Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Die Rolle des Proteins Lipocalin-2 bei immunmediierten Entzündungen des caninen zentralen Nervensystems

Meyerhoff, Nina Sophie Barbara

Autoimmune Meningoenzephalitiden (MUO) und die Steroid-responsive Meningitis- Arteriitis (SRMA) sind häufige neurologische Erkrankungen des Hundes, bei denen es ohne adäquate Therapie zu einer raschen Progression der Symptome oder zum Tod des Patienten kommen kann. Die Pathomechanismen der Erkrankungen sind trotz intensiver Forschung bis heute nur unvollständig aufgedeckt. Lipocalin-2, synonym NGAL, wird von Immunzellen, aber auch im Choroidplexus gebildet und beeinflusst die Migration von Abwehrzellen zum Ort der Entzündung, insbesondere die Rekrutierung neutrophiler Granulozyten. Bei Menschen mit neuropsychiatrischem systemischem Lupus erythematodes, Multipler Sklerose und in Tiermodellen wie der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis gilt es als vielversprechender Biomarker. Beim Hund wurde NGAL bisher als Biomarker in Urin und Serum für die frühe Diagnose einer akuten Niereninsuffizienz, bei Erkrankungen des unteren Harntrakts und Sepsis erforscht. In dieser Studie sollte erstmals die NGAL-Konzentration im Liquor cerebrospinalis (CSF) von Hunden mit neuroinflammatorischen Erkrankungen (MUO, SRMA) mit der bei neurologisch gesunden Hunden und Hunden mit nicht-entzündlichen Erkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS) (idiopathische Epilepsie (IE), kompressive Rückenmarksläsionen, Neoplasien) verglichen werden. Zudem sollte ein eventueller Zusammenhang zwischen der NGAL-Konzentration im CSF und Serum analysiert werden. Hypothese war, dass im CSF bei Hunden mit MUO oder SMRA ein höherer NGAL-Gehalt gemessen werden kann als bei Hunden der Kontrollgruppe oder nicht-entzündlichen ZNS-Erkrankungen. Ein kommerziell erhältlicher Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) wurde für die Untersuchung von caninem CSF validiert. Dann wurden asservierte, gepaarte Serum- und Liquorproben von Hunden, die retrospektiv mittels diagnostischer oder histopathologischer Befunde einer der Gruppen (SRMA akut, SRMA Remission, SRMA Rezidiv, MUO, IE, Neoplasie, kompressive Myelopathie, Kontrollgruppe ohne neurologische Erkrankung) zugeordnet wurden, hinsichtlich des NGAL-Gehalts analysiert. Statistische Zusammenhänge zwischen NGAL-Gehalt in CSF und Serum, Entzündungsparametern in CSF und Blut (IgA-Konzentration, Gehalt kernhaltiger Zellen (TNCC), Proteingehalt) sowie dem Erythrozytengehalt im CSF, Erkrankungsdauer, Plasma-Kreatinin und Leukozytengehalt im Urin wurden untersucht. NGAL konnte bei gesunden und erkrankten Hunden im Liquor nachgewiesen werden. Die NGAL-Konzentration im CSF war bei Hunden mit SRMA und MUO signifikant höher als bei Hunden mit IE, kompressiver Myelopathie, Neoplasie oder SRMA in Remission (p < 0.0001). Patienten mit akuter SRMA zeigten signifikant höhere NGALKonzentrationen im CSF als die Kontrollgruppe (p < 0.0001) und NGALSerumkonzentrationen waren bei Hunden mit SRMA signifikant höher als bei Patienten mit Myelopathie oder intrakraniellen Neoplasien (p < 0.0001). Außerdem gab es eine starke, positive Assoziation der NGAL-Konzentration im CSF mit der IgAKonzentration (rSpear = 0.60116, p < 0.0001), der Zahl kernhaltiger Zellen (rSpear = 0.65746, p < 0.0001) und Protein (rSpear = 0.73353, p < 0.0001) im CSF. Höhere Konzentrationen bei SRMA-Patienten sowie die positive Assoziation mit dem nukleären Zellgehalt im CSF deuten auf eine Bedeutung des NGAL für proinflammatorische Signalkaskaden und Chemotaxis hin. Hohe NGAL-SerumKonzentrationen bei Patienten mit verschiedenen Stadien der SRMA spiegeln den systemischen Charakter der Erkrankung wider. Die NGAL-Konzentration im Liquor könnte zukünftig einen wertvollen Biomarker entzündlicher ZNS-Erkrankungen darstellen und dabei helfen, Diagnose und Therapie zu präzisieren.

Immune mediated meningoencephalitis of unknown origin (MUO) and steroidresponsive meningitis-arteriits are common and clinically relevant canine diseases, as lack of prompt therapy can lead to rapid progression and potential death of the patients. Despite intensive research, part of the underlying pathomechanisms remains enigmatic. Lipocalin-2, or NGAL, is expressed by immune cells but also in the choroid plexus. It has been shown to influence migration of immune cells to areas of inflammation, especially via recruitment of neutrophils. In human immune mediated disorders like neuropsychiatric lupus erythematosus, multiple sclerosis and in rodent models, it has been proposed as a viable biomarker. In dogs, only its function as biomarker in serum and urine for early detection of acute kidney injury and urinary tract disease as well as sepsis has been investigated. In this study we investigated for the first time the NGAL concentration in cerebrospinal fluid (CSF) of dogs with neuroinflammatory disorders (SRMA, MUO) compared to neurological healthy dogs and dogs with non-inflammatory central nervous system (CNS) disease like idiopathic epilepsy (IE), compressive myelopathy and intracranial neoplasia. Furthermore, we wanted to analyse a possible relationship of NGAL concentration in CSF and peripheral blood. Our hypothesis was that in dogs with MUO and SRMA higher leves of NGAL in CSF and serum can be detected than in neurologically healthy dogs or dogs with non-inflammatory CNS disease. A commercially available ELISA kit for canine NGAL was validated for use in CSF. It was used to retrospecively analyse paired serum and CSF samples of dog which were assigned to one of the disease groups (acute SRMA, SRMA therapy (in remission), SRMA relapse, IE, compressive myelopathy, intracranial neoplasia) and neurologically healthy controls. We were able to detect NGAL in CSF of healthy and diseased dogs. The relationship between NGAL concentration in CSF and serum, inflammatory parameters in CSF and peripheral blood (IgA, total nucleated cell count (TNCC), protein concentation) as well as erthrocytes in CSF, duration of illness, creatinine in plasma and leucocyte count in urine was statistically analysed. Concentration of NGAL in CSF of dogs with SRMA and MUO was significantly higher than of dogs with IE, compressive myelopathy, neoplasia or SRMA in remission under therapy (p < 0.0001). Patients with SRMA also showed higher NGAL concentration in CSF than healthy controls (p < 0.0001). NGAL in serum of SRMA patients was found to be significantly higher than in patients with compressive myelopathy or intracranial neoplasia (p < 0.0001). In addition, there was a strong, positive association of NGAL concentration in CSF with IgA level (rSpear = 0.60116, p < 0.0001), TNCC (rSpear = 0.65746, p < 0.0001) and protein (rSpear = 0.73353, p < 0.0001) in CSF. Higher concentration in SRMA patients as well as the positive association with TNCC in CSF suggest an influence of NGAL on pro-inflammatory pathways and chemotaxis in SRMA pathomechanisms. High levels of NGAL in serum of patients with different stages of SRMA indicate the disease’s systemic character. Concentration of NGAL in CSF might be a valuable biomarker for inflammatory processes in the CNS and could help specify diagnosis and therapy in the future.

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Meyerhoff, N.S.B., 2020. Die Rolle des Proteins Lipocalin-2 bei immunmediierten Entzündungen des caninen zentralen Nervensystems. Hannover.
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