The Hedgehog (Hh) signaling pathway plays a crucial role in development and homeostasis of various organs. However, disrupted Hh signaling can cause disease in mammals. Activating Hh mutations can act as oncogenic drivers, e.g. in basal cell carcinomas and medulloblastomas. In the colon, Hh participates in the development of tissue polarity and maintenance of colonic stem cells as well as playing a role in the homeostasis of mesenchymal cells. In this study, we sought to investigate the role of Hh in tissue fibrosis in inflammatory bowel disease (IBD). IBD, with Crohn's disease and ulcerative colitis being the most prominent entities, affects various areas of the gastrointestinal tract. Besides the symptoms of inflammation, patients may also suffer from fibrosis as an important complication resulting in intestinal stenosis or the formation of fistulae, two common IBD complications, particularly in Crohn’s disease. A promoting role of Hh signaling on fibrosis has previously been shown in human liver cirrhosis and systemic sclerosis as well as in animal models of lung- or kidney fibrosis. In the colon, Hh ligand released by enterocytes activates downstream Hh signaling in mesenchymal cells (fibroblasts, leiomyocytes) in the stroma. Therefore, we focused on alterations of stromal Hh signaling in the context of a murine colitis model. Acute or chronic colitis was induced chemically in mice. By applying histological and in vivo imaging (animal ultrasound) methods, we evaluated and compared the extent of colonic fibrosis between mice with genetic Hh activation or pharmaceutical Hh inhibition. The thickness of the colonic wall as assessed by ultrasound, the diameter of muscularis mucosae evaluated by microscopy, and histochemical staining of collagen fibers were used as readouts for fibrosis. In acute colitis, the expression of Hh- and fibrosis-related genes was determined by PCR. To further elucidate the impact of stromal Hh signaling, we made use of transgenic mouse models with up- or downregulated Hh activity as well as pharmacological interventions. Histology confirmed the induction of colitis. In genetically modified mice with diminished Hh signaling, no statistically significant difference in markers of fibrosis upon chronic colitis could be determined, neither histologically nor sonographically. Induction of acute colitis in transgenic mice bearing disinhibited Hh signaling did not lead to increased thickness of the muscularis mucosae or deposition of collagen fibers when compared to controls. However, PCR revealed an upregulation of fibrosis-associated genes in Hh overactivated mice. There was no difference in markers of fibrosis in mice with chronic colitis and overactivated Hh signaling in comparison to control mice. In mice treated with a clinically approved Hh inhibitor, Hh inhibition did not lead to significant differences in colon fibrosis upon chronic colitis. We conclude that Hh signaling plays a limited role in the pathogenesis of fibrosis in IBD.
Der Hedgehog (Hh)-Signalweg spielt eine wichtige Rolle bei Organentwicklung und Homöostase, aber auch in Krankheitsprozessen. So weisen Basaliome und Medulloblastome oft aktivierende Hh-Mutationen auf. Im Kolon ist eine Mitwirkung des Hh-Signalwegs bei der Ausbildung der Gewebepolarität, der Homöostase von Stammzellen und mesenchymalen Zellen sowie der Karzinogenese beschrieben. In dieser Studie wurde der Einfluss des Hh-Signalwegs auf Fibrose bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) am Mausmodell untersucht. Bei CED, mit den Hauptvertretern Morbus Crohn und Colitis ulcerosa, sind unterschiedliche Anteile des Gastrointestinaltrakts betroffen. Neben den Symptomen der Entzündung leiden viele Patienten unter einer Fibrose, die durch Stenosen oder Fistelbildung zu weiteren Beschwerden führt. Ein fibrogener Einfluss des Hh-Signalwegs findet sich z. B. bei der Leberzirrhose und Systemischen Sklerose sowie bei Tiermodellen der Lungen- und Nierenfibrose. Im Kolon aktivieren von Enterozyten freigesetzte Hh-Liganden den Signalweg in stromalen, mesenchymalen Zellen (Fibroblasten, Leiomyozyten). Der Fokus dieser Arbeit lag daher auf Veränderungen des stromalen Hh-Signalwegs im Kontext eines Kolitismodells. Eine akute oder chronische Kolitis in Mäusen wurde durch ein chemisches Agens induziert. Mittels histologischer und sonografischer Methoden wurde das Ausmaß der intestinalen Fibrose evaluiert und zwischen verschiedenen Gruppen verglichen. Als Parameter für die Fibrose wurde der Durchmesser der Kolonwand und der Muscularis mucosae sowie die histochemische Anfärbung von Kollagenfasern genutzt. Bei der akuten Kolitis erfolgte die Bestimmung der Expression Hh- und fibroseassoziierter Gene mittels PCR. Um den Einfluss des stromalen Hh-Signalwegs näher zu beleuchten, wurden transgene Mäuse mit hoch- oder herunter-reguliertem Signalweg und medikamentöse Interventionen eingesetzt. Histologisch zeigte sich wie erwartet eine Kolitis. In genetisch modifizierten Mäusen mit verringertem Hh-Signalweg ließ sich weder histologisch noch sonografisch ein statistisch signifikanter Unterschied hinsichtlich der Fibrose nach chronischer Kolitis im Vergleich zu Kontrollmäusen erkennen. Nachdem in transgenen Mäusen mit aktiviertem Signalweg und Kontrollen eine akute Kolitis induziert wurde, fanden sich keine signifikanten Unterschiede der Dicke der Muscularis mucosae oder der Ablagerung von Kollagen. Die PCR zeigte eine Hochregulierung von fibroseassoziierten Genen in Mäusen mit überaktivem Hh-Signalweg. Im selben Mausmodell und in Kontrolltieren wurde ebenfalls eine chronische Kolitis induziert, der genetisch verursachten Überaktivierung des Signalwegs wurde hier teilweise durch einen medikamentösen Hh-Inhibitor entgegengewirkt. Weder durch Hh-Aktivierung noch durch medikamentöse Hemmung ließ sich ein signifikanter Unterschied hinsichtlich der Fibrose erkennen. Daraus lässt sich folgern, dass Hh nur einen begrenzten Einfluss auf die Fibroseentstehung bei CED ausübt.
