Einfluss von poly I:C auf ein zigarettenrauchexponiertes Rauchmodel zur Untersuchung der COPD-Entstehung

Lungenkrankheiten stellen eine der größten Belastungen für Gesundheit und Wirtschaft dar. Verschiedene nicht übertragbare Lungenkrankheiten wie Asthma, COPD, Lungenkrebs und andere sind weltweit für mehr als 3,9 Millionen Todesfälle verantwortlich. Im Jahr 2011 beliefen sich die Kosten für Behandlung, Krankenhausaufenthalte und Gesundheitsversorgung in der EU allein bei COPD auf mehr als 141 Milliarden Euro. Mit einer jährlichen Sterblichkeitsrate von 3 Millionen Menschen ist das Rauchen von Zigaretten der Hauptrisikofaktor für die Entwicklung von COPD. Die weltweite Raucherquote von 80 % steht im Gegensatz zu 2 % der COPD-Patienten. Daher könnten andere Faktoren wie Ernährung, genetische Defekte oder Infektionen die Entwicklung der Krankheit beeinflussen. Virusinfektionen bei Rauchern sind schwerer und treten häufiger auf, wie in zahlreichen epidemiologischen Studien gezeigt wurde. Die Kombination von Rauch- und Virusinfektionen ist beim Menschen noch nicht im Detail untersucht worden. Da Patienten Virusinfektionen viele Jahre vor dem Auftreten der ersten Symptome erleben können, sind epidemiologische Studien wegen der langen Beobachtungszeit, die dafür erforderlich wäre, schwierig durchzuführen. Darüber hinaus ist die Induktion einer kontrollierten Virusinfektion bei Rauchern aus ethischer Sicht unmöglich. Aus diesen Gründen sind Tiermodelle erforderlich, um den zugrunde liegenden Mechanismus zu untersuchen, der für die Entstehung der COPD verantwortlich ist. Ziel dieser Arbeit war es daher, die Immunantwort von rauchexponierten Mäusen zu untersuchen, die mit einer viralen Mimik (poly (I:C)) weiter in Frage gestellt werden. Zusätzlich wurden mögliche lösliche Marker zur Vorhersage und/oder Moleküle untersucht, die zur Entstehung von COPD beitragen können. Als Ergebnis wurde bei Mäusen, die 4 Zügen Zigarettenrauch pro Minute ausgesetzt waren, eine Atemwegsneutrophilie, wie sie bei Rauchern ohne Veränderung der Lungenfunktion auftritt, beobachtet. Anschliessend wurde die Immunantwort auf eine zusätzliche intranasale Verabreichung von Poly (I:C) untersucht. Die wichtigsten Veränderungen waren ein vierfacher Anstieg der Neutrophilen im BALF bei einer Poly (I:C)-Dosis von 1 µg und 10 µg im Vergleich zu Mäusen, die nur Zigarettenrauch ausgesetzt waren. Zusätzlich stiegen Il-6 und Kc/Gro von weniger als 50 pg/ml auf mehr als 200 pg/ml im BALF-Überstand an. Darüber hinaus wurden verschiedene Proteine im BALF-Überstand durch Trennung in einem 2D-Proteingel und anschließende massenspektrometrische Analyse identifiziert. So war z.B. Lipocalin in der Rauchgruppe bei Poly (I:C)-Behandlung im Vergleich zu den Kontrollgruppen stark erhöht. Die mRNA-Expressionen der Proteine wurden auch in BALF-Zellen von COPD-Patienten gefunden und konnten sowohl Proteasen und Antiproteasen als auch dem Eisenstoffwechsel zugeordnet werden. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit ein Mausmodell etabliert werden, das einen starken Raucher widerspiegelt, der sich einer Virusinfektion unterzieht. Darüber hinaus konnten Proteine im BALF nachgewiesen werden, die mit der Entstehung von COPD assoziiert sind und daher potentielle Biomarker darstellen könnten, die die Krankheit vorhersagen.Lung diseases are one of the greatest burdens on health and the economy. Various noncommunicable lung diseases such as asthma, COPD, lung cancer and others are responsible for more than 3.9 million deaths worldwide. In 2011, the costs of treatment, hospitalization and healthcare in the EU for COPD alone amounted to more than 141 billion euros. With an annual mortality rate of 3 million people, cigarette smoking is the main risk factor for the development of COPD. The worldwide smoking rate of 80 % is in contrast to 2 % of COPD patients. Therefore, other factors such as diet, genetic defects or infections could influence the development of the disease. Viral infections in smokers are more severe and occur more frequently, as has been shown in numerous epidemiological studies. The combination of smoke and virus infections in humans has not yet been studied in detail. Since patients may experience viral infections many years before the first symptoms appear, epidemiological studies are difficult to perform because of the long observation period that would be required. Furthermore, the induction of a controlled viral infection in smokers is ethically impossible. For these reasons, animal models are needed to investigate the underlying mechanism responsible for thedevelopment of COPD. Therefore, the aim of this work was to investigate the immune response of smoke-exposed mice, which are further challenged by viral mimics (poly (I:C)). Additionally, possible soluble markers for prediction and/or molecules that may contribute to the development of COPD were investigated. As a result, a respiratory neutrophilia similar to that of smokers without changes in lung function was observed in mice exposed to 4 puffs/min. Subsequently, the immune response to additional intranasal administration of poly (I:C) was investigated. The most important changes were a fourfold increase in neutrophils in BALF at a poly (I:C) dose of 1 µg and 10 µg compared to mice exposed only to cigarette smoke. In addition, Il-6 and Kc/Gro increased from less than 50 pg/ml to more than 200 pg/ml in the BALF supernatant. In addition, different proteins in the BALF supernatant were identified by separation in a 2D protein gel and subsequent mass spectrometric analysis. For example, lipocalin in the smoke group was strongly increased in poly (I:C) treatment compared to the control groups. The mRNA expressions of the proteins were also found in BALF cells of COPD patients and could be assigned to proteases and antiproteases as well as to iron metabolism. In summary, this work resulted in the establishment of a mouse model that reflects a heavy smoker who is undergoing a viral infection. In addition, proteins associated with the development of COPD could be detected in BALF and could therefore be potential biomarkers that predict the disease