Beteiligung von Schadstoffen bei atopischer Dermatitis und Psoriasis (DIAhR)

I. Einleitung Umweltverschmutzung ist ein wesentlicher Bestandteil des Exposoms und hat erwiesenermaßen einen Zusammenhang mit der menschlichen Gesundheit. Schätzungen zufolge war die Umweltverschmutzung im Jahr 2019 für 9 Millionen vorzeitige Todesfälle verantwortlich und war damit der viertgrößte Risikofaktor für die Sterblichkeit weltweit. In den letzten 20 Jahren sind die durch Umweltverschmutzung verursachten Todesfälle um 66 % gestiegen. Dies ist auf die Industrialisierung, unkontrollierte Urbanisierung, Bevölkerungswachstum, die Verbrennung fossiler Brennstoffe und das Fehlen restriktiver Richtlinien in einigen Regionen zurückzuführen.

Die Hautschicht besteht aus einem komplexen Netzwerk von Zellen, die eine mechanische und biologische Barriere bilden, die für die Aufrechterhaltung der Integrität und Homöostase des Körpers unerlässlich ist. Verschmutzung kann diese Funktion direkt beeinträchtigen, indem sie die Barriere überschreitet oder durch Einatmen oder Verschlucken in den Körperkreislauf gelangt.

Atopische Dermatitis (AD) und Psoriasis sind chronisch entzündliche Hauterkrankungen mit multifaktoriellem Ursprung, einschließlich genetischer Veranlagung, Immunschwäche und Umweltfaktoren. Epidemiologische Studien haben einen positiven Zusammenhang zwischen Luftverschmutzung und der Entstehung dieser Krankheiten gezeigt.

Angesichts ihrer hohen Prävalenz und der Auswirkungen der Symptome auf die Lebensqualität der Patienten stellt ein besseres Verständnis des Exposoms bei diesen Krankheiten eine große Herausforderung dar.

Experimentelle Studien haben gezeigt, dass der Signalweg des aromatischen Kohlenwasserstoffrezeptors (AhR) eine bedeutende Rolle bei der Auswirkung von Schadstoffen auf Psoriasis und AD spielt. AhR ist ein Transkriptionsfaktor, der an der Reaktion auf Umweltschadstoffe beteiligt ist und in einem zytoplasmatischen Komplex mit Chaperonproteinen inaktiv bleibt. Bei der Bindung mit seinem Liganden wandert AhR in den Kern und dimerisiert mit seinem Kernpartner Arnt. Die Aktivierung des Komplexes führt zur Expression zahlreicher Gene, deren Promotoren eine Konsensussequenz namens Xenobiotic Response Element (XRE) enthalten.

Die Aktivatorliganden des AhR umfassen in der Umwelt vorkommende Xenobiotika, vor allem polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Dioxine und sogenannte „dioxinähnliche“ Verbindungen 12. Dieser Signalweg gilt als „adaptive“ Reaktion zur Entgiftung des Körpers von verschiedenen exogenen Verbindungen. Eine längere Aktivierung des AhR durch solche Wirkstoffe kann jedoch zu einer Deregulierung des Entzündungsprozesses führen und zur Entwicklung von Psoriasis und AD beitragen.

Der Aryl-Kohlenwasserstoff-Rezeptor (AhR) reguliert die Transkription der Cytochrome 1A1 (CYP1A1) und 1B1 (CYP1B1), die Mitglieder einer Multigenfamilie von Enzymen sind, die am xenobiotischen Stoffwechsel beteiligt sind. Diese Enzyme katalysieren die Bioaktivierung von HAPs in elektrophile Metaboliten, was zur Aktivierung von NFκB führt, einem Schlüsselakteur bei der Entzündungsreaktion. Während ihres Katalysezyklus produzieren diese CYP1-Enzyme reaktive Sauerstoffspezies (ROS), die oxidativen Stress erzeugen. Darüber hinaus ist der AhR für die Regulierung der Expression proinflammatorischer Zytokine verantwortlich, darunter IL1β, TNFα, IL23, IL17 und IFNγ. Es kann das Gleichgewicht zwischen Th17-Lymphozyten und regulatorischen T-Zellen (Tregs) direkt beeinflussen und möglicherweise zu kutanen Entzündungsprozessen beitragen.

Es bedarf jedoch weiterer Forschung, um die Rolle von AhR bei der Pathogenese chronisch entzündlicher Dermatosen besser zu definieren. Dies wird bei der Behandlung und Prävention dieser Krankheiten hilfreich sein, insbesondere wenn Umweltrisikofaktoren mit der Veranlagung verbunden sind.

II. Zielsetzung:

Es wird vermutet, dass die Aktivierung von AhR durch exogene Liganden eine Rolle bei der Entwicklung von atopischer Dermatitis und Psoriasis spielen könnte.

Das Hauptziel besteht darin, die Werte der Aktivierungsmarker des AhR-Signalwegs zwischen Fällen und Kontrollen zu vergleichen.

Zu den sekundären Zielen gehört die Korrelation der Umweltexposition gegenüber AhR-Liganden mit der Schwere der Erkrankung bei Patienten.

Abschließend werden wir die Expression von Entzündungs- und AhR-Aktivierungsmarkern in kultivierten mononukleären Zellen des peripheren Blutes (PBMCs) nach In-vitro-Stimulation mit Benzo(a)pyren vergleichen.

III. Material und Methoden:

Wir werden eine Fall-Kontroll-Studie durchführen:

• Fall: Patienten mit chronisch entzündlicher Dermatose entsprechend Psoriasis oder atopischer Dermatitis.
• Kontrollen: Personen, die die dermatologische Abteilung konsultieren und nicht an diesen Pathologien leiden.

Alle Teilnehmer, einschließlich Patienten und Kontrollpersonen, werden im Rahmen ihrer üblichen medizinischen Versorgung einer Konsultation/Krankenhauseinweisung und biologischen Tests unterzogen. Die im Rahmen des Protokolls durchgeführten Verfahren beeinträchtigen ihre Pflege nicht.

Zur toxikologischen Analyse wird eine Probe von 10 ml Blut entnommen. Zur Beurteilung von Entzündungs- und AhR-Aktivierungsmarkern werden 20 ml Blut entnommen.

A. Schadstoffmessung Die Blutprobe wird zentrifugiert, anschließend wird das Serum gesammelt und bis zur Analyse der Blutdioxine bei -20 °C gelagert. 2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-p-dioxin (TCDD) und Polychlorbiphényle 118 (PCB118) werden im Blut mittels Gaschromatographie in Verbindung mit hochauflösender Massenspektrometrie (GC-HR-MS) gemessen.

Zur biologischen Überwachung der Exposition gegenüber PAKs wird 1-Hydroxypyren (1-OHP) im Urin mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS-MS) gemessen.

B. Bewertung von Entzündungs- und AhR-Aktivierungsmarkern

• PBMCs werden aus einer 20-ml-Blutprobe unter Verwendung eines Standard-Ficoll®-Gradientenprotokolls isoliert. Die isolierten Zellen und Seren werden für nachfolgende Experimente zum AhR-Signalweg aliquotiert und eingefroren.
• Der Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) wird zur Messung der proinflammatorischen Zytokine IL1β, TNFα, IL23, IL17 und IFNγ verwendet.
• Die Konzentration von Malondialdehyd (MDA) wird mithilfe der ELISA-Methode als Biomarker für die Lipidperoxidation bestimmt, die den Grad des oxidativen Stresses anzeigt, der durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) verursacht wird.
• Fluorchrom-konjugierte monoklonale Antikörper (CD4, CD25, CD127, FOXP3, Il17) werden im fluoreszenzaktivierten Zellsortierer (FACS) verwendet, um die Anzahl und Verhältnisse verschiedener Lymphozytenpopulationen in PBMCs zu bestimmen. Die Untersuchung wird sich auf die Th17- und Treg-Werte konzentrieren.
• FACS wird verwendet, um die Expression von CYP1A1 und CYP1B1, die Prototypen von AhR-Zielgenen sind, in PBMCs nach spezifischem Targeting zu bewerten.
• Die Expressionsniveaus der aktiven Fraktionen von AhR und NfkB werden mithilfe der direkten Immunfluoreszenztechnik bestimmt.
• PBMCs werden mit Anti-CD3+/-BaP (50 nM) in einem Zellinkubator (37 °C, 5 % CO2+ kontrollierte Luftfeuchtigkeit) 48–72 Stunden lang kultiviert. Die interessierenden Parameter, einschließlich oxidativer Stress, entzündungsfördernde Zytokine und Bewertung des AhR-Signalwegs, werden nach der Reaktivierung der Lymphozyten durch Anti-CD3 in Gegenwart oder Abwesenheit von BaP neu bewertet.