Die Rolle der Milztyrosinkinase in der pulmonalvaskulären und bronchialen Reagibilität und in der chronischen pulmonalen TH2-Inflammation

Abstract

Pulmonalarterielle Hypertonie und Asthma bronchiale sind progressiv verlaufende chronische pulmonale Erkrankungen von globaler Relevanz, die unbehandelt zum Tod führen können. Trotz ihrer Unterschiede sind bestimmte pathophysiologische Merkmale beiden Erkrankungskomplexen gemein. Dazu gehören Inflammation sowie pathophysiologische Veränderungen glatter Muskulatur, die zu verstärkter Konstriktion und Remodeling der pulmonalarteriellen Gefäße (pulmonalarterielle Hypertonie) bzw. der Bronchien (Asthma bronchiale) führen. Verfügbare Therapieoptionen für pulmonalarterielle Hypertonie können zu einer Verbesserung von Symptomen und zu positiven Auswirkungen auf das Überleben der Patienten beitragen, jedoch führt keine der gegenwärtigen therapeutischen Interventionen zu einer Heilung. Zugelassene Standardmedikationen sind für einen relevanten Anteil der Patienten nicht ausreichend effektiv und Behandlungsmöglichkeiten für fortgeschrittene Erkrankungsstadien sind limitiert. Das gegenwärtige therapeutische Management von Asthma bronchiale umfasst effektive Maßnahmen und Medikamente zur Kontrolle von Symptomen und Exazerbationen. Jedoch ist die Erkrankung nicht heilbar und für Patienten mit unzureichender Resonanz auf das Behandlungsregime gibt es nur wenige Therapieoptionen. Die Identifikation neuer Zielmoleküle für die Entwicklung innovativer therapeutischer Substanzen ist sowohl für pulmonalarterielle Hypertonie als auch Asthma bronchiale notwendig. Verschiedene Studien zeigten eine potenzielle Rolle der Milztyrosinkinase (spleen tyrosine kinase, Syk) in proinflammatorischen Prozessen, Vaso- und Bronchokonstriktion sowie Remodeling. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit das therapeutische Potenzial der Syk-Inhibition und -Deletion experimentell eruiert. In der vorliegenden Arbeit wurde durch Immunfluoreszenz-Analysen gezeigt, dass Syk in den bronchialen und pulmonalvaskulären glatten Muskelzellen humaner und muriner Lungen exprimiert ist. In Untersuchungen isoliert perfundierter und ventilierter Mauslungen führte die Applikation des Syk-Inhibitors BAY 61-3606 zu einer reduzierten pulmonalvaskulären und bronchialen Reagibilität nach Einsatz klinisch relevanter Vaso- bzw. Bronchokonstriktoren. In präkonstringierten pulmonalen Gefäßen und Bronchien führte die Syk-Inhibition zur Dilatation. Zur Untersuchung der zugrunde liegenden Mechanismen der Syk- vermittelten Vaso- und Bronchokonstriktion wurden relevante Signalwege der Calcium-unabhängigen Muskelkontraktion analysiert. Es ergaben sich dabei Hinweise, dass Syk in den Atemwegen in die Signalkaskaden der Rho-Kinase sowie p38 Mitogen-aktivierten Proteinkinase eingebunden sein könnte. Für die pulmonalen Gefäße zeigten sich in dieser Arbeit Hinweise auf eine Verknüpfung der Signalwege von Syk und p38 Mitogen-aktivierter Proteinkinase. Der Einfluss von Syk in der chronischen pulmonalen TH2-Inflammation wurde mit Mäusen untersucht, in denen durch Tamoxifen-Applikation eine Syk-Deletion induziert wurde und die repetitiven Sensibilisierungen und Atemwegsexpositionen mit Ovalbumin unterzogen wurden. Anschließende Untersuchungen der isoliert perfundierten und ventilierten Mauslungen zeigten, dass die Syk-Deletion bei Ovalbumin-sensibilisierten und -atemwegsexponierten Mäusen zu einer verstärkten pulmonalvaskulären Hyperreagibilität nach Einsatz klinisch relevanter Vasokonstriktoren führte. In scheinsensibilisierten Mäusen mit Syk- Deletion wurde im Vergleich zu Syk-exprimierenden Mäusen eine reduzierte pulmonalvaskuläre Reagibilität auf relevante konstriktorische Stimuli detektiert, was im Einklang mit den Ergebnissen der pharmakologischen Syk- Inhibition war. In der bronchoalveolären Lavageflüssigkeit Ovalbumin- sensibilisierter sowie -atemwegsexponierter Mäuse mit Syk-Deletion wurde ein erhöhter Interleukin-5-Gehalt detektiert. Die Plasmaspiegel der Ovalbumin- spezifischen Immunglobuline E und G1 dieser Tiere waren hingegen gegenüber der Kontrollgruppe reduziert. Ein direkter Effekt der Syk-Deletion auf pulmonalvaskuläres Remodeling konnte nicht nachgewiesen werden. Zusammenfassend zeigen die Untersuchungen dieser Arbeit Syk als attraktives therapeutisches Zielmolekül für die Behandlung der pulmonalarteriellen Hypertonie und von Asthma bronchiale. Fortführende Untersuchungen könnten zur weiteren Aufschlüsselung des Syk-Signalweges sowie zur Eruierung potenzieller protektiver Effekte der pharmakologischen Syk-Inhibition in einem chronischen Krankheitsmodell beitragen.

Pulmonary arterial hypertension and bronchial asthma are chronic pulmonary diseases of global relevance that are predominantly progressive and, if left untreated, lethal. Despite their dissimilarities, pulmonary arterial hypertension and asthma share common pathological features such as inflammation, increased smooth muscle cell contraction and remodeling. Therapeutic options for pulmonary arterial hypertension aim at improving symptoms and survival, but to date, the disease remains without cure. Additionally, therapeutic options for patients with severe disease manifestations or inadequate treatment response remain limited. Available therapeutic schemes and medications for treatment of bronchial asthma present sufficient disease control and reduce exacerbations for many patients. However, therapeutic options are limited for patients with severe and to some extend steroid-resistant bronchial asthma. There is high medical need for novel, innovative therapeutic approaches for pulmonary arterial hypertension as well as bronchial asthma. Several in vitro and in vivo studies showed a potential role of spleen tyrosine kinase (Syk) in pathophysiological processes such as inflammation, pulmonary vascular and airway responsiveness and remodeling. Therefore, this study aimed at analysing the therapeutic potential of Syk-inhibition and Syk-deletion in the context of pulmonary vascular and airway responsiveness and chronic pulmonary Th2 inflammation. In this study, immunofluorescent staining of human and murine lung tissue revealed Sykexpression in airway and pulmonary vascular smooth muscle cells. Pharmacological Sykinhibition with BAY 61-3606 in isolated perfused and ventilated murine lungs led to reduced pulmonary vascular and airway responsiveness. Additionally, dilatative effects due to Sykinhibition were detected in preconstricted pulmonary vessels and airways. To elicit underlying mechanisms of Syk-induced vaso- and bronchoconstriction, relevant signaling pathways of Calcium-independent smooth muscle cell contraction were investigated. The results demonstrated a possible link between signaling pathways of Syk, Rho-kinase and p38 mitogen activated protein kinase in airways. In pulmonary vessels, Syk signaling could be linked to the p38 mitogen activated kinase pathway. In Ovalbumin-induced chronic pulmonary Th2 inflammation, Syk-deficient mice showed an increased pulmonary vascular hyperresponsiveness to relevant clinical vasoconstrictors, as compared to the Syk-sufficient control group. Besides, Syk-deletion led to reduced levels of Ovalbumin-specific immunoglobulin E and G1 in the plasma of Ovalbumin-treated mice. Further, analysis of relevant cytokines in the bronchoalveolar lavage fluid revealed increased interleukin-5-levels in the respective mice. Remodeling of pulmonary vessels was detected in Ovalbumin-treated mice, but was independent of Syk-deletion. Syk-deletion in shamsensitised mice led to reduced pulmonary vascular responsiveness, which was in accordance with the results obtained from analysis of naïve mice after Syk-inhibition. In conclusion, this study demonstrates that Syk might be an attractive therapeutic target for treatment of pulmonary arterial hypertension and bronchial asthma. Additional studies are warranted to further characterise Syk-signaling in pulmonary smooth muscle cells and evaluate a potential protective effect of pharmacological Syk-inhibition in a chronic model of disease.