Dysformation und Destruktion elastischer Fa-

Die Akkumulation von Entzündungszellen im Lungenparenchym hat Konsequenzen hinsichtlich der Organisation und Anordnung elastischer Fasern und somit für den Prozess der Alveolarisierung.

In der Lunge sind elastische Fasern maßgeblich an der Koordination von Septierungsprozessen beteiligt (Burri 2006, Bourbon et al. 2005) und somit integraler Bestandteil der Alveolarisierung.

Elastin ist ein stark hydrophobes, unglykosyliertes Protein und Haupt-bestandteil elastischer Fasern (Alberts et al. 1990). Es entsteht nach Quervernetzung durch das Enzym Lysyloxidase aus dem löslichen Vorläufermolekül Tropoelastin, welches von Myofibroblasten gebil-det und in den extrazellulären Raum ausgeschieden wird (Bourbon et al. 2005). Die Elastinmoleküle bilden Filamente, die untereinander stark quervernetzt sind und sich zu Fasern zusammenlagern (Alberts

4.4 Wirkungen vonLPSundErbB4-Deletion . . . et al. 1990). Die Elastinfasern im Lungenparenchym wurden in den Versuchen mittels Orceinfärbung gefärbt (siehe Abschnitt 2.2.4) und dargestellt (siehe Abschnitt 3.3.3).

Die Funktion von Elastin im Hinblick auf eine regelrechte Lungen-entwicklung wird anhand von Elastin-Knockout-Mäusen deutlich.

Die Lungen dieser Tiere entwickeln sich nur bis hin zum sacculä-ren Stadium, weisen eine quantitativ niedrigere Anzahl an distalen Lufträumen mit dilatierten Sacculi und ausgedünnten Septen auf (Wendel et al. 2000) und sterben postnatal an Tag 4(Ueda et al. 2006, Bourbon et al. 2005).

Stellt man einen übergeordneten Zusammenhang zwischen elasti-schen Fasern (siehe Abschnitt 3.3.3) und den jeweiligen Zelldichten vonPMNund Makrophagen (siehe Abschnitt 3.4.2) im Lungenparen-chym einzelnerVersuchsgruppen her, so wird deutlich, dass offenbar eine Korrelation zwischen den gemessenen Zelldichten und dem Grad der Dysformation und Destruktion elastischer Fasern existiert. Hohe Zelldichten von Entzündungszellen gingen mit zunehmend fehler-haft organisierten und fragmentierten Elastinfasern einher (siehe Abb.3.15–3.21 sowie Abb. 3.29 und 3.30).

Dies hat folgende Gründe: Nach Migration von neutrophilen Granu-lozyten ins Lungenparenchym kommt es nach deren Degranulation unter anderem zur Ausschüttung Elastin-degradierender Enzyme wie Cathepsin (Watari et al. 2000). Zusätzlich sezernieren die eingewan-derten neutrophilen Granulozyten und Makrophagen verschiedene biologisch hochaktive Proteasen, die in der Lage sind, zur Zerstörung der Extrazellulären Matrix sowie der alveolären Kapillaren, wie sie auch bei BPD auftritt, beizutragen (Speer 2006). Zu diesen aggres-siven, proteolytisch wirkenden Substanzen zählen unter anderem auch Sauerstoffmetabolite (R. O. S.) und H2O2, welche Gewebeschä-den verursachen können, das protektive, antioxidative System in Luftwegen und Lungenparenchym inaktivieren und die Aktivität der Matrixmetalloproteinasen steigern können (Saugstad 1997, Speer 2006). All diese Faktoren sind an der Zerstörung und Fragmentierung elastischer Fasern beteiligt, wie sie insbesondere inErbB4-deletierten Lungen beobachtet werden konnte (siehe Abschnitt 3.3.3, Abb. 3.21).

Da Störungen der Alveolarisierung mit abnormer Vaskularisierung einhergehen (Kallapur et al. 2004, Bhatt et al. 2001), könnte derLPS -bedingte, inflammatorische Stimulus auch zu veränderten vaskulären

Strukturen in Form der beobachteten, abnormen Elastinfasern in Blutgefäßwänden derErbB4-deletierten Lungen geführt haben (siehe Abschnitt 3.3.3, Abb. 3.20). Diese Beobachtung lässt einen Vergleich zu Studien zu, welche das Lungenparenchym von anBPDerkrankten Kindern untersuchten. Hier fanden sich ein Mangel an elastischen Fasern (Bruce et al. 1985) und abnorme Kapillarstrukturen (Coalson et al. 1999) in Kombination mit typischen Mustern alveolärer Sim-plifizierung (Bhatt et al. 2001, Bourbon et al. 2005). Die Interruption der regelrechten, pulmonal-vaskulären Entwicklung kann das Risiko erhöhen, anBPDzu erkranken (Massaro & Massaro 1996, Parker &

Abman 2003).

Fazit

Die Ergebnisse dieser Arbeit demonstrieren, dass sowohl die pulmo-naleLPS-Exposition als auch eine pulmonaleErbB4-Deletion multiple komplexe pathophysiologische Folgen für die Entwicklung der fe-talen Lunge haben können. Diese Faktoren sind bislang noch nicht vollständig verstanden; sie können sich gegenseitig offenbar additiv verstärken. In Hinblick auf den Kontext der in dieser Arbeit erhobe-nen Ergebnisse entsteht jedoch ein relativ einheitliches Bild, welches Zusammenhänge zwischen der Art der Behandlung und dem jeweili-gen Genotyp der untersuchten Tiere verdeutlicht:

Lungenparenchym NaCl-behandelterErbB4-Wildtyp-Feten an

GD18

• Lungenentwicklung im sacculären Stadium

• Niedrige Zelldichten von Granulozyten und Makrophagen

• Regelrecht ausgebildete und angeordnete Elastinfasern

⇒ Histologisch-morphologisches Bild passt zum blanden, inflamma-torischen Status: regelrechte fetale Lungenentwicklung

Lungenparenchym NaCl-behandelter ErbB4^heart−/−-Feten und

LPS-behandelterErbB4-Wildtyp-Feten anGD18

• Erhöhte mesenchymale Volumendichten in Kombination mit sacculären Arealen

• Mäßig erhöhte Zelldichten von Granulozyten und Makrophagen

• Teils dysmorphe und ungeordnete Elastinfasern

⇒ Histologisch-morphologisches Bild passt zum mäßig ausgeprägten Entzündungsstatus: mäßige Verzögerung der fetalen

Lungenent-4.4 Wirkungen vonLPSundErbB4-Deletion . . .

LungenparenchymLPS-behandelterErbB4^heart−/−-Feten anGD18

• Stark erhöhte mesenchymale Volumendichten

• Massive Migration von Granulozyten und Makrophagen ins Lungenparenchym

• Diffus verteilte und fragmentierte Elastinfasern

• Herabregulation derSP-A- undSP-D-mRNA

• ErhöhteTNF-α-Konzentrationen im Lungenhomogenat

⇒ Zusammenhang zwischenErbB4-Deletion, Inflammation und deut-licher Verzögerung der Lungenausreifung

Insgesamt wird ersichtlich, dass die Deletion des ErbB4-Rezeptors offenbar bereits im Fetalstadium der murinen Lungenentwicklung als Risikofaktor für eine Retardierung der Lungenausreifung zu betrach-ten ist. Es existieren hierbei verschiedene Parallelen zum klinischen und histologischen Bild derBPD(siehe Abb. 4.1).

ErbB4-Deletion in Lungen von ErbB4^heart−/−-Mäusen

FetaleLungen:

• Erhöhte Anteile an Mesenchym

• Dysmorphe elastische Fasern

• Entzündungszeichen

• Verzögerte Lungenentwicklung

AdulteLungen (Purevdorj et al. 2008):

• Alveoläre Simplifikation

• ErniedrigteSP-D-Expression Struktureller Vergleich zum Lungenparenchym anBPDerkrankter Kinder

↑ ↑

Lungenentwicklung Pränatal /GD18 Postnatal / Woche 11–14

✲ ✲

✻❄

Abbildung 4.1:

Zusammenfassung der Ergebnisse zum Einfluss der Deletion pulmonaler

ErbB4-Rezeptoren in fetalen Lungen von Mäusen:ErbB4-Deletion führt be-reits während der Fetalzeit zu pathologischen Veränderungen im murinen Lungenparenchym, welche den beobachteten strukturellen und entzündli-chen Auffälligkeiten in Lungen adulter, transgenerErbB4-deletierter Mäuse (Purevdorj et al. 2008) vorausgehen.

Intraamnionale

mit der fetalen Lunge (ErbB4-Wildtyp-Maus)

Kontakt vonLPS

mit der fetalen Lunge (ErbB4^heart−/−-Maus)

ProtektiveFunktion desErbB4-Rezeptors innerhalb (LPS-assoziierter) entzündlicher Prozesse

in der fetalen Lunge

↓

Zusammenfassung der Ergebnisse zum ErbB4-Rezeptor-abhängigen Ein-fluss vonLPSauf die morphologische murine Lungenentwicklung:ErbB 4-Rezeptoren besitzen eine protektive Funktion innerhalbLPS-assoziierter, entzündlicher Prozesse.

Eine intrauterineLPS-Exposition der fetalen Lunge vonErbB4- Wild-typ-Mäusen stellt ein weiteres Risiko für eine retardierte Lungen-entwicklung dar. Es existieren hierbei Parallelen zurLPS-assoziierten Chorioamnionitis beim Menschen, welchein vivoebenfalls zu Verzö-gerungen der fetalen Lungenentwicklung führt. Die Kombination von

ErbB4-Deletion undLPS-Exposition potenziert inErbB4^heart−/−-Mäusen sowohl entzündliche Reaktionen im Lungenparenchym als auch die morphologische Lungenausreifung.

Somit kann abgeleitet werden, dass dem pulmonalenErbB4-Rezeptor offenbar eine protektive Komponente währendLPS-induzierter,

ent-4.5 Vergleiche zu Studien anderer Spezies