Untersuchung der Pathogenese der möglicherweise speziesspezifischen toxikologischen Effekte von PDE4-Inhibitoren bei Ratten

PDE4-Inhibitoren führen nach Gabe suprapharmakologischer Dosierungen bei Ratten zu entzündlichen Gewebe- und Gefäßläsionen, deren Humanrelevanz unbekannt ist. In der Ratte erwiesen sich vor allem das Mesenterium aber auch die männlichen Geschlechtsorgane als sehr sensitiv für die PDE4-Inhibitor-induzierte Organtoxizität. Weiterhin zeigen sich entzündliche Blutparameterveränderungen, wobei IL-6 bei der Ratte offenbar eine größere Rolle spielt. Neben einem PDE4-Inhibitor-induzierten IL-6-Anstieg in vivo, wurde eine rattenspezifische IL-6-Ausschüttung nach Stimulation von Vollblut verschiedener Tierarten gezeigt. Aus diesen Gründen richtete sich der Fokus der vorliegenden Arbeit über die möglicherweise speziesspezifischen toxikologischen Effekte von PDE4-Inhibitoren bei Ratten auf das IL-6. Ziel dieser Doktorarbeit war es, die Rolle von IL-6 bei der Ratte an den durch PDE4-Inhibitoren herbei geführten entzündlichen Läsionen weiter aufzudecken, mit dem Endziel einen Beitrag zur Bewertung der Humanrelevanz der toxikologischen Befunde zu leisten. Dazu wurden eine In-vitro-Studie und mehrere In-vivo-Studien durchgeführt. In der In-vitro-Studie wurden Endothelzellen von Mensch (HUVEC) und Ratte (RBE4) bezüglich Zellviabilität und IL-6-Ausschüttung nach Stimulation mit verschiedenen Konzentrationen (0,001 - 10 µmol/l) des hier verwendeten PDE4-Inhibitors BYK199404 miteinander verglichen. Es wurden speziesspezifische Unterschiede deutlich, die RBE4-Zellen zeigten sich empfindlicher als die HUVEC. Dies äußerte sich in einer statistisch signifikant verminderten Zellviabilität der RBE4-Zellen als Reaktion auf hohe Konzentrationen BYK199404. Lediglich bei einer Konzentration von 0,01 µmol/l trat auch bei den HUVEC eine statistisch signifikant verminderte Zellviabilität auf. Die IL-6-Konzentration war nur bei den RBE4-Zellen im Zellkulturüberstand erhöht, bei den HUVEC hingegen konnte keine IL-6-Ausschüttung durch BYK199404 induziert werden. In den In-vivo-Studien wurde BYK199404 bei Wistar-Han-Ratten eingesetzt. Im ersten Studienabschnitt wurde nach einer vorangegangenen Dosis-Findung ein IL-6-Profil erstellt, um die IL-6-Ausschüttung als Reaktion auf BYK199404 auch in vivo zu bestätigen. Es erhielten 2 Gruppen von Tieren 1 oder 4 Applikationen BYK199404 (0,6 mg/kg/d), und die IL-6-Plasmakonzentration wurde zu verschiedenen Zeitpunkten nach der jeweils letzten Applikation gemessen. Es zeigten sich IL-6-Werte von im Mittel 150 pg/ml, wobei die Plasmakonzentrationen 2 - 8 h nach der jeweils letzten Applikation am deutlichsten erhöht waren. Im zweiten Studienabschnitt wurden die BYK199404-induzierten toxikologischen Befunde zeit- und dosisabhängig charakterisiert. Dazu erhielten die Tiere 1, 4 oder 11 Applikationen mit verschiedenen Dosierungen BYK199404 (0,2 und 0,6 mg/kg/d). Es wurden Allgemeinbefinden, verschiedene Blutparameter, die Expression unterschiedlicher Gene sowie histopathologisch das Mesenterium und die männlichen Geschlechtsorgane untersucht. Die toxikologischen Befunde nahmen in Abhängigkeit von der Zeit zu, wobei hauptsächlich die mit der hohen Dosis behandelten Tiere Veränderungen zeigten. Als sehr sensitive Parameter stellten sich hierbei Haptoglobin, Fibrinogen, die Timp-1-Genexpression sowie histopathologische Veränderungen in Mesenterium und männlichen Geschlechtsorganen heraus. Der dritte Studienabschnitt verfolgte das Ziel, eine Antagonisierung des IL-6 herbeizuführen und somit die durch BYK199404 auftretenden toxikologischen Befunde zu vermindern oder sogar zu verhindern. Dazu wurden in zwei Interventionsstudien BYK199404 (0,6 mg/kg/d) und ein Anti-IL-6-AK (2, 5 und 15 µg/Tier/d) parallel verabreicht. Neben dem Anti-IL-6-AK wurde auch die IgG-Isotypkontrolle (5 und 15 µg/Tier/d) simultan zu BYK199404 verabreicht, um falsch positive Befunde durch den Antikörper-Isotyp auszuschließen. Bei beiden Interventionsstudien führte die parallele Gabe von Anti-IL-6-AK und BYK199404 zu einer gering- bis mittelgradigen Verminderung der substanzinduzierten toxikologischen Befunde. Neben dem Anti-IL-6-AK konnte aber auch die zusätzlich zur Substanz verabreichte IgG-Istoypkontrolle in der Interventionsstudie II eine Verminderung der substanzinduzierten toxikologischen Befunde bewirken. Dabei war der Effekt des Anti-IL-6-AKs mit dem der IgG-Isotypkontrolle vergleichbar. Nur bei den histopathologischen Befunden der männlichen Geschlechtsorgane erwies sich die hohe Dosierung des Anti-IL6-AKs effektiver als die der IgG-Isotypkontrolle. Die Daten dieser Doktorarbeit liefern einen weiteren Beweis für eine wahrscheinlich rattenspezifische PDE4-Inhibitor-induzierte IL-6-Ausschüttung, an welcher Endothelzellen beteiligt sind (In-vitro-Ergebnisse). Zusätzlich konnte eine zumindest partielle Beteiligung von IL-6 an der Pathogenese toxikologischer Befunde, induziert durch einen PDE4-Inhibitor, bei der Ratte nachgewiesen werden (In-vivo-Ergebnisse). Auf Grund der scheinbar multifaktoriellen Pathogenese der PDE4-Inhibitor-induzierten inflammatorischen Läsionen kann man annehmen, dass es keinen alleinigen Hauptvermittler dieser vermutlich rattenspezifischen toxikologischen Effekte gibt. Bezüglich der Humanrelevanz der in suprapharmakologischen Dosierungen auftretenden toxikologischen Befunde kann auf Basis der In-vitro-Ergebnisse lediglich angenommen werden, dass IL-6 beim Menschen keine Rolle spielt.