Einfluss von Vitamin A auf die Bronchopulmonale Dysplasie im Double-Hit Mausmodell

Abstract

Trotz der therapeutischen Fortschritte in der Neonatologie stellt die Bronchopulmonale Dysplasie (BPD) auch heute noch eine Haupttodesursache bei Kindern mit einem Geburtsgewicht < 1000 g dar. Seit der Erstbeschreibung der BPD im Jahre 1967 haben sich die Definitionen und infolge die epidemiologischen Erhebungen sukzessive verändert und daher sind die Inzidenzraten bei dieser Erkrankung nur schwer vergleichbar. Die Pathogenese der BPD ist multifaktoriell bedingt. Sie zeichnet sich durch eine extreme Unreife der Lunge, Inflammationsreaktionen, Barotrauma sowie Sauerstofftoxizität aus. All diese Faktoren führen zu einer irreversiblen Veränderung der Lungenmorphologie und beinhalten ein hohes Risiko für pulmonale und neurologische Langzeitschäden. Bisherige Behandlungskonzepte erbrachten noch keine wirklich befriedigenden Resultate hinsichtlich Maßnahmen zur Verhinderung einer BPD. Die experimentelle Datenlage zur Vitamin- A-Therapie scheint vielversprechend. Ziel der vorliegenden Arbeit war, den Einfluss von Vitamin-A auf die BPD zu untersuchen. Hierzu wurde zunächst ein Double-Hit-Modell an Mäusen entwickelt, welches die pathogenetischen Zustände im Krankheitsbild der BPD möglichst genau widerspiegeln sollte: Eine pränatale Schädigungskomponente zur Induktion einer Wachstumsrestriktion (Sauerstoffanteil (FiO2) = 0,1 für vier Tage) wurde kombiniert mit postnataler Hyperoxie (FiO2 = 0,7 für zwei Wochen). Anhand von auxologischen Parametern, Genexpressionsanalysen (der Faktoren IGF-1, TGF-β1-3, VEGF, mTOR, TTF-1, Foxp3) und Zytokinlevelbestimmung im Lungengewebe (IL-2β, VEGF, TNF-α, IL- 6 und IL-10) wurde der Einfluss von Vitamin-A auf die Lungenentwicklung im Double-Hit-Modell untersucht. Die Double-Hit-Tiere wurden dazu in zwei Gruppen eingeteilt. Die Zuweisung erfolgte zufällig. Eine Gruppe bekam entweder Vitamin-A in einer Trägersubstanz (n = 29), die andere nur die Trägersubstanz verabreicht (n = 34). Eine Kontrollgruppe (durchgehend Normoxie, keine Verabreichung von Vitamin-A oder Trägersubstanz) wurde einmalig zur besseren Vergleichbarkeit gehalten (n = 8). Sowohl die Normoxie-Gruppe, als auch die unbehandelte Double-Hit-Gruppe wurden als Kontrollgruppen gesehen. In der behandelten und unbehandelten Double-Hit-Gruppe wurde im Vergleich zur Normoxie- Gruppe eine Verschlechterung der auxologischen Zielgrößen: Körpergewicht P1, Körpergewicht P14, Lungengewicht P14 festgestellt. Innerhalb der Double-Hit-Gruppen ergab sich eine nochmalige Verringerung der Zielgröße Körpergewicht an P1 in der mit Vitamin A behandelten Gruppe im Vergleich zur Placebo behandelten Gruppe. Die Auswertung der Kandidatengene ergab für TGF-β1 und -β2 sowie IGF-1 eine vermehrte Expression in der behandelten und unbehandelten Double-Hit-Gruppe. Für TGF-β3 zeigte sich nur in der behandelten Double-Hit-Gruppe eine vermehrte Expression. Die Auswertung der Zytokine ergab im Vergleich zur Kontrollgruppe keine signifikante Änderung bei den Double-Hit-Tieren.

Despite therapeutical advances in neonatal and perinatal medicine, bronchopulmonary dysplasia (BPD) continues to be a major health problem in premature infants weighing less than 1000 g. Since its original description in 1967 the definition and thus the epidemiology of BPD has changed successively leading to difficulties in comparing incident rates. Many factors are responsible for the pathogenesis of BPD: extremely immature lungs, toxicity of oxygen, mechanical injury and inflammation. All these factors result in an altered lung morphology and implicate a high risk for pulmonary and neurological long-term complications. Strategies in preventing BPD up to now seem only slightly promising. The experimental data concerning vitamin A therapy sound promising. The aim of this study was to show the effect of vitamin A on BPD. For this we designed a doublehit model on rodents aiming to mirror the pathogenesis of BPD quite closely. A prenatal hit (10 % oxygen) to the dams in order to induce growth restriction was combined with a postnatal hit (70 % oxygen) to their offspring. Giving the auxological parameters, the expression of factors (IGF-1, TGF-β1-3, VEGF, mTOR, TTF-1, Foxp3) and the cytokines (IL-2β, VEGF, TNFα, IL-6 und IL-10), their influence on the morphogenesis of the lung in the double-hit model was tested. For that the dams were randomly divided into two groups receiving either vitamin A (n = 29) or using a vehicle (cotton seed oil) (n = 34) by intraperitoneal injection. For better comparison a normoxic group (normoxic conditions, no vitamin A or vehicle) was also tested (n = 8). Normoxic pups and sham treated double-hit pups served as control groups. Double-hit mice showed growth restriction (in the parameters: Körpergewicht P1, Körpergewicht P14, Lungengewicht P14) compared to the normoxic group. However, vitamin A treated mice also showed growth restriction (in parameter Körpergewicht P1) when compared to the sham treated mice. We demonstrated an upregulation in gene expression of TGF-β1 and TGF-β2, as well as IGF-1 in double-hit mice. For TGF-β3, only vitamin A mice presented an upregulation in gene expression when compared to normoxic controls. We found no significant changes in double-hit animals regarding the cytokine expression.