Die Rolle des angeborenen Immunsystems in der inflammations-vermittelten Kardiomyopathie

Abstract

Sepsis ist einer der führenden Gründe für das Versterben von schwer kranken Menschen im Krankenhaus. Dabei führen erhöhte Serumspiegel von inflammatorischen Zytokinen zu einer systemischen Entzündungsreaktion mit Entwicklung einer inflammatorischen Kardiomyopathie. Die daraus resultierende Herzinsuffizienz stellt eine der Hauptursachen für das schlechte Überleben dar. Das inflammatorische Zytokin Interleukin-1β (IL-1β) ist während einer Sepsis sehr früh aktiviert; diese Aktivierung erfolgt über das NaLP3-Inflammasom. Bisher ist unklar, ob die Aktivierung von IL-1β direkt am Auftreten der septischen Kardiomyopathie beteiligt ist und wie dieser Prozess vermittelt wird. Es ist ebenso unbekannt, ob die Hemmung von IL-1β vor einer septischen Herzinsuffizienz schützen kann. Die hier vorliegende Arbeit zeigt sowohl in vivo als auch in vitro Ergebnisse einer IL-1β abhängigen Herzmuskelatrophie. Ebenso konnte eine bessere Überlebenswahrscheinlichkeit durch das Fehlen von Nlrp3 und der damit verbundenen IL-1β Aktivierung in vivo nachgewiesen werden. Um die Hypothese zu testen, dass die Aktivierung von IL-1β an der septischen Kardiomyopathie in vivo beteiligt ist, wurden Nlrp3 WT und Nlrp3 KO Mäuse einer polymikrobiellen Sepsis ausgesetzt und darunter die Herzfunktion und kardiale Stressmarker bestimmt. Dieses erfolgte mit der Methode einer zökalen Ligatur und Punktion (cecal ligation and puncture, CLP). Sham-operierte Tiere dienten als Vergleichsgruppe. Nach 96 Stunden zeigte sich in der Gruppe der septischen Nlrp3 KO Mäuse eine signifikant bessere Überlebensrate als in den septischen Nlrp3 WT Mäusen (p≤0.05). Echokardiographisch ließen sich in septischen Nlrp3 WT, nicht aber in septischen Nlrp3 KO Mäusen eine systolische und diastolische Dysfunktion nachweisen. Zudem hatten septische Nlrp3 WT Mäuse ein signifikant verringertes Herzgewicht (20,2%, p<0.01). Im Gegensatz dazu war das Herzgewicht der septischen Nlrp3 KO Mäuse unverändert. Um zu testen, welche Faktoren an der septischen Kardiomyopathie und Atrophie beteiligt sind, haben wir eine Quantifizierung des kardialen Transkriptoms mittels RNA Sequenzierung durchgeführt. Unsere Daten zeigen eine starke Aktivierung von Autophagiegenen im Herzmuskel septischer Nlrp3 WT, aber nicht von septischen Nlrp3 KO Mäusen. Zusammenfassend zeigte sich, dass die Aktivierung von IL-1β an der Entwicklung einer septischen Kardiomyopathie mit daraus resultierenden systolischen und diastolischen Dysfunktionen beteiligt ist.

Sepsis is one of the leading causes for increased mortality of critically ill patients in the hospital. In sepsis, elevated serum levels of inflammatory cytokines lead to a systemic inflammation, with development of inflammatory cardiomyopathy. The resulting heart failure represents one of the main causes for poor survival. The inflammatory cytokine interleukin-1β (IL-1β) is rapidly and strongly increased during sepsis. IL-1β activation is mediated by the NaLP3 inflammasome and has direct effects on cardiomyocytes. So far, the role of IL-1β in the pathogenesis of septic cardiomyopathy is not well understood. It is also unknown whether the inhibition of IL- 1β protects against septic heart failure. The present work shows that IL-1β mediates cardiac atrophy both in vivo and in vitro. To test the hypothesis that activation of IL- 1β is involved in septic cardiomyopathy in vivo, we exposed Nlrp3 WT and Nlrp3 KO mice to polymicrobial sepsis and analyzed cardiac function by echocardiography. Polymicrobial sepsis was induced by cecal ligation and puncture (CLP) surgery. Sham operated animals were used as a control group. After 96 hours, septic Nlrp3 KO mice showed a significantly better survival as compared to septic Nlrp3 WT mice (p≤0.05). Analyses of echocardiographical data showed a systolic and diastolic dysfunction in septic Nlrp3 WT, but not in septic Nlrp3 KO mice. Septic Nlrp3 WT mice showed reduced heart weights, whereas heart weights of septic Nlrp3 KO mice remained unchanged (20.2%, p<0.01). To identify factors involved in septic cardiomyopathy and atrophy, we performed a quantification of the cardiac transcriptome by RNA sequencing. Our data show a strong activation of autophagy genes in septic heart muscle of Nlrp3 WT mice, but not of Nlrp3 KO mice. In summary, activation of IL-1β is involved in the pathogenesis of septic cardiomyopathy with resulting systolic and diastolic dysfunction.