Die Bedeutung des Transkriptionsfaktors STAT3 bei Myokarditis

Abstract

Zusammenfassung Der Transkriptionsfaktor Signal Transducer and Activator of Transcription 3 spielt eine wichtige Rolle im Rahmen von Entzündungsprozessen als Teil des Signalweges der Interleukin 6 ähnlichen Zytokine. Protektive Eigenschaften am Herzen wurden in unterschiedlichsten Versuchen belegt: STAT3 schützt das Herz vor überschießender Entzündungsreaktion, hat positiven Einfluss auf das kardiale Remodeling und schützt vor Apoptose. Auswirkungen eines herzspezifischen STAT3 Knock outs während der subakuten Phase einer Coxsackievirus B3 induzierten Myokarditis wurden in dieser Arbeit am Mausmodell untersucht. Dazu wurden 10 sechs Wochen alte männliche CB6FI Mäuse mit einem herzspezifischen STAT3 Knock out und sieben Wildtypmäuse intraperitoneal mit 106 PFU Coxsackievirus B6 (Nancy Stain) infiziert und zehn Tage post infectionem getötet. Die Kontrollgruppen umfassten neun nicht infizierte Mäuse mit herzspezifischem Knock out und sechs Tiere des Wildtyps. Echokardiographische Unterschiede zwischen den Herzen der unterschiedlichen Versuchsgruppen konnten nicht ermittelt werden. Die Infiltration von T-Zellen und Makrophagen und die damit einhergehende Ausschüttung von Entzündungsmediatoren bestimmen das Krankheitsgeschehen zwischen dem dritten und 14. Tag nach Infektion (subakute Phase). Die Untersuchungen des Gewebes der Versuchstiere zeigten deutliche Infiltrate von Makrophagen und T-Zellen im Myokard infizierter Mäuse und ein Anstieg sowohl der proinflammatorischen Zytokine TNFα, IFNγ, IL-1β und IL-6, als auch des antifinflammatorischen IL-10. Ein Unterschied zwischen STAT3 Knock out Mäusen und den Wildtyptieren ließ sich jedoch nicht feststellen. Die Zytokinausschüttung im Rahmen der Entzündungsantwort schädigt das Herz und triggert Umbauvorgänge der extrazellulären Matrix, die zur Entstehung einer dilatativen Kardiomyopathie beitragen. Ursache ist ein Ungleichgewicht des die Matrixhomöostase regulierenden MMP/TIMP Systems. Eine Hochregulation der MMPs (2, 3 und 9) und eine gesteigerte Kollagen 1 Expression ließ sich bei infizierten Tieren nachweisen, die TIMP Expression blieb unbeeinflusst. Ebenso zeigten sich in geringem Maße apoptotische Zellen im Gewebe infizierter Tiere, eine signifikante Änderung der mRNA Expression der Gene Bax und Bcl konnte jedoch nicht gefunden werden. Eine Auswirkung des STAT3 Knock outs auf die untersuchten Parameter fand sich nicht. Grund für den unerwartet fehlenden Auswirkungen des STAT3 Knock outs auf die Erkrankung könnte der myozytenspezifische Knock out sein. Der Einfluss von STAT3 in anderen herzeigenen Zellen könnte ausreichen, um den nur in Herzmuskelzellen erfolgten Knock out zu kompensieren. Fragen nach der Rolle des Transkriptionsfaktors STAT3 im Rahmen der subakuten CVB3 induzierten Myokarditis bleiben nach Ergebnissen dieser Arbeit weiter offen.

Abstract The Signal Transducer and Activator of Transcription 3 plays an important role in the inflammatory response as part of the signaling pathway of interleukin-6-related cytokines. Protective properties of STAT3 on the heart have been shown in various settings: STAT3 protects the heart from an overactive inflammatory response; it has positive impact on cardiac remodelling and protects from apoptosis. The effects of a cardiac-specific STAT3 knockout during the subacute phase of Coxsackievirus B3 induced myocarditis in a murine model were subject of this experimental study. Ten six week old male CB6FI mice with a cardiac-specific deletion of STAT3 and seven wild type mice were infected with 106 PFU Coxsackievirus B6 (Nancy Stain) and sacrificed ten days post infection. The control group included nine non- infected knockout and six wild type mice. Infiltration of T-cells and macrophages and the production of inflammatory cytokines dominate the subacute phase of viral myocarditis between day three and day 14 post infection. In our study the infiltration of macrophages and T-lymphocytes could be found in myocardial tissue of infected mice as well as an increase of the pro- inflammatory cytokines TNFα, IFNγ, IL-1β and IL-6, and the anti-inflammatory IL-10. Differences between STAT3 knockout and wild type mice could not be observed. The secretion of cytokines during the inflammatory response can have deleterious effects on the heart and causes remodelling of the myocardial extracellular matrix possibly leading to dilated cardiomyopathy. The underlying cause is an imbalance between metalloproteinases (MMP) and Tissue Inhibitors of Metalloproteinases (TIMP), enzymes that regulate the matrix homeostasis. In this study an upregulation of MMP 2, 3, and 9 and an increase in Collagen I expression could be detected in infected animals whereas the expression of TIMPs remained unaffected. Apoptotic cells in the tissue of diseased mice could likewise be found, however, a significant change in the mRNA expression of the pro- and anti-apoptotic genes Bax and Bcl was not observed. Again there was no notable difference between knockout and wild type mice. The reason for the missing effect of the STAT3 knockout could be the myocyte-specific deletion of the transcription factor. As STAT3 is not only expressed in myocytes the expression in other cells like fibroblasts or inflammatory cells might be enough to compensate the lack in heart muscles cells. Thus the role of STAT3 in subacute CVB3 induced myocarditis remains elusive and will need further investigation.