Die reifeabhängige Expression der Hämoxygenase-1 in einem Tiermodell der Nekrotisierenden Enterokolitis

Abstract

Hintergrund: Die Nekrotisierende Enterokolitis ist der häufigste gastrointestinale Notfall der Neonatalperiode. Der Hauptrisikofaktor für eine NEC ist die Frühgeburtlichkeit. Ziel unserer Untersuchungen war es, die Unreife als Hauptursache für die NEC auf molekularer Ebene besser zu verstehen. Methoden: Enterokolitis wurde in unreifen und reifen Ratten durch Hyperkapnie/ Reoxigenierung (H/R) induziert. Die Schädigung des Darms („gut- barrier-failure“) wurde anhand der FITC-Dextran Konzentration im Blut abgeschätzt. Die Expression der Hämoxygenase-1 (HO-1), der induzierbaren NO- Synthetasen (iNOS) und der Caspase-3 wurde durch quantitative PCR und Western Blot Analysen gemessen. Die Aktivität der Caspase-3 wurde kolorimetrisch bestimmt. Ergebnisse: In reifen Ratten fanden wir eine signifikante Zunahme der HO-1 Expression nach H/R, aber weder „gut-barrier-failure“ noch eine Zunahme der Caspase-3 Aktivität oder der iNOS Expression. Bei den unreifen Tieren kam es 24 Stunden später als bei den reifen Tieren zu einem Anstieg der HO-1 Expression. Dies ging einher mit Apoptose (Aktivierung der Caspase-3), einer Zunahme der iNOS Expression und „gut-barrier-failure“. Bei Aktivierung der HO-1 durch Hämin blieb der Darmschaden aus. Bei Hemmung durch SnPP kam es ohne H/R zum „gut-barrier-failure“. Schlussfolgerung: In einem klinisch relevanten, nicht-infektiösen Enterokolitis-Modell konnten wir zum ersten Mal zeigen, dass „gut-barrier-failure“ eine Folge verzögerter Expression von Abwehrmechanismen sein könnte. Die verspätete Expression der protektiven HO-1 in unreifen Därmen könnte die erhöhte Anfälligkeit Frühgeborener gegenüber der NEC auf molekularbiologischer Ebene erklären. Die Induktion der HO-1 verhindert den Darmschaden im H/R Modell. Eine Induktion der HO-1 durch Hämin oder eine kontrollierte Therapie mit exogenem CO könnten neue Ansätze in der Prävention der Nekrotisierenden Enterokolitis darstellen.

Background: Immaturity remains the main risk factor for necrotising enterocolitis (NEC) – the most devastating intestinal emergency in immature infants. We aimed to reach a better understanding of the nature of intestinal immaturity. Methods: We used a previously published NEC model where intestinal injury was induced in dam-fed newborn rats and in weanling rats by hypercapnia/reoxygenation (H/R). Injury was diagnosed as a gut barrier failure (increased permeability for dextran). Expression of heme oxygenase-1 (HO-1), inducible NO synthase (iNOS) and caspase 3 was measured (quantitative PCR; immuno blot) to further characterise the stress response. The activity of caspase 3 was measured colorimetrically. Results: In weanling rats, H/R induced the expression of intestinal HO-1. Neither gut barrier failure nor apoptosis nor increased iNOS expression occurred. In contrast, immature gut exhibited gut barrier failure, apoptosis, and an increased iNOS expression upon H/R, with the expression of HO-1 peaking around 24 hours later than in weanling rats. This was accompanied by apoptosis (activation of caspase 3), an increased iNOS expression and gut barrier failure. We induced HO-1 with hemin. Gut barrier failure and apoptosis were thus abrogated. Vice versa, the inhibition of HO-1 by SnPP (tin protoporphyrin) led to gut barrier failure without H/R. Conclusion: For the first time, we showed in a clinically relevant model of enterocolitis without infectious or nutritional influences that gut barrier failure occurs in response to a delayed expression of HO-1 in newborn rats. The late increase in the expression of protective HO-1 could, at least in part, explain the high susceptibility of immature infants to NEC on a molecular basis. An induction of HO-1 abrogates injury in the H/R model. The induction of HO-1 by hemin or a controlled therapy with exogenous CO could present new strategies in the prevention of necrotising enterocolitis.