Die cholinerge und nicht-cholinerge Innervation der Thoraxorgane der Maus

Abstract

Als stärkster Bronchokonstriktor nimmt ACh in der Innervation des Respirationstraktes eine wichtige Stellung ein, eine cholinerge Innervation der kleinsten Atemwege wurde jedoch angezweifelt. In dieser Arbeit sollte daher die cholinerge Innervation sowie die Verteilung cholinerger Fasern in unterschiedlichen Abschnitten des Respirationstraktes quantitativ erfasst und mögliche Kotransmitter identifiziert werden. Mittels AChE-Enzymhistochemie und eines fluoreszierenden Antikörpers gegen das glattmuskuläre alpha-Aktin wurde die Innervationsdichte der Atemwegsmuskulatur in verschiedenen Abschnitten des bronchopulmonalen Systems der Maus dargestellt und quantitativ erfasst. Mögliche Kotransmitter zu ACh wurden mittels Doppelimmunfluoreszenz mit Antikörpern gegen VAChT, die Neuropetide NPY, VIP, CGRP, und SP sowie dem Enzym TH identifiziert. Die NOS wurde mittels NADPH-Diaphorase-Reaktion dargestellt, die Gesamtinnervation der Brustraumorgane mit einem Antikörper gegen das panneuronale Protein PGP 9.5. Zusätzlich wurde auch die cholinerge Innervation des Ösophagus und des Herzens untersucht, wobei hier keine quantitative Analyse erfolgte. Wir konnten feststellen, dass die höchste Innervationsdichte in Bronchien mit einem Durchmesser von unter 100 µm zu finden ist und die cholinergen Fasern bis in die kleinsten Bronchioli nachverfolgt werden können. Kolokalisationen wurden nur vereinzelt zwischen VAChT und NPY in intraganglionären Zellkörpern sowie in Nervenfasern im Epikard, um Koronrarterien und um extrapulmonale Pulmonalvenen gefunden. Andere Kolokalisationen wurden, außer den mit dem panneurnalen Marker PGP 9.5, nicht dargestellt, wobei nicht-cholinerge katecholaminerge (TH-positiv), nitrerge (NADPH-Diaphorase-positiv) und peptiderge (CGRP, SP, VIP) nachweisbar waren. Alle Neurone intrinsischer Ganglien zeigten sich immunreaktiv für VAChT. Es lässt sich schlussfolgern, dass, entgegen einer früher geäußerten Vermutung, die kleinsten Atemwege gerade besonders ausgeprägt unter cholinerger neuronaler Kontrolle zu stehen scheinen. Zudem innervieren neben den klassischen cholinergen Neuronen auch NANC-Neurone die Brustraumorgane. Da ACh bei inflammatorischen Umbauprozessen bei Lungenerkrankungen wie Asthma bronchiale oder COPD eine signifikante Rolle spielt, können diese Befunde zum besseren Verständnis pathophysiologischer Prozesse beitragen und somit die Möglichkeit zur Optimierung bestehender Therapieansätze bieten. As a major bronchoconstrictror ACh plays an important role in the innervation of the respiratory system. Yet it has been questioned, whether smallest airways receive cholinergic innervation. Thus, the present study aimed to demonstrate and quantify the cholinergic innervation of different segments of the mouse lower respiratory tract and to identify potential cotransmitters. The innervation density of airway muscles in different segments of the bronchopulmonary system was studied by means of AChE histochemical staining and immunolabeling of alpha-smooth muscle actine. Cotransmitters were identified by double-labelling immunofluorescence with antibodies against VAChT, the neuropeptides NPY, VIP, CGRP and SP as well as the enzyme TH. NOS activity was visualized by means of NADPH-diaphorase reaction, the overall innervation with an antibody against the panneuronal protein PGP 9.5. The cholinergic innervation of the oesophagus and the heart was also analyzed, a quantitive analysis, however, was not performed. The highest innervation density was found in bronchi with a diameter of less than 100 µm, and cholinergic fibers could be traced to the smallest bronchioles. Colocalizations were only sporadically revealed between VAChT and NPY in intrinsic neuronal cell bodies and axons in the epicardium, around coronary vessels and pulmonary veins close to the heart. Further colocaizations, except for the panneuronal protein PGP 9.5, were not observed, but separate populations of catecholaminergic (TH-positive), nitrergic (NADPH-diaphorase positive), and peptidergic (CGRP, SP, VIP) were noted. All neurons of intrinsic ganglia showed VAChT-immunoreactivity. In conclusion, in contrast to previous asumptions, the smallest airways are under particularly prominent cholinergic control. In addition to cholinergic and catecholminergic neurons, NANC neurons also innervate thoracic organs.Since ACh plays an important role in the airway remodeling seen in pulmonary diseases such as bronchial asthma or COPD, the present findings contribute to a better understanding of pathophysiological process and may be helpful to improve current therapeutic approaches.