Endotoxin, Neutrophilenfunktion und Albumin bei Niereninsuffizienz

Hintergrund/Stand der Technik: Infektionen und Sepsis zählen zu den häufigsten Komplikationen von chronischen Nierenerkrankungen. Die angeborene Immunabwehr scheint bei Patienten mit chronischen Nierenerkrankungen beeinträchtigt zu sein. Es kommt auch zu einer inadäquaten chronische Aktivierung der neutrophilen Granulozyten, die zur Ausschüttung von pro-inflammatorischen Zytokinen führt zur Oxidierung von Proteinen beiträgt. Oxidierung von humanem Serumalbumin (HSA), dem wichtigsten Plasmaprotein, wurde in chronischen Nierenerkrankungen bereits beobachtet und kann wiederum zur weiteren Aktivierung der Neutrophilen führen. Die Oxidierung von HSA führt auch zu einer Verschlechterung der Bindungskapazität. Die daraus resultierende schlechtere Entgiftungsfunktion führt wahrscheinlich zu einer reduzierten Endotoxin-Beseitigung. Endotoxin wird durch Komplexbildung mit Lipopolysaccharid Bindeprotein (LBP) im Kreislauf erkannt und dann an CD14 und Toll-like Rezeptor (TLR) 4 gebunden. Hohe Endotoxinspiegel sind eine mögliche Folge der verringerten Beseitigungskapazität von HSA und einer erhöhter Darmpermeabilität in Kombination mit vermehrtem Bakterienwachstum im Darm. Hypothese und Ziele: Wir nehmen an, dass erhöhte Endotoxinspiegel im Serum zur Verschlechterung der Funktion von neutrophilen Granulozyten und zu einer erhöhten Albuminoxidationführen. Wir postulieren auch dass oxidiertes Albumin nicht in der Lage ist, Endotoxin adäquat zu binden, was in weiterer Folge zu vermehrtem oxidativen Stress und zu einer Fehlfunktion von Neutrophilen führt. Dies lässt auf die Entstehung eines Teufelskreises schließen. Methoden: Es werden 195 Patienten eingeschlossen und in 5 Gruppen je nach Stadium des Nierenversagens und der Therapie unterteilt. Zusätzlich werden Proben von 25 gesunden alters- und geschlechtsgematchten Kontrollen vermessen. Endotoxin wird mit Hilfe eines adaptierten Limulus amoebocyte Lysat (LAL) Assays bestimmt. In Kombination damit, werden mittels ELISA LBP und gelöstes CD14 (sCD14) bestimmt. Nitrat, Nitrit, Albuminfraktionen, Albumin Bindungskapazität, iNOS Expression und Energiestatus von Neutrophilen werden mittels HPLC bestimmt. Für die Bestimmung der Oxidation von Proteinen ausgehend von Myeloperoxidase aus Leukozyten wird Massenspektrometrie verwendet. Bestimmung von Carbonyl Anteilen von Proteinen soll die Messung der oxidativen Veränderungen von Albumin vervollständigen. Die Neutrophilenfunktion wird mittels Phagoburst und Phagotest Kit und TLR 2, 4 und 9 Expression werden mit Hilfe von Durchflusszytometrie bestimmt. Für Zellkulturexperimente werden frisch isolierte neutrophile Granulozyten oder differenzierte HL60 Zellen mit Albumin und/oder Endotoxin inkubiert. Konklusion: Dieses Konzept wird das Verständnis der Pathophysiologie der erhöhten Infektionsneigung von chronischen Nierenerkrankungen verändern und eventuell bei der Einteilung der Patienten in Risikogruppen, entsprechend ihres Endotoxinstatus und ihrer Immun- und Albumin Fehlfunktion, helfen. Weiters werden die Ergebnisse dieser Studie wichtige Implikationen für die Entwicklung neuer Therapien haben.

Etwa zehn Prozent der Bevölkerung leiden an einer chronischen Nierenerkrankung. In Österreich leiden etwa 8700 Patienten an einer fortgeschrittenen Nierenerkrankung und brauchen eine Nierenersatztherapie (zum Beispiel Dialyse). Diese Patienten erleiden häufig schwere Infektionen, die zum Tod führen können. Leider lassen sich bisher diese Infektionen nicht verhindern. Wir vermuten, dass es bei chronischen Nierenerkrankungen zu Veränderungen der Darmflora und der Darmdurchlässigkeit kommt. Dieser so genannte leaky gut führt dann zu einer Immunschwäche, die das Risiko für schwere Infektionen erhöht. Dazu führten wir eine Querschnittsstudie an einer großen Zahl von Patientinnen und Patienten mit chronischen Nierenerkrankungen an der Medizinischen Universität Graz durch. Das Hauptergebnis dieser Studie war, dass Patienten, die eine Hämodialyse benötigen, erhöhte Endotoxinspiegel (= Bestandteil der Zellwand von Bakterien) und eine eingeschränkte Funktion der neutrophilen Granulozyten (= Zellen der Immunabwehr) aufweisen. Diese Patienten verstarben in der Nachbeobachtungszeit auch häufiger an Infektionen. Die Darmdurchlässigkeit, oxidativer Stress, zellulärer Energiegehalt oder Entzündung erklären dieses Ergebnis nicht ausreichend. Wir konnten auch zeigen, dass die Entstehung von oxidativem Stress bei chronischen Nierenerkrankungen zur Aktivierung von Blutplättchen führen. Wir konnten außerdem zeigen, dass die Hämodialyse zu einer Gefäßverengung im Darm führt und besonders bei Dialysepatienten, die auch noch zuckerkrank sind, dadurch das Risiko für eine Durchblutungsstörung im Darm steigt. Um die möglichen Ursachen für die eingeschränkte Immunfunktion bei Patienten an der Hämodialyse zu erforschen, wurde in einer Subgruppe die Zusammensetzung des Darm-Mikrobioms untersucht. Diese Ergebnisse werden gerade ausgewertet. Eine weitere Substudie beschäftigte sich mit neuen Biomarkern und konnte zeigen, dass bestimmte Moleküle(microRNAs)besondersgeeignetsind, Probleme im Knochenstoffwechsel vorherzusagen. Zusammenfassend konnte diese Querschnittsstudie wie geplant neue Erkenntnisse zum Zusammenhang von Immunfunktion, Darmdurchlässigkeit und oxidativem Stress zusammentragen. Besonders wichtig ist die Erkenntnis, dass das Verfahren der Nierenersatztherapie (Hämodialyse) einen gravierenden Einfluss auf die Immunfunktion hat. Besonders in dieser Patientengruppe ist es daher wichtig, Strategien zu finden, die die Immunfunktion verbessern können, um damit auch das Risiko für Todesfälle durch Infektionen senken zu können. Eine mögliche Strategie ist dabei eine Modulation des Darm- Mikrobioms durch Probiotika. Eine Studie hierzu ist bereits in Planung und im Rahmen des KLIF Programmes des FWF eingereicht.