Makrophagen-Hemmfaktor und hochmobiles Gruppe-1-Protein bei Kindern, die sich einem kardiopulmonalen Bypass unterziehen

ZWECK: Dokumentation des Vorhandenseins oder Fehlens der proinflammatorischen Zytokine Macrophage Migration Inhibitor Factor (MIF) und High-Mobility-Gruppe-1-Protein (HMG-1) im Serum und Myokard von Kindern, die sich einem kardiopulmonalen Bypass (CPB) unterziehen, und Korrelation des Vorhandenseins oder Fehlen dieser Zytokine mit klinischem Ergebnis nach CPB

HINTERGRUND: MIF, ein 12,5-kD-Protein, das in den 1960er Jahren als Substanz entdeckt wurde, die von sensibilisierten T-Lymphozyten produziert wird, die an Überempfindlichkeit vom verzögerten Typ beteiligt sind, hat sich als Schlüsselzytokin in der angeborenen Immunantwort auf infektiöse und entzündliche Reize herausgestellt. Zu den MIF-Quellen gehören Monozyten/Makrophagen, der Hypophysenvorderlappen, Leber, Niere, Milz und Gehirn. MIF wird als Reaktion auf verschiedene Reize freigesetzt, darunter Lipopolysaccharid (LPS), Toxic-Shock-Syndrom-Toxin-1, Tumornekrosefaktor (TNF) und Interferon (INF). Nach seiner Freisetzung fördert MIF die Sekretion anderer proinflammatorischer Mediatoren durch Makrophagen und T-Zellen und verstärkt so die Immunantwort des Körpers. Darüber hinaus verfügt MIF über die einzigartige Fähigkeit, die entzündungshemmende und immunsuppressive Wirkung von Glukokortikoiden außer Kraft zu setzen (Calandra et al., Nature Medicine, Februar 2000). MIF in Kombination mit LPS steigert die Letalität in murinen Endotoxämiemodellen und die Verabreichung von Anti-MIF-Antikörpern erhöht das Überleben in murinen Sepsismodellen. (Calandra et al., Nature Medicine, Februar 2000). Darüber hinaus sind MIF-Knockout-Mausmodelle resistent gegen tödliche LPS-Dosen (Bozza et al., J Exp Med, Januar 1999).

HMG-1, ein 1973 entdecktes 30-kD-Protein, ist ein Nichthiston-Chromatin-assoziiertes Protein, das als DNA-Bindungsprotein an der Nukleosomenstabilisierung, der Erleichterung der Gentranskription und als Modulator der Steroid-Heimrezeptoraktivität beteiligt ist. In jüngerer Zeit wurde HMG-1 als ein von Monozyten/Makrophagen abgeleitetes Zytokin in Betracht gezogen, das als später Vermittler der Endotoxinletalität dient (Wang et al., Science 1999). Maus- und menschliche Makrophagen/Monozyten setzen 18 Stunden nach der Exposition gegenüber bakteriellem Endotoxin große Mengen HMG-1 frei. Die Serum-HMG-1-Spiegel steigen 16–36 Stunden nach der LPS-Verabreichung in Mausmodellen mit letaler Endotoxämie an. Die Verabreichung von Anti-HMG-Antikörpern verringert die Letalität in diesen Modellen, selbst wenn die Verabreichung 2 Stunden nach der LPS-Exposition erfolgt. Gereinigtes rHMG-1 ist für LPS-reaktive und LPS-resistente Mäuse tödlich. Die HMG-1-Spiegel sind bei Patienten mit Sepsis erhöht und bei Nichtüberlebenden höher als bei Überlebenden. (Wang et al., Science 1999). Auch bei Patienten mit hämorrhagischem Schock sind die HMG-Spiegel erhöht (Ombrellino et al., Lancet 1999). HMG-1 induziert die TNF-Freisetzung durch kultivierte menschliche periphere Blutmonozyten (Andersson et al., J Exp Med, 2000).

Der kardiopulmonale Bypass (CPB) löst einen Entzündungszustand aus, der mit Endotoxämie und Zytokinerhöhung einhergeht (Lequier et al., Chest, Juni 2000). Es ist bekannt, dass Zytokine tiefgreifende Auswirkungen auf die Herzfunktion bei Sepsis haben. Eine Herzdepression tritt häufig nach CPB auf und kann mit einem Anstieg der Zytokine zusammenhängen. Die Rolle von MIF und HMG-1 im CPB-induzierten Entzündungszustand ist unbekannt. Wir haben das Vorhandensein von MIF im murinen Herzgewebe als Reaktion auf LPS nachgewiesen und führen derzeit Zeitverlaufsstudien und Funktionstests durch, um die Reaktion muriner Herzmuskelzellen auf MIF-Stimulus zu untersuchen. Um die klinische Relevanz unserer Labordaten zu untersuchen und den nach CPB auftretenden Entzündungszustand weiter zu charakterisieren, möchten wir Humandaten erhalten, die die MIF-Spiegel im menschlichen Serum und Myokard mit dem klinischen Ergebnis nach CPB korrelieren. Da die nach der CPB beobachtete Myokarddepression außerdem 12 bis 24 Stunden nach der CPB auftritt, was darauf hindeutet, dass ein später Entzündungsmediator bei der Myokarddepression nach der CPB wichtig sein könnte, möchten wir das Serum von Patienten, die sich einer CPB unterziehen, auf HMG-1 untersuchen korrelieren das Vorhandensein oder Fehlen von HMG-1 mit dem klinischen Ergebnis.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DES PROJEKTS: Wir schlagen vor, eine Population von Säuglingen und Kindern zu untersuchen, die sich einer operativen Reparatur einer angeborenen Herzerkrankung unterziehen, bei der erwartet wird, dass Herzgewebe entfernt wird. Bei den Patienten wird vor der Operation eine Beurteilung der Herzfunktion mittels Echokardiographie sowie Blutuntersuchungen auf Tumornekrosefaktor (TNF), Interleukin-6, Interleukin-8, Interleukin-10, Komplement 3a, MIF und HMG-1 durchgeführt. Herzgewebe, das als geplanter Teil des chirurgischen Eingriffs entfernt wird, wird auf MIF sowie auf Anzeichen von Apoptose, einem möglichen Mechanismus für Zelltod und Myokardfunktionsstörung als Reaktion auf MIF oder HMG-1, untersucht. Die Patienten werden auf der Intensivstation auf eine Reihe klinischer Ergebnisindikatoren überwacht, darunter Vitalfunktionen, Flüssigkeitsstatus, inotroper Bedarf, Säure-Basen-Status usw. Blut wird vor der Operation und im Alter von 1, 8, 24, 48 und 30 Jahren entnommen 72 Stunden nach der Operation für Zytokintests zur Charakterisierung der Entzündungsreaktion jedes Patienten. Wir werden dann feststellen, ob die MIF- und/oder HMG-1-Spiegel mit dem klinischen Ergebnis korrelieren.

QUELLEN FÜR FORSCHUNGSMATERIAL: Die Blutentnahme erfolgt prä- und postoperativ wie beschrieben. Als routinemäßiger Teil des Eingriffs wird zum Zeitpunkt der Operation Herzgewebe entnommen. Die an den Proben durchgeführten biochemischen Tests dienen ausschließlich Forschungszwecken. Klinische Daten werden aus routinemäßig aufgezeichneten Daten aus der elektronischen Intensivstationskarte jedes Patienten gewonnen.

REKRUTIERUNG VON PROJEKTEN: Die Probanden werden präoperativ in der Kardiologieklinik oder auf der Intensivstation rekrutiert. Die schriftliche Einverständniserklärung eines Elternteils/Erziehungsberechtigten wird von einem der Studienprüfer eingeholt.

POTENZIELLE RISIKEN: Die Teilnahme an der Studie wird für den Patienten/die Familie keine zusätzlichen Beschwerden oder Belastungen mit sich bringen. Die Entfernung von Herzgewebe wird unabhängig von der Studienteilnahme ein geplanter Teil der herzchirurgischen Reparatur sein. Blutproben werden aus einem routinemäßig vor der Operation platzierten Verweilkatheter entnommen und zu Zeitpunkten entnommen, zu denen normalerweise routinemäßige prä- und postoperative Tests durchgeführt werden. Die entnommene Blutmenge (~4 ml/Probe) sollte keine hämodynamischen Beeinträchtigungen verursachen oder zu einem zusätzlichen Ersatz von Blutprodukten führen. Unabhängig von der Studienteilnahme erhalten alle Patienten auf der Intensivstation die gleiche hochwertige Pflege und Überwachung. Patienten sind nicht für Kosten verantwortlich, die ausschließlich aus der Forschung entstehen.

BESONDERE VORSICHTSMASSNAHMEN: Alle Blutproben werden steril entnommen. Als Routinebestandteil des chirurgischen Eingriffs wird im Operationssaal Herzgewebe entnommen.

BIOSSTATISTIK: Eine Zufallsstichprobe von 30 Probanden wird ausgewählt, um zu bestimmen, ob MIF und HMG-1 im Herzgewebe sowie im Serum vorhanden sind, das vor und nach der CPB wie oben beschrieben gewonnen wurde. Beschreibende Statistiken der Patientendemografie sowie der Plasma- und Gewebekonzentrationen der angegebenen Zytokine werden mit klinischen Ergebnisvariablen korreliert.