Der Einfluss von Pyruvat auf freie intrazelluläre Amino- und alpha-Ketosäuremuster sowie auf ausgewählte Immunfunktionen polymorphkerniger neutrophiler Granulozyten (PMN)

Abstract

Polymorphkernige neutrophile Granulozyten (PMN) stellen, aufgrund ihrer Funktionalität und ihrer hohen Zellumsatzrate, eine sehr wichtige Säule der zellulären, unspezifischen Immunabwehr des Menschen dar. Sie sind in der Lage pathogene Keime mittels Phagozytose in das Zellinnere aufzunehmen. Im Rahmen des oxidative burst produzieren die PMN zytotoxische Sauerstoffmetabolite, welche die opsonisierten Fremdstoffe zerstören. Zur Erfüllung ihrer vielseitigen Aufgaben ist die intrazelluläre Amino- und alpha-Ketosäurehomöostase von entscheidender Bedeutung für die PMN.In der vorliegenden Arbeit wurde die pathophysiologische Bedeutung von Pyruvat für die PMN untersucht. Nach Inkubation von Pyruvat in menschlichem Vollblut wurden im Anschluss die PMN aus dem Blut isoliert und die freien intrazellulären Amino- und alpha-Ketosäuren mittels Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie (HPLC) quantitativ analysiert. Parallel wurden wichtige granulozytäre Immunfunktionen wie die Produk- tion von Wasserstoffperoxid und Superoxidanion sowie die Aktivität der sezernierten Myeloperoxidase untersucht.Pyruvat induzierte eine sehr deutliche Konzentrationszunahme vor allem der Aminosäuren Glutamat, Glutamin und Alanin. Außerdem wurde eine starke Erhöhung der intrazellulären Konzentration der alpha-Ketosäuren alpha-Ketoglutarat und Pyruvat festgestellt. Diese Aminosäuren stellen wichtige Substrate in entscheidenden Stoffwechselwegen der PMN dar. Sie sind beteiligt an der Produktion von Zytokinen und zytotoxischen Sauerstoffmetaboliten, dienen als Bausteine für die DNA-, RNA-, Protein- und Lipidsynthese und liefern wichtige Substrate für die Energiebereitstellung. Weiterhin ließ sich nach der Inkubation mit Pyruvat eine deutliche Zunahme der Aktivität der Immunfunktionsparameter feststellen. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass man durch die Gabe von Pyruvat die immunologische Funktion der PMN positiv beeinflussen kann.Bei unterschiedlichen schweren Krankheitsbildern (z.B. Sepsis, massive Traumen, große operative Eingriffen) könnte eine Supplementation von Pyruvat im Rahmen einer immunonutritiven Therapie möglicherweise nicht korrigierbare Ernährungsdefizite ausgleichen und so positive klinische Effekte zeigen. Dazu zählen zum Beispiel kürzere Liege- und Respiratorzeiten, verminderte Mortalität, reduzierte Therapiekosten aber auch eine verbesserte Stickstoffbilanz und geringere Infektionsraten. Weitere Forschung wird hier allerdings notwendig sein, um diese vielversprechenden in vitro Ergebnisse auch im klinischen Setting zu reproduzieren.

For the first time the immunonutritional role of pyruvate on neutrophils (PMN), free alpha-keto and amino-acid profiles, important reactive oxygen species (ROS) produced [superoxide anion (O2-), hydrogen peroxide (H2O2)] as well as released myeloperoxidase (MPO) activity has been investigated. Exogenous pyruvate significantly increased PMN pyruvate, alpha-ketoglutarate, asparagine, glutamine, asparatate, glutamate, arginine, citrulline, alanine, glycine and serine in a dose as well as duration of exposure dependent manner. Moreover, increases in O2--formation, H2O2-generation and MPO activity in parallel with intracellular pyruvate changes have also been detected. Regarding the interesting findings presented here we believe, that pyruvate fulfils considerably the criteria for a potent immunonutritional molecule in the regulation of the PMN dynamic alpha-keto and amino acid pools. Moreover it also plays an important role in parallel modulation of the granulocyte-dependent innate immune regulation. Although further research is necessary to clarify pyruvate´s sole therapeutic role in critically ill patients´ immunonutrition, the first scientific successes seem to be very assuring.The results presented here seem to be very promising concerning the treatment of severe diseases (i.e. sepsis syndrome, polytrauma, etc.) because any deleterious changes in leukocyte function as the result of metabolic dysfunction can aggravate pathophysiological changes. Future therapeutically supplementation of specific amino or keto acids may induce possible positive effects. Future scientific research is needed to prove our thesis.