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4.  DISKUSSION DER ERGEBNISSE

4.1. Histologische Korrelation der Hirnschädigung von Frühgeborenen mit der Magnetresonanztomographie

In der Vergangenheit waren die Möglichkeiten das unreife menschliche Gehirn magnetresonanztomographisch zu untersuchen sehr begrenzt, da die gängigen Systeme im wesentlichen auf Erwachsene zugeschnitten sind. In der vorliegenden Studie wurde ein Prototyp eines Magnetresonanztomographen eingesetzt, um die Struktur und Pathologie des Frühgeborenengehirns näher zu untersuchen. In diesem System konnte eine kontinuierliche intensivmedizinische Betreuung der Kinder bei Konstanthaltung der Körpertemperatur gewährleistet werden [Battin 1997].

Die auf diese Weise an schwer kranken Kindern erhobenen Befunde wurden mit der Histologie aus Obduktionsergebnissen derselben Patienten korreliert. Die Studie bestand nur aus einer kleinen Anzahl von Patienten, da nur verstorbene Kinder, deren Eltern in die Obduktion eingewilligt hatten, eingeschlossen wurden.

Wie zuvor in anderen, intrauterin durchgeführten Studien beschrieben, ergab sich in mikroskopisch gesunden Hirnregionen eine klare Korrelation zwischen Signalintensität und Zelldichte [Brisse 1997, Sibony 1998]. Regionen mit einer hohen Zelldichte, wie das periventrikuläre Keimlager, der Kortex und die Schicht der migrierenden Gliazellen, stellten sich magnetresonanztomographisch mit niedriger Signalintensität dar. Faserreiche Regionen wie die periventrikuläre und subkortikale weiße Substanz hatten eine hohe Signalintensität im T2 gewichteten Bild. An Blutgefäßen entlang migrierende Gliazellen [Childs 1998] formten in der untersuchten Altersgruppe Strukturen, die den Vorder- und Hinterhörnern der Seitenventrikel kappenartig aufsitzen und aus dichten Faserbündeln bestehen. Diese verschwanden mit zunehmender Hirnreifung.


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Auch die Orientierung der Fasern und ihre Dichte im Gewebeverband scheint bei der Art der Signalintensität in der magnetresonanztomographischen Darstellung des unreifen Gehirns eine Rolle zu spielen. Der Balken stellte sich beispielsweise trotz Faserreichtum und Zellarmut im T2-gewichteten Bild mit niedriger Signalintensität dar, möglicherweise bedingt durch stark erniedrigten Wassergehalt.

Pathologische Prozesse der weißen und grauen Substanz waren magnetresonanztomographisch ebenfalls gut darzustellen und korrelierten mit histophathologischen Befunden. Blutungen, ein venöser Infarkt und ischämische Läsionen ließen sich in Lokalisation und Alter sehr gut magnetresonanztomographisch demonstrieren. Darüber hinaus korrespondierten Areale mit sehr hoher Signalintensität histologisch mit kalzifizierten Neuronen. In kleineren Hirnstrukturen wie dem Hirnstamm, dem Hippocampus und dem Zerebellum war es, wie zuvor schon beschrieben, bedingt durch Artefakte und Schnittwinkel der konventionellen Technik, schwierig, Läsionen zu lokalisieren [Barkovich 1990].

In der Histologie zeigte sich in zwei Fällen eine PVL mit diffuser Schädigung der weißen Substanz ohne Bildung von größeren Zysten. Areale mit apoptotischen Zellen und gliösen Veränderungen standen im Vordergrund. Die magnetresonanztomographischen Veränderungen in diesen Arealen waren diskret, es zeigte sich ein Fehlen der oben beschriebenen Ventrikelkappe und somit eine Aufhebung der, durch migrierende Gliazellen bedingten Schichtung der weißen Substanz. Ähnliche histologische Befunde wurden bereits als “diffuse periventrikuläre Leukomalazie“ und “Teloleukenzephalopathie“ von Leviton und Gilles beschrieben. Auch besteht möglicherweise ein Zusammenhang zwischen einer Sepsis und diesen Veränderungen [Leviton 1976, Gilles 1977].

Magnetresonanztomographische Studien an ehemaligen Frühgeborenen zeigen eine hohe Inzidenz von pathologischen Befunden, insbesondere Pathologie der weißen Substanz [Skranes 1998]. Möglicherweise entwickeln sich diese späten Veränderungen [Seite 37↓] aus Arealen mit diskreter, im Ultraschall nicht immer sichtbarer PVL oder auch diffuser Schädigung der weißen Substanz [Maalouf 2001, Roelants-van Rijn 2001]. In einer Reihenuntersuchung von überlebenden Kindern ohne wesentliche Hirnschädigung zeigte sich eine hohe Inzidenz von hyperintensen Arealen innerhalb der weißen Substanz besonders nach 30 Wochen Gestationsalter. Die Kinder entwickelten am oder nach dem Geburtstermin überdurchschnittlich häufig eine beträchtliche Hirnatrophie [Maalouf 1999, 2001]. Die Gruppe überlebender Kinder kann nicht direkt mit den sehr kranken und zum Zeitpunkt der Untersuchung sehr jungen Patienten (23 bis 28 Wochen Gestationsalter) verglichen werden, die diese Veränderungen (noch?) nicht zeigten.

Unsere Studie konnte mittels der MRT Auffälligkeiten des unreifen Gehirns extrem kleiner Frühgeborener ab einem Gestationsalter von 24 Schwangerschaftswochen demonstrieren, die sehr gut mit histologischen Befunden korrelierten. Mit den hier verwendeten konventionellen Sequenzen ließen sich die anatomischen Strukturen, Blutungen und Infarkte, aber auch diffuse Veränderungen der weißen Substanz feststellen. Mit neueren, diffusionsgewichteten Techniken wird eine noch größere Sensitivität bei der Untersuchung erreicht, so dass auch kleinere Veränderungen, wie lokale Gliosen und kleinere Nekrosen, früh sichtbar werden [Hüppi 2002, Miller 2002].

Bisher gibt es zur MRT des sehr unreifen Frühgeborenengehirns nur wenige Daten. Erste prospektive Reihenuntersuchungen von sehr kleinen Frühgeborenen wurden durchgeführt und mit entwicklungsneurologisch erhobenen Daten und Ultraschallbefunden korreliert [Maalouf 2001]. Aufgrund der Kostenintensität und der, in vielen Kliniken bestehenden, räumlichen Distanz der Magnetresonanztomographen bleiben diese Untersuchungen zunächst nur wissenschaftlichen Fragestellungen vorbehalten. In privilegierten Zentren ist diese Methode eine wertvolle Ergänzung zum Ultraschall, insbesondere in der Darstellung der Pathologie der weißen Substanz.


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4.2.  Die Rolle des pro-apoptotischen Zelloberflächenrezeptors Fas bei HIE

In den vorliegenden Studien konnte gezeigt werden, daß der pro-apoptotische Zelloberflächenrezeptor Fas in vitro und in vivo auf neuronalen Zellen exprimiert wird. Er wird sowohl im Tiermodell der zerebralen Hypoxie-Ischämie der Ratte wie auch bei der HIE des Neugeborenen hochreguliert.

4.2.1.  Fas Expression im Tiermodell der hypoxisch-ischämischen Schädigung des neonatalen Rattengehirns

Im neonatalen Hypoxie-Modell der Ratte konnte demonstriert werden, dass Fas auf neuronalen Zellen exprimiert wird. Er funktioniert in vitro und in vivo als Todesrezeptor und kann Apoptose triggern.

Die Expression von Fas ist im gesunden neonatalen Rattengehirn am stärksten in hippocampalen und kortikalen Neuronen. Diese Ergebnisse sind in Einklang mit anderen Studien, die Fas eine wesentliche Rolle in der Hirnentwicklung zuschreiben [Park 1998, Cheema 1999]. Fas wird nur in bestimmten Hirnregionen exprimiert, was die vergleichsweise niedrige Expression im Zerebellum zeigt.

Fas-induzierte Apoptose wird immer wieder in der physiologischen Hirnentwicklung mit gerichteter Elimination überschüssiger Neurone diskutiert. Beispielsweise leben transgene Mäuse, denen das FADD Gen fehlt, nicht länger als bis zum Tag 11.5 der Embryonalentwicklung [Yeh 1998, Zhang 1998]. Andererseits wird FADD nicht zur selben Zeit in kortikalen Neuronen exprimiert wie Fas Rezeptor und sein Ligand [Cheema 1999], was gegen eine Rolle bei der Hirnentwicklung spricht. In humanen embryonalen Zellkulturen konnte zu verschiedenen Stadien der Entwicklung die Rolle von Fas als funktionierender Todesrezeptor bestätigt werden [Nat 2001a, 2001b].


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In der vorliegenden Studie konnten wir zeigen, dass Fas nach intrazerebraler Injektion eines agonistischen anti-Fas Antikörpers als Todesrezeptor funktioniert. Unsere Daten weisen darauf hin, dass eine Vielfalt von neuronalen Zellen die Fähigkeit besitzt, durch Fas-induzierte Apoptose zu sterben.

Nach Hypoxie-Ischämie war ein signifikanter Anstieg der Fas Expression auf der Seite des Insultes zu verzeichnen. Zu späteren Zeitpunkten kam es zu einem Abfall der Fas Expression. Nach 48 Stunden sank die Expression im Hippocampus sogar unterhalb physiologische Werte, was mit exzessivem Gewebeuntergang zu erklären ist. Unsere Ergebnisse stehen in Einklang mit früheren Untersuchungen, die Fas mRNA Expression im adulten Mäusegehirn nach zerebraler Ischämie nachweisen konnten [Matsuyama 1995, Herdegen 1998]. Weitere Evidenz für eine Beteiligung des Fas Systems an neuronalen Schädigungen kommt aus der Beobachtung, daß lpr Mäuse, denen ein funktioneller Fas Rezeptor fehlt, resistent gegenüber einer zerebralen Ischämie sind [Martin-Villalba 1999].

Inzwischen haben auch andere Gruppen die Rolle von Fas bei der zerebralen Ischämie im adulten sowie im sich entwickelnden Gehirn bestätigt [Northington 2001, Padosch 2003]. Jedoch kann Fas-induzierte Apoptose nicht der einzige Mechanismus sein, durch den nach Hypoxie neuronale Zellen sterben. Im Zerebellum sahen wir einen signifikanten Anstieg der Apoptoserate bei vergleichsweise niedriger Fas Expression.

4.2.2.  Neuroprotektion im Modell der HIE durch Inhibition von Caspasen

In diesem experimentellen Modell konnten wir in vitro an neuronalen Zellinien und primären neuronalen Kulturen einen neuroprotektiven Effekt von Caspaseninhibitoren zeigen. Der Pancaspaseninhibitor Boc-aspartyl(OMe)-fluoromethylketone (BAF) und der selektivere Caspase 8 - Inhibitor IETD-FMK (IETD) reduzierten Fas-induzierte Apoptose in PC12 Zellen und primären hippocampalen und kortikalen neuronalen Zellkulturen. In [Seite 40↓] vivo gibt es im unreifen Gehirn nur wenige Untersuchungen zur Wirksamkeit der Inhibition von Caspasen. Cheng und Mitarbeiter konnten den neuroprotektiven Effekt des Pancaspaseninhibitors BAF im neonatalen Hypoxie-Modell der Ratte demonstrieren [Cheng 1998].

Aber auch andere inhibitorische Substanzen, die das Fas/FasL System zum Ziel haben, sind möglicherweise erfolgversprechend. Eine deutliche Reduktion des Infarktvolumens brachte beispielsweise der Einsatz eines Anti-Fas Ligand Antikörpers im zerebralen Ischämie-Modell der adulten Ratte [Martin-Villalba 2001].

Die Beobachtung, dass Fas auf neuronalen Zellen im sich entwickelnden Gehirn exprimiert wird und dass dieses Molekül zudem nach zerebraler Hypoxie-Ischämie hochreguliert wird, hat wesentliche Bedeutung für die Erarbeitung neuroprotektiver Strategien, um neuronalen Zelluntergang zu verhindern. Neuere therapeutische Ansätze, die die Blockierung Fas-abhängiger apoptotischer Stoffwechselkaskaden zum Ziel haben, können möglicherweise auch Schädigungen des unreifen Gehirns limitieren.

4.2.3.  Bestätigung der Fas Expression in post-mortem Gewebe nach hypoxischer
Hirnschädigung des Neugeborenen

Diese Studie hatte zum Ziel die, im Tiermodell der Hypoxie-Ischämie gemachten Beobachtungen der Fas Expression im menschlichen System zu untersuchen [Felderhoff-Müser 2000]. Unsere immunhistochemischen Untersuchungen an paraffinfixiertem Autopsiematerial von Fällen mit PSN ergab eine deutliche Erhöhung der Expression von Fas Rezeptor auf pontinen und pyramidalen hippocampalen Neuronen. Diese Zellen trugen gleichzeitig die charakteristischen Merkmale des apoptotischen Zelluntergangs, nukleäre Kondensation und Margination.


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In späteren Stadien der Apoptose, wo nur noch die sogenannten Apoptosekörperchen sichtbar waren, färbten sich die Zellen nicht mehr positiv für Fas. Diese Beobachtungen stehen in Übereinstimmung mit unseren Untersuchungen am oben beschriebenen Rattenmodell der Hypoxie-Ischämie, wo die Fas Rezeptor Hochregulation ihr Maximum 12 bis 24 Stunden nach dem Insult erreichte [Felderhoff-Müser 2000].

Auch in Kontrollfällen ohne PSN zeigte sich eine geringe Zahl von Fas/FasL positiven Zellen. Primäre hippocampale und kortikale Neurone sowie bis zu 14 Tage alte Ratten zeigen ebenfalls physiologische Expression von Fas und seinem Liganden [Cheema 1999, Felderhoff-Müser 2000]. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass die absolute Zellzahl des adulten Gehirns durch Rezeptor-vermittelten Selbstmord der Zelle in situ durch Fas Ligand tragende Zellen erreicht wird. Aus ethischen Gründen konnten wir kein anderes Untersuchungsmaterial als das von kranken Kindern gewinnen. Deshalb können wir die Möglichkeit einer Überschätzung der Anzahl apoptotischer und Fas-positiver Zellen, auch in Fällen ohne die histologischen Kriterien einer PSN, nicht komplett ausschließen.

Die PSN tritt unter verschiedenen pathophysiologischen Bedingungen wie perinatale Hypoxie, Ischämie, Hypoglykämie und Hyperoxie mit Ausbildung von freien Radikalen auf. Während die physiologische Apoptose ein wichtiges Regulatorium für die Entwicklung des unreifen menschlichen Gehirns ist, sind die Mechanismen der induzierten Apoptose nicht vollständig bekannt. In den ersten beiden Lebenswochen der neonatalen Ratte durchläuft die NMDA-Untereinheit des Glutamatrezeptors eine Phase der Überempfindlichkeit gegenüber Exzitotoxizität. Somit sind Hirnareale mit einer hohen Dichte an Neuronen, die den NMDA Rezeptor tragen, in dieser Zeit besonders empfindlich [Ikonomidou 1999]. Bezogen auf die PSN ist noch ungeklärt, ob auch die Fas-positiven Zellen eine erhöhte Empfindlichkeit für Stimuli wie Hypoxie, Hyperoxie oder Hypoglykämie besitzen.


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Eine kürzlich durchgeführte Studie an PSN Fällen zeigte neben anderen Faktoren, wie p53, Bcl-2 und Bax, die Aktivierung von Caspase 3 in apoptotischen Zellen, was die Beteiligung weiterer apoptotischer Faktoren bei der PSN bestätigt [Stadelmann 2001].

Die Rolle von Fas Ligand bleibt weiterhin Gegenstand der Diskussion. Mittels immunhistochemischer Techniken wurde eine physiologische Expression von Fas Ligand bisher auf Astrozyten und Neuronen bei Maus und Ratte sowie im adulten, humanen ZNS gefunden [Saas 1997, Bechmann 1999, Quallet 1999]. Auch fand sich im neonatalen Rattengehirn eine physiologische Expression von Fas Ligand und eine Hochregulation unter hypoxisch-ischämischen Bedingungen, wie wir in einer Pilotstudie zeigen konnten [Felderhoff-Müser 2000]. Im vorliegenden Autopsiematerial ließ sich zur neuronalen Expression von Fas Ligand keine klare Aussage machen. Dies kann möglicherweise an der zu langen Fixation des Gewebes im Routinebetrieb liegen.

Weitere tierexperimentelle und prospektive humane Studien sind notwendig, um die Rolle des Fas/Fas Ligand Systems im sich entwickelnden Gehirn näher zu untersuchen und neuroprotektive Maßnahmen, die diesen Todesrezeptor zum Ziel haben, zu testen.

4.3. Apoptotische Signalgebung im Tiermodell der traumatischen Hirnschädigung der unreifen Ratte

Wir konnten zeigen, dass bei der Neurodegeneration nach Trauma auf das unreife Gehirn mindestens zwei verschiedene apoptotische Stoffwechselwege aktiviert werden. Durch Einsatz eines Caspaseninhibitors als neuroprotektive Maßnahme konnte in diesem Modell die apoptotische Schädigung deutlich reduziert werden. Zudem wurde die Expression der neurotrophen Wachstumsfaktoren BDNF und NT-3 durch Trauma moduliert.


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4.3.1.  Die Aktivierung des extrinsischen apoptotischen Systems

Der extrinsische Weg beinhaltet die Aktivierung von Caspase 8 und kann durch Anschalten von Todesrezeptoren initiiert werden. In dieser Arbeit konnten wir zeigen, dass ebenso wie im adulten [Beer 2000], auch im Traumamodell der infantilen Ratte der Todeszeptor Fas hochreguliert wird. Diese Ergebnisse sind in Einklang mit unserer Studie am Hypoxiemodell, die ebenfalls die Hochregulation von Fas beschrieb [Felderhoff-Müser 2000]. Unsere Daten am Traumamodell zeigten Fas Expression in Zellen, die auch die Merkmale von apoptotischem Zelluntergang trugen und diese Fas Expression korrelierte mit einer erhöhten Caspase 8 Aktivität. Es ist aber nicht auszuschließen, dass in diesem experimentellen Modell neben Fas auch andere Todesrezeptoren und ihre Liganden, wie beispielsweise TNF oder TRAIL, bei der Aktivierung von Caspase 8 eine Rolle spielen.

Interaktionen zwischen der extrinsischen und der intrinsischen apoptotischen Stoffwechselkaskade sind beschrieben. So kann die Aktivierung von Caspase 8 über Proteolyse des pro-apoptotischen Proteins bid zur Auschüttung von Cytochrom C aus den Mitochondrien führen [Hengartner 2000].

4.3.2.  Die Aktivierung des intrinsischen apoptotischen Systems

Der intrinsische Weg beinhaltet die mitochondriale Freisetzung von Cytochrom C in das Zytoplasma mit anschließender Aktivierung von Caspase 9. Im Modell der apoptotischen Neurodegeneration nach Trauma auf das infantile Rattengehirn fand sich Cytochrom C schon 2 Stunden nach Insult im Zytoplasma, zu einem Zeitpunkt, wo mit histologischen Methoden noch keine Apoptose zu detektieren war. Unsere Ergebnisse bestätigen die Aktivierung des intrinsischen Systems auch im infantilen Rattengehirn, was bisher nur im adulten Gehirn nachgewiesen werden konnte [Morita-Fujimura 1999, Raghupathi 2000, Keane 2001]. Wie Cytochrom C ins Zytoplasma gelangt, ist nicht geklärt. Die anti-apoptotischen Proteine aus der Bcl-2 Familie gewährleisten die Stabilität der [Seite 44↓] mitochondrialen Membran [Kroemer 1997b, Hengartner 2000, Nicholson 2000]. Wir konnten eine stark erniedrigte Expression von Bcl-2 und Bcl-xL 1/2 - 2 Stunden nach dem Insult feststellen, was eine Erklärung für die erhöhte Permeabilität der mitochondrialen Membran sein könnte.

4.3.3.  Die Regulation durch Wachstumsfaktoren

Die Gründe für die erniedrigte Expression der Mitglieder der Bcl-2 Familie sind nicht geklärt. Xing und Mitarbeiter konnten zeigen, dass die Transkription von Bcl-2 von CREB beeinflusst wird, welches wiederum in seiner Aktivität durch Wachstumsfaktoren geregelt wird [Xing 1996]. Die Ausschüttung von Neurotrophinen und deren Wirkung auf sich entwickelnde Neurone wird durch das Maß an neuronaler Aktivität geregelt [Mc Callister 1996, Liou 1997]. Nach Hirntrauma ist die physiologische, synaptische Aktivität vermindert, was eine Beeinträchtigung neurotrophin-vermittelter Überlebenssignale zur Folge haben könnte. Im Gegensatz dazu fanden wir eine Hochregulation der Neurotrophine BDNF und NT-3 nach Trauma. Dies ist möglicherweise im unreifen Gehirn als intrinsischer Kompensationsmechanismus der Zelle zu verstehen, um zumindest einen Teil des neuronalen Untergangs zu verhindern. Neurotrophine können aber nicht nur Überlebenssignale aussenden und die Differenzierung der Zelle fördern, sondern auch über den p75 Neurotrophinrezeptor (NTR) Zelltod induzieren. P75 wird besonders während der frühen neuronalen Entwicklung exprimiert und ist strukturell verwandt mit der Fas/TNF Rezeptorfamilie. Seine Funktion wird hauptsächlich nach Aktivierung über Nerve Growth Factor (NGF) vermittelt [Troy 2002, Dechant 2002]. Ebenso können Neurotrophin-4 (NT-4) und Basic Fibroblast Growth Factor (bFGF), zwei Wachstumsfaktoren aus unterschiedlichen Familien, eine Neurodegeneration fördern [Lobner 2002, McDonald 2002]. Ob die beiden, in der vorliegenden Arbeit untersuchten, Neurotrophine unter bestimmten Umständen auch Zelltod-induzierende Wirkungen haben, ist nicht geklärt.


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4.3.4.  Neuroprotektion im Traumamodell durch Inhibition von Caspasen

Im Traumamodell konnten wir zeigen, daß die apoptotische Neurodegeneration effektiv durch die intrazerebroventrikuläre Injektion des Pancaspaseninhibitors z-VAD.FMK geblockt werden kann. Diese Substanz war in der Lage, den Zelluntergang bei Injektion von bis zu einem Zeitfenster von 8 Stunden nach Insult deutlich zu reduzieren. Zudem ließen sich auch neuroprotektive Effekte in vom primären Insult entfernt gelegenen Hirnregionen zeigen. Dies ist für den Einsatz in einem klinischen Umfeld von großer Bedeutung.

In adulten Tiermodellen der experimentellen Meningitis und der zerebralen Hypoxie zeigten Caspaseninhibitoren signifikante neuroprotektive Effekte [Endres 1998, Fink 1998, Himi 1998, Braun 1999]. Auch im Traumamodell erwiesen sich
z-VAD.FMK und der selektive Caspase 3 Inhibitor z-DEVD.FMK als wirksam [Yakovlev 1997, Clark 2000]. Im sich entwickelnden Gehirn gibt es nur wenige Daten zur Wirksamkeit von Caspaseninhibitoren. Zusätzlich zu unseren in vitro Untersuchungen in hippocampalen und kortikalen neuronalen Kulturen existiert nur eine weitere in vivo Studie. Cheng und Mitarbeiter demonstrierten den neuroprotektiven Effekt des Pancaspaseninhibitors BAF im neonatalen Hypoxie-Modell [Cheng 1998].

Unsere Ergebnisse verdeutlichen, dass die Blockierung von Effektormolekülen der neuronalen Apoptose therapeutisches Potential bei der traumatischen Schädigung des infantilen Gehirns hat. Derartige antiapoptotische Therapien geben möglicherweise genug Zeit, um zelleigene Schutzsysteme zu aktivieren und die zelluläre Homöostase und Funktion wiederherzustellen [Han 2000]. Es existieren Daten zur funktionellen Langzeitentwicklung nach Caspaseninhibition im adulten zerebralen Ischämie-Modell [Mouw 2002]. Da aber Apoptose auch ein physiologischer Prozeß im sich entwickelnden Gehirn ist, sind Studien, die neurologische Folgeuntersuchungen nach Caspaseninhibition zum Ziel haben, von großem wissenschaftlichen Interesse [Gillardon 1999].


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4.4.  Die Rolle von löslichen apoptotischen Faktoren beim kindlichen
Hydrozephalus

4.4.1.  Lösliches Fas, löslicher Fas Ligand und aktivierte Caspase 3 im Liquor von Kindern mit Hydrozephalus

In diesen klinischen Untersuchungen wurden lösliche Formen von pro-apoptotischen Faktoren im Liquor von Neugeborenen und Kindern mit Hydrozephalus untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß die lösliche Form des pro-apoptotischen Zelloberflächen-rezeptors Fas bei allen Patientengruppen von Kindern mit Hydrozephalus signifikant erhöht war. Dieser löslichen Form wird eine anti-apoptotische Wirkung zugeschrieben, um die zelluläre Homöostase bei Fas-gertriggerter Apoptose im Gleichgewicht zu halten [Matsuki 2002].

In der ersten Serie von Patienten wurden ältere Kinder mit Hydrozephalus untersucht. Der Liquor wurde bei Shuntimplantationen oder Shuntrevisionen aufgrund von klinischer Hirndrucksymptomatik gewonnen, eingefroren und mittels ELISA-Technik aufgearbeitet. In der zweiten Patientengruppe wurden Früh- und Neugeborene mit posthämorrhagischem und kongenitalem Hydrozephalus untersucht. Der Liquor wurde bei klinischer Symptomatik entweder bei Shuntimplantation oder Punktion eines implantierten Rickham Reservoirs gewonnen.

In beiden Untersuchungsserien wurden Patienten mit Infektionen und Tumoren ausgeschlossen, um eine Interaktion von Fas tragenden Immun- und Tumorzellen zu vermeiden [Faßbender 1999, Riffkin 2001].

Bei Patienten mit Hydrozephalus fanden sich signifikant höhere intrathekale Spiegel der löslichen Form des Fas Rezeptors. Fas Ligand war nicht erhöht. Zur Zeit der ersten Studie war ein ELISA zur Messung von aktivierter Caspase 3 noch nicht verfügbar. Die aktivierte Form von Caspase 3 wurde deshalb nur in der zweiten Studie an Früh- und [Seite 47↓] Neugeborenen untersucht. Im Vergleich zur Kontrollgruppe waren keine erhöhten Spiegel zu finden.

sFas wurde bisher bei einigen neurodegenerativen Erkrankungen erhöht im Liquor gefunden, insbesondere bei Autoimmunerkrankungen, HIV, zerebralen Ischämien, Traumen und malignen Erkrankungen [Zipp 1998, Tarkowski 1999, Sabri 2001, Lenzlinger 2001, Liu 2002]. In einer Studie an Schlaganfallpatienten war die Konzentration von sFas im Liquor erniedrigt und korrelierte negativ mit dem Ausmaß der Schädigung. Die Autoren schlugen eine initial im akuten Ereignis erhöhte sFas Produktion mit anschließendem konsumptiven Verbrauch des Moleküls vor [Tarkowski 1999]. Im Gegensatz zum Schlaganfall ist der Hydrozephalus ein eher chronisches Ereignis mit schneller klinischer Erholung nach Reduktion des intrakraniellen Druckes. Möglicherweise kommt es bei Hydrozephaluspatienten zu einer Hochregulation von anti-apoptotischen Faktoren, um schwererem Schaden vorzubeugen. Erhöhte sFas Werte im Liquor von Patienten mit Hydrozephalus, sprechen für ein endogenes Protektionssystem gegen parallel ablaufende apoptotische Prozesse [Zipp 1998, Tarkowski 1999]. Neurone, Oligodendrozyten und Astrozyten habe alle das Potential, Fas zu bilden; die genaue Stätte der Produktion bleibt zu untersuchen [Becher 1998, Cheema 1999].

Im Gegensatz zu Untersuchungen beim akuten Hirntrauma war die lösliche Form des pro-apoptotisch wirkenden Liganden von Fas nicht erhöht. Ertel und Mitarbeiter machen Fas-tragende inflammatorische Leukozyten für eine intrinsische Produktion von sFasL verantwortlich, um diese Zellen per Fas-induzierter Apoptose zu eliminieren [Ertel 1997]. Eine mögliche Erklärung für unsere negativen sFasL Ergebnisse könnte das Fehlen einer solchen Reaktion beim Hydrozephalus sein [Del Bigio 1998].

Die Gewebeexpression von Fas und Caspase 3 wurde ausführlich in Tiermodellen der traumatischen Hirnschädigung untersucht [Bittigau 1999, Beer 2000, Felderhoff-Müser 2002]. In klinischen Studien an hirntraumatisierten Erwachsenen fand sich eine erhöhte [Seite 48↓] Caspase 3 Aktivität und eine Erhöhung der löslichen Form von Fas Ligand [Ertel 1997, Hentze 2001, Harter 2001]. Demgegenüber fand sich in unseren Untersuchungen weder sFasL noch die aktivierte Form der Caspase 3 erhöht. Im Gegenteil zum Hirntrauma, welches mit ausgedehnten Gewebeuntergängen einhergeht, handelt es sich beim Hydrozephalus um ein chronisches Ereignis. Es wäre möglich, dass die ELISA Technik nicht sensibel genug ist, kleinste Mengen dieser Moleküle zu erkennen. Zudem spielen beim Hydrozephalus inflammatorische Prozesse, die Apoptose verstärken könnten, keine Rolle. Leider existieren nicht viele tierexperimentelle Studien, die die Pathophysiologie der Apoptose bei Hydrozephalus im Kindesalter genauer untersucht haben [Del Bigio 1998]. Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, daß apoptotische Signaltransduktions-mechanismen auch bei der Pathogenese des Hydrozephalus eine Rolle spielen. Ein Monitoring von sFas im Liquor könnte zudem zusätzliche Informationen ergeben, wenn die klinische Symptomatik unklar ist.

4.4.2.  Lösliches Fas bei Patienten mit Hydrozephalus und periventrikulärer Leukomalazie

In einer Untergruppe von frühgeborenen Patienten mit posthämorrhagischem Hydrozephalus, die im Verlauf eine zystische PVL entwickelten, war sFas signifikant erhöht. Eine Vielzahl von inflammatorischen Zytokinen wurde bisher im Serum bei Patienten mit PVL erhöht gefunden [Nelson 1998, Kadhim 2001, Dammann 2002, Leviton 2002]. Eine kürzlich erschienene Arbeit beschreibt eine erhöhte Gewebeexpression von TNF-alpha, einem Fas sehr verwandten Zytokin, bei verstorbenen Frühgeborenen mit PVL [Kadhim 2003]. Auch gibt es einen Zusammenhang zwischen histologischer Chorioamnionitis, erhöhten Zytokinen und Hirnblutungen [Tauscher 2003].

Obwohl die Anzahl der Patienten mit PVL gering war, sind hohe sFas Werte möglicherweise ein Hinweis auf Gewebeuntergang im sich entwickelnden Gehirn. Weitere Studien an einer größeren Anzahl von Patienten sind notwendig, um diese Ergebnisse zu verifizieren.


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4.5.  Schlussfolgerungen und Ausblick

In den letzten Jahren hat sich das Verständnis der Mechanismen des Zelltodes bei akuten Schädigungen des Nervensystems sowie neurodegenerativen Erkrankungen deutlich verbessert [Friedlander 2003]. Die Tatsache, dass die Aktivierung apoptotischer Stoffwechselkaskaden bei einer Vielzahl von Schädigungsmustern im Gehirn eine Rolle spielt, macht diese interessant für neuroprotektive Interventionen [Nicholson 2000]. Die Kenntnis der genauen intrazellulären Stoffwechselwege soll therapeutische Ziele identifizieren, um so selektiv Zelltodmechanismen zu inhibieren ohne umliegende intakte Zellen zu schädigen. Die überwiegende Mehrzahl der experimentellen Studien wurde in adulten Systemen durchgeführt. Für das unreife Gehirn liegen vergleichsweise wenige Daten vor. Die zugrundeliegenden biochemischen Abläufe sind dem adulten zentralen Nervensystem zwar prinzipiell ähnlich, in vielen experimentellen Modellen wird jedoch das Ausmaß einer Schädigung deutlich vom Alter beeinflusst [Bittigau 1999, Back 2002].

Die vorliegenden klinischen und tierexperimentellen Arbeiten haben gezeigt, dass apoptotischen Signaltransduktionsmechanismen im unreifen Gehirn eine wesentliche Rolle zukommt. Das Verständnis der modulierenden Faktoren, die das Ausmaß einer Schädigung bestimmen, ist entscheidend für die Entwicklung neuroprotektiver Therapien für das unreife zentrale Nervensystem. Im klinischen Umfeld ist es notwendig, Schädigungsmuster mit neuen, sensiblen bildgebenden Techniken wie der Magnetresonanztomographie zu identifizieren [Hüppi 2002, Miller 2002], sowie empfindliche biochemische Verlaufsparameter zu erarbeiten. Zur Entwicklung neuroprotektiver Strategien ist die Untersuchung der Ausbreitung einer Schädigung in verschiedenen Hirnregionen und unreifen Zellsystemen unter Bezugnahme auf die genauen zeitlichen Abläufe wichtig. Der Entwicklung pharmakologischer Interventionen sollte in jedem Fall die sorgfältige Untersuchung der physiologischen Reifeprozesse vorausgehen.


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22.04.2004