Charakterisierung der Akut-Phase Reaktion in humanen Lebergewebekulturen mittels transkriptomweiter Expressionsanalysen

Hintergrund: In Folge der metabolischen Überlastung der Leber und des Operationstraumas tritt nach ausgedehnter Leberteilresektion häufig ein postoperatives Leberversagen (POLF) auf. Dieses ist eine schwere Komplikation. Um den Beitrag genetischer Faktoren an dem interindividuell unterschiedlichen Entzündungsgeschehen, der mit dem POLF einhergeht, sollen eQTL- (Expression Quantitative Trait Locus) Analysen durchgeführt werden. Vorbereitend dazu wurde ein Gewebekulturmodell humaner Leberproben etabliert, das die durch nicht-sterile (z.B. LPS) oder durch sterile (z.B. pro-inflammatorische Cytokine) Stimuli hervorgerufene Entzündungsreaktion in der Leber in vitro imitiert.

Methoden: Mit einem Tissue-Chopper wurden Gewebeschnitte (325 µm) aus humanen Leberteilresektaten angefertigt und mit einem Cocktail proinflammatorischer Zytokine (IL-6, IL1-β und TNFα) oder mit LPS stimuliert. Nach 8h, 12h und 24h Inkubation wurde die Akut-Phase-Reaktion anhand des Anstiegs der Akut-Phase-Proteine CRP, SAA und Fibrinogen im Medienüberstand oder im Gewebe bestimmt. Zur Identifizierung differentiell exprimierter Gene wurden Array-basierte transkriptomweite Expressionsanalysen durchgeführt.

Ergebnisse: Wahrscheinlich durch den operationsbedingten Gewebestress war die Akut-Phase-Reaktion in den Leberproben bereits ohne weitere Stimulation deutlich erhöht. Diese fiel im Verlauf der Gewebekultur ab. Durch die Stimulation mit Zytokinen bzw. LPS konnte die Sekretion der Akut-Phase-Proteine leicht gegenüber Ausgangswerten erhöht bzw. der Abfall im Kulturverlauf verlangsamt werden. Die Stimulation mit Cytokinen ergab im Vergleich mit LPS eine ca. 2,5-fach höhere Zahl an differentiell exprimierten Genen, von denen 20% durch beide Stimuli erhöht wurden. Durch Pathway-Analysen konnten die Gene u.a. inflammatorischen und immunmodulatorischen Signalwegen wie Cytokin- und Chemokin-Rezeptorinteraktionen sowie der hepatischen innaten Immunantwort, wie dem NOD- und Toll-like Rezeptor-Signaling, zugeordnet werden.

Schlussfolgerung: In den Lebergewebekulturen konnte eine maximale Akut-Phase-Reaktion durch verschiedene inflammatorische Stimuli erzeugt werden. Transkriptomweite Expressionsanalysen lieferten signifikante Hinweise auf beteiligte Gene/Transkripte und Signalwege. Folglich eignet sich die Methode für zukünftige eQTL-Analysen zum Erfassen des genetischen Beitrags an der interindividuell unterschiedlichen Molekularpathogenese des POLF.