Use of Synaptophysin Immunohistochemistry in Intestinal Motility Disorders

 

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Abstract

The purpose of this study was to describe synaptophysin (SY) immunoreactivity in colonic specimens from patients with Hirschsprung's disease (HD), chronic constipation (CC), or anal atresia (AA). This membrane protein is specific for the synaptic vesicles in the central and peripheral nervous system and responsible for neurotransmission. Biopsy specimens of the intestinal wall were obtained from 18 patients (age range, 2 days to 7 years). Immunohistochemistry was performed using rabbit anti-human antibodies specific for synaptophysin (DAKO). In the ganglionic colon of HD patients and others the immunoreactivity of SY-positive synapses was abundantly present in the smooth muscle layers. Distinct immunoreactivity showed ganglion cells and nerve fibers inside circular and longitudinal muscle layers. In some non-HD patients' colonic specimens SY-positive synapses were present in the muscularis mucosae. In the aganglionic colonic segment of HD-patients no immunoreactivity of synapses and ganglions was seen. In the transition zone, where ganglion cells appeared sporadically, synapses were very rarely present. In two patients from the CC group the amount of visualized synapses was clearly smaller and the concentration of ganglion cells within ganglions in these cases was much lower than usual (but still within normal ranges). In the AA group in the distal part of the atretic rectum (at the place where the fistula was cut) SY-positive synapses were present in smooth muscle layers and small dysplastic ganglions were seen in the submucosal and muscular region, but not in large numbers. These patients had a normal distribution of ganglion cells and synapses at the place of colostomy. Synaptophysin immunohistochemistry is an indirect labeling method with a high detection rate for intestinal ganglion cells by demonstrating their synapses. Changed intestinal distributions of SY-positive synaptic vesicles usually accompany colonic ganglion cell disorders. The pattern of SY-positive synapses distribution in circular and longitudinal colonic muscles and intermuscular ganglions can reflect functional disturbances of large bowel motility and could be helpful in the description of the innervation status of colonic specimens in HD patients.

Résumé

Le but de cette étude est de définir la Synaptophysine (SY) immuno-réactivité dans les prélèvements coliques des patients avec une maladie de Hirschsprung (HD.), une constipation chronique (CC), et une atrésie anale (AA). Cette protéine membranaire est spécifique des vésicules synaptiques dans le système nerveux central et périphérique et est responsable de la neuro-transmission. Les prélèvements de la paroi intestinale de 18 patients (age moyen de 2 à 7 ans) étaient analysés. L'immuno-histochimie a été réalisée utilisant des anticorps de lapins anti-humains, spécifiques pour la synaptophysine (DAKO). Dans les cellules ganglionnaires du colon des patients avec HD et les autres, l'immuno-réactivité des synapses SY-positives était présente de manière abondante dans les éléments musculaires lisses. Une immuno-réactivité distincte montrait des cellules ganglionnaires et des fibres nerveuses à l'intérieur des plans musculaires circulaires et longitudinaux. Chez quelques patients non malade de Hirschsprung, les synapses SY-positives étaient présentes dans la musculaire-muqueuse. Dans les segments aganglionnaires de patients HD, aucune immuno-réactivité des synapses et des cellules ganglionnaire n'a été vue. Dans la zone transitionnelle, où les cellules ganglionnaires apparaissaient de manière sporadique, les synapses étaient présentes rarement. Chez 2 patients du groupe CC, le nombre de synapses visualisées était clairement plus petit et la concentration de cellules ganglionnaires, à l'intérieur des ganglions, était plus basse qu'habituellement (mais encore en nombre normal). Dans le groupe AA et dans la partie distale du rectum atrétique (là où la fistule était coupée), les synapses SY-positives étaient présentes dans les plans musculaires lisses et des petits ganglions dysplasiques étaient vus dans les régions sous muqueuses et musculaires mais en petit nombre. Ces patients avaient une distribution normale des cellules ganglionnaires et des synapses au niveau de la colostomie. L'immuno-histochimie par la Synaptophysine est une méthode indirecte avec un taux de détection élevée pour les cellules ganglionnaires. Les modifications intestinales des vésicules synaptiques SY-positives normalement s'accompagnent de modifications des cellules ganglionnaires. L'aspect de la distribution des synapses SY-positives dans les fibres musculaires circulaires et longitudinales et les cellules ganglionnaires peuvent refléter les anomalies fonctionnelles du colon et peuvent être utiles dans la description de l'innervation des biopsies coliques chez les patients HD.

Resumen

El objetivo de este estudio es describir la inmunorreactividad a la sinaptofisina (SY) en muestras de colon de pacientes con enfermedad de Hirschsprung (HB), estreñimiento crónico (CC) y atresia anorrectal (AA). Esta proteína de membrana es específica de las vesículas sinápticas del sistema nervioso central y periférico y es responsable de la neurotransmisión. Se obtuvieron muestras de la pared intestinal en 18 pacientes (rango de edad de 2 días a 7 años). Se realizó inmunohistoquímica con anticuerpos de conejo antihumanos específicos para sinaptofisina (DAKO). En el colon gangliónico de los pacientes con HD y otros había abundantes sinapsis SY-positivas entre las capas de músculo liso. La inmunorreactividad delineaba claramente células ganglionares y fibras nerviosas en las capas circular y longitudinal del músculo. En algunos pacientes con otras alteraciones intestinales las sinapsis SY positivas estaban presentes en la muscularis mucosae. En el segmento agangliónico de los pacientes con HD no había inmunorreactividad de sinapsis ni de ganglios. En la zona transicional se veían células ganglionares que aparecían esporádicamente y las sinapsis eran muy raras. En dos pacientes de grupo CC la cantidad de sinapsis visualizadas era claramente menor y la concentración de células ganglionares en los ganglios era mucho más baja de lo habitual aunque todavía dentro de rangos normales. En el grupo AA en la parte distal del recto atrésico (en el lugar donde se cortó la fístula) había sinapsis SY positivas en las capas musculares lisas y pequeños ganglios displásicos en la submucosa y en la muscular pero no en grandes cantidades. Estos pacientes tenían una distribución normal de células ganglionares y sinapsis en el lugar de la colostomía. La inmunohistoquímica a la sinaptofisina es un método de marcaje indirecto con una tasa alta de detección para las células ganglionares intestinales y sus sinapsis. Los trastornos de la inervación colónica se acompañan de cambios en la distribución de las sinapsis SY positivas que pueden reflejar los trastornos funcionales de la motilidad del intestino grueso y pueden ser de utilidad para describir el estado de inervación de las muestras de colon en pacientes con enfermead de Hirschsprung.

Zusammenfassung

In der vorliegenden Studie wird die Immunreaktion von Synaptophysin in Kolonbiopsaten von Patienten mit Morbus Hirschsprung, chronischer Obstipation und Analatresie untersucht. Synaptophysin ist ein Membranenprotein, das für die synaptischen Vesikel im zentralen und peripheren Nervensystem spezifisch und für die Übertragung der neuronalen Erregung verantwortlich ist. Biopsien der Darmwand von 18 Patienten (Alter 2 Tage bis 7 Jahre) wurden untersucht. Die immunhistochemischen Reaktionen wurden mittels eines Serums mit spezifischem Kaninchen-Antikörper gegen menschliches Synaptophysin durchgeführt. Im ganglionären Kolonabschnitt von Hirschsprung-Patienten wurde eine starke Immunreaktivität an den Synaptophysinsynapsen gefunden. Eine ausgeprägte Reaktion fand sich auch an den Ganglienzellen und Nervenfasern innerhalb der Ring- und Längsmuskulatur. Bei einigen Nicht-Morbus-Hirschsprung-Patienten fanden sich SY-positive Synapsen auch in der Muscularis mucosae. Bei Patienten mit Morbus Hirschsprung konnte hingegen im aganglionären Abschnitt keine Immunreaktion an den Synapsen oder Ganglien nachgewiesen werden. In der Übergangszone fanden sich sporadisch Ganglienzellen und sehr selten Synapsen. Bei 2 Patienten mit chronischer Obstipation konnten deutlich schmalere Synapsen nachgewiesen werden. Die Konzentration der Ganglienzellen innerhalb der Ganglien war bei diesen Patienten deutlich geringer als gewöhnlich, aber noch im normalen Streuungsbereich. Die Kinder mit Analatresie zeigten im distalen Teil des atretischen Rektums in der Nähe der Fistel synaptophysinpositive Synapsen in den glatten Muskelschichten und schmale dysplastische Ganglien in der Submukosa und Muskularis. Diese Patienten zeigten eine normale Ganglienzellverteilung und Synapsenverteilung im Bereich der Kolostomie. Schlussfolgerung: Die Histochemie von Synaptophysin ist somit eine indirekte Methode, die mit einer hohen Sicherheit intestinale Ganglienzellen und ihre Synapsen nachweisen kann. Veränderungen der intestinalen Synapsenverteilung, der synaptischen Vesikel und der begleitenden Ganglienzellen weisen auf Störungen der Motilität hin. Das Verteilungsmuster der SY-positiven Synapsen in der Ring- und Längsmuskulatur und das der intramuskulären Ganglien reflektiert die funktionellen Störungen der Dickdarmmotilität und kann bei der Untersuchung und Beschreibung von Innervationsstörungen des Dickdarmes hilfreich sein.

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Dr. Ewa Dzienis-Koronkiewicz

Department of Paediatric Surgery
Medical University of Bialystok
Dr. Zamenhof Children's Hospital

Ul. Waszyngtona 17

15-274 Bialystok

Poland

Email: et_koron@2n.pl