Trafficking des C5a Rezeptors während experimenteller Sepsis und nach Trauma
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Emmy Noether II Projektes wurden die frühen Veränderungen der angeborenen Immunabwehr während der experimentellen Sepsis oder nach Thoraxtrauma umfassend untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das Complementaktivierungsprodukt C5a die Neutrophilen als „erste Verteidigungslinie" an mehreren entscheidenden Schnittstellen funktionell wichtiger Signaltransduktionswege (cAMP, PKC, PLA2. MAPK, PI3-K) deutlich stört. Dabei konnte die resultierende Neutrophilendysfunktion (bzgl. Chemotaxis, Phagozytose, „oxidative burst", pHi) sowohl während der Sepsis als auch posttraumatisch durch eine C5a-Blockade weitestgehend normalisiert werden. In einer parallelen translationalen klinischen Studie fand sich an den funktionsgestörten Neutrophilen septischer Patienten ein signifikanter Verlust des C5a Rezeptors (C5aR), welcher offensichtlich mit einem schlechten klinischen Ausgang assoziiert war. Spiegelbildlich dazu wurden erstmalig im Serum von septischen Patienten im Sinne eines C5aR „trafficking" CD63 sowie CD66e positive Mikrovesikel mit einer hohen C5aR Dichte entdeckt. Dieser zirkulierende C5aR (cC5aR) trat insbesondere bei Patienten mit tödlichem Sepsisverlauf vermehrt auf. In vitro Versuche mit verschiedenen Entzündungsmediatoren (ILl-ß, IL-6, IL-10, TNF-a), Stresshormonen (Adrenalin, Noradrenalin, Corticosteroide) sowie Metalloproteinasen haben keinen signifikanten Einfluss auf den C5aR Gehalt des Neutrophilen gezeigt. Dagegen führte in vitro die pentamere Form von C-reaktivem Protein (pCRP), in Konzentrationen wie sie beim Patienten mit SIRS oder Sepsis gefunden werden, zeit- und konzentrationsabhängig zu einem vollständigen Verlust des C5aR auf Neutrophilen. Elektronenmikroskopisch zeigten die Neutrophilen bei einstündiger Exposition mit pCRP oder C5a ein „blebbing"-Phänomen mit Mikrovesikel Generierung, die weiter charakterisiert nicht mit apoptotischen Ereignissen verbunden war. Im Gaecum-Ligatur-Punktions-(CLP)-Sepsismodell der Ratte, das die Pathopyhsiologie der Sepsis des Menschen realitätsnah simuliert, zeigten sich früh zunehmende cC5aR Konzentrationen im Serum, die 24 h post CLP wieder abfielen, während die um ca. 12 h zeitversetzt zunehmende C5a Konzentration im Serum bis 48 h stationär blieb. Dabei führte im Vergleich zu den septischen Kontrolltieren die immunmodulatorische Blockade von C5a (durch anti-C5a M Peptid-Antikörper Gabe zum CLP-Zeitpunkt) zu einer signifikant geringeren cC5aR Serumkonzentration. Somit scheint eine frühe C5a-Blockade das C5aR-„trafficking" deutlich zu inhibieren. Die anti-C5a Behandlung vermochte darüber hinaus die Sepsis-induzierte Linksverschiebung im peripheren Blut signifikant zu reduzieren, und die während der Sepsis gesteigerte Wachstumsrate der Granulozyten-Makrophagen-Reihe zu hemmen. Ex vivo führte C5a in der Femur-Lavage zeit- und konzentrafionsabhängig nicht nur zur vermehrten Rekrutierung von Knochenmarkszellen, sondern auch - der Sepsis ähnlich - zur erhöhten CFU-Rate der Granulozyten-Makrophagen-Reihe. Dies lässt insgesamt vermuten, dass C5a an der Zellrekrutierung und Reifung von Knochenmarkszellen und pathophysiologisch an der Knochenmarksdysfunktion während der Sepsis wesentlich beteiligt ist. In der Gesamtschau führt das nach Trauma und während der Sepsis vermehrt generierte Anaphylatoxin C5a bereits frühzeitig zu einer Dysfunktion der angeborenen Immunantwort auf Molekül-, Zell- und Organ-Ebene, das mit einem schlechten klinischen Ausgang verbunden ist. Eine Immunmodulation der C5a-C5aR Interaktion stellt daher einen viel versprechenden zukünftigen Therapieansatz nach schwerem Gewebetrauma und während der Sepsis dar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Changes in the novel orphan, C5a receptor (C5L2), during experimental sepsis and sepsis in humans. J Immunol 2005;174:1104-1110
Huber-Lang M, Sarma JV, Rittirsch D, Schreiber H, Weiss M, Flierl M, Younkin E, Schneider M, Suger-Wiedeck H, Gebhard F, McClintock SD, Neff T, Zetoune F, Bruckner U, Guo RF, Monk PN, Ward PA
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Complement activation during sepsis in humans. Adv Exp Med Biol 2006;586:217-226
Schreiber H, Rittirsch D, Flierl M, Brueckner U, Schneider M, Weiss M, Gebhard F, Huber-Lang M
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Generation of C5a in the absence of C3: a new complement activation pathway. Nat Med 2006;12:682-687
Huber-Lang M, Sarma JV, Zetoune FS, Rittirsch D, Neff TA, McGuire SR, Lambris JD, Warner RL, Flierl MA, Hoesel LM, Gebhard F, Younger JG, Drouin SM, Wetsel RA, Ward PA
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The role of complement, C5a and its receptors in sepsis and multiorgan dysfunction syndrome. J Invest Surg 2006;19:255-265
Flierl MA, Schreiber H, Huber-Lang M
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Compositions and methods for the diagnosis and treatment of sepsis. Patent Nr. US 7,455,837 B2, 25. Nov. 2008
Guo RF, Riedemann NC, Ward PA, Huber-Lang M, Sarma JV
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Functional roles for C5a receptors in sepsis. Nat Med 2008;14:551-557
Rittirsch D, Flierl MA, Nadeau BA, Day DE, Huber-Lang M, Mackay CR, Zetoune FS, Gerard NP, Cianflone K, Kohl J, Gerard C, Sarma JV, Ward PA
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Functions of the complement components C3 and C5 during sepsis. FASEB J 2008;22:3483-3490
Flierl MA, Rittirsch D, Nadeau BA, Day DE, Zetoune FS, Sarma JV, Huber-Lang M, Ward PA
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Interaction between the coagulation and complement system. Adv Exp Med Biol 2008;632:71-79
Amara U, Rittirsch D, Flierl M, Bruckner U, Klos A, Gebhard F, Lambris JD, Huber-Lang M
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The role of C5a in the innate immune response after experimental blunt chest trauma. Shock 2008;29:25-31
Flierl MA, Perl M, Rittirsch D, Bartl C, Schreiber H, Fleig V, Schlaf G, Liener U, Brueckner UB, Gebhard F, Huber-Lang M
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Immunodesign of experimental sepsis by cecal ligation and puncture. Nat Protoc 2009;4:31-36
Rittirsch D, Huber-Lang M, Flierl MA, Ward PA
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Early expression changes of complement regulatory proteins and C5a receptor (CD88) on leukocytes after multiple injury in humans. Shock 2010;33:568-575
Amara U, Kalbitz M, Perl M, Flierl M, Rittirsch D, Weiss M, Schneider M, Gebhard F, Huber-Lang M
