Endotoxin-vermittelte Regulation der Expression von Chemokinen in isoliert perfundierten Rattenlungen im Vergleich zur Basalexpression in verschiedenen Organsystemen in Ratte und Mensch

Abstract

Die vorliegende Studie beschäftigte sich mit der Endotoxin-vermittelten Regulation der Expression von Chemokinen und ihrer Rezeptoren in isoliert perfundierten Rattenlungen im Vergleich zur Basalexpression in verschiedenen Organsystemen in Ratte und Mensch. Die überwiegende Übereinstimmung der Daten über die Verteilung von Chemokinen und Chemokinrezeptoren in der Rattenlunge und in der humanen Lunge zeigt die grundlegende speziesübergreifende Bedeutung der zellulären Expression für ein Verständnis der Rolle der Chemokine und ihrer Rezeptoren bei der Pathogenese der Sepsis. Zudem bestätigen die Ergebnisse das Rattenmodell als geeignetes Tiermodell zur Untersuchung der in der vorliegenden Arbeit dargestellten Fragestellungen. In beiden Spezies ließen sich immunhistochemisch Ursprungszellen von Chemokinen und ihrer Rezeptoren unter normalen physiologischen Bedingungen lokalisieren. Bestimmte Zelltypen der Lunge, des Gastrointestinaltraktes, der Leber, der Haut, der Milz und der Niere ermöglichen durch gleichzeitige Chemokin- und Chemokinrezeptorbildung neben einer systemischen Beeinflussung auch die Option einer autokrinen Immunregulation mittels der Chemokine unter physiologischen Bedingungen. Daten aus der Literatur konnten die gewonnenen Ergebnisse einer Proteinexpression von Chemokinen und ihrer Rezeptoren sowohl im humanen Material als auch im Tiermodell in den zuvor genannten Organen unterstützen. In der vorliegenden Arbeit wurde Endotoxin, ein Lipopolysaccharid (LPS) gramnegativer Bakterien eingesetzt, um die Regulation verschiedener Chemokine und ihrer Rezeptoren zu untersuchen. Immunhistochemisch zeigte sich in der Rattenlunge eine Steigerung der Chemokin- und Chemokinrezeptor-Expression innerhalb einer Versuchsdauer von 2 h nach einer LPS-Stimulation. Dabei zeigte sich eine Steigerung der Chemokinbildung auch unabhängig von 1,5%iger Plasmazugabe zum Pufferperfusat. Dies könnte für einen LPB-unabhängigen Weg der LPS-Stimulation sprechen. In diesem Fall scheinen die beobachteten Effekte von LPS nicht durch Plasma-Proteine bzw. LBP und CD 14 vermittelt zu werden. Zusätzlich zu einer LBP-CD-14-Achse könnte somit zusätzlich ein CD-14- und Plasma-unabhängiger, sekundärer Signaltransduktionsweg durch LPS-aktivierte Zytokine wie z. B. TNF existieren. Eine vermehrte Sekretion von TNF war bei mehreren Studien mit LPS-perfundierten Lungen zuvor beobachtet worden. Die weitere Erforschung der LPS-induzierten Signaltransduktion der Chemokine über eine LBP-CD-14-Achse oder sekundär über TNF könnte als Teil eines hochkomplexen Netzwerkes der Immunregulation neue Aspekte der Pathogenese von Sepsis mit ARDS und Multiorganversagen aufzeigen und über neu entwickelte Therapiekonzepte die hohe Letalität auf der Intensivstation senken. Hinweise aus der internationalen Literatur hinsichtlich allergischer oder entzündlicher Erkrankungen bestätigen sowohl anhand vom Biopsiematerial, BAL- und Urinuntersuchungen von Patienten als auch im tierexperimentellen Entzündungs- oder Allergiemodell einen nachweisbaren Anstieg von Chemokinen als proinflammatorische Entzündungsmediatoren, welche mit einer Mobilisierung der Immunabwehr mittels Chemotaxis und Leukozytenmigration im Erkrankungsfall korrelierte. Diese Daten bestätigen erneut die entscheidende Rolle der proinflammatorischen Chemokine als Entzündungsmediatoren bei der Immunabwehrregulation und Mobilisierung im Rahmen einer Infektion bzw. Sepsis und tragen zum Verständnis der Endotoxin-vermittelten pathophysiologischen Veränderungen unter septischen Bedingungen beim Multiorganversagen bei. The present study compares the regulation of the endotoxin-mediated expression of chemokines and their receptors in isolated perfused rat lungs to the basal expression in various rat and human organ systems. For the most part, the data on the distribution of chemokines and chemokine receptors correlate in the rat and human lung. To understand the role of chemokines and their receptors in the pathogenesis of sepsis is the cellular expression of fundamental importance. The results also confirm the rat model as a suitable animal model to investigate the objective of the present study. Cells expressing chemokines and their receptors were immunohistochemically located in both species under normal physiological conditions. Certain cell types in the lung, gastrointestinal tract, liver, skin, spleen, and kidney, which produce both chemokines and their receptors, exert not only a systemic effect but also have an autocrine immunoregulatory function via these chemokines. Data from the literature support the findings on protein expression of chemokines and their receptors in the aforementioned organ systems of humans as well as in animal models. Endotoxin, a lipopolysaccharide (LPS) of gram negative bacteria, was used in this study to investigate the regulation of different chemokines and their receptors. An increase in chemokine and chemokine receptor expression was observed immunohistochemically in the rat lung within 2 h after LPS stimulation. This chemokine increase was seen independently of the addition of 1.5% plasma to the buffer perfusate. The LPS stimulation may be independent of the LBP pathway. In this case, the LPS effects observed here may not be caused by plasma proteins like LBP and CD 14. On the other hand a CD 14 and plasma-independent secondary signal transduction pathway via LPS-induced cytokines such as TNF could exist. An enhanced secretion of TNF was previously observed in several studies with LPS-perfused lungs. The LPS-induced signal transduction of chemokines via a direct stimulation or secondarily via TNF may be part of a highly complex immunoregulatory network, which could reveal new aspects of the pathogenesis of sepsis, ARDS and multiple organ failure. In addition, as a result the development of new therapy concepts may hopefully reduce the high lethality in intensive care units. Data from the international literature on allergic and inflammatory diseases confirm a measurable increase in chemokines as proinflammatory mediators of inflammation in biopsy material, BAL and urine of patients as well as in inflammation and allergy models in animals. This correlates with a mobilization of the immune defense via chemotaxis and leukocyte migration in case of disease. These data confirm an essential role of proinflammatory chemokines as mediators of inflammation during immune defense regulation and mobilization during infection or sepsis. They add to the understanding of endotoxin-mediated pathophysiological changes under septic conditions during multiple organ failure.