Immunhistochemische Analyse der Atemwegsinnervation in einem Modell der Allergen-induzierten Atemwegsentzündung

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die immunologische Antwort der Brown Norway Ratte auf die Reizung der Atemwege mit dem Hühnereiweiß Ovalbumin untersucht. Zuerst wurde das Ausmaß der erzeugten Immunreaktion mikroskopisch, in Form von histopathologischen Aufnahmen des untersuchten Gewebes und labortechnisch in der Auswertung des Immunglobulin E Spiegel im Serum erforscht. Die Ergebnisse wiesen auf eine starke Allergen-Wirkung des Ovalbumins auf die Atemwege der Versuchstiere hin. Dies belegte die Auswertung der histopathologischen Aufnahmen, die eine deutliche Schädigung der Atemwege mit Zeichen einer starken, floriden Entzündung zeigte. Das Ausmaß der Gewebsschädigung war direkt proportional zum Grad der Ovalbumin-provokation. Bei einer maximalen Sensibilisierung und Reizung mit dem Ovalbumin wurde ein signifikant (p<0.0001) starker, 70-facher Anstieg der ovalbuminspezifischen Immunglobulin E Konzentration nachgewiesen. Diese beiden Beobachtungen belegten eine ausreichende Sensibilisierung und Reizung der Tiere. Zweitens wurden die Ursprünge der sensiblen und sympathischen Innervation der Atemwege der Brown Norway Ratte lokalisiert. Mittels retrograden Tracing mit dem Nervenmarker Fluoro-Gold™ konnten die Perikaryen der sensiblen Fasern in das Ganglion jugulare-nodosum zurückverfolgt werden. Die Ursprünge der postganglionären, sympathischen Fasern in den Atemwegen der Brown Norway Ratten konnten in den Ganglien Superior Cervicale und Ganglion Stellatum lokalisiert werden. Ein dritter und wichtigster Teil der Dissertation lag in der qualitativen und quantitativen Analyse der Expression der Neuropeptide des non-cholinergen non- adrenergen Nervensystems (NANC) der Brown Norway Ratte. Die Induktion einer schweren Entzündung der Atemwege mit Ovalbumin führte bei den Versuchstieren zu einer Reizung der versorgenden Nervenfasern und Sekretion von Neuropeptiden des NANC. Dabei war der Grad der Allergen-Provokation direkt proportional zum Anstieg der jeweiligen Konzentration der Neuropeptide. Diese Arbeit klassifizierte Neuropeptide nach ihrer jeweiligen Zugehörigkeit zum exzitatorischen non-cholinergen non-adrenergen Nervensystem (eNANC) oder inhibitorischen NANC (iNANC). Die exzitatorischen Neuropeptide wie Substanz P, die neuronalen Stickstoffmonoxid-Synthase (nNOS) und der Vanilloid-like Rezeptor (VR1) sowie die inhibitorischen Neuropeptide wie des Neuropeptide Thyrosin (NPY) und das Vasointestinal-aktiven Polypeptid (VIP) ergaben klare Expressionstendenzen. Diese ließen sich in einem Reaktionsmuster zusammenfassen. Anhand von Substanz P und NPY analysen wies diese Studie nach, dass die beiden Untergruppen ( exzitatorisch und inhibitorisch ) in einem Gleichgewicht ruhen und eine Inbalanz der einen Gruppe eine sofortige, qualitativ nachweisbare Reaktion der anderen Untergruppe bewirkt. Konkret konnte bei einem Anstieg der Substanz P eine gleich hohe Steigerung der NPY- Freisetzung beobachtet werden. Beide Neuropeptide führten weitere Ko- Mediatoren an, sodass bei dieser initiierten Immunantwort sich zwei miteinander konkurrierende Systeme gegenüberstanden. Diese Arbeit beschrieb Substanz P und VR1- Rezeptor als exzitatorisch (entzündungsfördernd) und das NPY mit dem VIP als inhibitorisch (entzündungshemmend). Beide Systeme wurden anhand ihrer antagonistischen Funktion und der Expressionsweise dargestellt. Eine Einordnung des Sickstoffmonoxids (NO) in dieses hypothetische Reaktionsmuster konnte in dieser Studie nicht eindeutig getroffen werden. Es wurde hingewiesen auf die atemwegsprotektiven Wirkungen. Allerdings war aufgrund der zahlreichen in der Literatur angedeuteten entzündungsförderlichen Wirkungen eine eindeutige Zuordnung zum iNANC oder eNANC nicht möglich und bleibt weiterhin kontrovers. Die experimentelle Auswertung des non-cholinergen non-adrenergen Nervensystems (NANC) der Brown Norway Ratte zeigte ein umfassendes und deutliches Reaktionsmuster auf die Entzündung der Atemwege. Die gesammelten Daten sind bedeutsam für das Verständnis und die Beschreibung wichtiger neurobiologischer Vorgänge bei Allergen-induzierten Erkrankungen der Atemwege, wie dem Asthma bronchiale und liefern Anhalt zu weiteren wissenschaftlichen Studien.

This thesis describes the complex relationship of allergen induced bronchial asthma and a neuro-inflammatory led airway response. An animal model of allergen induced asthma was created by using several Brown Norway rat cohorts. Thus inducing a strong, significant ( p < o.oo1) Immunoglobulin E ( IgE) response alongside significant, histological confirmed airway changes. In addition to that the origins of the sensory and sympathetic nerves were located. After retrograde tracing using immunfluorescent dyes (FluoroGold) the origins of the sensory nerve roots were located in the jugular-nodosum ganglion. The origins of the sympathetic nerve roots were traced back to both the stellatum and superior cervical ganglion . This thesis establishes a quantity and quality based analysis of the allergen induced neuropeptide excretion. The use of Ovalbumin, a potent allergen not only induced a significant IgE expression and proven histological changes in the bronchus. Beyond that a heavy immune response cascade of different neuropetides was initiated. These are all described as part of the non- cholinergic, non -adrenergic nerve system (NANC). The patterns of c certain neuropetides led to the hypothesis that there are two main groups of neuropetides the immune- response inhibitory ( INANC) and immune-response encouraging ( eNANC). This study described the Substance (SP) and Vanilloid-like Receptor (VR1) as part of the eNANC, whereas Neuropeptide Thyrosin (NPY) was identified as the leading iNANC peptide. Both neuropeptide groups proved a significant rise in response to its antagonists actions. As far as the nitrogen monoxide ( NO) analysis is concerned no clear cut answers could be drawn , and its role in an inflammatory picture of the airways remains equivocal. In summary this thesis provides the reader with an extensive investigation into allergen induced bronchoconstriction of the lower respiratory tract of the rat. The origins of the nerves supplying the smooth airway muscles were traced back and described. Furthermore the substances, which were heavily expressed during the inflammation could be identified as neuropeptides released from the nerve fibres. A quantitative analysis illustrated a distinct pattern of two main neuropetide groups eNANC and iNANC. There was significant rise in concentrations of each of the groups depending on its rivals prevalence. A detailed analysis of the neuropetides involved is provided. I hope this thesis will contribute to further in depth knowledge of immune responses within mammal airways and hopefully further connections to the human being and the therapies could be drawn.