Neurotrophin Production by Respiratory Epithelial Cells in Allergic Airway Diseases: A Model of Neuro-Immune Interactions

Das Allergisches Asthma bronchiale (BA) ist eine Modellkrankheit für neuro-immunologische Interaktionen, und ist charakterisiert durch eine chronische Entzündung der Atemwege, Entwicklung von Atemwegshyperaktivität und reversibler Broncho-Obstruktion. Neurotrophine (NGF, BDNF, NT-3 und NT-4) sind wichtige Mediatoren auch im Immunsystem, und es wird vermutet, dass sie Neuro-Immuninteraktionen in der chronischen Entzündung der Atemwege steuern. Untersuchungen an Tieren haben gezeigt, dass bei allergischer Entzündung der Atemwege Neurotrophine hochreguliert werden. Es wurde auch gezeigt, dass menschliche Lungen-Epithelzellen (A549) NGF produzieren können. Ziel dieser Studie war, die Rolle von Atemwegs-Epithelzellen in der Regulation der Neurotrophinproduktion bei allergischen Atemwegserkrankungen zu untersuchen. Um die Produktion von Neurotrophinen von Maus-Trachealepithelzellen zu untersuchen, wurde ein Protokoll für das Züchten der Mäuse-Trachealepithelzellen unter Air-liquid Interface Bedingungen entwickelt. Hierfür wurde ein früher publiziertes Protokoll modifiziert. Epithelzellen der Trachea von Wildtypmäusen wurden mit einem spezifischen Medium dissoziiert, das eine DNAse und Pronase enthält. Diese Zellen wurden über der semipermeablen Membran des Zellkultureinsatzes in Anwesenheit von Wachstumfaktoren gezüchtet. Um die Reinheit jener Zellen zu untersuchen, wurden kultivierte Zellen mit Pancytokeratin (Epithelzellen Marker) Einzelzellen zu unterschiedlichen Zeitpunkten gefärbt. Die basale Produktion von Neurotrophinen wurde zu unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen (6, 12, 24, 48, und 72 Stunden). Der Effekt der Zytokine IL-1ß, IL-13, und IL-4 auf die Neurotrophinproduktion wurde dosisabhängig untersucht und quantitativ durch Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) gemessen. Das gleiche Protokoll wurde auf murine LA 4 Epithel-Krebszellen angewendet. Es wurde festgestellt, dass >95% der kultivierten Zellen Pancytokeratin positiv waren, und für mehr als vierzig Tage in der Kultur überlebten. Indem wir die basale Produktion von Neurotrophine durch diese Zellen untersuchten, fanden wir heraus, dass NGF und BDNF Produktion zeitabhängig hochreguliert wurden, während NT-3 und NT-4 nicht produziert wurden. Spezifische mRNA für NGF, BDNF waren in allen Proben durch RT-PCR nachweisbar. In kultivierten Primerzellen konnte keine Effekte von IL-1ß, IL-13, und IL-4, auch bei ansteigenden Konzentrationen, auf die Neurotrophinproduktion nachgewiesen werden. Allerdings hatten diese Zytokine Effekte auf die Neurotrophin-Produktion von LA-4 Epithelzellen. Es gab eine konzentrationsabhängige Hochregulationweise von NGF und BDNF nach Inkubation mit IL-1ß, IL-13, und IL-4, in LA 4 Zellen. Zusammenfassend zeigen diese Resultate, das Primärzellkulturen mit murinen Tracheal-Epithelzellen angelegt werden können. Diese Zellen sind funktionell aktiv und produzieren NGF sowie BDNF. Die Zytokine IL-1ß, IL-13 und IL-4 spielen keine Rolle in der Regulation dieser Neurotrophinproduktion.