Die Regulation antioxidativer Enzyme nach Ozonexposition am Kulturmodell der menschlichen Nasenschleimhaut

Abstract

Die antioxidativen Enzyme Katalase (KAT), Glutathion-Peroxidase (GPX), Glutathion-Reduktase (GR), Superoxid-Dismutase (SOD) und Glutathion-S-Transferase (GST) sind an der intrazellulären Abwehr von oxidativem Stress beteiligt. Diverse Arbeitsgruppen fanden eine Hochregulation der antioxidativen Enzyme (AOEs) nach Exposition auf Ozon. In der vorliegenden Studie sollte an einem von Schierhorn und Mitarbeitern entwickelten Kulturmodell der nasalen Mukosa des Menschen untersucht werden, ob Aktivitätsänderungen der AOEs nach Ozonexposition in vitro zu verzeichnen sind. Zu diesem Zweck wurde die nasale Mukosa von 67 Patienten, die sich wegen nasaler Atmungsbehinderung einer Conchotomie unterzogen hatten, 24 Stunden bei 37 °C und 5% CO2 kultiviert und parallel unter den selben Bedingungen einer zusätzlichen Ozonkonzentration von 120 ppb ausgesetzt. Tendenzielle Aktivitätsänderungen durch Ozon ließen sich bei der GPX (13.8 auf 17.7 mU/mg Protein, 28% Steigerung) und der SOD (8.4 auf 9.7 U/mg Protein, 15% Steigerung) feststellen. Diese Aktivitätszunahmen wiesen jedoch keine Signifikanz auf. Aktivtätsänderungen bei KAT, GR und GST durch die Ozonexposition wurden nicht gefunden. Alter der Patienten, Geschlecht und Zigarettenrauchen nahmen den Ergebnissen dieser Studie nach keinen Einfluß auf die Regulation der AOEs nach Ozonexposition. Die Deletion der Glutathion-S-Transferase M1, die bei etwa 50% der mitteleuropäischen Bevölkerung zu finden ist, veränderte die Regulation der SOD nach in vitro Ozonexposition. Die GST-defizienten Patienten dieser Studie beantworteten die Ozonexposition mit einer signifikanten Hochregulation der SOD (p<0.01), während die Patienten, für die keine GSTM1-Defizienz gefunden wurde, keine signifikante Änderung der enzymatischen SOD-Aktivität nach Ozon aufwiesen. Für die KAT, GPX, GR und GST war die GSTM1-Defizienz bezüglich ihrer Aktivitätsänderungen nach Ozon ohne Relevanz. Schlußfolgerungen: Am Modell der menschlichen Nasenschleimhaut in vitro ließ sich keine signifikante Änderung der antioxidativen Enzymaktivitäten nach 24-stündiger Ozonexposition von 120 ppb beobachten. Vermutlich spielen die antioxidativen Enzyme keine Rolle bei der Abwehr einer oxidativen Ozonbelastung dieser Dauer und Konzentration. Bei Glutathion-S-Transferase M1 Defizienz findet eine Hochregulation der Superoxid-Dismutase nach Ozonexposition statt. Dieses Ergebnis könnte auf eine modulierte enzymatische Regulation durch den GSTM1-Polymorphismus hinweisen.

Abstract

Antioxidant enzymes as catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPX), superoxide dismutase (SOD) and glutathione S-transferase (GST) are thought the primary cellular defense mechanism against reactive oxygen species. Ozone, a highly reactive oxidant, is known to cause respiratory symptoms at ambiental doses. A number of studies have shown the mucosa of the respiratory tract to be the first target site of ozone toxicity. Other animal studies demonstrated an upregulation of mucosal antioxidant enzymes after ozone exposition. Concerning to the antioxidant defense mechanisms of the human nasal mucosa no studies are found so far. The purpose of this study was to determine if in vitro ozone exposure of human nasal mucosa results in changes in the activity of CAT, GPX, SOD, GST and glutathione reductase (GR). Nasal mucosa from 67 patients was cultivated in a specially designed in vitro organ culture and exposed to 120 ppb ozone for 24 hours. The results were compared with the histamin release which is known to be upregulated from human nasal mucosa after ozone exposition (60-200 ppb).