Antimikrobielle Aktivität humaner Kolonepithelzellen unter besonderer Berücksichtigung des Cathelicidins LL-37

Hintergrund:

Die normale mikrobielle Flora des humanen Kolons ist bis auf wenige Ausnahmen nicht pathogen. Das Kolonepithel, welches permanent mit 10¹⁴ Mikroorganismen konfrontiert wird und als einschichtiges Epithel sehr empfindlich ist, verfügt über spezifische Strategien opportunistische Infektionen zu vermeiden. Mechanischen Schutz bietet die sezernierte Schleimschicht (Mucor), in deren Matrix u.a. antimikrobiell wirksame Peptide (AMP) (LL-37, hBD2, hBD3) eingelagert sind. Insbesondere bei schweren Krankheitsbildern, die mit einer Beeinträchtigung der intestinalen Barrierefunktion einhergehen, könnten AMPs eine wichtige Rolle spielen. Daher ist die Analyse von apathogenen Bakterien (Enterobacter aerogenes und E. coli) auf die LL-37-Genexpression von besonderem Interesse.

Da das enterale Ernährungssupplement Intestamin® die Barrierefunktion des intestinalen Epithels bei bestimmten Erkrankungen nachweislich unterstützt und Vitamin D3 (Calcitriol) LL-37 in Hautepithelzellen induziert, wurde Intestamin® und Calcitriol hinsichtlich ihrer Wirkung auf die LL-37-Genexpression in verschiedenen Kolonepithelzellen analysiert.

Methoden:

Die kolorektalen Karzinomzelllinien SW-620, T84 und HT-29 sowie die Adenomzelllinie Geki-2 wurden mit den Substanzen Vitamin D3 und Intestamin® im Standardmedium und den Enterobakterien E. coli und Enterobacter aerogenes in Kulturmedium inkubiert. Die Expression von LL-37 wurde mittels real-time PCR untersucht. Weiterhin wurde die MIC (minimal inhibierende Konzentration) von LL-37 auf diese Enterobakterien bestimmt.

Ergebnisse:

• Die Koinkubation von lebenden E. aerogenes/E. coli mit einer geschlossenen Epithelzellschicht zeigte keinen Einfluss auf die LL-37-Genexpression in den getesteten Kolonepithelzellen, auch nicht nach zusätzlicher Präinkubation der Zellen mit Butyrat.

• Zudem wurde die hemmende Wirkung von LL-37, sowie von Enterocyten auf diesen Mikroorganismus analysiert. Der hier ermittelte bakterizide Effekt von synthetischem LL-37 gegenüber E. aerogenes in vitro wurde auf eine minimale inhibitorische Konzentration (MIC) von 0,5µM festgelegt. Gegenüber E. coli betrug die MIC 2µM.

• Die Inkubation mit Intestamin® führt zu einer dosis- und zeitabhängigen Induktion der LL-37-Genexpression in den getesteten Zelllinien.

• Die Inkubation mit Vitamin D3 zeigte in allen getesteten kolorektalen Karzinomzelllinien keine signifikante Induktion der LL-37-Genexpression. Jedoch konnte eine Induktion in der Adenomzelllinie Geki-2 verzeichnet werden.

Schlussfolgerung:

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sollen einerseits zu einem besseren Verständnis der Regulation der endogenen Antibiotika im unteren Gastrointestinaltrakt führen und andererseits einen wichtigen Beitrag für die Bewertung und den Einsatz von Substanzen leisten, die im klinischen Alltag bei bestimmten Erkrankungen die Barrierefunktion fördern können. Daher kann eine Stimulation von LL-37 durch Intestamin® als positiver Effekt angesehen werden, da der körpereigene Schutz vor Infektionen gesteigert wird.

Die antimikrobielle Aktivität gegenüber E. aerogenes und E. coli scheint mit der zellulären LL-37-Genexpression nicht unmittelbar in Verbindung zu stehen, da diese durch eine Infektion nicht induziert wird. Der bakterizide Effekt wird offensichtlich über andere Mechanismen vermittelt, was darauf beruhen könnte, dass die von uns verwendeten Mikroorganismen apathogene Keime der physiologischen Darmflora sind und in die Abwehr von Krankheitserregern und in Stoffwechselvorgänge eingebunden sind, und somit für den gesunden Organismus keine Gefährdung darstellt.