Zelluläre Wirkungen von Prostaglandin E2 und Prostaglandin D2 auf periphere und zentralnervöse Strukturen des Thermoregulationssystems der Ratte

Obwohl eine wichtige Rolle für PGE2 bei der Entstehung von Fieber und einigen anderen Krankheitssymptomen allgemein anerkannt wird, ist das Wissen über die exakten Wirkorte und die durch PGE2 hervorgerufenen zellulären Reaktionen nach wie vor unvollständig. Zentrales Ziel dieser Arbeit war es daher, zelluläre Reaktionen peripherer (Thermosensoren) und zentraler (OVLT und MnPO) Strukturen des Thermoregulationssystems der Säuger gegenüber PGE2 und PGD2 zu untersuchen.
Der erste Teil dieser Arbeit beinhaltet Messungen intrazellulärer Ca2+-Konzentrationen in Primärkulturen von Neuronen aus Spinalganglien. Diese wurden mit dem Pyrogen PGE2, mit dem antipyretischen Faktor PGD2, mit einer Mischung aus PGE2 und PGD2 und mit Menthol, einem Aktivator von Kältesensoren, stimuliert. Die Ca2+-Messung erfolgte mittels Fura-2-abhängigem Ca2+-Imaging. Die Neurone der Spinalganglien konnten gemäß ihres Durchmessers in drei Gruppen eingeteilt werden: kleine Neurone (ca. 15 µm Durchmesser), mittelgroße Neurone (ca. 35 µm Durchmesser) und große Neurone (ca. 55 µm Durchmesser). 96 von 264 untersuchten Neuronen reagierten auf eine Stimulation mit PGE2 mit markanten Ca2+-Signalen. 53 dieser 96 Neurone reagierten auch auf Menthol, was sie als Kältesensoren charakterisierte. 80% dieser Neurone gehörten der mittelgroßen Population (ca. 35 µm Durchmesser) an. In einer weiteren Versuchsreihe untersuchten wir, ob die Stärke der PGE2-induzierten Ca2+-Signale durch PGD2 moduliert wurde. In der Tat wurde in 60% der diesbezüglich untersuchten Neurone (n = 57) beobachtet, dass die Stärke der PGE2-induzierten Ca2+-Signale durch Co-Stimulation mit PGD2 reduziert wurde. Dieser Effekt war auch in der Gruppe der PGE2- und Menthol-responsiven Zellen zu beobachten. Diese Befunde zeigen, dass es antagonistische Effekte von PGE2 und PGD2 auf einen neuronal getragenen Signalweg gibt, der über eine Aktivierung peripherer Kältesensoren inflammatorische Signale zum ZNS weiterleitet. Die Ergebnisse liefern auch eine mögliche alternative Erklärung für die in der Literatur beschriebenen antipyretischen und anti-inflammatorischen Eigenschaften von PGD2.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden Effekte von PGE2 und PGD2 auf zentralnervöse Strukturen des Thermoregulationssystems untersucht. Im Rahmen peripherer Entzündungsreaktionen zeigt die Induktion der Enzyme, welche für die Bildung von PGE2 zuständig sind, einen charakteristischen Zeitverlauf in peripheren Organen und im Gehirn. In Bezug zur Fieberreaktion legt dieser Zeitverlauf nahe, dass peripher gebildetes PGE2 für die Induktion der kürzeren, frühen Fieberphase zuständig ist, während zentral gebildetes PGE2 die längere, späte Fieberphase im Bereich des MnPO vermittelt. Die Beeinflussung des Gehirns durch peripher gebildetes PGE2 könnte im Bereich des OVLT erfolgen, welches eine unvollständige Blut-Hirn-Schranke aufweist und für die Fieberentstehung von Bedeutung ist. Die Wirkung von PGE2 im MnPO könnte die Glutamat-getragene Aktivierung einer Neuronenpopulation sein, die auch durch periphere Kältesignale aktiviert wird. Unter Verwendung des Fura-2-abhängigem Ca2+-Imaging wurden Veränderungen intrazellulärer Ca2+-Konzentrationen in Zellen neuro-glialer Primärkulturen des OVLT und des MnPO der Ratte gemessen. Die Kulturen beider Strukturen wurden mit PGE2 und / oder Glutamat stimuliert. Im Gegensatz zum MnPO reagierten zahlreiche Zellen des OVLT direkt auf PGE2 mit vorübergehenden Anstiegen intrazellulärer Ca2+-Konzentrationen. Im Einzelnen waren es 8% von 385 untersuchten Neuronen, 19% von 645 untersuchten Astrozyten und 28% von 43 untersuchten Mikrogliazellen. Im MnPO wurden dagegen modulatorische Wirkungen von PGE2 auf die Stärke Glutamat-induzierter Ca2+-Signale nachgewiesen. In 72 von 512 untersuchten Neuronen und in 105 von 712 untersuchten Astrozyten war eine signifikante Verstärkung Glutamat-induzierter Ca2+-Signale zu verzeichnen. Von der Neuronenpopulation die auf diese Weise reagierte, verwendeten ca. 30% GABA als Neurotransmitter. Diese Befunde stehen im Einklang mit einer Funktion von PGE2 als zirkulierender Botenstoff, der das Gehirn auf der Ebene des OVLT beeinflusst und von lokal im MnPO gebildetem PGE2 als Verstärker glutamaterger sympathischer Übertragung. Speziell durch die Wirkung im MnPO wird eine Enthemmung thermoregulatorischer Wärmebildung hervorgerufen, die zur Fieberentstehung beitragen kann. In einer letzten Versuchsreihe wurde die Auswirkung einer Inkubation von OVLT und MnPO Primärkulturen mit PGE2 und PGD2 auf die LPS-induzierte Bildung von Zytokinen (TNF- und IL-6) untersucht. In Primärkulturen beider Hirnstrukturen reduzierte die Inkubation mit PGE2 die LPS-induzierte Freisetzung beider Zytokine (besonders TNF-) in den Kulturüberstand. Im Gehirn scheint PGE2 somit als Feedback-Signal zu wirken, das die Stärke neuroinflammatorischer Prozesse limitiert und somit eine duale Rolle mit pro- und anti-inflammatorischen Eigenschaften spielt.