ICAM-1 abhängige Akkumulation neutrophiler Granulozyten und Leukotrien-vermittelte Kardiodepression in Staphylococcus aureus alpha-Toxin-perfundierten Rattenherzen

Abstract

Die Rolle von polymorphkernigen neutrophilen Granulozyten (PMN) in der septisch, kardiellen Dysfunktion ist zum gegenwärtigen Zeitpunktnoch unbekannt. Infektionen mit dem Bakterium Staphylococcus aureus stehen häufig mit septischen Symptomen im Zusammenhang. Ausdiesem Grund perfundierten wir isolierte Rattenherzen mit geringen Dosen von alpha-Toxin, dem wichtigsten Exotoxin von Staphylococcusaureus, gefolgt von einer Zugabe menschlicher PMN, formyl-methyl-leucyl-phenylalanin und Arachidonsäure. Im Kontrast zu Kontrollherzen(ohne Toxin) konnte ein Anstieg im koronaren Perfusionsdruck (CPP), eine Reduktion der kontraktilen Funktion der Herzen und einekardielle Expression von Interzellularen Adhäsionsmolekül 1 (ICAM-1) mittels Immunhistologie nachgewiesen werden. HistologischeUntersuchungen und durch den Nachweis einer Myeloperoxidase Aktivität in mit alpha-Toxin vorbehandelten Herzen ließen auf einekardielle PMN Akkumulation schließen. Signifikante Mengen der cysteinyl (cys)-Leukotriene (LT), LTB4 und 5-hydroxyeicosatetraensäure (5-HETE) konnten in mit alpha-Toxinperfundierten Herzen nachgewiesen werden. Mit einem anti-ICAM-1 Antikörper konnte die neutrophile Akkumulation, dieLeukotriensynthese, die koronielle Vasokonstriktion und die daraus folgende Kardiodepression unterdrückt werden. Gleichermaßen wirkteder eingesetzte Lipoxygenasenhemmer MK-886 der ebenfalls die Leukotriensynthese und die Kardiodepression inhibierte. Wir schlossendaraus das geringe alpha-Toxin Mengen eine koronielle ICAM-1 Expression und PMN Akkumulation provozieren und daraus resultierendeine Synthese von cys-LTs, LTB4 und 5-HETE. Diese Antwort steht im Zusammenhang mit einer koroniellen Konstriktion und einerkardialen Dysfunktion die mit einer cys-LTs Synthese und einer Minderperfusion ein zusammenhängendes Bild ergibt. The role of polymorphonuclear neutrophils (PMN) in septic myocardial dysfunction is presently unknown. Staphylococcus aureus infectionsare frequently associated with septic sequelae. Therefore, we perfused isolated rat hearts with low doses of a-toxin, the majorstaphylococcal exotoxin, followed by application of human PMN, formyl-methyl- leucyl-phenylalanine, and arachidonic acid. In contrast tosham-perfused hearts (no alpha-toxin), a rise in coronary perfusion pressure (CPP) and a reduction of contractile function were noted, andcardiac expression of intercellular adhesion molecule (ICAM)-1 was detected by immunohistochemical methods and real-time PCR.Histological analysis and myeloperoxidase activity indicated cardiac PMN accumulation in alpha-toxin-challenged hearts. Major quantitiesof cysteinyl (cys)-leukotrienes (LT), LTB4, and 5- hydroxyeicosatetraenoic acid (5-HETE) were found in perfusate of alpha-toxin-exposedhearts. With an anti-ICAM-1 antibody, neutrophil accumulation, leukotriene (LT) synthesis, coronary vasoconstriction, and accompanyingcardiodepression were suppressed. Similarly, the lipoxygenase inhibitor MK-886 blocked LT synthesis and maintained cardiac function.We conclude that low-dose alpha-toxin provokes coronary endothelial ICAM-1 expression and neutrophil accumulation, with subsequentsynthesis of cys-LTs, LTB4, and 5-HETE under conditions of appropriate stimulation. This response is linked with coronary vasoconstrictionand contractile dysfunction, with cys- LT synthesis and maldistribution of perfusion are likely underlying mechanisms.