The role of pyroptosis and inflammasome-mediated inflammation during liver disease progression

Peltzer, Mona Tatjana; Schneider, Kai Markus; Ludwig, Andreas; Blank, Lars M.

doi:44887

The role of pyroptosis and inflammasome-mediated inflammation during liver disease progression

Peltzer, Mona Tatjana^RWTH*

2025 & 2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Mona Tatjana Peltzer, Master of Science

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, RWTH Aachen University, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2026

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Ludwig, Andreas (Thesis advisor)^RWTH* ; Blank, Lars M. (Thesis advisor)^RWTH* ; Schneider, Kai Markus (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-12-04

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-10615
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1023327/files/1023327.pdf

Einrichtungen

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Chronische Lebererkrankungen sind durch anhaltende Entzündungen, Zelltod und kompensatorische Proliferation gekennzeichnet. Sie können von früher Fibrose über Zirrhose bis hin zum hepatozellulären Karzinom (HCC) fortschreiten. Neben verschiedenen Risikofaktoren gewinnt die metabolische Dysfunktion-assoziierte Steatohepatitis (MASH) zunehmend an Bedeutung. Das NLR Family Pyrin Domain Containing 3 (NLRP3) Inflammasom reguliert Entzündungsreaktionen über die Freisetzung der entzündlichen Zytokine Interleukin-1β (IL-1β) und Interleukin-18 (IL-18) sowie dem pyroptotischen Zelltod über die Aktivierung von Gasdermin D (GSDMD). Die Rolle von NLRP3 Signalwegen bei der HCC-Entstehung bleibt jedoch unklar. Ziel dieser Studie war es daher, den Einfluss von NLRP3 sowie der Rezeptoren seiner nachgeschalteten Zytokine, IL-1β (IL-1R) und IL-18 (IL-18R), auf die Karzinogenese zu untersuchen. Zudem wurde die Bedeutung der GSDMD vermittelten Pyroptose für den akuten Leberschaden und die Progression von MASH analysiert. NLRP3, IL-1R und IL-18R wurden in einem durch N-Nitrosodiethylamin/Carbontetrachloride (DEN/CCl4) induzierten HCC-Mausmodell analysiert. In Nlrp3-/- und Il1r-/-, aber nicht in Il18r-/- Mäusen, konnte eine verminderte Entzündung und Tumorlast festgestellt werden. Der Verlust von NLRP3 oder IL-1R führte zu einer geringeren Aktivierung von Kupffer Zellen und hepatischen Sternzellen. Zudem konnte eine stärkere antitumorale Immunantwort nachgewiesen werden. Zur Untersuchung der NLRP3-Beteiligung an der Cholestase-assoziierten Karzinogenese wurden Mäuse mit einer Deletion des Multidrug Resistance Gene 2 (Mdr2-/-) und einer Deletion von Nlrp3 (Mdr2-/-/Nlrp3-/-) verwendet. Das Fehlen von NLRP3 im cholestatischen Kontext führte zu einer signifikant verminderten Infiltration von Immunzellen, weniger Zelltod und einer reduzierten Tumorentstehung. Die Funktion von GSDMD wurde in Gsdmd-/- Mäusen untersucht. Nach CCl4-induziertem akuten Leberschaden zeigte sich ein deutlich geringerer Gewebeschaden. Dies ging mit reduzierter Immunzellinfiltration und einer verminderter Zytokinexpression einher. Die MASH-Progression wurde in Wildtyp (WT) und Gsdmd-/- Mäusen mittels Cholin-defizienten L-Aminosäure definierten Diät (CDAA) untersucht. Die Gsdmd Deletion führte hier zu milderer Fibrose, einer reduzierter Zytokineexpression und Aktivierung hepatischer Sternzellen. Die Studie liefert neue Erkenntnisse über die zentrale Bedeutung des NLRP3-Signalwegs bei der Progression von Lebererkrankungen. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl NLRP3 als auch IL-1R, aber nicht IL-18R, vermittelte Signalwege tumorbegünstigende Entzündungen fördern und damit zur Karzinogenese beitragen. Darüber hinaus konnte die GSDMD vermittelte Pyroptose als zentraler Mechanismus bei akutem Leberschaden und MASH-assoziierter Fibrogenese identifiziert werden.

Chronic liver diseases are characterized by chronic inflammation, cell death and compensatory proliferation and can progress from early fibrosis to cirrhosis and ultimately leading to the development of hepatocellular carcinoma (HCC). Among various risk factors, metabolic dysfunction-associated steatohepatitis (MASH) is emerging as a major contributor. While the NLR Family Pyrin Domain Containing 3 (NLRP3) inflammasome signaling is known to regulate inflammation through the release of the pro-inflammatory cytokines Interleukin-1β (IL-1β) and Interleukin-18 (IL 18) and pyroptotic cell death via Gasdermin D (GSDMD), its role in hepatocarcinogeneses remains unclear. Hence, the aim of this study was to investigate the role of NLRP3 and the receptors of its downstream cytokines, IL-1β (IL-1R) and IL 18 (IL-18R) in inflammation- and cholangitis associated carcinogenesis. Additionally, the study aimed to determine the contribution of GSDMD mediated pyroptosis to acute liver injury and the progression of MASH. The role of NLRP3, IL-1R and IL-18R was examined in a N-nitrosodiethylamine/carbon tetrachloride (DEN/CCl4) - induced HCC mouse model. Reduced inflammation and tumor burden were found in Nlrp3-/- and Il1r-/ , but not in Il18r-/- mice. The deletion of either Nlrp3 or Il1r showed reduced activation of Kupffer cells and hepatic stellate cells. In addition, the absence of NLRP3 or IL-1R resulted in increased anti-tumor immunity. To explore NLRP3 involvement in cholestasis associated carcinogenesis, multidrug resistance gene 2 knockout (Mdr2 / ) and Mdr2 / /Nlrp3-/- mice were used. Nlrp3 deletion in cholestatic Mdr2 / mice significantly decreased immune cell infiltration, hepatocellular death and tumor development. The role of GSDMD was assessed in Gsdmd / mice. Following CCl4-induced acute liver injury, Gsdmd deletion could significantly reduce liver damage. This was accompanied by reduced infiltration of immune cells and pro-inflammatory cytokine expression. MASH progression was analyzed in wildtype (WT) and Gsdmd / mice fed with a choline-deficient L-amino acid defined diet (CDAA). During MASH progression, the deletion of Gsdmd resulted in less fibrosis, decreased expression of pro-inflammatory cytokines, reduced activation of hepatic stellate cells and altered immune cell infiltration. Altogether, the present study provides novel insights into the pivotal role of NLRP3 signaling in the progression of chronic inflammation during different liver diseases. NLRP3 and IL-1R signaling were shown to contribute to carcinogenesis in inflammation and in cholestasis associated carcinogenesis, while IL-18R appears dispensable. Moreover, GSDMD-mediated pyroptosis was identified as a central mechanism in acute liver injury and MASH associated fibrogenesis.

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