In der Pathogenese von allergischem Asthma bronchiale (Asthma) spielen Wechselwirkungen zwischen immunologischen und neuronalen Faktoren im Sinne einer neurogenen Entzündung (NE) eine wichtige Rolle. Bisherige Untersuchungen hierzu wurden überwiegend in Tiermodellen mit akuter Allergenexposition durchgeführt. Chronische Provokationsmodelle sind im Hinblick auf humanes Asthma wahrscheinlich aussagekräftiger, können jedoch zur Entwicklung einer Allergentoleranz bei wiederholten Provokationen führen. Frühere Studienergebnisse zur NE implizieren, dass insbesondere Nerve Growth Factor (NGF) über eine Tachykinin-Induktion in Atemwegsneuronen an der Entstehung von Asthma-typischen Symptomen beteiligt ist. Dabei scheint der Pan-Neurotrophin- Rezeptor (p75NTR) von Bedeutung zu sein. Für Studien zu Asthma gilt das Meerschweinchen wegen seiner großen Ähnlichkeit zum humanen Atemwegssystem in vielerlei Hinsicht als das geeignetste Tiermodell. In der vorliegenden Arbeit wurden daher erstmals die NGF-Konzentration in den Atemwegen sowie die Tachykinin- und p75NTR-Immunreaktivität (IR) in sensiblen Atemwegsneuronen in einem neuen chronischen Asthma-Tiermodell an Meerschweinchen untersucht. Hierfür wurden 30 Meerschweinchen in sechs Gruppen randomisiert, von denen fünf durch intraperitoneale Injektionen mit Ovalbumin (OVA) sensibilisiert wurden. Die Kontrollgruppe (KTL) erhielt lediglich das Vehikel. Anschließend erfolgten bis zu sechs inhalative Allergenexpositionen mit steigender OVA- Dosis. Folgende Aspekte konnten in dieser Arbeit festgestellt werden: 1\. Nur die sensibilisierten Tiere entwickelten während der Provokationen weitgehend konstant ausgeprägte Symptome einer akuten bronchialen Obstruktion wie Steigerung der Atemfrequenz, zunehmende Tiefe der Atemexkursionen und Husten. Diese Expositionssymptomatik war der von Asthma-Patienten sehr ähnlich und zeigte keinen Anhalt für eine Allergentoleranzentwicklung. 2\. Im Gegensatz zur KTL zeigten die sensibilisierten Tiere während und auch noch eine Woche nach den Provokationen ausgedehnte peribronchiale Infiltrate in Periodic acid- Schiff(PAS)-gefärbten Lungenschnitten und eine stärkere Eosinophilie in der Bronchoalveolären Lavage (BAL). Beides spricht für eine im Tiermodell erfolgreich induzierte Asthma-ähnliche Atemwegsentzündung ohne Allergentoleranzentwicklung. 3\. Erstmals in einem chronischen Tiermodell wurden während mehrfacher Allergenexpositionen mittels Enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) erhöhte NGF-Konzentrationen in der BAL nachgewiesen. Dieser NGF-Anstieg hatte sich trotz der anhaltenden Atemwegsentzündung bereits 72 h nach Abschluss der Provokationen vollständig zurückgebildet. Für die NGF-Induktion in den Atemwegen scheint demzufolge v.a. die direkte Allergenexposition und weniger das alleinige Vorhandensein von Entzündungszellen entscheidend zu sein. 4\. Entgegen der Erwartungen aus Akutmodellen blieb die Tachykinin-IR in den sensiblen Atemwegsneuronen im Ganglion nodosum zunächst unverändert und nahm im weiteren Verlauf der wiederholten Allergenexpositionen vorübergehend ab. Möglicherweise ist dies Folge einer ausgeprägten Freisetzung von Tachykininen in die Atemwege während mehrfacher Provokationen. Die erstmals an Meerschweinchen untersuchte p75NTR- IR sowie Co-IR für Tachykinine und p75NTR zeigten eine ähnliche Entwicklung wie die Tachykinin-IR. Dies könnte dazu beigetragen haben, dass es trotz erhöhter NGF-Konzentrationen in den Atemwegen insgesamt zu keiner nachweisbaren Tachykinin-Induktion in den Atemwegsneuronen kam. Die vorliegende Arbeit liefert neue Erkenntnisse über die komplexe neuroimmunologische Pathogenese von allergischem Asthma bronchiale, in der Neurotrophine und Tachykinine potentielle Angriffspunkte bei der Entwicklung neuer therapeutischer Möglichkeiten darstellen. Hierfür kann auf das in dieser Arbeit neu etablierte chronische Asthma-Tiermodell zurückgegriffen werden. Darüber hinaus könnten diese Ergebnisse auch für andere chronisch-entzündliche Erkrankungen, bei denen ebenfalls eine neuroimmunologische Pathogenese vermutet wird, von Bedeutung sein.
In the pathophysiology of allergic bronchial asthma interactions between immunological and neuronal factors play an important role. So far, studies dealing with these mechanisms mostly have been conducted with acute allergen challenge. Nevertheless repetitive challenges are probably more relevant to the situation of human asthma, although they can induce allergen tolerance. Results from earlier studies suggest, that especially nerve growth factor (NGF) is involved in the origin of asthmatic symptoms via induction of tachykinins in sensory airway neurons. The pan-neurotrophin receptor (p75NTR) could be crucial for that. Concerning studies about asthma guinea pigs are regarded as the most suitable animal model due to the similarity of the anatomy and physiology of the airway system. In this study, we evaluated for the first time changes in NGF-concentration in the airways, tachykinin und p75NTR immunoreactivity (IR) in sensory airway neurons in a new chronic model for bronchial asthma. Therefore 30 guinea pigs were randomly divided into six groups and five of them were sensitized to ovalbumin (OVA). All animals were exposed to the allergen by nebulization of OVA solution. The following aspects resulted from the present study: 1\. Only sensitized animals showed constant asthma symptoms like increase of breathing frequency or cough without any signs for tolerance development. 2\. In contrast to control animals prior sensitized guinea pigs had severe peribronchial inflammatory infiltrates during and after repetitive challenges and a stronger eosinophilia in bronchoalveolar lavage fluids (BAL). These findings implicate a successful induction of an allergic airway inflammation. 3\. For the first time elevated levels of NGF in BAL during repetitive challenges were measured with enzyme linked immunosorbent assay (ELISA). NGF concentration returned to prechallenge values three days after the last challenge. So, concerning the NGF induction in allergic airway inflammation the direct challenge seems to be more important than the sole existence of peribronchial inflammatory cells. 4\. Contrary to expectations from acute challenge studies, tachykinin IR in sensory airway neurons did not increase significantly after one challenge. During repetitive challenges tachykinin IR even decreased. Possibly, this could be due to enhanced release of tachykinins into the airways. p75NTR IR and double IR for tachykinins and p75NTR showed similar courses. This could have contributed to the fact that in spite of elevated NGF levels during repetitive challenges, no increase of tachykinin IR in sensory airway neurons was detected. The present study provides new findings about the complex neuroimmunological pathophysiology of allergic bronchial asthma, where neurotrophins and tachykinins could be potential targets for future therapies. Additionally, this newly established chronic challenge model can be used in future studies dealing with allergic airway inflammation. Further on, the data presented in this study could also be relevant to other neuroimmunological diseases.
