Die Bedeutung des Toll-like Rezeptor 4 für die myokardiale Schädigung durch Endotoxin und Ischämie-Reperfusion

Abstract

TLR4 vermittelt als Rezeptor für LPS aber auch endogene Komponenten wie Fibronektin, HSPs und Hyaluronsäure die Immunantwort auf Endotoxinämie und myokardiale Ischämie-Reperfusions-Schäden. Es ist bekannt, dass verschiedene Interventionen vor einer Ischämie den Grad der Schädigung abschwächen können. Eine Vorbehandlung (Präkonditionierung) mit dem TLR4-Liganden LPS wirkt kardioprotektiv und vermindert die Infarktgröße. Auch eine ischämische Präkonditionierung in Form kurzer intermittierender Ischämie-Reperfusions-Zyklen unmittelbar vor einer Ischämie reduziert den Myokardschaden. In der vorgestellten Studie sollte zunächst die Rolle des TLR4 bei der Ischämie-Reperfusion geklärt werden und zudem seine Funktion bei der Vermittlung kardioprotektiver Mechanismen eingehend untersucht werden. <br /> Zur Erzeugung einer transienten Ischämie durch Verschluss der linken anterioren deszendierenden Koronararterie wurde Wildtyp- und TLR4-defizienten Mäusen ein Okkluder implantiert. Nach abgeschlossener Wundheilung („closed chest“-Modell) wurde 5-7 Tage nach Instrumentierung ein Myokardinfarkt induziert. In zwei weitergehenden Teilstudien wurde die Ischämie entweder 16 h nach vorheriger LPS-Stimulation oder aber unmittelbar nach ischämischer Präkonditionierung eingeleitet. Nach erfolgreicher Reperfusion wurden die Herzen histologisch untersucht oder die Expression inflammatorischer Mediatoren in den Organen bestimmt. <br /> TLR4-defiziente Mäuse bildeten kleinere Infarkte als Wildtypmäuse aus und exprimierten nach I/R mehr ADM-, jedoch kam es zu einem geringeren Zytokin- (TNF, IL-1β, IL-6) und Chemokinanstieg (MIP-1α, MIP-1β, MIP-2, MCP-1 und TCA-3) in Herz und Serum als bei WT. Die Aktivierung von TLR4 ist also maßgeblich verantwortlich für das Ausmaß der myokardialen Schädigung und die Intensität der inflammatorischen Antwort. Eine LPS-Applikation verringerte die Infarktgröße bei Wildtypmäusen. Die LPS-Injektion alleine erhöhte vorübergehend die Expression von HIF1α-Protein, ADM-, iNOS-, TNF-, IL-1β- und IL-6-mRNA. Außerdem bewirkte LPS TLR4-abhängig eine Reduktion der inflammatorischen Antwort auf I/R in Form eines verringerten Zytokin- und Chemokinanstiegs. Unabhängig von der Ischämie wurde bei Wildtypmäusen nach LPS eine verstärkte Expression von CD14-Protein, TLR2-, MMP-3, -8 und -9 mRNA, sowie MMP-2-Aktivität gemessen. Diese korrelierte jedoch nicht mit der Infarktgröße. <br /> In der IPC-Studie stellte sich heraus, dass IPC die Infarktgröße von Wildtyp-, nicht jedoch TLR4-KO-Mäusen verminderte und die inflammatorische Antwort reduzierte. Dies schlug sich in einer geringeren Expression von TNF, IL-6, Chemokinen, MMPs und TIMPs nieder. Nach IPC unterschieden sich WT- und TLR4-KO-Mäuse hinsichtlich der Infarktgröße und Mediatorexpression nicht. Hinsichtlich einer Bedeutung von TLR4 für die IPC bedarf es jedoch weitergehender Untersuchungen. Die vorgestellten Daten zeigen, dass TLR4 ein Mediator des Ischämie-Reperfusions-Schadens ist. Aus einer TLR4-Defizienz resultiert eine geringere inflammatorische Antwort auf eine Ischämie und auch die TLR4-vermittelte LPS-Präkonditionierung bewirkt eine reduzierte Expression inflammatorischer Mediatoren nach dem zweiten, ischämischen Reiz. Diese verringerte Entzündungsreaktion führt in beiden Fällen zu einer verminderten Infarktgröße. Damit stellt TLR4 ein therapeutisches Ziel bei der Behandlung von Myokardinfarkt und sepsis-ähnlichen Krankheitsbildern dar.