Die akute Appendizitis zählt zu den häufigsten chirurgischen Notfällen im Kindes- und Jugendalter. Histologisch können phlegmonöse (nicht nekrotisierende) und gangränöse (nekrotisierende) Appendizitis unterschieden werden. Die Appendektomie gilt als Therapie der Wahl, wobei die aktuelle Studienlage darauf hindeutet, dass nicht operative Strategien bei phlegmonöser Appendizitis effektive Behandlungsalternativen darstellen. Eine verlässliche prätherapeutische Differenzierung der Entitäten ist derzeit jedoch nicht möglich. Aus unterschiedlichen Studien geht hervor, dass beide Entitäten durch verschiedene klinische Verläufe und immunologische Prozesse gekennzeichnet sind. Somit ist das Interesse an einer zuverlässigen präoperativen Differenzierung, die eine prätherapeutische Patientenstratifizierung erlaubt, groß. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die pathophysiologischen Vorgänge beider Entitäten auf Genexpressionsebene zu analysieren. Basierend auf den jeweiligen Expressionsmustern sollten zudem, im Rahmen eines Proof-of-Concept-Ansatzes, die Grundlage für die zukünftige Entwicklung von Biomarkern für die verlässliche präoperative Diagnosestellung geschaffen werden. Primär eingeschlossen wurden 33 Kinder und Jugendliche im Alter von 7-17 Jahren, die sich in der Kinderrettungsstelle der Charité – Universitätsmedizin Berlin mit akuter Appendizitis vorstellten. Präoperativ wurden mit Einverständnis der Patient*innen sowie der Sorgeberechtigten Blutproben im Rahmen der routinemäßigen Blutentnahme entnommen und periphere mononukleäre Zellen isoliert. Mittels RNA-Microarray-Technologie wurde bei 29 Patient*innen eine genomweite Analyse der Genexpression mit Fokus auf immunologisch relevante Signalwege (Pathways) durchgeführt. Basierend auf der postoperativen histologischen Untersuchung erfolgte die Einteilung in phlegmonöse (n=13) und gangränöse (n=16) Appendizitis. Nach Quantilnormalisierung der Daten wurde die statistische Analyse mit dem Welch‘s Test durchgeführt, das Signifikanzniveau lag bei p<0,05. Signifikante Unterschiede in der Expression fanden sich bei 3594 (6,3%) der insgesamt 56 666 untersuchten Gene. Bei Patient*innen mit phlegmonöser Appendizitis zeigte sich im Rahmen der immunologischen Pathway-Analyse eine Überexpression von CD40L, TRAF1, NIK, MHC-Klasse II, den B-Zell-Markern CD72 und CD79 sowie wesentlichen Bestandteilen des T-Zell-Rezeptor-Komplexes (TCR-Untereinheiten und CD3). Diese Überexpression im Vergleich zu Patient*innen mit gangränöser Appendizitis spricht für eine B-/T-Zell Interaktion, die auf eine virale Genese der phlegmonösen Appendizitis hinweist. Bei Patient*innen mit gangränöser Appendizitis kam es hingegen zu vermehrter Aktivierung der IL-17, Toll-like- und NOD-like-Rezeptor Signalwege. CD11b, CD16b und CD64 als typische Marker für neutrophile Granulozyten und Komponenten des Komplementsystems waren ebenso höher exprimiert. Insgesamt deuten diese Expressionsmuster im Vergleich zu untersuchten Kindern und Jugendlichen mit phlegmonöser Appendizitis auf eine antibakterielle Immunantwort hin. Diese grundlegenden Unterschiede in der Genexpression immunologisch relevanter Signalwege auf mRNA-Ebene festigen die These, dass phlegmonöser und gangränöser Appendizitis verschiedene pathophysiologische Mechanismen zugrunde liegen. Zudem bieten diese Ergebnisse die Grundlage für zukünftige Untersuchungen zur präoperativen Differenzierung der Entitäten auf immunologisch-molekularer Ebene.
Acute appendicitis is one of the most common surgical emergencies in children and adolescents. Histologically, phlegmonous (non-necrotizing) and gangrenous (necrotizing) appendicitis can be differentiated. Although appendectomy remains the treatment of choice, current studies suggest that non-surgical strategies for phlegmonous appendicitis are effective treatment alternatives. The reliable pretherapeutic differentiation of the entities is currently not possible. Depending on the pathological findings, the types of inflammation are marked by a distinct clinical course and different immunological processes. Therefore, there is a great interest in establishing a safe preoperative distinction for patient stratification. Aims of this study were to display the pathophysiological differences of the different entities providing proof-of-concept on a gene expression level, along with finding hints for a reliable preoperative diagnosis through analyzing the associated gene-expression patterns. 33 patients aged 7-17 years diagnosed with acute appendicitis at the pediatric emergency department of Charité – Universitätsmedizin Berlin were included primarily. Blood samples were drawn during preoperative routine laboratory investigations after informed consent of the patients and their custodians. Peripheral blood mononuclear cells from 29 patients were isolated for genome-wide gene expression profiling using RNA-microarray technology, focusing on immunological pathways. Based on the postoperative histological findings, groups of phlegmonous (n=13) and gangrenous (n=16) appendicitis were established. After quantile normalization statistical analysis was performed using the Welch’s t-test, level of significance was p<0.05. 3594 (6.3%) of the 56 666 investigated genes showed significantly different gene expression. Gene expression patterns in patients with phlegmonous appendicitis were characterized by an overexpression of CD40L, TRAF1, NIK, MHC-class II, B-cell markers CD72 and CD79 as well as components of the T-cell receptor complex (TCR-subunits and CD3). Compared to patients with gangrenous appendicitis, this overexpression indicates a B-/T-Zell interaction suggesting a viral genesis of phlegmonous appendicitis. On the other hand, an activation of the IL-17, toll-like and NOD-like receptor pathways was found in the group of gangrenous appendicitis. Furthermore, a higher expression of the neutrophil markers CD11b, CD16b and CD64 and components of the complement system was shown. In contrast to patients with phlegmonous appendicitis, these expression patterns display an antibacterial immune response. These fundamental differences in the gene expression of immunological pathways on a mRNA level between the groups demonstrate additional evidence that phlegmonous and gangrenous appendicitis are based on different pathophysiological mechanisms. In addition, this data provides the foundation for forthcoming investigations concerning the preoperative differentiation of the entities on immunomolecular basis.
