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Pharmakokinetik von JWH-018 und seinen Metaboliten in menschlichen Serum-, Urin- und Speichelproben
(2019)
Synthetische Cannabinoide sind seit Anfang der 2000er Jahre als Alternative zum Cannabiskonsum bekannt. Als erstes synthetisches Cannabinoid konnte JWH-018 in dem Produkt „Spice“ identifiziert werden. Aufgrund von teils behandlungspflichtigen, erheblichen Nebenwirkungen sowie von Todesfällen wurden bislang keine Probandenstudien durchgeführt.
Als erste kontrollierte Untersuchung wurde eine Pilotstudie mit sechs Probanden und sehr niedrigen Dosierungen (2 und 3 mg im Vergleich mit Placebo) mit der am besten erforschten Substanz, JWH-018, abgeschlossen. Mit der Entnahme von 14 Serum- und Speichel- sowie 5 Urinproben über einen Zeitraum von 12 Stunden nach Inhalation sollten Daten zur Pharmakokinetik und zum Metabolismus erhoben werden.
Blut, Urin und Speichel wurden nach flüssig-flüssig Extraktion mittels Flüssigchromatographie-Tandemmassenspektrometrie analysiert. Die Methoden wurden nach aktuellen Richtlinien vollständig validiert.
Serumkonzentrationen wurden zur Korrelation mit beobachteten Wirkungen bestimmt. Die maximale Serumkonzentration von JWH-018 erreichte bereits 5 min nach Inhalation 2,9-9,9 ng/ml und nahm innerhalb der nächsten 1,5 h deutlich ab, gefolgt von einem multiexponentiellen Abfall (t½ im Median 1,3 h und 5,7 h). Bei zwei Probanden lagen noch bis zu 4 Wochen nach der Applikation Spuren von JWH-018 vor. Die Konzentration des Pentansäuremetaboliten war etwas höher als die der 3-, 4- und 5-Hydroxypentylmetaboliten und des 6-Hydroxyindolmetaboliten. Bei der JWH-018 Pentansäure zeigte sich jedoch im Vergleich ein späteres Erreichen der Maximalkonzentration sowie eine deutliche Plateauphase, was sich durch enterohepatisches Cycling erklären lassen könnte.
Speicheltests dienen im forensischen wie klinischen Umfeld häufig als Schnelltest und als Indikator für anhaltende Wirkungen. Die Speichelasservierung und -lagerung erfolgte mit dem Quantisal-System. Maximale Konzentrationen von JWH-018 waren 2,2-2036 (Median 25,7) ng/ml direkt nach Inhalation und sanken in der nächsten Stunde auf nur 0,08-8,42 (Median 0,89) ng/ml, Metabolite wurden nicht nachgewiesen. Innerhalb der Eliminationsphase (mittlere Halbwertszeit 1,69 h) konnte JWH-018 während 6-12 (Median 8) h nachgewiesen werden (0,024 ng/ml Quantifizierungs-grenze). Das Konzentrationsverhältnis von Speichel zu Serum variierte intra- und interindividuell stark in einem Bereich von 0,05-555 (Median 1,38) ng/ml, was eine Extrapolation der Speichelkonzentrationen auf Serum/Plasma ausschließt.
Urin wurde zu mindestens 5 Zeitpunkten entnommen und sowohl mit, als auch ohne β Glukuronidasebehandlung analysiert. Die Muttersubstanz war nicht nachweisbar, dafür 13 ihrer Metaboliten, die alle hochgradig konjugiert vorlagen. Die Konzentrationen des vorherrschenden Metaboliten, JWH-018 Pentansäure, lagen unter 5 ng/ml, wurden aber bei zwei Probanden noch bis zu 4 Wochen nach der Einnahme nachgewiesen. Die JWH-073 Butansäure wurde in die Urinanalyse miteinbezogen, da es Hinweise auf eine metabolische Bildung gab. Die Untersuchungsergebnisse können klar belegen, dass die Butansäure als Metabolit nach Konsum von JWH-018 entsteht. Wie im Serum wurden die Metabolite 3-, 4- und 5-Hydroxypentyl- sowie 6-Hydroxyindol-JWH-018 nachgewiesen. Zusätzlich zeigten sich aber auch geringe Signale von 4-, 5- und 7 Hydroxyindol- sowie von 2-Hydroxypentyl-JWH-018 und ein Signal neben dem 3 Hydroxypentylmetaboliten, welches ein weiteres hydroxyliertes Isomer repräsentieren dürfte. Weiterhin zeigten sich wie bereits im Serum auch in allen Urinproben bis zu zwei Messsignale mit den gleichen Fragmenten wie die JWH-018 Pentansäure. In Anlehnung an eine in-vitro Metabolismusstudie ist davon auszugehen, dass es sich um dihydroxylierte und dehydrierte Isomere von JWH-018 handelt, die als Hydroxy-Keto-Metabolite postuliert wurden. Im Allgemeinen lagen hydroxylierte Metaboliten bereits 10 h nach der Inhalation in Konzentrationen von weniger als 1 ng/ml vor. Die unterschiedliche Ausscheidung von Carbonsäuren und hydroxylierten Metaboliten kann bei der Einordnung des Konsumzeitpunkts helfen. Alle Konzentrationen lagen deutlich niedriger als für Urinproben von authentischen JWH-018 Konsumenten beschrieben.
Bei der Auswertung der Messdaten in Bezug auf die 2 mg und die 3 mg Dosis ließen sich keine signifikanten Unterschiede nachweisen, was sich nach Untersuchung der nicht inhalierten Restmengen durch erhebliche Schwankungen in der Applikation erklären lässt.
Die Daten sprechen für eine ausgeprägte Mehrkompartimentkinetik und eine langsame terminale Eliminierung von JWH-018 und allen Metaboliten, was zu einer Akkumulation bei chronischen Konsumenten führen kann. Dies ähnelt den Erfahrungen mit dem Cannabiswirkstoff Tetrahydrocannabinol (THC) und legt langanhaltende Effekte und eine Toleranzentwicklung nahe.
Die Erythropoese wird durch das Hormon Erythropoetin (EPO), welches nach Geburt größtenteils in der Niere gebildet wird, aktiviert. Die Bildung von EPO erfolgt sauerstoffabhängig über eine vermehrte Aktivität des hypoxieinduzierbaren Faktors (HIF-1), welcher die Transkription der EPO Gene reguliert. HIF-1 besteht aus zwei Untereinheiten, der HIF-1α- und der HIF-1β-Untereinheit. Das Vorhandensein von HIF-1 wird über die veränderte Stabilität der HIF-1α-Untereinheit reguliert.
Mycophenolate mofetil (MMF) ist ein Immunsuppressivum, welches eine wichtige Rolle in der Transplantationsmedizin einnimmt. Es ist ein nicht kompetitiver, reversibler Hemmer der Inosinmonophosphatdehydrogenase (IMPDH), welche für die de novo Purinsynthese notwendig ist. Lymphozyten, welche im Gegensatz zu anderen Zellen keine Möglichkeit haben Purine über einen Wiederverwertungsmechanismus bereitzustellen, sind von der IMPDH abhängig. Dieser Mechanismus ermöglicht MMF eine selektive Wirkung auf Lymphozyten ohne andere Zellen zu schädigen. Trotzdem haben einige Multicenter Studien gezeigt, dass unter MMF Therapie nach Nierentransplantation in bis zu 15% der Fälle Anämien auftreten.
Wir haben in früheren Versuchen gezeigt, dass es nach einer Behandlung der HepG2 Zellen mit 5 μM MMF über 24 Stunden zu einer spezifische Minderung der EPO Sekretion kam. Es konnte so ein Zusammenhang zwischen der vermindert EPO Sekretion unter MMF und Anämien unter immunsuppressiver Therapie mit MMF angenommen werden.
Ziel dieser Arbeit war es, mögliche Ansätze für einen Regulationsmechanismus zu untersuchen, der für die reduzierte EPO Sekretion unter MMF verantwortlich ist. Es zeigte sich, mittels PCR und Western Blot Versuchen, eine zeitabhängige Verminderung der EPO mRNA parallel zu einer reduzierten EPO Sekretion, was auf eine Regulation auf RNA Ebene hindeutet. MMF depletiert den intrazellulären Guanosinpool durch Hemmung der IMPDH. Nach Zugabe von exogenem Guanosin zu den HepG2 Zellen war die MMF induzierte Reduktion der EPO mRNA vollständig reversibel. Dies zeigt, dass der beobachtete Effekt IMPDH abhängig und somit spezifisch für die MMF Wirkung ist. Des weiteren konnten wir zeigen, dass die Stabilität des EPOs und der EPO mRNA durch MMF nicht verändert war. Allerdings zeigte sich eine Verminderung der HIF-1α-Untereinheit unter MMF nach 14 und 16 Stunden. Da keine eindeutige Abnahme der HIF-1α mRNA beobachtet werden konnte, gehen wir hier von einer Regulation auf Proteinebene aus.
Im Hinblick auf diese Ergebnisse scheint eine Substitution von EPO eine gute Möglichkeit zur Behandlung von MMF induzierten Anämien. Die Ergebnisse weisen außerdem auf eine Beteiligung des HIF-1 in der Entstehung von MMF induzierten Anämien hin und sollten Grundlage für weitere Forschungsansätze zur Klärung der Mechanismen sein. Hier ist es von Interesse, ob andere Zielgene von HIF-1 (z.B. Transferrin und dessen Rezeptor, VEGF, induzierbare NO-Synthetase und Glukose Transporter 1) ebenfalls eine verminderte Expression unter MMF Stimulation erfahren. Dies würde unsere These unterstützen, dass MMF über HIF-1 die EPO Transkription beeinflusst. Außerdem könnten genauere Untersuchungen bezüglich der Stabilität der HIF-1-alpha Untereinheit unter MMF Einfluss und Forschungen bezüglich der möglichen Beteiligung von anderen Transkriptionsfaktoren (z.B. GATA-2 und NFкB) in Zukunft wegweisend sein, um den Regulationsmechanismus von MMF induzierten Anämien weiter zu erforschen. Hier könnten weitere Erkenntnisse in Zukunft neue Möglichkeiten für medikamentöse Angriffspunkte der MMF induzierten Anämien eröffnen.
Das proinflammatorische Zytokin Interleukin (IL)-18 scheint an einer Vielzahl von Entstehungsprozessen pathologischer Erkrankungen, darunter rheumatoide Arthrits und Artherosklerose, sowie Tumorwachstum und Metastasierungsfähigkeit von Tumoren, beteiligt zu sein. Da die biologische Aktivität der Matrix-Metallo-Proteinase-9 (MMP-9) ebenfalls entscheidenden Einfluss auf die Pathologie dieser Erkrankungen hat, wurden die Auswirkungen von IL-18 auf die MMP-9-Produktion in peripheren Blutmonozyten (PBMC) untersucht. Darüber hinaus richtete sich unser Augenmerk auf die Möglichkeiten einer immunopharmakologischen Intervention mittels anti-Tumor-Nekrose-Faktorα (anti-TNFα) oder IL-10. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, daß die MMP-9-Produktion in PBMC durch IL-18 gesteigert wird. Dabei ist die Potenz von IL-18 bei der Freisetzung von MMP-9 vergleichbar mit derjenigen von TNFα. Durch die Verwendung neutralisierender monoklonaler Antikörper konnte gezeigt werden, dass die Freisetzung von MMP-9 von einer endogenen TNFα-Produktion abhängig ist. Während IL-18 und TNFα die Protease induzieren, ergibt eine Inkubation mit IFNγ keine Effekte auf die Freisetzung von MMP-9 in den PBMC. Die hier beschriebene Induktion von MMP-9 durch IL-18 ließ sich ebenfalls in humanen Vollblutkulturen nachweisen. Das antientzündliche Zytokin IL-10 ist in der Lage, die Sekretion von MMP-9 sowohl aus unstimulierten als auch aus PBMC, die zuvor mit IL-18 inkubiert wurden, konsequent zu unterdrücken. Die Produktion des tissue inhibitor of metalloproteinase-1 (TIMP-1) bleibt von einer Stimulation mit IL-18 unberührt, wohingegen eine Zugabe von IL-10 die Sekretion von TIMP-1 aus PBMC steigert. Die vorliegende Arbeit erweitert somit die proentzündlichen Wirkungsweisen von IL-18 auf PBMC, betont die herausragende Rolle einer intermediären TNFα-Produktion und stellt einen Zusammenhang her zwischen den biologischen Funktionen von IL-18 und der pathologischen Potenz von MMP-9.
To determine the effects of inhaled IL-10 at different doses and different time points on the pulmonary and systemic inflammatory response during endotoxemia, 48 ventilated, anaesthetized rats (mean body weight ± standard deviation, 500 ± 33g) were randomly assigned to six groups (n = 8, each). Interleukin-10 was nebulised either prior to or following the intravenous injection of LPS (5mg/kg) at two doses (5.0 mycro-g or 0.5 mycro-g) in our groups. Eight rats received the same insult with no further treatment (LPS-only group). Another eight rats served as controls without endotoxemia but with aerosolized phosphate-buffered saline, the solvent of IL-10 (Sham group). Concentrations of TNF-alpha, IL-1beta, IL-6, and IFN-gamma were analyzed in plasma and bronchoalveolar lavage fluid (BALF). In addition, the nitrite release from ex-vivo cultured alveolar macrophages was determined. As compared to the LPS-only group, the concentrations of the proinflammatory cytokines TNF-alpha, IL-1beta, IL-6, and IFN-gamma in plasma were significantly reduced in the group, which inhaled 5 mycro-g IL-10 before LPS injection (p< 0.0125). Spontaneous nitrite release from exvivo cultured alveolar macrophages was suppressed in this group (p< 0.0125). Inhalation of 0.5 mycro-g IL-10 before LPS injection and both dosages of IL-10 inhalation (5 mycro-g or 0.5 mycro-g) after LPS injection did not significantly influence either inflammatory cytokine concentrations in BALF, in plasma or the nitrite release from ex-vivo cultured alveolar macrophages. In this study, inhaled IL-10 only demonstrated anti-inflammatory effects when it was administered at 5 mycro-g prior to the induction of experimental endotoxemia. Interleukin-10 aerosol had no effect when it was given either following induction of endotoxemia or given at a lower dosage (which here was 0.5 mycro-g) either before or following injection of lipopolysaccharide.
In der vorliegenden Arbeit wurden die Proteine Vlp15/16 und GlpQ aus B. miyamotoi hinsichtlich ihrer Eigenschaft, mit Plasminogen zu interagieren, charakterisiert.
Da einige Fälle von ZNS-Beteiligungen bei B. miyamotoi-Infektionen berichtet wurden, ist anzunehmen, dass diese Borrelienspezies über molekulare Mechanismen zur Überwindung der Blut-Hirn-Schranke verfügt. Eine solche Strategie könnte die Bindung wirtseigener Proteasen wie z.B. Plasminogen sein, um Komponenten der extrazellulären Matrix zu degradieren und dadurch die Dissemination des Erregers zu erleichtern.
Während Vmps, zu welchen auch Vlp15/16 gehört, als membranständige Proteine durch Variation der antigenen Oberflächenmatrix zur Immunevasion des Erregers beitragen, ist GlpQ bei der Hydrolyse von Phospholipiden in den Zellstoffwechsel eingebunden. Trotz dieser unterschiedlichen Funktionen, die den beiden Proteinen zukommen, binden beide Moleküle Plasminogen. Die Eigenschaften dieser Interaktion wurden in dieser Arbeit im Detail untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass Vlp15/16 und GlpQ Plasminogen konzentrationsabhängig binden und die Dissoziationskonstanten (Vlp15/16:Kd = 354 nM ± 62 nM; GlpQ: Kd = 413 nM ± 72 nM) für beide Proteine im Bereich der Serumkonzentration von 2 µM liegen. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass den beiden Proteinen unterschiedliche Mechanismen zugrunde liegen, Plasminogen zu binden. Während die erhobenen Daten für Vlp15/16 darauf hindeuten, dass Lysin-Reste essenziell für die Interaktion sind, scheinen bei GlpQ ionische Wechselwirkungen von Bedeutung zu sein.
Um die Beteiligung von C-terminal lokalisierten Lysin-Resten für die PlasminogenBindung von GlpQ nachzuweisen, wurden Varianten mit einzelnen Lysin-Substitutionen an zwei unterschiedlichen Positionen (333 und 334) sowie eine Variante mit einer Zweifach-Substitution (GlpQ-K333A-K334A) generiert. Die Bindungsanalysen ergaben, dass insbesondere der Lysin-Rest an Position 334 bei der Interaktion mit Plasminogen beteiligt ist.
Die funktionellen Analysen zeigten, dass das an Vlp15/16 beziehungsweise GlpQ gebundene Plasminogen zu Plasmin aktiviert werden konnte und darüber hinaus dazu in der Lage war, das physiologische Substrat Fibrinogen zu degradieren.
Abschließend wurde die Plasminogen-Bindung an nativen B. miyamotoi-Zellen mittels Immunfluoreszenz-Mikroskopie nachgewiesen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen Vlp15/16 und GlpQ als Plasminogen-bindende Proteine aus, mit deren Hilfe B. miyamotoi befähigt ist, Komponenten der extrazellulären Matrix zu degradieren und somit prinzipiell zur Dissemination des Erregers beizutragen.
IL-38 is the latest discovered cytokine of the IL-1 family and has been added to the IL-36 subfamily. Since its discovery in 2001, increasing evidence suggests predominantly anti-inflammatory properties of IL-38, which are most likely exerted through three potential receptors, the IL-1 Receptor 1 (IL-1R1), IL-36 Receptor (IL-36R) and the IL-1 Receptor Accessory Protein Like 1 (IL-1RAPL1). However, to this date detailed knowledge of IL-38 functioning remains to be examined. Importantly, how IL-38 is processed, secreted from cells and the exact mechanisms of target receptor binding and intracellular signaling are not fully understood. Further, IL-38 has been associated with regulatory functions in autoimmune diseases like systemic lupus erythematosus (SLE) and psoriasis. At the same time however, connections between B cells as indispensable part of immunity and IL-38 remain rare.
In this study we examined the influence of IL-38 in peripheral human blood B cells differentiating into antibody secreting cells using a three-step in vitro differentiation process. We first show that all potential IL-38 binding receptors are present on peripheral blood B cells on a gene expression level and remain detectable throughout B cell differentiation. Next, while B cells treated with exogenous IL-38 depict no differences in early B cell activation markers, the process of B cell differentiation revealed significant alterations in B cell phenotype created by IL-38 treatment. Predominantly on day 7 of the differentiation process, IL-38 treated B cells showed significantly reduced CD38 expression which depicts an important step in development towards plasma cells. We hypothesize that IL-38 acts antagonistically on the IL-1R1 pathway reducing Nuclear factor kappa B (NFκB) expression and consequently decreasing CD38 expression. Further IL-38 reduced early antibody production while increasing IgM secretion at the end stages of differentiation. Next, we repeated the differentiation assays under the influence of additional IL-21 stimulation to further enhance plasma cell development. In these experiments, the impact of IL-38 on B cell differentiation and immunoglobulin production were reduced, indicating a comparatively moderate relevance of IL-38 for B cell differentiation. We then examined how proliferation and cell death were impacted by exogenous IL-38 during B cell differentiation. IL-38 treatment alone significantly reduced B cell survival which was further augmented by IL-21 stimulation. We conclude that IL-38 and IL-21 act synergistically in promoting B cell apoptosis, also depicting an anti-inflammatory property of IL-38. Finally, using a siRNA we successfully performed an IL-38 knockdown experiment of human blood B cells reducing IL-38 expression to 44% measured on day 4 of B cell differentiation. In these experiments we observed reversed tendencies of CD38 expression compared to exogenous IL-38 treatment. Here, IL-38 knockdown cells showed increased CD38 expression indicating endogenous regulatory properties of IL-38 in B cell differentiation.
Our project, for the first time proves direct effects of IL-38 on human B cells. The results support previous research of IL-38 to act anti-inflammatory as it seems to modulate B cell differentiation, survival, and immunoglobulin production in a down-regulatory manner. These findings pave way for more detailed research on the connection between B cell homoeostasis and IL-38 function.