Der Einfluss zyklischer Dehnung verschiedener Lungenzelltypen auf Zellvitalität und den PI3K/Akt-Signalweg

Hintergrund: Lungenzellen sind während Atmung und Beatmung zyklischer Dehnung ausgesetzt. Es wurde bereits gezeigt, dass Dehnung mit hoher Amplitude zu Apoptose von alveolären Typ II (ATII) – Zellen in vitro führen kann. Der PI3K/Akt-Signalweg stellt einen wichtigen Mechanismus dar, Zellüberleben zu vermitteln. In dieser Studie wurde der Einfluss von zyklischer Dehnung auf den PI3K/Akt-Signalweg untersucht.

Methode: A549-Zellen, humane pulmonale Fibroblasten sowie ATII-Zellen der Ratte wurden auf flexiblen Membranen kultiviert und verschieden starker zyklischer Dehnung über 24h ausgesetzt. Die verschiedenen Dehnungsmuster simulierten physiologische Atmung (Gruppe P) sowie Atmung mit erhöhter Amplitude und/oder Frequenz (Gruppen hA, hF, hAF). Als Kontrollgruppe wurden statische Zellkulturen gewählt (Gruppe S). Es wurde der zelluläre Phospho-Akt-Gehalt per ELISA sowie das anti-apoptotische Protein Bcl-2 per Western Blot nach zyklischer Dehnung gemessen und mit nicht gedehnten Kontrollen verglichen. Weiterhin wurden Parameter der Zellvitalität untersucht (LDH als Parameter der Membranintegrität, Apoptose, Nekrose).

Ergebnisse: Alle drei Zelltypen zeigten verstärkte LDH-Freisetzung auf Dehnung mit hoher Amplitude (Gruppen hA/hAF). Mechanisch-induzierte Apoptose unter Dehnung trat nur bei ATII-Zellen auf (Gruppen hA/hF). Sowohl bei A549-Zellen als auch bei Fibroblasten konnte ein erhöhter Phospho-Akt- und Bcl-2-Gehalt unter Dehnung mit erhöhter Amplitude nachgewiesen werden (Gruppen hA/hAF), ATII-Zellen hingegen reagierten mit erniedrigtem Phospho-Akt und Bcl-2 (Gruppe hA).

Diskussion: Das entgegengesetzte Verhalten von A549-Zellen und Fibroblasten einerseits und ATII-Zellen andererseits auf verstärkte zyklische Dehnung hinsichtlich Apoptose und Aktivierung des PI3K/Akt-Signalweg zeigt die Bedeutung dieses Signalwegs für die Reaktion pulmonaler Zellen auf verstärkte mechanisch Belastung.