Hepatische Sternzellaktivierung im septischen Leberversagen

Hintergrund Hepatische Sternzellen sind entlang der Lebersinusoide im Disse´schen Raum zwischen Gefäßendothel und Hepatozyten angeordnet. Unter physiologischen Bedingungen tragen sie vor allem zum Erhalt des Gefäßtonus bei und stellen den Hauptspeicherort von Vitamin A im Körper dar. Bei chronisch inflammatorischer Stimulation, zum Beispiel im Rahmen einer alkoholinduzierten Zirrhose oder einer Virushepatitis, kommt es zu einer Transdifferenzierung dieser Zellen in einen Myofibroblasten-ähnlichen Phänotyp und konsekutiv gesteigerter Proliferation, Fibrogenese, Kontraktilität und Chemotaxis. Dies führt wiederum zu einer Verschlechterung der hepatischen Mikrozirkulation sowie zur Einschränkung der Leberfunktion. Die gesteigerte Kontraktilität wird dabei unter anderem durch die vermehrte Expression von alpha smooth muscle actin vermittelt, was einen etablierten Transdifferenzierungsmarker darstellt. Die Akkumulation extrazellulärer Matrix wird primär durch den Fibrosemediator TGF-ß1 vermittelt. Inwiefern es auch unter septischen Bedingungen zu einer Transdifferenzierung hepatischer Sternzellen mit allen, sich daraus ergebenden Folgen kommt, ist bisher nicht hinreichend geklärt. Zielstellung In einem in vitro Modell hepatischer Sternzellen sollte geklärt werden, ob eine akute proinflammatorische Stimulation wie bei einer Sepsis zu einer Transdifferenzierung hepatischer Sternzellen führen kann. Hierbei fokussierten wir uns auf im Rahmen der Transdifferenzierung relevante Transkripte. Des Weiteren gingen wir der Frage nach, ob und durch welchen Mechanismus es unter septischen Bedingungen zu einer gesteigerten Kontraktilität hepatischer Sternzellen kommt. Material und Methoden Alle Versuche wurden in vitro an LX-2-Zellen, einer spontan immortalisierten, humanen Sternzelllinie, durchgeführt. Auf Grundlage der Ingenuity® Pathway Analysis Software wurden zunächst die in der Transdifferenzierung hepatischer Sternzellen involvierten Transkripte identifiziert. Mittels Microarray-Technologie wurden schließlich die Transkripte herausgefiltert, die nach Stimulation mit zwei unterschiedlichen proinflammatorischen Regimen (proinflammatorische Zytokine und Serum septischer Patienten) sowie nach TGF-ß1-Stimulation (als etablierten Induktor für eine Transdifferenzierung hepatischer Sternzellen) signifikant reguliert waren. Daraus wurden im Rahmen der Fragestellung relevante Transkripte in der quantitativen PCR nach selbem Stimulationsschema auf eine biologisch relevante Regulation hin überprüft. Mit einem funktionellen Test zur Überprüfung der Sternzellkontraktilität wurde der Einfluß proinflammatorischer Bedingungen überprüft. Ergänzend wurden mittels Calcium-Imaging Untersuchungen zum zugrunde liegenden Kontraktionsmechanismus durchgeführt. Ergebnisse und Diskussion Bei der Auswertung der Microarray-Daten zeigte sich bei 38 von 62 Transkripten eine signifikante Regulation nach proinflammatorischer Stimulation. Dabei wiesen proinflammatorische Zytokine einen stärkeren Effekt auf als das Serum septischer Patienten, womöglich aufgrund der Beteiligung auch antiinflammatorischer Zytokine bei letzterem. Die PCR zeigte bei vier von neun untersuchten Transkripten eine biologisch relevante Regulation nach proinflammatorischer Stimulation, wobei auch hier das Serum septischer Patienten geringere Effekte zeigte. Dennoch konnte in beiden Fällen gezeigt werden, dass es durch akute proinflammatorische Stimulation zu Genexpressionsveränderungen transdifferenzierungsrelevanter Gene kommt. In den funktionellen Untersuchungen zeigte sich eine signifikant gesteigerte Kontraktilität nach proinflammatorischer Stimulation mit Serum septischer Patienten. Das antiinflammatorische Zytokin Transforming Growth Factor Beta-1 (TGF-ß1) konnte als wesentlicher Mediator der Kontraktilität identifiziert werden. Die TGF-ß1-vermittelte Kontraktion wird durch calciumunabhängige Signalwege initiiert und war durch Einsatz eines spezifischen TGF-ß-Antikörpers weitestgehend antagonisierbar. Endothelin-1, das in der Literatur als potenter Sternzell-Konstriktor beschrieben ist, übte überraschenderweise keinen relevanten Effekt aus. Ursächlich hierfür konnte in immunhistochemischen Färbungen gezeigt werden, dass die verwendete LX-2-Zelllinie weder ETA- noch ETBRezeptoren exprimieren. Schlussfolgerung Eine akute inflammatorische Stimulation der verwendeten humanen hepatischen Sternzelllinie führt auf molekularbiologischer Ebene zu Veränderungen, die für eine Initialisierung der Transdifferenzierung hepatischer Sternzellen auch im Rahmen einer akuten Inflammation sprechen. Zudem bedingt bereits eine Stimulation mit dem Serum septischer Patienten eine Zunahme des Kontraktionsvermögens hepatischer Sternzellen, die TGF-ß-vermittelt abläuft. Als möglicher Pathomechanismus für die im Rahmen einer Sepsis auftretende Mikrozirkulationsstörung sollten die gewonnenen Erkenntnisse jedoch noch in weiterführenden Untersuchungen verifiziert werden