Effects of omega-3 fatty acids docosahexaenoic acid and eicosapentaenoic acid and their metabolites in acute inflammation

Abstract

High levels of omega-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFAs) have been associated with a reduced risk of coronary heart disease. It has been found that these compounds unfold potent anti-inflammatory and pro-resolving effects as precursor molecules of a newly discovered set of lipid mediators, called resolvins and protectins/neuroprotectins. Numerous studies have reported strong attenuation of inflammation and promotion of inflammation resolution through these n-3 mediators. In order to establish an in vitro model of these anti-inflammatory and pro-resolving properties of n-3 mediators, we decided to analyze the effect of n-3 PUFAs and resolvin precursor metabolites 17-hydroxydocosahexaenoic acid (17-HDHA) and 18- hydroxyeicosapentaenoic acid (18-HEPE) in the RAW 264.7 murine macrophage cell line. We found that incubation with the n-3 metabolites 17-HDHA and 18-HEPE led to a decrease of lipopolysaccharide (LPS)-induced tumor necrosis factor alpha (TNF-α) secretion, supporting the inflammation dampening effect of these compounds. Moreover, we detected enhanced phagocytic activity of these macrophages when exposed to the n-3 PUFAs docosahexaenoic acid (DHA) and eicosapentaenoic acid (EPA) as well as 17-HDHA or 18-HEPE, arguing for a pro-resolution role of these compounds. Next we carried out an animal model using transgenic fat-1 mice with endogenously high levels of n-3 PUFAs. 24 hours after induction of peritonitis with intra-peritoneal injection of zymosan A, exudates were collected by means of peritoneal lavage. Subsequently, cellular composition of exudates was analyzed in Wright-Giemsa smears, demonstrating no significant differences between fat-1 and wild type (WT) mice. This was reflected in similar systemic TNF-α levels for both groups. While these findings argue against a protective effect of n-3 PUFA in this context, several factors might have disguised a potential protective effect in this setting, such as (1) wrong timeframe of analysis, (2) dietary differences between the two groups of mice, or (3) wrong analysis parameters (e.g. no assessment of phagocytic activity of macrophages in both groups). In contrast to the unequivocal findings with regard to the cell numbers of the peritoneal exudates, we found significantly increased levels of protective n-3 PUFA metabolites 17-HDHA and 18-HEPE in livers of fat-1 mice with zymosan peritonitis as compared to the WT group, arguing for an increased formation of protective n-3 PUFA lipid mediators in fat-1 mice.

Hohe Omega-3 Fettsäure (n-3 PUFA)-Spiegel werden seit langem mit einem verminderten Risiko für eine koronare Herzerkrankung assoziiert. Erst kürzlich wurde berichtet, dass diese Verbindungen als Vorläufermoleküle von Fettsäuremediatoren, den sogenannten Resolvinen und Protektinen/Neuroprotektinen, dienen. Zahlreiche Studien haben sowohl starke anti-inflammatorische als auch die Entzündungsresolution fördernde Effekte dieser n-3 PUFA Mediatoren beschrieben. Um ein in vitro Model dieser anti- inflammatorischen und resolutionsfördernden Effekte der n-3 Mediatoren zu etablieren haben wir die Wirkung der n-3 Fettsäuren Docosahexaensäure (DHA) und Eicosapentaensäure (EPA) sowie der Resolvin- Vorläufermoleküle 17-Hydroxydocosahexaensäure (17-HDHA) und 18- Hydroxyeicosapentaensäure (18-HEPE) in einem Zellkulturmodell mit RAW 264.7 Mausmakrophagen untersucht. Wir fanden eine Reduktion der Lipopolysaccharid (LPS)-induzierten Tumornekrosefaktor alpha (TNF-α) Sekretion durch Präinkubation der Makrophagen mit 17-HDHA und 18-HEPE, was für einen entzündungsdämpfenden Effekt dieser Substanzen spricht. Weiterhin zeigte sich eine erhöhte Phagozytoseaktivität sowohl durch Inkubation mit den n-3 Fettsäuren DHA und EPA als auch durch 17-HDHA und 18-HEPE, was die resolutionsfördernden Eigenschaften dieser Substanzen unterstreicht. Des Weiteren beschäftigten wir uns mit einem Tiermodell transgener fat-1 Mäuse, die hohe endogene n-3 Fettsäurespiegel aufweisen. Wir gewannen 24 Stunden nach Induktion einer Peritonitis durch intraperitoneale Injektion von Zymosan A Entzündungsexsudate durch Peritoneallavage. Die zelluläre Zusammensetzung wurde anhand lichtmikroskopischer Auswertung von Wright-Giemsa-Färbungen der Exsudat- Ausstriche analysiert. Hierbei fanden wir keine signifikanten Unterschiede zwischen fat- 1 und Wildtyp (WT) Mäusen. Dieser Befund spiegelt sich in ähnlichen systemischen TNF-α Konzentrationen in beiden Versuchsgruppen wieder. Wenngleich diese Ergebnisse gegen eine entzündungsmodulierende Wirkung dieser Substanzen sprechen, so könnten mehrere Faktoren, wie beispielsweise (1) ein falsch gewählter Analysezeitpunkt, (2) Unterschiede im Diätregime beider Gruppen oder (3) falsche Analyseparameter (z.B. keine Analyse der Phagozytoseaktivität der Peritonealmakrophagen) einen möglichen protektiven Effekt verschleiert haben. Diese Befunde stehen im Kontrast zu den Ergebnissen der Bestimmung von 17-HDHA und 18-HEPE in den Lebern der Versuchstiere. Hierbei fanden wir signifikant erhöhte Spiegel beider Metaboliten in Zymosan-behandelten fat-1 Mäusen gegenüber WT Mäusen, was für eine erhöhte Synthese von n-3 Mediatoren in fat-1 Mäusen spricht.