iNOS im Respirationstrakt bei Pneumopathien

Menschen und Labortiere produzieren während einer Infektion stark erhöhte Mengen NO, dessen Synthese durch iNOS katalysiert wird. Eine Stimulation von iNOS erfolgt durch verschiedene Zytokin- und Immunstimuli in infiziertem Gewebe und kann dort direkt nachgewiesen werden (OCHOA et al. 1991; WEINBERG 1999; LOWENSTEIN et al. 1996; NICHOLSON et al. 1996).

MASON et al. (1997) und McDERMOTT et al. (1997) finden immunhistochemisch eine deutliche Expression von iNOS und NT in entzündlich verändertem Bronchialepithel und in Entzündungszellen von Menschen mit obliterierender Bronchiolitis nach Lungentransplantation. Das Verteilungsmuster von iNOS ist eng mit den entzündlichen Lungenveränderungen assoziiert, wobei in Arealen mit verändertem, balloniertem Bronchialepithel, Bindegewebsproliferationen und luminaler bindegewebiger Verlegung eine starke iNOS-Expression beobachtet wird.

In Lungenparenchymanteilen, im Lumen vieler Luftwege und peribronchiolär zeigt eine große Zahl von Entzündungszellen eine iNOS-positive Reaktion. In vollständig obliterierten Bronchioli ist hingegen keine iNOS-Expression mehr nachweisbar. Das Reaktionsmuster von NT deckt sich in allen Phasen der obliterierenden Bronchiolitis vollständig mit dem von iNOS. MASON et al. (1997) stellen die Hypothese auf, dass die durch iNOS katalysierte Produktion von NO zur Zellschädigung und insbesondere zur Schädigung des Lungenepithels beiträgt, da NT als ein Marker für eine stattgefundene Bildung von Peroxynitrit gelten kann. Auch GABBAY et al. (2000) stellen mittels Immunhistochemie (IHC) eine erhöhte iNOS-Expression im Bronchialepithel und in der Lamina propria in Lungengewebebioptaten von Patienten mit Bronchiolitis obliterans-Syndrom (BOS), oder bakteriell bedingter Pneumonie nach Lungentransplantation im Vergleich zu Lungengewebebioptaten von Patienten

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mit komplikationsloser Transplantation fest. Ebenso ist bei diesen Patienten ein Anstieg von NO in der Atemluft gemessen worden, welcher präventiv als Indikator für ein beginnendes BOS genutzt werden könne. Auch andere Autoren beschreiben, dass der in der Atemluft gemessene Gehalt an NO am höchsten bei Patienten mit akutem BOS ist und wieder abnimmt, je länger die Erkrankung besteht (FISHER et al. 1998). Im Lungengewebe von Patienten mit akuter Abstoßungsreaktion wird keine aufregulierte iNOS-Reaktion im Bronchialepithel verzeichnet (MASON et al. 1997).

FACCHETTI et al. (1999) finden eine immunhistochemisch positive iNOS- und NT-Expression in epitheloiden Zellen und mehrkernigen Riesenzellen bei Patienten mit Lungengranulomen unterschiedlichster Ätiologie (Tuberkulose, Sarkoidose, Toxoplasmose, Kryptokokkose, Leishmaniose und Bartonellose). Da mittels einer RT-Polymerase-Kettenreaktion (real time-polymerase chain reaction, RT-PCR) die Zytokine IFN-γ, IL-2 und TNF-α nachgewiesen werden können, liegt eine von T-Helferzellen-1 (Th-1) stimulierte Immunantwort und iNOS-Induktion nahe. Zytokine der T-Helferzellen-2 (Th-2), wie z.B. IL-4 unterdrücken dagegen eine iNOS-Expression. CHOI et al. (2002) untersuchen das Vorkommen von iNOS und NT mittels Immunhistochemie in humaner, pulmonärer Tuberkulose und weisen eine Expression in epitheloiden Makrophagen und Riesenzellen der tuberkulösen Granulome sowie in Alveolarmakrophagen und Epithelzellen in Lungenregionen mit Pneumonie nach. Gleichzeitig wird in diesen Zellen eine Expression von TNF-α verzeichnet. Bei experimentell mit Mycobacterium tuberculosis infizierten Mäusen können ARRIAGA et al. (2002) mittels RT-PCR hohe Mengen von TNF-α, iNOS, IL-2 und IFN-γ ermitteln. HERNANDEZ-PANDO et al. (2001) detektieren immunhistologisch iNOS- und NT-positive Makrophagen in Lungengranulomen von Mäusen in der frühen Infektionsphase der Tuberkulose. In der späten Phase der Infektion werden Lungennekrosen beobachtet, die eine verminderte iNOS- und eine erhöhte NT-Expression zeigen. SPEYER et al. (2003) beschreiben eine verstärkte Entzündungsantwort in mit LPS inokulierten iNOS-knockout Mäusen (iNOS¯^/¯) und vermuten, dass iNOS eine Rolle bei der Zytokin-Regulierung der pulmonalen Immunantwort spielen müsse. Bei Mäusen mit Asthma wird von TAKEMOTO et al.

(2007) eine verstärkte, immunhistologische Expression von iNOS in infiltrierenden

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Granulozyten und Bronchialepithelzellen gezeigt. Für NT sind außerdem Typ II Pneumozyten und Alveolarmakrophagen positiv.

CHO und CHAE (2002) weisen iNOS immunhistochemisch in fixiertem Lungengewebe von Schweinen mit fibrinöser Pleuropneumonie, ausgelöst durch eine natürliche Actinobacillus pleuropneumoniae-Infektion, nach. Eine iNOS-Expression wird in Makrophagen und neutrophilen Granulozyten in Alveolarräumen und in sogenannten Haferzellen (oat cells) beobachtet. Haferzellen sind dichtgedrängte, langgestreckte Zellen, die sich fischzugartig um durch Actinobacillus pleuropneumoniae hervorgerufene Koagulationsnekrosen im Lungengewebe anordnen und aus degenerierenden Leukozyten bestehen (HÄNI et al. 1973; CHEN 1997). Die Entzündungszellen in Blutgefäßen und in unveränderten Lungenbereichen infizierter Tiere und der Kontrolltiere zeigen keine Reaktion für iNOS. CHO und CHAE (2002) gehen davon aus, dass eine hochgradige Freisetzung von NO durch iNOS für die Gewebeläsionen verantwortlich sein könnte. In den meisten Lungenarealen, in denen iNOS-positive Zellen auftreten, wird mittels in situ-Hybridisierung eine hohe Anzahl DNA-positiver Zellen für Actinobacillus pleuropneumoniae beobachtet (CHO u. CHAE 2003a). Ebenso beschreiben CHO und CHAE (2003a) eine Korrelation von iNOS-positiven Zellen mit NT-exprimierenden Zellen, die überwiegend in der Peripherie entzündlich veränderter Lungenbereiche zu finden sind. Auch eine in vitro-Aktivierung von Alveolarmakrophagen mit Actinobacillus pleuropneumoniae und IFN-γ hat eine erhöhte Produktion von NO zur Folge, die iNOS-abhängig zu sein scheint (CHO u.

CHAE 2003b). CHO und CHAE (2004b) finden eine enge Assoziation von NF-ĸB und iNOS in Lungengewebeproben von natürlich mit Actinobacillus pleuropneumoniae-infizierten Schweinen. NF-ĸB ist ein wichtiges Protein in der transkriptionalen Induktion des iNOS-Genes in verschiedenen Zelltypen einschließlich Makrophagen (BOGDAN et al. 1995; ODDIS u. FINKEL 1996). Neutrophile Granulozyten und Makrophagen zeigen in der in situ-Hybridisierung und in der Immunhistologie eine iNOS- sowie eine Cyclooxygenase-2 (COX-2)-Expression im Lungengewebe von Schweinen mit experimenteller Actinobacillus pleuropneumoniae-Infektion, die eng mit Actinobacillus pleuropneumoniae-DNA-positiven Zellen assoziert ist. Zusätzlich

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wird NO und Prostaglandin E2 (PGE2) in der BAL-Füssigkeit in vivo festgestellt (CHO u. CHAE 2003b). Von iNOS produziertes NO aktiviert COX-2, die wiederum PGE2

synthetisiert. NO und PGE2 können demnach eine synergistische Rolle bei der durch eine Actinobacillus pleuropneumoniae-Infektion hervorgerufenen Immunantwort spielen (CHO u. CHAE 2003b; CHO u. CHAE 2004a).Entzündungsmediatoren in der Lunge stimulieren COX-2, deren Aktivierung vor allem zu einer Mehrbildung von PGE2 führt, das eine Bronchodilatation bewirkt (KOSTIKAS et al. 2003).

RADI et al. (2001) beschreiben eine Abnahme der iNOS-Expression in Bronchialepithelzellen in Lungengewebeproben neonataler Kälber mit Mannheimia haemolytica-Infektion, wenn gleichzeitig eine hochgradige iNOS-positive Leukozyteninfiltration vorlag. Eine starke Reaktion für iNOS und NT wird in den multifokalen Infiltraten aus neutrophilen Granulozyten und Makrophagen im Lungengewebe der mit Mannheimia haemolytica infizierten Kälber verzeichnet, wobei sich Kontrollkälber und infizierte Tiere in ihrem Expressionsmuster für NT ansonsten nicht unterscheiden. PALMER et al. (2007) inokulieren Kälber mit Mycobacterium bovis und finden immunhistochemisch iNOS-positive und CD68-positive Makrophagen und mehrkernige Riesenzellen ausschließlich in Granulomen in der frühen und mittleren Infektionsphase, aber nicht mehr gegen Versuchsende (Tag 90 p.i.). In Granulomen, die nekrotische Zentren aufweisen, ist die iNOS-Expression limitiert und nur in der Zellzone zu verzeichnen, die direkt an die nekrotischen Areale angrenzt. iNOS wird außerdem von Zellen mit spindelförmiger Morphologie exprimiert, bei denen es sich um Fibroblasten handeln könnte.

PERREIRA-SUÁREZ et al. (2006) detektieren iNOS mittels IHC in epitheloiden Makrophagen und mehrkernigen Riesenzellen vom Langhans-Typ in Lungengranulomen von Kälbern mit natürlicher Mycobacterium bovis-Infektion. Eine Akkumulation von NT wird ebenfalls in mehrkernigen Riesenzellen vom Langhans-Typ festgestellt.

FLIGGER et al. (1999) beschreiben eine iNOS-Expression in Lungengewebeproben von Rindern, die mit Arcanobacterium pyogenes und Pasteurella haemolytica (jetzt Mannheimia haemolytica nach ANGEN et al. 1999) infiziert wurden. Bei Tieren, die infolge einer Infektion mit Escherichia coli eine akute oder chronische, interstitielle

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Pneumonie entwickeln, wird keine iNOS-Expression verzeichnet. Um nekrotische Herde im Lungengewebe von Rindern mit Bronchopneumonie, die mit Arcanobacterium pyogenes oder Mannheimia haemolytica infiziert sind, finden die Autoren mittels IHC stark iNOS-exprimierende Zellen. Einige Zellen in den Alveolarräumen und in den Bronchiallumina in weniger stark entzündlich veränderten Lungenbereichen sowie einzelne Chondrozyten des Bronchialknorpels zeigen eine positive Reaktion für iNOS. In entzündlich veränderten Lungen von Rindern mit Bronchopneumonie nach einer Mannheimia haemolytica-Infektion können ebenfalls iNOS-exprimierende Zellen in der die Nekrosen umgebenden Zellzone nachgewiesen werden. In verstreut liegenden Zellen innerhalb nichtnekrotischer Alveolarräume und Bronchien wird ebenfalls eine positive iNOS-Reaktion verzeichnet. Da keine iNOS-Expression in Lungen von Rindern mit interstitieller Pneumonie festgestellt wird, vermuten die Autoren, dass iNOS hauptsächlich bei durch Arcanobacterium pyogenes und Mannheimia haemolytica hervorgerufener, nekrotisierender Bronchopneumonie gebildet wird. Um die iNOS-positiven Zellen im entzündlich veränderten Lungengewebe näher zu charakterisieren, führten die Autoren Doppelfärbungen mit MHC-II, dem Makrophagenmarker CD68 und den Phagozytenmarkern S100A8 und S100A9 durch, die zeigen, dass die Mehrheit der iNOS-exprimierenden Zellen negativ für die genannten Marker ist. Auch in einer Studie, in der die iNOS-Expression in Gehirnen von Ziegen, Schafen und Rindern mit einer Listeria monocytogenes-Infektion untersucht wird, sind die meisten iNOS-positiven Zellen negativ für S100A8 und S100A9 (JUNGI et al. 1997b).