Der nicht-selektive Kationenkanal TRPC6 in der Lunge des Menschen und bei SARS-CoV-2-Infektion

Abstract

Hintergrund und Fragestellung Die Lunge des Menschen erfüllt essenzielle Körperfunktionen. Sie sorgt für einen geregelten Gasaustausch, bei dem der Sauerstoff aus der Atemluft durch die kleinsten Lungenbläschen aufgenommen wird und zu den Endorganen transportiert werden kann. Umgekehrt wird das beim Stoffwechsel anfallende Endprodukt Kohlenstoffdioxid über die Lungen abgeatmet und so außerdem der Säure-Basen-Haushalt des Körpers im Gleichgewicht gehalten. Ist die Integrität der Lunge gestört, beispielsweise durch Erkrankungen wie die erst kürzlich weltweit relevante Covid-19-Erkrankung, kann das schwerwiegende Folgen für die Gesundheit haben. Charakteristika dieser Erkrankung sind Entzündungsreaktionen und Umbauprozesse des physiologischen Lungengewebes. Es ist bereits aus vorangegangenen Arbeiten bekannt, dass die TRPC6-Kanäle, eine Gruppe Ca2+- durchlässiger Kationenkanäle, an vielen physiologischen Prozessen im Körper beteiligt sind. Es wurde auch molekulargenetisch festgestellt, dass sie unter anderem bei oben genannten Entzündungsreaktionen und Umbauprozessen, wie Fibrose, eine Rolle spielen. Daher ist es naheliegend, dass TRPC6-Kanäle auch bei der Ausbildung und Aggravation der Coronavirus-Erkrankung von Bedeutung sind. Ziel dieser Arbeit war es erstmals das Vorhandensein von TRPC6-Kanälen in physiologischem Lungengewebe histologisch nachzuweisen, als auch zu untersuchen, ob es einen Unterschied in der Expression von TRPC6 bei der Covid-19-Erkrankung im Vergleich zu gesunden Lungen gibt.

Material und Methoden Es wurden Gewebeproben aus der Lunge von 13 gesunden Körperspendern und Gewebeproben von 4 Covid-Pneumonien gegenübergestellt. Die Lungenproben der 13 Körperspender wurden eigenhändig entnommen. Bei 8 der 13 Körperspender wurde aus jedem Lungenlappen eine Probe entnommen, was demnach 5 Proben pro Körperspender ergibt. Bei 5 Körperspendern wurden nur vereinzelte Proben entnommen. Nach der Entnahme wurden die Proben histologisch aufgearbeitet. Dazu wurden sie zunächst in Formalin und PBS überführt, danach entwässert, eingebettet, geschnitten und gefärbt. Die Proben der 4 Covid-19-Pneumonien wurden vom Institut für allgemeine und spezielle Pathologie der Universität des Saarlandes bereitgestellt. Bei den durchgeführten Färbungen handelt es sich zum einen um eine standardisierte HE-Färbung, zum anderen um eine spezielle immunhistochemische Antikörperfärbung mittels TRPC6-Antikörper. Anschließend konnten die Schnitte unter einem Lichtmikroskop untersucht und anhand einer Auswertungstabelle ausgewertet werden. Dabei wurde die Stärke der Expression von TRPC6 unterschieden in nicht positiv, wahrscheinlich positiv, eindeutig positiv und stark positiv.

Ergebnisse und Schlussfolgerung In gesundem Lungengewebe konnten wie erwartet TRPC6-Kanäle nachgewiesen werden. Sie fanden sich ganz besonders im respiratorischen Flimmerepithel, der glatten Muskulatur der Bronchioli, in den Alveolarsepten sowie in der Wand kleinerer Lungengefäße. Im Vergleich dazu zeigte sich in Covid-19-Lungen eine zum Teil veränderte Expression. Hier wiesen vor allem die entzündlichen Bereiche mit Ödem, pneumonischen Infiltraten und hyalinen Membranen sowie fibrotisch umgebautes Gewebe eine sehr starke TRPC6-Expression auf. Außerdem war die Wand der stauungsbedingt dilatierten kleinsten Kapillaren vermehrt mit TRPC6 angereichert. Im Gegensatz dazu stellten sich die größeren Gefäße und Bronchiolen weniger TRPC6-reich dar. Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass TRPC6-Kanäle zum einen für die physiologische Lungenintegrität wichtig sind, zum anderen aber auch eine Rolle bei pathologischen Vorgängen spielen und eine Entzündung im Rahmen einer SARS-CoV-2-Infektion möglicherweise sogar aggravieren können. Infolgedessen könnten sie zukünftig einen wichtigen Angriffspunkt zur medikamentösen Therapie und Prophylaxe von Lungenschäden darstellen.

Background and question The human lungs are essential for life. It ensures a regulated gas exchange in which the oxygen from the air we breathe is absorbed by the smallest alveoli in the lungs and can be transported to the end organs. Conversely, the end product carbon dioxide produced during metabolism is exhaled through the lungs, thereby keeping the body's acid-base balance in balance. The lungs therefore fulfill important bodily functions. If the integrity of the lungs is disturbed, for example due to diseases such as the recently globally relevant Covid-19 disease, this can have serious consequences for health. The characteristics of this disease are inflammatory reactions and remodeling processes of the physiological lung tissue. It is already known from previous work that the TRPC6 channels, a group of Ca2+ permeable cation channels, are involved in many physiological processes in the body. It has also been determined through molecular genetics that they play a role in the above-mentioned inflammatory reactions and remodeling processes, such as fibrosis. Therefore it is obvious that TRPC6 channels are also important in the development and progression of coronavirus disease. The aim of this work was to histologically demonstrate the presence of TRPC6 channels in physiological lung tissue for the first time and to investigate whether there is a difference in the expression of TRPC6 in Covid-19 disease compared to healthy lungs.

Material and methods Tissue samples from the lungs of 13 healthy body donors and 4 Covid-19 pneumonias were compared. The lung samples from the 13 body donors were taken by hand. In 8 of the 13 body donors, a sample was taken from each lung lobe, resulting in 5 samples per body donor. From 5 body donors there were only taken isolated samples. After collection, the samples were processed histologically. To do this, they were first transferred to formalin and PBS, then dehydrated, embedded, sectioned and stained. The samples from the 4 Covid-19 pneumonias were provided by the Institute for General and Special Pathology at Saarland University. The stainings carried out were a standardized HE staining and a special immunohistochemical antibody staining using TRPC6 antibodies. The sections could then be examined under a light microscope and evaluated using an evaluation table. The strength of TRPC6 expression was differentiated into not positive, probably positive, clearly positive and strongly positive.

Results and conclusion As expected, TRPC6 channels could be detected in healthy lung tissue. They were found particularly in the respiratory ciliated epithelium, the smooth muscles of the bronchioli, in the alveolar septa and in the wall of smaller pulmonary vessels. In comparison, expression was partially altered in COVID-19 lungs. Here, especially the inflammatory areas with edema, pneumonic infiltrates and hyaline membranes as well as fibrotically remodeled tissue showed very strong TRPC6 expression. In addition, the wall of the smallest capillaries, which were dilated due to congestion, was increasingly enriched with TRPC6. In contrast, the larger vessels and bronchioles were less TRPC6-rich. These results suggest that TRPC6 channels are important for physiological lung integrity, but also play a role in pathological processes and may even aggravate inflammation in the context of Covid-19-Infection. In the future, they could therefore represent an important target for drug therapy and prevention of lung damage.