Identifikation von Resistin und Progranulin als liquorgängige Adipokine

Abstract

Die Funktion des Fettgewebes als hormonproduzierendes Organ und somit als endokrine Drüse ist ein neues und sehr komplexes Forschungsgebiet. Durch Adipokine, die vom Fettgewebe produzierten Hormone, kann das Fettgewebe mit verschiedenen Organen kommunizieren und in diverse Regelkreise des menschlichen Körpers eingreifen. Bisher konnte nur für wenige Adipokine, wie Leptin und Adiponektin, die Permeabilität der Bluthirnschranke und damit ein Indiz für die Existenz einer Fettgewebe-Gehirn-Achse nachgewiesen werden. Dem Adipokin Resistin werden proinflammatorische Eigenschaften zugewiesen und es scheint, zumindest im Mausmodell, eine wichtige Rolle in der Entwicklung einer Insulinresistenz zu spielen. Progranulin ist ein Adipokin mit vornehmlich antiinflammatorischen, wachstumsfaktorähnlichen und neuroprotektiven Effekten.In einem gut charakterisierten Kollektiv von 270 Patienten wurden in gepaarten Serum- und Liquorproben die Konzentrationen der Adipokine Resistin und Progranulin mittels ELISA bestimmt und in Zusammenhang mit anthropometrischen und laborchemischen Parametern gesetzt. Die Resistin-Konzentration im Serum war bei Frauen höher als bei Männern. Sowohl Resistin als auch Progranulin korrelierten unabhängig mit der LDL-Cholesterin-Konzentration und könnten damit neue unabhängige Risikofaktoren oder Surrogatparameter für kardiovaskuläre Ereignisse darstellen. Durch die positive Korrelation von Resistin im Serum mit verschiedenen Entzündungsparametern, wie der Leukozytenzahl oder der CRP-Konzentration, stellt Resistin einen Surrogatparameter für ein systemisches Entzündungsgeschehen dar. Beide Adipokine waren im humanen Liquor in einem breiten Konzentrationsbereich nachweisbar, wobei die Resistin-Konzentration nur bei 112 von 270 Patienten oberhalb der unteren Nachweisgrenze des verwendeten ELISAs lag. Für beide Adipokine konnten erstmals in der Literatur die entsprechenden Liquor-/ Serum-Quotienten berechnet werden als Basis für eine künftige klinische Normwert-Etablierung (Resistin: 4.4 ± 5.8x10-3, Progranulin: 16.3 ± 8.6x10-3). Die Konzentrationen beider Adipokine im Liquor stiegen mit dem Grad der Störung der Bluthirnschranke und mit der Zellzahl im Liquor an. Bei Patienten mit infektiösen ZNS-Erkrankungen war die Progranulin-Konzentration im Liquor erhöht, sodass diese einen möglichen Prädiktor für infektiöse ZNS-Erkrankungen darstellt.Basierend auf diesen Ergebnissen wurde die Regulation dieser Adipokine anhand von Zellkulturversuchen mit der murinen Zelllinie der 3T3-L1 Adipozyten und Präadipozyten weitergehend untersucht. Beide Adipokine konnten in ihrer (prä-)adipozytären Sekretion durch Sexualhormone beeinflusst werden. Die Sekretion von Resistin und Progranulin aus Adipozyten wurde durch verschiedene metabolische Faktoren, wie Glukose, freie Fettsäuren, Insulin und Inkretine, wie GLP-1 oder GIP, beeinflusst. In vitro konnte die Progranulin-Sekretion durch Stimulation mit proinflammatorischen Faktoren wie LPS, IL-6 oder TNF-a induziert werden.Die Ergebnisse der vorliegenden Studie leisten einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der lokalen, adipozytären und systemischen Funktion und Regulation der Adipokine Resistin und Progranulin und bieten die Grundlage für weiterführende Forschungsansätze einerseits im Hinblick auf die endokrine Kommunikation über die Fettgewebe-Gehirn-Achse andererseits für die Differentialdiagnose neurologischer Erkrankungen. The role of adipose tissue as a hormone-producing, hence endocrine organ, is a newly discovered and highly complex field of research. Through hormones secreted by adipose tissue, so-called adipokines, the adipose tissue is able to communicate with many organs and to affect various regulatory circuits in the human body. Up until now, the permeability of the blood-brain barrier for adipokines has been proven for only a few adipokines such as leptin and adiponectin and with it the potential existence of a postulated fat-brain axis. The adipokine resistin is known to have proinflammatory properties. It appears to be causally involved in the development of an insulin resistance at least in mice. Progranulin is an adipokine with antiinflammatory, growthfactor-like and neuroprotective functions.In a well characterized study population of 270 patients, paired serum and cerebrospinal fluid concentrations of the adipokines resistin and progranulin were measured by ELISA and correlation analysis was applied involving anthropometric data and routine parameters. In serum, resistin concentration was higher in women compared to men. Resistin as well as progranulin concentration correlated with LDL-cholesterol in serum independently. They might represent novel and independent risk factors or surrogates for cardiovascular events. Resistin in serum is correlated with inflammatory markers such as cell count of leukocytes or CRP-concentration. Therefore, resistin might be a surrogate parameter for systemic inflammation. Both adipokines were detectable in a wide range in human cerebrospinal fluid, but resistin levels were within the ELISA s detection limit in 112 of total 270 samples only. For the first time, we provide data to establish a baseline for a CSF-/serum-quotient (Resistin: 4.4 ± 5.8x10-3, Progranulin: 16.3 ± 8.6x10-3). Concentrations of both adipokines were increased along with the level of functional dysregulation of the blood-brain barrier as well as along with the amount of cells in cerebrospinal fluid. Patients with infectious diseases in the central nervous system had increased progranulin concentrations in cerebrospinal fluid, suggesting progranulin to be a potential predictor of infectious diseases in the central nervous system.Based on the findings, experiments within the murine cell-line of 3T3-L1 adipocytes and preadipocytes were performed in order to investigate the regulation of these adipokines on cellular level in detail. Both adipokines were influenced by sex hormones respective to their (pre-)adipocyte secretion levels. Secretion in 3T3-L1 adipocytes of resistin and progranulin was altered by diverse metabolic factors such as glucose, free fatty acids, insulin or incretins such as GLP-1 or GIP. In-vitro only progranulin was induced by proinflammatory parameters such as LPS, IL-6 or TNF-a.The results of the presented study are a substantial contribution to the understanding of local as well as systemic function and regulation of the adipokines resistin and progranulin and provide a basis for future research approaches, especially regarding the endocrine communication via a fat-brain axis as well as differential diagnosis of neurological diseases.