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Untersuchungen zur humoralen Immunantwort gegen das Hitze-Schock-Protein 60 von Chlamydia pneumoniae bei Koronarer Herzkrankheit

Krombach, Cathrin


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Freie Schlagwörter (Deutsch): Chlamydia pneumoniae , koronare Herzkrankheit , Hitzeschockproteine , Serologie , Atherosklerose
Freie Schlagwörter (Englisch): Chlamydia pneumoniae , heat shock proteins , coronary artery disease , serology , atherosclerosis
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Zentrum für Medizinische Mikrobiologie und Virologie, Institut für Medizinische Mikrobiologie
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 26.04.2005
Erstellungsjahr: 2004
Publikationsdatum: 06.12.2005
Kurzfassung auf Deutsch: Die Atherosklerose und ihre Manifestationsformen wie Koronare Herzkrankheit mit möglichem Myokardinfarkt, zerebrovaskuläre Verschlusskrankheit und gegebenenfalls nachfolgendem Apoplex oder auch periphere arterielle Verschlusskrankheit stellen die Ursache von ca. 50 % der Gesamtmortalität in Europa, Japan und den USA dar.

Die entscheidende Rolle der bekannten klassischen kardiovaskulären Risikofaktoren - wie beispielsweise Hyperlipoproteinämie, Nikotinabusus oder arterielle Hypertonie im Rahmen der Atherogenese - ist unbestritten. Seit Ende der 80-er Jahre wird jedoch die Hypothese, dass möglicherweise ein infektiöses Geschehen mitverursachend oder sogar die Hauptursache im Rahmen der Pathogenese der Atherosklerose sein könnte, zunehmend diskutiert. Insbesondere steht hierbei Chlamydia (C.) pneumoniae, ein gram-negatives, obligat intrazelluläres Bakterium, welches als Erreger respiratorischer Infektionen bekannt ist, als möglicher verursachender Mikroorganismus im Vordergrund der Diskussion.

Um den möglichen Zusammenhang zwischen der Atherosklerose und einer Infektion durch C. pneumoniae näher zu untersuchen, wurden in der vorliegenden Studie Seren von insgesamt 752 Patienten untersucht, bei denen eine invasive Abklärung (Koronarangiographie) hinsichtlich des Vorliegens einer Koronaren Herzkrankheit durchgeführt worden war. Es erfolgte die Analyse, inwieweit der Nachweis positiver serologischer Marker einer C. pneumoniae-Infektion mit dem Vorliegen einer Koronaren Herzkrankheit korrelierte.

Die Seren aller Patienten wurden zunächst mit Hilfe eines Enzymimmunoassays, welcher Antikörper gegen ein genusspezifisches chlamydiales Lipopolysaccharid nachweist, einer Analyse unterzogen, um Patienten mit einer durchgemachten chlamydialen Infektion von denen ohne eine solche Infektion zu unterscheiden. Hierbei gelang bei insgesamt 451 Patienten (60 %) der Nachweis von Antikörpern gegen chlamydiales Lipopolysaccharid. Allerdings wurden mit dem Enzymimmunoassay auch Patienten mit einer durchgemachten Infektion durch C. trachomatis oder C. psittaci erfasst. Um eine weitere Differenzierung
hinsichtlich einer speziell durch C. pneumoniae verursachten Infektion durchzuführen, erfolgte die weitere Untersuchung nur der im Enzymimmunoassay als positiv getesteten Seren mit dem sog. Mikroimmunfluoreszenztest. Dieser erlaubt den speziesspezifischen Nachweis von Antikörpern gegen C. pneumoniae. Bei insgesamt 428 (57 %) der getesteten Patientenseren fiel er positiv aus. Es wurde anschließend untersucht, ob eine Korrelation zwischen dem Nachweis von C. pneumoniae Antikörpern und einer angiographisch nachgewiesenen Koronaren Herzkrankheit vorlag. Tatsächlich gelang es, solch eine signifikante Korrelation zu finden: Es wurde bei 292 (68 %) von insgesamt 428 Patienten, die im Mikroimmunfluoreszenztest einen IgG-Titer von ≥ 1:16 aufwiesen, eine Koronare Herzkrankheit (KHK) mit einer ≥ 50 %-igen Stenose nachgewiesen. Demgegenüber standen 136 Patienten (32 %) ohne nachgewiesene KHK (≤ 50 % Stenose) und einem positiven IgG-Mikroimmunfluoreszenztest (p = 0,007).
Ein weiterer Teil der vorliegenden Arbeit hatte zum Ziel, mittels Immunoblot-Analyse Reaktionsbandenmuster zu identifizieren, die möglicherweise in typischer Weise bei an Koronarer Herzkrankeit erkrankten Patienten zu beobachten sind. Es konnte hierbei eine große Vielfalt von Reaktionsbanden im Bereich der Proteingrößen 17-100 kDa nachgewiesen werden - jedoch ohne signifikante Korrelation eines spezifischen Musters oder des gehäuften Nachweises einer spezifischen Bande mit der Koronaren Herzkrankeit.

Im Falle einer Involvierung von C. pneumoniae in die Pathogenese der Atherosklerose stellt sich ferner die Frage nach dem zu Grunde liegenden Pathomechanismus. Es werden vor allem die sog. Hitze-Schock-Proteine als 'Verbindungsglieder' diskutiert. Sie sind in der Natur weit verbreitet und werden von (pro- und eukaryontischen) Zellen im Falle von Stresssituationen (mechanische Irritationen, Hitze, Infektionen etc.) vermehrt produziert. Die entscheidende Eigenschaft, aufgrund derer eine Involvierung im Rahmen der Pathogenese der Atherosklerose diskutiert wird, ist die große Sequenzhomologie (> 50 %) zwischen den Hitze-Schock-Proteinen menschlicher, pflanzlicher, tierischer und bakterieller Organismen. Hierdurch wird ein Pathomechanismus in Form einer Autoimmunreaktion denkbar: Eine ursprünglich gegen das pathogene
Agens gerichtete humorale oder zelluläre Immunreaktion richtet sich im Verlauf als Kreuzreaktion fälschlicherweise gegen körpereigene Epitope. Diskutiert wird als möglicher Auslöser einer autoimmunologischen Ursache der Atherosklerose vor allem das von C. pneumoniae stammende Hitze-Schock-Protein 60. Seine mögliche Korrelation mit der Koronaren Herzkrankheit war ein weiterer wesentlicher Aspekt der vorliegenden Studie. Es wurde analysiert, ob der angiographische Nachweis einer koronaren Atherosklerose signifikant mit dem Nachweis von Antikörpern gegen das chlamydiale Hitze-Schock-Protein 60 korreliert. Hierzu wurden alle Patientenseren, die im Mikroimmunfluoreszenztest als positiv bewertet worden waren, mittels Immunoblotanalyse und Enzymimmunoassay auf eine Reaktion gegen gereinigtes, rekombinantes, chlamydiales Hitze-Schock-Protein 60 getestet. Es konnte allerdings keine signifikante Korrelation gefunden werden:

So gelang bei 29 % der an Koronarer Herzkrankheit erkrankten und bei 30 % der koronargesunden Patienten der Nachweis von Antikörpern gegen chlamydiales Hitze-Schock-Protein 60 (p = 0,751).

Darüber hinaus wurde eine Analyse bezüglich des Schweregrades der Koronaren Herzkrankheit (Ein-, Zwei-, Dreigefäßerkrankung) und dem gleichzeitigen Vorhandensein von Antikörpern gegenüber dem Hitze-Schock-Protein 60 von C. pneumoniae angefertigt. Auch hierbei war keine signifikante Korrelation nachweisbar. Schließlich konnte ebenso kein signifikanter Zusammenhang zwischen dem positiven Nachweis von Antikörpern gegenüber dem Hitze-Schock-Protein 60 von C. pneumoniae und einem früheren Myokardinfarkt festgestellt werden (p = 0,458), wie sich auch ferner kein Anhalt für eine Korrelation zwischen der Antikörperkonzentration und dem Schweregrad der Koronaren Herzkrankheit finden ließ.

Insgesamt scheint aufgrund der Ergebnisse der vorliegenden Studie ein Zusammenhang einer Infektion mit C. pneumoniae und der Atherosklerose möglich – gelang doch bei Patienten mit Koronarer Herzkrankheit der signifikant häufigere Nachweis von Antikörpern gegen C. pneumoniae. Es muss jedoch diskutiert werden, inwieweit der alleinige Nachweis von Antikörpern ein 'echter' Hinweis für einen kausalen Zusammenhang ist. Denn so belegt eine signifikante Korrelation zwischen Koronarer Herzkrankheit und nachgewiesenen
serologischen Merkmalen einer C. pneumoniae-Infektion keinesfalls einen ätiologischen Zusammenhang, erlaubt also nicht die Unterscheidung zwischen der Rolle von C. pneumoniae als Ursache oder als Epiphänomen.
Die fehlende Assoziation zwischen der serologischen Immunantwort gegen das HSP-60 und der Koronaren Herzkrankheit spricht gegen eine mögliche Beteiligung des HSP-60 an der Atherogenese.
Kurzfassung auf Englisch: Atherosclerosis and its manifestations such as coronary artery disease with possible myocardial infarction, cerebrovascular disease and possible apoplexy or peripheral artery disease are the reason for about 50 % of the whole mortality in Europe, Japan and the USA.

The decisive role of the classical cardiovascular risk factors as for example hyperlipoproteinemia, nicotin or arterial hypertension concerning atherogenesis is undisputed. Since the end of the eighties the hypothesis that an infection plays an important role or even the main role in the pathogenesis has more and more been discussed. Especially Chlamydia pneumoniae, a gram-negative, obligate intracellular bacterium, which is known as the pathogen of respiratory tract infections has been discussed as the main microorganism causing it.

To examine the possible relation between atherosclerosis and an infection caused by C. pneumoniae, in this study 752 sera of patients undergoing a coronary angiography were examined. It was analysed, if the positive proof of serological markers of an infection caused by C. pneumoniae correlates with coronary artery disease.

At first the sera of all patients were examined by means of an enzyme immunoassay, which proved antibodies against genus-specific chlamydial lipopolysaccharide in order to distinguish between sera of patients who had had and had not had a chlamydial infection. In case of 451 patients (60 %) the proof of antibodies against chlamydial lipopolysaccharide was confirmed. But by means of this test also patients who had suffered from an infection with
C. trachomatis and C. psittaci were registered. To get the information which of these infections had especially been caused by C. pneumoniae all sera with a positive result in the enzyme immunoassay were further examined by the microimmunofluorescence (MIF) test. This test makes it possible to recognize species-specific antibodies against C. pneumoniae. In case of 428 (57 %) of the tested sera the MIF test was positive. Then it was analysed if there was a correlation between a positive result in the MIF test and a coronary artery disease. In fact there was a significant correlation: 292 (68 %) of the 428 patients with an antibody titer (IgG) ≥ 1:16 suffered from a coronary artery disease. On the other hand 136 patients (32 %) without a coronary artery disease (angiostenosis ≤ 50%) showed a positive result in the MIF test (p = 0,007).

Another aim of this study was to examine by means of immunoblot analyses if a special pattern of reaction bands are especially found with patients suffering from coronary artery disease. A great variety of reaction bands of protein sizes of 17 - 100 kDa were detected - but without a significant correlation between a specific pattern or a specific reaction band and coronary artery disease.

In case of the involvement of C. pneumoniae in the pathogenesis of atherosclerosis the possible pathomechanism remains unclear. The so-called 'heat-shock proteins' are discussed as a possible link.

Heat-shock proteins are widely spread in nature and are usually produced in a large number by pro- and eukaryotic cells in case of stress situations (mechanical stress, high temperature, infections etc.). The decisive characteristic of the heat-shock proteins - and that is why they are discussed as being involved in the pathogenesis of atherosclerosis - is the great sequence-homology of heat-shock proteins in the organisms of human beings, plants, animals and bacteria. Because of that an autoimmune reaction is conceivable: A humoral or cellular immune reaction originally aimed at the pathogen is in the course of a cross reaction erroneously aimed at self epitopes. Especially the heat-shock protein 60 of Chlamydia pneumoniae is discussed as the trigger of such an autoimmune reaction. Its possible correlation with coronary artery disease was another main aspect of this study. It was analysed if coronary artery disease (proved by
coronary angiography) was significantly related to antibodies against chlamydial heat-shock protein 60.

To examine this all sera which had been tested positive in the MIF test were afterwards analysed by means of immunoblotting and by means of an enzyme immunoassay to find out if there was a reaction against purified, recombinant chlamydial heat-shock protein 60. Finally no correlation could be found:

In case of 29 % of the patients suffering from coronary artery disease and in case of 30 % of the healthy patients antibodies against chlamydial heat-shock protein 60 were found (p = 0,751).

Furthermore an analysis concerning the severitiy of coronary artery disease and antibodies against the heat-shock protein 60 of C. pneumoniae was done and no correlation was found. No correlation between an earlier myocardial infarction and antibodies against the HSP-60 of C. pneumoniae was found, either (p = 0,458), and moreover no correlation could be detected concerning the severitiy of coronary artery disease and the concentration of antibodies.

Altogether it seems that on the basis of the results of this study a correlation of the infection with C. pneumoniae and atherosclerosis is possible - because the significantly more frequent proof of antibodies against C. pneumoniae was found in patients suffering from coronary artery disease.

However it needs to be discussed to what extent the proof of antibodies is a real proof of a causal connection. A significant correlation between coronary artery disease and proven serological signs of an infection caused by C. pneumoniae does not prove an etiological connection that means does not allow to distinguish between C. pneumoniae as the cause or the epiphenomenon.

The lack of the association between the serological immune response against HSP-60 and coronary artery disease speaks out against a possible involvement of HSP-60 in the pathogenesis of atherosclerosis.