Der Einfluss von Glutamin im in vitro Experiment auf die Freisetzung der Zytokine IL-2 und TNF-alpha und der Zusammenhang mit der genetischen Variabilität für diese Zytokine bei gesunden Probanden

Abstract

Ein wichtiges Kriterium für die Immunkompetenz eines Patienten ist sein Ernährungszustand. Zu einer sinnvollen Substitution von bestimmten Ernährungsbestandteilen bei immungeschwächten Patienten zählt unter anderem die Aminosäure Glutamin. Studien haben gezeigt, dass Glutamin durch seinen Einfluss auf die Freisetzung von Zytokinen, das Immunsystem eines Individuums modifizieren und dadurch stärken kann. Die Differenzierung und Modulierung von Immunzellen wird durch eine ganze Reihe von unterschiedlichen Zytokinen reguliert. Es gibt Hinweise darauf, dass die Höhe der Freisetzung solcher Zytokine auch von ihrem jeweiligen genetischen Polymorphismus abhängig ist. An unserer Studie haben wir untersucht, welchen Einfluss die Polymorphismen IL-2 -330 (T/G) und TNF-alpha -308 (A/G) auf die Zytokine IL-2 und TNF-alpha haben und ob Glutamin, eine bedingt essentielle Aminosäure, im Rahmen einer Immunnutrition die Zytokinsynthese beeinflussen könnte. Die Blutproben, die wir für unsere Studie verwendeten, stammen aus einem Probandenkollektiv bestehend aus 91 Individuen beider Geschlechter. Das Vollblut der Probanden wurde 1:1 mit Glutamin freiem RPMI 1640 verdünnt und dann auf die Glutaminkonzentrationen 250 µM und 2000 µM eingestellt. Vor Beginn der Bestimmung der Konzentrationen von IL-2 und TNF-alpha wurden die Proben durch 10 ng/ml Phorbol-12-myristat-13-acetat (PMA) und 1 µg/ml Ionomycin in-vitro aktiviert. Die Stimulation der Immunzellen erfolgte im Inkubator bei 37°C über 8 Stunden. Anders als in anderen Studien sind die Immunzellen in unserer Untersuchung also während der Aktivierung in ihrem physiologischen Milieu Blut verblieben. Parallel wurde die DNA aus den Probandenproben extrahiert und anschließend wurden die IL-2 -330 und die TNF-alpha; -308 Polymorphismen bestimmt. In unserer Studie fand sich kein signifikanter Einfluss von Glutamin auf die IL-2 Freisetzung. In den Terzilen mit niedriger und mittlerer Zytokinantwort scheint ein diskreter, nicht signifikanter Effekt auf die IL-2 Freisetzung unter dem Einfluss von 2000 µM Glutamin erkennbar zu sein. Glutamin hat in unserer Untersuchung auch keinen signifikanten Einfluss auf die TNF-alpha Freisetzung. In den Terzilen mit mittlerer und hoher Zytokinantwort ist unter dem Einfluss von Glutamin ein tendenziell senkender Effekt auf die TNF-alpha Freisetzung ohne Signifikanz erkennbar. Unabhängig von der Höhe der Glutaminkonzentration hat der IL-2 Genotyp in unserer Studie keinen Einfluss auf die Höhe der IL-2 Freisetzung. Tendenziell zeigt sich, dass der TNF-alpha Polymorphismus, unabhängig von der Höhe der Glutaminkonzentration im Vollblut, einen diskreten Einfluss auf die Höhe der TNF-alpha Freisetzung haben könnte. Über allen Terzilen scheint die Höhe der TNF-alpha Konzentration bei Probanden mit mindestens einem G Allel durchschnittlich höher zu sein als bei Probanden mit dem A/A Genotyp. Diese Aussage ist jedoch durch kein signifikantes Ergebnis gestützt. Widersprüche zu anderen Studien sind zum Teil durch die unterschiedliche Methode der Stimulation der Immunzellen und dem unterschiedlichen physiologischen Medium, in dem die Zellen während der Aktivierung verbleiben, zu erklären. Man weiß heute, dass allein durch den Prozess der Isolation Zellen aktiviert werden können, so dass die Messung der Zytokinproduktion verändert sein kann. Dieses haben wir mit unserem Vollblutansatz vermieden.Da in dieser Untersuchung nur der Einfluss unterschiedlicher Glutaminkonzentrationen auf die Zytokinfreisetzung bei gesunden Probanden dargestellt wurde, sind weitere Untersuchungen sowohl mit gesunden Probanden als auch mit Patientenkollektiven notwendig, um sowohl die klinische Relevanz einer Glutaminsupplementierung als auch den Einfluss des IL-2 330 SNP beziehungsweise des TNF-a 308 SNP näher zu beleuchten. An important part of a patient s immune-competence is his nutritional condition. A reasonable and valuable substitution of certain nutritional components for patients with a weak immune system is, among other things, the amino acid glutamine. Studies have shown that glutamine, with its influence on the release of cytokines, can modify and therefore strengthen an individual s immune system. The differentiation and shaping of immune cells is regulated by an array of various cytokines. Various findings indicate and suggest that the amount of such released cytokines is also dependent upon each respective genetic polymorphism. With our study, we researched which influence the polymorphisms IL-2-330 (T/G) and TNF- alpha -308 (A/G) had on the cytokines IL-2 und TNF-alpha and if glutamine, a conditional essential amino acid, can influence or change the cytokines synthesis if given within a nutritional diet.The blood samples that we used in our study came from a collective of test subjects consisting of 91 individuals of both genders. The subject s whole blood was diluted 1:1 with glutamine free RPMI 1640 and then adjusted to the glutamine concentration of 250 µM und 2000 µM. Before beginning to stipulate the concentration of IL-2 und TNF-alpha we activated the samples in-vitro with 10 ng/ml Phorbol-12-myristat-13-acetat (PMA) and 1 µg/ml Ionomycin. In the incubator and with a temperature of 37° C, the stimulation of the immune cells occurred within and across the next 8 hours. Unlike in other studies, the immune cells in our examination stayed in their physiologically milieu blood during the activation. Simultaneously the DNA of the test subject s samples was extracted and then the IL-2 -330 and the TNF-a -308 polymorphisms determined. Within our studies, no significant influence of glutamine on the IL-2 release was found. Within the tertiles of a low and middle cytokine response seems to be a discrete and insignificant effect on the IL-2 release under the influence of 2000 µM glutamine. Furthermore, glutamine had no significant influence on the TNF-a release within our study. In the tertiles of middle and high cytokine response and under the influence of glutamine, there is a decreasing tendency of the effect on the TNF-a release without significance distinguishable. Regardless of the amount of glutamine concentration, within our research, the IL-2 genotype had no influence over the amount of the IL-2 release. It indicates that the TNF-a Polymorphism, regardless of the amount of the glutamine concentration in the whole blood, could have a discrete influence over the amount of the TNF-a release. Throughout all tertiles it seems that the amount of the TNF-a concentration is on average higher for test subjects with a minimum of at least one G-allele than it is for test subjects with a A/A genotype. This statement, however is not supported by a significant finding. Discrepancies to other studies can be partially explained by different methods used to stimulate the immune cells and the various physiological mediums, in which the cells remain during the activation process. We know today, that the simple process of isolation can activate cells, and therefore the measurement of cytokine production may be altered. In our research, we avoided this from happening with our whole blood approach. Since our study only outlines the influence of various glutamine concentrations on the cytokine release of healthy test subjects, more research with healthy test subjects, as well as with groups of patients is necessary in order to shine a light on the clinical relevance of a glutamine supplementation as well as the influence of the IL-2 330 SNP and the TNF-a 308 SNP.