Experimentelle Untersuchungen zum Einfluß von Interleukin 13 auf neutrophile Granulozyten unter inflammatorischen Bedingungen

Abstract

IL-13 ist ein Polypeptidhormon, welches von aktivierten TH2-Helferlymphozyten gebildet wird. Es besitzt eine Reihe immunmodulierender Eigenschaften auf B-Lymphozyten, Makrophagen, Monozyten, PMN und Endothelzellen. Es tritt neben anderen anti-inflammatorischen Zytokinen wie dem IL-10 und IL-4 während der immunparalytischen Phase der Sepsis auf. IL-13 wird in die Gruppe der anti-inflammatorischen Zytokine eingeordnet, weil es in vitro die Eigenschaft besitzt, die Produktion von pro-inflammatorischen Zytokinen wie TNFa, IL-1, IL-6 sowie IL-8 zu unterdrücken. Wenige und teilweise widersprüchlich erscheinende Informationen sind bisher über die direkte und die primende Wirkung von IL-13 auf PMN bekannt. In dieser Arbeit wurde experimentell unter inflammatorischen Bedingungen die Wirkung von IL-13 auf den granulozytären Oxidativen Burst, die Degranulationsreaktion sowie den Lipidmediatorstoffwechsel untersucht. Durch LPS ließ sich der fmlp-induzierte Oxidative Burst steigern. Eine weitere Steigerung war durch die Zugabe von Serum zum Inkubationspuffer möglich. Die zusätzliche Inkubation der PMN mit IL-13 führte tendenziell zu einer weiteren Verstärkung des Oxidativen Burstes. Der Einsatz des PKC Inhibitors Bisindolylmaleimide führte sowohl in der Versuchsreihe mit IL-13 als auch ohne IL-13 zu einer Hemmung des Oxidativen Burstes. Nach der Inkubation mit IL-13 zeigte sich, daß im Vergleich eine höhere IC50 nötig war. Diese Beobachtung läßt die Schlußfolgerung zu, daß IL-13 auf einer Stufe der Signaltransduktionskette bis hin zur PKC Einfluß auf deren Aktivierung nimmt. Weiterhin konnten wir zeigen, daß IL-13 zu einer Hemmung der Degranulationsreaktion fähig ist. IL-13 Konzentrationen bis einschließlich 1ng/ml führten zu einer dosisabhängigen Hemmung der Elastase-Ausschüttung, die bei ansteigenden IL-13 Konzentrationen wieder auf das Niveau des Referenzwertes zurückkehrte. Eine Erklärung für diesen Sachverhalt könnte die vermehrte Bildung von Sauerstoffradikalen bei höheren IL-13 Konzentrationen sein, die im Sinne von autocrinen und paracrinen Funktionen Einfluß auf die Degranulationsreaktion nehmen. Die untersuchten Auswirkungen von IL-13 auf die Lipidmediatorsynthese umfaßten die Leukotriensynthese und den PAF-Metabolismus.Die Leukotriensynthese konnte unter inflammatorischen Bedingungen, d.h. unter Zugabe von LPS und AA zum Inkubationspuffer, gesteigert werden. Relevant für unsere Untersuchungen waren die Zerfallsprodukte des LTA4, das LTB4 und das 5-HETE. Durch die zusätzliche Gabe von IL-13 kam es zur Hemmung der zuvor genannten Syntheseprodukte. Da die untersuchten Lipoxygenase-Produkte sich von 5-HPETE ableiten und die Synthese durch die Gabe von AA unabhängig von der PLA2 war, muß der Einfluß von IL-13 vor diesem Syntheseschritt liegen. Die von uns gewonnenen Ergebnisse im Rahmen der PAF-Synthese Untersuchungen zeigen eine steigernde Wirkung des LPS-Priming sowie die Unveränderbarkeit des Priming-Erfolges durch die gleichzeitige Inkubation mit IL-13.IL-13 wird bisher in die Gruppe der anti-inflammatorischen Interleukine eingeordnet. Die von uns gewonnenen Ergebnisse in Bezug auf die granulozytäre Leukotriensynthese und die Degranulationsreaktion bestätigen diese Einordnung. Der steigernde Einfluß von IL-13 auf das NADPH Oxidase System widerspricht jedoch dieser Kategorisierung. IL-13 ist ein Zytokin mit größtenteils anti-inflammatorischer Wirkung, das unter inflammatorischen Bedingungen auf Teile des PMN Stoffwechsels pro-inflammatorisch wirken kann. IL-13 is a polypeptide hormone which derives from activated TH2-lymphocytes. B-lymphocytes, macrophages, monocytes, PMN and endothelial cells respond to its range of immunomodulating properties. IL-13 appears during the immunoparalytic phase of sepsis, along with other anti-inflammatory cytokines such as IL-10 and IL-4. It is placed in the group of anti-inflammatory cytokines as it has the in vitro property of suppressing the production of pro-inflammatory cytokines such as TNFa, IL-1, IL-6 and IL-8. At present, little and seemingly partially contradictory information is known about the direct and the priming effect of IL-13 on PMN. In this experimental research, the effect of IL-13 under inflammatory conditions on the PMN oxidative burst, degranulation, as well as the lipid mediator metabolism were examined. The fmlp-triggered oxidative burst was enhanced by LPS. It was possible to further enhance the LPS response through the addition of serum to the incubation buffer. Additional incubation of PMN with IL-13 tended to further amplify the oxidative burst. The use of PKC inhibitor bisindolymaleimide in a series of experiments, both with and without IL-13, led to the inhibition of the oxidative burst. In the series with IL-13, a higher IC50 was necessary to inhibit the oxidative burst in comparison to the series without. This observation led to the conclusion that IL-13 influences the activation of PKC during stages in the signal transduction chain.Furthermore we were able to show that IL-13 is capable of inhibiting degranulation. IL-13 concentrations up to and including 1ng/ml led to a dose-dependent inhibition of the elatase release which, with increasing IL-13 concentrations, returned once again to the level of reference. An explanation for this fact could be the increased formation of oxygen radicals with higher IL-13 concentrations which influences degranulation through autocrine and paracrine mechanisms. The examined effects of IL-13 on the lipid mediator synthesis included leukotrien synthesis and PAF metabolism. The leukotrien synthesis could be increased under inflammatory conditions, i.e. through the addition of LPS and AA to the incubation buffer. The LTA4 decay, LTB4 and 5-HETE were relevant for our examination, the inhibition of these synthesis products being possible with IL-13. Since the examined lipoxygenase products derive from 5-HPETE and the synthesis did not depend on PLA2 through the addition of AA to the incubation buffer, IL-13 must have an influence prior to this synthesis step.Our results in relation to the PAF synthesis examination show an increasing effect of the LPS-priming as well as the unchangeability of the priming success through the concurrent incubation with IL-13.At present IL-13 is placed in the anti-inflammatory interleukine group. The results of our research in relation to the leukotrien synthesis and degranulation of neutrophils confirm this categorisation. However the increasing influence of IL-13 on the NADPH Oxidase system contradicts this categorisation.IL-13 is a cytokine which, for the most part, has an anti-inflammatory effect. It can however have a pro-inflammatory effect under inflammatory conditions on parts of the PMN metabolism.