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URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2002/869/


Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss von Eicosapentaensäure versus Arachidonsäure auf die Immunantwort polymorphkerniger neutrophiler Granulozyten in einem Koinkubationsmodell von Granulozyten und Endothelzellen

Herm, Olaf


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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Medizinisches Zentrum für Innere Medizin, Medizinische Klinik und Poliklinik II, Klinische Forschergruppe Respiratorische Insuffizienz des Klinikums der Justus-Liebig-Universität Giessen
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 04.11.2002
Erstellungsjahr: 2002
Publikationsdatum: 26.11.2002
Kurzfassung auf Deutsch: Hintergrund: Die Interaktion von Polymorphkernigen Neutrophilen Granulozyten (PMN) und Endothelzellen (EC) spielt eine zentrale Rolle
in der Pathogenese vieler inflammatorischer Erkrankungen. Von besonderer Bedeutung sind dabei die Wirkungen der Lipidmediatoren,
die aus der mehrfach ungesättigten Fettsäure Arachidonsäure (C20:4, w-6) synthetisiert werden. Ausgehend von der Notwendigkeit
parenteraler Zufuhr von Lipiden bei schwerstkranken Patienten und dem Wissen um die proinflammatorischen Wirkungen der darin
enthaltenen Arachidonsäure (AA) sollte in der vorliegenden Arbeit die Wirkung einer alternativen Fettsäure, der aus Fischölen gewonnenen
w-3-Fettsäure Eicosapentaensäure (EPA, C20:5), untersucht werden.


Methode: An einem Modell der parenteralen Fettsäurezufuhr mit aus Nabelschnüren gewonnenen Endothelzellen (HUVEC) und isolierten
humanen PMN sollte geprüft werden, ob Endothelzellen angebotene freie Fettsäuren innerhalb kurzer Zeit in ihre Phospholipidpools
aufnehmen, und ob sich die Fettsäurezufuhr auf eine spätere Koinkubation mit Granulozyten im Hinblick auf deren Immunantwort auswirkt.
Des weiteren wurden Ansätze untersucht, die eine Erklärung für die Modulation der Immunantwort liefern könnten.
Als Parameter zur Erfassung der Immunantwort der Granulozyten dienten Leukotriene als Lipidmediatoren, Elastase als proteolytisches
Enzym bei Degranulationsreaktionen, sowie die Adhärenz von PMN an EC und die Bildung von Second-Messenger-Produkten durch PMN.
Die Zellen wurden in vitro isoliert, koinkubiert und mit einem Calcium-Ionophor stimuliert.


Ergebnisse: Sowohl bei der Elastase- als auch bei der Leukotrienproduktion der Granulozyten konnte die antiinflammatorische Wirkung
der EPA gezeigt werden. Zusammen mit dem Auftreten der von EPA abgeleiteten von den Granulozyten produzierten Lipidmediatoren
zeigt dies die effektive Aufnahme von EPA durch die Endothelzellen und deren Bereitstellung bei darauffolgender Stimulation. Dies konnte
noch erhärtet werden durch die Hemmung der Phospholipase A2 der Endothelzellen, die den positiven Effekt der EPA teilweise wieder
aufhob. Demgegenüber blieb eine Inhibition der Cyclooxygenase weitgehend ohne Effekt.
Des weiteren konnte die Herabsetzung der Adhärenz von PMN an EPA-gefütterten Endothelzellen nachgewiesen werden. Die Erfassung
der Second-Messenger-Bildung anhand der Inositolphosphatproduktion sollte den Einfluß von EPA auf die Signaltransduktion in der Zelle
klären. Hier zeigte sich eine Modulation der Signalantwort von PMN im Sinne einer verzögerten Bildung von Inositolphosphaten.


Fazit: Die Ergebnisse zeigen, daß die parenterale Zufuhr von Lipidemulsionen auf Basis von w-3-Fettsäuren eine hemmende Wirkung auf
inflammatorische Prozesse im Organismus haben kann, da EPA von Endothelzellen innerhalb kurzer Zeit gespeichert wird und dadurch die
Immunantwort von endotheladhärenten PMN beeinflußt.

Kurzfassung auf Englisch:
Background: The interaction between Granulocytes (PMN) and endothelial cells (EC) is a critical step in the pathogenesis of many
inflammatory diseases. Especially lipid mediators, which are metabolised from arachidonic acid (AA, C20:4, n-6), play an important role in
this setting. As infusion of lipid emulsions (which contain AA) is necessary in many critically ill patients, the effects of an alternative fatty
acid, the n-3 fatty acid eicosapentaenoic acid (C20:5) from fish oils were investigated.


Methods: In an model of parenteral application of free fatty acids, human umbilical vein derived endothelial cells (HUVEC) were incubated
with either AA or EPA, then coincubated with isolated human PMN and stimulated with a calcium-ionophore. The aim was to clarify whether
free fatty acids are incorporated into endothelial phopholipidpools within a short period of time (2h) and exert different effects on the
immune response of coincubated PMN later on.

As parameters of the immune response served: the activity elastase as a proteolytic enzyme in degranulation reactions, generation of
leukotrienes as lipid mediators, adhesion of PMN on EC, and generation of second messenger products. Furthermore, cyclooxygenase
and phospholipase A2 respectively were inhibited to investigate their possible influence on the immunomodulatory effects of n-3 fatty acids.


Results:The antiinflammatory effects of eicosapentaenoic acid were demonstrated both in reduced lipid mediator generation and elastase
activity, together with the appearance of EPA-derived leukotrienes. Adhesion of PMN on EC was significantly reduced after application of
EPA, and the generation of second messenger products was delayed. Inhibition of phospholipase A2 cancelled these effects, whereas
inhibition of cyclooxygenase showed no effect.


Conclusion:Parenteral application of n-3 lipid emulsions could be an effective way to modulate the immune response of PMN, as free
EPA is incorporated into endothelial phospholipidpools within a few hours and effects lipid mediator generation and elastase activity of
PMN, adhesion of PMN on EC and signaltransduction in PMN.