Integritätsstörung endothelialer Junktionsproteine durch Staphylococcus aureus alpha-Toxin-Stabilisierung durch Adrenomedullin

Abstract

Klinisch tritt bei Patienten mit Sepsis eine verstärkte vaskuläre Permeabilität auf, die zu den Organschädigungen beitragen kann. Dieser Prozess wird durch die erhöhte parazelluläre endotheliale Permeabilität, ausgelöst durch bakterielle Virulenzfaktoren, wie S. aureus a-Toxin, aber auch endogene pro-inflammatorische Mediatoren wie Thrombin, unterstützt. Die vorliegende Arbeit zeigt einen Verlust der wichtigen junktionalen Proteine VE-Cadherin ex vivo sowie VE-Cadherin und Occludin in vitro nach S.aureus a-Toxin-Exposition. Das zentrale Ergebnis der Arbeit ist, dass die Behandlung mit ADM diesen a-toxininduzierten Verlust an Junktionsproteinen sowie die Ausbildung interendothelialer Lücken verhindern kann und somit die endotheliale Barriere stabilisiert. Die Vorinkubation mit ADM führte in ex vivo isoliert perfundierten Rattendärmen zu einem anhaltenden Erhalt des VE-Cadherinbandes nach a-Toxineinwirkung. In den Endothelzellversuchen konnte der Verlust an VE- Cadherin und Occludin durch ADM verhindert werden. Daneben wurden molekulare Signalwege der a-toxininduzierten Hyperpermeabilität untersucht. Sowohl die Erhöhung von cAMP sowie der ROCK als auch bis zu einem gewissen Grade die Blockade der MLCK stabilisieren die endotheliale Barrierefunktion in vitro und sichern die Junktionsintegrität. a-Toxin scheint RhoA-unabhängige Signalwege zu nutzen, da sich keine erhöhte Aktivität nach a-Toxinstimulation im Vergleich zu Thrombin nachweisen ließ.

Endothelial hyperpermeability is a hallmark of an inflammatory reaction and contributes to tissue damage in severe infections. Loss of endothelial cell- cell adhesion leads to intercellular gap formation allowing paracellular fluid flux. Although Staphylococcus aureus alpha-toxin significantly contributed to staphylococci disease, little is known about its mechanism of endothelial hyperpermeability induction. Here, we demonstrate that in a model of isolated perfused rat ileum discontinuation of capillary vascular-endothelial-cadherin (VE-cadherin) was observed after bolus application of S. aureus alpha-toxin being inhibited by the endogenous peptide adrenomedullin (ADM). In vitro, alpha-toxin exposure induced loss of immunoreactivity of VE-cadherin and occludin in human cultured umbilical vein endothelial cells. Likewise, ADM blocked alpha-toxin-related junctional protein disappearance from intercellular sites. Additionally, cyclic AMP elevation was shown to stabilize endothelial barrier function after alpha-toxin application. Although no RhoA activation was noted after endothelial alpha-toxin exposure, inhibition of Rho kinase and myosin light chain kinase blocked loss of immunoreactivity of VE- cadherin and occludin as well as intercellular gap formation. In summary, stabilization of endothelial junctional integrity as indicated by interendothelial immunostaining might be an interesting approach to stabilize endothelial barrier function in severe S. aureus infections.