Regulation von IL-17A durch das sympathoadrenerge System in einem Modell der chronischen Niereninsuffizienz

Abstract

Die Genese und Organmanifestation der chronischen Niereninsuffizienz (CKD) wird maßgeblich durch das sympathische Nervensystem geprägt, das wiederum stark von der renalen sympathischen Aktivität abhängig ist. Außerdem sind das Zytokin IL-17A und sein prominentester Produzent, die TH17-Zellen, ebenfalls ein wesentlicher Treiber dieser Pathologien. Ob und inwieweit sympathische Aktivität die IL-17A-Produktion (bzw. Ausscheidung) im CKD-Phänotyp reguliert, ist nicht bekannt. Die vorliegende Arbeit beleuchtet die Effekte einer Modulation des sympathoadrenergen Systems auf die Produktion und Ausscheidung von IL-17A sowie auf die kardiorenalen Endorganschäden bei chronischer Nierenschädigung. Hierfür dienen Ratten als Modell, die durch eine spezielle Adenin-Diät eine langsam progrediente, sekundäre Niereninsuffizienz entwickeln. Sie weisen durch herabgesetzte Nierenfunktion, kardiorenalen Gewebeumbau und gesteigerte Inflammation einen Phäntoyp auf, der jenem einer humanen CKD sehr nahekommt. Das Tiermodell eignet sich folglich, um unterliegende Mechanismen dieser Erkrankung zu untersuchen. Es werden drei Gruppen von Ratten untersucht: eine Gruppe mit CKD (Adenin), eine Gruppe mit CKD und renaler Denervation (Adenin+RDN) nach 4 Wochen und eine Kontrollgruppe (Control). Die Analyse der Endorganschäden umfasst wiederholte Blutdruckmessungen, eine viermalige Echokardiographie (nach 0, 4, 10 und 16 Wochen), inklusive Evaluation der linksventrikulären Masse und diastolischen Funktion, sowie eine histologische Auswertung der kardiorenalen Fibrose. Weiterhin werden Proteinanalysen (Western-Blots) von adrenerg stimulierten Splenozyten und Kardiomyoblasten sowie verschiedenen Geweben (LV, Niere), Blutplasma und Urin durchgeführt, um den jeweiligen IL-17A-Gehalt zu ermitteln. Schließlich dient eine IL-17A/CD3-Co- Immunofluoreszenzfärbung (von LV und Niere) dazu, weiterführende Informationen über die Herkunft und Verteilung von IL-17A im Gewebe zu sammeln. Der Vergleich dieser Parameter unter Tieren mit und ohne CKD sowie nierenkranken Tieren mit und ohne sympathikolytische Intervention (RDN) lässt Rückschlüsse auf die Wechselwirkungen im Trigonum von sympathischer Aktivität, IL-17A und Endorganschäden der CKD zu. Die Endorganschäden im untersuchten Rattenmodell sind ausgeprägt und umfassen nach 16 Wochen eine signifikante linksventrikuläre Hypertrophie (LVH) und diastolische Dysfunktion sowie eine partiell signifikante kardiorenale Fibrose. Durch den Eingriff der renalen Denervation werden die LVH, die diastolische Dysfunktion und die kardiale Fibrose signifikant reduziert. Im Gegensatz dazu erwirkt die Sympathikolyse lediglich rückläufige Trends für die Parameter der renalen interstitiellen Fibrose und der kardiorenalen Kollagenexpression (Typ I (Col1)). Unsere in-vitro-Daten offenbaren, dass sowohl Splenozyten als auch Kardiomyoblasten der H9c2-Linie auf β-adrenerge Stimulation (Isoproterenol) mit einer gesteigerten Produktion von IL-17A reagieren. Dieser Effekt ist vorrangig über den β-2-Adrenozeptor vermittelt. Weiterhin zeigen die nierenkranken Tiere erhöhte IL-17A-Level in LV und Nierenparenchym, die durch RDN linksventrikulär signifikant und renal tendenziell gesenkt werden. Das urinäre IL-17A ist in der Adenin-RDN-Gruppe deutlich erhöht. Die IL-17A/CD3-Co-Immunofluoreszenzfärbung (inklusive CD3+IL-17A+-Zellzählung) zeigt ausgeprägte renale IL-17A-Signale und Zellinfiltrate, deren Zahl nach RDN tendenziell zurückgeht. Im LV liegen keine relevanten TH17-Zellinfiltrate vor. In Zusammenschau konnte die vorliegende Arbeit zeigen, dass die Produktion und Ausscheidung von IL-17A teilweise einer sympathischen Regulation unterliegt und im Rahmen eines CKD-Modells erste Erkenntnisse darüber generieren, welche Mechanismen diesem pathogenetischen Synergismus zugrunde liegen. Diese Erkenntnisse könnten zukünftig wichtige Bausteine für die Entwicklung spezifischer und kausaler Behandlungs- möglichkeiten für die CKD und ihre mannigfaltigen Endorganschäden bedeuten.

The pathogenesis and organ manifestation of chronic kidney disease (CKD) are largely shaped by the sympathetic nervous system, which in turn is strongly dependent on renal sympathetic activity. In addition, the cytokine IL-17A and its main producer, TH17 cells, are also a major driver of these pathologies. Whether and to what extent sympathetic activity regulates IL-17A production (or excretion) in the CKD phenotype is not known. The present study elucidates the effects of modulation of the sympathoadrenergic system on IL-17A production and excretion as well as on cardiorenal end-organ damage in chronic kidney injury. For this purpose, rats serve as animal model, which develops a slowly progressive, secondary renal insufficiency due to a special adenine diet. Due to reduced renal function, cardiorenal tissue remodeling and increased inflammation, they exhibit a phenotype that resembles that of human CKD and is therefore suitable for investigating the underlying mechanisms of this disease. Three groups of rats are studied: one group with CKD (Adenin), one group with CKD and renal denervation (Adenin+RDN) after 4 weeks and a control group (Control). Analysis of end-organ damage includes sequential blood pressure measurement (in the last 3 days before sacrifice), echocardiography (after 0, 4, 10 and 16 weeks), including evaluation of left ventricular mass and diastolic function, and histological evaluation of cardiorenal fibrosis. Furthermore, protein analyses (Western blots) of adrenergically stimulated splenocytes, cardiomyoblasts, various tissues (LV, kidney), plasma and urine are performed to determine the respective IL-17A content. Finally, IL-17A/CD3 co-immunofluorescence staining (of LV and kidney) is used to gather further information on the origin and distribution of IL-17A in the tissues. Comparison of these parameters among animals with and without CKD as well as kidney diseased animals with and without antisympathetic intervention (RDN) allows conclusions to be drawn about the interactions in the trigonum of sympathetic activity, IL-17A and end-organ damage of CKD. End-organ damage in the studied rat model includes left ventricular hypertrophy (LVH), diastolic dysfunction and marked cardiorenal fibrosis at 10 weeks. Renal denervation significantly reduces LVH, diastolic dysfunction and cardiac fibrosis. In contrast, RDN produces merely decreasing trends in the parameters of renal interstitial fibrosis and cardiorenal collagen levels (type I (Col1)). Our in vitro data reveal that both splenocytes and cardiomyoblasts of the H9C2 lineage respond to β-adrenergic stimulation (isoproterenol) with increased production of IL-17A. This effect is primarily mediated via the β-2-adrenoceptor. Furthermore, the CKD animals show increased IL-17A levels in LV and renal tissue. RDN significantly reduces IL-17A in the LV and trends to lower renal IL-17A. Urinary IL-17A is significantly increased in the RDN group. IL-17A/CD3-Co- Immunofluorescence staining (including CD3+IL-17A+-cell count) shows pronounced renal IL-17A signals and cell infiltrates, the number of which decreases after RDN. No relevant TH17 cell infiltrates were seen in the LV. In summary, the present study was able to show that the production and excretion of IL-17A is partly subject to sympathetic regulation and, within the scope of a CKD model, to generate initial insights into the mechanisms underlying this pathogenetic synergism. In the future, these findings could be important building blocks for the development of specific and causal treatment options for CKD and its manifold end-organ damages.