Einfluss von Resolvin E1 auf die pulmonale Entzündungsreaktion in verschiedenen Pneumoniemodellen

Die ambulant erworbene Pneumonie (community acquired pneumonia, CAP) steht an vierter Stelle der 10 häufigsten Todesursachen weltweit. In Schwellenländern ist sie die häufigste Todesursache. Trotz spezifischer anti-mikrobieller Therapie, dem Einsatz von Vakzinen und der stetigen Weiterentwicklung der Intensivmedizin liegt die Sterblichkeitsrate stationär behandelter Pneumoniepatienten zwischen 10 und 20 %. Die unkontrollierte Aktivierung des angeborenen Immunsystems spielt bei schwerer Pneumonie (sCAP) eine große Rolle und begünstigt die Entstehung eines akuten Lungenversagens mit Sepsis und Multiorganversagen. Daher sind neue Wirkstoffe zur gezielten Limitierung überschießender Entzündungsreaktionen notwendig, um den Verlauf der CAP positiv zu beeinflussen. Resolvine sind Teil einer Lipidmediator-Familie, welche sowohl anti-inflammatorische als auch resolutions-fördernde Wirkungen entfalten. Resolvin E1 (RvE1) fördert in murinen Modellen peritonealer, intestinaler oder anderer lokaler Entzündungen den programmierten Zelltod (Apoptose) von neutrophilen Granulozyten, sowie die Beseitigung von apoptotischen neutrophilen Granulozyten durch Makrophagen mittels Efferozytose. Beide Prozesse stellen zentrale Mechanismen der zellulären Resolutionsphysiologie dar. Ziel dieser Arbeit war es, die Effekte von RvE1 sowie des Vorläufermoleküls 18R-hydroxy-Eicosapentaensäure (18R-HEPE) auf die pulmonale Entzündungsreaktion in verschiedenen Pneumoniemodellen zu eruieren, um das therapeutische Potential für die Behandlung der schweren Pneumonie und Sepsis des Menschen zu ermitteln. Mittels Immunfluoreszenzmikroskopie gelang der Nachweis der RvE1-Zielrezeptoren auf strukturgebenden Zellen, sowie auf ortsständigen Zielzellen in humanen Lungenexplantaten. Zur Evaluation anti-inflammatorischer Effekte von RvE1 ex-vivo erfolgte die Stimulation von explantiertem humanem Lungengewebe mit Lipopolysaccharid (LPS) oder Macrophage-activating Lipopeptide-2 (MALP-2). Die Expression der Zielrezeptoren sowie die Freisetzung pro-inflammatorischer Mediatoren blieben jedoch von der Behandlung mit RvE1 unbeeinflusst. Anhand von drei murinen Pneumoniemodellen gelang die Abbildung verschiedener Stadien der pulmonalen Entzündungsreaktion in-vivo unter therapeutischer Behandlung mit RvE1 oder 18R-HEPE nach Pathogeninfektion. Dabei wurden die Effekte der RvE1 bzw. 18R-HEPE Behandlung auf die pulmonale und systemische Entzündungsreaktion, die Erregerelimination, die pulmonalvaskuläre Schrankenstörung sowie die klinische Ausprägung der Infektion untersucht. In den untersuchten Modellen der akuten Pneumokokkenpneumonie, der frühen pulmonalen Influenzavirusinfektion und der Pneumokokkenpneumonie mit Antibiotikabehandlung zeigten sich jedoch keine Hinweise auf anti-inflammatorische oder resolutions-fördernde Effekte durch eine Behandlung mit RvE1. Zusammenfassend deuten die Ergebnisse dieser Arbeit darauf hin, dass eine Behandlung allein mit RvE1 oder seiner Vorstufe 18R-HEPE keinen ausreichenden Effekt auf klinisch relevante bakterielle oder virale Lungeninfektionen wie die Pneumokokkenpneumonie oder die Influenzaviruspneumonie des Menschen ausübt. Somit besteht weiterhin ein Bedarf an alternativen Wirkstoffen für eine adjunktive Therapie der schweren Pneumonie und Sepsis des Menschen. In diesem Zusammenhang könnte die Entwicklung stabiler Lipidmediator-Analoga, die Verwendung strukturverwandter specialized pro-resolution mediators (SPM) und die Kombination verschiedener potentiell wirksamer SPM vielversprechend sein.Community-acquired pneumonia (CAP) is a major cause of morbidity and mortality ranked fourth in the list of leading causes of death worldwide. Despite specific anti-microbial therapies, implementation of pneumococcal vaccines and constant improvements in intensive care, mortality among hospitalized patients presenting with CAP still ranks between 10 - 20 %. In cases of severe CAP (sCAP), inadequate or excessive activation of pulmonary innate immune system may contribute to the development of acute lung injury leading to sepsis and multi-organ failure. With the emergence of multi-drug resistant pathogens, the development of novel adjuvant therapy-regimes selectively promoting CAP resolution by limiting excessive inflammation appears promising. Resolution is initiated by specialized pro-resolving mediators, such as the mediator Resolvin, which has dual anti-inflammatory and pro-resolving properties. In various murine models of peritoneal, intestinal or other local inflammations, Resolvin E1 (RvE1) limits the influx of neutrophils by promoting apoptosis and the removal of apoptotic neutrophils (efferocytosis) by macrophages. The aim of this study was to elucidate the effects of RvE1 and its precursor molecule 18R-hydroxy-eicosapentaenoic acid (18R-HEPE) on pulmonary inflammation in different models of pneumonia and evaluate their potential as an adjunctive therapy of severe pneumonia and sepsis in humans. First, using immunohistochemistry RvE1 target receptors were detected on scaffolding cells and on local target cells of pulmonary innate immunity in human lung explants. Next, to evaluate the anti-inflammatory effects of RvE1 ex-vivo, human lung explants were stimulated with lipopolysaccharid (LPS) or macrophage-activating lipopeptide-2 (MALP-2). However, expression of the target receptors and the release of pro-inflammatory mediators remained unaffected by RvE1 treatment. Second, the therapeutic effects of RvE1 or 18R-HEPE were investigated in-vivo at different stages of pulmonary inflammation in three different models of murine pneumonia regarding local and systemic inflammation, pathogen elimination, lung permeability and clinical outcome. However, no anti-inflammatory effects of RvE1 or 18R-HEPE were detected, neither in the model of acute pneumococcal pneumonia, nor in the model of mild influenza virus infection. Furthermore, RvE1 did not promote resolution of pneumococcal pneumonia after antibiotic therapy. Conclusively, the results of this study suggest, that treatment with RvE1 or its precursor molecule 18R-HEPE alone, is not sufficient to ameliorate bacterial or viral pneumonia. Thus, there is still an urgent need for alternative adjunctive agents for the therapy of severe pneumonia and sepsis in humans. Here, the development of stable lipid mediator analogs and the use of structurally related specialized pro-resolution mediators (SPM) appears promising