Das anti-inflammatorische Potential von 17-Hydroxydocosahexaensäure

Abstract

Essentielle mehrfach ungesättigte Omega-3 (n-3) und Omega-6 (n-6) Fettsäuren (polyunsaturated fatty acids, PUFA) sind die Vorläufer einer großen Anzahl von bioaktiven Lipidmetaboliten und -mediatoren. Sie greifen in physiologische und pathologische Stoffwechselprozesse ein, können in ihrer Bildung pharmakologisch beeinflusst werden und grundsätzlich pro- und anti- inflammatorische Effekte hervorrufen. Die gleichzeitige Analyse von n-3 und n-6 Lipidmetaboliten eröffnet neue Einsichten, wie diese auf die Regulation inflammatorischer Prozesse einwirken können. In den dieser Arbeit zugrunde liegenden Publikationen wurde die Rolle insbesondere des Lipidmetaboliten 17-Hydroxydocosahexaensäure (17-HDHA) untersucht. In der ersten Studie wurde zunächst eine LC(ESI)-MS/MS-Methode zur simultanen Bestimmung von insgesamt 29 Lipidmetaboliten entwickelt, welche aus der n-6 PUFA Arachidonsäure (AA) sowie den n-3 PUFA Docosahexaensäure (DHA) und Eicosapentaensäure (EPA) entstehen. Diese wurden in nativen und Calcium-Ionophor A23187 (A23187) aktivierten humanen und murinen Blutproben gemessen. Dabei führte die in vitro Aktivierung mit A23187 zu einem signifikanten Anstieg der Lipidmetabolitenbildung. Die Messung im Blut von Wildtyp (WT)-Mäusen und Fat-1-Mäusen, die endogen hohe n-3 PUFA-Konzentrationen aufweisen, zeigte in Fat-1-Tieren im Vergleich zu den WT- Tieren signifikant erhöht 17-HDHA. Die zweite Studie untersuchte chemisch induzierte Lebertumoren in der Maus. Diese zeigte eine geringere Tumor-Bildung in Bezug auf Größe und Anzahl in Fat-1-Mäusen im Vergleich zu ihren WT- Geschwistertieren und signifikant erhöhte 17-HDHA-Konzentrationen im Lebergewebe der Fat-1-Mäuse. In vitro Experimente zeigten außerdem, dass 17-HDHA effektiv die Lipopolysaccharid (LPS)-getriggerte Tumornekrosefaktor alpha (TNF-α)-Bildung in der murinen Makrophagen-Zelllinie RAW 264.7 unterdrücken konnte. Der anti-inflammatorische Effekt von 17-HDHA wurde dann in der dritten Studie in einem Dextran Natriumsulfat (Dextran sulfate sodium, DSS)-induzierten Kolitis-Modell in vivo in WT-Mäusen bestätigt. Es konnte gezeigt werden, dass die intraperitoneale Behandlung mit 17-HDHA die DSS- Kolitis abmildert und signifikant den Gewichtsverlust, den epithelialen Schaden des Kolongewebes und die Makrophageninfiltration lindert. Weitere in vitro Experimente konnten zeigen, dass 17-HDHA die Phagozytoseaktivität in der Makrophagen-Zelllinie RAW 264.7 erhöht. Zusammengefasst etablieren die Ergebnisse dieser Arbeiten 17-HDHA als anti-inflammatorischen Lipidmediator.

The essential polyunsaturated omega-3 (n-3) and omega-6 (n-6) fatty acids (PUFA) are precursors of a diverse group of bioactive lipid metabolites and lipid mediators. They influence a multitude of physiological and pathological processes, their synthesis can be modulated by pharmacological means and they can exert both pro-inflammatory and anti-inflammatory actions. The simultaneous analysis of n-3 and n-6 derived lipid metabolites gives insight into their regulatory potential within inflammatory processes. In the publications, which this dissertation is based on, the role of the n-3 PUFA derived lipid mediator 17-hydroxydocosahexaenoic acid (17-HDHA) has been examined. In the first study, a method was established which is based on LC(ESI)-MS/MS analysis and allows the simultaneous measurement of 29 lipid metabolites, that are synthesized from the n-6 PUFA arachidonic acid (AA) and the n-3 PUFA docosahexaenoic acid (DHA) and eicosapentaenoic acid (EPA). Analysis of these 29 lipid metabolites was performed in native and calcium- ionophor A23187 (A23187)-stimulated human and murine blood samples respectively. Here, in vitro activation by A23187 led to a significant increase in lipid mediator synthesis. Analysis of blood samples of wild-type (WT) and Fat-1-mice, that feature endogenously enriched concentrations of n-3 PUFA in all tissues, showed significantly higher levels of 17-HDHA in the Fat-1-mice compared to the WT-mice. The second study examined a model of chemically-induced liver tumorigenesis in mice. A decrease in tumor formation, in terms of size and number was found in Fat-1-mice compared with WT- littermates. Furthermore, concentrations of 17-HDHA in liver tissue of Fat-1-mice were significantly higher than in liver samples of WT-mice. In vitro experiments showed that 17-HDHA effectively inhibits the lipopolysaccharide (LPS)-triggered synthesis of tumor-necrosis-factor alpha (TNF-α) in the murine macrophage cell line RAW 264.7. The anti-inflammatory effect of 17-HDHA was then confirmed in a third study employing a model of dextrane-sodium sulfate (DSS) induced colitis in WT-mice. The intraperitoneal treatment with 17-HDHA led to an ameliorated disease course and reduced body weight loss, decreased epithelial damage of the intestinal mucosa as well as macrophage infiltration in the lamina propria significantly. Further in vitro experiments showed that 17-HDHA increases phagocytic activity in the macrophage cell line RAW 264.7 Taken together the results of the presented work establish 17-HDHA as an anti-inflammatory lipid mediator.