Interleukin-16 in Chronic Kidney Disease – On the Origin, Secretion and Importance

Abstract

Hintergrund Chronische, mit Dialyse behandelte Nierenerkrankung des Grades 5 (CKD G5D) geht mit veränderten Eigenschaften des Immunsystems einher, die eine wichtige Rolle bei der erhöhten Mortalität der Patienten*innen spielen. Es ist bekannt, dass Retentionsmoleküle, wie z. B. Oxalat, zu entzündlichen Prozessen beitragen. So weiß man, dass lösliches Oxalat im Plasma (pOx) mit plötzlichem Herztod von CKD-G5D-Patient*innen korreliert und Oxalat zusammen mit Kalzium Kristalle (CaOx-Kristalle) bildet, die Immunzellen aktivieren. Um das Entzündungsmuster von Oxalat zu untersuchen, wurde bei 107 CKD-G5D-Patient*innen in New Haven ein unvoreingenommenes Screening auf 21 Zytokine durchgeführt. Dabei wurde eine Korrelation von pOx mit IL-16 gefunden. Dieser Fund wurde anschließend in einer zweiten Kohorte mit 12 CKD-G5D-Patient*innen in Berlin bestätigt, in der stark erhöhte IL-16 Konzentration bei Patient*innen im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen identifiziert wurden. Man weiß, dass IL-16 von einer Vielzahl verschiedener Zellen sezerniert wird und mit verschiedenen Erkrankungen assoziiert ist. Der Ursprung, der Sekretionsmechanismus und die Bedeutung von IL-16 bei CKD sind unbekannt und sollten in dieser Arbeit untersucht werden.

Methoden Um den Ursprung von IL-16 bei Patient*innen zu untersuchen, wurden Monozyten-Subtypen und periphere mononukleäre Blutzellen (PBMCs) mittels Durchflusszytometrie (FACS) isoliert und in vitro kultiviert. Enzymatic Immunosorbent Assays (ELISAs) wurden verwendet um IL-16 im Überstand zu bestimmen. Die intrazelluläre Konzentration von IL-16 in PBMCs wurde durch FACS bestimmt. Zur Untersuchung eines möglichen Sekretionsmechanismus wurden Neutrophile (PMN) mit CaOx-Kristallen stimuliert. Außerdem wurde Zelltod und IL-16 Ausschüttung von murinen Gasdermin-D-knockout Makrophagen, ausdifferenziert aus Knochenmark, untersucht. Der Anteil von regulatorischen T-Zellen (Tregs) von Patient*innen wurde mit IL-16 korreliert, um eine mögliche Rolle von IL-16 bei CKD zu untersuchen.

Ergebnisse Es wurde kein Unterschied in der IL-16-Sekretion zwischen Monozyten-Subtypen gefunden. Kein Zelltyp von PBMCs sezernierte mehr IL-16 bei Patient*innen im Vergleich zu gesunden Personen. Es wurde jedoch ein allgemeines Muster der Sekretion zwischen PBMCs identifiziert. Außerdem wurden niedrigere intrazelluläre IL-16 Level in PBMCs bei Patient*innen festgestellt. PMNs sezernierten mehr IL-16 wenn sie in Gegenwart von CaOx-Kristallen kultiviert wurden was mit einer LDH-Freisetzung verbunden war. Es wurde keine Korrelation zwischen dem Treg-Anteil und IL-16 im Plasma der Patient*innen gefunden.

Diskussion Die Ergebnisse zur IL-16 Ausschüttung von PMNs, die in Gegenwart von CaOx-Kristallen kultiviert wurden, deuten auf einen möglichen Ursprung des erhöhten IL-16 bei CKD-G5D-Patient*innen hin, der mit Zelltod zusammenhängt. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um Ursprung, Sekretion und Bedeutung von IL-16 in CKD zu klären.

Background Chronic kidney disease grade 5 treated with dialysis (CKD G5D) is associated with altered immune system properties that play a major role in the increased mortality of patients. Retention molecules, such as oxalate, are known to contribute to inflammatory processes. Soluble plasma oxalate (pOx) was found to be correlated with the sudden cardiac death of CKD G5D patients. Oxalate combined with calcium forms crystals (CaOx crystals) that activate immune cells. To investigate the immune system pattern of soluble oxalate, an unbiased cytokine screen of 21 inflammatory parameters with oxalate was performed in 107 CKD G5D patients in New Haven, USA. A correlation of pOx with interleukin-(IL)-16 was identified. This finding was subsequently confirmed in a second cohort of 12 CKD-G5D patients in Berlin, Germany. Furthermore, IL-16 was found to be highly elevated in patients compared to healthy control subjects. It is known that IL-16 is secreted by a variety of different cells and is associated with different diseases. The origin, secretion mechanism, and significance of IL-16 in CKD are unknown and were investigated in this work.

Methods To investigate the origin of IL-16 in patients, monocyte subtypes and peripheral blood mononuclear cells (PBMC) were sorted by fluorescence-activated cell sorting (FACS) and cultured in vitro. Enzymatic immunosorbent assays (ELISA) were used to determine IL-16 in the supernatant. The intracellular concentration of IL-16 in PBMCs was determined by flow cytometry. To investigate a possible secretion mechanism, neutrophils (PMNs) were stimulated with CaOx crystals. Additionally, cell death pathways and IL-16 release of bone marrow-derived macrophages lacking gasdermin D were examined. The percentage of regulatory T cells in CKD G5D patients was correlated with IL-16 to investigate a possible role of IL-16 in CKD.

Results No difference in IL-16 secretion was found between monocyte subsets. No cell type of PBMCs secreted more IL-16 in CKD-G5D patients compared with healthy control individuals. A general pattern of secretion between PBMCs, however, was identified. Patients were found to have lower intracellular IL-16 levels in PBMCs compared with healthy individuals. Moreover, PMNs secreted more IL-16 when cultured in the presence of CaOx crystals, which was associated with lactate dehydrogenase (LDH) release. No correlation was found between Treg levels and IL-16 in the plasma of patients.

Discussion Based on these results, it can be considered unlikely that PBMCs are the source of the increased IL-16 concentration in patients. The results on IL-16 secretion from PMNs cultured in the presence of CaOx crystals suggest a possible origin of the increased IL-16 level in CKD-G5D patients related to cell death. Further studies are needed to clarify the origin, secretion, and significance of IL-16 in CKD.