Die Rolle der Makrophagen bei der chronischen Uratnephropathie

Sellmayr, Markus (2023): Die Rolle der Makrophagen bei der chronischen Uratnephropathie. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Eine Korrelation zwischen der Hyperurikämie und dem chronischen Nierenversagen (CKD) ist seit langem bekannt. Allerdings bleibt bis heute die Frage ungeklärt, welches die Ursache und welches die Folge ist und ob ein erhöhter Harnsäurespiegel zur Progression der CKD beiträgt. Aufgrund der ungeklärten Kausalität wird von einigen Autoren auch das Krankheitsbild der chronischen Uratnephropathie an sich bestritten. Nach deren Ansicht steht an erster Stelle die Manifestation einer CKD, was über eine zunehmende Insuffizienz der Nierenfunktion zur Erhöhung des Harnsäurespiegels führt, also lediglich die Verschlechterung der renalen Funkti-on widerspiegelt. Aus Humanbiopsien ist bekannt, dass es im Rahmen einer CKD unter hype-rurikämen Bedingungen zur Bildung renaler Harnsäurekristall-assoziierter Granulome kommen kann, deren Auswirkung auf die Progression der CKD noch nicht im Detail verstanden ist. In einem innovativen Mausmodell, das auf dem induzierbaren Knockdown des hepatischen Harnsäuretransporters Glut9 basiert, konnten wir zeigen, dass eine Hyperurikämie in Kombi-nation mit einer fettreichen Ernährung zur Ausbildung einer CKD führt. Diese Niereninsuffi-zienz gleicht histomorphologisch den bekannten Befunden aus humanen Nierenbiopsien, die durch eine tubulointerstitielle Fibrose und die Ausbildung von Granulomen gekennzeichnet sind. Da mit den Harnsäuregranulomen die Ausbildung sogenannter Riesenzellen assoziiert ist, ging es nun darum, Faktoren zu identifizieren, die in vitro zur Entwicklung von Riesenzellen aus Makrophagen beitragen bzw. diese inhibieren und gegebenenfalls auch in vivo an der Gra-nulomentstehung beteiligt sind. Die Gabe des JAK/STAT-Inhibitors Tofacitinib blieb ohne Einfluss auf den Zellzyklus der inkubierten Makrophagen. Doch mit seiner Hilfe war es uns dennoch möglich, die IL-4-getriggerte Riesenzellbildung aus M2-polarisierten Makrophagen zuverlässig zu unterdrücken. Allerdings führte die in vivo-Gabe von Tofacitinib in unserem Tiermodell weder zur Reduktion der Anzahl der renalen Granulome noch hatte sie einen Ein-fluss auf den weiteren Krannkheitsverlauf der CKD. Wir vermuteten daher, dass wir durch das Forcieren einer antientzündlichen M2-Makrophagen-Polarisation die Entwicklung der Granulome verhindern bzw. verlangsamen könnten und somit die Progression der CKD insge-samt verlangsamt werden könnte. Deshalb wurden Mäuse mit einer Hyperurikämie-assoziierten CKD mit Adenosin behandelt, einem Wirkstoff, der in vitro gezeigt hat, dass er die Veränderung des Makrophagen-Typs vom proentzündlichen M1- zum antientzündlichen M2-Typ bewirken kann. Unsere Daten zeigten, dass eine Adenosin-Therapie zu einer signifi-kant besseren Nierenfunktion im Vergleich zur unbehandelten Kontrollgruppe beiträgt. Beur-teilt wurde die Nierenfunktion der Tiere anhand der Parameter GFR, BUN und Serum-Kreatinin-Spiegel. Außerdem fanden wir in den Nieren der behandelten Tiere einen geringeren Grad an Fibrose und eine reduzierte Anzahl von Granulomen. Immunhistochemische Färbun-gen und durchflusszytometrische Analysen der Nieren ergaben zudem eine reduzierte Makro-phagen-Infiltration. Dies war mit einer erhöhten Anzahl an renalen antientzündlichen M2-Makrophagen verbunden, bei einer gleichzeitig reduzierten Zahl proentzündlicher M1-Makrophagen. Zusammenfassend konnten wir zeigen, dass Adenosin die renale Entzündung sowie die An-zahl der Granulome reduziert und somit die funktionelle und strukturelle Progression der Nie-renschädigung im Tiermodell verlangsamt. Da dies im Umkehrschluss bedeutet, dass die Harnsäuregranulome mit einer schlechteren Prognose der CKD assoziiert sind, konnten diese als potentielles therapeutisches Target in der Behandlung der chronischen Uratnephropathie identifiziert werden.

Abstract

That a correlation between hyperuricemia and chronic kidney disease (CKD) exists has been known for a long time. However, it remains unclear whether hyperuricemia is the cause or the consequence of CKD and whether increased serum uric acid levels contribute to CKD pro-gression. While causality has not been proven yet, some authors even deny the concept that chronic urate nephropathy really exists. They believe that an already established CKD can lead to hyperuricemia due to an impaired kidney function. Therefore, increased uric acid levels may only serve as a marker for the decline in kidney function and do not promote kidney injury. From human biopsies it is known that CKD-related hyperuricemia can eventually lead to the precipitation of uric acid crystals, which in turn contribute to uric acid crystal granuloma for-mation in the kidney. However, the impact of uric acid crystal granulomas on the progression of CKD is not well understood. Using an innovative mouse model based on an inducible knockdown of the hepatic uric acid transporter Glut9 we could now show that hyperuricemia with crystalluria induces kidney injury, inflammation and interstitial fibrosis. This was due to a drop in urinary pH after feed-ing mice an acidogenic diet, which promoted the precipitation of uric acid crystals and even-tually caused uric acid crystal granuloma formation. Morphological similarities of tubulointer-stitial fibrosis and granuloma formation were observed in human kidney biopsies from CKD patients. Uric acid crystal granulomas are known for their association with giant cell for-mation, therefore we aimed to identify factors that promote or inhibit the differentiation of macrophages into giant cells in vitro and are involved in granuloma formation in vivo. We found that the JAK/STAT inhibitor tofacitinib had no effect on the cell cycle of cultured mac-rophages but suppressed IL-4-mediated giant cell formation in M2-like macrophages. Howev-er, treating hyperuricemic mice with crystalluria with tofacitinib did not reduce the number of granulomas and slow down CKD progression. Next, we focussed on whether accelerating an anti-inflammatory M2-like macrophage phenotype could prevent or slow down granuloma formation and consequently CKD progression. In vitro studies have shown that adenosine can switch proinflammatory M1-like into an anti-inflammatory M2-like macrophage phenotype. Treating mice with adenosine significantly improved kidney function compared to the vehicle control group as indicated by an increased glomerular filtration rate and decreased serum blood urea nitrogen and creatinine levels. Moreover, we observed significantly less interstitial fibrosis and a reduced number of granuloma in the kidneys of adenosine-treated mice. Im-munohistochemical stainings and FACS analyses of murine kidney samples also showed re-duced macrophage infiltration combined with an increased number of anti-inflammatory M2-like macrophages but less proinflammatory M1-like macrophages in adenosine-treated mice. In summary, we could show that uric acid crystal granulomas comprised of M1-like macro-phages form late in the process after interstitial fibrosis has already been established and con-tribute to the progression of CKD in mice. Unlike tofacitinib, adenosine treatment reduced the number of granulomas and therefore improved kidney function and structural abnormalities of kidney injury. Thus, uric acid crystal granulomas are associated with a worse outcome and prognosis in CKD and may represent a potential therapeutic target in the treatment of chronic urate nephropathy.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: Makrophagen, Harnsäure, Granulom, Niere
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 9. Februar 2023
• 1. Bericht­erstatter:in: Steiger, Stefanie