Trockenes Auge: Hyperosmolarität fördert die Pyroptose von Makrophagen

Eine aktuelle chinesische Arbeit zeigt, dass die Hyperosmolarität die Pyroptose von Makrophagen fördert, indem sie die glykolytische Umprogrammierung von Hornhautepithelzellen bei trockenen Augen vorantreibt.

Die Hyperosmolarität des Tränenfilms spielt eine zentrale Rolle bei der Entstehung des Syndroms des Trockenen Auges (DED: aus dem engl. dry eye disease), indem sie die Störung der Homöostase der Augenoberfläche vermittelt und Entzündungen im Epithel der Augenoberfläche auslöst.

Forscher des Zhejiang Provincial Engineering Institute on Eye Diseases, Hangzhou, China, haben die Mechanismen, die mit der hyperosmolaren Mikroumgebung, der durch Glykolyse vermittelten, metabolischen Umprogrammierung und der Pyroptose zusammenhängen, klinisch in vitro und in vivo untersucht. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift „Frontiers of Medicine“ veröffentlicht.

Expression von Glykolyse- und Pyroptose-bezogenen Genen war hochreguliert

Die Daten der klinischen DED-Proben ergaben, dass die Expression von Glykolyse- und Pyroptose-bezogenen Genen, darunter PKM2 und GSDMD, signifikant hochreguliert war. Zudem wurde beobachtet, dass die Sekretion von IL-1β signifikant anstieg.

Hauptursache für Entzündung: Hyperosmolare Umgebung induziert metabolische Reprogrammierung von HCECs

Um die Interaktion zwischen den Zellen zu untersuchen, wurde in vitro die indirekte Co-Kultur von Makrophagen aus THP-1 und menschlichen Hornhautepithelzellen (HCECs) verwendet. Die Wissenschaftler stellten fest, dass die hyperosmolare Umgebung die metabolische Reprogrammierung von HCECs stark induziert. Das könnte den Forschern zufolge die Hauptursache für die nachfolgende Entzündung in Makrophagen nach Aktivierung der entsprechenden Gen- und Proteinexpression sein.

Des Weiteren ergaben die Untersuchungen, dass 2-Desoxy-D-Glucose (2-DG) die Glykolyse von HCECs hemmen und anschließend die Pyroptose von Makrophagen unterdrücken konnte. In vivo zeigte 2-DG eine potenzielle Wirksamkeit bei der Linderung der DED-Aktivität und konnte die Überexpression von Genen und Proteinen, die mit Glykolyse und Pyroptose in Zusammenhang stehen, signifikant reduzieren.

_{Veränderungen des Glykolyse- und Pyroptose-Niveaus in der Hornhaut des DED-Mausmodells. (A) Die Tränensekretion wurde mittels Schirmer-Test bei MRL/MPJ-Kontrollmäusen und MRL/lpr-DED-Mäusen untersucht. (B) Die Laktatkonzentrationen wurden mittels Laktat-Assay in der Hornhaut gemessen. Die Daten wurden mittels t-Test analysiert und sind als Mittelwert ± SD dargestellt; *P < 0,05 und **P < 0,01. (C) Quantifizierung der Genexpressionen von Nlrp3, Caspase-1, Gsdmd und Il-1β in der Hornhaut mittels RT-qPCR. Die Daten wurden mittels Einweg-ANOVA analysiert und sind als Mittelwert ± SD dargestellt (n = 3); * P < 0,05, ** P < 0,01 und *** P < 0,001. (D) Proteinexpressionsniveaus von PKM2, gespaltenem Caspase-1, gespaltenem Gasdermin D und gespaltenem IL-1β, die in der Hornhaut mittels Western-Blot-Analyse nachgewiesen wurden. Die repräsentativen Immunoblots und die Proteinquantifizierung wurden mittels t-Test analysiert; * P < 0,05 und *** P < 0,001. (E) Mit TUNEL-Assay markierte tote Zellen in der Hornhaut von Mäusen; tote Zellen sind grün markiert, Zellkerne blau. Maßstab = 50 μm (20×). Die Quantifizierung des Verhältnisses von TUNEL-positiven Zellen zu Gesamtzellen erfolgte durch TUNEL-Färbung. Die Daten sind als Mittelwert ± SD dargestellt; **P < 0,01 im Vergleich zur Kontrollgruppe (t-Test). Repräsentative Bilder (F) der Färbung von Makrophagen (F4/80, rot), die in die Hornhaut von Mäusen eindringen. Maßstab = 100 μm (40×). Die Quantifizierung des Verhältnisses von F4/80-positiven Zellen zu den Gesamtzellen wurde durch IHC-Färbung durchgeführt. Die Daten sind als Mittelwert ± SD dargestellt; *P < 0,05 im Vergleich zur Kontrollgruppe (t-Test).Grafik.©Higher Education Press}

Glykolytische Umprogrammierung fördert Entzündung durch vermittelte Pyroptose

Laut den Autoren lassen die Ergebnisse darauf schließen, dass die durch Hyperosmolarität induzierte glykolytische Umprogrammierung eine aktive Rolle bei der Förderung der DED-Entzündung durch Vermittlung der Pyroptose spielt.

Diese Studie wurde von der National Natural Science Foundation of China und den Major Science and Technology Projects der Provinz Zhejiang unterstützt.

(sas/BIERMANN)