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For centuries, Amaranthus sp. were used as food, ornamentals, and medication. Molecular mechanisms, explaining the health beneficial properties of amaranth, are not yet understood, but have been attributed to secondary metabolites, such as phenolic compounds. One of the most abundant phenolic compounds in amaranth leaves is 2-caffeoylisocitric acid (C-IA) and regarding food occurrence, C-IA is exclusively found in various amaranth species. In the present study, the anti-inflammatory activity of C-IA, chlorogenic acid, and caffeic acid in LPS-challenged macrophages (RAW 264.7) has been investigated and cellular contents of the caffeic acid derivatives (CADs) were quantified in the cells and media. The CADs were quantified in the cell lysates in nanomolar concentrations, indicating a cellular uptake. Treatment of LPS-challenged RAW 264.7 cells with 10 µM of CADs counteracted the LPS effects and led to significantly lower mRNA and protein levels of inducible nitric oxide synthase, tumor necrosis factor alpha, and interleukin 6, by directly decreasing the translocation of the nuclear factor κB/Rel-like containing protein 65 into the nucleus. This work provides new insights into the molecular mechanisms that attribute to amaranth’s anti-inflammatory properties and highlights C-IA’s potential as a health-beneficial compound for future research.
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.
METHODS. OFs and T cells were derived from GO patients and healthy control (Ctl) persons. S1P abundance in orbital tissues was evaluated by immunofluorescence. OFs were stimulated with CD40 ligand and S1P levels were determined by ELISA. Further, activities of acid sphingomyelinase (ASM), acid ceramidase, and sphingosine kinase were measured by ultraperformance liquid chromatography. Sphingosine and ceramide contents were analyzed by mass spectrometry. Finally, the role for S1P in T-cell attraction was investigated by T-cell migration assays. RESULTS. GO orbital tissue showed elevated amounts of S1P as compared to control samples. Stimulation of CD40 induced S1P expression in GO-derived OFs, while Ctl-OFs remained unaffected. A significant increase of ASM and sphingosine kinase activities, as well as lipid formation, was observed in GO-derived OFs. Migration assay of T cells in the presence of SphK inhibitor revealed that S1P released by GO-OFs attracted T cells for migration. CONCLUSIONS. The results demonstrated that CD40 ligand stimulates GO fibroblast to produce S1P, which is a driving force for T-cell migration. The results support the use of S1P receptor signaling modulators in GO management.
Weltweit sind fast 40 % der Bevölkerung übergewichtig und die Prävalenz von Adipositas, Insulinresistenz und den resultierenden Folgeerkrankungen wie dem Metabolischen Syndrom und Typ-2-Diabetes steigt rapide an. Als häufigste Ursachen werden diätetisches Fehlverhalten und mangelnde Bewegung angesehen. Die nicht-alkoholische Fettlebererkrankung (NAFLD), deren Hauptcharakteristikum die exzessive Akkumulation von Lipiden in der Leber ist, korreliert mit dem Body Mass Index (BMI). NAFLD wird als hepatische Manifestation des Metabolischen Syndroms angesehen und ist inzwischen die häufigste Ursache für Leberfunktionsstörungen. Die Erkrankung umfasst sowohl die benigne hepatische Steatose (Fettleber) als auch die progressive Form der nicht-alkoholischen Steatohepatitis (NASH), bei der die Steatose von Entzündung und Fibrose begleitet ist. Die Ausbildung einer NASH erhöht das Risiko, ein hepatozelluläres Karzinom (HCC) zu entwickeln und kann zu irreversibler Leberzirrhose und terminalem Organversagen führen. Nahrungsbestandteile wie Cholesterol und Fett-reiche Diäten werden als mögliche Faktoren diskutiert, die den Übergang einer einfachen Fettleber zur schweren Verlaufsform der Steatohepatitis / NASH begünstigen. Eine Ausdehnung des Fettgewebes wird von Insulinresistenz und einer niedrig-gradigen chronischen Entzündung des Fettgewebes begleitet. Neben Endotoxinen aus dem Darm gelangen Entzündungsmediatoren aus dem Fettgewebe zur Leber. Als Folge werden residente Makrophagen der Leber, die Kupfferzellen, aktiviert, die eine Entzündungsantwort initiieren und weitere pro-inflammatorische Mediatoren freisetzen, zu denen Chemokine, Cytokine und Prostanoide wie Prostaglandin E2 (PGE2) gehören. In dieser Arbeit soll aufgeklärt werden, welchen Beitrag PGE2 an der Ausbildung von Insulinresistenz, hepatischer Steatose und Entzündung im Rahmen von Diät-induzierter NASH im komplexen Zusammenspiel mit der Regulation der Cytokin-Produktion und anderen Co-Faktoren wie Hyperinsulinämie und Hyperlipidämie hat. In murinen und humanen Makrophagen-Populationen wurde untersucht, welche Faktoren die Bildung von PGE2 fördern und wie PGE2 die Entzündungsantwort aktivierter Makrophagen reguliert. In primären Hepatozyten der Ratte sowie in isolierten humanen Hepatozyten und Zelllinien wurde der Einfluss von PGE2 allein und in Kombination mit Cytokinen, deren Bildung durch PGE2 beeinflusst werden kann, auf die Insulin-abhängige Regulation des Glucose- und Lipid-stoffwechsels untersucht. Um den Einfluss von PGE2 im komplexen Zusammenspiel der Zelltypen in der Leber und im Gesamtorganismus zu erfassen, wurden Mäuse, in denen die PGE2-Synthese durch die Deletion der mikrosomalen PGE-Synthase 1 (mPGES1) vermindert war, mit einer NASH-induzierenden Diät gefüttert. In Lebern von Patienten mit NASH oder in Mäusen mit Diät-induzierter NASH war die Expression der PGE2-synthetisierenden Enzyme Cyclooxygenase 2 (COX2) und mPGES1 sowie die Bildung von PGE2 im Vergleich zu gesunden Kontrollen gesteigert und korrelierte mit dem Schweregrad der Lebererkrankung. In primären Makrophagen aus den Spezies Mensch, Maus und Ratte sowie in humanen Makrophagen-Zelllinien war die Bildung pro-inflammatorischer Mediatoren wie Chemokinen, Cytokinen und Prostaglandinen wie PGE2 verstärkt, wenn die Zellen mit Endotoxinen wie Lipopolysaccharid (LPS), Fettsäuren wie Palmitinsäure, Cholesterol und Cholesterol-Kristallen oder Insulin, das als Folge der kompensatorischen Hyperinsulinämie bei Insulinresistenz verstärkt freigesetzt wird, inkubiert wurden. Insulin steigerte dabei synergistisch mit LPS oder Palmitinsäure die Synthese von PGE2 sowie der anderen Entzündungsmediatoren wie Interleukin (IL) 8 und IL-1β. PGE2 reguliert die Entzündungsantwort: Neben der Induktion der eigenen Synthese-Enzyme verstärkte PGE2 die Expression der Immunzell-rekrutierenden Chemokine IL-8 und (C-C-Motiv)-Ligand 2 (CCL2) sowie die der pro-inflammatorischen Cytokine IL-1β und IL-6 in Makrophagen und kann so zur Verstärkung der Entzündungsreaktion beitragen. Außerdem förderte PGE2 die Bildung von Oncostatin M (OSM) und OSM induzierte in einer positiven Rückkopplungsschleife die Expression der PGE2-synthetisierenden Enzyme. Andererseits hemmte PGE2 die basale und LPS-vermittelte Bildung des potenten pro-inflammatorischen Cytokins Tumornekrosefaktor α (TNFα) und kann so die Entzündungsreaktion abschwächen. In primären Hepatozyten der Ratte und humanen Hepatozyten beeinträchtigte PGE2 direkt die Insulin-abhängige Aktivierung der Insulinrezeptor-Signalkette zur Steigerung der Glucose-Verwertung, in dem es durch Signalketten, die den verschiedenen PGE2-Rezeptoren nachgeschaltet sind, Kinasen wie ERK1/2 und IKKβ aktivierte und eine inhibierende Serin-Phosphorylierung der Insulinrezeptorsubstrate bewirkte. PGE2 verstärkte außerdem die IL-6- oder OSM-vermittelte Insulinresistenz und Steatose in primären Hepatozyten der Ratte. Die Wirkung von PGE2 im Gesamtorganismus sollte in Mäusen mit Diät-induzierter NASH untersucht werden. Die Fütterung einer Hochfett-Diät mit Schmalz als Fettquelle, das vor allem gesättigte Fettsäuren enthält, verursachte Fettleibigkeit, Insulinresistenz und eine hepatische Steatose in Wildtyp-Mäusen. In Tieren, die eine Hochfett-Diät mit Sojaöl als Fettquelle, das vor allem (ω-6)-mehrfach-ungesättigte Fettsäuren (PUFAs) enthält, oder eine Niedrigfett-Diät mit Cholesterol erhielten, war lediglich eine hepatische Steatose nachweisbar, jedoch keine verstärkte Gewichtszunahme im Vergleich zu Geschwistertieren, die eine Standard-Diät bekamen. Im Gegensatz dazu verursachte die Fütterung einer Hochfett-Diät mit PUFA-reichem Sojaöl als Fettquelle in Kombination mit Cholesterol sowohl Fettleibigkeit und Insulinresistenz als auch hepatische Steatose mit Hepatozyten-Hypertrophie, lobulärer Entzündung und beginnender Fibrose in Wildtyp-Mäusen. Diese Tiere spiegelten alle klinischen und histologischen Parameter der humanen NASH im Metabolischen Syndrom wider. Nur die Kombination von hohen Mengen ungesättigter Fettsäuren aus Sojaöl und Cholesterol in der Nahrung führte zu einer exzessiven Akkumulation des Cholesterols und der Bildung von Cholesterol-Kristallen in den Hepatozyten, die zur Schädigung der Mitochondrien, schwerem oxidativem Stress und schließlich zum Absterben der Zellen führten. Als Konsequenz phagozytieren Kupfferzellen die Zelltrümmer der Cholesterol-überladenen Hepatozyten, werden dadurch aktiviert, setzen Chemokine, Cytokine und PGE2 frei, die die Entzündungsreaktion verstärken und die Infiltration von weiteren Immunzellen initiieren können und verursachen so eine Progression zur Steatohepatitis (NASH). Die Deletion der mikrosomalen PGE-Synthase 1 (mPGES1), dem induzierbaren Enzym der PGE2-Synthese aus Cyclooxygenase-abhängigen Vorstufen, reduzierte die Diät-abhängige Bildung von PGE2 in der Leber. Die Fütterung der NASH-induzierenden Diät verursachte in Wildtyp- und mPGES1-defizienten Mäusen eine ähnliche Fettleibigkeit und Zunahme der Fettmasse sowie die Ausbildung von hepatischer Steatose mit Entzündung und Fibrose (NASH) im histologischen Bild. In mPGES1-defizienten Mäusen waren jedoch Parameter für die Infiltration von Entzündungszellen und die Diät-abhängige Schädigung der Leber im Vergleich zu Wildtyp-Tieren erhöht, was sich auch in einer stärkeren Diät-induzierten systemischen Insulinresistenz widerspiegelte. Die Bildung des pro-inflammatorischen und pro-apoptotischen Cytokins TNFα war in mPGES1-defizienten Mäusen durch die Aufhebung der negativen Rückkopplungshemmung verstärkt, was einen gesteigerten Diät-induzierten Zelluntergang gestresster Lipid-überladener Hepatozyten und eine nach-geschaltete Entzündungsantwort zur Folge hatte. Zusammenfassend wurde unter den gewählten Versuchsbedingungen in vivo eine anti-inflammatorische Rolle von PGE2 verifiziert, da das Prostanoid vor allem indirekt durch die Hemmung der TNFα-vermittelten Entzündungsreaktion die Schädigung der Leber, die Verstärkung der Entzündung und die Ausbildung von Insulinresistenz im Rahmen der Diät-abhängigen Fettlebererkrankung abschwächte.
Locally delivered anti-inflammatory compounds can restore the homeostasis of the degenerated intervertebral disc (IVD). With beneficial effects on IVD cells, epigallocatechin 3-gallate (EGCG) is a promising therapeutic candidate. However, EGCG is prone to rapid degradation and/or depletion. Therefore, the purpose of this study was to develop a method for controlled EGCG delivery in the degenerated IVD. Primary IVD cells were isolated from human donors undergoing IVD surgeries. EGCG was encapsulated into microparticles by electrospraying of glutaraldehyde-crosslinked gelatin. The resulting particles were characterized in terms of cytocompatibility and anti-inflammatory activity, and combined with a thermoresponsive carrier to produce an injectable EGCG delivery system. Subsequently, electrospraying was scaled up using the industrial NANOSPIDER (TM) technology. The produced EGCG microparticles reduced the expression of inflammatory (IL-6, IL-8, COX-2) and catabolic (MMP1, MMP3, MMP13) mediators in pro-inflammatory 3D cell cultures. Combining the EGCG microparticles with the carrier showed a trend towards modulating EGCG activity/release. Electrospray upscaling was achieved, leading to particles with homogenous spherical morphologies. In conclusion, electrospray-based encapsulation of EGCG resulted in cytocompatible microparticles that preserved the activity of EGCG and showed the potential to control EGCG release, thus favoring IVD health by downregulating local inflammation. Future studies will focus on further exploring the biological activity of the developed delivery system for potential clinical use.
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 E-2 (PGE(2)) released from activated macrophages. The current study addressed the question of how palmitate might interact with insulin or PGE(2) 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 PGE(2) synthesis. PGE(2) 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 PGE(2) in chronically inflamed adipose tissue might favor disease progression in a vicious feed-forward cycle.
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.
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.
Plasma secretion of acid sphingomyelinase is a hallmark of cellular stress response resulting in the formation of membrane embedded ceramide-enriched lipid rafts and the reorganization of receptor complexes. Consistently, decompartmentalization of ceramide formation from inert sphingomyelin has been associated with signaling events and regulation of the cellular phenotype. Herein, we addressed the question of whether the secretion of acid sphingomyelinase is involved in host response during sepsis. We found an exaggerated clinical course in mice genetically deficient in acid sphingomyelinase characterized by an increased bacterial burden, an increased phagocytotic activity, and a more pronounced cytokine storm. Moreover, on a functional level, leukocyte-endothelial interaction was found diminished in sphingomyelinase-deficient animals corresponding to a distinct leukocytes' phenotype with respect to rolling and sticking as well as expression of cellular surface proteins.(jlr) We conclude that hydrolysis of membrane-embedded sphingomyelin, triggered by circulating sphingomyelinase, plays a pivotal role in the first line of defense against invading microorganisms. This function might be essential during the early phase of infection leading to an adaptive response of remote cells and tissues.-Jbeily, N., I. Suckert, F. A. Gonnert, B. Acht, C. L. Bockmeyer, S. D. Grossmann, M. F. Blaess, A. Lueth, H.-P. Deigner, M. Bauer, and R. A. Claus. Hyperresponsiveness of mice deficient in plasma-secreted sphingomyelinase reveals its pivotal role in early phase of host response. J. Lipid Res. 2013. 54: 410-424.
Inflammatory cytokines play an important role in intervertebral disc degeneration. Although largely produced by immune cells, nucleus pulposus (NP) cells can also secrete them under various conditions, for example, under free swelling. Thus, tissue hypotonicity may be an inflammatory trigger for NP cells. The aim of this study was to investigate whether decreased tonicity under restricted swelling conditions (as occurring in early disc degeneration) could initiate an inflammatory cascade that mediates further degeneration. Healthy bovine NP tissue was balanced against different PEG concentrations (0-30%) to obtain various tissue tonicities. Samples were then placed in an artificial annulus (fixed volume) and were cultured for 3, 7, or 21 days, with free swelling NP as control. Tissue content (water, glycosaminoglycan, collagen) was analyzed, and both the tissue and medium were screened for tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha), interleukin-1 beta (IL-1 beta), interleukin-6 (IL-6), interleukin-8 (IL-8), prostaglandin-E-2 (PGE(2)), and nitric oxide (NO). A range of tonicities (isotonic to hypotonic) was present at day 3 in the PEG-treated samples. However, during culture, the tonicity range narrowed as GAGs leached from the tissue. TNF-alpha and IL-1 beta were below detection limits in all conditions, while mid- and downstream inflammatory cytokines were detected. This may suggest that the extracellular environment directly affects NP cells instead of inducing a classical inflammatory cascade. Furthermore, IL-8 increased in swelling restricted samples, while IL-6 and PGE(2) were elevated in free swelling controls. These findings may suggest the involvement of different mechanisms in disc degeneration with intact AF compared to herniation, and encourage further investigation. (c) 2019 The Authors. Journal of Orthopaedic Research (R) Published by Wiley Periodicals, Inc. on behalf of Orthopaedic Research Society. J Orthop Res