iNOS und 3-NT bei IBD

Dem oxidativen Stress kommt bei der Pathogenese der humanen IBD anscheinend eine wichtige Bedeutung zu. Verschiedene Untersuchungen an Menschen und Tiermodellen zeigten, dass NO an der Entstehung und/oder Unterhaltung der gastrointestinalen Entzündung beteiligt sein könnte (KOLIOS et al., 2004). So waren die Konzentrationen von Citrullin, dem Ko-Produkt der NOS, in rektalen Biopsien von Patienten mit ulzerativer Kolitis (UC) höher als bei Biopsien mit normaler Histologie.

Inkubation mit L-NMMA, einem Inhibitor der NOS, reduzierte die Konzentration von Citrullin, was auf eine erhöhte Aktivität der NOS und eine erhöhte Produktion von NO schliessen läßt (MIDDLETON et al., 1993). Patienten mit UC wiesen eine achtfach erhöhte iNOS-Aktivität in der Kolon-Schleimhaut auf. Bei Patienten mit Morbus Crohn waren keine iNOS-Veränderungen festzustellen (BOUGHTON-SMITH et al., 1993).

Literaturübersicht 33

Luminale Gas-Proben wurden bei Patienten mit UC mittels Chemilumineszenz-Test analysiert und ergaben eine 100fache Erhöhung von NO (LUNDBERG et al., 1994).

In einer Studie zur iNOS-Expression in zirkulierenden Monozyten bei humaner IBD ergaben sich eine erhöhte iNOS-Expression sowie ein erhöhter Anstieg des Prozentsatzes der iNOS-positiven Monozyten in Korrelation mit dem Erkrankungsgrad (DIJKSTRA et al., 2002).

KOLIOS et al. (1998) wiesen iNOS-Protein immunhistochemisch in den Epithelzellen der Schleimhaut des Kolons bei Patienten mit aktiver UC nach. Keine Expression zeigte sich in der Schleimhaut von Patienten, die sich in Remission befanden oder bei Gesunden. SINGER et al. (1996) wiesen in den entzündeten Bereichen des Kolonepithels bei Patienten mit UC, Morbus Crohn (MC) und Divertikulitis immunhistochemisch iNOS nach. Außerdem wurde Nitrotyrosin in den gleichen Lokalisationen nachgewiesen. Diese Untersuchungsergebnisse deuten darauf hin, dass es zur Nitration von Proteinen kam und dass die Expression von iNOS und der Nachweis von Nitrotyrosin nicht spezifisch für IBD sind, sondern einen allgemeinen Befund bei intestinaler Entzündung darstellen.

Obwohl 3-NT-Bildung in einigen Studien mit der iNOS-Expression zusammenzuhängen scheint, ist dieses in anderen Studien nicht der Fall. In einer Untersuchung von KIMURA et al. (1998) bei Patienten mit UC war NT nur in der Lamina propria, jedoch nicht im Epithel darstellbar. Außerdem war keine iNOS Aktivität (immunhistologisch, Western Blot) bei den Kontrollen nachzuweisen. Jedoch fand sich mit zunehmender Entzündung ein Anstieg der Expression von iNOS in der entzündeten Mukosa.

DJIKSTRA et al. (1998) kamen bei der Untersuchung von iNOS und 3-NT bei Patienten mit UC und MC zu dem Schluß, dass die Epithelzellen des Kolons die Hauptquelle für eine verstärkte NO-Produktion darstellen. Nitrotyrosin war nur in Zellen der Lamina propria nachweisbar. Es zeigte sich dabei keine Kolokalisation mit iNOS. Stattdessen waren die 3-NT-positiven Zellen auch positiv für ROS. Nur entzündete Bereiche waren iNOS-positiv.

KRUIDENIER et al. (2003c) untersuchten bei Patienten mit MC und UC die Expression von NOS und 3-NT. Positive Ergebnisse zeigten sich bei den Kontrollen

und den Erkrankten. Dabei fand sich eine 3-NT-Färbung des Zytoplasmas der luminalen Kryptzellen, der neutrophilen Granulozyten in der Lamina propria und der extrazellulären Matrix. Die 3-NT-Expression war in der entzündeten Mukosa von Patienten mit UC erhöht. Eine diffuse, zytoplasmatische NOS-Färbung wies das Oberflächenepithel der Erkrankten und ein Teil der Kontrollen auf. NOS-positive mononukleäre Zellen waren z.T. in entzündeter Mukosa nachweisbar. Außerdem waren submukosale Neuronen und Blutgefäße positiv. Bei Patienten mit UC fand sich eine signifikante Erhöhung der NOS-Expression in entzündeter und nicht-entzündlich veränderter Mukosa. 3-NT- und NOS-Expression waren epithelial kolokalisiert, in der Lamina propria jedoch nicht vorhanden.

GUIHOT et al. (2000) untersuchten bei Menschen mit UC und MC die iNOS-Aktivität in Kolonbiopsien. Im Vergleich zur Kontrollgruppe war eine fünf- bzw. dreifache Erhöhung feststellbar. Des Weiteren ließ sich eine Korrelation zwischen dem intestinalen Entzündungsgrad bei Patienten mit UC und der iNOS-Aktivität darstellen.

In verschiedenen IBD-Tiermodellen wurde die Rolle von NO als entzündlicher Mediator untersucht. In einem felinen Modell mit intestinaler Ischämie und anschließender Reperfusion war der mukosale Schaden bei Tieren mit exogen zugeführtem NO geringer (PAYNE und KUBES, 1993). In einem Versuch mit Meerschweinchen verbesserte sich eine chemisch induzierte, chronische Ileitis unter der Gabe von NOS-Inhibitoren (MILLER et al., 1992).

In einer Untersuchung von SHI et al. (2006) an Mäusen wurde das Zusammenspiel von angeborenem und adaptivem Immunsystem untersucht. Man fand heraus, dass IFNγ von Th1-Zellen und LPS sowie TLR4 vorhanden sein müssen, um eine iNOS-Expression und NO-Abgabe von Makrophagen und eine konsekutive intestinale Entzündung zu induzieren.

In diversen Untersuchungen an Mäusen mit experimentell induzierter IBD wurde eine erhöhte iNOS-Expression und Citrullin-Produktion sowie iNOS/Nitrotyrosin-Ko-Lokalisation festgestellt (KOLIOS et al., 2004).

Der Einsatz von verschiedenen NOS-Inhibitoren sowie die Supplementierung von NO bei Tieren mit experimentell induzierter IBD ergab widersprüchliche Ergebnisse

Literaturübersicht 35

mit Verschlimmerung oder Verbesserung der intestinalen Entzündung (KOLIOS et al., 2004).

Des Weiteren wurde die Bedeutung von iNOS in knockout-Maus-Modellen untersucht. MCCAFFERTY et al. (2000) zeigten, dass ein experimentell induzierter, akuter, mukosaler Schaden bei iNOS-defizienten Tieren im Vergleich mit Kontrolltieren verstärkt auftrat. Bei einer chronischen Schädigung der Mukosa fanden sich allerdings keine Unterschiede. Im Gegensatz zur iNOS-Expression des Menschen waren die Epithelzellen des Kolons nicht iNOS-positiv. Widersprüchlich dazu sind die Untersuchungen von ZINGARELLI et al. (1999). Diese zeigten, dass die iNOS-defizienten Tiere signifikant weniger Nitrotyrosin-Färbung und weniger entzündliche Veränderungen im Kolon aufwiesen. Außerdem zeigte sich eine vorwiegend apikale Färbung der Kolonepithelzellen für iNOS und Nitrotyrosin bei den Kontrolltieren.

In diversen weiteren Studien, die chronische Kolitiden an iNOS-defizienten Tieren untersuchten, fanden sich einheitlichere Ergebnisse. Die Tiere mit experimentell induzierter Kolitis zeigten im Gegensatz zu den Kontrolltieren eine abgeschwächte intestinale Entzündung (ZINGARELLI et al., 1999; KOLIOS et al., 2004). Wiederum weisen andere Untersuchungen darauf hin, dass iNOS bei der Regeneration der intestinalen Entzündung eine förderliche Rolle spielt (MCCAFFERTY et al., 1997;

KOLIOS et al., 2004). Aufgrund der vielen widersprüchlichen Untersuchungen bleibt es somit fraglich, inwieweit Tiermodelle mit experimentell verursachter intestinaler Entzündung in Hinblick auf die IBD des Menschen vergleichbare und nutzbare Ergebnisse liefern können (KOLIOS et al., 2004).

Untersuchungen zur gastrointestinalen Expression von iNOS und Nitrotyrosin bei Hunden mit IBD sind bisher kaum bekannt. GUNAWARDANA et al. (1997) analysierten die Nitrit-Konzentration in der Kolon-Lavage-Flüssigkeit von Hunden mit IBD. Da NO sehr flüchtig ist, stellt die Messung der Nitrit-Konzentration als Endprodukt der Oxidation von NO eine indirekte Methode zur Ermittlung der iNOS-Aktivität dar. Die Kolon-Lavage-Flüssigkeit der IBD-Hunde wies siebenmal höhere Nitrit-Konzentrationen auf als die der Kontrolltiere.

JERGENS et al. (1998) wiesen iNOS mRNA in entzündeter Mukosa des Kolons von Hunden mit IBD nach.