Einfluss der Matrix-Metalloproteinase-2 auf die virale Myokarditis durch Coxsackievirus B3 im murinen Tiermodell

Abstract

Die virale Myokarditis ist eine der häufigsten Ursachen der inflammatorischen Kardiomyopathie und kann sich in eine dilatative Kardiomyopathie entwickeln. Pathophysiologisch wird vermutet, dass es durch eine Viruspersistenz im Herzen zu einer chronischen Inflammation kommt. Das System der Matrix- Metallloproteinasen wird aktiviert, welches es zu einem Abbau der strukturellen Proteine des Interstiums und einer Herzdilatation führt. Coxsackieviren gehören zu den häufigsten Erregern einer viralen Myokarditis, vor allem bei jungen Patienten und Kleinkindern. In der vorliegenden Studie wurde erstmals die Auswirkung der Matrix-Metalloproteinase-2 auf die Coxsackievirus B3-induzierten Myokarditis im murinen Modell beschrieben werden. Dazu wurden MMP-2 “knockout” und Wildtyp Mäuse verwendet, die mit CVB3 infiziert wurden. Sieben Tage nach der Infektion wurden sowohl hämodynamische, mittels Konduktanzkatheters, als auch immunhistochemische und molekularbiologische Parameter bestimmt und verglichen. Ferner wurde der Einfluss der MMP-2 auf die Mortalität während der kardialen CVB3-Infektion untersucht. Die Eliminierung der MMP-2-Funktion führte bei den MMP2KO- CVB3-Mäusen zu erhöhter Mortalität im Vergleich zu den WT-CVB3 Mäusen. Durch die Analyse der Druck-Volumen-Daten wurde eine reduzierte globale, systolische und diastolische Herzfunktion in den MMP2KO-CVB3 im Vergleich zu den WT-CVB3 Mäusen festgestellt. Signifikante Unterschiede an den Parametern der LV- Dimensionen und der Fibrose wurden zwischen den beiden infizierten Gruppen nicht festgestellt. Die molekularbiologische und immunhistochemische Untersuchung des Herzens zeigte allerdings eine stärkere Inflammation im Myokard der MMP2KO-CVB3 Tiere im Vergleich zu den WTCVB3 Mäusen. Eine signifikante Migration von Immunzellen (Makrophagen, B-Zellen, zytotoxischen T-Zellen) wurde immunhistochemisch im Myokard der MMP2KO-CVB3 nachgewiesen. Die Gen-Expression von verschiedenen Zytokinen, Chemokinen und Adhäsionsmolekülen war in den MMP2KO-CVB3 Tieren höher als in den WT-CVB3. Ferner manifestierten die MMP2KO-CVB3 Tiere eine gesteigerte Apoptose und höhere Viruslast als die WT-CVB3. Die MMP-2 übt wichtige immunmodulatorische Funktionen aus. Die Wirkung der MMP-2 auf die Zytokine und Chemokine, wie IL- 1b, TNF-a, CCL7 und CX3CL1, scheint im Rahmen der Entzündung der entscheidende Mechanismus für die protektive Rolle der MMP-2 auf die CVB3-Myokarditis zu sein. Durch Regulierung dieser Moleküle kontrolliert die MMP-2 die Expression von Adhäsionsmolekülen und somit die Migration der inflammatorischen Zellen ins Herz. Die Eliminierung dieser Wirkung im Rahmen einer CVB3-Myokarditis führte zur starken Inflammation und ungünstiger Prognose mit erhöhter Apoptoserate von Kardiomyozyten, sowie reduzierter Herzfunktion und höherer Mortalität im Vergleich zu den WT-CVB3. Die beschriebene immunmodulatorische Wirkung der MMP-2 auf die CVB3-Myokarditis steht im Gegensatz zu ihrer Rolle in anderen kardiovaskulären Erkrankungen. Die Funktion der MMP-2 ist mit einer schlechteren Prognose in der ischämischen, dilatativen und hypertrophen Kardiomyopathie verbunden. Großer Wert wurde deswegen in den letzten Jahren auf die Entwicklung von spezifischen und unspezifischen Inhibitoren der Matrix Metalloproteinasen zur Behandlung kardiovaskulärer Erkrankungen gelegt. Unsere Daten zeigen jedoch, dass eine Inhibition der MMP-2 in der viralen Myokarditis durch CVB-3, eine der häufigsten Ursache der dilatativen Kardiomyopathie, nicht hilfreich ist, sondern sogar schädliche Folgen für das Herz haben kann.

The viral myocarditis belongs to the most common causes of inflammatory cardiomyopathy and can potentially progress to dilated cardiomyopathy. It is believed that persistence of viral genome in the heart leads to a chronic myocardial inflammation and activation of the matrix metalloproteinases system. Extensive degradation of interstitial structural proteins of the heart by the matrix metalloproteinases can cause chamber dilation and heart failure. Coxsackieviruses belong to the most usual infectious agents responsible for myocarditis, especially in joung patients and chlidren. The present study describes for the first time the exact role of the matrix metalloproteinase 2 (MMP2) in the coxsackievirus B3-induced experimental myocarditis in the mouse. For this we used wildtype mice and knockout mice for MMP2 and infected them with coxsackievirus B3. Seven days after the infection we studied the haemodynamic function of the left ventricle with conductance catheter and compared the hearts with immunohistochemical and molecular biology methods. Furthermore we examined the role of MMP2 on mortality during the acute phase of myocarditis. Deficiency of MMP2 led to an increase of mortality from myocarditis in the infected knockout mice. Furthermore analysis of pressure- volume data from the conductance catheter showed reduced global, systolic and diastolic left ventricular function in the infected knockout mice compared to the wildtype. No differences in left ventricular dimensions and fibrosis were observed between the two mouse strains. Microscopic examination and PCR- analysis of the myocardial tissue revealed increased inflammation in the infected knockout mice. Immunohistochemical staining for immune cells showed a significantly stronger migration of inflammatory cells (macrophages, B cells, cytotoxic T cells) in the heart of the infected knockout mice compared to the wildtype. Gene expression of cytokines, chemokines and adhesion molecules was found to be higher in the infected knockout mice, as well. Lastly we observed increased rate of apoptosis and higher virus load in the hearts of infected knockout mice. MMP2 has been shown to have important immunomodulatory actions. Its effects on cytokines and chemokines, as IL-1b, TNF-a, CCL7 and CX3CL1, seems to be responsible for the protective role of MMP2 in the coxsackievirus B3-induced myocarditis. MMP2 can regulate through ita action on these molecules the expression of adhesion molecules and therefore the migration of inflammatory cells into the heart. Elimination of this action during coxsackievirus myocarditis led to a strong immune response, reduced heart function, increased apoptosis rate and high mortality. The observed immunomodulatory role of MMP2 in experimental viral myocarditis is opposed to its action in other cardiac diseases. Its activation in ischemic, dilated and hypertrophic cardiomyopathy is related to worse prognosis. A lot of effort has been therefore made to create inhibitors of MMPs for treatment of these diseases. Our data show on the other hand that inhibition of MMP2 in the setting of acute viral myocarditis by coxsackievirus B3, one of the most common causes of dialted cardiomyopathy, could lead to adverse outcome.