The Secondary Bile acids, Ursodeoxycholic acid and Lithocholic Acid, Protect Against Intestinal Inflammation by Inhibition of Epithelial Apoptosis

Increased epithelial permeability is a key feature of IBD pathogenesis and it has been proposed that agents which promote barrier function may be of therapeutic benefit. We have previously reported the secondary bile acid, ursodeoxycholic acid (UDCA), to be protective in a mouse model of colonic inflammation and that its bacterial metabolism is required for its beneficial effects. The current study aimed to compare the effects of UDCA, LCA, and a non-metabolizable analog of UDCA, 6-methyl-UDCA (6-MUDCA), on colonic barrier function and mucosal inflammation in a mouse model of colonic inflammation. Bile acids were administered daily to C57Bl6 mice by intraperitoneal injection. Colonic inflammation, induced by addition of DSS (2.5%) to the drinking water, was measured as disease activity index (DAI) and histological score. Epithelial permeability and apoptosis were assessed by measuring FITC-dextran uptake and caspase-3 cleavage, respectively. Cecal bile acids were measured by HPLC-MS/MS. UDCA and LCA, but not 6-MUDCA, were protective against DSS-induced increases in epithelial permeability and colonic inflammation. Furthermore, UDCA and LCA inhibited colonic epithelial caspase-3 cleavage both in DSS-treated mice and in an in vitro model of cytokine-induced epithelial injury. HPLC-MS/MS analysis revealed UDCA administration to increase colonic LCA levels, whereas LCA administration did not alter UDCA levels. UDCA, and its primary metabolite, LCA, protect against intestinal inflammation in vivo, at least in part, by inhibition of epithelial apoptosis and promotion of barrier function. These data suggest that clinical trials of UDCA in IBD patients are warranted

Ursodeoxycholic acid and lithocholic acid exert anti-inflammatory actions in the colon

Inflammatory bowel diseases (IBD) comprise a group of common and debilitating chronic intestinal disorders for which currently available therapies are often unsatisfactory. The naturally occurring secondary bile acid, ursodeoxycholic acid (UDCA), has well-established anti-inflammatory and cytoprotective actions and may therefore be effective in treating IBD. We aimed to investigate regulation of colonic inflammatory responses by UDCA and to determine the potential impact of bacterial metabolism on its therapeutic actions. The anti-inflammatory efficacy of UDCA, a nonmetabolizable analog, 6 alpha-methyl-UDCA (6-MUDCA), and its primary colonic metabolite lithocholic acid (LCA) was assessed in the murine dextran sodium sulfate (DSS) model of mucosal injury. The effects of bile acids on cytokine (TNF-alpha, IL-6, Il-1 beta, and IFN-alpha) release from cultured colonic epithelial cells and mouse colonic tissue in vivo were investigated. Luminal bile acids were measured by gas chromatography-mass spectrometry. UDCA attenuated release of proinflammatory cytokines from colonic epithelial cells in vitro and was protective against the development of colonic inflammation in vivo. In contrast, although 6-MUDCA mimicked the effects of UDCA on epithelial cytokine release in vitro, it was ineffective in preventing inflammation in the DSS model. In UDCA-treated mice, LCA became the most common colonic bile acid. Finally, LCA treatment more potently inhibited epithelial cytokine release and protected against DSS-induced mucosal inflammation than did UDCA. These studies identify a new role for the primary metabolite of UDCA, LCA, in preventing colonic inflammation and suggest that microbial metabolism of UDCA is necessary for the full expression of its protective actions.NEW & NOTEWORTHY On the basis of its cytoprotective and anti-inflammatory actions, the secondary bile acid ursodeoxycholic acid (UDCA) has well-established uses in both traditional and Western medicine. We identify a new role for the primary metabolite of UDCA, lithocholic acid, as a potent inhibitor of intestinal inflammatory responses, and we present data to suggest that microbial metab-olism of UDCA is necessary for the full expression of its protective effects against colonic inflammation

Zmiany w zagrożeniu powodziowych powodowane przez regulację rzeki na przykładzie przedgórskiego odcinka Wisły

Main problems concerning the flood risk in piedmont section of the Vistula, Southern Poland, are discussed. This stretch of the river is channelized since the middle of the 19th century. It is part of the mainstream discussion of the effectiveness of existing river channelization methods. The following problems are analysed: (1) current state of flood risk, (2) the rate of river fl ow, (3) changes in flood risk since the start of channelization efforts with respect to changing channel geometry and changing rates of river flow reflecting the effects of channelization work. Substantially increased bankfull discharge in a channelized river may be considered as a stable hydrologic feature of the river stretch analysed. This means that the river is effectively reducing the quantity of water available for flooding the inter-embankment zone. This statement is the basis for analysis of changes in flood risk in the river studied. An assessment of changes in flood risk for the piedmont section of the Vistula cannot be categorical. Some changes in discharge help reduce flood risk, while others increase it. The paper is based mainly on the State Hydrological Survey data over more than the last 100 years, a large-scale maps over the last 230 years, and fieldwork conducted by the author.W pracy zanalizowano główne problemy związane z zagrożeniem powodziowym w dolinie przedgórskiego odcinka Wisły (południowa Polska). Ten odcinek rzeki podlega pracom regulacyjnym od połowy XIX wieku. Omówiono wiele problemów wpisujących się w główny nurt dyskusji na temat efektywności stosowanych metod regulacji rzek. Główną uwagę zwrócono na: (1) aktualny stan zagrożenia powodziowego, (2) wielkość odpływu rzeki, (3) zmiany w zagrożeniu powodziowym od początku prac regulacyjnych z uwzględnieniem zmian w geometrii koryta i zmian w wielkości odpływu rzeki odzwierciedlających efekty prac regulacyjnych. Za główną cechę hydrologiczną badanego odcinka Wisły należy uznać znaczny od zapoczątkowania prac regulacyjnych wzrost wielkości przepływu pełnokorytowego, który trwa nadal. Oznacza to, że zmniejsza się ilość wody w rzece, która podczas stanów wyższych od stanu pełnokorytowego może zatapiać strefę międzywala. Tą uwagę uznano za podstawę analizy zmian w zagrożeniu powodziowym w przedgórskim odcinku Wisły. Ocenę tych zmian w badanym odcinku rzeki nie można jednak uznać za jednoznaczną, gdyż niektóre zmiany w warunkach odpływu przyczyniają się do zmniejszenia ryzyka powodzi, podczas gdy inne są odpowiedzialne za jego zwiększenie. W pracy wykorzystano dane z ponad 100-letniego okresu udostępnione przez Państwową Służbę Hydrologiczną, uwzględniono również mapy opublikowane w dużej skali w ostatnich 230 latach, a także wyniki badań terenowych autora

River training vs. flood exposure. The example of the river Vistula between Skoczow and Pulawy, Poland

Wisła stanowi przykład rzeki o zróżnicowanym zaawansowaniu prac regulacyjnych, rozpoczętych w XIX w. i mających m.in. na celu jej przygotowanie jako drogi wodnej. Przedmiot badań stanowi przedgórski bieg Wisły, między Skoczowem i Puławami, którego koryto – przed regulacją o charakterze meandrowym, sinusoidalnym lub roztokowym – uległo w wyniku prac regulacyjnych skróceniu, zwężeniu i pogłębieniu (rys. 1, rys. 2). Wykazano duże różnice w poregulacyjnym przemodelowaniu koryta badanego biegu Wisły, czego konsekwencją jest zmniejszenie zagrożenia powodziowego wzdłuż odcinków rzeki o najbardziej pogłębionym korycie i zwiększenie tego zagrożenia wzdłuż odcinka rzeki poniżej Zawichostu o najpóźniej rozpoczętych pracach regulacyjnych. Morfologicznym skutkiem prac regulacyjnych, w największym stopniu wpływającym na reżim odpływu wody, jest zwiększona zwartość koryta, szczególnie w odcinku rzeki o biegu meandrowym (rys. 3). Pogłębianiu koryta towarzyszy zwiększanie wysokości brzegów rzeki, które od rozpoczęcia regulacji osiągnęło średnio ponad 3,5 metra. Zmiany w morfologii koryta sprzyjają zwiększaniu prędkości przepływu (tab. 1), co oznacza, że w odcinkach rzeki o znacznie pogłębionym korycie i nadbudowanych brzegach szybko zwiększa się przepływ pełnokorytowy. Wzrost przepływu pełnokorytowego zachodzi znacznie wolniej w odcinkach rzeki, gdzie koryto uległo niewielkiemu pogłębieniu, a w długim odcinku koryta agradującego (poniżej Zawichostu) przepływ pełnokorytowy prawie nie ulega zwiększaniu (ryc. 4). Przyrost przepływu pełnokorytowego, jaki zaznaczył się od rozpoczęcia prac regulacyjnych do 1990 r., wykazuje z biegiem Wisły przedgórskiej „zwierciadlane” odbicie z przebiegiem pionowych zmian koryta, jakie zaszły w analogicznym okresie (rys. 5). Poregulacyjne przemodelowanie koryta badanego biegu Wisły znajduje skutek w postaci bardzo zróżnicowanego z biegiem rzeki czasu zatapiania powodziowego równiny zalewowej w międzywalu, a także różnej liczby zdarzeń, kiedy obszar ten ulega inundacji (rys. 6). Odcinki strefy międzywala z najmniej pogłębionym korytem są zatapiane kilka razy dłużej, a odcinek z korytem agradującym nawet kilkadziesiąt razy dłużej, niż odcinki międzywala z najbardziej pogłębionym korytem. Wzdłuż badanego biegu rzeki, z wyjątkiem jej ostatniego odcinka, zaznacza się rozpoczęta w różnym okresie i o różnym nasileniu tendencja do skracania czasu trwania ponadpełnokorytowych stanów wody, niezależna od wieloletnich fluktuacji przepływu (rys. 7). Na zasygnalizowane zmiany w zagrożeniu powodziowym nakładają się skutki hydrologiczne wynikające ze zwężenia strefy zatapiania powodziowego (międzywale) i budowy zapór wodnych na Wiśle i dopływach górskich. Jednym ze skutków regulacji rzeki jest zwiększona koncentracja fal powodziowych, wyrażona m.in. przez tendencję do wzrostu maksymalnych powodziowych stanów wody, jaka została zaobserwowana w ciągu XX w. Stoi to w sprzeczności z wyrażoną opinią o zmniejszaniu zagrożenia powodziowego w dolinie Wisły przedgórskiej. Ten efekt prac regulacyjnych można częściowo zniwelować poprzez efektywne spełnianie przez zbiorniki zaporowe ich funkcji przeciwpowodziowej. Innym sposobem spłaszczania fal powodziowych w Wiśle może być utworzenie polderów w niektórych obszarach równiny zalewowej na zawalu.The River Vistula features various stages in the development of training measures that started in the 19th c. and aimed to convert it into a waterway. This study focuses on a foreland stretch between the towns of Skoczów and Puławy where the channel, originally meandering, sinuous or braided, has been shortened, narrowed and deepened as a result of engineering projects (Fig. 1, Fig. 2). Big differences were identified in the reshaping of the channel studied following the training measures, resulting in a reduced flood risk along those reaches where the channel depth was increased the most and in a considerable increase of this risk below Zawichost, where the measures were carried out last. The one morphological effect of the engineering that has the greatest impact on the discharge regimen is the increased channel compactness, especially along the originally meandering reaches (Fig. 3). The bank height along the deepened channel reaches increased by 3.5 metres on average since the project started. The changes in the channel morphology are conducive to faster flow rates (Tab. 1), which means that the bankfull discharge increases fast along the considerably deepened channel reaches with built-up banks. This rate is much slower along reaches with less deepening, while the long aggrading reach below Zawichost recorded virtually no increase of the bankfull discharge (Fig. 4). Between the beginning of the river training project and 1990s, the profiles of the bankfull discharge increase and of the vertical channel modifications are mirror images of each other (Fig. 5). The post-engineering reshaping of the Vistula channel studied has produced a great variety of the duration of inter-embankment flooding and a change in the number of events when the zone alongside the river is subject to inundation (Fig. 6). The inter-embankment zones along the least deepened channel reaches remain submerged several times longer, and those of the aggrading channel even several dozen times longer, than those zones where the channel depth has increased the most. The duration of bankfull water stages tends to shorten along the entire channel studied, with the exception of the final reach, regardless of the long-term discharge fluctuation, a trend that has begun at different times and has different intensities (Fig. 7). The changes in the flood risk mentioned above coincide with hydrological effects resulting from the narrowing of the flooding zone (inter-embankment zone) and from the erection of dams on the Vistula itself and on its mountain tributaries. The river engineering also resulted in a greater concentration of flood waves, as expressed by an increasing trend in the maximum flood water stages observed during the 20th c. This remains at odds with a manifested opinion claiming a reduced flood risk in the foreland Vistula valley. This effect, however, can be partly compensated for by effective flood control operation of dam-retained lakes. Another way to flatten the Vistula flood waves could be to assign certain areas of the floodplain outside the embankments as flood storage

Characterization of AQPs in mouse, rat and human colon and their selective regulation by bile acids

In normal individuals, the epithelium of the colon absorbs 1.5-2 L of water a day to generate dehydrated feces. However, in the condition of bile acid malabsorption (BAM), an excess of bile acids in the colon results in diarrhea. Several studies have attempted to address the mechanisms contributing to BAM induced by various bile acids. However, none have addressed a potential dysregulation of aquaporin water channels, which are responsible for the majority of transcellular water transport in epithelial cells, as a contributing factor to the onset of diarrhea and the pathogenesis of BAM. In this study we aimed to systematically analyze the expression of AQPs in colonic epithelia from rat, mouse and human and determine whether their expression is altered in a rat model of BAM. Mass spectrometry-based proteomics, RT-PCR, and western blotting identified various AQPs in isolated colonic epithelial cells from rats (AQP1, 3, 4, 7, 8) and mice (AQP1, 4, 8). Several AQPs were also detected in human colon (AQP1, 3, 4, 7-9). Immunohistochemistry localized AQP1 to the apical plasma membrane of epithelial cells in the bottom of the crypts, whereas AQP3 (rat, human) and AQP4 (mice, human) were localized predominantly in the basolateral plasma membrane. AQP8 was localized intracellularly and at the apical plasma membrane of epithelial cells. Rats fed sodium cholate for 72 h had significantly increased fecal water content, suggesting development of BAM associated diarrhea. Colonic epithelial cells isolated from this model had significantly altered levels of AQP3, 7, and 8, suggesting that these AQPs may be involved in the pathogenesis of bile acid induced diarrhea

Ursodeoxycholic acid inhibits TNFα-induced IL-8 release from monocytes.

Monocytes are critical to the pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD) as they infiltrate the mucosa and release cytokines that drive the inflammatory response. Ursodeoxycholic acid (UDCA), a naturally occurring bile acid with anti-inflammatory actions, has been proposed as a potential new therapy for IBD. However, its effects on monocyte function are not yet known. Primary monocytes from healthy volunteers or cultured U937 monocytes were treated with either the proinflammatory cytokine, TNFα (5 ng/ml) or the bacterial endotoxin, lipopolysaccharide (LPS; 1 μg/ml) for 24 h, in the absence or presence of UDCA (25-100 μM). IL-8 release into the supernatant was measured by ELISA. mRNA levels were quantified by qPCR and changes in cell signaling proteins were determined by Western blotting. Toxicity was assessed by measuring lactate dehydrogenase (LDH) release. UDCA treatment significantly attenuated TNFα-, but not LPS-driven, release of IL-8 from both primary and cultured monocytes. UDCA inhibition of TNFα-driven responses was associated with reduced IL-8 mRNA expression. Both TNFα and LPS stimulated NFκB activation in monocytes, while IL-8 release in response to both cytokines was attenuated by an NFκB inhibitor, BMS-345541. Interestingly, UDCA inhibited TNFα-, but not LPS-stimulated, NFκB activation. Finally, TNFα, but not LPS, induced phosphorylation of TNF receptor associated factor (TRAF2), while UDCA cotreatment attenuated this response. We conclude that UDCA specifically inhibits TNFα-induced IL-8 release from monocytes by inhibiting TRAF2 activation. Since such actions would serve to dampen mucosal immune responses in vivo, our data support the therapeutic potential of UDCA for IBD.</p