Gestörte Prozessierung der hydrophoben Surfactantproteine bei der Idiopathischen Pulmonalen Fibrose

Abstract

Die Idiopathische Pulmonale Fibrose (IPF) ist durch einen progressiven Ersatz des normalen Lungengerüstes durch fibrotisches Bindegewebe gekennzeichnet, mit einer resultierenden Zunahme der alveolo-kapillären Diffusionsstrecke und einer Abnahme der Compliance (Dehnbarkeit) der Lunge. Klinisch kommt es hierdurch zu Dyspnoe und zu einer zunehmenden Einschränkung der Belastbarkeit.Vorausgegangene Untersuchungen bei familiärer IPF konnten Mutationen von Protei-nen des Surfactant-Systems aufdecken, darunter Mutationen im Surfactantprotein (SP)-C, SP-A oder im Lipidtransporter ABCA3. In dieser Arbeit sollte daher die Regula-tion und die Prozessierung von Surfactant-Komponenten, hier v. a. der Surfactantpro-teine und -phospholipide, in der bronchoalveolären Lavage (BAL) und im Lungenho-mogenat von Patienten mit sporadischer IPF gemessen und mit fibrosierender NSIP, COPD und gesunden Probanden bzw. Spendern verglichen werden. Die Protein- und Genanalysen erfolgten mittels Western Blot und Polymerase-Kettenreaktion, das Phospholipidprofil wurde mit dem Verfahren der Dünnschichtchromatographie (HPTLC) bestimmt.Im Vergleich zu den Kontrollen und zu COPD-Patienten konnte bei sporadischer IPF eine Reduktion der maturen Surfactantproteine SP-A, SP-B und SP-C in der BAL so-wie im Lungenhomogenat dargestellt werden. Dagegen fand sich hier eine Akkumulati-on von pro-SP-C, C- sowie N-pro-SP-B als inkomplett prozessierte Proteinvorstufen, und zwar zum Zeitpunkt der Diagnose wie auch der Transplantation. Korrespondierend hierzu konnte eine Reduktion der für die Surfactant-Prozessierung wichtigen Enzyme Napsin A und Kathepsin H auf Protein-, im Falle von Napsin A auch auf Aktivitätsebene dargestellt werden.Analysen der Phospholipidfraktion ergaben für die IPF und die fibrosierende NSIP sig-nifikant reduzierte Mengen an Gesamt-Phospholipiden, Phosphatidylglycerol und auch Phosphatidylcholin, passend hierzu war auch die Expression der für die Phospholipidsynthese wichtigen Enzyme FAT/CD36 und CCT a reduziert.Zusammenfassend lassen sich bei Patienten mit sporadischer IPF, in gewissem Um-fang auch bei fibrosierender NSIP, nicht aber bei Kontrollen und COPD-Patienten, gra-vierende Veränderungen des Surfactant-Systems mit eingeschränkter intrazellulärer Prozessierung und gestörter Zusammensetzung nachweisen. Die Folgen dieser Stö-rungen könnten eine Stressreaktion der alveolären Typ-II-Zelle und eine gestörte Oberflächenspannungsregulation in der Alveole sein und zu der Entwicklung einer Lungenfibrose beitragen. Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is characterized by a progressive replacement of the delicate lung scaffold by fibrotic connective tissue, resulting in an impaired gas ex-change and decreased lung compliance. This causes dyspnea and progressive limita-tion in exercise capacity.Previous studies in familial forms of IPF revealed mutations in the proteins of the sur-factant system, among these the surfactant proteins (SP)-C, SP-A, or the lipid trans-porter ABCA3.In this thesis focusing on sporadic forms of IPF, the regulation and processing of sur-factant-components, especially the surfactant proteins and phospholipids, were ana-lysed employing bronchoalveolar lavages (BAL) and lung homogenates and compared to fibrotic NSIP, COPD, and healthy subjects. Protein and mRNA analysis was carried out using western blotting and polymerase chain reaction. The phospholipid profile was evaluated by thin layer chromatography (HPTLC).In comparison to fibrotic NSIP, COPD, and healthy subjects, patients with sporadic IPF showed a remarkable reduction in the mature surfactant proteins SP-A, SP-B, and SP-C in BAL and lung homogenate.In contrast, an accumulation of the incompletely processed proproteins pro-SP-C, C- and N-pro-SP-B was found at the time of diagnosis as well as transplantation. Simulta-neously, a reduction of the relevant enzymes necessary for surfactant protein process-ing, napsin A and cathepsin H, could be demonstrated. For napsin A we were able to proof a reduced activity level in lung homogenate.With regard to the phospholipid fraction, we could demonstrate a significantly reduced amount of overall phospholipids, phosphatidylglycerol and phosphatidylcholin in spo-radic IPF and fibrotic NSIP. Correspondingly, we measured a reduction in the enzymes FAT/CD36 and CCT alpha, which are important for phospholipid synthesis.In summary, patients with sporadic IPF and fibrotic NSIP showed severe changes of the surfactant system, with impaired intracellular processing and defective composition. For patients with COPD and healthy subjects, no alterations in the pulmonary surfac-tant system could be found.These alterations could result in a stress reaction in type II cells and a defective sur-face tension regulation in the alveolus, further contributing to the development of lung fibrosis.