Role of IL-6 Transsignaling in acute CCl4-induced liver damage

Gewiese, Jessica

The liver has the unique capability to regenerate its mass after damage and injury. Nevertheless liver failure is still a serious medical problem and enhancing the regenerative potential of the liver could be an effective and promising therapy. Interleukin-6 is known to play an important role in mediating pro-mitotic and pro-survival activities within the regenerative process. It already has been shown that IL-6 Transsignaling plays a crucial role in liver regeneration using the example of the effect of Hyper-IL-6 in accelerating liver regeneration following partial hepatectomy. Carbontetrachloride (CCl4) can be used to mimic drug induced hepatoxicity. Through the metabolization by cytochrome P450 dependent monooxygenase, the reactive CCl3• and CCL3O2• radicals are formed which can covalently bind to proteins, lipids and nucleic acids and this could lead to lipidperoxidation and liver damage. The aim of the present study was to investigate the impact of IL-6 Transsignaling on liver damage and regeneration in this CCl4 induced liver damage mouse model. Therefore mice were treated with substances either blocking IL-6 Transsignaling (soluble gp130Fc) or accelerating IL-6 Transsignaling (Hyper-IL-6). Afterwards the mice were treated intraperitoneally with a single dose of CCl4, leading to acute liver damage. Mice in which IL-6 Transsignaling was blocked displayed higher liver damage, becoming evident in enhanced lipid peroxidation 4 to 6 hours after CCl4 treatment. Subsequently ALT and AST serum levels were strongly increased from 24 to 48 hours after CCl4 treatment, with significantly higher levels in sgp130Fc pretreated mice. Moreover, uric acid and potassium serum level were elevated in mice with blocked IL-6 Transsignaling 48 hours after CCl4 injection. IL-6 serum level were elevated at early time points in mice pretreated with sgp130Fc compared to CCl4 only treated mice. As a consequence, acute phase genes like SAA1, SAA3 and haptoglobin were upregulated 6 hours after CCl4, although STAT-3 phosphorylation was diminished. When IL-6 Transsignaling was blocked by sgp130Fc, mRNA levels of SAA1 and SAA3 increased 6 fold, mRNA levels of haptoglobin increased 2 fold compared to CCl4 only treated animals. In addition, glycogen storage was altered after blockage of IL-6 Transsignaling. 24 hours after the damage all glycogen within the liver was consumed. While glycogen storages were filled up in livers of mice with normal or accelerated IL-6 Transsignaling, this process was significantly impaired when IL-6 Transsignaling was blocked. Animals pretreated with sgp130Fc showed lower BrdU incorporation, indicating a lower proliferation index. Overall, these data indicate a critical role of IL-6 Transsignaling in a CCl4 induced liver damage mouse model.

Die Leber besitzt die einzigartige Fähigkeit sich nach Schädigung oder Verletzung zu regenerieren. Dennoch stellt Leberversagen immer noch ein ernsthaftes medizinisches Problem dar, und eine Verbesserung des regenerativen Potenzials der Leber könnte eine effektive und vielversprechende Therapiemethode sein. Interleukin-6 ist für seine wichtige Rolle bei der Vermittlung von pro-mitotischen und überlebensfördernden Signalen innerhalb des regenerativen Prozesses bekannt. Es wurde schon mehrfach gezeigt, dass IL-6 Transsignaling eine entscheidende Rolle während der Leberregeneration spielt, welches sich am Beispiel von Hyper-IL-6 verdeutlichen läßt. Hyper-IL-6 hat nach partieller Hepatektomie einen beschleunigenden Effekt auf die Leberregeneration. Kohlenstofftetrachlorid (CCl4) kann als Modell für medikamentös induzierten Leberschaden verwendet werden. Durch die Cytochrom P4502E1 abhängigen Monooxygenasen wird CCl4 zu den Radikalen CCl3• and CCL3O2• umgesetzt. Die Radikale binden kovalent an Proteine, Lipide und Nukleinsäuren, was letztendlich zu Lipidperoxidation und Leberschädigung führt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss von IL-6 Transsignaling auf das Ausmaß von CCl4 induzierten Leberschaden und die Regenerationsfähigkeit zu bestimmen. Zu diesem Zweck wurden Mäuse mit unterschiedlichen Substanzen behandelt, die sich entweder blockierend (sgp130Fc) oder stimulierend (Hyper-IL-6) auf das IL-6 Transsignaling auswirken. Anschließend wurden die Mäuse einmalig intraperitoneal mit einer akuten Leberschaden auslösenden CCl4 Dosis behandelt. Mäuse, in denen IL-6 Transsignaling blockiert war, entwickelten einen höheren Leberschaden, der in erhöhter Lipidperoxidation 4 und 6 Stunden nach CCl4 Behandlung sichtbar wurde. Zusätzlich waren die ALT und AST Serumlevel nach 24 und 48 Stunden stark erhöht, insbesondere in Mäusen, die zuvor mit sgp130Fc behandelt wurden. Außerdem waren, ebenfalls nach 48 Stunden, höhere Harnsäure-und Kaliumwerte im Serum von Mäusen mit blockierten IL-6 Transsignaling detektierbar. Zu frühen Zeitpunkten waren die IL-6 Serumwerte erhöht, insbesondere in Mäusen, die mit sgp130Fc vorbehandelt worden sind. Als Konsequenz darauf wurden einige Akut Phase Gene, wie SAA1, SAA3 und Haptoglobin, 6 Stunden nach CCl4 Behandlung hochreguliert, obwohl die STAT3 Phosphorylierung vermindert war. In Tieren mit blockiertem IL-6 Transsignaling waren die SAA1 und SAA3 Werte 6 Mal, und die Haptoglobin Werte doppelt so hoch, verglichen mit Tieren, die ausschließlich mit CCl4 behandelt wurden. Zusätzlich dazu war die Glycogenspeicherung verändert: 24 Stunden nach dem Schaden war der gesamte Glycogenspeicher der Leber bei allen Tieren verbraucht. Während sich in Mäusen mit intakten oder stimulierten IL-6 Transsignaling die Glycogenspeicher nach 48 Stunden bereits wieder gefüllt hatten, war der Prozess in Mäusen mit blockierten IL-6 Transsignaling deutlich vermindert. Diese Tiere zeigten ebenfalls eine geringere BrdU-Aufnahme, was auf eine geringere Proliferationsrate hindeutet. Insgesamt weisen diese Daten dem IL-6 Transsignaling eine wichtige Rolle im CCl4 induzierten Leberschadenmodell zu.

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Gewiese, Jessica: Role of IL-6 Transsignaling in acute CCl4-induced liver damage.

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