title: Divergente Effekte der Substitutionstherapie auf polymorph-nukleäre Granulozyten beim hereditären α1-Antitrypsinmangel
title: Divergent effects of substitution therapy on polymorph-nuclear granulocytes in hereditary alpha-1-antitrypsin deficiency
Creators: name: Dresel, Marc
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Augmentation
systemische Inflammation
Substitutionstherapie
Granulozyt
Myeloperoxidase
Substitution
COPD
Lunge
Neutrophile Granulozyten
polymorph nuclear granulocytes
Medical sciences, Medicine
Peroxidase
Obstruktive Ventilationsstörung
Metalloproteinase
antitrypsin deficiency
immunologic effects
Antitrypsin
Entzündung

description: Hintergrund: α1-Antitrypsin (AAT)
      ist ein im Körper ubiquitär vorkommendes Akute-
      Phase-Glykoprotein das neben seiner Aufgabe als Antiprotease
      wichtige immunmodulatorische Funktionen erfüllt. Bei
      Patienten mit vererbtem α1-Antitrypsinmangel (AATM) kommt es
      aufgrund der relativ verringerten Serumkonzentration zu einer
      Unterschreitung des protektiven Antiproteasespiegels. Im
      langfristigen Krankheitsverlauf kommt es bei diesen Patienten
      häufig zu einer systemischen Inflammation und dem
      progredienten Fortschreiten eines panazinären
      Lungenemphysems, das dem Krankheitsbild der chronisch
      obstruktiven Lungenerkrankung stark ähnelt. Als
      Hauptproduzenten der gewebedestruierenden Proteasen stehen
      die polymorph-nukleären Granulozyten (PMN) im Fokus des
      emphysematischen Umbaus. Im Rahmen aktueller Studien werden
      weitere Effekte dieser Zellen am pathophysiologischen Prozess
      untersucht. Die einzige spezifische Therapie ist die
      wöchentliche Substitution mit humanem AAT. Aufgrund der
      bisher unzureichenden Datenlage zur klinischen Wirksamkeit
      steht die Substitutionstherapie in der Literatur noch immer
      im Mittelpunkt der Diskussion. Ziel: Ziel dieser Dissertation
      war es, die Effekte der Substitutionstherapie mit Prolastin®
      in Bezug auf die Aktivierung der PMNs in Patienten mit AATM
      zu untersuchen. Im Umkehrschluss sollten die Auswirkungen des
      hohen systemischen, inflammatorischen Potentials auf das
      infundierte AAT beobachtet werden. Methoden: Für die Studie
      wurden die PMN-Degranulationsmarker
      Matrix-Metalloproteinase-9 (MMP-9) und Myeloperoxidase (MPO)
      im Serum von 22 AATM-Patienten mit nachgewiesenem
      PI*ZZ-Genotyp direkt vor sowie zwei Stunden bzw. drei Tage
      nach der Infusion analysiert. Bei einem Patienten gelang die
      Verlaufsbeobachtung der Marker über eine Woche. Zusätzlich
      erfolgte die Bestimmung der unterschiedlichen AAT-Fraktionen
      im Serum der Patienten. Um die direkten Auswirkungen von
      Prolastin® und oxidiertem AAT beobachten zu können, wurden
      für die ex vivo Versuche PMNs von acht Patienten direkt vor
      und zwei Stunden nach Infusion isoliert. Anschließend wurden
      diese Zellen für vier Stunden mit Prolastin® bzw. chemisch
      oxidiertem AAT (oxAATc) stimuliert und die Effekte auf die
      Freisetzung von MMP-9, MPO und Interleukin-8 bzw. die
      neutrophile Adhäsion beobachtet. Die nachfolgenden
      Untersuchungen wurden mit den Werten nicht-substituierter
      AATM-Patienten bzw. gesunder Probanden verglichen.
      Ergebnisse: Zwei Stunden nach Infusion zeigten substituierte
      Patienten eine kurzzeitige Aktivierung der PMNs in Form einer
      Degranulation von MMP-9 und MPO parallel zum
      AAT-Serumanstieg. Am dritten Tag lagen beide Marker unter dem
      Niveau nicht-substituierter Patienten. Zusätzlich lagen
      sowohl die MPO, als auch die MMP-9-Serumspiegel an Tag 3
      unterhalb der Ausgangswerte vor Substitution; im Falle von
      MPO war dieser Unterschied auch statistisch signifikant. Die
      Wochenverläufe bestätigten den Trend einer niedrigeren
      PMN-Aktivierung gegen Mitte der Woche. In den weiteren
      Serumanalysen zeigte sich eine nach Infusion gemessene
      Komplexierung und Oxidation des infundierten AATs, die sich
      auch im Wochenverlauf bestätigte. In den ex vivo Versuchen
      konnte bei allen Probandengruppen eine vermehrte
      PMN-Aktivität in Form einer Freisetzung von MMP-9, MPO und
      IL-8 durch die Stimulation von Prolastin® und oxAATc
      beobachtet werden. Prolastin® und oxAATc unterschieden sich
      in diesem Fall nicht voneinander. Die neutrophile Adhäsion
      zeigte sich im Allgemeinen keine Veränderung durch
      Stimulation mit Prolastin® oder oxAATc. Schlussfolgerung: Die
      MMP-9- und MPO-Degranulation deutet auf eine, zumindest
      kurzzeitige, infusionsbedingte Aktivierung der PMNs hin. Der
      anschließend relevante Abfall bis Tag 3 und darüber hinaus
      lässt indessen auf einen längerfristig anti-inflammatorischen
      Effekt der Substitutionstherapie schließen. Die Gründe für
      die kurzzeitige Aktivierung der PMNs sind zum jetzigen
      Zeitpunkt noch nicht vollständig geklärt. Die Ergebnisse
      lassen auf pleiotrope Effekte der Substitutionstherapie mit
      Prolastin® schließen. Das infundierte AAT scheint nach
      Infusion, zumindest teilweise, bei systemischer Inflammation
      zu oxidieren und höhermolekulare Komplexe zu bilden. OxAAT
      hat, abgesehen vom Verlust der Antiproteasefunktion und
      verglichen mit Prolastin®, keine zusätzlich
      krankheitsfördernden, immunologischen Effekte auf die PMNs in
      ihrer zentralen pathophysiologischen Rolle.
description: Background: α1-antitrypsin (AAT)
      is a ubiquitary present acute-phase protein which occupies an
      important immunomodulatory role besides its function as
      antiprotease protein. Based on the relatively decreased serum
      concentrations patients with α1-antitrypsin deficiency (AATD)
      feature levels below the protective antiprotease threshold.
      In the long-run, these patients frequently develop a
      progressive panacinary lung-emphysema, similar to chronic
      obstructive pulmonary disease, as well as a systemic
      inflammation. As main-producers of the tissue-degrading
      proteases, polymorph-nuclear granulocytes (PMNs) are in the
      spotlight of the emphysematic modification. Further effects
      of these cells are being investigated in the latest studies
      in order to complete the picture of the pathophysiologic
      process. So far, the only specific therapy is the weekly
      substitution therapy. Due to insufficient data on the
      clinical efficacy, substitution therapy is still in the focus
      of academic discussion. Aim: The purpose of this study was to
      investigate the effects of substitution therapy with
      Prolastin® on the activation of PMNs derived from patients
      with AATD. In reverse, we attempted to observe the impact of
      the high, inflammatory capability on the infused AAT.
      Methods: The PMN-markers of degranulation, matrix
      metalloproteinase 9 (MMP-9) and myeloperoxidase (MPO) were
      analysed in the sera of 22 AATD-patients with verified PI*ZZ
      genotype. Sera were taken directly before (pre), two hours
      (post) and three days after infusion (day 3). In one patient,
      markers were consequently followed up for the duration of one
      week. Additionally, the different AAT-fractions in the sera
      of the patients were determined. In order to monitor the
      direct effects of Prolastin® and oxidized AAT, PMNs from
      eight AATD-patients were isolated directly before and two
      hours after infusion for ex vivo experiments. Subsequently,
      the cells were stimulated for four hours with Prolastin® and
      chemically oxidized AAT (oxAATc), respectively. The effects
      were measured via the release of MMP-9, MPO and Interleukin-8
      as wells as the neutrophil adhesion. All investigations were
      compared with the values of non-substituted patients and
      healthy probands, respectively. Results: Substituted patients
      exhibited a short-term activation of PMNs in terms of a
      infusion-concomitant degranulation of MMP-9 and MPO two hours
      after infusion. Both markers were under the levels of
      non-substituted patients on day 3. Furthermore, MMP-9 and MPO
      levels dropped below the basic value (pre substitution) on
      day 3, although this was only statistically significant in
      the case of MPO. The weekly-timecourse confirmed the trend of
      low PMN activity in the middle of the week. Further serum
      analyses displayed a complexation and oxidation of the
      infused AAT, also apparent in the the weekly-timecourse. In
      ex vivo experiments we observed an increased activity of PMNs
      after stimulation with Prolastin® and oxAATc in terms of a
      degranulation of MMP-9, MPO and IL-8. Prolastin® and oxAATc
      themselves displayed no differences among each other.
      Neutrophil adhesion was not altered by the stimulation of
      Prolastin® and oxAATc. Conclusion: The degranulation of MMP-9
      and MPO suggests an infusion-related, short-term activation
      of PMNs. However, the relevant decline up to day 3 and beyond
      indicates a sustained anti-inflammatory effect of
      substitution therapy. So far, reasons for the short-term
      activation of PMNs have not been fully elucidated, but the
      results imply pleiotropic effects of substitution therapy
      with Prolastin®. Infused AAT appears to be oxidated after
      infusion in the environment of systemic inflammation and to
      form higher-molecular complexes. Despite that, oxAAT has no
      additional disease-modifying, immunologic effects on PMNs in
      their pathophysiologic role, disregarding the loss of the
      antiprotease function and in comparison with
      Prolastin®.