Charakterisierung der pyrogenen Wirkung der synthetischen doppelsträngigen RNA Polyinosin-Polycytidylsäure (Poly I:C)

Abstract

Zentrales Ziel des ersten Teils der vorgelegten Dissertationsschrift war die Chrakterisierung von Polyinosin : Polycytosin (PIPC) als exogenes Pyrogen beim Meerschweinchen. Bei PIPC handelt es sich um eine synthetischen doppelstängige RNA, die als Agonist des Toll-like Rezeptors-3 wirkt. Es wurde untersucht, wie sich die Art der Applikation von PIPC auf die Fieberentwicklung und die Bildung ausgewählter Zytokine bei der untersuchten Spezies auswirkt. Die Körperkerntemperatur wurde bei frei beweglichen Tieren mittels Radiotelemtrie erfasst, die Zytokine Tumor Nekrose Faktor-α (TNF-α) und Interleukin-6 (IL-6) wurden im Blutplasma mittles spezifischer Bioassays gemessen. Bei einer Dosis von 500 μg/kg hing die fiebererzeugende Wirkung von PIPC sehr star von der Art der Applikation des Pyrogens ab. Intra-arterielle (i.a.) oder intraperitoneale (i.p.) Injektionen von PIPC induzierten starke Fieberreaktionen und verursachten hohe zirkulierende Konzentrationen an TNF-α und IL-6. Intramuskuläre (i.m.) Injektionen des synthetischen Pyrogens induzierten nur mäßiges Fieber und geringfügige Anstiege an Zytokinen im Blut. Nach Injektionen von PIPC in sukutan (s.c.) impalntierte Kammern aus Teflon traten weder Fieber noch Anstiege der untersuchten Zytokine im Plutplasma der Versuchstiere auf. Wurde PIPC in Abständen von 3 Tagen 5-mal wiederholt injiziert, entwickelten sich jeweil ähnliche Fieberveräufe und Zytokinmuster im Blut. Jedoch war die Stärke beider Antworten bei wiederholten Stimulationen mit PIPC, im Vergleich zu den Reaktionen auf die erste Injektion, signifikant abgeschwächt. Es scheint sich somit eine partielle Entwicklung einer Toleranz bei wiederholter Konfrontation der Versuchstiere mit PIPC gegenüber diesem Pyrogen zu manifestieren. Die Modulation der Stärke des PIPC-induzierten Fiebers durch die Art der Applikation und die partielle Toleranzentwicklung korreliert somit mit dem Ausmaß der PIPC-induzierten Bildung der beiden untersuchten Zytokine. Im zweiten Teil dieses Dissertationsprojekts wurde die direkte Auswirkung von i.a. Injektionen des synthetischen Pyrogens PIPC (500 μg/kg) auf mögliche Mechanismen der Fieberentstehung im Gehirn des Meerschweinchens experimentell untersucht. Die bei dieser Dosierung und dieser Applikationsart auftretende starke Fieberreaktion wurde durch eine Behandlung mit dem nicht-selektiven Zyklooxygenase (COX)-Hemmer Diclofenac vollständig unterdrückt, durch den selektiven COX-2-Hemmer Nimesulide teilweise abgeschwächt (Dosierung jeweils 5 mg/kg). Es wurde weiterhin untersucht, ob eine direkte Aktivierung von Gehirnzellen / strukturen während der durch PIPC induziertzen Fieberreaktion nachweisbar war. Mittels radioaktiver in situ Hybridisierung wurde eine erhöhte Expression von COX-2 und IL-1β mRNA in spezifischen Regionen des Gehirns der mit PIPC behandelten Meerschweinchen dokumentiert. Die COX-2-Signale waren hierbei hauptsächlich mit Blutgefäßen assoziiert. Injektionen von PIPC (500 μg/kg, i.a.) verursachten außerdem eine massive Translokation des inflammatorischen Transkriptionsfaktors STAT3 in die Kerne bestimmter Zellen in bestimmten Hirnstrukturen. Speziell waren STAT3-aktivierte Endothelzellen in zahlreichen Hirnarealen feststellbar. Zusätzlich wurden Populationen STAT3-aktivierter Astrozyten in Gehirnstrukturen mit unvollständiger Blut-Hirn-Schranke nachgewiesen. Hierbei handelte es sich vornehmlich um die sensorischen zirkumventrikulären Organe (Area postrema, Organum vasculosum laminae terminalis und Organum Subfornicale). Für eine weitere kleine Population STAT3-aktivierter Gehirnzellen konnte der zelluläre Phänotyp noch nicht identifiziert werden. Der Toll-like Rezeptor-3 Agonist PIPC verursacht somit beim Meerschweinchen ein Aktivierungsmuster von Gehirnstrukturen, wie es auch in anderen Experimentalmodellen einer systemischen Entzündungsreaktion bei anderen Spezies beschrieben wurde.