This thesis aims to integrate functional and nutrigenomics analyses to examine how dietary polyphenols affect human platelet function and thus may contribute to the prevention of cardiovascular diseases. Initially, 26 low molecular weight phenolic compounds were screened for their effects on platelet aggregation and P-selectin expression in vitro. Only high, non-physiological concentrations of some phenolics showed anti-platelet effects. In parallel we conducted a systematic review of the literature to assess how polyphenol-rich foodstuffs, beverages, or extracts affect platelet function in humans. Cocoa-derived flavan-3-ols were the only class of dietary polyphenols that consistently showed anti-platelet effects in both, acute and chronic settings. Consequently we conducted an acute randomised-controlled human intervention study in which healthy volunteers consumed three different types of chocolates containing different amounts of flavan-3-ols. We found that flavan-3-ol-enriched dark chocolate beneficially affected ex vivo bleeding time, platelet aggregation and P-selectin expression. These effects were gender-dependent. Bioavailability of cocoa-derived flavan-3-ols, as assessed by a targeted metabolomics approach, was also gender-dependent. Using a platelet proteomics approach, we found subtle changes in platelet protein levels 2 h after consumption of flavan-3-ol-enriched chocolate in men, which may partly explain the observed anti-platelet effects. Finally, we assessed whether flavan-3-ols are internalised in platelets after consumption of dark chocolate. No internalisation could be found up to 2.5 h after chocolate ingestion, despite these compounds appearing in plasma. In conclusion, flavan- 3-ol-enriched dark chocolate beneficially affects platelet function in a gender-dependent way, but underpinning mechanisms are still unknown. Furthermore, current insights into their bioavailability cannot fully explain the ability of flavan-3-ols to affect platelet function. Successful future progress of research into the bioavailability and mechanisms of flavan-3- ols in vitro and in vivo will depend on the availability of pure standards for the major human metabolites of flavan-3-ols.

- / -

Acute Upper Gastrointestinal Bleeding (AUGIB) accounts for 7000 deaths in the UK annually and is the single leading indication for transfusion of blood components. A large UK audit in 2007 reported high case fatality and rates of further bleeding. Since many deaths are determined by pre-existing co-morbidity, strategies to improve outcome should be targeted at preventable deaths and therefore focus upon improved control of haemorrhage and prevention of further bleeding, which are investigated in this thesis. Data for the analyses presented originate from the UK national audit of AUGIB, a laboratory study and a cross sectional survey. Five broad themes were investigated including service provision and timing of endoscopy, the use of transcatheter arterial embolisation (TAE) or surgery for refractory bleeding, the impact of coagulopathy on outcome, management of acute variceal haemorrhage (AVH) and haemostatic derangements after AVH, and the use of red blood cells (RBCs). Although there was no evidence of a “weekend effect” for mortality, earlier endoscopy (<12 hours) was associated with improved control of haemorrhage in higher risk patients compared to later endoscopy (>24 hours). TAE was an effective and safe modality for refractory bleeding, but the high post-surgical mortality (29%) raises questions about the appropriateness of case selection for surgery. Coagulopathy after non-variceal haemorrhage was associated with a 5-fold increase in risk-adjusted mortality. Further bleeding after AVH was strikingly high (26%) with notable deficiencies in the use of vasopressors, antibiotics and endotherapy. Global assessments of coagulation demonstrated that thrombin generation after AVH was normal, but clot strength was poor with excessive fibrinolysis. Platelets, fibrinogen and antifibrinolytics improved haemostasis ex vivo but coagulation factor transfusion had no effect. RBC transfusion practice is variable. This work on AUGIB provides new data highlighting areas of sub-optimal care, and informs both current practice and research questions for new interventional trials.

Plusieurs mécanismes ont été proposés afin d'expliquer la défaillance vasculaire observée au cours des états de choc, notamment ceux impliquant le monoxyde d'azote (NO) et les canaux potassiques. Dans la présente étude expérimentale animale, nous avons posé l'hypothèse qu'au cours de l'état de choc, outre leur activation, l'expression des canaux potassiques vasculaires est augmentée quelle que soit l'étiologie du choc, et que cette augmentation d'expression est liée au moins partiellement à la production de NO. Nos résultats démontrent que les canaux potassiques ATP-dépendants (KATP), à l'inverse des canaux potassiques calcium-dépendants (BKCa), jouent un rôle crucial dans l'adaptation vasculaire aux états de choc septique et hémorragique, du fait de la restauration de la réactivité vasculaire suite à l'administration du PNU-37883A, inhibiteur pore-spécifique des canaux KATP, et non de l'ibériotoxine, inhibiteur spécifique des canaux BKCa. Nous démontrons également que l'expression des canaux KATP vasculaires est augmentée au cours des états de choc septique et hémorragique. En outre, nous démontrons in vivo que la régulation positive des canaux KATP vasculaires est partiellement liée à l'augmentation de l'expression de la NO synthase inductible (iNOS), probablement via l'activation du facteur nucléaire NF-kB, et est responsable de la diminution du tonus vasculaire / Several mechanisms have been proposed to explain the pathophysiology of vascular failure induced by shock states, including those involving nitric oxide (NO) and potassium channels. In this experimental study, we hypothesized that during shock state, in addition to their activation, the expression of vascular potassium channels is increased regardless of the etiology of shock, and that this increase is at least partially linked to NO over-production. Our results demonstrate that ATP-dependent potassium channels (KATP), unlike the calcium-dependent potassium channels (BKCa) play a crucial role in vascular adaptation to hemorrhagic and septic shock, due to restoration of vasoreactivity by using PNU-37883A, a pore-specific inhibitor of KATP channels, and not by using iberiotoxin, a specific inhibitor of BKCa channels. We also demonstrate that the expression of vascular KATP channels is increased in experimental hemorrhagic and septic shock. Furthermore, we demonstrate in vivo that the up-regulation of vascular KATP channels is partially related to increase in expression of inducible NO synthase (iNOS), probably via nuclear factor-kappa B (NK-kB) activation and is responsible for the reduction of vascular tone

H ιδιοπαθής θρομβοπενική πορφύρα είναι ένα αυτοάνοσο νόσημα που χαρακτηρίζεται από χαμηλό αριθμό αιμοπεταλίων και αιμορραγίες. Επιπλέον αυτή η ασθένεια κατηγοριοποιείται σε οξεία (όταν διαρκεί λιγότερο από έξι μήνες) και χρόνια μορφή. Η λεπτίνη είναι μια ορμόνη/κυτταροκίνη που παράγεται από τα αδιποκύτταρα και ρυθμίζει την όρεξη και τον μεταβολισμό. Ως κυτταροκίνη η λεπτίνη προάγει την Th1 απόκριση και παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στα αυτοάνοσα νοσήματα όπως έχει παρατηρηθεί σε πολλά μοντέλα ζώων. Στην εργασία αυτή μελετήσαμε τον ρόλο της λεπτίνης στην παιδική ιδιοπαθή θρομβοπενική πορφύρα (ΙΘΠ). Από τα πειράματά μας διαπιστώσαμε ότι τα επίπεδα της λεπτίνης συσχετίζονται αρνητικά με τον αριθμό των αιμοπεταλίων των ασθενών. Επιπλέον αποδείξαμε ότι στην ασθένεια που μελετήσαμε η λεπτίνη έχει αντί-φλεγμονώδη ρόλο αφού επάγει την έκφραση της IL-10 από το μονοκύτταρα Το μόριο της εκλυτικής ορμόνης της κορτικοτροπίνης (CRH) εκφράζεται κυρίως στον υποθάλαμο και ενεργοποιεί μέσω του άξονα υποθάλαμος-υπόφυση-επινεφρίδια τα γλυκοκορτικοειδή τα οποία έχουν ανοσοκατασταλτική δράση. Η CRH που εντοπίζεται στην περιφέρεια έχει αντιθέτως προ-φλεγμονώδη δράση. Εμείς μετρήσαμε τα επίπεδα της CRH στο πλάσμα υγιώς και ασθενών δοτών και παρατηρήσαμε ότι στους υγιείς δότες η CRH έχει την ικανότητα να ρυθμίζει αρνητικά την έκφραση της λεπτίνης. Ο έλεγχος όμως αυτός χάνεται στους ασθενείς με αποτέλεσμα τα επίπεδα τα λεπτίνης αυξάνονται στον ορό τους / Ιdiopathic thrombocytopenic purpura is an autoimmune disease characterized by a low platelet count and bleeding. Moreover this disorder is classified as acute (of six month or less duration) or chronic. Leptin is an adipocyte-derived hormone/cytokine that regulates food intake and basal metabolism. As a cytokine leptin promotes T helper 1 (TH1)-cell differentiation and can modulate the onset and progression of autoimmune responses in several animal models of disease. Here, we review the role of leptin in childhood idiopathic thrombopenic purpura (ITP). We found that leptin levels negatively correlated with platelet numbersand also that it plays an active anti-inflammatory role by promoting IL-10 secretion by monocytes. Corticotropin-Releasing Hormone (CRH) CRH, the hypothalamic component of the hypothalamic-pituitary,adrenal axis, attenuates inflammation through stimulation of glucocorticoid release, whereas peripherally expressed CRH acts as a proinflammatory mediator. We measured CRH levels in the plasma of children suffering from ITP and in the plasma of the paediatric controls, and we found that in controls CRH down-regulates leptin’s expression but not in patients.

Une des propriétés majeures de la thrombine est le caractère pléiotropique de ses effets physiologiques et pathologiques, à la fois dans le compartiment sanguin et tissulaire de la paroi. Notre hypothèse est que les changements phénotypiques des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs) participent aux modifications des propriétés pro- et anticoagulantes de la paroi. Les objectifs ont été d’étudier : (i) le rôle prothrombotique des CMLVs dans l’hypertension chez le rat SHR et le syndrome métabolique (Smet) chez le rat Zucker, (ii) les mécanismes de régulation de la génération de thrombine par l’intégrine αvβ3 des CMLVs (récepteur de la pro- thrombine), et de développer des glyco-peptides fluorés pour l’imagerie permettant d’évaluer l’activité de cette intégrine dans la paroi, et (iii) d’évaluer l’effet de variants génétiques du locus 9p21 de susceptibilité aux maladies coronariennes sur le phénotype de coagulation. Résultats : Les CMLVs sont responsables du phénotype prothrombotique de la paroi artérielle associée à l’hypertension chez le rat SHR. Les acides gras libres et l’inflammation vasculaire augmentent la génération de thrombine dans les 2 compartiments ce qui se traduit par une fibrinolyse diminuée et une activité métallo-protéinase augmentée chez Le rat Zucker. L’invalidation de l’intégrine αvβ3 des CMLVs diminue la génération de thrombine dans les 2 compartiments et ralentit la survenue de thrombose carotidienne en réponse à une stimulation l’angiotensine. Le traçage de l’intégrine αvβ3 par des glyco-peptides comprenant une séquence RGD a été validé au niveau plaquettaire et des CMLVs. La souris invalidée pour le locus 9p21 exprime un phénotype pro-thrombotique qui est retrouvé chez l’homme pour certains variants (rs10120688 et rs1333040) dans ce locus. En conclusion, la CML est un support cellulaire clé de réactions procoagulants et pourrait être impliqué via les intégrines et/ou ses récepteurs pour la thrombine dans un couplage thrombine tissulaire – rigidité cellulaire dans les pathologies vasculaires / One of the major properties of thrombin is the pleiotropic character of its physiological and pathological effects, both in the blood compartment and the tissue of the arterial wall. We hypothesized that the phenotypic changes of vascular smooth muscle cells (VSMCs) are involved in modifications of pro- and anti-coagulant properties of the arterial wall. The objectives were to examine: (i) the prothrombotic role of VSMCs in hypertension of SHR rats and in the metabolic syndrome (Smet) of Zucker rats, (ii) regulatory mechanisms of thrombin generation by integrin αvβ3 of VSMCs (a pro-thrombin receptor), and to develop fluorinated glyco- peptides for imaging, to assess the activity of this integrin in the wall, and (iii) evaluate the effect of genetic variants of the 9p21 locus that give a susceptibility to coronary heart disease on the coagulation phenotype. Results: The VSMCs are responsible for the prothrombotic phenotype of the arterial wall associated with hypertension in SHR rats. Free fatty acids and vascular inflammation increase thrombin generation in the two compartments resulting in decreased fibrinolysis and an increased metallo-proteinase activity in the Zucker rats. The invalidation of integrin αvβ3 of VSMCs reduced thrombin generation in the two compartments and slowed angiotensin-induced carotid thrombosis. Tracing of the integrin αvβ3 by glyco-peptides including RGD was validated at the platelet level and VSMCs. Mice invalidated for the 9p21 locus express a prothrombotic phenotype that is found in humans for certain variants (rs10120688 and rs1333040) in this locus. In conclusion, the VSMC is a cell supported key to procoagulant reactions and may be involved via integrins and/or its receptors for thrombin in the ”tissular thrombin - cell rigidity” coupling in vascular pathologies

Το αιμορραγικό shock (H/S) έχει δειχθεί πως προκαλεί οξειδωτικό stress (OS) σε διάφορους ιστούς λόγω της υπερπαραγωγής ελευθέρων ριζών οξυγόνου στη φάση της επαναιμάτωσης και επίσης σχετίζεται με την ανάπτυξη ενδοτοξιναιμίας. Επίσης, το είδος της καταστολής που χρησιμοποιείται στις Μονάδες Εντατικής Θεραπείας (ΜΕΘ) έχει επίπτωση στη νοσηρότητα και τη θνητότητα των ασθενών. Η κλονιδίνη, ένας α2-αδρενεργικός αγωνιστής, που έχει χρησιμοποιηθεί τόσο περιεγχειρητικά όσο και για καταστολή στη ΜΕΘ, φαίνεται πως ασκεί προστατευτική δράση σε μοντέλα ισχαιμίας/επαναιμάτωσης. Σκοπός: Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η εκτίμηση της επίδρασης της προχορήγησης κλονιδίνης στο οξειδωτικό φορτίο στο έντερο, το ήπαρ και τους πνεύμονες και στην ανάπτυξη ενδοτοξιναιμίας στην πυλαία και συστηματική κυκλοφορία σε επίμυες που υποβλήθηκαν σε σημαντικού βαθμού H/S. Υλικό και Μέθοδος: Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε 64 επίμυες και αποτελείται από δύο σκέλη: ένα για τον προσδιορισμό του οξειδωτικού φορτίου και ένα για τη μέτρηση της ενδοτοξίνης. Σε κάθε σκέλος, τα ζώα μοιράστηκαν σε 4 ομάδες: (1) ομάδα ελέγχου (Sham), όπου τα ζώα καθετηριάστηκαν χωρίς να πραγματοποιηθεί αφαίμαξη, (2) ομάδα H/S (H/S) και δύο ομάδες στις οποίες προχορηγήθηκε κλονιδίνη, (ομάδα 3,Clonidine) και (ομάδα 4, Clonidine-H/S). Το H/S, διάρκειας μίας ώρας, στόχευε σε τιμές μέσης αρτηριακής πίεσης 30-40mmHg και ολοκληρώθηκε με επαναχορήγηση του απολεσθέντος αίματος. Τρεις ώρες μετά την αναζωογόνηση, το οξειδωτικό φορτίο εκτιμήθηκε με δύο μεθόδους: (α) τη μέτρηση των οργανικών υδροϋπεροξειδίων (LOOHs) και (β) τη μέτρηση της ρίζας του υπεροξειδίου (O2.-) στο έντερο, στο ήπαρ και τους πνεύμονες ενώ για τη μέτρηση της ενδοτοξίνης, ελήφθησαν δείγματα αίματος από την πυλαία φλέβα και την αορτή. Αποτελέσματα: Οι επίμυες που υπεβλήθησαν σε H/S παρουσίασαν στατιστικά σημαντική αύξηση του οξειδωτικού φορτίου σε όλα τα όργανα. Η προχορήγηση κλονιδίνης προκάλεσε μείωση της παραγωγής LOOHs μετά από H/S στο έντερο (Ρ<0.001), στο ήπαρ (Ρ<0.05) και τους πνεύμονες (Ρ<0.05), σε σχέση με την ομάδα H/S. Επίσης, η ομάδα Clonidine-H/S παρουσίασε μειωμένο ρυθμό παραγωγής του O2.- σε σχέση με την ομάδα H/S, στο έντερο (P< 0.001), στο ήπαρ (P< 0.001) και τους πνεύμονες (Ρ<0.005). Τέλος, όσον αφορά τα επίπεδα ενδοτοξίνης, βρέθηκαν στατιστικά σημαντικά αυξημένα μετά από H/S τόσο στην πυλαία (Ρ<0.05), όσο και στη συστηματική (Ρ<0.001) κυκλοφορία, ενώ η προχορήγηση κλονιδίνης οδήγησε σε μείωση της ενδοτοξίνης και στις δύο κυκλοφορίες (πυλαια: Ρ<0.05 και συστηματική: Ρ<0.001) σε σχέση με την ομάδα H/S. Συμπέρασμα: Στην παρούσα μελέτη βρέθηκε για πρώτη φορά ότι η κλονιδίνη ασκεί αντιοξειδωτική δράση στο έντερο, στο ήπαρ και στους πνεύμονες όταν χορηγείται προ του H/S, το οποίο, ως γνωστόν, προκαλεί σημαντικού βαθμού OS σε αυτά τα όργανα. Μάλιστα, αυτό εκτιμήθηκε για πρώτη φορά σε μοντέλο H/S με την εφαρμογή μιας νέας άμεσης και ποσοτικής μεθόδου προσδιορισμού του O2.-. Τα αποτελέσματα αυτά αποκτούν ιδιαίτερη σημασία, καθώς το επαγόμενο από σοβαρή αιμορραγία OS ενέχεται στην παθογένεια του MODS (Multiple Organ Dysfunction Syndrome). Επιπλέον, η κλονιδίνη περιόρισε την επαγόμενη από το H/S ενδοτοξιναιμία, γεγονός που μπορεί να αποδοθεί, τουλάχιστον μερικώς στην αντιοξειδωτική της δράση στον εντερικό βλεννογόνο. Αυτή η παρατηρούμενη μείωση της ενδοτοξιναιμίας, ενδέχεται να συμβάλλει με τη σειρά της στο μειωμένο OS στα όργανα. Αν και τα αποτελέσματα πειραματικών μελετών σε ζώα δεν μπορούν πάντα να αναχθούν σε συμπεράσματα που αφορούν τους ανθρώπους, αυτή η μελέτη συνηγορεί υπέρ της χρήσης της κλονιδίνης σαν συμπληρωματικό αναισθητικό παράγοντα εκλογής σε ασθενείς επιρρεπείς σε απώλεια αίματος, με στόχο την άμβλυνση των παθοφυσιολογικών επιπτώσεων του H/S που μπορούν να οδηγήσουν σε MODS. / Hemorrhagic shock (H/S) leads to the development of oxidative stress (OS) as a result of the excessive production of reactive oxygen species (ROS) in various tissues during reperfusion. Likewise, ischemia and ROS are believed to compromise the integrity of the intestinal barrier, resulting in endotoxemia. Moreover, it is now clear that the choice of sedation in ICU (Intensive Care Unit) patients affects their outcome. The a2-adrenergic agonist clonidine that is used as an adjunct to anesthesia, as well as in the ICU setting, has been shown to exert protective effects in models of ischemia/reperfusion injury. Aim of the study: To test the effect of clonidine pre-treatment of rats in the H/S-induced OS in the gut, liver and lung tissues and endotoxemia as well. Materials and Methods: The study consisted of two arms (64 rats): one for the measurement of the oxidative load in the organs and one for the measurement of endotoxin. Four animal groups (n=8 per group) were used for each arm (Sham, Clonidine, H/S and Clonidine-H/S group). The duration of Η/S was one hour, targeting to a mean arterial pressure of 30-40mmHg, at the end of wich rats were rescusitated by reinfusion of the shed blood. Three hours after rescusitation, the oxidative load was estimated with the measurement of lipid hydroperoxides (LOOHs) and superoxide radical (O2.- ) production in the liver, gut and lungs of the animals, while the levels of endotoxin were determined in both the systemic and portal circulation. Results: Rats subjected to H/S exerted increase in the oxidative load in all the tested organs. Clonidine pre-treatment resulted in a statistically significant reduction of LOOHs production after H/S in the gut (P < 0.001), liver and lungs of the rat (P < 0.05). Rats in the Clonidine-H/S group exhibited a statistically significant reduction (P< 0.001) in the production of O2.- in the gut and liver, and to a lesser extent in the lungs ( P < 0.05) compared to H/S group. H/S induced endotoxemia in the portal and systemic circulation, whereas clonidine pre-treatment reduced the amount of endotoxin detected both in the portal (P<0.05) and systemic (P<0.01) circulation compared to H/S. Conclusion: This study documents for the first time that clonidine pre-treatment prior to H/S results in a significant reduction of the OS observed in the gut, liver and lungs of the rat. Moreover, this antioxidant effect was estimated for the first time in a model of H/S with a new, direct and quantitative method of O2.- production. These results are of great value, since the H/S-induced OS is implicated in the pathogenesis of MODS (Multiple Organ Dysfunction Syndrome). Furthermore, clonidine prevented H/S induced endotoxemia in both portal and systemic circulations, probably due to its antioxidant effect on the intestinal epithelium. The reduced endotoxemia after clonidine pre-treatment may contribute to the decreased OS observed in the liver and lungs. Although laboratory results on animals should not be easily extrapolated to humans, we believe that clonidine merit consideration as an adjunctive sedative agent of choice in patients susceptible to develop H/S, as it may prevent the development of MODS, improving likewise their outcome.