Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Bedeutung des Histamin-H 4-Rezeptors bei allergischer Entzündung und Juckreiz

Roßbach, Eva Kristine

Although histamine is one of the major mediators in allergic diseases the classical H1-antihistamines are minimally effective in many clinical conditions (e.g. atopic dermatitis). The inefficacy of the H1 antihistamines for the treatment of allergic skin lesions might partly be due to the lack of blocking of the histamine H4 receptor mediated histamine actions. This study was performed to test the influence of histamine, histamine receptor agonists and histamine receptor antagonists especially that of the histamine H4 receptor antagonist JNJ7777120 in two murine models of allergic contact dermatitis. Repeated topical exposure to the haptens 2,4-dinitrochlorobenzene (DNCB) and toluene-2,4-diisocyanate (TDI) elicits a specific T cell-dependent immune response with signs of inflammation and pruritus. In addition to ear swelling as an endpoint for inflammation, effects of antihistamines on allergen-induced pruritus were tested. Furthermore effects of histamine and histamine H4 receptor ligands after intradermal injection were examined for possible pruritogenic actions in dogs and for comparison to reactions in mice. Moreover a canine model of contact dermatitis was tried to be establish by sensitizing beagles against TDI. Apart from in-vivo-studies, the histamine H4 receptor ligands clobenpropit (H4 receptor agonist/ H3 receptor antagonist), VUF8430 (H4 receptor agonist) and JNJ7777120 (H4 receptor antagonist) were studied for their ability to modulate canine mast cell activity. An administration of the highly selective histamine H4 receptor antagonist JNJ7777120 30 minutes before challenge reduced the hapten-induced scratching in both murine dermatitis models significantly. Compared to the TDI-induced scratching, the DNCB-induced scratching was attenuated by lower doses of JNJ7777120. The ED50 value for JNJ7777120 calculated for inhibition of TDI-induced scratching in BALB/c mice was 5.4 mg/kg and 5.1 mg/kg in NMRI mice, whereas the ED50 for the DNCB-induced scratching in NMRI mice was 1.2 mg/kg and 2.5 mg/kg in BALB/c mice. The histamine H1 receptor antagonists cetirizine and diphenhydramine also reduced the scratching bouts in the sensitized mice, whereas the histamine H2 receptor antagonist failed to inhibit the scratching behaviour. A combination of histamine H1 and histamine H4 receptor antagonists resulted in the strongest inhibition of scratching behaviour associated with allergic dermatitis. However, JNJ7777120 (15 mg/kg) administered two hours and 30 minutes before and one hour after challenge did not reduce the hapten-induced ear swelling determined 24 hours after challenge. Furthermore, the histamine H4 receptor agonist VUF8430 did not lead to an increase of inflammatory ear swelling. As there exist histamine specific C-fibres, it can be assumed that histamine plays a central role in the elicitation of pruritus. Intradermal injection of histamine (0.25 µmol and 2.5 µmol) induced scratching behaviour in BALB/c and NMRI mice. In contrast, none of the tested beagles reacted with scratching behaviour in response to an intradermal histamine injection (up to 2.5 µmol). The amount of 2.5 µmol of histamine is the normal dose used for skin prick test. Thus, the beagle dog seems to be insensitive – or only slightly sensitive – to the histamine-induced itch. On the other hand, histamine injection (0.25 µmol and 2.5 µmol/ injection) led to a classic wheal and flare reaction. Although neither clobenpropit nor VUF8430 produced itch in dogs both induced an extravasation. Pre-treatment with JNJ7777120 extenuated the histamine-induced wheal by about 30 %. This leads to the conclusion that the histamine H4 receptor is involved in the wheal and flare reaction induced by histamine in dogs. The induction of contact hypersensitivity by means of sensitizing beagles to TDI failed. The beagles showed neither signs of specific skin lesions nor pruritus. The in-vitro-experiments were carried out with canine mastocytoma cells (C2 cells). C2 cells share many anatomical and functional similarities with canine mast cells and are thus a good model for the canine mast cell function. Mast cells are best known for their potent role in allergic diseases. This study provides first evidence that the histamine H4 receptor is involved in migration and intracellular calcium2+-signalling of canine mast cells. One of the main biological functions of mast cells is to liberate and synthesise specific inflammatory mediators after activation. To demonstrate a possible direct effect of histamine H4 receptor agonists on mast cell secretion, histamine secretion from canine mast cells was measured using an ELISA. Clobenpropit and VUF8430 did not affect the histamine release. Corresponding to this, histamine release from C2 cells stimulated with mastoparan could not be blocked by pre-treatment with JNJ7777120. In conclusion, our data provide evidence that the histamine H4 receptor is involved in canine allergic skin diseases. The histamine H4 receptor modulates the inflammatory responses to histamine in-vivo, but has no direct influence on degranulation. On the other hand, histamine seems not to be the major mediator of pruritus in dogs (beagles). Conceivably, there could be distinctions in sensitivity to histamine among several dog breeds, as it is well known for different mice strains. In murine models histamine H4 receptor antagonism failed to reduce the allergic inflammatory response but strongly inhibits allergen-induced itch. The possibility of pharmacokinetic reasons for the lack of anti-inflammatory effects of JNJ7777120 can not be excluded. Thus, a combination of histamine H4 and histamine H1 receptor antagonism might be a new strategy to treat pruritus related to allergic diseases.

Histamin ist bekannt als wichtiger Mediator von allergischen Reaktionen, doch der Effekt von H1-Antihistaminika ist bei vielen chronisch-pruritogenen Erkrankungen wie der atopischen Dermatitis oft nur unbefriedigend. Nach der Entdeckung des Histamin-H4-Rezeptors im Jahr 2000, muss die Rolle von Histamin bei allergischen Hauterkrankungen neu bewertet werden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung von Histamin, Histaminrezeptoragonisten und -antagonisten, insbesondere des spezifischen Histamin-H4-Rezeptorantagonisten JNJ7777120 in Modellen der allergischen Kontaktdermatitis bei der Maus sowie in In-vivo-Studien am Beagle geprüft. Außerdem wurde versucht, durch Sensibilisierung von Beaglen mit Toluen-2,4-diisocyanat (TDI) ein canines Kontaktallergiemodell zu etablieren. Des Weiteren wurden Effekte von Histamin, Histamin-H4-Rezeptoragonisten und -antagonisten auf die Zellfunktion caniner Mastzellen untersucht. Zunächst wurde gezeigt, dass die intradermale Injektion von Histamin (0,25 µmol und 2,5 µmol) bei Mäusen dosisabhängig Juckreiz auslöst. Der Histamin-H4-Rezeptor-Agonist VUF8430 (bis 1,6 µmol) verursachte dagegen keinen Juckreiz, was jedoch vermutlich daran liegt, dass VUF8430 kein selektiver Agonist am murinen Histamin-H4-Rezeptor ist, sondern auch agonistische Aktivitäten am Histamin-H3-Rezeptor zeigt. Bei den In-vivo-Untersuchungen in den murinen Kontaktallergiemodellen war von besonderem Interesse, ob eine Blockade des Histamin-H4-Rezeptors mit dem hochselektiven Antagonisten JNJ7777120 einen Einfluss auf die Juckreizentstehung hat. Darüber hinaus wurde vergleichend die antipruritogene Wirkung des Histamin-H2-Rezeptor-Antagonisten Ranitidin sowie der beiden Histamin-H1-Rezeptor-Antagonisten Diphenhydramin und Cetirizin getestet. In beiden murinen Modellen der allergischen Kontaktdermatitis, ausgelöst durch die Haptene TDI bzw. Dinitrochlorbenzen (DNCB), konnte der Allergen-induzierte Juckreiz durch systemische Gabe von JNJ7777120 dosisabhängig signifikant gehemmt werden. Dabei reagierten DNCB-sensibilisierte Mäuse deutlicher als TDI-sensibilisierte Mäuse. Die ermittelte mittlere effektive Dosis (ED50) von JNJ7777120 betrug für die Hemmung des TDI-induzierten Juckreizes bei BALB/c-Mäusen 5,4 mg/kg Körpergewicht (KGW) und 5,1 mg/kg KGW bei den NMRI-Mäusen. Für die Hemmung des DNCB-induzierten Juckreizes wurde eine ED50 von 1,2 mg/kg KGW bei NMRI-Mäusen und 2,5 mg/kg KGW bei den BALB/c-Mäusen ermittelt. Auch die Histamin-H1-Rezeptor-Antagonisten zeigten in beiden Kontaktallergiemodellen hemmende Eigenschaften auf den Juckreiz. Der Histamin-H2-Rezeptor-Antagonist beeinflusste die Kratzattacken hingegen nicht. Die stärkste antipruritogene Wirkung wurde mit einer kombinierten Gabe von JNJ7777120 und Cetirizin erzielt, wodurch der Juckreiz im TDI-Modell sogar um über 90 % reduziert werden konnte. Neben Juckreiz wurde der Einfluss einer systemischen Gabe von JNJ7777120 bzw. des Histamin-H4-Rezeptor-Agonisten VUF8430 auf die allergische Entzündung untersucht. Als funktioneller Parameter diente hierfür die entzündliche Ohrschwellung. Weder die wiederholte systemische Verabreichung von JNJ7777120 (15 mg/kg) noch die Gabe des Histamin-H4-Rezeptor-Agonisten VUF8430 (20 mg/kg) hatten einen Einfluss auf die allergische Entzündung. Möglicherweise sind pharmakokinetische Gründe für die fehlende Wirksamkeit der H4R-Liganden verantwortlich. An Hunden (Beagle) wurden In-vivo-Untersuchungen zur Histamin-induzierten Juckreizentstehung und zur Rolle des Histamin-H4-Rezeptors in der Histamin-induzierten Extravasation durchgeführt. Die intradermale Histamin-Applikation (0,25 µmol und 2,5 µmol) löste bei den Hunden zwar eine deutliche Extravasation (Quaddelbildung) aus, jedoch wurde bei keinem der Tiere Juckreiz induziert. Die durch Histamin ausgelöste Extravasation konnte durch Vorbehandlung der Haut mit JNJ7777120 (1,25 µmol) reduziert werden. Die intradermale Gabe der Histamin-H4-Rezeptor-Agonisten Clobenpropit (0,3 µmol) und VU8430 (1,5 µmol) induzierte ebenfalls eine Quaddelbildung. Demnach wird beim Hund die Histamin-induzierte Extravasation - zumindest in Teilen - auch über den Histamin-H4-Rezeptor vermittelt. Auch in Kombination mit anderen potentiell pruritogenen Substanzen (Prostaglandine, Leukotriene, Serotonin, Mastoparan, Compound 48/80) löste Histamin keinen Juckreiz aus. Ein canines Kontaktallergiemodell konnte ebenfalls nicht etabliert werden, da die Hunde nicht mit spezifischen Hautreaktionen auf die Hapten-Gabe reagierten. Im Weiteren wurde erste Versuche zur Charakterisierung des Histamin-H4-Rezeptor auf caninen Mastzellen durchgeführt. Für die In-vitro-Versuche wurden canine Mastocytomzellen (C2-Zellen) verwendet, eine Zelllinie, die als Modell für canine Mastzellen gilt. Es wurde untersucht, ob der Histamin-H4-Rezeptor einen Einfluss auf die Histamin-Freisetzung, die Migration und die intrazelluläre Calcium-Konzentration der C2-Zellen hat. Es wurden erste Hinweise gefunden, dass der Histamin-H4-Rezeptor an der Migration und der intrazellulären Calcium-Mobilisation der caninen Mastocytomzellen beteiligt ist. Die Histamin-Freisetzung wurde dagegen weder durch Histamin-H4-Rezeptor-Agonisten noch durch Histamin-H4-Rezeptor-Antagonisten beeinflusst. Insgesamt weisen die Ergebnisse dieser Arbeit auf eine wesentliche Rolle des Histamin-H4-Rezeptors in der Allergen-induzierten Juckreizentstehung hin. Bei Hunden scheint Histamin jedoch nicht der primäre Mediator des Juckreizes zu sein, führt allerdings zu einer Extravasation. Durch eine Blockade des Histamin-H4-Rezeptors konnte die Histamin-induzierte Extravasation abgeschwächt werden. Es ist denkbar, dass es bei Hunden rassespezifische Unterschiede in der Histaminempfindlichkeit gibt, wie sie bereits für verschiedene Mausstämme gezeigt wurden. Es ist demnach nicht auszuschließen, dass der Histamin-H4-Rezeptor auch in der Behandlung von allergischen Hauterkrankungen des Hundes von Nutzem sein könnte. In den murinen Kontaktallergiemodellen wurde die stärkste antipruritogene Wirkung durch eine simultane Blockade des Histamin-H1-Rezeptors und des Histamin-H4-Rezeptors erreicht. Eine kombinierte Gabe von Histamin-H1-Rezeptor- und Histamin-H4-Rezeptor-Antagonisten könnte daher einen neuen therapeutischen Ansatz in der Behandlung von chronischen pruritogenen Erkrankungen, wie der atopischen Dermatitis, bieten.


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Roßbach, Eva Kristine: Bedeutung des Histamin-H 4-Rezeptors bei allergischer Entzündung und Juckreiz. Hannover 2009. Tierärztliche Hochschule.


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