Effekt von Kohlendioxid und pH-Wert auf die Mukusxpression in Calu-3-Zellen

Hintergrund: Die übersteigerte Schleimproduktion (Mukushypersekretion) ist ein häufiges Problem chronisch entzündlicher Atemwegserkrankungen. Bisher ist ungeklärt, ob Veränderungen im Kohlendioxidpartialdruck beispielsweise im Rahmen einer Hyperkapnie die Mukusexpression beeinflussen.

Material und Methoden: Calu-3-Zellen (mukoepidermoide Zellen) wurden mit unterschiedlichen CO2-Konzentrationen kultiviert (5%, 15% und 20%) mit und ohne Pufferung des pH-Werts. Die Zellviabilität (mittels Trypanblau) sowie Muzinprotein- und die Muzingenexpression (MUC5AC) wurden nach 24 Stunden mithilfe der PAS-Färbung und Real time PCR bestimmt.

Ergebnisse: Der pH-Wert lag unter 15% CO2 bei 7,29 sowie unter 20% bei 7,26 und damit deutlich unter dem pH von 7,50 unter 5% CO2 (Standardbedingungen). Die Viabilität der Zellen lag nach 24 Stunden bei allen Versuchsbedingungen zwischen 85 und 93%. Die Muzinproteinexpression war unter 15% und 20% CO2 ohne Pufferung signifikant höher als unter 5% CO2 (44,3±3,5% und 50,4±4,0% vs. 15,1±1,8%; p<0,05). Die MUC5AC-Genexpression wurde durch 15% CO2 und 20% CO2 in ungepufferten Versuchen um das 1,4- bzw. 1,5-fache gesteigert (p>0,05). In den gepufferten Experimenten fand sich dagegen eine signifikante Senkung der Muzinprotein- (13,3±3,3% und 7,2±2,4%) und MUC5AC-Genexpression (Reduktion um ca. 50%) (p<0,05).

Diskussion: Die vorliegenden Ergebnisse weisen darauf hin, dass der pH-Wert im Rahmen einer respiratorischen Azidose die Mukusexpression beeinflusst. Daneben scheint aber auch die CO2-Konzentration in der Umgebungsluft einen Effekt zu besitzen. In wie weit diese beiden Faktoren wie in unseren Experimenten gesehen gegensätzliche Effekte haben, müssen weitere Untersuchungen klären.