Huhn, Meik (2021)
Tryptophan-Metabolismus bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen : Biomarker für Inflammation und Karzinogenese.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.12921/tuprints-00017215
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen, wie die beiden wesentlichen pathophysiologischen Formen Colitis ulcerosa und Morbus Crohn, sind persistierende gastrointestinale Erkrankungen, die auf einer überschießenden Immunantwort mit einem Ungleichgewicht von pro- und antiinflammatorischen Zytokinen basieren. Eine Verbesserung der Symptomatik kann mit antientzündlichen, immunsuppressiven Medikamenten und Biopharmazeutika, aber oft leider nur mit chirurgischen Maßnahmen erreicht werden. Die diagnostische Abgrenzung von Colitis ulcerosa und Morbus Crohn hat sich durch die Charakterisierung neuer Biomarker zwar verbessert, trotzdem treten in der Klinik Fälle auf, die eine genaue Identifikation des Phänotyps und die Wahl einer spezifischen individuellen Therapie erschweren. Aktuelle Studien zeigen, dass die Berücksichtigung der Lokalisation der Inflammation entlang des gastrointestinalen Traktes essenziell für den Erfolg einer Therapie ist. Die Identifikation eines Biomarkers, der eine differenzierte Diagnose von chronisch entzündlichen Darmerkrankung relevanten Subtypen zulässt, wäre daher von großer Bedeutung. Vielversprechend sind kürzliche Beobachtungen eines differenziell veränderten Tryptophanstoffwechsels mit verminderten systemischen Tryptophankonzentrationen. Tryptophanmetabolite sind als biologisch aktive Moleküle beschrieben, die in Abhängigkeit vom Immunstatus sowohl anti- als auch proinflammatorisch wirken können. Ziel dieser Arbeit war es innerhalb des Tryptophanstoffwechsels einen Biomarker zu identifizieren, der eine eindeutige Differenzierung von Subtypen der chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen erlaubt. Zudem sollten neue Zielstrukturen charakterisiert werden, die den Immunmetabolismus modellieren können, um die Progression von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen sowie eine mögliche Kanzerogenese zu verhindern. Mittels LC-MSMS und ELISA erfolgte eine Untersuchung des systemischen Tryptophanstoffwechsels von Patienten mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen sowie im murinen Modell der DSS Colitis. Die Analysen der Plasmaproben zeigten ein verändertes Tryptophanmetabolitprofil abhängig von der Stärke der Inflammation. Während Patienten in Remission kaum veränderte Tryptophanmetabolitwerte zeigten, war im murinen Colitis-Modell eine moderate und starke Inflammation von einer Aktivierung des Tryptophanstoffwechsels begleitet. Die moderate Inflammation verursachte ein Anstieg der Kynureninkonzentration, wohingegen die starke Inflammation die Kynureninkonzentrationen abfallen ließ. Die starke Inflammation induzierte zusätzlich ein Abfall der Konzentration von 3-Hydroxyanthranilsäure, einem weiteren Folgemetaboliten von Kynurenin. Um den Einfluss der intestinalen Enzymexpressionen sowie die auftretenden Metabolitkaskaden zu untersuchen, erfolgte eine immunhistochemische Analyse des lokalen Tryptophanstoffwechsels bei Patienten mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen im Schub. Die Ergebnisse zeigten eine spezifische Biomarker-Signatur, die eine eindeutige Differenzierung der chronisch-entzündlichen Darmerkrankung relevanten Subtypen Ileum-assoziierter Morbus Crohn, Kolon-assoziierter Morbus Crohn und Kolon-assoziierte Colitis ulcerosa möglich machten. Die immunhistochemische Bestimmung von Indolamin-2,3-Dioxygenase 1, Kynureninase und Kynurenin-3-Monooxygenase sowie das Verhältnis der Tryptophanmetabolite 3-Hydroxyanthranilsäure zu Kynurenin ermöglichte die eindeutige Differenzierung. Abschließende in vitro Versuche konnten erfolgreich Enzyme des Tryptophanstoffwechsels entweder den Zellen des Immunsystems oder des intestinalen Epithels zuordnen. Hierbei entstand ein neues komplexes und transzelluläres Schema, in welchem Antigenpräsentierende Zellen und Epithelzellen als Produzenten der Tryptophanmetabolite sowie Lymphozyten als Zielzellen charakterisiert wurden. Im Weiteren verdeutlichte eine ausbleibende mRNA Regulation der Kynureninase innerhalb der Analyse der intestinalen Krebszelllinien eine potenzielle Rolle in der Kanzerogenese von Kolonkarzinomen. Hierbei produzieren die intestinalen Krebszellen mittels der entzündungsinduzierten mRNA Expression von Indoleamin-2,3-Dioxygenase 1 und Tryptophan-2,3-Dioxygenase ein konstant hohes Niveau an Kynurenin, indem abwärts-gerichtete Enzyme vermindert exprimiert werden. Zusammenfassend erfolgte innerhalb dieser Arbeit die Identifikation einer mukosalen Biomarker-Signatur, welche mittels immunhistochemischen Analysen eine klare Abgrenzung der chronisch-entzündlichen Darmerkrankung relevanten Subtypen Ileum-assoziierter Morbus Crohn, Kolon-assoziierter Morbus Crohn und Kolon-assoziierte Colitis ulcerosa gewährleistet. Zudem motivieren die Ergebnisse weiterführende Studien durchzuführen, die die Steuerung von lokalen Kynurenin und Kynurenin-abwärtsgerichteten Metaboliten innerhalb von chronisch-entzündlichen Erkrankungen untersuchen und darauf aufbauend potenzielle neue Therapieziele identifizieren.

Frage zum Eintrag

Redaktionelle Details anzeigen