Modulation der angeborenen Immunität in der Pathophysiologie der Chemotherapie-induzierten intestinalen Mukositis

Frank, Magdalena

Die intestinale Mukositis ist die häufigste Nebenwirkung unter zytostatischer Chemotherapie. Die Pathogenese ist jedoch im Detail ungeklärt. Die Chemotherapie-induzierte intestinale Mukositis beeinträchtigt erheblich die Morbidität und damit die Lebensqualität der Krebspatienten und ist bisher nur unzureichend behandelbar. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss der angeborenen Immunität durch TLR (Toll-like Rezeptor)-Signalwege in der Pathophysiologie der Chemotherapie-vermittelten intestinalen Mukositis in-vitro und in-vivo zu analysieren. Die Tlr2-Defizienz in Mäusen verursachte eine fulminante Methotrexat (MTX)-induzierte Mukositis bei Modulation des xenobiotischen Metabolismus, insbesondere mit Herunterregulation des Abcb1/Mdr1-kodierten P-gp, im murinen Dünndarm. Die Entwicklung der Mukositis wurde funktionell durch den Md-2/Tlr4-Signalweg getriggert. Es wurde in-vitro und in-vivo gezeigt, dass TLR2 die Expression und die funktionelle Aktivität des P-GP induziert. TLR2-Stimulation durch den spezifischen Liganden Pam3Cys-SK4 x 3HCl (PCSK) führte zum MTX-Efflux via P-GP aus myeloischen Zellen, wodurch die zelluläre Akkumulation und Toxizität von MTX gehemmt wurde. Die bakterielle Diversität des proximalen Jejunums von WT- und TLR2 KO-Mäusen wies keinen signifikanten Unterschied nach MTX-Gabe auf. Mikrobiota-Depletion durch orale Breitbandantibiotika-Behandlung beschleunigte die Progression der Mukositis im Dünndarm von WT-Mäusen, welche mit einem P-gp-Verlust in der intestinalen Mukosa einherging. Orale Supplementierung mit einem spezifischen Tlr2-Liganden in Abx-behandelten WT-Mäusen während der Chemotherapie führte zu einer signifikanten Reduktion der Morbidität bei verringertem genotoxischem Schaden, welcher mit dem Erhalt der P-gp-Expression in mononukleären Zellen der Lamina Propria in der Dünndarm-Mukosa korrelierte. Ex-vivo-Versuche bestätigten mechanistisch, dass die Aktivierung des Tlr2-Signalweges bei Mdr1a-Defizienz nicht vor MTX-induzierter Apoptose schützt. Zusammenfassend erbringt die vorliegende Arbeit den ersten Nachweis, dass TLR2 als ein zentraler Regulator der xenobiotischen Abwehr via P-GP wirkt. Zukünftig könnte die Aktivierung von TLR2 durch PCSK potenziell bei Krebs-Patienten therapeutisch eingesetzt werden, um die Toxizität der Chemotherapie-induzierten Mukositis abzumildern. Weiterhin muss untersucht werden, ob und inwieweit andere TLR den xenobiotischen Metabolismus und assoziierte Signalwege in der intestinalen Mukosa-Barriere modulieren.

Intestinal mucositis is the most common side effect of chemotherapy, but the pathogenesis remains to be delineated in detail. Chemotherapy-induced intestinal mucositis impairs morbidity and quality of life of cancer patients and is so far only inadequately treatable. The aim of this study was to investigate the role of innate immunity via Toll-like receptor (TLR) signaling pathways in the pathogenesis of chemotherapy-induced intestinal mucositis in-vivo and in-vitro. Deletion of Tlr2 in mice resulted in severe methotrexate (MTX)-induced mucositis in the small intestine with significant gene alterations in xenobiotic metabolism, in particular with decreased expression of Abcb1/Mdr1-encoded P-gp. Mechanistically, aberrant Md-2/Tlr4 signaling accelerated development of mucositis in the context of Tlr2 deficiency. Expression and functional activity of P GP was significant induced by TLR2 in-vitro and in-vivo. Stimulation of TLR2 with Pam3Cys-SK4 x 3HCl (PCSK) induced cellular efflux of MTX out of myeloid cells, thus reducing drug accumulation and toxicity. Studies of commensal composition in the proximal jejunum showed no significant differences between WT and TLR2 KO mice after MTX administration. Depletion of gut microbiota by oral broad-spectrum antibiotics exacerbated progression of small intestinal mucositis in WT mice which correlated with loss of P-gp in the lamina propria. However, supplementation of the TLR2 agonist PCSK suppressed enhanced genotoxicity in antibiotic-treated WT mice under chemotherapy which was associated with preservation of P-gp expression in lamina propria mononuclear cells. In contrast, Tlr2 stimulation failed to protect Mdr1a-deficient small intestinal tissues against MTX-induced apoptosis ex-vivo. In conclusion, these results provide first evidence that TLR2 acts as a central regulator of xenobiotic defence via the ABC transporter in the small intestinal mucosa. Future studies will need to test whether TLR2 activation may represent an efficient therapeutic strategy to reduce genotoxicity in cancer patients under chemotherapy. Furthermore, it must be clarified whether other TLRs may modulate xenobiotic metabolism and associated pathways in the intestinal mucosal barrier.

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Frank, Magdalena: Modulation der angeborenen Immunität in der Pathophysiologie der Chemotherapie-induzierten intestinalen Mukositis. 2016.

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