Einfluss der Zytokine der Interleukin-10-Familie auf die kutane Wundheilung

Abstract

Die kutane Wundheilung ist ein komplexer, regenerativer Prozess, der durch Zytokine und Wachstumsfaktoren reguliert wird. Studien hinsichtlich der Biologie der IL-10-Zytokinfamilie zeigen, dass einige Mitglieder der IL-10-Familie, durch Bindung an IL-22R1- und IL-20R1-Rezeptorkomplexe, in Keratinozyten regenerative Effekte induzieren und eine wichtige Rolle für die Homöostase der Haut spielen. Das Ziel der Arbeit war, mit Hilfe von in vivo Studien den Einfluss der IL-10-Zytokine auf die kutane Wundheilung zu untersuchen. Für die Aufklärung der biologischen Funktion der IL-10-Zytokine im kutanen Wundheilungsprozess wurden in vivo Wundheilungsstudien mit IL- 22R1-, IL-20R1- rezeptordefizienten Mäusen und den entsprechenden Wildtypstämmen durchgeführt. Zu definierten Zeitpunkten nach Wundsetzung wurden die Wunden makroskopisch ausgewertet und mittels molekularbiologischer Methoden (qPCR, Immunhistologie, Western Blot, ELISA) analysiert. Nach Genexpressionsanalysen in unverletzter und verwundeter Haut konnte gezeigt werden, dass IL-19 und IL-24 von den IL-10 Zytokinen hochreguliert wurden und in der frühen Wundheilungsphase maximal exprimiert waren. In weiteren Wundheilungsstudien konnte makroskopisch zwischen den IL-20R1 defizienten Mäusen (IL-20R1-/-; B6) und den Wildtyp-Mäusen (B6) eine identische Wundheilungsreaktion festgestellt werden. Dagegen zeigten Mäuse mit einer Defizienz der IL-22R1 Untereinheit (IL-22R1-/-; 129SvJ) eine im Vergleich zum Wildtypstamm (129SvJ) verzögerte Wundschlusskinetik mit einer gestörten Reepithelisierung, die sich in der frühen inflammatorischen Phase der Wundheilung manifestierte. Weiterführende physiologische Studien umfassten genomweite Microarray-Analysen mit anschließender qPCR-Validierung. Dabei stellte sich heraus, dass der Serin-Peptidase Inhibitor A1 in Wunden von IL- 22R1 defizienten Mäusen am dritten Tag nach Wundsetzung signifikant niedriger exprimiert war als in den Wunden von Wildtyp-Tiere. Appliziert man SerpinA1 während der inflammatorischen Phase nach Wundsetzung topisch für 24 h auf Wunden IL-22R1 defizienter Mäuse, so ist im weiteren Heilungsverlauf keine verzögerte Wundheilungsreaktion zu erkennen. Zusätzliche Zellkulturexperimente zeigten außerdem, dass IL-24 ein potentieller SerpinA1 Induktor in Keratinozyten ist. Hinsichtlich der Ergebnisse dieser Arbeit kann man schlussfolgern, dass IL-24, nach Bindung an den Typ 2 IL-20 Rezeptorkomplex (IL-22R1/IL-20R2), in der inflammatorischen Phase der kutanen Wundheilung ein essentielles Zytokin für den akuten Heilungsverlauf zu sein scheint und damit eine Schlüsselrolle für die Induktion des Serin-Peptidase Inhibitors A1 in Keratinozyten. Die hier identifizierte neue Rolle von IL-24 kann dazu beitragen inflammatorische Bedingungen innerhalb der Wunde zu regulieren, was zu verbesserten Therapien bei Patienten mit chronischen Wunden führen kann.

Cutaneous wound healing is a complex, regenerative process, which is regulated by cytokines and growth factors. Studies regarding the biology of IL-10 cytokines demonstrate that these mediators seem to play a role in skin homeostasis. They induce regenerative effects in keratinocytes after binding to IL-22R1 and IL-20R1 receptor complexes. The aim of this study is to clarify whether IL-10 cytokines play a role in cutaneous wound healing. To identify biological functions of the IL-10 cytokines, in vivo studies were conducted using IL-22R1- and IL-20R1 deficient mice as well as the respective wildtype strain. At defined time points post wounding, the wounds were macroscopically analyzed and further studied by applying biochemical methods (qPCR, histology, Western Blot, ELISA). Gene expression analysis in unwounded and wounded skin revealed, that among the IL-10 cytokines IL-19 and IL-24 were highly upregulated with an expression maximum during the early wound healing phase. No differences of the wound area during the healing process could be identified between IL-20R1 deficient mice and the wildtype animals. In contrast, IL-22R1 deficient mice displayed an impaired wound healing response characterized by a delayed reepithelisation during the first 3 days after wounding. More physiological studies were comprised by genome wide microarray analysis and subsequent validation by qPCR. Based on these experiments, it turned out that Serine Peptidase Inhibitor A1 (Serpin A1) was significantly lower expressed in wounds 3 days post wounding of IL-22R1 deficient mice compared to the wildtype wounds. Topical application of Serpin A1 solution on wounds of IL-22R1 deficient mice for 24h during the early wound healing phase caused a wound healing response, which was not impaired compared to the wildtype animals. Additional in vitro experiments identified IL-24 as potential inducer of Serpin A1 in keratinocytes. Based on this study, IL-24 can be considered as an essential cytokine for the cutaneous wound healing process through binding to the IL-22R1/IL-20R2 receptor complex. The interaction between IL-24 and IL-22R1/IL-20R2 recepor complexes is a key process for the induction of Serpin A1 in keratinocytes. The newly identified role of IL-24 can be beneficial for the regulation of inflammatory conditions in wounds and eventually for future therapies of chronic wounds.