Selektive Hemmung der Aktivität des Transkriptionsfaktors Nuclear Factor-kappa B im Modell der isolierten Rattenlunge nach Stimulation mit bakteriellem Endotoxin

Abstract

Der Transkriptionsfaktor Nuklear Factor-kappa B (NF-kB) ist über die Aktivierung von Transkriptionsprozessen an der Bildung von proinflammatorischen Zytokinen und den mitogeninduzierten Enzymen Cox-2 und iNOS beteiligt, die in der Pathogenese des akuten septischen Lungenversagens (ARDS) eine wichtige Rolle spielen. Das ARDS, häufig ausgelöst durch bakterielles Endotoxin (LPS), stellt mit einer schweren Hypoxämie aufgrund pulmonaler Ventilations-Perfusions-Störungen, einer pulmonalen Hypertonie, Bronchokonstriktion und konsekutiver endo- und epithelialer Schrankenstörung ein häufig lethal endendes Krankheitsbild dar. Durch selektive Hemmung des Transkriptionsfaktors NF-kB mittels der Inhibitoren BAY 11-7082 und BAY 11-7085 sollte die LPS-induzierte Gefäß- und Bronchialreaktivität sowie die Lungengewichtszunahme als Antwort auf die Zugabe von Arachidonsäure (AA) an isolierten Rattenlungen untersucht werden. Zusätzlich erfolgte die Messung der AA-Metabolite TxA2, PGF1a, PGE2 und PGF2a mittels ELISA-Technik sowie die Bestimmung des pulmonalkapillären Drucks (Pc) und des kapillären Filtrationskoeffizienten (Kfc) zur Beurteilung der mikrovaskulären Permeabilität. Die Hemmung der NF-kB-Aktivität reduzierte die LPS-induzierte Cox-2-abhängige Erhöhung des pulmonalarteriellen Drucks nach AA-Applikation, was eine Beteiligung des Transkriptionsfaktors an den intrazellulären Abläufen zwischen der LPS-vermittelten Signaltransduktionskaskade und der daraus resultierenden Cox-2-Hochregulation in glatten pulmonalen Gefäßmuskelzellen vermuten lässt. Eine Beteiligung des NF-kB-Signaltransduktionsweges an der im Gefäßendothel lokalisierten Cox-1-abhängigen Bildung von PGI2 konnte nicht nachgewiesen werden. Eine konstitutive, von der LPS-vermittlelten Hochregulation unabhängige Cox-2-Aktivität, ist wahrscheinlich unabhängig vom Einfluss des Transkriptionsfaktors NF-kB möglich, da unter Zusatz der Inhibitoren die Cox-2-abhängigen Prostanoide TxB2 und PGE2 in den mit LPS stimulierten Lungen nicht beeinflusst wurden. NF-kB hatte nachweislich keinen Einfluss auf die Ventilationsdrucksteigerung nach LPS-Stimulation. Die fulminanten Gewichtszunahmen nach Zugabe der NF-kB-Inhibitoren, sowohl in Kontrollen als auch in den mit LPS stimulierten Lungen, resultieren nachweislich nicht aus Veränderungen kapillärer Gefäßwiderstände sondern aus einer erhöhten mikrovaskulären Permeabilität. Daraus läßt sich ableiten, dass die konstitutive Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kB zur Aufrechterhaltung der pulmonal-kapillären Endothelbarriereeigenschaften sowohl unter physiologischen Bedingungen als auch innerhalb inflammatorischer Prozesse von Bedeutung ist. Nuclear factor-kappa B (NF-kB) is a transcription factor that plays an important role in the activation of a variety of genes including proinflammatory cytokines and the mitogen-inducible enzymes Cox-2 and iNOS, which are involved in the pathogenesis of the acute respiratory distress syndrome (ARDS). Bacterial endotoxin LPS initiates a complex response pattern in the lung, which contributes to the development of acute respiratory failure associated with ventilation-perfusion mismatch, pulmonary hypertension, bronchoconstriction and an increase in endo- and epithelial permeability with high mortality rates.Selective inhibitors of NF-kB activation (BAY 11-7082, BAY 11-7085) were applied in endotoxin-primed isolated rat lungs to investigate LPS-priming induced elevation of vaso- and bronchoreactivity and lung weight gain in response to arachidonic acid (AA) application. Additionally AA-metabolites (TxA2, PGF1a, PGE2, PGF2a) were measured in the buffer perfusate via ELISA techniques. The pulmonary capillary pressure (Pc) and the capillary filtration koefficient (Kfc) were measured to evaluate the microvascular permeability. Blocking of the LPS-mediated Cox-2-dependent pulmonary artery pressure elevation after AA-application by NF-kB inhibition indicates that NF-kB is an important transcription factor linking the LPS-induced intracellular signal to the enhanced Cox-2 expression in pulmonary vascular smooth muscle cells. Liberation of prostacyclin, which is mainly generated via a Cox-1/prostacyclin synthase-axis in endothelial cells, is not affected by NF-kB inhibition. NF-kB inhibition does only block upregulation of Cox-2, while baseline constitutive Cox-2 activity is not affected because Cox-2 dependent thromboxane and PGE2 liberation into the buffer perfusate were not reduced by NF-kB inhibition in LPS-stimulated rat lungs. NF-kB inhibition, however, did not influence LPS priming-related elevation of AA-induced ventilation pressure. Application of NF-kB inhibitors caused a rapid increase of lung weight in both control and LPS-primed lungs not resulting from enhanced capillary pressure but from enhanced capillary permeability. Thus, constitutive activation of NF-kB seems to be necessary for maintaining pulmonary endothelial barrier functions under physiological conditions and inflammatory processes.