Adenosin und Adenosinrezeptoren regeln die Migration neutrophiler Granulozyten im akuten Lungenversagen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die akute respiratorische Insuffizienz (Acute Respiratory Distress Syndrome, ARDS) gehört zu den großen Herausforderungen der modernen Intensivmedizin und ist noch immer mit einer hohen Mortalität von ca. 40% behaftet. Die unkontrollierte Einwanderung neutrophiler Granulozyten (polymorphnukleäre Zellen, PMNs) von den Lungenkapillaren transendothelial ins Lungenintersitium und folgend transepithelial in den Alveolarraum gehört zu den kritischen Ereignissen des ARDS. Ziel dieses Projektes war es, die Regulation der PMN Migration in die Lunge im Zusammenhang mit den Adenosinrezeptoren (AR) Ai, A2b, A3 in einem murinen Modell der pulmonalen Inflammation zu charakterisieren. Zunächst untersuchten wir den Effekt des extrazellulären Adenosins auf die Inflammation durch die Verwendung von CD39- (Ecto-Apyrase: Spaltung von ADP/AMP zu Adenosin) und CD73-Knockout-Tieren (Ecto-5'-Nukleotidase: Spaltung von AMP zu Adenosin). Die Hemmung der Enzyme resultierte jeweils in einer verstärkten PMN Migration ins Lungeninterstitium und den Alveolarraum; die alveolo-kapilläre Permeabilität war ebenso gesteigert. Im Umkehrschluss ließ sich durch die Behandlung von Wildtyptieren mit den Enzymen eine Reduzierung der PMN Migration erreichen. Untersuchungen des AR-A1 zeigten, dass dieser Rezeptor maßgeblich an der transenothelialen und transepithelialen Migration beteiligt ist. Durch die Verwendung chimärer Mäuse konnten wir zeigen, dass dafür die Ausprägung des AR-A1 auf hämatopoetischen Zellen notwendig ist. Chimäre Mäuse sind Mäuse, die den zu untersuchenden Rezeptor ausschließlich entweder auf hämatopoetischen Zellen oder auf nicht-hämatopoetischen Zellen exprimieren. Diese Mäuse werden durch Bestrahlung und anschließende Knochenmarkstransplantation zwischen Wildtyp- und Knockout-Tieren generiert. Des Weiteren konnten wir dem endothelialen AR-A1 eine entscheidende Rolle bei der endothelialen Integrität nachweisen. Der AR-A2b zeigte eine starke Wirkung auf die transendotheliale Migration, wobei ausschlaggebend dafür der Rezeptor auf hämatopoetischen Zellen identifiziert wurde. Im Gegensatz dazu ist der AR-A2b auf nicht- oder auf hämatopoetischen Zellen zum Erhalt der endothelialen Integrität in der LPS induzierten pulmonalen Inflammation notwendig. Die Stimulation des AR-A3 führte zu einer Reduktion der PMN Zahlen in allen 3 Lungenkompartimenten. Hierfür war die Expression des Rezeptors auf beiden Ebenen - der nicht- und der hämatopoetischen - eine wichtige Rolle. Die mikrovaskuläre Permeabilität wurde durch Stimulation des AR-A3 reduziert. Die pulmonale Integrität wurde zusätzlich anhand von Untersuchungen des zytoskeletalen Remodellings untersucht und bestätigte die vorherigen Ergebnisse: Aktivierung des AR-A3 führte zu einer Reduktion der Ausbildung an Stressfasern und damit zu einer Erhöhung der endothelialen Integrität. Die Ergebnisse könnten maßgebliche Konsequenzen für die Entwicklung therapeutischer Strategien haben, da sich die anti-inflammatorischen Wirkungen auf Ebene der einzelnen Adenosinrezeptoren durch Pharmaka provozieren lassen und aufgrund der lokalen Expression aller AR auch eine topische Anwendung, z.B. als Aerosol denkbar wäre. Die aktuelle Bedeutung der AR haben wir in einem zusätzlichen Projekt mit der Frage des Wirkmechanismus des Phosphodiesteraseinhibitors Pentoxifyllin dargestellt. Wir konnten anhand unseres Modells zeigen, dass für dessen anti-inflammatorische Wirkung der AR-A2a eine entscheidende Rolle spielt und hier auch der Grund liegen könnte, warum bisher die tierexperimentellen Ergebnisse zu Pentoxifyllin nicht auf den Menschen übertragen werden konnten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2008. Bench-to-bedside review: adenosine receptors-promising targets in acute lung injury? Crit Care 12:226
Schepp, C.P. and Reutershan, J.
- 2009. Adenosine and inflammation: CD39 and CD73 are critical mediators in LPS-induced PMN trafficking into the lungs. FASEB J. 23:473- 482
Reutershan, J., Vollmer, I., Stark, S., Wagner, R., Ngamsri, K.C, and Eltzschi, H.K.
- 2010. Adenosine receptor A1 regulates polymorphonuclear cell trafficking and microvascular permeability in lipopolysaccharide-induced lung injury. J. Immunol. 185:4374-4384
Ngamsri, K.C., Wagner, R., Vollmer, I., Stark, S. and Reutershan, J.
- 2010. Adenosine receptor A3 is a critical mediator in LPS-induced pulmonary inflammation. Am. J. Physiol Lung Cell Mol. Physiol 299:L502-L512
Wagner, R., Ngamsri, K.C, Stark, S., Vollmer, I., and Reutershan, J.
- Mechanisms of leukocyte distribution during sepsis: an experimental study on the interdependence of cell activation, shear stress and endothelial injury.Crit Care. 2010 Nov 8;14(6):R201
Ploppa A, Schmidt V, Hientz A, Reutershan J, Haeberle HA, Nohe B
- 2012. Adenosine receptor A2b on hematopoietic cells mediates LPS-induced migration of PMNs into the lung interstitium. Am. J. Physiol Lung Cell Mol Physiol 303:L425-L438
Konrad, F.M., Witte, E., Vollmer, I., Stark, S., and Reutershan, J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1152/ajplung.00387.2011) - Oxygen Breathing Affects 3'-Deoxy-3'-18F-Fluorothymidine Uptake in Mouse Models of Arthritis and Cancer. J Nucl Med. 2012: 53(5);823-30
Fuchs K, Kukuk D, Reischl G, Poller M, Eichner M, Reutershan J, Lang F, Röcken M, Pichler BJ, Kneilling M
(Siehe online unter https://doi.org/10.2967/jnumed.111.101808)
