Stellenwert der enzymatisch vermittelten Konversion pulmonalen Surfactants bei akuter respiratorischer Insuffizienz - Entwicklung therapeutischer Ansätze
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pulmonaler Surfactant senkt die alveoläre Oberflächenspannung auf <5mNZm und ermöglicht so den Gasaustausch. Bei inflammatorischen Lungenerkrankungen (z.B. ARDS, IPF, VILI) kann ein Abfall der normalerweise dominierenden und hochgradig oberflächenaktiven Präkursor fr aktionen des Surfactantfilms, der sog. large surfactant aggregates, zugunsten eines Anstiegs der inaktiven Abbauprodukte dieses Films, der small Surfactant aggregates, beobachtet werden. Unter physiologischen Bedingungen wird eine Esterase Aktivität im Alveolarraum für den Übergang (Konversion) der Surfactant Subtypen verantwortlich gemacht, genaue Kenntnisse zum Substrat der Konverstase waren bis dato jedoch unbekannt. Ebenso war die Rolle und Regulation der Konvertase unter i nfl anmiato rise hen Bedingungen nur fragmentarisch bekannt. Ziel des Projektes war es daher das Substrat der Konvertase zu charakterisieren, sowie die Regulation der Konvertase unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen zu untersuchen. Hierbei sollte insbesondere der mögliche Beitrag der humanen MakrophagenZMonozyten Serin Esterase 1 für die Konversion unter pathologischen Bedingungen ermittelt werden. Schließlich sollte die Rolle der Surfactantkonversion an einem in vivo Modell der beatmungsinduzierten Lungenschädigung {ventilator-induced lung inJury, VILI) charakterisiert und der potentiell therapeutische Nutzen synthetischer Serinproteaseninhibitoren (Konvertaseinhibitoren) überprüft werden. Im zurückliegenden Gesamtfxirderzeitraum körmte gezeigt werden, dass SP-B das Substrat der Konvertase darstellt, und es konnte die potentielle Spaltstelle identifiziert werden. Im Rahmen der Untersuchung der Rolle der Konvertase unter akut inflammatorischen Bedingungen konnte eine erhöhte Esteraseaktivität in klinischen BAL Proben von ARDS Patienten, in der BAL von LPS-behandelten Mäusen, sowie in Überständen und Lysaten LPSbehandelter Zellen gefimden werden, die eine gesteigerte Surfactantkonversion zur Folge hatte. Hierbei zeigte sich, dass die unter inflammatorischen Bedingungen gesteigerte Esteraseaktivität nicht nur durch die aus der Typ II Zelle entstammende Surfactant-Konvertase, sondem auch durch Esterasen der Alveolarmakrophagen vermittelt wird, und hauptsächlich in der small surfactant aggregate Fraktion zu finden war. Mit der humanen MakrophagenZMonozyten Serin Esterase l (HMSEl) wurde eine Carboxylesterase aus Alveolarmakrophagen identifiziert, die unter inflammatorischen Bedingungen vermehrt exprimiert wird und in der Lage ist die Surfactantkonversion zu induzieren. An einem VILI Modell an der Ratte wurde die Rolle der Konvertase bei der beatmungsinduzierten Lungenschädigung untersucht. Die Verwendung eines schädigenden Beatmungsregimens mit hohen TidalvoluminaZniedrigem PEEP führte zu einer gesteigerten HMSE-1 Expression und infolge einer erhöhten Esteraseaktivität im Alveolarraum zu einer gesteigerten Surfactantkonversion. Die Frage nach dem potentiellen therapeutischen Nutzen einer Esteraseinhibition auf den Verlauf der beatmungsinduzierten Lungenschädigung konnte aufgrund technischer Probleme bei der Applikation nicht erschöpfend beantwortet werden und ist Gegenstand aktuell laufender Versuche. Voruntersuchen zeigten jedoch, dass durch Applikation des hocheffizienten Konvertaseninhibitors l,4-bis-(Na-2-Naphthylsulfonyl-3- Amidinophenyl-alaninin)-Piperazid die Esteraseaktivität im Alveolarraum wirksam unterdrückt werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Ruppert C, Bagheri A, Markart P, Schmidt R, Seeger W, Günther A. Liver carboxylesterase cleaves surfactant protein (SP-) B and promotes surfactant subtype conversion. Biochem Biophys Res Commun. 2006 348:1449-1454.
