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Antimicrobial peptide cathelicidin LL-37 preserves intestinal barrier and organ function in rats with heat stroke - 28/03/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.114565 
Chih-Chin Shih a, , Wei-Chieh Liao a, Hung-Yen Ke b, Chia-Wen Kuo c, Cheng-Ming Tsao d, Wen-Chiuan Tsai e, Yi-Lin Chiu f, Hsieh-Chou Huang g, Chin-Chen Wu a,
a Department and Graduate Institute of Pharmacology, National Defense Medical Center, Taipei, Taiwan, ROC 
b Division of Cardiovascular Surgery, Department of Surgery, Tri-Service General Hospital, National Defense Medical Center, Taipei, Taiwan, ROC 
c Department of Nephrology, Taichung Armed Forces General Hospital, Taichung, Taiwan, ROC 
d Department of Anesthesiology, Taipei Veterans General Hospital and National Yang-Ming Chiao-Tung University, Taipei, Taiwan, ROC 
e Department of Pathology, Tri-Service General Hospital, National Defense Medical Center, Taipei, Taiwan, ROC 
f Department of Biochemistry, National Defense Medical Center, Taipei, Taiwan, ROC 
g Department of Anesthesiology, Cheng-Hsin General Hospital, Taipei, Taiwan, ROC 

Correspondence to: Department and Graduate Institute of Pharmacology, National Defense Medical Center, Neihu P.O. Box 90048-504, Taipei 114, Taiwan, ROCDepartment and Graduate Institute of Pharmacology, National Defense Medical CenterNeihu P.O. Box 90048-504Taipei114Taiwan, ROC

Abstract

Global warming increases the incidence of heat stroke (HS) and HS causes the reduction of visceral blood flow during hyperthermia, leading to intestinal barrier disruption, microbial translocation, systemic inflammation and multiple organ failure. Cathelicidin LL-37 exhibits antimicrobial activities, helps innate immunity within the gut to maintain intestinal homeostasis, and augments intestinal wound healing and barrier function. Thus, we evaluated the effects and possible mechanisms of cathelicidin LL-37 on HS. Wistar rats were placed in a heating-chamber of 42 ̊C to induce HS. Changes in rectal temperature, hemodynamic parameters, and survival rate were measured during the experimental period. Blood samples and ilea were collected to analyze the effects of LL-37 on systemic inflammation, multiple organ dysfunction, and intestinal injury. Furthermore, LS174T and HT-29 cells were used to assess the underlying mechanisms. Our data showed cathelicidin LL-37 ameliorated the damage of intestinal cells induced by HS. Intestinal injury, systemic inflammation, and nitrosative stress (high nitric oxide level) caused by continuous hyperthermia were attenuated in HS rats treated with cathelicidin LL-37, and hence, improved multiple organ dysfunction, coagulopathy, and survival rate. These beneficial effects of cathelicidin LL-37 were attributed to the protection of intestinal goblet cells (by increasing transepithelial resistance, mucin-2 and Nrf2 expression) and the improvement of intestinal barrier function (less cyclooxygenase-2 expression and FITC-dextran translocation). Interestingly, high cathelicidin expression in the ileal samples of inflammatory bowel disease patients was associated with better clinical outcome. These results suggest that cathelicidin LL-37 could prevent heat stress-induced intestinal damage and heat-related illnesses.

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Graphical Abstract




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Highlights

Cathelicidin LL-37 provides protection against multiple organ dysfunction (e.g. intestinal damage), coagulopathy, and death in animals with heat stroke.
Cathelicidin LL-37 might be a potential therapy for heat stress-induced intestinal damage and heat-related illnesses.

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Keywords : Heat stroke, Organ failure, Systemic inflammation, Antimicrobial peptide, Cathelicidin LL-37, Intestinal goblet cells


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Vol 161

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