Das Lipidmuster der caninen Epidermis – Untersuchungen zum Einfluss verschiedener Probenahmetechniken, Körperregionen und
ausgewählter Hauterkrankungen
INAUGURAL – DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer Doktorin
der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
( Dr. med. vet. )
vorgelegt von
Mandy Angelbeck-Schulze Grevesmühlen
Hannover 2013
2. Apl.-Prof. Dr. W. Bäumer
Institut für Pharmakologie, Pharmazie und Toxikologie
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. R. Mischke Apl.-Prof. Dr. W. Bäumer
2. Gutachter: Univ.-Prof. a. D. Dr. W. Meyer
Tag der mündlichen Prüfung: 13.05.2013
Diese Dissertation wurde von der „Gesellschaft zur Förderung Kynologischer
Meiner Familie
- besonders meinen Eltern -
ANGELBECK-SCHULZE, M., J. STAHL, S. BRODESSER, K. ROHN, H.
NAIM, M. HEWICKER-TRAUTWEIN, M. KIETZMANN, W. BÄUMER und R.
MISCHKE (2013):
Comparison of three different sampling methods for canine skin lipids.
Veterinary Dermatology 24: 233-e251
Ergebnisse dieser Dissertation wurden in Form eines Posters auf folgenden Fachtagungen präsentiert:
• 9th International Conference and Workshop on Biological Barriers – in vitro and in silico Tools for Drug Delivery and Nanosafety Research, Saarbrücken (29.02. – 09.03.2012):
Comparison of different methods for skin lipid sampling in the dog
M. Angelbeck-Schulze, J. Stahl, K. Rohn, M. Kietzmann, R. Mischke, W.
Bäumer
• 7th World Congress of Veterinary Dermatology, Vancouver, Canada (24. – 28.07.2012):
Comparison of three different sampling methods for canine skin lipids
M. Angelbeck-Schulze, J. Stahl, K. Rohn, M. Kietzmann, R. Mischke, W.
Bäumer
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung... 11
2 Literaturübersicht... 14
2.1 Die Epidermis... 14
2.1.1 Aufbau und Funktion ... 14
2.1.2 Die epidermalen Lipide - der „Mörtel“ der Hautbarriere... 15
2.1.2.1 Entstehung, Zusammensetzung und Barrierefunktion der interzellulären Lipidlamellen... 15
2.1.2.2 Die Ceramide des Stratum corneum... 19
2.1.2.3 Physiologische Einflüsse... 22
2.1.3 Hauterkrankungen mit veränderter Lipidzusammensetzung der Epidermis ... 28
2.2 Lipidanalytik ... 40
2.2.1 Probenahmetechniken ... 40
2.2.2 Chromatographische Verfahren ... 47
2.2.3 Massenspektrometrie... 51
3 Material und Methoden... 54
3.1 Material ... 54
3.1.1 Geräte ... 54
3.1.2 Chemikalien und Lösungsmittel ... 55
3.1.3 Verbrauchsmaterial und sonstige Materialien ... 56
3.2 Studiendesign ... 57
3.3 Methodik... 59
3.3.1 Tiere... 59
3.3.2 Probenahme und -bearbeitung... 60
3.3.3 Lipidextraktion ... 62
3.3.4 Standards... 63
3.3.5 Dünnschichtchromatographie... 63
3.3.6 Densitometrie und Quantifizierung ... 64
3.3.7 Identifizierung der Ceramidbanden mittels Massenspektrometrie ... 65
3.3.8 Statistische Auswertung... 66
4 Manuskript I... 69
4.1 Abstract ... 70
4.2 Introduction ... 71
4.3 Material and methods... 72
4.4 Results ... 78
4.5 Discussion... 81
4.6 References... 84
4.7 Figures and tables... 89
5 Manuskript II... 98
5.1 Abstract ... 99
5.2 Introduction ... 100
5.3 Material and methods... 101
5.4 Results ... 105
5.5 Discussion... 108
5.6 References... 113
5.7 Figures and tables... 120
6 Diskussion ... 124
7 Zusammenfassung... 136
8 Summary ... 139
9 Literaturverzeichnis ... 141
10 Tabellarischer Anhang... 163
11 Danksagung ... 186
Abkürzungsverzeichnis
°C Grad Celsius
% Prozent
Abb. Abbildung
AMD automated multiple development (automatische Mehrfachentwicklung)
bzw. beziehungsweise C Kohlenstoffkette CE cornified envelope (Hornzellhülle)
Cer Ceramide CER Ceramidklasse ChE Cholesterylester Chol Cholesterol ChSO4 Cholesterolsulfat
CID collision induced dissociation (kollisionsinduzierte Abspaltung)
cm Zentimeter
cm² Quadratzentimeter corr Korrelationskoeffizient
CXP collision cell exit potential (Kollisionszellenausgangs- spannung)
DP Declustering Potential
EP entrance potential (Eintrittsspannung)
ESI Elektrospray-Ionisation et al. et alii (lateinisch für „und andere“)
FFA free fatty acids (freie Fettsäuren) FS Fettsäure g Gramm ggf. gegebenenfalls GlcCer Glucosylceramide
HPLC high-pressure liquid chromatography (Hochdruckflüssig- chromatographie)
HPTLC high-performance thin-layer chromatography (Hoch- leistungsdünnschichtchromatographie)
kV Kilovolt
LC liquid chromatography (Flüssigchromatographie) log logarithmiert
mg Milligramm min Minute ml Milliliter mm Millimeter mM millimolar
mRNA messenger ribonuclein acid (Boten-Ribonukleinsäure) MS Massenspektrometrie
MS/MS Tandem-Massenspektrometrie m/z mass-to-charge ratio (Masse-Ladungs-Verhältnis)
o. g. oben genannte
p Signifikanzniveau PL Phospholipide PE Phosphatidylethanolamin
psi pound-force per square inch (physikalische Einheit für Druck)
rpm rotation per minute (Umdrehungen pro Minute) SB Stratum basale (Keimschicht)
SC Stratum corneum (Hornschicht) sec Sekunde SG Stratum granulosum (Körnerschicht)
s. o. siehe oben
SSp Stratum spinosum (Stachelzellschicht) St. Staphylokokkus Tab. Tabelle
TG Triglyzeride
TLC thin-layer chromatography (Dünnschichtchromatographie) u. und
u. a. unter anderem
UV ultraviolett V Volt
v/v(/v) Volumenverhältnisse VC Varianzkomponente
z. B. zum Beispiel
z. T. zum Teil
µg Mikrogramm µl Mikroliter ρIC Intraclass Korrelationskoeffizient σ² Varianz [A] α-hydroxilierte Fettsäure
[dS] Dihydrosphingosin [EO] veresterte ω-hydroxilierte Fettsäure
[H] 6-Hydroxysphingosin
[N] nicht-hydroxilierte Fettsäure
[O] ω-hydroxilierte Fettsäure
[P] Phytosphingosin [S] Sphingosin
1 Einleitung
Die Forschung über die epidermalen Lipide des Hundes hat in den letzten Jahren stetig an Bedeutung gewonnen. Beim Menschen ist schon seit Längerem bekannt, dass die interzellulären Lipide des Stratum corneum eine wichtige Rolle in der Barrierefunktion der Haut spielen (FARTASCH 1997; WERTZ 2000; FEINGOLD 2007). Hierbei scheint den Ceramiden, die im Stratum corneum in ungewöhnlicher struktureller Vielfalt vorkommen (MASUKAWA et al. 2008), eine Schlüsselfunktion zuzukommen (CHOI u. MAIBACH 2005; HOLLERAN et al. 2006).
Eine Veränderung der Zusammensetzung der epidermalen Lipide wird bei vielen Hauterkrankungen als ursächlich diskutiert, denen eine gestörte Hautbarriere zugrunde liegen könnte (CODERCH et al. 2003; NISHIFUJI u. YOON 2013). In diesem Zusammenhang wurde bei Menschen mit atopischer Dermatitis ein Mangel an Ceramiden nachgewiesen (IMOKAWA et al. 1991; YAMAMOTO et al. 1991;
MACHELEIDT et al. 2002), der auf Veränderungen im Lipidstoffwechsel der Haut zurückzuführen sein könnte (JENSEN et al. 2004; IMOKAWA 2009). Auch zur caninen atopischen Dermatitis, die derjenigen des Menschen klinisch sehr ähnlich ist (MARSELLA et al. 2011), existieren bereits einige wenige Studien zur epidermalen Lipidzusammensetzung (REITER et al. 2009; SHIMADA et al. 2009; POPA et al.
2011b; YOON et al. 2011; STAHL et al. 2012). Diese Studien bezogen sich hauptsächlich auf die Unterschiede in Ceramidgehalt und -zusammensetzung zwischen gesunden und atopischen Hunden, auf die übrigen Lipidfraktionen der caninen Epidermis wurde kaum eingegangen. Studien zum epidermalen Lipidmuster anderer Hauterkrankungen des Hundes sind selten (YOON et al. 2013).
Trotz der Existenz eines typischen Verteilungsmusters bei sowohl humaner als auch caniner atopischer Dermatitis (MARSELLA u. SAMUELSON 2009) und obwohl für den Menschen vergleichende Studien zum Lipidmuster verschiedener Körperregionen durchgeführt wurden (LAMPE et al. 1983a; YOSHIKAWA et al.
1994), sind regionale Unterschiede in der Zusammensetzung der epidermalen Lipide beim Hund bisher nicht untersucht worden. Allerdings wurde eine Studie bei gesunden und atopischen Hunden durchgeführt, die regionale Unterschiede im transepidermalen Wasserverlust fand (HIGHTOWER et al. 2010), sodass hier
Veränderungen der epidermalen Lipidzusammensetzung vermutet werden könnten.
Sollten Unterschiede im Lipidmuster zwischen Körperregionen, die prädisponiert für die Entwicklung atopischer Hautveränderungen sind, und solchen, die gewöhnlich keine atopischen Läsionen entwickeln, schon bei Hunden mit gesunder Haut bestehen, wäre dies eine mögliche Erklärung für das typische Verteilungsmuster bei caniner atopischer Dermatitis.
Obwohl bereits Studien zum epidermalen Lipidmuster des Hundes im Hinblick auf die canine atopische Dermatitis existieren, wird ein direkter Vergleich dieser Studien aufgrund unterschiedlicher verwendeter Probenahmetechniken erschwert.
Besonders im Hinblick auf die Ceramide werden auch Unterschiede in der Analytik dieser Studien deutlich. Während SHIMADA et al. (2009) nur zwei Ceramidklassen bestimmten, berechneten YOON et al. (2011) die Konzentrationen von zehn Ceramidklassen. Doch gerade die Quantifizierung der Ceramide kann ein Problem darstellen, da nicht für alle Ceramidklassen kommerzielle Standards erhältlich sind.
Aus diesem Grund widmete sich der erste Teil dieser Arbeit den methodischen Aspekten der epidermalen Lipidanalytik, indem drei verschiedene Probenahmetechniken (Hautbiopsie, Hautgeschabsel, Kombination aus Lösungsmittelextraktion und Abrasion, „skin scrub“ genannt) an zwei verschiedenen Körperstellen (inguinal, Kruppe) im Hinblick auf ihre Reproduzierbarkeit und Praktikabilität untersucht wurden. Insbesondere wurde die „skin scrub“-Technik als minimal invasive Methode evaluiert. Außerdem wurde der Einfluss des Einsatzes verschiedener Ceramidstandards auf die Quantifizierung der Ceramidklassen bestimmt.
Das Ziel des zweiten Teils dieser Arbeit lag in der Bestimmung des epidermalen Lipidmusters an acht verschiedenen Körperstellen (Innenfläche der Pinna, Lefze, palmarer Metakarpus, axillar, lateraler Thorax, laterales Abdomen, inguinal, Kruppe) von Hunden mit gesunder Haut, um auf dieser Grundlage mögliche systematische Veränderungen in der epidermalen Lipidzusammensetzung von Körperregionen, die zur Entwicklung atopischer Läsionen neigen, gegenüber solchen, die hierfür nicht prädisponiert sind, nachzuweisen. Im Vergleich zur unveränderten Haut wurden außerdem Veränderungen des Lipidmusters von Hunden mit ausgewählten
Hauterkrankungen, besonders atopischer Dermatitis, untersucht. Hierfür kam die im ersten Teil dieser Arbeit evaluierte minimal invasive „skin scrub“-Technik zum Einsatz.
2 Literaturübersicht 2.1 Die Epidermis
2.1.1 Aufbau und Funktion
Die Epidermis bildet als äußere Schicht der Haut die breiteste Kontaktfläche zwischen Organismus und Umwelt, womit ihr wichtige Funktionen zukommen. Sie verhindert das Austrocknen des Körpers, eine Grundvoraussetzung für Leben außerhalb des Wassers (FEINGOLD 2007). Außerdem schützt sie vor chemischen und physikalischen Einflüssen und stellt die erste Barriere gegen das Eindringen von Mikroorganismen dar (DRAKE et al. 2008).
Histologisch besteht die Epidermis aus einem mehrschichtigen Plattenepithel, welches sich aus dem Stratum basale (SB, Keimschicht), dem Stratum spinosum (SSp, Stachelzellschicht), dem Stratum granulosum (SG, Körnerschicht) und dem Stratum corneum (SC, Hornschicht) zusammensetzt (CREED 1958; SCOTT et al.
2001). Die Zellen der Keimschicht sind fest mit der Basalmembran verbunden und sichern so die Ernährung der Epidermis, da Blutgefäße in der obersten Hautschicht fehlen. Durch mitotische Zellteilung entstehen neue Keratinozyten, die im SSp bereits den Anfangsprozessen der Keratinisierung unterliegen. Hier werden Zytokeratine, Filaggrine und Lipide enthaltende membrane-coated granules (lamellar bodies = Keratinosomen) gebildet (MATOLTSY 1976). Während der Wanderung der Keratinozyten durch das SG werden die Zytokeratine mit den Filaggrinen über Disulfidbrücken zu einem Filament-Matrix-Komplex verbacken, welcher sich parallel zur Zelloberfläche ausrichtet. Die äußere Form der Zellen plattet sich allmählich ab und die Zellorganellen degenerieren. Am Übergang zum SC wird der Inhalt der Keratinosomen in den Interzellularraum entleert, woraus sich die die Korneozyten verbindenden Lipidlamellen ausbilden (LANDMANN 1986). Das SC besteht schließlich aus Stapeln von kernlosen, abgeflachten Korneozyten, die anstelle einer Zellmembran einen cornified envelope (CE, bestehend aus Protein- und Lipidhülle) als Zellhülle besitzen (LOPEZ et al. 2007) und durch interzelluläre Lipidlamellen sowie wenige Desmosomen zusammengehalten werden. An der Oberfläche der
Hornschicht, auch Stratum disjunctum genannt, kommt es durch proteolytischen Abbau der Desmosomen und enzymatisch induzierte Lockerung der Lipidlamellen zur allmählichen Abschilferung der Korneozyten. Ein vollständiger Generationswechsel der Epidermiszellen dauert in gesunder Haut je nach Spezies 18–39 Tage (WEINSTEIN 1965; BAKER et al. 1973; LEPPER u. ANGER 1976;
ARCHAMBEAU u. BENNETT 1984; WEINSTEIN et al. 1984).
2.1.2 Die epidermalen Lipide - der „Mörtel“ der Hautbarriere
2.1.2.1 Entstehung, Zusammensetzung und Barrierefunktion der interzellulären Lipidlamellen
Der Aufbau des SC der Säugetiere wird häufig mit einer Ziegelsteinmauer verglichen, in der die Korneozyten die „Ziegelsteine“ und die interzellulären Lipidlamellen den
„Mörtel“ darstellen (NEMES u. STEINERT 1999). Um funktionelle interzelluläre Lipidlamellen auszubilden, müssen mehrere regulatorische Prozesse ablaufen (FEINGOLD u. JIANG 2011). Zunächst müssen in den Keratinozyten ausreichend Fettsäuren vorliegen, damit aus diesen Phospholipide und Ceramide entstehen können. Aus den Ceramiden werden Glucosylceramide gebildet. Phospholipide und Glucosylceramide wiederum sind nötig, damit Keratinosomen geformt werden können. In einem nächsten Schritt werden die Fette in die Keratinosomen transportiert und später aus diesen in den Interzellularspalt sezerniert (FEINGOLD u.
JIANG 2011).
Mit Phospholipiden, Glucosylceramiden, Sphingomyelin und Cholesterol enthalten die Keratinosomen die Vorstufen der interzellulären Lipide des SC (NISHIFUJI u.
YOON 2013). Besonders reich sind Keratinosomen an Acylglucosylceramid, das einzigartig in verhornendem Epithel ist (MADISON 2003). Dieses Sphingolipid besteht aus einer sehr langkettigen ω-Hydroxyfettsäure mit veresterter Linolsäure an der ω-Hydroxylgruppe und fungiert als eine Art molekulare Niete innerhalb der Keratinosomen, indem die lange Seitenkette mehrere Lipiddoppelschichten umspannt und die Linolsäureseitenkette zwei Doppelschichten miteinander verbindet, sodass sich der Inhalt der Keratinosomen Lamellen-artig anordnet
(ABRAHAM et al. 1988). Zusätzlich zu den Lipiden enthalten die Keratinosomen mehrere Enzyme des Lipidstoffwechsels, u. a. β-Glucocerebrosidase, saure Sphingomyelinase, sekretorische Phospholipase A2 und neutrale Lipasen (MADISON 2003; FEINGOLD 2007). Nach gemeinsamer Exozytose in den Interzellularraum werden die sezernierten, relativ polaren Lipide durch diese Enzyme in eher unpolare Lipide umgewandelt, welche dann in extrazelluläre Lipidlamellen angeordnet werden (NISHIFUJI u. YOON 2013). Aus den Glucosylceramiden und Sphingomyelin entstehen Ceramide, die Phospholipide werden zu freien Fettsäuren und Glycerin umgewandelt. Letzteres spielt im SC eine Rolle als wasserbindendes Molekül, welches wichtig für die Hydratation des SC ist (FEINGOLD 2007). Hierdurch wird die Haut flexibel und geschmeidig gehalten.
Damit die interzellulären Lipidlamellen ihre Funktion als „Mörtel“ der Hautbarriere erfüllen können, müssen sie mit den Korneozyten in Verbindung stehen. Laut WERTZ (2000) sind zwei Drittel des Acylglucosylceramids in der Membran der Keratinosomen und ein Drittel im Inneren lokalisiert. Bei der Fusion der Keratinosomenmembran mit der Zellmembran am Übergang zum SC erfolgt eine Umwandlung des Acylglucosylceramids durch Deglykosylierung und Abspaltung von Linolsäure, wodurch ein ω-Hydroxyceramid entsteht, das zusammen mit freien Fettsäuren eine Monolage als Lipidhülle um die Korneozyten bildet (WERTZ 2000).
Diese Lipidhülle wird fest mit den Korneozyten verankert, indem die ω- Hydroxyceramide und die freien Fettsäuren kovalent an die die Korneozyten umgebende Proteinhülle gebunden werden. Aus diesen beiden Schichten setzt sich der CE zusammen, der die Zellmembran im SC vollständig ersetzt und den undurchlässigsten Teil des SC bildet (NEMES u. STEINERT 1999). Die Proteinhülle des CE entsteht im Zuge der Verhornung durch Polymerisation spezifischer Zellproteine wie Involucrin, Loricrin, Desmoplakin, Envoplakin, Periplakin und Periphilin, die sich untereinander vernetzen und parallel zur Zellmembran ausrichten (NEMES u. STEINERT 1999). Die freien Fettsäuren werden mit den Serinresten von Loricrin verestert, die ω-Hydroxyceramide über die Hydroxylgruppe an die Glutaminreste von Involucrin gebunden (LOPEZ et al. 2007). Auf diese Weise bleibt die Sphingosinseitenkette frei für die Bindung an die interzellulären Lipidlamellen
(MADISON 2003), sodass die Lipidhülle des CE als Schablone für die Anordnung der interzellulären Lipidlamellen fungiert und diese mit den Korneozyten verbindet (NISHIFUJI u. YOON 2013).
Die extrazelluläre Matrix des SC besteht aus Stapeln von Doppelschichten mit mäanderförmigem Verlauf, die sich falten bzw. entfalten bei Hydratation bzw.
Dehydratation (IWAI et al. 2012). Ceramide, Cholesterol und langkettige freie Fettsäuren in annähernd äquimolarem Verhältnis sind die Hauptbestandteile der Lipide im SC und damit die kritischen Zutaten für den „Mörtel“ der Hautbarriere (NISHIFUJI u. YOON 2013). In kleineren Mengen kommen Cholesterolsulfat, Cholesterylester und Glucosylceramide vor (WERTZ et al. 1992). Eine ähnliche Zusammensetzung der SC-Lipide konnte auch für den Hund bestätigt werden (STAHL et al. 2009).
Innerhalb der Doppelschichten richten sich die Ceramide mit ihren sphingoiden Teilen zueinander aus. Cholesterol und die freien Fettsäuren sind asymmetrisch verteilt, wobei sich Cholesterol im sphingoiden Teil der Ceramide anordnet, während sich die Fettsäuren dem Fettsäuren-Teil der Ceramide anlagern (IWAI et al. 2012).
Da sowohl die freien als auch die an die Ceramide gebundenen Fettsäuren sehr langkettig sind und der polare Kopf der Lipidlamellen in Relation zur Kettenlänge sehr klein ist, liegen die Lipide hauptsächlich in fest-kristalliner oder in kristalliner (Gel-)Phase vor. In diesem Zustand ermöglicht eine Membran kaum eine laterale Diffusion, was die geringe Durchlässigkeit der Haut gegenüber Wasser sowie hydrophilen und lipophilen Substanzen erklärt (CODERCH et al. 2003). Das Derivat des Acylglucosylceramids, Acylceramid, spielt ebenso wie sein Vorläufer eine besondere Rolle bei der Ausbildung der Lamellen, indem die lange Seitenkette eine komplette Lipiddoppelschicht umspannt und die Linolsäurenseitenkette an die benachbarte Doppelschicht bindet (MADISON 2003).
Mehrere Studien beweisen, dass jeder der drei Hauptbestandteile nötig ist, um regelmäßige Lipidlamellen auszubilden (HOLLERAN et al. 1993; MAO-QIANG et al.
1995; BEHNE et al. 2000). Liegen die Lipidspezies in unausgewogenem Verhältnis vor, kommt es zur Bildung veränderter Keratinosomen und damit zu unregelmäßigen Lipidlamellen im SC, was zu einer gestörten Hautbarriere führt (FEINGOLD 2007).
Die Regulation der Prozesse, die für die Differenzierung des SC und die Ausbildung regelrechter Lipidlamellen verantwortlich sind, erfolgt teilweise durch die Lipide des SC selbst (FEINGOLD u. JIANG 2011). Freie Fettsäuren und Metaboliten von Cholesterol stimulieren über die Aktivierung von nukleären Hormonrezeptoren sowohl die Keratinisierung als auch die Lipidsynthese und die Bildung der Keratinosomen, sie steigern die Sekretion der letzteren und die extrazelluläre Lipidverarbeitung zu Lamellen-artig angeordneten Membranen. Ceramide stimulieren die Differenzierung der Korneozyten und hemmen deren Proliferation.
Cholesterolsulfat stimuliert die Bildung der Proteinhülle und verschiedener Substanzen, die für die Keratinisierung vonnöten sind (FEINGOLD u. JIANG 2011).
Außerdem stellt die Hydrolyse von Cholesterolsulfat die Voraussetzung für die Desquamation der Korneozyten dar (MADISON 2003), wodurch der Gehalt an Cholesterolsulfat im SC von innen nach außen sinkt. Eine Störung des enzymatischen Abbaus von Cholesterolsulfat führt zu höheren Konzentrationen dieses Lipids im SC, was eine abnorme Korneozytenretention und ein verdicktes SC zur Folge hat (FEINGOLD u. JIANG 2011).
Defekte im Stoffwechsel der epidermalen Lipide führen nicht nur zu einer gestörten Barrierefunktion, sondern auch zu einer verzögerten Reparation der Hautbarriere.
Durch Verletzung des SC kommt es zu vermehrtem Wasserverlust, was mit Abschwemmung des extrazellulären Kalziums aus der Körnerschicht in Richtung Hautoberfläche einhergeht. Durch die erniedrigte Kalziumkonzentration in ihrer Umgebung werden die Keratinozyten des SG dazu angeregt, den Inhalt der Keratinosomen in den Extrazellularraum zu entleeren (FEINGOLD 2007). Die vermehrte Bildung und Sekretion der Keratinosomen bleibt solange erhöht, bis die Barrierefunktion sich wieder normalisiert (FEINGOLD 2007). Ist nun der Stoffwechsel einer Lipidspezies defekt, kommt es zu einer geringeren Produktion von Keratinosomen oder solchen mit verändertem Inhalt, was zu einer verzögerten bzw.
gestörten Ausbildung von Lipidlamellen führt.
Die interzellulären Lipide werden als die einzige fortlaufende Domäne des SC betrachtet, was sie zum wichtigsten Pfad für die Diffusion von Substanzen in den
Körper macht (NOVOTNY et al. 2010). Vor allem im Hinblick auf Hauterkrankungen wird versucht, diesen Pfad für topisch verabreichte Medikamente zu nutzen.
2.1.2.2 Die Ceramide des Stratum corneum
Ceramide werden auch als N-Acylsphingosine bezeichnet und gehören zur Klasse der Sphingolipide, die eine komplexe Gruppe innerhalb der Lipide darstellen (NOVOTNY et al. 2010). Sie bestehen aus einer Sphingoidbase und einer Fettsäure, welche durch eine Amidbindung zwischen der Carboxyl-Gruppe der Fettsäure und der Amino-Gruppe der Base miteinander verbunden sind (NISHIFUJI u. YOON 2013). Die Ceramide gehören zu den wasserabweisendsten Lipiden in Membranen, was ihr reiches Vorkommen im SC erklären mag (NOVOTNY et al. 2010). Ihre Zusammensetzung wird als wesentlich für die Struktur der interzellulären Lipidlamellen erachtet (ABRAHAM et al. 1988; BEHNE et al. 2000; BOUWSTRA et al. 2000). Bei mehreren Säugetierspezies werden Veränderungen des Ceramidmusters in Zusammenhang mit dem Auftreten unregelmäßiger Lipidlamellen gebracht, was einen erhöhten transepidermalen Wasserverlust zur Folge hat (IMOKAWA et al. 1991; MONTEIRO-RIVIERE et al. 2001; BAK et al. 2011).
Aus diesem Grund waren die epidermalen Ceramide Gegenstand zahlreicher Studien (CODERCH et al. 2003; CHOI u. MAIBACH 2005; HOLLERAN et al. 2006;
FEINGOLD 2007; OLIVRY 2011; NISHIFUJI u. YOON 2013). Die Diversität der Ceramide spiegelt sich auch in ihrem chromatographischen Verhalten wider, was zu ihrer Einteilung nach ihrer Laufstrecke in Normalphasen- Dünnschichtchromatographie und somit nach ihrer Polarität führte (WERTZ 2000).
Ceramid 1 war das unpolarste und hatte damit die weiteste Laufstrecke. MOTTA et al. (1993) waren die ersten, die eine Nomenklatur der Ceramide des menschlichen SC nach strukturellen Eigenschaften vorschlugen. Diese Einteilung beruhte zunächst auf 5 Klassen, je nachdem, welche Sphingoidbase (Sphingosin [S] oder Phytosphingosin [P]) vorlag und ob die gebundene Fettsäure α- [A], ω- [O] oder nicht-hydroxyliert [N] war. Ceramid 1 wurde als CER[EOS] bezeichnet, da die ω- Hydroxyfettsäure zusätzlich mit Linolsäure verestert war (MOTTA et al. 1993).
Ceramid 2, 3, 4 und 5 wurden jeweils als CER[NS], CER[NP], CER[AS] und CER[AP]
bezeichnet. Mit der Strukturbeschreibung von 6-Hydroxysphingosin [H] als Sphingoidbase in Ceramiden der menschlichen Epidermis erfolgte die Erweiterung dieser Nomenklatur um CER[AH] und CER[EOH] (ROBSON et al. 1994), die Nummerierung der nun sieben bekannten Klassen wurde nach ihrer Polarität neu geordnet, sodass CER[EOH] nun Ceramid 4, CER[AS] Ceramid 5, CER[AP] Ceramid 6 und CER[AH] Ceramid 7 war. Mit der Entdeckung, dass bei dünnschichtchromatographischer Auftrennung der menschlichen SC-Ceramide die korrespondierende Bande von CER[AS] auch CER[NH] enthält, musste die Nummerierung der Ceramidklassen einmal mehr erneuert werden (STEWART u.
DOWNING 1999). Diese Neuordung setzte sich allerdings nicht durch, denn CER[NH] wurde nach seiner Entdeckung und mit der Beschreibung der neunten Ceramidklasse, CER[EOP], meist als Ceramid 8 angesprochen (PONEC et al. 2003).
Mit der Entdeckung weiterer Ceramidklassen hat die Nummerierung nach Polarität daher zunehmend ihren Bezug verloren, da Ceramid 9 (CER[EOP]) z. B. nach chromatographischer Auftrennung zwischen Ceramid 2 und 3 liegt. Die Nomenklatur nach MOTTA et al. (1993) scheint somit zeitgemäßer, zumal sie gleichzeitig Informationen zur strukturellen Zusammensetzung liefert. Die Ceramide der caninen Epidermis besitzen das gleiche chromatographische Laufverhalten und können in die gleichen Klassen aufgetrennt werden wie diejenigen des Menschen (POPA et al.
2010).
Heute sind 11 verschiedene Ceramidklassen im menschlichen (MASUKAWA et al.
2008) und caninen (YOON et al. 2011) SC bekannt (Abb. 1), wovon sieben ausschließlich im SC vorkommen (NISHIFUJI u. YOON 2013). Aufgrund der zahlreichen Kombinationsmöglichkeiten und Kettenlängen sowohl der Sphingoidbasen als auch der ungewöhnlich langkettigen Fettsäuren ([N], C16-30, meist Lignocerinsäure; [A], C16-30, meist 2-Hydroxy-Lignocerinsäure; [O], C28-32) (NOVOTNY et al. 2010) wurden insgesamt 342 Arten von Ceramiden aus der Hornschicht des Menschen isoliert (MASUKAWA et al. 2008). Alle Fettsäurenseitenketten außer der veresterten Fettsäure in CER[EOS], CER[EOH]
und CER[EOP] waren gesättigt.
amidgebundene Fettsäure
Sphingosin [S] Phytosphingosin [P] 6-Hydroxysphingosin [H] Dihydrosphingosin [dS]
nicht hydroxiliert [N]
CER[NS] CER[NP] CER[NH] CER[NdS]
α-hydroxiliert [A]
CER[AS] CER[AP] CER[AH] CER[AdS]
ω-hydroxiliert verestert [EO]
CER[EOS] CER[EOP] CER[EOH] CER[EOdS]*
Sphingoidbasen
Zusätzlich kommen drei Klassen nicht-veresterter ω-Hydroxyceramide (CER[OS], CER[OH] und CER[OP]) vor, welche kovalent an die Proteinhülle binden und eine Lipidhülle um diese bilden (BEHNE et al. 2000). Beim Menschen sind dies hauptsächlich CER[OS] und CER[OH] (FARWANAH et al. 2007), während beim Hund hauptsächlich CER[OS] und CER[OP] diese Aufgabe erfüllen (POPA et al.
2010).
Abb. 1: Ceramidklassen des Stratum corneum (freie Ceramide), erweiterte Nomenklatur nach MOTTA et al. (1993).
* bisher nur Hinweise auf das Vorkommen im Stratum corneum (VAN SMEDEN et al. 2011).
Die de novo-Synthese der Ceramide findet in allen Schichten der menschlichen Epidermis statt, steigt aber mit deren Differenzierung (HOLLERAN et al. 2006). Die Synthese erfolgt im endoplasmatischen Reticulum, von wo aus die Ceramide zum Golgi-Apparat transportiert werden, um dort als Cerebroside (Glucosylceramide) und Sphingomyelin gespeichert zu werden (CODERCH et al. 2003). Im Laufe der Keratinisierung wird der Inhalt des Golgi-Apparates in die Keratinosomen transportiert (FEINGOLD 2007), aus denen die Ceramid-Vorläufer am Übergang zum SC in den Interzellularspalt sezerniert werden, um dort mittels β-Glucocerebrosidase und Sphingomyelinase zurück zu Ceramiden degradiert zu werden (NISHIFUJI u.
YOON 2013). Nur zwei der Ceramidklassen (CER[NS] und CER[AS]) entstehen z. T.
aus Sphingomyelinen, aber alle Ceramide aus Glucosylceramiden (HOLLERAN et al.
2006). Daher müssten ebenso viele Glucosylceramidarten in den Keratinosomen vorliegen wie Ceramidarten im SC vorkommen.
Die strukturelle Vielfalt der Ceramide gilt als eine Grundvorraussetzung für eine funktionelle Hautbarriere (NOVOTNY et al. 2010). Die Kopfgruppe der Ceramide ist im Vergleich zu Phospholipiden klein und beinhaltet mehrere funktionelle Gruppen, die laterale Wasserstoffbrückenbindungen zu benachbarten Ceramidmolekülen ausbilden können (CHOI u. MAIBACH 2005). Ihre besonders langen gesättigten Ketten üben starke hydrophobe Anziehungskräfte aus (NOVOTNY et al. 2010).
Somit sind grundsätzlich zwei Konformationen möglich: Die Haarnadelformation, in der beide Seitenketten in die gleiche Richtung zeigen, und die ausgebreitete Formation, in der die Ketten in entgegengesetzte Richtungen zeigen (NOVOTNY et al. 2010). Die Glucosylceramide nehmen in den Keratinosomen die Haarnadelform ein, wobei ein Übergang dieser Konformation der Ceramide während der Entwicklung der SC-Lamellen in die ausgebreitete Formation zu erfolgen scheint (IWAI et al. 2012). Letztere ist vorteilhafter, da diese Formation eine höhere Kohäsion der durch die Ceramidketten verbundenen Lamellen und die Abwesenheit von quellfähigen hydrophilen Grenzflächen erlaubt (NOVOTNY et al. 2010).
Um ein Abschilfern der Zellen des oberen SC zu erlauben, ist eine Lockerung der interzellulären Lipidlamellen notwendig. Durch Ceramidasen werden die Ceramide gespalten, wodurch freie Sphingosine, Dihydrosphingosine, Phytosphingosine und 6- Hydroxysphingosine entstehen. Diese langkettigen Basen sind potente antimikrobielle Substanzen (DRAKE et al. 2008), die zur Aufrechterhaltung einer gesunden mikrobiellen Flora auf der Haut beitragen.
2.1.2.3 Physiologische Einflüsse
Im Hinblick auf Barrierefunktion und kosmetische Eigenschaften der Haut existieren mehrere Untersuchungen zum Einfluss von Geschlecht, Alter, Jahreszeiten oder Körperregion auf die Zusammensetzung des SC und seiner Lipide bei verschiedenen Spezies. Um einen Zusammenhang zwischen Barrierefunktion und
Epidermis mit verschiedenen Regionen der Maulschleimhaut (Zahnfleisch, Gaumen, Backenschleimhaut, Mundboden) vom Schwein. SC und Backenschleimhaut beinhalteten eine ähnlich große Lipidmenge im Vergleich zu anderen Regionen, es existierte jedoch keine Korrelation zwischen Lipidmenge und Wasserdurchlässigkeit.
Allerdings konnten in dieser Studie eine starke positive Korrelation zwischen Ceramidgehalt und Barrierefunktion und eine negative Korrelation zwischen Triglyzeridgehalt und Barrierefunktion festgestellt werden (LAW et al. 1995).
In einer anderen Studie wurden die Zellschichten des SC vom Menschen mit folgender Reihenfolge bestimmt: Ferse > Sohle und Handfläche > Gliedmaßen >
Rumpf > Kopfhaut > Nacken > Gesicht > Genitalbereich (YA-XIAN et al. 1999). Dies korreliert mit der Tatsache, dass die letzteren beiden Regionen empfindlicher auf Irritationen reagieren und häufiger von Kontaktdermatitis betroffen sind. Es konnte ein Zusammenhang zwischen Anzahl der Zellschichten und transepidermalem Wasserverlust hergestellt werden: je weniger Zellschichten, desto höher der transepidermale Wasserverlust. Insgesamt bestanden große inter-individuelle Unterschiede, es konnten keine Geschlechts-spezifischen Unterschiede und kaum Veränderungen in Abhängigkeit vom Alter der Probanden festgestellt werden (YA- XIAN et al. 1999).
Allgemein wird angenommen, dass Unterschiede in Lipidgehalt und -zusammen- setzung wichtiger sind als die Dicke des SC im Hinblick auf regionale Variationen der Durchlässigkeit der Haut (CODERCH et al. 2003). So wurden beim Menschen bei einem Vergleich der SC-Lipide von Gesicht, Abdomen, Bein und Sohle unterschiedliche Lipidmengen gefunden, die sich umgekehrt proportional zur Durchlässigkeit der jeweiligen Körperregionen verhielten (LAMPE et al. 1983a). Des Weiteren wurden regionale Variationen im Gehalt an Cholesterolsulfat (Bein > Sohle
> Gesicht > Abdomen), Cholesterol (Sohle > Bein > Gesicht > Abdomen), freien Fettsäuren (Gesicht = Abdomen > Bein > Sohle), Triglyzeriden (Abdomen > Bein >
Gesicht > Sohle) und Sphingolipiden (Sohle > Gesicht = Bein > Abdomen) festgestellt (LAMPE et al. 1983a).
Auch eine japanische Studie fand regionale Unterschiede im Lipidgehalt beim Menschen, und zwar den höchsten in der Stirn, gefolgt von Brust und
Schulterbereich, den niedrigsten Gehalt in Sohle (YOSHIKAWA et al. 1994). Diese regionalen Unterschiede korrelieren, ähnlich wie die Zellschichtdicke, mit der Empfindlichkeit für die Entwicklung von Kontaktdermatitiden auf lipophile Antigene (z.
B. Giftefeu) oder hydrophile Antigene (z. B. Nahrungsmittel, Blumen) an lipidreichen (z. B. Gesicht) bzw. lipidarmen (z. B. Handflächen, Sohlen) Regionen und erklären das unterschiedlich starke Ansprechen der verschiedenen Körperregionen auf fettlösliche topische Therapeutika (CODERCH et al. 2003). Außerdem erklärt der niedrigere Lipidgehalt der Hände und Füße die höhere Empfindlichkeit dieser Regionen für Tensid- und Heißwasser-induzierte Dermatitiden (CODERCH et al.
2003).
Im Winter konnte beim Menschen ein insgesamt erniedrigter Lipidgehalt festgestellt werden (YOSHIKAWA et al. 1994). Der Ceramidgehalt war in dieser Studie im Sommer in der Ellbogenbeuge am höchsten, im Winter wurde jedoch am Körper ein höherer Gehalt als an den Gliedmaßen gefunden, wobei die distalen Gliedmaßen den niedrigsten Gehalt aufwiesen. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit der Beobachtung, dass die letztgenannten Körperregionen eher zu trockener Haut im Winter neigen. Eine andere Studie konnte einen erniedrigten Lipidgehalt der Haut im Winter bestätigen (CONTI et al. 1996). Sowohl der Cholesterol- als auch der Ceramidgehalt waren im Winter reduziert. Während das Ceramidprofil unverändert war, wurde eine Veränderung der mit CER[EOS] veresterten Fettsäuren festgestellt:
Der Gehalt an gebundener Linolsäure nahm ab, stattdessen lag ein erhöhter Ölsäuregehalt vor, sodass sich die Ratio von Linolsäure zu Ölsäure von 1,74 im Sommer auf 0,51 im Winter verringerte (CONTI et al. 1996). Dies wurde als eine Erklärung für die besonders starke Ausprägung von Xerodermie im Winter vermutet (CONTI et al. 1996). Eine weitere Erklärung für vermehrt trockene Haut der Gliedmaßen könnte in der regional unterschiedlichen Verteilung der Talgdrüsen des Menschen (Gesicht > Oberkörper > proximale Extremitäten > distale Extremitäten) liegen (MCGINLEY et al. 1980).
Ähnliche Studien belegen einen Zusammenhang zwischen Veränderungen der Lipidzusammensetzung und -menge und der vermehrt trockenen Haut im Alter beim Menschen (IMOKAWA et al. 1991; ROGERS et al. 1996). Diese Veränderungen im
Lipid- und Ceramidgehalt des alternden SC werden vermutlich anfangs durch eine herabgesetzte Sphingomyelinase-Aktivität und später durch eine erhöhte Ceramidase-Aktivität ausgelöst, während die β-Glucocerebrosidase-Aktivität unverändert bleibt (CODERCH et al. 2003). Außerdem treten Veränderungen im Ceramidprofil zwischen präpubertären, jungen und älteren Frauen auf, die vermutlich durch hormonelle Einflüsse entstehen (CODERCH et al. 2003). Eine aktuellere Studie konnte allerdings keinen Altersunterschied im Ceramidgehalt oder -profil feststellen, allenfalls zeigten Frauen ein etwas höheres Ceramid/Cholesterol- Verhältnis als Männer (JUNGERSTED et al. 2010b). Auch DE PAEPE et al. (2004) fanden keinen Unterschied in der Gesamtlipidmenge zwischen Geschlecht, Alter und Körperregion beim Menschen. Kaum einer Studie war es möglich, substantielle Veränderungen im Ceramidprofil nachzuweisen (YOSHIKAWA et al. 1994; ROGERS et al. 1996; WARREN et al. 2011). Hierbei sollte berücksichtigt werden, dass große inter-individuelle Unterschiede in der Lipidzusammensetzung vorliegen, sodass Unterschiede durch andere Einflüsse maskiert werden können (NORLEN et al.
1999).
UV-Strahlung ist ein weiterer Faktor, der die Zusammensetzung der SC-Lipide dosisabhängig beeinflusst. In suberythematösen Dosen steigt die Lipidmenge, insbesondere die der Ceramide, zunächst an, die Barrierefunktion verbessert sich sogar. Bei hohen Dosen kommt es jedoch zu einer geschädigten Hautbarriere mit Entzündung und schuppiger Haut begleitet von erhöhtem transepidermalem Wasserverlust (CODERCH et al. 2003). BAK et al. (2011) konnten bei Mäusen zeigen, dass auch eine länger andauernde suberythematöse UV-Einstrahlung zu einer gestörten Hautbarriere führt. Zunächst kam es zur Steigerung der Ceramid-, Cholesterol- und Fettsäuren-Synthese, vermutlich als Reparaturmechanismus der Hautbarriere. Bei anhaltender Einstrahlung fiel die Synthese dann ab, nach mehrwöchiger Einstrahlung sanken die Fettsäuren-, Cholesterol- und insbesondere die Ceramidspiegel in der Epidermis stark ab, was zu einem erhöhten transepidermalen Wasserverlust führte (BAK et al. 2011). Dies sollte bei jahreszeitlich-übergreifenden Untersuchungen zur Lipidzusammensetzung der Epidermis berücksichtigt werden. Die Autorin vermutet, dass der Einfluss der UV-
Einstrahlung aufgrund des schützenden Fells beim Hund keine allzu große Rolle spielen sollte.
Zu all diesen Einflussfaktoren liegen beim Hund bisher kaum Untersuchungen vor.
Die älteste Studie aus dem Jahr 1982 untersuchte die Struktur, die Dicke und die Zellschichten der caninen Epidermis anhand gefrorener Hautbiopsien (LLOYD u.
GARTHWAITE 1982). Die Proben wurden jeweils von der dorsalen Lendenregion, des kranialen und kaudalen Abdomens sowie der Leistenregion genommen. Die Oberfläche aller Proben war im Großen und Ganzen gleichförmig, allerdings mit einer stärkeren Fältelung der dünneren und weniger behaarten Haut des Abdomens und der Leistengegend (LLOYD u. GARTHWAITE 1982). Im Durchschnitt bestand das SC aus 47,5 Zellschichten. Ähnlich wie in der humanmedizinischen Studie (YA- XIAN et al. 1999) konnte auch hier kein Geschlechts-abhängiger Unterschied festgestellt werden. Das SC der Leistengegend besaß die meisten Zellschichten, an den anderen Körperstellen wurden keine Unterschiede in der Schichtzahl gefunden.
Die inter-individuelle Varianz war hingegen sehr hoch (LLOYD u. GARTHWAITE 1982).
DUNSTAN et al. (2002) fanden Alters- und Rasse-abhängige Unterschiede im Lipidgehalt der Hautoberfläche und pH-Wert der Haut, indem sie Welpen von drei verschiedenen Rassen (Sibirischer Husky, Labrador Retriever und Zwergpudel) zwischen 10 und 81 Wochen untersuchten. Insgesamt nahm der Lipidgehalt der Haut mit dem Alter zu. Während der prozentuale Anteil von Cholesterol, Triglyceriden und freien Fettsäuren mit zunehmendem Alter abnahm, stiegen die prozentualen Werte der Wachsester im Laufe der Untersuchungen an. Gleichzeitig sank der pH-Wert der Haut weiter ab (DUNSTAN et al. 2002). Auch zwischen den Rassen wurden bedeutende Unterschiede gefunden. So war der Gesamtlipidgehalt in der Haut der Zwergpudel um ein Vielfaches niedriger als der der anderen beiden untersuchten Rassen (DUNSTAN et al. 2002). Die oberflächlichen Hautlipide der Labrador Retriever beinhalteten den größten Anteil an Cholesterol- und Wachsestern und den niedrigsten Gehalt an Cholesterol. Der Haut-pH von Labrador Retriever und Sibirischem Husky lag mit 8,0–9,0 im alkalischen Bereich, während der Haut-pH der
Zwergpudel zwischen neutralen und leicht sauren Werten schwankte (DUNSTAN et al. 2002).
Im Hinblick auf Untersuchungen der epidermalen Lipide beim Hund beschäftigten sich die meisten Studien mit Unterschieden zwischen Hunden mit atopischer Dermatitis und gesunden Kontrollhunden (REITER et al. 2009; SHIMADA et al. 2009;
HIGHTOWER et al. 2010; POPA et al. 2011b; YOON et al. 2011). Diese Erkrankung besitzt ein spezifisches Verteilungsmuster von Läsionen auf der Haut (FAVROT et al.
2010; JAEGER et al. 2010) und häufig werden Veränderungen von betroffener und klinisch unauffälliger Haut der atopischen Hunde miteinander verglichen. Um eine Aussage bezüglich der Barriere-Eigenschaften dieser Hauttypen atopischer Hunde zu treffen, untersuchten HIGHTOWER et al. (2010) den transepidermalen Wasserverlust von zehn verschiedenen Körperregionen von atopischen und gesunden Beagles in drei Altersgruppen. Acht der zehn Körperregionen waren prädisponiert für atopische Symptome (Kinn, Innenseite der Ohrmuschel, Augenumgebung, Ellbogenbeuge, axillar, inguinal und die Zwischenballenbereiche je einer Vorder- und Hinterpfote). Die anderen beiden Körperregionen waren die seitliche Brustwand und die dorsale Lendenregion. Die Werte der einzelnen Körperstellen waren sowohl bei gesunden als auch bei den atopischen Hunden nicht einheitlich, mit den höchsten transepidermalen Wasserverlusten an den Pfoten (HIGHTOWER et al. 2010). Allerdings konnte in dieser Studie auch gezeigt werden, dass sich die Barrierefunktion der Epidermis gemessen am transepidermalen Wasserverlust zwischen normalen und atopischen Hunden unterscheidet, und zwar an sechs Körperstellen (Kinn, Ohrmuschel, Augenumgebung, Ellbogenbeuge, axillar und Brustwand), wovon fünf zu den für atopische Symptome prädisponierten zählten.
Diese Unterschiede waren besonders ausgeprägt in der Gruppe der Junghunde (HIGHTOWER et al. 2010). Solche Unterschiede in der epidermalen Barrierefunktion könnten wie beim Menschen in variierenden Lipidmustern der verschiedenen Körperregionen des Hundes begründet sein und einen Hinweis auf den Ursprung der Prädisposition von Körperstellen zur Ausprägung atopischer Läsionen liefern.
Allerdings liegen hierzu meines Wissens nach bisher keine Untersuchungen vor.
2.1.3 Hauterkrankungen mit veränderter Lipidzusammensetzung der Epidermis
In vielen inflammatorischen Hauterkrankungen mit ganzheitlich gestörter epidermaler Differenzierung gibt es wahrscheinlich sekundäre Effekte sowohl auf die Korneozyten als auch auf die Zusammensetzung und Funktion der interzellulären Lipidlamellen, was zur Entstehung von Schuppen führt (MADISON 2003). Daher können Erkrankungen unterschiedlicher Genese zu ähnlichen Krankheitsbildern führen.
Durch eine Unterversorgung mit essentiellen Fettsäuren z. B., zu denen auch Linolsäure zählt, entsteht schuppige Haut mit erhöhtem Wasserverlust (DOWNING et al. 1986). Hierzu kommt es, weil die Analoge zu Acylglucosylceramid und Acylceramid zwar gebildet werden, diese aber Ölsäure statt Linolsäure enthalten, was ausreicht, um die biologische Aktivität dieser Moleküle zu hemmen (DOWNING et al. 1986). Als Folge werden Keratinosomen nur unzureichend gebildet und die Interzellularräume sind weitgehend frei von Lipidlamellen. Dieser Defekt kann durch die Zufuhr von Linolsäure ausgeglichen werden (DOWNING et al. 1986).
Ichthyose
Charakteristischerweise mit Verhornungsstörungen und sichtbaren Hautschuppen einhergehend ist das Krankheitsbild der Ichthyose. Dieser Erkrankung liegen meist verschiedene genetische Defekte zugrunde, die zu unterschiedlichen Ausprägungen von Strukturveränderungen im SC führen (ELIAS et al. 2008). So wird die Harlekin- Ichthyose z. B. durch einen Defekt des ABCA12-Proteins ausgelöst, welches für den Transport von Glucosylceramiden in die Keratinosomen benötigt wird (HOLLERAN et al. 2006). Die Folge sind eine gestörte Bildung der Keratinosomen, was letztlich zu einer dramatischen Reduktion der interzellulären SC-Lipide und damit einer hochgradig gestörten Hautbarriere führt (NISHIFUJI u. YOON 2013). Letzteres dürfte als Grundursache für den oft tödlichen Verlauf dieser Erkrankung anzusehen sein. Im Gegensatz dazu stellt die X-chromosomal-rezessive Ichthyose eine sehr mild verlaufende Verhornungsstörung dar. Ihr liegt ein Defekt im Steroid-Sulphatase-Gen zugrunde (NISHIFUJI u. YOON 2013), der zu einem Mangel an dem entsprechenden Enzym führt und damit den Abbau von Cholesterolsulfat im SC behindert
(CODERCH et al. 2003). Dadurch ist der Gehalt an Cholesterolsulfat in der Hornschicht betroffener Patienten zehnmal höher als in derjenigen gesunder Menschen, was zu einer abnormen Korneozytenretention und verdickten Hornschicht führt (FEINGOLD u. JIANG 2011).
Auch beim Hund wurden Formen der Ichthyose beschrieben (NISHIFUJI u. YOON 2013). Bei Golden Retrievern mit dieser Erkrankung wurde ein Defekt in dem Gen nachgewiesen, welches das eine Phospholipase-Domäne enthaltende Protein 1 (PNLPA1) kodiert. Dieses Protein synthetisiert Glycerophospholipide oder gestaltet diese um, ein wichtiger Schritt für die epidermale Barrierefunktion (NISHIFUJI u.
YOON 2013).
Psoriasis
Eine ebenfalls hyperproliferative Erkrankung der humanen Epidermis ist die Psoriasis, die durch eine abnorme epidermale Reifung charakterisiert ist, welche aufgrund des unvollständigen Differenzierungsprozesses zu einer missgebildeten Hornschicht mit defekter Hautbarriere führt (CODERCH et al. 2003). Strukturell ist das SC bei Psoriasis durch sehr enge interzelluläre Zwischenräume mit wenigen abnormen Lipidlamellen zwischen einer großen Anzahl parakeratotischer Korneozyten gekennzeichnet (FARTASCH 1997).
In betroffener Haut wurden Veränderungen im Ceramidmuster beim Menschen gefunden, die in Zusammenhang mit einem erhöhten transepidermalen Wasserverlust gebracht werden (CHOI u. MAIBACH 2005). Konkret wurden herabgesetzte prozentuale Anteile an CER[EOS], CER[NP] und CER[AP] sowie erhöhte Anteile an CER[NS] und CER[AS] beschrieben, während kein Unterschied im relativen Gehalt an Gesamtceramiden zu gesunden Menschen gefunden wurde (MOTTA et al. 1993). Auch war das Ceramidmuster bei allen Psoriasis-Patienten gleich, unabhängig von der klinischen Variante, dem Alter oder der beprobten Körperregion. Auffallend war, dass der Gehalt an CER[EOS] trotz großer Mengen an Linolsäure um ca. 40% vermindert war (MOTTA et al. 1993). Der Defekt in der Barrierefunktion psoriatischer Haut wird dem reduzierten Gehalt an CER[EOS] und CER[EOH] zugeschrieben (CODERCH et al. 2003). In einer anderen Studie wurde
ein erniedrigter absoluter Ceramidgehalt in betroffener Haut beschrieben, der mit der Schwere der Erkrankung korrelierte (LEW et al. 2006). Es wurde außerdem nachgewiesen, dass der erniedrigte Ceramidgehalt mit einer Herabsetzung des apoptotischen Signalwegs einhergeht und so zur epidermalen Proliferation beitragen könnte (LEW et al. 2006).
Eine Erklärung für den erniedrigten Ceramidgehalt könnten sowohl eine in psoriatischer Haut beschriebene herabgesetzte Sphingomyelinase-Aktivität (CHOI u.
MAIBACH 2005) als auch eine ebenso beschriebene reduzierte β- Glucocerebrosidase-Aktivität (HOLLERAN et al. 2006) liefern. Auch in klinisch unauffälliger Haut von Patienten mit Psoriasis wurde ein reduzierter absoluter Ceramidgehalt gefunden, allerdings waren die Verhältnisse zwischen Ceramiden, Cholesterol und freien Fettsäuren ähnlich wie die in gesunder Haut (FARWANAH et al. 2005a). Im Unterschied zu betroffener Haut konnten hier keine Abweichungen im Ceramidprofil festgestellt werden.
Atopische Dermatitis des Menschen
In derselben Studie wurde auch klinisch unauffällige Haut von Patienten mit atopischer Dermatitis untersucht, wobei ebenfalls keine Unterschiede der relativen Werte der epidermalen Hauptlipide oder der Ceramidklassen zu denen gesunder Haut nachgewiesen werden konnten (FARWANAH et al. 2005a). Andere Studien fanden ebenfalls keine Unterschiede in der proportionalen Lipidzusammensetzung zwischen atopischen und gesunden Menschen (IMOKAWA et al. 1991; YAMAMOTO et al. 1991), es wurden aber starke Reduktionen des Gesamtlipidgehalts und der absoluten Ceramidmengen in betroffener und klinisch unauffälliger Haut von atopischen Patienten gegenüber gesunden Kontrollen festgestellt, wobei Ceramid 1 am stärksten reduziert war (IMOKAWA et al. 1991). YAMAMOTO et al. (1991) stellten zusätzlich einen erhöhten Gehalt an gebundener Ölsäure in Ceramid 1 fest, korrespondierend zu erniedrigten Mengen an gebundener Linolsäure.
Bei dem Vergleich von Patienten mit und ohne atopische Läsionen mit gesunden Menschen fiel auf, dass die Werte aller Lipidfraktionen bei Atopie-Patienten ohne Läsionen zwischen denen von Patienten mit Läsionen und denen von gesunden
Menschen lagen (DI NARDO et al. 1998). Erhöhte transepidermale Wasserverluste wurden nur bei Patienten mit Läsionen nachgewiesen, wobei der Grad der Erhöhung negativ mit dem Gehalt an CER[NP] korrelierte. Außerdem wurde eine Verringerung des Ceramid-Cholesterol-Verhältnisses bei atopischen Patienten gegenüber der gesunden Kontrollgruppe festgestellt, was auf einen erhöhten Cholesterolgehalt zurückgeführt wurde (DI NARDO et al. 1998). Dies könnte einen Reparaturmechanismus als Antwort auf den erhöhten transepidermalen Wasserverlust darstellen (MELNIK et al. 1990). Zusätzlich zu Ceramiden wurden stark reduzierte Mengen sehr langkettiger freier Fettsäuren in atopischer Haut nachgewiesen, und zwar wurden Verringerungen auf 40% des Gehalts gesunder Haut in klinisch unauffälliger Haut und sogar auf nur 25% in betroffener Haut gefunden (MACHELEIDT et al. 2002). Die gleiche Studie zeigte eine ebenfalls stark reduzierte de novo-Synthese der Glucosylceramide und Ceramide, wobei besonders CER[EOH] und CER[NP] betroffen waren (MACHELEIDT et al. 2002).
Veränderungen der interzellulären Lipidzusammensetzung haben einen großen Einfluss auf die Struktur der interzellulären Lipidlamellen (FEINGOLD 2007) und damit auf die Barrierfunktion. Liegen jedoch bereits Veränderungen der de novo- Synthese vor, so ist davon auszugehen, dass strukturelle Veränderungen der Lipide schon in den Keratinosomen existieren, die wesentlich zu der veränderten Zusammensetzung der interzellulären Lipide beitragen. In atopischer Haut wurden verzögerte Sekretionsvorgänge der Keratinosomen beobachtet, sodass intakte Keratinosomen innerhalb der Zellen verblieben und noch in den Hornzellen nachzuweisen waren (FARTASCH et al. 1992). In der obersten Zellschicht des SG von atopischen Patienten befanden sich noch immer 26% aller Keratinosomen im Zytoplasma, was dreimal mehr als in gesunder Haut waren. Daraus folgt, dass in atopischer Haut insgesamt weniger polare Lipide und Enzyme in den Interzellularraum zwischen SG und SC abgegeben werden als in gesunder Haut (FARTASCH et al. 1992), was eine plausible Erklärung für den reduzierten Gesamtlipidgehalt des atopischen SC liefert. Folgerichtig bilden sich die typischen langen Lipidlamellen nur vereinzelt aus, wodurch sich die gestörte Barrierefunktion atopischer Haut erklären lässt, die mit einem eingeschränkten Reparaturvermögen
einhergeht (FARTASCH et al. 1992). Dies wiederum führt zur Mobilisierung immunologischer und inflammatorischer Mediatoren und lässt atopische Haut empfindlicher auf Irritationen und Infektionen reagieren, wodurch sichtbare atopische Ekzeme entstehen (FARTASCH et al. 1992).
PILGRAM et al. (2001) konnten beweisen, dass sich die Anordnung der SC-Lipide in atopischer Haut verändert. Sie lagen mehr in der Gel-Phase vor als in der kristallinen, wodurch das SC insgesamt durchlässiger wurde. Ein Grund hierfür könnte der drastisch erhöhte Gehalt an Ceramiden mit extrem kurzer Kettenlänge in klinisch unauffälliger atopischer Haut sein (JANSSENS et al. 2012), wobei die Veränderungen der Eigenschaften der SC-Lipide mit der Schwere der Erkrankung korrelieren (JANSSENS et al. 2012).
Die Veränderungen im Ceramidgehalt atopischer Haut könnten auf Veränderungen im Stoffwechsel der Glucosylceramide und des Sphingomyelins zurückgehen, allerdings konnten bisher keine Aktivitätsänderungen der β-Glucocerebrosidase oder der Ceramidase festgestellt werden (CHOI u. MAIBACH 2005). Die Arbeitsgruppe um IMOKAWA (2001) konnte einen veränderten Metabolismus der Ceramid- Vorläufer nachweisen, der den niedrigen Ceramidgehalt in atopischer Haut erklärt.
Zunächst konnte eine sehr hohe Sphingomyelinhydrolyse in atopischer Haut nachgewiesen werden, durch die jedoch Sphingosylphosphorylcholin und freie Fettsäuren anstelle von Ceramiden und Phosphorylcholin entstanden. Das verantwortliche Enzym wurde als Sphingomyelin-Deacylase bezeichnet (MURATA et al. 1996). Dieses Enzym zeigte sowohl in betroffener als auch in klinisch unauffälliger Haut atopischer Patienten eine höhere Aktivität als in gesunder Haut, wohingegen die Enzymaktivität bei Patienten mit Kontaktdermatitis vergleichbar zu derjenigen bei gesunden Patienten war (HARA et al. 2000). Diese Abweichung im Sphingomyelin- Metabolismus schien also spezifisch für die atopische Dermatitis zu sein.
Kurz darauf wurde dann festgestellt, dass Sphingomyelin-Deacylase auch in der Lage ist, Glucosylceramide zu spalten. Durch diesen Prozess werden Glucosylsphingosin und freie Fettsäuren gebildet, was zur Umbenennung des Enzyms in Glucosylceramid-Sphingomyelin-Deacylase führte (HIGUCHI et al. 2000).
Auch bei diesem alternativen Abbauweg für Glucosylceramide war die Enzymaktivität
höher in betroffener und klinisch unauffälliger Haut atopischer Patienten, und in beiden Hauttypen wurde auch ein höherer Gehalt an Glucosylsphingosin gefunden als in gesunder Haut (ISHIBASHI et al. 2003). Die Höhe der Glucosylsphingosin- Menge verhielt sich umgekehrt proportional zum Ceramidgehalt in betroffener Haut und zum Gehalt an Ceramid 1 in betroffener und klinisch unauffälliger Haut (ISHIBASHI et al. 2003).
Ebenso wurde ein erhöhter Gehalt an Sphingosylphosphorylcholin in atopischer Haut festgestellt mit der gleichen Beziehung zum Ceramidgehalt: je höher die Konzentration von Sphingosylphosphorylcholin, desto niedriger die Ceramidkonzentration (OKAMOTO et al. 2003). Weiterhin wurde eine signifikante positive Korrelation zwischen Sphingosylphosphorylcholin und Glucosylsphingosin festgestellt, aber keine Korrelation zwischen Sphingosylphosphorylcholin und Sphingosin gefunden (OKAMOTO et al. 2003). Die Autorin meint, dass diese Beobachtung dafür spricht, dass es sich um ein und dasselbe Enzym handelt. Bisher ist jedoch noch immer nicht sicher, ob es sich bei dieser Deacylase um ein Enzym mit zwei Substraten oder um zwei verschiedene Enzyme handelt (HOLLERAN et al.
2006). Da in atopischer Haut keine höheren Spiegel von Sphingomyelin oder Glucosylceramiden vorliegen, wurde vermutet, dass die erhöhte Enzymaktivität der Glucosylceramid-Sphingomyelin-Deacylase die Ursache des reduzierten Ceramidgehalts atopischer Haut ist und damit wesentlich zur gestörten Barrierefunktion beiträgt (IMOKAWA 2009).
Allerdings wurde auch über eine herabgesetzte Aktivität der sauren Sphingomyelinase in atopischer Haut berichtet, die mit dem reduzierten Ceramidgehalt und der gestörten Barrierefunktion korrelierte (JENSEN et al. 2004).
Da in atopischer Haut die Aktivität der Sphingomyelin-Deacylase erhöht ist und beide Enzyme das gleiche Substrat haben, könnte der reduzierte Sphingomyelin-Spiegel die Ursache für die Aktivitätsminderung der Sphingomyelinase sein (JENSEN et al.
2004). Zusätzlich zum vermehrten Abbau des Sphingomyelins durch die Deacylase würde die Bereitstellung von Ceramiden durch eine herabgesetzte Aktivität der Sphingomyelinase noch weiter vermindert (JENSEN et al. 2004). Hiervon wären jedoch ausschließlich CER[NS] und CER[AS] betroffen, da nur diese beiden Klassen
aus Sphingomyelin gebildet werden (HOLLERAN et al. 2006), diese aber auch mengenmäßig am stärksten vertreten sind (CODERCH et al. 2003).
Es wurde weiterhin über eine herabgesetzte Aktivität der neutralen Sphingomyelinase in atopischer Haut berichtet, und zwar in stärkerem Maße an betroffenen Stellen als an klinisch unauffälligen (JENSEN et al. 2004). Diese Veränderung korrelierte mit der gestörten Synthese der Proteine, die die Proteinhülle der Korneozyten bilden. Die Folge waren erniedrigte Spiegel von Involucrin und Filaggrin, während der Spiegel von Loricrin erhöht war (JENSEN et al. 2004), was als die Ursache für die von MACHELEIDT et al. (2002) nachgewiesenen erniedrigten Konzentrationen der ω-Hydroxyceramide und erhöhten Spiegel der ω- Hydroxyfettsäuren in atopischer Haut vermutet wurde (JENSEN et al. 2004). Durch die gestörte Bildung der Proteinhülle wird also die Ausbildung einer regelrechten Lipidhülle verhindert, welche wiederum ein defekte Schablone für die interzellulären Lipidlamellen bildet. Laut der Meinung der Autorin wird dieser Zusammenhang dadurch verdeutlicht, dass eine negative Korrelation zwischen der Konzentration von ω-Hydroxyceramiden und der Schwere der Erkrankung bestand (MACHELEIDT et al.
2002).
Mit der Aktivitätsminderung der neutralen Sphingomyelinase kam es auch zu einer veränderten Expression der Keratine in atopischer Haut, was zu Proliferation und Inflammation der Epidermis führte und ihre Differenzierung hemmte, begleitet von einer deutlichen Verschlechterung der betroffenen Haut (JENSEN et al. 2004). Als Auslöser für diese Vorgänge wurden Veränderungen in der Signalübertragung vermutet (JENSEN et al. 2004). Letztlich steht die gestörte Barrierefunktion atopischer Haut offensichtlich in Zusammenhang mit vielen verschiedenen Veränderungen der Epidermis und verhält sich, gemessen an der Höhe des transepidermalen Wasserverlusts, proportional zur Ausprägung der atopischen Symptome (MARSELLA et al. 2011).
Die gestörte Barrierefunktion spiegelt sich auch in der häufigen Vergesellschaftung atopischer Haut mit Sekundärinfektionen wider, die besonders häufig durch Staphylococcus aureus (St. aureus) verursacht werden (MELNIK 2006). Als Schutz vor solchen Infektionen ist die Epidermis u. a. mit einer Reihe antimikrobiell
wirksamer Lipide ausgestattet, deren effektivste Klassen freie Fettsäuren, Glucosylceramide und freie Sphingosine bilden (MELNIK 2006). Unter den freien Fettsäuren ist dies besonders für Linolsäure bestätigt worden, deren Gehalt in atopischer Haut reduziert zu sein scheint (YAMAMOTO et al. 1991). Auch cis-6- Hexadecensäure besitzt als Bestandteil der Hautlipide des Menschen eine spezifische antibakterielle Aktivität (TAKIGAWA et al. 2005). Die Reduktion ihrer Konzentration in atopischer Haut korrelierte signifikant mit der Anzahl von St. aureus- Kolonien auf der Haut, wobei die topische Applikation einer Lotion mit cis-6- Hexadecensäure die bakterielle Überbesiedlung in sechs von acht Patienten beseitigte (TAKIGAWA et al. 2005). Die Sphingosine besitzen ein breites antimikrobielles Spektrum gegen gram-positive und -negative Bakterien, Candida albicans und Dermatophyten (MELNIK 2006; DRAKE et al. 2008). Durch Phosphorylierung von Sphingosin entsteht Sphingosin-1-phosphat, welches ebenfalls bakterizide Effekte hat (MELNIK 2006). In atopischer Haut kommt es zu einer erhöhten Expression von Sphingosin-1-phosphat-Lyase, wodurch Sphingosin-1- phosphat schneller und vermehrt abgebaut wird als in gesunder Haut (NISHIFUJI u.
YOON 2013). Da in atopischer Haut weniger Ceramide gebildet werden, ist auch der Gehalt ihrer Abbauprodukte, der Sphingosine, reduziert (DRAKE et al. 2008).
Zwischen dem Sphingosin- und Ceramidgehalt sowie der reduzierten Ceramidase- Aktivität konnte eine signifikante Korrelation nachgewiesen werden (ARIKAWA et al.
2002). Die Absenkung des Sphingosin-Spiegels um das Zweifache in atopischer Epidermis hatte einen Zweihundertfachen Anstieg der Besiedlung mit St. aureus zur Folge. Daher wurde postuliert, dass ein reduzierter Sphingosin-Spiegel zu einer gestörten antimikrobiellen Aktivität der atopischen Epidermis beiträgt (ARIKAWA et al. 2002).
Canine atopische Dermatitis
Die atopische Dermatitis gilt auch als eine häufige Erkrankung des Hundes (NISHIFUJI u. YOON 2013) und scheint viele klinische und immunologische Gemeinsamkeiten mit derjenigen des Menschen zu besitzen (MARSELLA u.
SAMUELSON 2009). So ist auch die canine atopische Dermatitis durch eine gestörte Barrierefunktion der Epidermis gekennzeichnet (OLIVRY 2011).
Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigten unregelmäßige und lückenhafte Lipidlamellen im SC klinisch unauffälliger Haut atopischer Hunde (INMAN et al. 2001;
PIEKUTOWSKA et al. 2008). Eine neuere Studie beschrieb die unvollständige Exozytose der Keratinosomen in der Epidermis von atopischen Hunden anhand von experimentell gegen Hausstaubmilben sensibilisierten Beagles (MARSELLA u.
SAMUELSON 2009). Manche der Keratinosomen verblieben innerhalb der Zellen des SC auch in äußeren Lagen, ähnlich wie von FARTASCH et al. (1992) bei der atopischen Dermatitis des Menschen beschrieben. Nach der Exposition zu Allergenen konnte eine massive Abgabe des Inhalts von Keratinosomen in den Interzellularspalt beobachtet werden, als ob die Epidermis versuchen wollte, die Verletzung der Integrität der Hautbarriere zu kompensieren, indem sie mehr Lipide für die Wiederherstellung der Barriere zur Verfügung stellt (MARSELLA u.
SAMUELSON 2009). Allerdings erfolgte die Lipidabgabe nicht in Form von Lamellenstapeln, sondern als ungeordnetes Material, was die Bildung unregelmäßiger und lückenhafter Lipidlamellen zur Folge hatte. Damit konnte die Antwort als ineffektiv angesehen werden, um dem durch die Allergenexposition verursachten Schaden in der Hautbarriere entgegenzuwirken (MARSELLA u.
SAMUELSON 2009).
Diese Strukturänderungen des SC bei Hunden mit atopischer Dermatitis stehen - wie beim Menschen - in Zusammenhang mit einem erhöhten transepidermalen Wasserverlust, der sich nach Allergenexposition weiter erhöht, wie an einem Modell mit experimentell gegen Hausstaubmilben sensibilisierten Beagles nachgewiesen werden konnte (HIGHTOWER et al. 2010). Durch eine Untersuchung betroffener und klinisch unauffälliger Haut von atopischen Hunden konnte gezeigt werden, dass diese erhöhten transepidermalen Wasserverluste mit einem Mangel an Ceramiden korrelieren (SHIMADA et al. 2009). In dieser Studie waren die relativen Anteile an CER[AS] und CER[NS] an den Gesamtlipiden sowohl in betroffener als auch in klinisch unauffälliger Haut atopischer Hunde gegenüber gesunden Hunden erniedrigt,
während keine Veränderungen der relativen Anteile von Cholesterol und freien Fettsäuren gefunden wurden.
Wenige weitere Studien untersuchten die epidermalen Ceramide atopischer Hunde im Vergleich zu gesunden Kontrollhunden, von denen eine Studie eine signifikante Reduktion von zwei (CER[EOS] und CER[EOP]) von fünf beim Hund nachgewiesenen Ceramidklassen in klinisch unauffälliger Haut atopischer Hunde gegenüber gesunden Kontrollhunden, die rasse- und altersspezifisch passend zu den atopischen Hunden ausgewählt worden waren, feststellte (REITER et al. 2009).
Im Gegensatz zu der vorher genannten Studie (SHIMADA et al. 2009) wurden hier in atopischer Haut erhöhte prozentuale Anteile an Cholesterol gefunden, sodass das Cholesterol-Ceramid-Verhältnis in atopischer Haut signifikant höher ausfiel als in der Haut gesunder Hunde (REITER et al. 2009).
In einer aktuelleren Studie wurde über eine deutliche Anreicherung von Glucosylceramiden in atopischer Hundehaut berichtet, die auch unter den Protein- gebundenen Lipiden auffiel (POPA et al. 2011b). Vor allem die Menge an Protein- gebundenen Ceramiden war stark erniedrigt. Da diese Ceramide hauptsächlich CER[OS] und CER[OP] entsprechen (POPA et al. 2010), würde diese Beobachtung zu einer Reduktion der verwandten freien Ceramidklassen CER[EOS] und CER[EOP] passen (OLIVRY 2011).
Eine weitere Studie, die erstmals alle 11 der beim Menschen beschriebenen Ceramidklassen in caniner Epidermis nachweisen konnte, berichtete über signifikant niedrigere absolute Werte der Ceramide in betroffener und klinisch unauffälliger Haut von Hunden mit atopischer Dermatitis verglichen mit gesunden Hunden, die in Bezug auf Rasse und Alter passend zu den atopischen Hunden ausgewählt worden waren (YOON et al. 2011). Unter den verschiedenen Ceramidklassen konnten signifikant niedrigere Werte für CER[EOS], CER[NS+NdS], CER[EOP], CER[NP] und CER[AS+NH] in atopischer Hundehaut gefunden werden. Zwischen betroffener und klinisch unauffälliger Haut wurden innerhalb der Ceramidkonzentrationen jedoch keinerlei signifikante Unterschiede nachgewiesen (YOON et al. 2011).
Zu ähnlichen Ergebnissen führte auch ein Versuch mit experimentell gegen Hausstaubmilben sensibilisierten Hunden, von denen Hautproben vor und nach
Allergenexposition entnommen wurden (STAHL et al. 2012). Sowohl in betroffener als auch in klinisch unauffälliger Haut sanken die Konzentrationen an Ceramiden inklusive aller gemessenen Ceramidklassen nach Allergenexposition im Vergleich zu den Ausgangswerten ab, um zwei Monate später wieder zu den Ausgangswerten zurückzukehren. Auch hier konnte kein Unterschied zwischen betroffener und klinisch unauffälliger Haut festgestellt werden. Diese Beobachtung führte zu dem Schluss, dass sich der reduzierte Ceramidgehalt und damit die gestörte Barrierefunktion sekundär zur Entzündungsreaktion auf die Allergenexposition hin entwickeln (STAHL et al. 2012).
Für diese Hypothese sprechen auch diejenigen Studien, die zeigen konnten, dass die Supplementierung der fehlenden Lipide zu einer signifikant verbesserten Barrierefunktion führt (PIEKUTOWSKA et al. 2008; POPA et al. 2011a; POPA et al.
2012). Sowohl die systemische Zufuhr essentieller Fettsäuren (POPA et al. 2011a) als auch die topische Applikation einer aus Hautlipiden bestehenden Lotion scheinen in der Lage zu sein, die Menge und Zusammensetzung der interzellulären SC-Lipide (POPA et al. 2012) und damit auch die Struktur des SC (PIEKUTOWSKA et al. 2008) atopischer Hunde zu verbessern. Auch aus immunologischer Sicht könnte die Substitution essentieller Fettsäuren zur Linderung der atopischen Symptomatik beim Hund beitragen (SCHLOTTER et al. 2010). Ein weiterer therapeutischer Ansatz könnte die Substitution mit Sphingosin-1-phosphat darstellen, da dessen Spiegel in der Haut von Hunden mit atopischer Dermatitis ähnlich wie in atopischer Haut des Menschen nachweislich erniedrigt sind (BÄUMER et al. 2011). In einer Studie hierzu konnte gezeigt werden, dass die topische Behandlung mit dieser Substanz die Immunreaktion in einem Mäusemodell mit Kontaktdermatitis deutlich positiv beeinflusst (REINES et al. 2009).
Weitere Hauterkrankungen des Hundes
Zu anderen Hauterkrankungen des Hundes gibt es bezüglich der epidermalen Lipidzusammensetzung bisher nur vereinzelt Untersuchungen. In einer aktuellen Studie wurden die Hautlipide von Shih Tzus mit Seborrhoe im Vergleich zu gesunden Shih Tzus untersucht (YOON et al. 2013). In seborrhoeischer Haut wurden höhere
relative Konzentrationen an Wachsestern und Triglyzeriden gefunden als in gesunder Haut, während die der freien Fettsäuren und Ceramide in seborrhoeischer Haut herabgesetzt waren. Die absoluten Mengen der Ceramide unterschieden sich nicht zwischen den beiden Gruppen, jedoch wies das Ceramidmuster in seborrhoeischer Haut spezifische Veränderungen auf (YOON et al. 2013). Die Konzentrationen von CER[EOS], CER[EOP], CER[EOH] und CER[AS+NH] waren signifikant niedriger als in gesunder Haut. Außerdem konnten in seborrhoeischem SC durch dünnschicht- chromatographische Auftrennung zwei unbekannte Banden zwischen den bekannten Ceramid-Banden entdeckt werden, die zusammen ca. 20% der Gesamtceramide ausmachten (YOON et al. 2013). Mittels Massenspektrometrie wurde zusätzlich festgestellt, dass die Ceramidklassen CER[NdS], CER[NS], CER[AS], CER[NH] und CER[AP] in seborrhoeischer Epidermis Subspezies mit Kettenlängen unter 40 Kohlenstoffatomen enthielten, die in gesunder Hundehaut nicht vorkamen. Da die Kettenlänge die Polarität von Ceramiden beeinflussen kann, wurde die Vermutung aufgestellt, dass es sich bei den zwei unbekannten Ceramidbanden um Ceramide bekannter Klassen mit verkürzter Kettenlänge handeln könnte (YOON et al. 2013).
Ähnlich wie bei atopischer Dermatitis könnten die Veränderungen des Lipidmusters der Epidermis von Hunden mit Seborrhoe zu einer strukturellen Veränderung des SC und damit zu einer gestörten Barrierefunktion führen (YOON et al. 2013). Die Autorin vermutet, dass das häufige Auftreten von Entzündungssymptomen und Juckreiz bei Hunden mit Seborrhoe möglicherweise eine Reflexion dieser epidermalen Veränderungen darstellt. Die sich oftmals entwickelnden Pyodermien könnten durch ein Ungleichgewicht der Mikroflora auf der seborrhoeischen Haut ausgelöst und durch eine beeinträchtigte Hautbarriere begünstigt werden. So konnten bei Hunden mit Seborrhoe 50fach erhöhte Keimzahlen auf der Haut gegenüber gesunden Hunden festgestellt werden, die mit einer Verschiebung von koagulase-negativen zu den pathogeneren koagulase-positiven Staphylokokken einhergingen (IHRKE et al.
1978). Schon damals wurde vermutet, dass die bakterielle Überwucherung sowohl durch quantitative als auch qualitative Unterschiede in der Talgproduktion der seborrhoeischen Hunde begünstigt werden könnte (IHRKE et al. 1978).
2.2 Lipidanalytik
2.2.1 Probenahmetechniken
Die Analyse der SC-Lipide, besonders der Ceramide, kann eine Herausforderung sein, wobei die Gewinnung dieser Lipide aus der Haut den ersten wichtigen Schritt zu einer erfolgreichen Analyse darstellt (RAITH et al. 2004). Zu diesem Zweck sind verschiedene Techniken beschrieben worden, Methoden zur Gewinnung der vollständigen Epidermis (Blister [Saugblasen-Methode], ex vivo Biopsie), der oberflächlichen Epidermis (Klebestreifen- oder Cyanoacrylat-Abriss) oder des oberflächlichen SC (Lösungsmittelextraktion) (DE PAEPE et al. 2004). Je nach Art der Probenahmetechnik werden dementsprechend unterschiedliche Ergebnisse erhalten (RAITH et al. 2004), sodass bei einem Vergleich mehrerer Studien die Art der Probenahmetechnik berücksichtigt werden sollte (DE PAEPE et al. 2004).
Unter diesen Methoden haben minimal invasive Probenahmetechniken den Vorteil dass sie mit weniger Beschwerden und weniger Risiken für die Probanden verbunden sind und daher in vivo angewendet werden können (WANG u. MAIBACH 2011). Zwar werden auch invasivere Methoden an lebenden Individuen durchgeführt, doch sind sie auch meist weniger praktikabel. So benötigen Blister-Techniken (durch ein an einen Hohlkörper auf der Haut angelegtes Vakuum hebt sich die Epidermis als Blase von der Dermis ab) z. B. mehr Zeit und können zu Hautschäden führen, während Hautbiopsien aufwendiger und mit mehr Risiken, wie z. B. Infektionen, verbunden sind (WANG u. MAIBACH 2011). Außerdem werden Biopsien oft nur durch medizinisch notwendige chirurgische Eingriffe gewonnen, wodurch die Auswahl an Körperstellen, die untersucht werden können, erheblich eingeschränkt wird (YA-XIAN et al. 1999; DE PAEPE et al. 2004). Im Hinblick auf die Lipidanalytik besteht bei der Entnahme der Hautbiopsien und deren weiterer Bearbeitung die Möglichkeit der Kontamination durch Lipide tieferer Hautschichten bzw. des subkutanen Fetts (JUNGERSTED et al. 2010a).
Zu den minimal invasiven Probenahmemethoden zählen zweifellos die Hautabriss- Techniken (WANG u. MAIBACH 2011). Diese Methoden arbeiten mit Klebestreifen, die auf die Haut gepresst und dann abgezogen werden. Da verschiedene
