combination with high fat diets. It is poorly understood how cholesterol alone or in combination with other dietary lipid components contributes to the development of lipotoxicity. The current study demonstrated that liver damage caused by dietary cholesterol in mice was strongly enhanced by a high fat diet containing soybean oil-derived ω6-poly-unsaturated fatty acids (ω6-PUFA), but not by a lard-based high fat diet containing mainly saturated fatty acids. In contrast to the lard-based diet the soybean oil-based diet augmented cholesterol accumulation in hepatocytes, presumably by impairing cholesterol-eliminating pathways. The soybean oil-based diet enhanced cholesterol-induced mitochondrial damage and amplified the ensuing oxidative stress, probably by peroxidation of poly-unsaturated fatty acids. This resulted in hepatocyte death, recruitment of inflammatory cells, and fibrosis, and caused a transition from steatosis to NASH, doubling the NASH activity score. Thus, the recommendation to reduce cholesterol intake, in particular in diets rich in ω6-PUFA, although not necessary to reduce the risk of atherosclerosis, might be sensible for patients suffering from non-alcoholic fatty liver disease.
Macrophages in pathologically expanded dysfunctional white adipose tissue are exposed to a mix of potential modulators of inflammatory response, including fatty acids released from insulin-resistant adipocytes, increased levels of insulin produced to compensate insulin resistance, and prostaglandin E₂ (PGE₂) released from activated macrophages. The current study addressed the question of how palmitate might interact with insulin or PGE₂ to induce the formation of the chemotactic pro-inflammatory cytokine interleukin-8 (IL-8). Human THP-1 cells were differentiated into macrophages. In these macrophages, palmitate induced IL-8 formation. Insulin enhanced the induction of IL-8 formation by palmitate as well as the palmitate-dependent stimulation of PGE₂ synthesis. PGE₂ in turn elicited IL-8 formation on its own and enhanced the induction of IL-8 release by palmitate, most likely by activating the EP4 receptor. Since IL-8 causes insulin resistance and fosters inflammation, the increase in palmitate-induced IL-8 formation that is caused by hyperinsulinemia and locally produced PGE₂ in chronically inflamed adipose tissue might favor disease progression in a vicious feed-forward cycle.
Insulinresistenz ist ein zentraler Bestandteil des metabolischen Syndroms und trägt maßgeblich zur Ausbildung eines Typ-2-Diabetes bei. Eine mögliche Ursache für die Entstehung von Insulinresistenz ist eine chronische unterschwellige Entzündung, welche ihren Ursprung im Fettgewebe übergewichtiger Personen hat. Eingewanderte Makrophagen produzieren vermehrt pro-inflammatorische Mediatoren, wie Zytokine und Prostaglandine, wodurch die Konzentrationen dieser Substanzen sowohl lokal als auch systemisch erhöht sind. Darüber hinaus weisen übergewichtige Personen einen gestörten Fettsäuremetabolismus und eine erhöhte Darmpermeabilität auf. Ein gesteigerter Flux an freien Fettsäuren vom Fettgewebe in andere Organe führt zu einer lokalen Konzentrationssteigerung in diesen Organen. Eine erhöhte Darmpermeabilität erleichtert das Eindringen von Pathogenen und anderer körperfremder Substanzen in den Körper.
Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, ob hohe Konzentrationen von Insulin, des bakteriellen Bestandteils Lipopolysaccharid (LPS) oder der freien Fettsäure Palmitat eine Entzündungsreaktion in Makrophagen auslösen oder verstärken können und ob diese Entzündungsantwort zur Ausbildung einer Insulinresistenz beitragen kann. Weiterhin sollte untersucht werden, ob Metabolite und Signalsubstanzen, deren Konzentrationen beim metabolischen Syndrom erhöht sind, die Produktion des Prostaglandins (PG) E2 begünstigen können und ob dieses wiederum die Entzündungsreaktion und seine eigene Produktion in Makrophagen regulieren kann. Um den Einfluss dieser Faktoren auf die Produktion pro-inflammatorischer Mediatoren in Makrophagen zu untersuchen, wurden Monozyten-artigen Zelllinien und primäre humane Monozyten, welche aus dem Blut gesunder Probanden isoliert wurden, in Makrophagen differenziert und mit Insulin, LPS, Palmitat und/ oder PGE2 inkubiert. Überdies wurden primäre Hepatozyten der Ratte isoliert und mit Überständen Insulin-stimulierter Makrophagen inkubiert, um zu untersuchen, ob die Entzündungsanwort in Makrophagen an der Ausbildung einer Insulinresistenz in Hepatozyten beteiligt ist.
Insulin induzierte die Expression pro-inflammatorischer Zytokine in Makrophagen-artigen Zelllinien wahrscheinlich vorrangig über den Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K)-Akt-Signalweg mit anschließender Aktiverung des Transkriptionsfaktors NF-κB (nuclear factor 'kappa-light-chain-enhancer' of activated B-cells). Die dabei ausgeschütteten Zytokine hemmten in primären Hepatozyten der Ratte die Insulin-induzierte Expression der Glukokinase durch Überstände Insulin-stimulierter Makrophagen.
Auch LPS oder Palmitat, deren lokale Konzentrationen im Zuge des metabolischen Syndroms erhöht sind, waren in der Lage, die Expression pro-inflammatorischer Zytokine in Makrophagen-artigen Zelllinien zu stimulieren. Während LPS seine Wirkung, laut Literatur, unbestritten über eine Aktivierung des Toll-ähnlichen Rezeptors (toll-like receptor; TLR) 4 vermittelt, scheint Palmitat jedoch weitestgehend TLR4-unabhängig wirken zu können. Vielmehr schien die de novo-Ceramidsynthese eine entscheidene Rolle zu spielen. Darüber hinaus verstärkte Insulin sowohl die LPS- als auch die Palmitat-induzierte Ent-zündungsantwort in beiden Zelllinien. Die in Zelllinien gewonnenen Ergebnisse wurden größtenteils in primären humanen Makrophagen bestätigt.
Desweiteren induzierten sowohl Insulin als auch LPS oder Palmitat die Produktion von PGE2 in den untersuchten Makrophagen. Die Daten legen nahe, dass dies auf eine gesteigerte Expression PGE2-synthetisierender Enzyme zurückzuführen ist.
PGE2 wiederum hemmte auf der einen Seite die Stimulus-abhängige Expression des pro-inflammatorischen Zytokins Tumornekrosefaktor (TNF) α in U937-Makrophagen. Auf der anderen Seite verstärkte es jedoch die Expression der pro-inflammatorischen Zytokine Interleukin- (IL-) 1β und IL-8. Darüber hinaus verstärkte es die Expression von IL-6-Typ-Zytokinen, welche sowohl pro- als auch anti-inflammatorisch wirken können. Außerdem vestärkte PGE2 die Expression PGE2-synthetisierender Enzyme. Es scheint daher in der Lage zu sein, seine eigene Synthese zu verstärken.
Zusammenfassend kann die Freisetzung pro-inflammatorischer Mediatoren aus Makro-phagen im Zuge einer Hyperinsulinämie die Entstehung einer Insulinresistenz begünstigen. Insulin ist daher in der Lage, einen Teufelskreis der immer stärker werdenden Insulin-resistenz in Gang zu setzen.
Auch Metabolite und Signalsubstanzen, deren Konzentrationen beim metabolischen Syndrom erhöht sind (zum Beispiel LPS, freie Fettsäuren und PGE2), lösten Entzündungsantworten in Makrophagen aus. Das wechselseitige Zusammenspiel von Insulin und diesen Metaboliten und Signalsubstanzen löste eine stärkere Entzündungsantwort in Makrophagen aus als jeder der Einzelkomponenten. Die dadurch freigesetzten Zytokine könnten zur Manifestation einer Insulinresistenz und des metabolischen Syndroms beitragen.
Bei der Entdeckung der Glutathionperoxidase-2 (GPx2) wurde zunächst davon ausgegangen, dass die Funktion dieses Enzyms im Kryptengrund des Colons einzig in der Reduktion von H2O2 besteht. Im Laufe der weiteren Erforschung zeigte sich, dass GPx2 auch in verschiedenen Tumorgeweben vermehrt exprimiert wird. Dabei wird diskutiert, ob die Wirkung von GPx2 im Tumor eher als pro- oder als antikarzinogen einzustufen ist. Mehrere Experimente in vitro und in vivo zeigten antiinflammatorische Eigenschaften der GPx2. Aufgrund dieser Befunde wird derzeit über weitere Funktionen der GPx2 spekuliert. In dieser Arbeit wurde die physiologische Funktion von GPx2 näher erforscht, dazu wurden Wildtyp- und GPx2-Knockout-Mäuse in Hinblick auf Veränderungen der Enzymexpression und der Colonmorphologie untersucht. Es wurden drei verschiedene Selendiäten verfüttert: selenarmes, selenadäquates und selensupplementiertes Futter. Unter physiologischen Bedingungen ist am Kryptengrund des Colons, innerhalb der proliferierenden Zone, die Mitoserate am höchsten. Der Großteil der apoptotischen Zellen ist hingegen an der Kryptenspitze vorzufinden. Durch den Knockout von GPx2 kam es zu einer signifikanten Erhöhung der Apoptoserate am Kryptengrund. Dabei war der größte Effekt auf selenarmem Futter zu verzeichnen. Hierbei wurde sogar eine Veränderung der Colonmorphologie dokumentiert, da die Verschiebung der Proliferationszone in Richtung Kryptenspitze eine Verlängerung der Krypten nach sich zog. Im Wildtyp wurden keine Apoptosen im Kryptengrund detektiert. GPx1 wird unter physiologischen Bedingungen im Gegensatz zur GPx2 in der Kryptenspitze exprimiert und ist im Selenmangel nicht mehr detektierbar. Der Knockout von GPx2 erhöhte die GPx1-Expression im Kryptengrund auf allen drei Selendiäten. Diese Überexpression von GPx1 am Kryptengrund soll vermutlich den Verlust von GPx2 an dieser Stelle kompensieren. Da jedoch dort die massive Apoptoserate detektiert wurde, kann die GPx1 nicht die komplette Funktion von GPx2 kompensieren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Funktion von GPx2 nicht nur in der Reduktion von H2O2 liegt. Vielmehr kann eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase von Zellen postuliert werden. Ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit war die Klärung der Frage, welchen Einfluss GPx2 auf die entzündungsassoziierte Colonkarzinogenese ausübt. In dem hierfür verwendeten AOM/DSS-Model wird der karzinogene Prozess durch Entzündung vorangetrieben. Es erfolgte sowohl im Wildtyp als auch im GPx2-Knockout zum einen die Bewertung des Entzündungsstatus des Colons und zum anderen wurde die Anzahl von ACF und Tumoren verglichen. Das Colon im GPx2-Knockout war wesentlich stärker entzündet als im Wildtyp. Diese Ergebnisse bestätigen die für die GPx2 postulierte antiinflammatorische Funktion. Normalerweise führt eine Erhöhung der Mitoseanzahl zur Regeneration des entzündeten Gewebes. Jedoch beeinflusst der Verlust von GPx2 vermutlich den Ablauf der Entzündung, indem beispielsweise die Regeneration des Gewebes durch die enorm hohe Apoptoserate am Kryptengrund verlangsamt wird. Des Weiteren hatten sich im GPx2-Knockout tendenziell mehr Tumore entwickelt. Somit korrelierte die Entzündung des Colons mit der Entwicklung von Tumoren. Der Verlust von GPx2 begünstigte vermutlich sowohl die Tumorinitiation als auch die Tumorprogression. Allerdings stimulierte die Expression von GPx2 ebenfalls das Tumorwachstum. Es kann geschlussfolgert werden, dass eine adäquate GPx2-Expression vor Entzündung schützt und somit das Risiko für Colonkrebs senkt. Ob GPx2 aber insgesamt pro- oder antikarzinogen wirkt, hängt vermutlich vom Stadium des Colonkarzinogenese ab.
Degenerative disc disease is associated with increased expression of pro-inflammatory cytokines in the intervertebral disc (IVD). However, it is not completely clear how inflammation arises in the IVD and which cellular compartments are involved in this process. Recently, the endoplasmic reticulum (ER) has emerged as a possible modulator of inflammation in age-related disorders. In addition, ER stress has been associated with the microenvironment of degenerated IVDs. Therefore, the aim of this study was to analyze the effects of ER stress on inflammatory responses in degenerated human IVDs and associated molecular mechanisms. Gene expression of ER stress marker GRP78 and pro-inflammatory cytokines IL-6, IL-8, IL-1 beta, and TNF-alpha was analyzed in human surgical IVD samples (n = 51, Pfirrmann grade 2-5). The expression of GRP78 positively correlated with the degeneration grade in lumbar IVDs and IL-6, but not with IL-1 beta and TNF-alpha. Another set of human surgical IVD samples (n = 25) was used to prepare primary cell cultures. ER stress inducer thapsigargin (Tg, 100 and 500 nM) activated gene and protein expression of IL-6 and induced phosphorylation of p38 MAPK. Both inhibition of p38 MAPK by SB203580 (10 mu M) and knockdown of ER stress effector CCAAT-enhancer-binding protein homologous protein (CHOP) reduced gene and protein expression of IL-6 in Tg-treated cells. Furthermore, the effects of an inflammatory microenvironment on ER stress were tested. TNF-alpha (5 and 10 ng/mL) did not activate ER stress, while IL-1 beta (5 and 10 ng/mL) activated gene and protein expression of GRP78, but did not influence [Ca2+](i) flux and expression of CHOP, indicating that pro-inflammatory cytokines alone may not induce ER stress in vivo. This study showed that IL-6 release in the IVD can be initiated following ER stress and that ER stress mediates IL-6 release through p38 MAPK and CHOP. Therapeutic targeting of ER stress response may reduce the consequences of the harsh microenvironment in degenerated IVD.