Hausstaubmilbenallergene und kristallines Siliziumdioxid bei entzündeten Lungen: Wirksamkeit der Steroidtherapie nimmt ab

Laut einer neuen Studie kann sich die mit Asthma und anderen allergischen Atemwegserkrankungen einhergehende Entzündung deutlich verstärken, wenn eine Exposition gegenüber Hausstaubmilbenallergenen oder kristallinem Siliziumdioxid hinzukommen.

Die im Journal „Allergy“ veröffentlichten Forschungsergebnisse basieren auf Laborexperimenten mit Mäusen und menschlichen Atemwegszellen. „Die Kombination von Hausstaubmilbenallergenen und Siliziumdioxid verursachte eine deutlich stärkere Lungenentzündung als die Exposition gegenüber dem Allergen allein“, berichtet Rabih Halwani, Professor für Immunologie an der Universität Sharjah (Vereinigte Arabische Emirate) und Koautor der Studie. „Die betroffenen Lungen wiesen eine Verengung der Atemwege, eine Ansammlung von Entzündungszellen, eine Verdickung der Atemwegswände und eine erhöhte Schleimproduktion auf.“

Die Verfasser der Arbeit hatten untersucht, ob eingeatmetes kristallines Siliziumdioxid – mineralische Partikel, die häufig im Staub bestimmter Umgebungen vorkommen – allergische Atemwegsentzündungen verstärken und die Wirksamkeit einer Corticosteroidtherapie verringern kann.

In ihrem Laborexperiment setzten die Wissenschaftler Mäuse kristallinem Siliziumdioxid, Hausstaubmilbenallergenen oder einer Kombination aus beidem aus. Anschließend beurteilten sie Atemwegsentzündungen, Schleimproduktion, Lungenfunktion und Immunreaktionen der Tiere sowie die an der Steroidwirkung beteiligten molekularen Signalwege.

„Die Tiere entwickelten zudem eine eingeschränkte Lungenfunktion und eine gemischte Immunreaktion mit eosinophiler und neutrophiler Entzündung“, erklärt Halwani. „Bemerkenswerterweise ließen sich die Veränderungen mit Dexamethason, einem starken Corticosteroid, nicht ausreichend kontrollieren.“

Siliziumdioxidbelastung könnte die Asthmatherapie beeinträchtigen

„Nach unserer Kenntnis ist dies die erste Studie, die zeigt, dass die Kombination von kristallinem Siliziumdioxid und Hausstaubmilbenallergenen eine verminderte Steroidempfindlichkeit hervorruft“, schreiben die Autoren. Sie beobachteten nach der Exposition komplexe Entzündungsreaktionen. Diese wiederum aktivierten DNA-Erkennungswege, darunter den STING-Signalweg, und beeinträchtigten gleichzeitig die Funktion des Glukokortikoidrezeptors.

Es gebe zunehmend Hinweise darauf, dass Umwelteinflüsse eine wichtige Rolle bei der verminderten Wirksamkeit von Asthmatherapie spielen könnten, erkläre die Forschenden zum Hintergrund ihrer Arbeit.

Laut der Studie veränderte die Exposition gegenüber Siliziumdioxid das Gleichgewicht zwischen zwei Formen des Glukokortikoidrezeptors, jenem zellulären Protein, über das Steroide ihre entzündungshemmende Wirkung entfalten, erheblich. „Die aktive Form, bekannt als GRα, war nahezu nicht vorhanden, während GRβ, das die Steroidwirkung beeinträchtigen kann, erhöht war. Infolgedessen konnte das Lungengewebe weniger gut auf die Corticosteroidbehandlung reagieren“, erklärt Halwani.

Die Forschenden brachten diese beeinträchtigte Steroidreaktion zudem mit der Aktivierung des STING-Signalwegs in Verbindung, einem zellulären Abwehrmechanismus, der an der Erkennung von Schäden und Infektionen beteiligt ist. „STING ist normalerweise Teil des körpereigenen Abwehrsystems, indem es Anzeichen von Zellschäden oder Infektionen erkennt und eine Immunantwort auslöst“, merkt Halwani an.

Eine übermäßige Aktivierung von STING kann jedoch zu anhaltenden und schädlichen Entzündungen beitragen. In den mit Siliziumdioxid belasteten Lungen waren STING und die damit verbundenen Signalproteine ​​stark aktiviert, und diese Aktivität konnte durch Dexamethason nicht effektiv unterdrückt werden.

Asthma und Steroidresistenz

Laut Halwani sind die gewonnenen Erkenntnisse von Bedeutung, da sie eine Erklärung dafür liefern könnten, warum manche Asthmapatienten gleichzeitig schwere Entzündungen und eine Therapieresistenz entwickeln. Er fügte hinzu, dass die Studie die Möglichkeit eröffnet, dass die gezielte Beeinflussung des STING-Signalwegs eine neue Therapiestrategie für Patienten mit schlecht auf Corticosteroide ansprechendem Asthma darstellen könnte.

Gleichzeitig mahnen die Autoren der Studie jedoch zur Vorsicht bei der Ableitung voreiliger klinischer Schlussfolgerungen. Obwohl die Ergebnisse STING als vielversprechendes therapeutisches Ziel nahelegen, sei nicht belegt, dass H151 zur Behandlung von Asthma geeignet ist. Die Ergebnisse basieren ausschließlich auf einem Tiermodell. Halwani betont, dass weitere Studien nötig sind, bevor STING endgültig als Ursache für die durch Siliziumdioxid bedingte Steroidhyporesponsivität bestätigt werden kann.

Zur Stärkung der Evidenz seien weitere Untersuchungen notwendig – darunter auch Experimente mit einer genetischen Deletion von STING. Nach Halwanis Angaben werden die Wissenschaftler ihre Untersuchungen fortsetzen, um beurteilen zu können, ob die Unterbrechung dieses Signalwegs die nach Siliziumdioxidexposition beobachteten Rezeptoranomalien und Entzündungsreaktionen verhindern oder rückgängig machen kann.

Sollten sich die Ergebnisse in Humanstudien bestätigen, könnten sie insbesondere für Regionen relevant sein, in denen die Bevölkerung regelmäßig Wüstensand- beziehungsweise -staubstürmen ausgesetzt ist oder an Arbeitsplätzen tätig sind, an denen siliziumdioxidhaltige Partikel häufig vorkommen. Daher könnten die Implikationen der Studie über Asthma hinaus auch Auswirkungen auf die Arbeits- und Umweltmedizin haben.

Die Studie unterstreicht zudem die weltweit zunehmende Belastung durch umweltbedingte und berufsbedingte Siliziumdioxidexposition und argumentiert, dass ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden biologischen Mechanismen sowohl für die Planung im Bereich der öffentlichen Gesundheit als auch für die klinische Praxis unerlässlich ist.

„Durch die Verknüpfung siliziumdioxidbedingter Epithelschäden und der Freisetzung von körpereigener DNA mit einer anhaltenden STING-Aktivierung, einem Ungleichgewicht der Glukokortikoidrezeptoren und einer verminderten Steroidempfindlichkeit liefert die Studie eine mögliche biologische Erklärung dafür, warum allergische Atemwegsentzündungen in staubreichen Umgebungen schwerer zu kontrollieren sein können“, konstatiert Halwani. (ac/BIERMANN)