Über den Einfluss von Stress und Entzündung auf das non-neuronale cholinerge System und die Mastzellen der Haut

Abstract

Die Haut wird mit unterschiedlichen exogenen und endogenen Herausforderungen konfrontiert. Die Anpassung an diese stellt sie vor eine besondere Aufgaben und scheint zusätzlich ein besonderes Merkmal des cholinergen Systems zu sein. Wesentliche in die Stressantwort der Haut involvierte Systeme sind bekannt, aber auch Acetylcholin scheint in der Regulierung von Entzündungen und Erkrankungen der Haut von entscheidender Bedeutung zu sein. Es ist deshalb von großer Bedeutung, die Rolle der Stresswahrnehmung und die folgende Aktivierung des non-neuronalen cholinergen Systems (NNCS) in der Haut im Hinblick auf unterschiedliche Stressoren zu verstehen. Grundlage der hier durchgeführten Microarray-, HPLC-, qPCR- und Immunhistochemie-Untersuchungen bildete ein etabliertes murines Tiermodell, das sog. Atopische Dermatitis-ähnliche allergische Dermatitis (AlD)-Stress-Modell und kultivierte murine peritoneale Mastzellen (MZ). Der Microarray gestresster und nicht-gestresster Haut offenbarte ein spezifisches Expressionsmuster der Zytokine und deren Rezeptoren, welches möglicherweise durch nikotinerge und muskarinerge Acetylcholin-Rezeptoren beeinflusst wird. Die molekulare Analyse relevanter NNCS-Marker, mit diesen assoziierter Zytokine und Zytokinrezeptoren und die Messung der Acetylcholin-Konzentration in muriner Vollhaut zeigte, dass das NNCS im Rahmen der AlD eine protektive, antiallergische Stellung einnimmt. Zusätzlicher Stress in der AlD lies diesen schützenden Mechanismus zusammenbrechen und resultierte in einer proallergischen Ausrichtung des NNCS. Mit der Immunhistochemie konnten MZ dem kutanen NNCS zugeordnet werden. Gleichzeitig spiegelten sich die bereits für die Vollhaut auf molekularer Ebene beobachteten Effekte auf Basis der MZ wider. Auch die im Rahmen der neurogenen Entzündung initial schützende Mastzellprotease (MZP) 4 wird bei Aufeinandertreffen beider Stressoren auf molekularer Ebene abgeschaltet und fördert im Verlauf die Verstärkung der Entzündung. Hierbei konnte im Rahmen der Mastzellkultur nachgewiesen werden, dass der nikotinerge Acetylcholin-Rezeptor Alpha 7 in die Substanz P-abhängige Induktion der MZP-Expression involviert ist. Die zusätzliche Blockade des Neurotrophins Nerve Growth Factor reduzierte die vermehrte Aktivierung des NNCS auf molekularer Ebene und Proteinbasis und bestätigte bereits beschriebene entzündungshemmende Effekte im Rahmen der AlD. Diese Daten lassen die Schlussfolgerung zu, dass das NNCS eine Schlüsselrolle in der Steuerung von stressempfindlichen entzündlichen Reaktionen der Haut, insbesondere in MZ, übernimmt. Weitere Studien sind nötig, um die grundlegenden molekularen Mechanismen zu verstehen und potenzielle pharmakologische Ansätze für die Therapie zu finden, wie unter anderem die vielversprechenden MZP.

The skin is confronted with different exogenous and endogenous challenges. Adaptation to these challenges appears to be a distinct feature of the cholinergic system. Intrinsically acting stress-cascades are well known in skin, in which acetylcholine (ACh) may play a key role in the regulation of cutaneous inflammation and disease. Thus it is vital to address the role of stress perception and subsequent non-neuronal cholinergic system (NNCS) activation in response to different kinds of stressors. Basis of the here presented microarray-, HPLC-, qPCR- and immunohistochemistry investigations was an established murine animal model, the atopic dermatitis-like allergic dermatitis (AlD)-stress-model, and cultured murine peritoneal mast cells (PMCC). Microarray analysis of stressed and unstressed skin revealed a specific expression pattern of cytokines and their receptors, which may be affected by nicotinic and muscarinic receptors. Molecular analysis of relevant NNCS-markers, associated cytokines and cytokine receptors and measurement of ACh concentration in murine full thickness back skin showed, that the NNCS holds a protective, anti-allergic role in AlD. Additional stress breaks down this protective mechanism and results in a pro-allergic orientation of the NNCS. By immunohistochemistry MCs could be identified as part of the cutaneous NNCS. In addition, MC investigations showed a same tendency as molecular results of full thickness back skin. Also mast cell protease (MCP) 4, having a protective role in neurogenic inflammation, is downregulated on molecular level, if both stressors are applied and supports worsening of inflammation. At this, PMCC investigations demonstrated involvement of nicotinic acetylcholine receptor alpha 7 in a substance P-dependent MCP-expression. Additional blocking of the neurotrophin nerve growth factor in AlD-stress-model reduced increased activation of the NNCS at mRNA and protein levels and confirmed anti-inflammatory effects in stress-worsened AlD which is very well described in literature.These data conclude that the NNCS plays a key role in the regulation of stress-sensitive inflammatory responses in skin, especially in MCs. Further studies are necessary to understand the fundamental molecular mechanisms and to find pharmacological approaches for therapy, utilizing the potential of MCPs.