Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss von Eicosapentaensäure versus Arachidonsäure auf die Immunantwort polymorphkerniger neutrophiler Granulozyten in einem Koinkubationsmodell von Granulozyten und Endothelzellen

Abstract

Hintergrund: Die Interaktion von Polymorphkernigen Neutrophilen Granulozyten (PMN) und Endothelzellen (EC) spielt eine zentrale Rollein der Pathogenese vieler inflammatorischer Erkrankungen. Von besonderer Bedeutung sind dabei die Wirkungen der Lipidmediatoren,die aus der mehrfach ungesättigten Fettsäure Arachidonsäure (C20:4, w-6) synthetisiert werden. Ausgehend von der Notwendigkeitparenteraler Zufuhr von Lipiden bei schwerstkranken Patienten und dem Wissen um die proinflammatorischen Wirkungen der darinenthaltenen Arachidonsäure (AA) sollte in der vorliegenden Arbeit die Wirkung einer alternativen Fettsäure, der aus Fischölen gewonnenenw-3-Fettsäure Eicosapentaensäure (EPA, C20:5), untersucht werden. Methode: An einem Modell der parenteralen Fettsäurezufuhr mit aus Nabelschnüren gewonnenen Endothelzellen (HUVEC) und isoliertenhumanen PMN sollte geprüft werden, ob Endothelzellen angebotene freie Fettsäuren innerhalb kurzer Zeit in ihre Phospholipidpoolsaufnehmen, und ob sich die Fettsäurezufuhr auf eine spätere Koinkubation mit Granulozyten im Hinblick auf deren Immunantwort auswirkt.Des weiteren wurden Ansätze untersucht, die eine Erklärung für die Modulation der Immunantwort liefern könnten. Als Parameter zur Erfassung der Immunantwort der Granulozyten dienten Leukotriene als Lipidmediatoren, Elastase als proteolytischesEnzym bei Degranulationsreaktionen, sowie die Adhärenz von PMN an EC und die Bildung von Second-Messenger-Produkten durch PMN.Die Zellen wurden in vitro isoliert, koinkubiert und mit einem Calcium-Ionophor stimuliert. Ergebnisse: Sowohl bei der Elastase- als auch bei der Leukotrienproduktion der Granulozyten konnte die antiinflammatorische Wirkungder EPA gezeigt werden. Zusammen mit dem Auftreten der von EPA abgeleiteten von den Granulozyten produzierten Lipidmediatorenzeigt dies die effektive Aufnahme von EPA durch die Endothelzellen und deren Bereitstellung bei darauffolgender Stimulation. Dies konntenoch erhärtet werden durch die Hemmung der Phospholipase A2 der Endothelzellen, die den positiven Effekt der EPA teilweise wiederaufhob. Demgegenüber blieb eine Inhibition der Cyclooxygenase weitgehend ohne Effekt. Des weiteren konnte die Herabsetzung der Adhärenz von PMN an EPA-gefütterten Endothelzellen nachgewiesen werden. Die Erfassungder Second-Messenger-Bildung anhand der Inositolphosphatproduktion sollte den Einfluß von EPA auf die Signaltransduktion in der Zelleklären. Hier zeigte sich eine Modulation der Signalantwort von PMN im Sinne einer verzögerten Bildung von Inositolphosphaten. Fazit: Die Ergebnisse zeigen, daß die parenterale Zufuhr von Lipidemulsionen auf Basis von w-3-Fettsäuren eine hemmende Wirkung aufinflammatorische Prozesse im Organismus haben kann, da EPA von Endothelzellen innerhalb kurzer Zeit gespeichert wird und dadurch dieImmunantwort von endotheladhärenten PMN beeinflußt. Background: The interaction between Granulocytes (PMN) and endothelial cells (EC) is a critical step in the pathogenesis of manyinflammatory diseases. Especially lipid mediators, which are metabolised from arachidonic acid (AA, C20:4, n-6), play an important role inthis setting. As infusion of lipid emulsions (which contain AA) is necessary in many critically ill patients, the effects of an alternative fattyacid, the n-3 fatty acid eicosapentaenoic acid (C20:5) from fish oils were investigated. Methods: In an model of parenteral application of free fatty acids, human umbilical vein derived endothelial cells (HUVEC) were incubatedwith either AA or EPA, then coincubated with isolated human PMN and stimulated with a calcium-ionophore. The aim was to clarify whetherfree fatty acids are incorporated into endothelial phopholipidpools within a short period of time (2h) and exert different effects on theimmune response of coincubated PMN later on. As parameters of the immune response served: the activity elastase as a proteolytic enzyme in degranulation reactions, generation ofleukotrienes as lipid mediators, adhesion of PMN on EC, and generation of second messenger products. Furthermore, cyclooxygenaseand phospholipase A2 respectively were inhibited to investigate their possible influence on the immunomodulatory effects of n-3 fatty acids. Results:The antiinflammatory effects of eicosapentaenoic acid were demonstrated both in reduced lipid mediator generation and elastaseactivity, together with the appearance of EPA-derived leukotrienes. Adhesion of PMN on EC was significantly reduced after application ofEPA, and the generation of second messenger products was delayed. Inhibition of phospholipase A2 cancelled these effects, whereasinhibition of cyclooxygenase showed no effect. Conclusion:Parenteral application of n-3 lipid emulsions could be an effective way to modulate the immune response of PMN, as freeEPA is incorporated into endothelial phospholipidpools within a few hours and effects lipid mediator generation and elastase activity ofPMN, adhesion of PMN on EC and signaltransduction in PMN.