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Fragestellung: Ein entscheidender Eskalationsfaktor des ARDS infolge von Polytrauma oder Infektion ist der Barriereverlust des Alveolarepithels. Höhere Vitamin D3 (Calcitriol, VD3) Spiegel zeigen laut Literatur hier eine präventive Wirkung, jedoch sind die molekularen Grundlagen dieses Effekts bisher wenig bekannt. Bei der Zelllinie H441 konnte in Versuchen durch VD3 eine Stärkung der epithelialen Barriere erzielt werden. Ebenso induziert VD3 in H441 Zellen die double cortin-like Kinase 1 (DCLK1), die in Bürstenzellen der Lunge vorkommt, und insbesondere im Darm die Barriere und das Mikromilieu von Stammzellnischen reguliert. Da H441 Zellen als Zelllinie die Komplexizität und Dynamik der Barriere und Differenzierungsprozesse im Lungenepithel nur bedingt widerspiegeln, haben wir in dieser Studie untersucht, welche Effekte VD3 auf alveoläre Primärzellen hinsichtlich ihrer Barriere- und Regenerationseigenschaften hat.

Methodik: Aus Lungenresektaten isolierte Alveolarepithelzellen wurden wie zuvor beschrieben auf Transwell-Filtern für 7 Tage kultiviert und auf ihre Differenzierung untersucht. Ab Tag 3 wurde das Medium in den Interventionskulturen mit 10 nM VD3 angereichert. Mit einer Elektrode wurde der transepitheliale elektrische Widerstand (TEER) gemessen und mittels immunhistochemischer Färbungen und qPCR die Zellkomposition und die Proliferation anhand verschiedener Marker untersucht. Dabei wurden, neben DCLK1, u.a. SP-C als Typ-2-Zell Marker, Ki67 als Proliferationsmarker, sowie MUC5B und beta-Tubulin als Marker bronchiopulmonaler Progenitorzellen verwendet.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im Gegensatz zur Zelllinie H441 induzierte VD3 in den Primärkulturen keine Steigerung des TEER als Parameter für die parazelluläre, durch tight junctions vermittelte, Barriere. Analog zu den Effekten in der H441 Zelllinie führte VD3 auch in den primären Epithelzellen zu einer deutlich verstärkten Expression von DCLK1. Die DCLK1 positiven Zellen gruppierten sich dabei um Cluster morphologisch unreifer Zellen, die erhöhte Proliferationsaktivität (Expression von Ki67) aufwiesen und sowohl SP-C als auch MUC5B und beta-Tubulin exprimierten, also ggf. einer bipotenten bronchioalveolären Progenitorzellpopulation angehören.

VD3 stimuliert somit die Proliferation bestimmter epithelialer Subpopulationen in den Primärkulturen. Es ergeben sich Hinweise, dass es sich dabei um alveoläre Typ 2 Zellen oder bronchiale Zellpopulationen mit Vorläuferfunktion handelt, und dass dieser proproliferative Effekt DCLK1 vermittelt ist. Eine genauere Charakterisierung der DCLK1 positiven Zellen und der Funktion von DCLK1 innerhalb der komplexen Regenerationsprozesse des Lungenepithels, dient dazu, therapeutisch nutzbare Effekte von VD3 bei Polytrauma, ARDS, aber auch nach Sars-Cov2 Infektionen besser zu verstehen, gezielter einzusetzen und die Regeneration des Epithels zu fördern.