Dokument: Einfluss eines veränderten angeborenen Immunstatus auf die Immunzellinfiltration und Heilung nach Myokardinfarkt
| Titel: | Einfluss eines veränderten angeborenen Immunstatus auf die Immunzellinfiltration und Heilung nach Myokardinfarkt | |||||||
| Weiterer Titel: | Impact of an altered innate immune status on immune cell infiltration and healing after myocardial infarction | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=69226 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20250409-105831-4 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Kleimann, Patricia [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | PD Dr. Sebastian Temme [Gutachter] Prof. Dr. Axel Gödecke [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Molekulare Kardiologie, Molekulare Biomedizin | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Der Myokardinfarkt (MI) und seine Folgeerkrankungen, wie z.B. die Herzinsuffizienz, zählen immer noch zu den häufigsten Todesursachen weltweit. Dank einer verbesserten Akutversorgung, z.B. durch die perkutane Koronarintervention (PCI), wurde die frühe Mortalität des MI stark reduziert. Jedoch entwickelt eine nicht unerhebliche Anzahl Menschen nach einem MI über die Zeit ein Herzversagen, dessen Hintergründe bisher noch nicht vollständig geklärt werden konnten. Es gibt allerdings Hinweise, dass ein immunologisches Ungleichgewicht im angeborenen Immunsystem mit einer verstärkten proinflammatorischen Reaktion daran beteiligt sein könnte. In den letzten Jahren wurde deutlich, dass neben T- und B-Zellen auch Immunzellen der angeborenen Immunantwort wie z.B. Monozyten, Makrophagen oder neutrophile Granulozyten ein Gedächtnis ausbilden können, welches auf epigenetischen sowie metabolischen Veränderungen basiert. Bei Restimulation zeigen diese Immunzellen eine langfristig verstärkte Reaktionen, was als Trained innate immunity (TII) bezeichnet wird. TII kann sowohl durch verschiedene exogene (z.B. Viren, Bakterien, Parasiten) als auch endogene (z.B. oxidiertes Low-Density-Lipoprotein, Hormone, Harnsäure) Faktoren ausgelöst werden. Um experimentell einen TII-Phänotyp zu induzieren, werden häufig β-Glucane eingesetzt, bei denen es sich um Polysaccharide handelt, die u.a. in den Zellwänden von Pilzen vorkommen. Die 1,3-Glucan-Einheiten binden dabei an bestimmte PRRs (pattern recognition receptors) wie z.B. Dectin-1 auf der Zelloberfläche von z.B. Makrophagen, was zur Aktivierung dieser Zellen führt. Der TII-Phänotyp kann die Immunantwort gegen pathogene Erreger unterstützen, aber andererseits auch die Entstehung und Progression von kardiovaskulären Erkrankungen fördern. Obwohl es aussagekräftige Hinweise/Belege dafür gibt, dass TII die Atherosklerose verstärken kann, ist bisher nicht untersucht worden, welchen Einfluss TII auf einen Myokardinfarkt nimmt.
Im Rahmen dieser Arbeit sollte daher der Einfluss eines TII-Phänotyps auf die akute Entzündungsreaktion und den nachfolgenden Heilungsprozess nach einem experimentell induzierten MI in der Maus untersucht werden. Der TII-Phänotyp wurde durch zwei intraperitoneale (Tag -7 und -4) Injektionen Zymosan A (ZyA) induziert. Durchflusszytometrische Analysen zeigten, dass die ZyA-Behandlung vor allem zu einer erhöhten Anzahl neutrophiler Granulozyten und klassischer Monozyten im Blut, in der Milz und im Knochenmark führte. Daraufhin erfolgte die Induktion eines MI durch eine 50-minütige Ischämie mit anschließender Reperfusion. Late Gadolinium Enhancement-Magnetresonanztomographie (MRT)-Messungen sowie funktionelle 1H-MRT-Messungen zeigten für ZyA-behandelte Mäuse bereits an Tag 1 nach MI eine erhöhte Infarktgröße mit niedriger Ejektionsfraktion. Über einen Zeitraum von vier Wochen verschlechterte sich die Herzfunktion der ZyA-behandelten Mäuse kontinuierlich, wie sich anhand der Ejektionsfraktion, aber auch aufgrund der endsystolischen und -diastolischen Werte zeigte. Zudem war an Tag 28 nach MI der Infarktbereich ZyA-behandelter Tiere deutlich dünner. Interessanterweise konnte nach der intravenösen Applikation von Perfluorcarbon-Nanoemulsionen (PFCs), welche vor allem von zirkulierenden Monozyten bzw. lokalen Makrophagen aufgenommen werden, an Tag 2 nach MI in den Herzen von ZyA-behandelten Mäusen ein signifikant verringertes 19F-Signal festgestellt werden. Durchflusszytometrische Analysen der kardialen Immunzellen an Tag 2 zeigten jedoch weder eine erhöhte noch eine verringerte Anzahl proinflammatorischer Immunzellen im Herz der ZyA-behandelten Tiere, die dieses Ergebnis erklären könnten. Ähnliche Befunde konnten nach der PFC-Injektion in einem Modell der LPS-induzierten subkutanen Entzündung (Matrigel/LPS) detektiert werden. Auch hier zeigte sich sowohl im Matrigel als auch im Knochenmark ZyA-behandelter Tiere ein verringertes 19F-Signal, während die Anzahl neutrophiler Granulozyten sogar leicht erhöht war. Mithilfe von in vivo Untersuchungen konnte eine verschlechterte Endozytose von PFCs durch neutrophile Granulozyten und klassische Monozyten sowohl im Blut als auch in der Milz und im Knochenmark identifiziert werden. Aufgrund dieser Ergebnisse wurde darüber hinaus untersucht, ob die ZyA-Behandlung einen Einfluss auf die funktionellen Eigenschaften der Immunzellen und deren Aktivierungsmuster sowohl vor als auch nach einem zweiten Stimulus hat. Dafür wurden zum einen Immunzellen allgemein und zum anderen nur neutrophile Granulozyten nach alleiniger ZyA-Behandlung oder zusätzlicher Matrigel/LPS-Implantation aus dem Knochenmark isoliert. Neutrophile Granulozyten, klassische Monozyten und Makrophagen wurden daraufhin ex vivo mit fluoreszenzmarkierten Escherichia coli- und Dextran-Partikeln sowie PFCs bezüglich ihrer Endozytoseeigenschaften untersucht. Dabei zeigten Makrophagen ZyA-behandelter Mäuse eine signifikant verringerte Aufnahme von allen drei Partikelarten. Isolierte neutrophile Granulozyten wurden in Bezug auf die Oberflächenexpression ihrer Aktivierungsmarker (CD11b, CD62L, CD63) sowie ihrer Migrationseigenschaften und der Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) analysiert. In diesem Zusammenhang wurde nur eine signifikant verstärkte Migration neutrophiler Granulozyten nach ZyA-Behandlung, jedoch kein Unterschied in der ROS-Produktion und bei den Aktivierungsmarkern gefunden. Zusammengefasst zeigt die vorliegende Arbeit, dass durch die intraperitoneale Injektion von ZyA ein TII-Phänotyp induziert wird, der zu einem größeren Myokardinfarkt und infolgedessen zu einem kontinuierlichen kardialen Funktionsverlust führt. Letzteres deutet auf einen verschlechterten Heilungsprozess des Herzes hin, der auf eine verminderte Endozytose durch neutrophile Granulozyten und Monozyten zurückzuführen sein könnte. In Zukunft müssen jedoch noch die genauen zugrundeliegenden pathophysiologischen Mechanismen geklärt werden. Dies könnte auch dabei helfen, weitere Risikofaktoren für die Entstehung eines Herzversagens zu erkennen, um darauf aufbauend mögliche neue therapeutische Ansätze zu identifizieren und somit einen progressiven Myokardschaden zu vermindern.Myocardial infarction (MI) and its sequelae, such as heart failure, are still among the most common causes of death worldwide. As a result of improved intensive care, e.g. through percutaneous coronary intervention (PCI), the early mortality due to MI has been greatly reduced. However, a not inconsiderable number of people develop heart failure over time after MI, while the causes of which have not yet been fully clarified. Nevertheless, there are indications that an immunological imbalance in the innate immune system with an increased proinflammatory reaction is involved. In recent years, it has become clear that, in addition to T- and B-cells, immune cells of the innate immune response such as monocytes, macrophages or neutrophil granulocytes can also form a memory based on epigenetic and metabolic changes. Upon restimulation, these immune cells show a long-term enhanced response, which is referred to as trained innate immunity (TII). TII can be triggered by various exogenous (e.g. viruses, bacteria, parasites) as well as endogenous (e.g. oxidized low-density lipoprotein, hormones, uric acid) factors. To experimentally induce TII, β-glucans are often used, which are polysaccharides that occur for example in the cell walls of fungi. The 1,3-glycosidic linkages bind to certain PRRs (pattern recognition receptors) such as Dectin-1 on the cell surface of e.g. macrophages, thereby activating these cells. The induced TII-phenotype can support the immune response against pathogens, but on the other hand it can promote the development and progression of cardiovascular diseases. Although there is convincing evidence that TII can worsen atherosclerosis, the impact of TII on MI has not yet been investigated. The aim of this study was to examine the influence of a TII-phenotype on the acute inflammatory response and the subsequent healing process after an experimentally generated MI in mice. The TII-phenotype was induced by two intraperitoneal (day -7 and -4) injections of zymosan A (ZyA). Flow cytometric analyses showed that ZyA-treatment mainly led to an increased number of neutrophil granulocytes and classical monocytes in the blood, spleen and bone marrow. This was followed by the induction of a MI by 50 min of ischemia with subsequent reperfusion. Late gadolinium enhancement (LGE) magnetic resonance imaging (MRI) and functional 1H MRI showed an increased infarct size with decreased ejection fraction already on day 1 after MI in ZyA-treated mice. Over the course of four weeks, the cardiac function of ZyA-treated mice declined continuously, as shown by the ejection fraction, but also by the end-diastolic and -systolic volume. In addition, on day 28 after MI, the ischemic area of ZyA-treated animals was significantly thinner. Interestingly, after intravenous application of perfluorocarbon nanoemulsions (PFCs), which are primarily taken up by circulating monocytes or local macrophages, a significantly reduced 19F signal was detected in the hearts of ZyA-treated mice on day 2 after MI. However, flow cytometric analyses of cardiac immune cells on day 2 showed neither an increased nor a decreased number of proinflammatory immune cells in the heart of ZyA-treated animals, that could explain these results. Similar findings were detected after PFC injection in a model of LPS-induced subcutaneous inflammation (matrigel/LPS). Here as well, both the matrigel and the bone marrow of ZyA-treated animals showed a reduced 19F signal, while the number of neutrophil granulocytes was even slightly increased. Using in vivo examinations, an impaired endocytosis of PFCs by neutrophil granulocytes and classical monocytes was identified in blood, spleen and bone marrow. Based on these results, it was investigated in more detail whether ZyA-treatment has an influence on the functional properties of the immune cells and their activation patterns both before and after a second stimulus. For this reason, immune cells in general and only neutrophil granulocytes were isolated from the bone marrow after ZyA-treatment or additional matrigel/LPS-implantation. Neutrophil granulocytes, classical monocytes and macrophages were then examined ex vivo for their endocytosis properties using fluorescence-labelled Escherichia coli and dextran particles as well as PFCs. Macrophages from ZyA-treated mice showed a significantly reduced uptake of all three particle types. Isolated neutrophil granulocytes were analysed regarding the surface expression of their activation markers (CD11b, CD62L, CD63) as well as their migration properties and the production of reactive oxygen species (ROS). In this context, only a significantly increased migration of neutrophil granulocytes was found after ZyA-treatment, but no differences in ROS production and activation markers. In summary, the present study shows that intraperitoneal injection of ZyA induces a TII-phenotype that leads to aggravated myocardial infarction and subsequently to a continuous cardiac dysfunction. This indicates a worsened healing process of the heart, which could be due to reduced endocytosis by neutrophil granulocytes and monocytes. In the future, the exact underlying pathophysiological mechanisms must be still clarified. This could also help to recognise further risk factors for the development of heart failure in order to identify possible new therapeutic approaches and thus reduce progressive myocardial damage. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 09.04.2025 | |||||||
| Dateien geändert am: | 09.04.2025 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 27.08.2024 | |||||||
| Datum der Promotion: | 21.03.2025 |
