Verhinderung einer Indolamin2,3-dioxygenase (IDO)-induzierten Immunsuppression durch Blockade des Kynureninabbauweges von Tryptophan beim Schwein
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Mausmodell führt chronischer Stress oder die Applikation von Lipopolysaccharid (LPS) zur Induktion des Enzyms Indoleamin2,3‐dioxygenase (IDO) in Blut und Organen einhergehend mit erhöhtem Abbau von Tryptophan (Trp) über den Kynurenin (Kyn) Weg, endogener Immunsuppression und depressionsähnlichem Verhalten. Durch die Verabreichung des IDO‐ Inhibitors 1‐Methyl‐Tryptophan (1‐MT) konnte dabei eine deutliche Verbesserung der klinischen Befunde erreicht werden. Das Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes war daher die Überprüfung von immunrelevanten Konsequenzen einer stress‐ oder LPS‐induzierten IDO‐Aktivierung in einem dem Menschen ähnlicheren Großtiermodell, dem Schwein. Darüber hinaus wurde durch die Applikationen von 1‐MT ein neues Therapieprinzip zur Verhinderung der systemischen Immunsuppression überprüft. Nach Testung verschiedener Stress‐ und LPS‐Modelle wurde eine einmalige LPS‐Applikation als Modell zur Aktivierung von IDO ausgewählt. Die Charakterisierung der IDO‐Aktivierung erfolgte beim Schwein erstmals durch die Messung von Trp‐Metaboliten des Kyn‐ Abbauweges und die IDO‐Proteinexpression in Blut und Gewebe. Zusätzlich wurden die immunologischen Konsequenzen, die HPA‐Achsen‐Aktivierung sowie die Ausprägung von krankheitsspezifischem Verhalten nach LPS untersucht. Zur Blockade der LPS‐induzierten IDO‐ Aktivierung wurde der spezifische IDO‐Inhibitor 1‐MT eingesetzt. Aufgrund der erstmaligen Anwendung beim Schwein wurde eine Kinetik nach einmaliger subkutaner Applikation erstellt, anhand derer ein Modell für die wiederholte Applikation etabliert wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass die Applikation von LPS zu einer systemischen Immunantwort und zur IDO‐Aktivierung beim Schwein führt. Die IDO‐Aktivierung wurde indirekt durch die Abnahme von Trp und den Anstieg von Metaboliten des Kyn‐Wegs im Plasma nachgewiesen und erstmals beim Schwein direkt durch den Nachweis der IDO‐Proteinexpression in Plasma und Gewebe. Weitere Konsequenzen der LPS‐ Applikation waren die Ausprägung von „sickness behaviour“, immunsuppressive Effekte und die Ausbildung einer LPS‐Toleranz. Die wiederholte 1‐MT‐Applikation führte zur Anreicherung des Wirkstoffs in Plasma und Gewebe, wobei zum Zeitpunkt der LPS‐Applikation die maximalen Konzentrationen erreicht wurden. Jedoch kam es auch zu einer Akkumulation von Trp und Kynurensäure im Plasma, was einerseits auf eine Aktivierung des Kyn‐Weges bzw. andererseits auf eine Metabolisierung von 1‐MT oder Störung im Trp‐Stoffwechsel hinweist. Eine Blockade von IDO durch 1‐MT konnte nicht nachgewiesen werden, ebenso wenig ein Einfluss von 1‐MT auf die Ausbildung einer LPS‐Toleranz. Dennoch führte die Behandlung mit 1‐MT, unabhängig von LPS, zu einer Modulation der Immunantwort und verminderte die Aktivität der Tiere, was auf eine inflammatorische Reaktionlage hindeutet. Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass eine einmalige LPS‐Applikation ein geeignetes Modell zur Untersuchung der IDO‐Aktivierung und ihrer Konsequenzen beim Schwein darstellt. Die immunmodulatorischen Effekte von 1‐MT sind besonders im Kontext des therapeutischen Einsatzes dieses Wirkstoffes beim Menschen relevant und sollten daher bei der Entwicklung von Therapiestrategien zur IDO‐Blockade berücksichtigt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2009): IDO induced immunosuppression routed via the kynurenine pathway in pigs. 1st Autumn School: Current Concepts in Immunology; Bad Schandau, Abstract
Wirthgen E
- (2011): IDO activation by LPS stimulation: Physiological consequences and their blocking by 1‐ Methyl‐tryptophan (1‐MT) in a pig model. Neuroimmunomodulation 18: 409‐410
Wirthgen E, Kanitz E, Tuchscherer M, Domanska G, Schütt C, Seidlitz A, Weitschies W, Müller C, Otten W
- (2011): IDO activation by LPS stimulation: physiological consequences and their blocking by 1‐methyl‐tryptophan. In: Seyfert H‐M, Viereck G (Hrsg.) Schriftenreihe des Leibniz‐Instituts für Nutztierbiologie 18: 23‐26
Wirthgen E, Kanitz E, Tuchscherer M, Otten W
- (2011): Tryptophan metabolism, from nutrition to potential therapeutic applications. Amino Acids 41: 1195‐1205
Le Floc’h N, Otten W, Merlot E
- (2012): Activation of indoleamine 2,3‐dioxygenase by lipopolysaccharide in pigs. Workshop des AK NeuroEndokrinoImmunologie der Deutschen Gesellschaft für Immunologie, Dummerstorf, Abstract
Wirthgen E, Tuchscherer M, Otten W, Domanska G, Schütt C, Wollenhaupt K, Tuchscherer A, Gimsa U, Kanitz E
