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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001559-0

Die Rolle der Mustererkennungsrezeptoren Toll-like Rezeptor 4 und Nod-like Rezeptor 2 in der akuten Pankreatitis

  • Die optimale Behandlung von Patienten mit einer akuten Pankreatitis hängt stark von der frühen Prognose des Verlaufs der Erkrankung ab. In 80% der Fälle verläuft die akute Pankreatitis mild und die Patienten verlassen innerhalb einer Woche beschwerdefrei das Krankenhaus. Bei. 20% der Patienten nimmt die Erkrankung einen schweren Verlauf mit Komplikationen wie z.B. SIRS, Sepsis. Diese Patienten entwickeln (infizierte) Pankreasnekrosen, (Multi)-Organversagen und benötigen eine intensivmedizinische Betreuung. In 10-20% endet die schwere akute Pankreatitis tödlich. Bis zum jetzigen Zeitpunkt gibt es keine validen Marker die zuverlässig den Schweregrad der akuten Pankreatitis vorhersagen. Mustererkennungsrezeptoren sind Teil des angeborenen Immunsystems und dienen als Sensoren für pathogen bakterielle Bestandteile. Nach Erkennen der Bakterien werden pro- und anti-inflammatorische Immunantworten eingeleitet, die für die Eliminierung der Bakterien zuständig sind. Zur Familie der Mustererkennungsrezeptoren gehören u.a. die Toll-like Rezeptoren und die Nod-like Rezeptoren. Viele Studien konnten Assoziationen zwischen Mutationen in Mustererkennungsrezeptoren und immunologischen Erkrankungen aufzeigen. Die am besten untersuchten Assoziationen sind die zwischen Morbus Crohn und Mutationen in Toll-like Rezeptor 4 (TLR4) oder Nod-like Rezeptor 2 (NOD2). Mutationen in diesen Rezeptoren führen zu einem Funktionsverlust der Rezeptoren und verhindern eine effektive Eliminierung von Bakterien. Dadurch wird z.B. die entzündliche Darmerkrankung Morbus Crohn begünstigt. Während der akuten Pankreatitis, einer primär sterilen Inflammation, bilden sich bei einem schweren Verlauf, durch in das Pankreas translozierende Darmbakterien, (infizierte) Pankreasnekrosen. Die Annahme, dass ein Funktionsverlust der Mustererkennungsrezeptoren TLR4 oder NOD2 den Schweregrad der akuten Pankreatitis und das Ausbilden infizierter Pankreasnekrosen beeinflusst, sollte in dieser Arbeit sowohl bei Patienten mit akuter Pankreatitis als auch im Tiermodell der Nod2-knock-out Maus überprüft werden. Mutationen im Toll-like Rezeptor 4 wurden in dieser Arbeit weder als Risikofaktoren für die akute Pankreatitis, noch den Schweregrad der akuten Pankreatitis oder das Überleben identifiziert. Wir detektierten in Patienten mit akuter Pankreatitis und gesunden Blutspendern für die TLR4 Mutationen Asp299Gly und Thr399Ile vergleichbare Allelfrequenzen. Anders verhielt es sich für die Mutationen im Nod-like Rezeptor 2. Die Mutation Arg702Trp dieses Mustererkennungsrezeptors konnte als ein Risikofaktor für eine erhöhte Mortalität bei Patienten mit einer schweren akuten Pankreatitis identifiziert werden. Wir können zeigen, dass sich das Risiko, an einer schweren akuten Pankreatitis zu versterben bei heterozygoten Mutationsträgern auf 2,5 und bei Homozygoten auf das 9-fache erhöht. Mutationen in Arg702Trp führten allerdings nicht vermehrt zur Entwicklung von Sepsis oder (infizierten) Pankreasnekrosen. Lediglich die Häufigkeit ein Multiorganversagen zu entwickeln, war bei Mutationsträgern signifikant erhöht. Die beiden anderen untersuchten NOD2 Mutationen (Gly908Arg und Leu1007fsinsC) hatten keinen signifikanten Effekt auf die Entwicklung einer akuten Pankreatitis. Untersuchungen der Rolle einer Nod2-Defizienz im experimentellen Mausmodell der schweren nekrotisierenden Pankreatitis zeigten einen im Vergleich zum Menschen unterschiedlichen Phänotyp hinsichtlich des Verlaufs der schweren akuten Pankreatitis. Die lokalen Schäden am Pankreas, aber auch die systemischen Reaktionen waren in den ersten 36h nach Induktion der nekrotisierenden Pankreatitis nicht wesentlich verändert. Das Langzeitüberleben (14 Tage) der Nod2-defizienten Mäuse war jedoch deutlich verbessert. Wir stellten in den Nod2 knock-out Tieren sowohl eine persistierende intestinale Barrierestörung, als auch eine epitheliale Barrierestörung der Lunge fest. Als Konsequenz war bereits in den unbehandelten Nod2-defizienten Tiere eine erhöhte bakterielle Translokation und eine erhöhte Neutrophilentransmigration ins Gewebe sichtbar. Durch die Barrierestörungen entwickeln die Nod2 knock-out Mäuse eine Toleranz gegenüber den infiltrierenden Bakterien. Diese Toleranzentwicklung kommt 48h nach Induktion der Pankreatitis zum Tragen. Zu diesem Zeitpunkt stellt sich bei den Nod2-defizienten Mäusen ein hypoinflammatorischer Zustand ein. Im Vergleich dazu verstarben die Wildtyp-Mäuse an den Folgen sekundärer Infektionen und einem daraus resultierenden Organversagen. Die NOD2 Mutation Arg702Trp ist somit ein Risikofaktor und potentieller genetischer Prognosemarker für eine erhöhte Mortalität in Folge einer schweren akuten Pankreatitis. Der Funktionsverlust von NOD2 beeinflusst den systemischen Verlauf der schweren akuten Pankreatitis und trägt zu einer deregulierten inflammatorischen Antwort und verschlechterten bakteriellen Kompensation bei. Der lokale Schaden am Pankreas während der schweren akuten Pankreatitis ist dagegen vergleichbar zwischen Patienten mit und ohne NOD2 Arg702Trp Mutation. Ursächlich für das bessere Überleben der NOD2 knock-out Mäuse ist vermutlich die induzierte Barrierestörung, die eine bakterielle Toleranz in diesen knock-out Mäusen induziert. Dadurch wird unter schwerer akuter Pankreatitis eine Entgleisung des Immunsystems verhindert und die bakterielle Translokation in die Organe deutlich effizienter kompensiert. Vergleichende Untersuchungen mit einem knock-out/knock-in Model der NOD2 Mutation Arg702Trp könnten dazu beitragen den Pathomechanismus dieser spezifischen NOD2-Mutation im Menschen weiter aufzuschlüsseln.
  • Most patients suffering from acute pancreatitis (80-90%) improve within a week and experience no further problems, but some develop serious complications e.g. infected pancreatic necrosis, (multiple) organ failure, SIRS or sepsis and face a significant mortality. The optimal treatment of severe acute pancreatitis strongly depends on an early prognosis as these patients benefit from early intensive care taking. Until today no validated marker can precisely predict the severity of acute pancreatitis. During an episode of severe acute pancreatitis, infected pancreatic necrosis develops by translocation of gut bacteria into the pancreas. Toll-like receptors and Nod-like receptors serve as pattern recognition receptors (PRRs) of pathogen-associated molecular signatures (PAMPs) and initiate pro-and anti-inflammatory immune reactions to eliminate bacteria. Specific mutations in Toll-like receptor 4 (TLR4) or Nod-like receptor 2 (NOD2) can disable an effective elimination of bacteria and were found to be associated with immunologic diseases like Crohn’s disease. This work analyzed if Crohn’s disease-associated loss of function mutations in TLR4 or NOD2 influence the severity of acute pancreatitis and the development of infected pancreatic necrosis. We performed genetic analyses on patients with acute pancreatitis and investigated the role of Nod2 in a knock-out animal model of experimental acute pancreatitis. We detected comparable allele frequencies for TLR4 mutations Asp299Gly and Thr399Ile in our analysis of 931 healthy blood donors and 941 patients with acute pancreatitis. TLR4 mutations therefore represent no genetic risk factor for acute pancreatitis, the disease severity or survival. Our analysis of Nod-like receptor 2 mutations identified the variant Arg702Trp as a risk factor for increased mortality in patients with severe acute pancreatitis. We found a 9-fold increased risk to die from severe acute pancreatitis in homozygous mutation carriers and a 2,5-fold increased risk in heterozygous carriers. The presence of the Arg702Trp mutation was not associated with sepsis or (infected) pancreatic necrosis, but with the development of multiple organ failure. On the other side NOD2 mutations Gly908Arg and Leu1007fsinsC, which previously also have been identified as risk factors of Crohn’s disease, could not be shown to influence the severity of acute pancreatitis. Studying the role of a complete gene knock-out of Nod2 in an experimental model of severe necrotizing pancreatitis indicated a beneficial effect on disease survival. The local pancreas damage and the initiated systemic response were comparable in knock-out and wild type mice within the first 36h after induction of pancreatitis. However in Nod2-deficient mice we observed a much better long-term survival (e.g. 14 days). Nod2-knock-out mice revealed a persistent intestinal and lung epithelial barrier dysfunction. As a consequence, more bacteria translocated into the liver and pancreas in untreated mice which also stimulated increased transmigration of neutrophils into these tissues. Nod2-deficient mice seem to generate a tolerance towards infiltrating bacteria. 48h after induction of pancreatitis Nod2-deficient mice presented a hypo-inflammatory status, whereas wild-type mice had a tendency to develop secondary infections and hence, die from multiple organ failure. NOD2 mutation Arg702Trp must be regarded as a risk factor and could be utilized as a prognostic marker of increased mortality in the course of severe acute pancreatitis. Loss of NOD2 function contributes to a deregulated systemic inflammatory response and a compromised bacterial clearance. The linkage of gut barrier dysfunction, bacterial translocation and induction of bacterial tolerance seems to be causative for an improved long-term survival of the Nod2 knock-out mouse and prevent a lapse of the immune system during severe necrotizing pancreatitis. In addition, it may stimulate a more efficient clearance of transmigrated bacteria from the gut. Further studies involving a knock-out/knock-in mouse model of the NOD2 mutation Arg702Trp will contribute to a better understanding of the pathological mechanism of this specific NOD2 mutation.

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Metadaten
Author: Annett Günther
URN:urn:nbn:de:gbv:9-001559-0
Title Additional (English):The Role of Pattern Recognition Receptors Toll-like Receptor 4 and Nod-like Receptor 2 in Acute Pancreatitis
Advisor:Prof. Dr. Markus M. Lerch, Dr Frank Ulrich Weiss, Prof. Dr. Christoph Ritter
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2013/07/31
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2013/07/03
Release Date:2013/07/31
GND Keyword:Bauchspeicheldrüsenentzündung, Mustererkennungsrezeptoren, Nod-like Rezeptoren, Toll-like-Rezeptoren
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Pharmakologie
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit
MSC-Classification:92-XX BIOLOGY AND OTHER NATURAL SCIENCES / 92Cxx Physiological, cellular and medical topics / 92C50 Medical applications (general)
92-XX BIOLOGY AND OTHER NATURAL SCIENCES / 92Dxx Genetics and population dynamics / 92D10 Genetics (For genetic algebras, see 17D92)