Der Einfluss endothelialer extrazellulärer Vesikel auf die Differenzierung von THP-1-Zellen

Abstract

Kardiovaskuläre Erkrankungen sind weltweit die führende Todesursache. Als pathogenetisch hat sich die Atherosklerose erwiesen. Risikofaktoren sind abgelagertes LDL, endotheliale Dysfunktion und Inflammation - unter Beteiligung von Makrophagen. <br /> Das etablierte Modell der phänotypischen Differenzierung teilt Makrophagen in den proinflammatorischen M₁-Phänotyp und den antiinflammatorischen M2-Phänotyp. Eine Form der Kommunikation mit Makrophagen erfolgt durch extrazelluläre Vesikel (EVs). <br /> Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss von EVs aus oxLDL-, LDL- und Glucose-exponierten Endothelzellen sowie von Ceramid auf die Differenzierung von Makrophagen zu untersuchen. <br /> Zu diesem Zweck wurden humane koronararterielle Endothelzellen (HCAECs) mit Glucose-, oxLDL oder LDL-haltigem Medium kultiviert und aus ihnen EVs gewonnen, die mit THP-1-Zellen co-kultiviert wurden. Anschließend wurde die Expression von typischen M₁- und M₂ -Marker gemessen. Als Vehikel-Kontrolle dienten EVs aus HCAECs, die mit PBS-haltigem Medium kultiviert wurden. In einem weiteren Experiment wurden die THP-1-Zellen mit C16-Ceramid kultiviert. <br /> EVs aus HCAECs inhibierten die Expression von TNF nach 24 Stunden; durch Einfluss von Glucose geschah dies bereits nach vier Stunden. Auffällig war, dass Glucose-EVs nach 24 Stunden keinen Effekt mehr zeigten, während die Kontroll-EVs weiterhin die TNF-Expression reduzierten. <br /> In der Durchflusszytometrie fand man bei Glucose- und Kontroll-EVs eine Erhöhung von CD80 nach 24 und 72 Stunden im Vergleich zur Negativ-Kontrolle. <br /> Die Untersuchung der Ceramid-behandelten THP-1-Zellen zeigte eine erhöhte IL-10-Expression nach Behandlung mit höher konzentriertem Ceramid. <br /> Insgesamt ergibt sich ein heterogenes Bild, das Glucose- und Kontroll-EVs sowohl mit Pro-, als auch Antiinflammation assoziiert. Ceramid wirkt in höheren Konzentrationen antiinflammatorisch. EVs haben auf Makrophagen vielfältige Auswirkungen. Ceramide zeigen in der Literatur häufig einen proinflammatorischen Effekt, wir konnten eine Reaktion darauf in Form von IL-10 Expression beobachten. Insgesamt geben uns die Ergebnisse Anlass, von alternativen Differenzierungen der Makrophagen auszugehen. <br /> Die Einteilung der Makrophagen-Phänotypen in M₁- und M₂ -Differenzierung ist stark vereinfachend. Sie sollten daher künftig möglichst genau charakterisiert werden. <br /> Schlussendlich ist festzustellen, dass EVs und Ceramide pro- und antiinflammatorische Effekte haben. <br /> Zukünftig könnten EVs im Wissen der gewonnenen Erkenntnisse diagnostisch und therapeutisch vielfältig eingesetzt werden.

<strong>The influence of endothelial extracellular vesicles on the differentiation of THP-1 cells</strong> <br /> Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide. Atherosclerosis has proven to be the main pathogenetic factor. Risk factors are deposited LDL, endothelial dysfunction and inflammation - with the involvement of macrophages. <br /> The established model of phenotypic differentiation divides macrophages into the proinflammatory M₁ phenotype and the anti-inflammatory M₂ phenotype. One form of communication with macrophages is through extracellular vesicles (EVs). <br /> The aim of the present study was to investigate the influence of EVs from oxLDL-, LDL- and glucose-exposed endothelial cells as well as ceramide on macrophage differentiation. <br /> For this purpose, human coronary arterial endothelial cells (HCAECs) were cultured with glucose-, oxLDL- or LDL-containing medium and EVs were obtained from them, which were co-cultured with THP-1 cells. Subsequently, the expression of typical M₁ and M₂ markers was measured. EVs from HCAECs cultured with PBS-containing medium served as vehicle control. In a further experiment, THP-1 cells were cultured with C16 ceramide. <br /> EVs from HCAECs inhibited the expression of TNF after 24 hours; under the influence of glucose, this already occurred after four hours. Strikingly, glucose EVs showed no effect after 24 hours, while the control EVs continued to reduce TNF expression. <br /> In flow cytometry, an increase in CD80 was found in glucose and control EVs after 24 and 72 hours compared to the negative control. <br /> The examination of ceramide-treated THP-1 cells showed increased IL-10 expression after treatment with higher concentrations of ceramide. <br /> Overall, a heterogeneous picture emerges that associates glucose and control EVs with both pro- and anti-inflammation. Ceramide has an anti-inflammatory effect at higher concentrations. EVs have a variety of effects on macrophages. In the literature, ceramides often show a proinflammatory effect; we were able to observe a response to this in the form of IL-10 expression. Overall, the results give us reason to assume alternative differentiations of macrophages. <br /> The classification of macrophage phenotypes into M₁ and M₂ differentiation is very simplistic. They should therefore be characterized as precisely as possible in the future. <br /> Finally, it should be noted that EVs and ceramides have pro- and anti-inflammatory effects. <br /> In the future, EVs could be used in a variety of diagnostic and therapeutic applications based on the knowledge gained.