Das trockene Auge: Neue Ansätze für Diagnostik und Therapie
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ÜBERSICHTSARBEIT
Kompass Ophthalmol 2020;6:64–75 • DOI: 10.1159/000507467
Übersetzung aus J Clin Med. 2019;8:pii:E1439. DOI: 10.3390/jcm8091439.
Das trockene Auge: Neue Ansätze
für Diagnostik und Therapie
Mostafa Heidari a, b Farsad Noorizadeh a Kevin Wu c, d Takenori Inomata e, f
Alireza Mashaghi g, h, i
a
Basir Eye Health Research Center, Teheran, Iran;
b
Farabi Eye Hospital, Department of Ophthalmology and Eye Research Center, Tehran University of Medical Sciences, Teheran, Iran;
c
Department of Ophthalmology, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, Ophthalmic Consultation Service, New York , NY, USA;
d
New York Eye and Ear Infirmary of Mount Sinai, New York , NY, USA;
e
Department of Ophthalmology, Juntendo University Faculty of Medicine, Tokio, Japan;
f
Department of Strategic Operating Room Management and Improvement, Juntendo University Faculty of Medicine, Tokio, Japan;
g
Systems Biomedicine and Pharmacology Division, Leiden Academic Centre for Drug Research, Leiden University, Leiden, Niederlande,
h
Department of Chemistry and Chemical Biology, Harvard University, Cambridge, MA, USA;
i
Department of Ophthalmology, Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai, China
Schlüsselwörter
Trockenes Auge · Immunmetabolismus · Mikrobiom · Omik ·
Eye-on-a-Chip · klinische Zeichen · DES-Behandlung
Zusammenfassung
Das Trockene Auge (dry eye syndrome, DES) gehört zu den häu- Erkenntnisse erbracht. Darüber hinaus waren in der jüngeren Ver-
figsten Augenkrankheiten und betrifft Millionen von Menschen gangenheit neue Entwicklungen bei den Ansätzen zur klinischen
weltweit. Die Erkrankung ist jedoch noch nicht vollständig er- Beurteilung und den Behandlungsstrategien zu beobachten. Die
forscht und bleibt nicht vollumfänglich behandelt. Multidisziplinä- vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über die neuen Frontlinien
re Ansätze, darunter immunmetabolische Untersuchungen, Mikro- in der Pathobiologie und Behandlung des Trockenen Auges.
biomanalysen und biotechnologische Verfahren, haben wertvolle © 2019 The Authors
Einführung Osmolarität der Tränenflüssigkeit erhöhen und den Tränenfilm
destabilisieren, wodurch es zu einer sensorischen Stimulation
Das Trockene Auge (dry eye syndrome, DES) ist eine multifakto- und Reizung der Augenoberfläche kommt [6]. Dieser Prozess löst
rielle Erkrankung der Augenoberfläche [1]. Aufgrund der hohen Entzündungsmechanismen aus, die zu einer Rekrutierung von
Prävalenz [2, 3] mit Millionen Betroffenen, die eine augenärztli- Immunzellen und zu einer Überexpression von Zytokinen an der
che Behandlung suchen [4], stellt die Krankheit eine große Belas- Augenoberfläche führen. Dadurch entsteht ein Teufelskreis, der
tung für die Gesundheitsversorgung dar. Sie ist durch ein Tro- den betroffenen Bereich weiter schädigt. Im Jahr 2017 veröffent-
ckenheits- und Fremdkörpergefühl oder Brennen sowie heftiges lichte die «Tear Film and Ocular Surface Society» (TFOS) einen
Augentränen und Lichtempfindlichkeit gekennzeichnet [5] und Bericht zum internationalen Dry Eye Workshop II (DEWS II),
beeinträchtigt das klare Sehen sowie die Lebensqualität. Ver- demzufolge das Trockene Auge in zwei Hauptformen eingeteilt
schiedene Faktoren wie Trockenheit, Verletzung, Luftverschmut- wird: die hyposekretorische (mangelnde Tränenproduktion) und
zung und Rauch, Allergene, Dysbiose und UV-Licht können die die evaporative Form. Erstere kann wiederum in zwei Unterklas-
information@karger.com © 2020 S. Karger GmbH, Freiburg Takenori Inomata
www.karger.com/kop Department of Ophthalmology
Jutendo University Faculty of Medicine
Tokio, Japan
tinoma @ juntendo.ac.jp
Abb. 1. Beim Trockenen Auge kommt es durch
eine oxidative Stoffwechsellage und Veränderun-
gen des normalen Mikrobioms zu einer Entzün-
dung auf der Augenoberfläche. Reaktive Sauer-
stoffspezies erhöhen die Instabilität des Tränen-
films und die Osmolarität und bewirken dadurch
eine direkte oder indirekte Aktivierung des NLRP3-
Inflammasoms. Die beim Trockenen Auge auftre-
tenden Veränderungen des Mikrobioms sind wie-
derum mit einem veränderten metabolischen Pro-
fil der Augenoberfläche verbunden, wodurch das
Gleichgewicht zwischen pro- und anti-inflam-
matorischem Arm der Immunantwort in Richtung
der proinflammatorischen Signalwege verschoben
wird. Die induzierte Entzündung ist vermutlich das
zentrale Element bei den Krankheitserscheinun-
gen des Trockenen Auges. Abkürzungen: FoxO3:
Forkhead box O3; LPS: Lipopolysaccharid; MnSOD:
Mangan-Superoxid-Dismutase; NLRP3: NLR family
pyrin-domain-containing 3; ROS: reactive oxygen
species (reaktive Sauerstoffspezies); Sirt1: Sirtuin 1;
SOD: Superoxid-Dismutase; Treg: regulatorische
T-Zelle.
sen eingeteilt werden: das Trockene Auge bei Sjögren-Syndrom logie (z.B. M. Parkinson), Kardiologie (z.B. Atherosklerose) und
(SSDES) und das Nicht-Sjögren-Syndrom-assoziierte Trockene Geriatrie, hat dieses Forschungsgebiet stark an Bedeutung zuge-
Auge (NSSDES) [7]. nommen [13]. Ein ähnlicher Ansatz könnte für die Augenheil-
Trotz einiger Fortschritte ist das Trockene Auge noch immer nicht kunde und insbesondere für die Untersuchung der Entzün-
vollständig erforscht und behandelt. Es werden zunehmend inter- dungsprozesse im Auge von großem Nutzen sein. Diese Heran-
disziplinäre Ansätze verfolgt, um die komplexen Zusammenhänge gehensweise ist in der Ophthalmologie jedoch noch neu, und die
beim Trockenen Auge zu klären und neue Diagnose- und Behand- meisten in der Augenheilkunde tätigen Forscher verfügen nur
lungsstrategien zu entwickeln. Neue Konzepte und Instrumente über ein begrenztes Wissen in diesem neu aufkommenden Be-
aus der analytischen Chemie, der Technologie, der Immunologie reich.
und der Mikrobiologie werden eingesetzt und in Hinblick auf die Das Trockene Auge ist eine entzündliche Erkrankung, bei der so-
Behandlung des Trockenen Auges geprüft. In der vorliegenden Ar- wohl metabolische als auch immunregulatorische Störungen eine
beit geben wir einen Überblick über die Entwicklungen in der Be- Rolle spielen. Auf der Augenoberfläche befinden sich verschiede-
handlung und Versorgung des Trockenen Auges in den vergange- ne mikrobielle Organismen, die am Metabolismus der Augen-
nen fünf Jahren. Dabei liegt der Schwerpunkt auf neu aufkommen- oberfläche beteiligt sind. Pathologische Veränderungen in der
den Konzepten und interdisziplinären Ansätzen, die dieses Gebiet Zusammensetzung der Mikroben auf der Augenoberfläche kön-
möglicherweise in Zukunft wesentlich beeinflussen. nen eine Immunreaktion auslösen. Im Folgenden werden die me-
tabolischen und immunologischen Veränderungen sowie die
Neue Erkenntnisse zur Pathogenese des Trockenen Auges Veränderungen der mikrobiellen Zusammensetzung, die mit der
Pathogenese des Trockenen Auges assoziiert sind, erörtert. Die
In den vergangenen Jahren ist eine neue Forschungsfront an der vorliegende Übersichtsarbeit soll die Lücke im Verständnis der
Schnittstelle von Immunologie und Stoffwechselforschung ent- Pathogenese des Trockenen Auges schließen und Möglichkeiten
standen. Das Gebiet des «Immunmetabolismus» hat bereits eine identifizieren, die Behandlung und Versorgung des Trockenen
beträchtliche Anzahl von Entdeckungen hervorgebracht und zur Auges zu verbessern.
Erforschung der Krankheit beigetragen [8]. Insbesondere konn-
ten durch immunmetabolische Untersuchungen Einblicke in Au- DES-assoziierte metabolische Dysregulation
toimmunerkrankungen, einschließlich rheumatoider Arthritis Oxidativer Stress aktiviert an verschiendenen Stellen die DES-
[9] und Lupus erythematodes [10], gewonnen werden. Derzeit assoziierte pathologische Kaskade (Abb. 1). Reaktive Sauer-
zeichnet sich ein empfindliches Wechselspiel zwischen metaboli- stoffspezies (reactive oxygen species, ROS) schädigen die Be-
scher Reprogrammierung und Immunsignalwegen ab, was unser cherzellen, die Myelinscheiden der Nerven der Augenoberfläche
Verständnis der Entzündungsprozesse um eine zusätzliche Di- und die Lipidschicht des Tränenfilms. Dadurch wird die Lipid-
mension erweitert [11, 12]. schicht des Tränenfilms instabil und es kommt zu einer in-
Das Gebiet des Immunmetabolismus ist neu in der Augenheil- flammatorischen Dysregulation [14]. Die Instabilität des Trä-
kunde. In anderen Bereichen der Medizin, wie etwa der Neuro- nenfilms hat zur Folge, dass die Osmolarität steigt und oxidative
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Bedingungen auf der Augenoberfläche entstehen. Wurden pri- Immunsystem und Immunmetabolismus beim Trockenen
märe humane Hornhautepithelzellen (human corneal epithelial Auge
cells, HCECs) hyperosmolaren Medien ausgesetzt, führte dies zu Aktuellen Modellen zufolge sind Th17 (T-Helfer 17) (IL-17-sezer-
einem signifikanten Anstieg reaktiver oxidativer Substanzen, nierende CD4+T-Zellen) und Th1-Zellen die wichtigsten Immun-
gemessen mittels 2′,7′-Dichlorfluoresceindiacetat, einem mem- mediatoren beim Trockenen Auge [19] und sie werden durch den
branpermeablen Stoff, der bei oxidativem Stress in den Zellen CC-Motiv-Chemokin-Rezeptor 6 (CCR6) bzw. CCR3 zur Augen-
oxidiert wird, wodurch stark fluoreszierendes 2′,7′-Dichlorfluo- oberfläche rekrutiert. Coursy et al. [20] berichteten, dass beim
rescein (DCF) entsteht. Die Konzentration der toxischen Pro- Trockenen Auge die Zahl der CCR6+CD4+- und CCR3+CD4+-
dukte der Lipidperoxidation, 4-Hydroxynonenal (4-HNE) und T-Zellen auf der Augenoberfläche sowie in den regionären
Malondialdehyd (MDA) nahm dosisabhängig mit steigender Os- Lymphknoten zunimmt, die in der Folge IL-17 und Interferon
molarität der Medien zu, und es war eine Verminderung der an- (IFN)-γ sezernieren. Das Ausschalten dieser beiden Rezeptoren
tioxidativen Enzyme wie Superoxid-Dismutase (SOD) und verhindert zudem die Störung der kornealen Barrierefunktion,
Glutathionperoxidase (GPx) in den humanen Hornhautepithel- die T-Zell-Infiltration und den Rückgang an Becherzellen als Re-
zellen nach Exposition gegenüber hyperosmotischen Medien zu aktion auf das Trockene Auge. Ferner verhindert das Ausschalten
beobachten [15]. Eine andere Untersuchung zeigte, dass bei Kul- des CCR3-Rezeptors die Störung der kornealen Barrierefunktion
tivierung von humanen Hornhautepithelzellen in hyperosmoti- und die T-Zell-Infiltration, bewirkt jedoch keine Verminderung
schen Medien (550–550 mOsm) die DCF-Färbung und die des Becherzellverlusts als Reaktion auf das Trockene Auge; dage-
mRNA-Expression des NLR family pyrin domain containing 3 gen führt die Sekretion von IFN-γ zu einem Rückgang der Be-
(NLRP3)-Inflammasoms, einschließlich NLRP3, apoptosis-re- cherzellen beim Trockenen Auge [21, 22].
lated speck-like protein (ASC), Pro-Caspase und Pro-Interleukin Th17-Zellen wandern zur Augenoberfläche, indem sie auf ihrer
(IL)-1β zunahmen. Zudem wurden diese Erhöhungen durch die Oberfläche CCR6 exprimieren. CCR6 bindet an CCL20 (C-C mo-
Zugabe von n-Acetylcystein als Antioxidans zum Medium ge- tif chemokine ligand 20), der auf dem Epithel der Augenoberflä-
hemmt. Interessanterweise kam es bei Stummschaltung der che exprimiert wird und dessen Expression bei DES-Patienten
NLRP3-Expression durch small interfering RNA in humanen erhöht ist. Demgegenüber verringert eine Blockade durch Anti-
Hornhautepithelzellen, die hyperosmotischen Bedingungen CCL20-Antikörper die Vermehrung der Th17-Zellen und ihre In-
ausgesetzt waren, zu einem Rückgang der ASC-, Procaspase- filtration der Augenoberfläche beim Trockenen Auge und verbes-
und IL-1β-mRNA-Konzentration. Bei DES-Patienten sind alle sert die klinischen Symptome, wohingegen die Zytokinexpressi-
diese Faktoren sowie die ROS-Spiegel erhöht [16]. Chi et al. [17] on (IL-6, IL-23, Tumornekrosefaktor (TNF)-α und IFN-γ) steigt.
berichteten über eine erhöhte Expression von IL-1β und IL-18 CD11b+ Zellen sind antigenpräsentierende Zellen (APCs), die bei
nach Verringerung der NLRP3-Konzentration durch Gabe von Entzündungszuständen in die Hornhaut rekrutiert werden. Unter
Glibenclamid bei Mäusen, bei denen ein experimentelles Tro- Behandlung mit subkonjunktivaler Injektion eines Anti-CCL20-
ckenes Auge (Desiccating Stress Model, DS) induziert wurde. Antikörpers nimmt die Infiltration der Hornhaut durch CD11b+
Darüber hinaus führte die Behandlung mit einem Caspase-1-In- Zellen ab [23]. In Mausmodellen verringert die Behandlung mit
hibitor (z-YVAD fmk) nicht zu einer veränderten NLPR3-Akti- einem Antikörper gegen Granulozyten-Kolonie-stimulierenden
vität, sondern zu einer signifikanten Wiederherstellung der Faktor darüber hinaus in vivo und in vitro die Migration und
durch hyperosmolaren Stress herunterregulierten NRLP6-Bil- Reifung (Expression des major histocompatibility complex
dung (eine Komponente des Inflammasoms). Zudem kann Cas- (MHC) II) von CD11b+ dendritischen Zellen (dendritic cells,
pase-8 die NLRP3-Aktivierung sowie die nachgeschalteten Sig- DCs) an der Augenoberfläche und verbessert die klinischen
nalwege stimulieren. Diese Ergebnisse zeigen, dass hyperosmo- Symptome des Trockenen Auges. Außerdem rekrutiert der Gra-
larer Stress durch oxidativen Stress eine Beschleunigung der nulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierende Faktor (GM-
Immunkaskade auslöst, was unterschiedliche Angriffspunkte CSF) CD11b+ antigenpräsentierende Zellen zur Augenoberflä-
für eine mögliche Prävention und Behandlung des Trockenen che. Es wurde gezeigt, dass die Heraufregulation von GM-CSF auf
Auges bietet. der Augenoberfläche beim Trockenen Auge auf Th17-Zellen zu-
Es existieren verschiedene antioxidative Mechanismen, die den rückzuführen ist [24].
oxidativen Stress kompensieren. Liu et al. [18] bestimmten die IFN-γ ist ein inflammatorisches Zytokin, das von Th1-Lympho-
Konzentration der Proteine Sirtuin 1, FOXO3 und Mangan-Su- zyten gebildet wird und die zellulären Veränderungen der DES-
peroxid-Dismutase (SOD) bei diabetischen DES-Mäusen. Dabei Progression vermittelt [25]. IFN-γ vermindert die wässrige Phase
beobachteten sie in Woche 1 und 4 in der diabetischen DES- des Tränenfilms (aqueous tear deficiency, ATD; sowohl bei Sjög-
Gruppe höhere Konzentrationen als in der Nicht-DES-Gruppe, ren- als auch bei Nicht-Sjögren-Syndrom), wobei das Verhältnis
wobei die Werte in Woche 8 allerdings zurückgingen. Die Auto- IL13 : IFN-γ in beiden ATD-Gruppen im Vergleich zu den Kont-
ren führten diese Beobachtung auf Kompensationsmechanismen rollen verringert ist [26]. Muzinproteine fördern die Becherzell-
zurück, die die Konzentration antioxidativer Moleküle bei diabe- dichte, und die mucin 5AC (MUC5AC)-Transkripte waren in bei-
tischen Mäusen erhöhen; diese Kompensationsmechanismen wa- den ATD-Gruppen vermindert, wohingegen die Konzentration
ren in Woche 8 jedoch erschöpft. an konjunktivalem IFN-γ negativ mit der Höhe des Tränenmenis-
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kus (tear meniscus height, TMH) und der konjunktivalen Becher- Die adaptive Immunantwort fördert DES-spezifische Entzün-
zelldichte korreliert war. Darüber hinaus waren die small proline dungsprozesse, doch erfordert die primäre Aktivierung dieser
rich protein 2G-Transkripte bei Patienten mit ATD erhöht und es Kaskade keine Beteiligung der Th-Zellen. Desiccating Stress
bestand eine positive Korrelation mit den IFN-γ-Konzentrationen. (DS) bewirkt die Bildung der MHC-I-verwandten Proteine A und
IFN-γ und IL-13, die von Th2-Lymphozyten freigesetzten in- B, die IFN-γ-bildende natürliche Killerzellen (NK) aktivieren.
flammatorischen Zytokine, stimulieren die Proliferation von Dadurch kommt es zur Freisetzung von Th1-bezogenen Chemo-
gering differenzierten Becherzellen und die Expression von kinen durch die Epithelzellen der kornealen Konjunktiva, welche
MUC5AC [27]. Daneben stimuliert IL-13 die Expression des Fas- die Infiltration von Th1-Zellen fördern. Die Initialphase dieses
Liganden, von CCL26, des Calcium-aktivierten Chloridkanals 3, Prozesses wird durch die Abwesenheit von Th1-Zellen jedoch
des trefoil factor 3 und des Resistin-ähnlichen Moleküls β, die als nicht gehemmt, was zeigt, dass das angeborene Immunsystem
apoptotischer Rezeptor auf Lymphozyten, als chemotaktischer von entscheidender Bedeutung für die Einleitung der IFN-γ-
Faktor von CD4+ Th-Zellen, Eosinophilen und Basophilen und Freisetzung zur Bildung von Th1-bezogenen Chemokinen ist
als Marker für die Hyperplasie und sekretorische Aktivität der [31].
Becherzellen bzw. als Reparatur- und Erhaltungsfaktor für die Sowohl CD4+ als auch CD8+ regulatorische T-Zellen (Tregs) un-
Barrierefunktion des Mukosaepithels wirken. IFN-γ hemmt in terdrücken den Entzündungsprozess beim Trockenen Auge [32].
Mausmodellen die Proliferation der Becherzellen [22] und erhöht In Mausmodellen führte die Depletion oder Inaktivierung von
die Konzentration der Proteine, die an der Antwort auf ungefal- CD8+ T-Zellen durch Anti-CD8-Antikörper zu einer vermehrten
tete Proteine (unfolded protein response, UPR) beteiligt sind, wo- Hornhautinfiltration durch CD4+ T-Zellen und erhöhte deren
durch die Translation der MUC2- und MUC5AC-mRNA ge- Konzentration in den drainierenden zervikalen Lymphknoten.
hemmt wird. Die Behandlung von Becherzellkulturen mit Dexa- Zudem nahm die Bildung von IL-17A sowohl durch Zellen der
methason reduziert die IFN-γ-vermittelte Caspase-3- und Augenoberfläche als auch durch CD4+ T-Zellen zu, wohingegen
UPR-bezogene Aktivität und verhindert dadurch einen Rück- die Bildung von IFN-γ durch die Zellen der Augenoberfläche und
gang der MUC5AC-Konzentration. Im Bindehautepithel von Pa- die IL-13-Konzentration in CD4+ T-Zellen zurückgingen. Darü-
tienten mit Sjögren-Syndrom ist die Konzentration von glucose- ber hinaus führte die Depletion CD8+ T-Zellen zu einer gesteiger-
regulated protein 78 kD und gespleißtem X-box-binding prote- ten Pathogenität der Th17-Zellen und zu einer erhöhten Bildung
in-1 signifikant erhöht. Nach Garcia-Posadas et al. [28] erhöht von IL-17 und CCL20 sowie im weiteren Verlauf zu erhöhten Ma-
IFN-γ die intrazelluläre Kalziumkonzentration, wohingegen es trix-Metalloproteinase(MMP)-3- und MMP-9-Konzentrationen,
den cholinergen intrazellulären Kalziumanstieg hemmt. Ferner die bei der DS-induzierten Störung der kornealen Barrierefunk-
verhindert eine langanhaltend erhöhte IFN-γ-Konzentration die tion eine zentrale Rolle spielen.
cholinerge Stimulation der Muzinbildung durch die Becherzellen, Unter DS-Bedingungen steigt die Konzentration von CD8+CD103+
indem sie den JAK-STAT (Janus kinase-signal transducer and ac- T-Zellen, die auf der Augenoberfläche und in den zervikalen
tivator of transcription)-Signalweg aktiviert. Lymphknoten eine immunregulatorische Funktion haben. Der
Chen et al. [19] berichteten, dass die konjunktivale mRNA-Ex- Co-Transfer von CD8+CD103+ Tregs bewirkt jedoch keine Sup-
pression von Th17-assoziierten Zytokinen (IL-17A, IL-6 und IL- pression der pathogenen Th17-Antwort auf der Augenoberfläche,
23) bei DES-Patienten erhöht war, wobei die Konzentration von was darauf hindeutet, dass diese Tregs die Bildung pathogener
IL-17A und IL-6 bei Patienten mit Sjögren-DES höher ausfiel als Th17-Zellen vor ihrer Initiierung unterdrücken, indem sie die DC-
bei Patienten mit Nicht-Sjögren-DES und kein signifikanter Un- Aktivierung supprimieren [31].
terschied in den IL-23-Konzentrationen zwischen den Gruppen Die metabolischen Faktoren der Mikroumgebung tragen wesent-
bestand. Interessanterweise korrelierte die Konzentration dieser lich zur Differenzierung von CD4+ T-Zellen in Th17- oder Treg-
Zytokine mit DES-spezifischen Parametern der Augenoberflä- Zellen bei (siehe Abb. 2). Unter Th17-förderlichen Bedingungen
che, wie dem OSDI (Ocular Surface Disease Index), der Tränen- nehmen CD4+ T-Zellen Glukose auf und gehen zur aeroben Gly-
filmaufreißzeit (tear-film break-up time, TBUT), dem Schirmer kolyse über, wohingegen sie unter antiinflammatorischen Bedin-
I-Test und der Fluorescein-Färbung der Hornhaut [29]. gungen Lipide aufnehmen und diese zur Energiegewinnung oxi-
IL-17, das von Th17-Zellen gebildet wird, induziert die B-Zell-Pro- dieren [33]. In einem inflammatorischen Mikromilieu, das Folge
liferation und -Differenzierung, und sowohl Th17- als auch Th1- der DS-Bedingungen ist, können Tregs in «exTreg»-Zellen umge-
Zellen bewirken eine signifikante Erhöhung der B-Zell-Prolifera- wandelt werden. Aufgrund ihrer phänotypischen Plastizität sind
tion, wobei dieser Effekt bei Th17-Zellen stärker ausgeprägt ist als CD4+CD25+forkhead box P3 (Foxp3)+ T-Zellen unfähig, Foxp3
bei Th1-Zellen. IL-17 steigert die Proliferation von autoreaktiven in einem entzündlichen Mikromilieu zu exprimieren [34]. Diese
B-Zellen nach Stimulation mit Anti-CD40- und Anti-IgM-Anti- exTregs exprimieren IL17 und IFN-γ und bewirken keine Sup-
körpern, die zudem eine erhöhte Expression des IL-17-Rezeptors pression der Entzündungsreaktion [35].
auf der Oberfläche der B-Zellen zur Folge hat. Darüber hinaus Ein weiterer wichtiger Faktor des angeborenen Immunsystems
führt die Sekretion von IL-17 und IFN-γ zu einer vermehrten B- beim Trockenen Auge ist die proinflammatorische Wirkung der
Zell-Differenzierung und -Proliferation, den Hauptfaktoren der neutrophil extracellular trap (NET), bei der es sich um einen
DS-induzierten Schädigung der Augenoberfläche [30]. Komplex aus extrazellulärer DNA (eDNA), Histonen, Cathelici-
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DOI: 10.1159/000507467Abb. 2. Metabolische Anforderungen der Th17-
und Treg-Reaktionen. Th17-Zellen benötigen ei-
nen aeroben glykolytischen Stoffwechsel. Induk-
toren des oxidativen Lipidstoffwechsels hemmen
die Bildung von Th17-Zellen. Umgekehrt wird die
Bildung von Treg-Zellen durch Therapien, die den
oxidativen Lipidstoffwechsel fördern, verstärkt
und durch Inhibitoren des Lipidtransports wie
etwa Etomoxir supprimiert. Für die Th17-Zelldiffe-
renzierung sind Cholesterinderivate erforderlich,
und die Blockade der Cholesterinbiosynthese,
beispielsweise mit Ketoconazol, unterdrückt die
Bildung von Th17-Zellen, hat jedoch keinen Ein-
fluss auf die Treg-Zellen. Abbildung mit freundli-
cher Genehmigung entnommen aus Binger, K.J.
et al. [33].
din und neutrophiler Elastase handelt. Extrazelluläre DNA wird Gleichgewicht mit dem Immunsystem des Wirts koexistieren [39,
aus abgestorbenen Epithelzellen freigesetzt, deren Zahl beim Tro- 40]. Wie sich gezeigt hat, ist die direkte Interaktion der Signalwe-
ckenen Auge aufgrund des erhöhten Epithelzellumsatzes zu- ge (Crosstalk) zwischen residenten Mikroben und den Immun-
nimmt, und Neutrophile sind eine wesentliche Quelle der NET- zellen des Wirts in der Schleimhaut eine Schlüsseldeterminante
Bildung. Im Tränenfilm von DES-Patienten ist zudem die Nukle- für die Entzündungsreaktion bei Krankheitszuständen [41]. Ins-
ase- und DNase I-Aktivität herabgesetzt, was den eDNA-Abbau besondere werden Th-17- und Treg-Zellen durch das menschliche
zusätzlich vermindert. Diese Daten sprechen dafür, dass die Bil- Mikrobiom beeinflusst (s. Abb. 1 und Abb. 3). Darüber hinaus ist
dung und Akkumulation von NET im Tränenfilm eine der wich- das Mikrobiom als ein wichtiger Faktor am Schleimhautmetabo-
tigsten Ursachen für die Entzündung der Augenoberfläche beim lismus beteiligt. Residente Bakterien bilden ein breites Spektrum
Trockenen Auge ist [36]. an Metaboliten, tragen zur Metabolisierung von Arzneimitteln
Derzeit wird die LFA-1/ICAM-1-Interaktion als neues therapeu- auf der Schleimhaut bei und beeinflussen dadurch immunmeta-
tisches Ziel beim Trockenen Auge erforscht [37]. Die LFA-1/ bolische Prozesse und die Pharmakotherapie [42–45].
ICAM-1-Interaktion spielt eine zentrale Rolle bei der zellvermit- Es gibt verschiedene idiopathische Krankheiten, die die Augen-
telten Immunantwort und bei der Entzündung, die mit den im- oberfläche betreffen, darunter, aber nicht ausschließlich, das Tro-
muninflammatorischen Mechanismen beim Trockenen Auge ckene Auge, follikuläre Konjunktivitis, Pterygium und die Thy-
verbunden ist. Die Blockade der Bindung von LFA-1 und ICAM-1 geson-Krankheit. Grundlegendes Element all dieser Erkrankun-
mit Lifitegrast könnte ein neuartiger Ansatz sein, um die zellver- gen ist die inflammatorische Dysregulation, und es ist folgerichtig
mittelte Immunantwort und Entzündung der Augenoberfläche anzunehmen, dass die Dysregulation des normalen okulären Mi-
gezielt zu bekämpfen. krobioms an vielen oder allen dieser Krankheiten beteiligt ist [46].
Veränderungen des mukosalen Mikrobioms verändern die
DES-assoziierte Veränderungen des normalen Mikrobioms Schleimhautimmunität und die Reaktion des Wirts auf eine um-
Eine wichtige neue Front bei der Erforschung von Schleimhaut- weltbedingte Schädigung und lösen dadurch eine Autoimmunre-
entzündungen ist die Analyse des Mikrobioms. Der menschliche aktion, wie beispielsweise eine entzündliche Darmerkrankung,
Körper beherbergt ein sehr vielfältiges Mikrobiom von mindes- aus [47, 48]. Paiva et al. [49] berichteten über einen Rückgang der
tens 1000 Spezies [38]. Auf der Haut und den Schleimhäuten von operativen taxonomischen Einheiten (operational taxonomic
Augen, Nase, Nasen-Rachen-Raum und Genitalien befinden sich unit, OTU) im Stuhl von Mäusen, die Antibiotika erhielten und
10–100 Billionen mikrobielle Zellen, die in einem empfindlichen DS ausgesetzt waren, nach 10 Tagen. Dabei kam es zu einer Ab-
68 Kompass Ophthalmol 2020;6:64–75
DOI: 10.1159/000507467Abb. 3. Mikrobiom und Th17-Autoimmunität. Untersuchungen des Mikrobioms der Darmschleimhaut zeigten einen Zusammenhang mit der Th17-Antwort
und der Epithelintegrität. Diese Studien könnten für Wissenschaftler von Nutzen sein, die an anderen Schleimhäuten forschen. Ferner wurden direkte Verbin-
dungen zwischen dem intestinalen Mikrobiom und Augenkrankheiten diskutiert, darunter auch eine Verbindung mit Uveitis [50] und Trockenem Auge [49].
Abbildung mit freundlicher Genehmigung entnommen aus Kenya Honda et al. [51].
nahme der Bacteroidetes- und Firmicutes-Stämme und zu einer Augenoberfläche durch Krankheiten wie das Trockene Auge ak-
Zunahme der Proteobakterien nach DS-Exposition. Des Weite- tiviert den Toll-like-Rezeptor (TLR)4-Signalweg [52]. Lipopoly-
ren berichteten die Autoren über einen signifikanten Rückgang saccharide (LPS) sind Endotoxine, die von gramnegativen Bakte-
von Blautia, Alistipes, Lactobacillus, Allobaculum, Bacteroides, rien freigesetzt werden. Sie erhöhen die Expression von inflam-
Desulfovibrio, Intestimonas und Clostridium, wohingegen En- matorischen Zytokinen in der Hornhaut (IL-1β und C-X-C motif
terobacter, Parasutterella, Escherichia/Shigella, Pseudomonas Chemokin-Ligand (CXCL)10) und der Bindehaut (IL-1β, CXCL10,
und Staphylococcus signifikant zunahmen. Zudem fanden sich IL-6, TNFα, IL-12α und IFN-γ), indem sie den TLR4-Signalweg
bei Mäusen unter Antibiotika und DS ein erhöhter Rückgang an aktivieren. Die Ergebnisse zeigen, dass eine veränderte mikrobi-
Becherzellen, infiltrierende CD4+ T-Zellen im Bindehautepithel elle Vielfalt der Schleimhäute und die Schleimhautdysbiose Aus-
sowie eine Störung der kornealen Barrierefunktion im Vergleich wirkungen auf die Treg-Differenzierung haben kann [53], und die
zu Mäusen, die nur DS ausgesetzt waren. Die Genexpressionsana- Produkte der mikrobiellen Flora, wie beispielsweise LPS, können
lyse zeigte, dass die Antibiotikagabe bei nicht gestressten (non- eine erhöhte Zytokinsekretion durch die Immunzellen verursa-
stressed, NS) B6-Mäusen im Vergleich zu NS-Mäusen, die keine chen. Die Daten deuten darauf hin, dass Veränderungen des nor-
Antibiotika erhalten hatten, im Bindehautgewebe einen IL- malen Mikrobioms zu einer abnormen Immunantwort führen
17-Anstieg bewirkte und die IFN-γ-mRNA-Konzentration senk- (insbesondere über immunmetabolische Mechanismen), die ein
te. Demgegenüber führte die Kombination von Antibiotikathera- Element der zugrunde liegenden Pathophysiologie beim Trocke-
pie und DS zu einem Anstieg der IFN-γ-mRNA-Spiegel sowie zu nen Auge ist (Abb. 1 und Abb. 3).
einem signifikanten Rückgang von IL-13 und des IL-13:IFN-γ-
Verhältnisses [49]. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass die An- Neue Messverfahren und Krankheitsmodelle
tibiotikatherapie die Immunaktivität und die okuläre Reaktion
auf DS verändern kann. Klinische Ansätze
Das okuläre Mikrobiom hat einen starken Einfluss auf das meta- Trotz der hohen Prävalenz existiert kein Goldstandard für die
bolische Profil der Augenoberfläche und damit auf die Immunität Diagnose des Trockenen Auges. Die klinischen Routineuntersu-
der Augenoberfläche. Kurzkettige Fettsäuren, wie etwa Butyrat chungen korrelieren in sehr geringem Maße mit den Symptomen
aus Butyrat-bildenden Bakterien (z.B. Faecalibacterium), spielen der Patienten und unterliegen zudem einem Beobachter-Bias [54–
eine wichtige Rolle bei der Differenzierung von Treg-Lymphozy- 56]. Es existieren verschiedene Untersuchungen zur Bewertung
ten [47], und erhöhte Populationen gramnegativer Bakterien von Qualität und Quantität der Aspekte der Augenoberfläche
könnten für die schweren Entzündungsreaktion bei DES-Patien- und des Tränenapparats. Welche Untersuchungen in der Lage
ten verantwortlich sein. Die Störung der Barrierefunktion der sind, das Trockene Auge mit akzeptabler Spezifität und Sensitivi-
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DOI: 10.1159/000507467tät festzustellen, ist jedoch unklar [57]. In diesem Abschnitt liegt sen [68]. Die Autoren berichteten über ein signifikant kürzeres
der Schwerpunkt auf der Beurteilung des Tränenvolumens und MBI in der DES-Gruppe gegenüber der Nicht-DES-Gruppe sowie
der Tränenosmolarität, die beim Trocken Auge, wie bereits erör- über eine positive Korrelation zwischen MBI und TBUT und eine
tert, oxidativen Stress auf der Augenoberfläche verursachen, und negative Korrelation zwischen dem MBI und der Fluorescein-Fär-
es wird darüber hinaus auf andere neu entwickelte Verfahren zur bung der Hornhaut. Die Sensitivität betrug 82,5% und die Spezi-
DES-Beurteilung eingegangen. fität 51,0% für die Diagnose des Trockenen Auges mittels MBI; es
Die Beurteilung des Tränenmeniskus (TM) erfolgt normalerwei- sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich, die diese Ergeb-
se mithilfe der Fluorescein-Färbung und mit dem Keratograph 4 nisse bestätigen. Eine ähnliche Beurteilungsmethode ist das In-
lässt sich die TBUT nichtinvasiv messen. Die Interklassenwerte tervall zwischen zwei Lidschlägen (inter-blinking interval, IBI),
und die 95%-Konfidenzintervalle der Übereinstimmung in der mit dem die normale Lidschlagrate ermittelt wird; man nimmt
TBUT zwischen den Visiten und nach den Visiten, die mittels an, dass sie weniger mit kornealen und konjunktivalen Faktoren
nichtinvasiver Keratographie und Fluorescein-Färbung gemessen zusammenhängt als das MBI [68, 69]. Da es sich bei den Ergeb-
wurde, zeigten, dass kein signifikanter Unterschied in der TBUT nissen der IBI-Studien um vorläufige Ergebnisse handelt, wurden
besteht [58]. Die TMH, die anhand von Aufnahmen eines OCU- daraus keine Schlussfolgerungen gezogen.
LUS-Keratographen der vierten Generation ermittelt wurde, ist Wie in Abschnitt 2.1 erwähnt kann DES-assoziierter oxidativer
signifikant und positiv mit der TBUT und dem Schirmer-Test Stress eine Instabilität der Tränenfilmlipidschicht zur Folge ha-
korreliert [59]. Vor kurzem wurden verschiedene optische Kohä- ben; daher kann die Beurteilung der Meibomdrüsen für die Di-
renztomographie-Systeme (OCT) zur Messung der TMH unter- agnose des Trockenen Auges herangezogen werden. Die Kerato-
sucht, und nach Raj et al. [60] bestand keine signifikante Korre- graphie und OCT-Systeme nutzen Infrarotstrahlung, um den
lation zwischen der TM-Fläche, die mittels Fourier Domain OCT Verlust an Meibom-Drüsen zu beurteilen. Palamar et al. [70]
(FD-OCT) bestimmt wurde, TBUT und dem Ergebnis des Schir- fanden in ihrer Untersuchung mittels OCT einen signifikanten
mer-Tests. Darüber hinaus berichteten Fukuda et al. [61] eine si- Rückgang an Meibomdrüsen in den Unterlidern von Patienten
gnifikante Korrelation zwischen dem oberen TM-Volumen, dem mit okulärer Rosazea, nicht jedoch bei den gesunden Kontrollen.
unteren TM-Volumen, und der unteren TMH bei Messung mit Finis et al. [71] führten eine Meibographie durch und verwende-
dem Schirmer-Test, jedoch nicht bei der TBUT. Eine andere Stu- ten dafür den Keratograph 5M. Sie berichteten, dass das Ausmaß
die zeigte eine signifikante Korrelation zwischen der mittels Ke- der Meibom-Drüsenatrophie im Unter- und Oberlid (Meibo-
ratographie und mittels FD-OCT gemessenen TMH, wobei die Score) signifikant und invers mit der TBUT und positiv mit dem
Keratographie bei erhöhten TMH-Werten jedoch tendenziell Alter korreliert war. Eine Alternative zur Beurteilung der Mei-
niedrigere Ergebnisse liefert [62]. Einige andere Messverfahren bomdrüsenfunktion ist die konfokale mikroskopische Darstel-
haben die Beurteilung der Hyperosmolarität zum Ziel [1, 63]. Üb- lung der Meibomdrüsenöffnung mittels TearScope und Meibo-
licherweise wird die Osmolarität der Tränenflüssigkeit mittels mian Gland Evaluator, da sich damit die Dicke der Lipidschicht
Gefrierpunktabsenkung und Dampfdrucktechnik gemessen; die- beurteilen lässt [72, 73]. Die MMP-9 ist ein weiterer quantifizier-
se Verfahren sind jedoch nicht sichtbar und werden durch den barer Angriffspunkt für die Diagnose des Trockenen Auges [74,
reflektorischen Tränenfluss bei der Probennahme eingeschränkt 75]. InflammaDry ist ein patientennah einsetzbarer MMP-
[64]. Rocha et al. [65] verglichen die Genauigkeit und Präzision 9-Immunoassay zur qualitativen Beurteilung der MMP-9-Kon-
des Dampfdruckosmometers Wescor 5520, des TearLab-Osmola- zentration in der Tränenflüssigkeit [76, 77]. In einer Studie be-
ritätssystems und des i-Pen zur Bestimmung der Osmolarität der trug die berichtete Sensitivität und Spezifität von InflammaDry
Tränenflüssigkeit. Sie stellten fest, dass die Ergebnisse der beiden bei der Diagnose des Trockenen Auges 85% bzw. 94% [78]. Die
erstgenannten Geräte signifikant korrelierten und genau und konjunktivale Impressionszytologie (conjunctival-impression
präzise waren, während die Ergebnisse des dritten Geräts nicht cytology, CIC) von Bindehaut-Epithelzellen mittels Eyeprim er-
signifikant mit den anderen Geräten korrelierten und weniger ge- leichtert die Transkriptomanalyse. Das neue CIC-Gerät soll die
nau ausfielen. Eine andere Studie, in der die Präzision und Genau- Unannehmlichkeiten für die Patienten und den Bedarf an An-
igkeit des TearLab-Osmometers bei Verwendung der Gefrier- ästhetika verringern; seine Wirksamkeit ist jedoch nicht be-
punkt-Senkungsmethode verglichen wurde, kam zu dem Schluss, kannt [68, 69, 79]. Die Smartphone-Anwendung DryEyeRhythm
dass die Ergebnisse der Osmolaritätsmessung selbst bei hyper- erfasst umfangreiche individuelle Real-World-Daten und deckt
osmolaren Lösungen genau und präzise waren [66]. Badugua et Risikofaktoren wie weibliches Geschlecht, Kollagenerkrankung,
al. [67] stellten ein neuartiges Verfahren zur Bestimmung der in- saisonale allergische Rhinitis, Depressionen, das momentane
dividuellen Ionenkonzentrationen in der Tränenflüssigkeit mit- Tragen von Kontaktlinsen, längere Bildschirmzeiten und Rau-
hilfe von Silikonhydrogel vor. Ihnen zufolge können mit diesem chen auf, die alle zu den schweren Symptomen vom DES-Typ
Ansatz sechs vorherrschende Ionenspezies in der Tränenflüssig- beitragen [80]. Geräte, die zum Internet der medizinischen Din-
keit gemessen werden. ge (internet of medical things, IoMT) gehören, wie Smartphones,
Kürzlich wurde das maximale Blinzelintervall (MBI), d.h. die könnten für die Telemedizin und Fernüberwachung eingesetzt
Zahl der Sekunden, die die Augen ohne Lidschlag offen bleiben werden [81].
können, als Indikator für die Instabilität des Tränenfilms gemes-
70 Kompass Ophthalmol 2020;6:64–75
DOI: 10.1159/000507467Molekulares Profiling und Omik-Ansätze der Tränenflüssigkeit zu erhöhen, wurden einteilige, filtergestütz-
Omik-Ansätze (Genomik, Transkriptomik und Proteomik) ha- te Verfahren eingeführt [89]. Globale und gezielte Metabolomana-
ben das Verständnis der molekularen Pathogenese von Augen- lysen an humanen konjunktivalen Epithelzellen, die in serumfrei-
krankheiten verbessert, da sie einen nicht invasiven, leicht zu- en Medien bei 280 mOsm (Kontrolle), 380 mOsm und 480 mOsm
gänglichen und individualisierten Ansatz bieten, um die Krank- für 24 Stunden inkubiert wurden, ergaben, dass Carnitin das be-
heitsmarker für die Diagnose und Therapie zu identifizieren. vorzugte antiinflammatorische oder antiapoptotische Agens ist
Lipidomanalysen lieferten wertvolle Informationen zur Entwick- [90], während das als osmoprotektiv geltende Glycerophosphoch-
lung des Trockenen Auges. Veränderungen in den Lipidprofilen olin der bevorzugte endogene Osmolyt ist. Nach diesen Ergebnis-
der Augenoberfläche gehen mit klinischen Symptomen des Tro- sen deutet ein Anstieg der intermediären filamentartigen Keratin-
ckenen Auges einher. Nach Lam et al. [82] waren normale Werte und Vimentinproteine darauf hin, dass es bei hyperosmotischem
von Cholesterylsulfaten (CSs), Glucosylceramiden (GluCers), Stress zu einer Aktivierung des Zytoskelettumbaus kommt. Ferner
NeuAcα2-3Galβ1-4Glcβ-Cers (GM3s), Lysophosphatidylcholi- berichteten die Autoren über eine Heraufregulation (Hitzeschock-
nen (LPCs) und niedermolekularen Wachsestern (WEs) positiv protein 70-kDa (HSP70)-5, dual-spezifische mitogen-aktivierte
mit dem Tränenvolumen korreliert. Außerdem beobachteten sie, Proteinkinase 3, Prostaglandin-G/H-Synthase 2, Uridindiphos-
dass die absoluten Konzentrationen dieser Moleküle mit abneh- phat (UDP)-N-Acetylglucosamin-Pyrophosphorylase 1 und UDP-
mender Tränensekretion sanken, wohingegen die Gesamtkon- N-Acetylglucosamin, interzelluläres Adhäsionsmolekül 1, IL-10,
zentration der Lipide in der Tränenflüssigkeit sowie die molaren IL-17, Prostaglandin 2 und E2 sowie Prostacycline) und Herunter-
Anteile der Phosphatidinsäuren (PA) und Phosphatidylglycerine regulation (Plastin-2, 26S proteasome non-ATPase regulatory sub-
(PG) negativ mit dem Tränenvolumen korreliert waren. WEs, die unit 1 und Protein-Glutamine-gamma-Glutamyltransferase 2)
gesättigte Fettsäuren, PA und PG enthielten, waren signifikant von Proteinen [90]. In einer anderen Studie wurden die Proteom-
verringert, wohingegen der Schirmer-1-Test einen Konzentrati- profile von reflektorischen und basalen Tränen verglichen, wobei
onsanstieg zeigte. Dies ist möglicherweise auf die Bildung der sich zeigte, dass die Konzentration von stark saurem, prolinreichen
oben genannten Lipide in den Tränendrüsen zurückzuführen. Protein (PRR) 4 in reflektorischen Tränen höher ist, was für eine
Lam et al. [83] beobachteten keine signifikanten Unterschiede bei mögliche Schutzfunktion dieses Proteins spricht. Diese Ergebnisse
den Lipiden der Meibomdrüsen in DES-Augen und gesunden Au- erweitern das derzeitige Wissen über die metabolischen Marker
gen. Die Konzentration an ungesättigten Triacylglycerinen, eini- beim Trockenen Auge und stellen möglicherweise therapeutische
gen Phosphatidylcholinen, GluCers und Sphingolipid-Spezies Angriffspunkte dar. Einem anderen Bericht zufolge waren PRR 4
war bei DES-Patienten jedoch erhöht. Eine andere Studie zeigte, und das zymogen granule protein 16 homolog B in reflektorischen
dass eine 12-wöchige Wärmebehandlung des Lids zu einer star- Tränen heraufreguliert; sie spielen möglicherweise eine sekretori-
ken Veränderung der Lipidzusammensetzung im Tränenfilm sche Rolle. Außerdem führt der erhöhte Serumaustritt bei reflek-
führte, wohingegen die Lipidmenge in der Tränenflüssigkeit un- torischem Augentränen zu einem Anstieg von Serumalbumin in
verändert blieb. Die Lysophospholipidklassen (d.h. Lysoplasma- der Tränenflüssigkeit, und die heraufregulierte Mesothelinkon-
logen-Phosphatidylethanolamine, LPCs und Lysophosphatidyli- zentration in reflektorischen Tränen könnte eine gesteigerte Funk-
nositole) waren nach der Behandlung verringert, während die tion von MUC16, das für Mucin kodiert, zur Folge haben. Die Kon-
Konzentration der jeweiligen diacylierten Gegenstücke anstieg. zentration des polymeren Immunglobulin (Ig)-Rezeptors und der
Darüber hinaus war die Konzentration an mehrfach ungesättig- Ig-Alpha-1-Ketten-C-Region, die hauptsächlich über den transcy-
ten Fettsäuren (polyunsaturated fatty acids, PUFAs), die Diacyl- totischen Weg sezerniert werden, war in reflektorischen Tränen
glycerin enthielten, nach der Behandlung reduziert. Ferner kor- ebenso vermindert wie Mammaglobin-B, Clusterin und Cystatin
relierten der Rückgang dieser Lipide und der Anstieg von O-Acyl- S/SN [91]. Diese Tränenflüssigkeitsproteine sind möglicherweise
ω-Hydroxy-Fettsäuren (amphiphile Lipide) mit der Abnahme der die wichtigsten Faktoren zum Schutz und Erhalt des dynamischen
Verdunstungsrate von Hornhaut und Sklera [84]. Einer anderen Gleichgewichts auf der Augenoberfläche von DES-Patienten. Und
Studie zufolge bestand eine negative Korrelation zwischen 4-Hy- schließlich ist MMP-9 ein weiterer quantifizierbarer Angriffs-
droxynonenal und Malondialdehyd, zwei Markern der Lipidper- punkt für die Diagnose des Trockenen Auges [74, 75]. Inflamma-
oxidation, und der TBUT, dem Schirmer-Test, der Tränen-Clea- Dry ist ein patientennah einsetzbarer MMP-9-Immunoassay zur
rance-Rate und der Becherzelldichte sowie eine positive Korrela- Beurteilung der MMP-9-Konzentration in der Tränenflüssigkeit
tion mit der Keratoepitheliopathie und der Symptompersistenz [76, 77]. In einer Studie betrug die berichtete Sensitivität und Spe-
[85]. zifität von InflammaDry bei der Diagnose des Trockenen Auges
Die Proteomanalyse der Tränenflüssigkeit ist ein personalisierter 85% bzw. 94% [78].
Ansatz, der bei der Diagnose und Behandlung des Trockenen Au- Das Trockene Auge, das bei systemischen Erkrankungen wie en-
ges zunehmend zum Einsatz kommt [86, 87]. Das am häufigsten dokriner Orbitopathie (EO) bei Schilddrüsenerkrankung, Sjög-
eingesetzte Instrument zur Gewinnung von Tränenflüssigkeit und ren-Syndrom und Graft-versus-Host-Reaktion (graft-versus-
Proteinextraktion ist der Schirmer-Teststreifen [88], doch kann host-disease, GVHD) auftritt, wurde mithilfe von Proteomanaly-
dieser mit einem Probenverlust verbunden sein. Um den Proben- sen untersucht. Die EO ist die häufigste extrathyreoidale
verlust zu verringern und die Zahl der identifizierten Proteine in Manifestation des Morbus Basedow. Das Trockene Auge ist Folge
Kompass Ophthalmol 2020;6:64–75 71
DOI: 10.1159/000507467einer Thyroidea-assoziierten Orbitopathie (TAO), bei der es zu ringerung potenzieller postoperativer Augenschäden wird eine
einer Beteiligung der Tränendrüsen, Lidretraktion, Störung des umfassende ophthalmologische Beurteilung vor und nach einer
Bell-Phänomens, vermindertem Blinzeln und Exophthalmus HSZT empfohlen [101, 102].
kommt [92]. Matheis et al. [93] analysierten das Proteom der Trä-
nenflüssigkeit von TAO-Patienten mittels Massenspektrometrie. Biotechnologische Ansätze
Ihre Untersuchung zeigte, dass TAO-Patienten erhöhte Entzün- Die steigenden Forschungsausgaben für die Entwicklung neuer
dungsproteine (d.h. POTE ankyrin-domain family member 1) Medikamente [103] und der große Unterschied in der Wirkung
und eine Verringerung der protektiven und antiinflammatori- von Medikamenten bei Menschen und anderen Spezies [104] ha-
schen Proteine (d.h. proline-rich lacrimal protein 1 (PROL1), ben dazu geführt, dass neue Techniken entwickelt wurden, um
PRP4 und Annexin A1) aufwiesen sowie ein signifikant unter- die menschliche Physiologie in präklinischen Studien zu model-
schiedliches Protein-Panel (PRP4, PROL1 und UDP-Glucose-De- lieren [105]. Mit der Organ-on-a-Chip-Technologie wurden 3D-
hydrogenase) im Vergleich zu DES-Patienten und gesunden Kon- Techniken eingeführt, die mithilfe von Mikrofluidik und Bio-
trollen. Daher könnte das Spektrum der inflammatorischen und technologie In-vivo-Bedingungen nachahmen [104]. Das humane
protektiven Proteine ein hilfreicher Indikator für die DES-Akti- blinzelnde Eye-on-a-Chip ist ein Beispiel für diese Technologie in
vität bei Patienten mit TAO sein. der Augenheilkunde [106]. In diesem Modell werden 3D-Gerüste
Das Sjögren-Syndrom ist eine Autoimmunerkrankung, die verwendet, die eine ähnliche Krümmung aufweisen wie die
hauptsächlich die exokrinen Drüsen, insbesondere Speichel- und Hornhaut. Diese werden mit primären menschlichen Keratozy-
Tränendrüsen, betrifft [94]. Li et al. [95] untersuchten und vergli- ten imprägniert und zwischen einem Mikrofluidkanal und einer
chen das Proteom in der Tränenflüssigkeit von Patienten mit Sjö- kreisförmigen Kammer eingebettet. Anschließend werden die
gren-Syndrom mit dem von DES-Patienten und gesunden Pro- Epithelzellen nach einem farbcodierten Verfahren auf die Ge-
banden. Ihren Ergebnissen zufolge ist das Trockene Auge bei Pa- rüstoberfläche aufgebracht, wobei sich die grüne Fluoreszenz im
tienten mit Sjögren-Syndrom mit einer Veränderung des Zentrum und die rote Fluoreszenz an der Peripherie der Ge-
Proteomprofils und einer gestörten Expression von Proteinen as- rüstoberfläche befindet. Im 3D-Drucker hergestellte Augenlider
soziiert, die an der Entzündung, Apoptose und Immunreaktion imitieren den normalen Lidschlag und werden elektromecha-
beteiligt sind und zum oxidativen Stress beitragen. Die Charak- nisch betätigt, wodurch die Ausbreitung des Tränenfilms und die
terisierung dieser Proteine würde potenzielle diagnostische Mar- Hydratation der Augenoberfläche reproduziert werden können.
ker und therapeutische Angriffspunkte liefern. Das Hornhautorganoid, eine durch Tissue-Engineering erzeugte
Eine der Hauptursachen für Mortalität und Morbidität nach al- Miniatur-Kornea, ahmt In-vivo-Bedingungen nach und ermög-
logener hämatologischer Stammzelltransplantation (HSZT) ist licht es so, die Organentwicklung sowie den Verlauf und die Be-
die GVHD. Die Immunantwort schädigt das Gewebe von Binde- handlung von Krankheiten zu untersuchen. Eine alternative
haut und Tränendrüsen, wodurch es zu einer Abnahme der Trä- Quelle zu embryonalen Stammzellen für die Erzeugung von Or-
nenproduktion und zum Trockenen Auge kommt [96]. Cocho et ganoiden sind pluripotente Stammzellen [107]. Mikrokornea oder
al. [97] berichteten einen signifikanten Rückgang der Konzen- Hornhautorganoide entstehen in späteren Stadien der retinalen
tration an epidermalem Wachstumsfaktor sowie des Verhältnis- Organoidbildung [108] und können für das Arzneimittelscree-
ses von interferon-γ induced protein 10 (IP-10) zu CXCL10 in der ning sowie die Krankheitsmodellierung (z.B. DES) und als Gewe-
Tränenflüssigkeit, wohingegen die Konzentration von IL-1- beersatz genutzt werden.
Rezeptor-α, das IL-8:CXCL8-Verhältnis und die IL-10-Spiegel Da immunmetabolische Veränderungen eine entscheidende Rol-
im Vergleich zu gesunden Probanden signifikant erhöht waren. le in der Pathogenese des Trockenen Auges spielen, ist es hilfreich,
Cocho et al. schlugen ein prädiktives Modell für die Diagnose wenn immunologische und metabolische Faktoren in den bio-
einer okulären GVHD auf der Grundlage des Verhältnisses von technologischen Modellen berücksichtigt werden. Vor kurzem
IP-10 zu CXCL10, adjustiert für Geschlecht und Alter, vor und entwickelten Jeongyun Seo et al. ein Eye-on-a-chip-Modell, mit
fanden eine Sensitivität von 86,36% sowie eine Spezifität von dem sich die Pathogenese des Trockenen Auges nachahmen lässt
95,24% [97]. Jung et al. [98] beobachteten einen signifikanten [109]. Dieses Modell beinhaltet eine blinzelnde Hornhautoberflä-
Konzentrationsanstieg von IL-2, IL-10, IL-17α, IFN-γ, IL-6 und che und kann zur Induktion eines DES-Phänotyps verwendet
TNFα in der Tränenflüssigkeit bei okulärer GVHD nach Anpas- werden (s. Abb. 4). Jeongyun Seo et al. untersuchten die Expres-
sung für Alter, Geschlecht und Zeit nach HSZT, was den signifi- sion von IL-8, TNF-α, IL-1β und MMP-9 in ihrem Modell nach
kanten und unabhängigen diagnostischen Nutzen dieser Zytoki- DES-Induktion und überwachten die Reaktion dieser Zytokine
ne zeigt. Außerdem korrelierten IL-10, IL-6 und TNFα im Ver- auf die DES-Therapie mit Lubricin.
gleich zu anderen Zytokinen am stärksten mit dem Schweregrad
der GVHD [98]. Neue Strategien zur Behandlung des Trockenen Auges
Interessanterweise zeigten Analysen der okulären GVHD, dass
bei einem signifikanten Anteil von Patienten mit hämatologi- Die Behandlung des Trockenen Auges hängt vom Schweregrad
schen Erkrankungen bereits vor der HSZT ein Trockenes Auge und möglicherweise vorliegenden Grunderkrankungen ab. Etwa-
bestand [99, 100]. Für eine frühzeitige Behandlung und zur Ver- ige Systemerkrankungen müssen behandelt werden. Die wich-
72 Kompass Ophthalmol 2020;6:64–75
DOI: 10.1159/000507467Abb. 4. Ein biotechnologisch erstelltes Modell für die evaporative Form des Trockenen Auges. (a) Durch Verdunstung kommt es zum Aufreißen des Tränen-
films und zu einer erhöhten Osmolarität der Tränenflüssigkeit. Beide Faktoren gemeinsam führen zu einem Verlust der Homöostase. (b) Absorption der Tränen-
flüssigkeit in die Schirmer-Teststreifen in Modellen zum gesunden Auge und zum Trockenen Auge. Die Absorption der Tränenflüssigkeit wird durch das Verwi-
schen des blauen Farbstoffs in den Streifen sichtbar gemacht. (c) Osmolarität der Tränenflüssigkeit im DES-Modell (geschlossenes Dreieck) und im Modell zum
gesunden Auge (geschlossener Kreis). Die klinischen Daten zur Osmolarität beim Menschen stammen von gesunden Probanden (offener Kreis) und von DES-
Patienten (offenes Dreieck). (d) Keratographie-Messungen, die konzentrische Ringe zeigen, die auf die Oberfläche des menschlichen Auges (oben) und auf die
biotechnologisch erzeugte Augenoberfläche (unten) projiziert werden. (e) Repräsentative Aufnahmen der projizierten Ringmuster auf der biotechnologisch
erzeugten Augenoberfläche im Modell zum gesunden Auge (obere Reihe) und im DES-Modell (untere Reihe), aufgenommen bei t = 0 s (linke Spalte) und t =
10 s (rechte Spalte). (f ) Räumliche Darstellung der Tränenfilmaufreißzeit im Modell zum gesunden Auge (oben) und im DES-Modell (unten). Die verschiedenen
Farben in den repräsentativen kreisförmigen Heatmaps entsprechen unterschiedlichen Aufreißzeiten. (g) Fluorescein-Färbung im Augenmodell und bei
menschlichen Probanden. (h) Konzentrationen von Entzündungsmediatoren (IL-8, TNF-α, IL-1β und MMP-9) in der gesunden (Kreis) und in der DES-Gruppe
(Dreieck), dargestellt gegen die Kultivierungsdauer. Abbildung mit freundlicher Genehmigung entnommen aus Jeongyun Seo et al. [109].
tigsten therapeutischen Strategien sind die Verbesserung der Trä- tung [112]. Immunmodulatorische Medikamente modifizieren
nenzusammensetzung und -menge durch künstliche Tränen, An- die Funktion des Immunsystems in der Behandlung von Autoim-
wendung entzündungshemmender Medikamente, Änderung der munerkrankungen. Rapamycin (Sirolimus) ist ein immunmodu-
Ernährung und des Lebensstils sowie die Behandlung von asso- latorisches Arzneimittel, das die bei Trockenem Auge auftretende
ziierten Liderkrankungen. Entzündung verringert. Die Behandlung nicht adipöser diabeti-
Anstatt wiederholt Tropfen zu verabreichen, können winzige scher Mäuse (non-obese diabetic mice, NOD) mit Rapamycin
scheibenförmige Membranen, so genannte Nanowafer, die Medi- zweimal täglich über 12 Wochen reduzierte die Lymphozytenin-
kamente enthalten, auf das Auge aufgebracht werden, um eine filtration in Tränendrüsenlysaten. Nach topischer Verabreichung
anhaltende Medikamentenfreisetzung zu erzielen. Die anhalten- von Rapamycin kam es darüber hinaus zu einer erhöhten Tränen-
de Freisetzung von Dexamethason durch beladene Nanowafer sekretion trotz unveränderter Becherzelldichte, wohingegen die
zeigte eine äquivalente Wirkung wie (oral oder topisch) zweimal Kathepsin-S-Spiegel in den Tränendrüsen und in der Tränenflüs-
täglich verabreichtes Betamethason. Außerdem stellte sie die sigkeit der Mäuse abnahmen [113].
Gleitfähigkeit der Augenoberfläche und die Barrierefunktion des Essentielle Fettsäuren modulieren die Funktion des Immunsys-
Hornhautepithels wieder her und senkte gleichzeitig die Konzen- tems durch Umwandlung in pro- und antiinflammatorische Zy-
tration entzündlicher Zytokine [110]. Eine andere Untersuchung tokine; nach einer früheren Studie werden ω3-Fettsäuren in anti-
ergab, dass auf Nanowafer geladenes Dexamethason die Expres- inflammatorische Zytokine und ω6-Fettsäuren in proinflam-
sion entzündlicher Zytokine, insbesondere in späteren Entzün- matorische Zytokine umgewandelt [114]. Die Ergebnisse zeigten,
dungsstadien, verringerte [111]. Zudem bewirkte die Behandlung dass die Einnahme von ω3-Supplementen über 90 Tage die Trä-
mit Fluormetholon 0,1% in einer vehikelkontrollierten klinischen nenosmolalität, OSDI, Augenrötung und die Einfärbung der Au-
Studie die Erhaltung der Hornhautintegrität unter Umweltbelas- genoberfläche verringerte und so eine erhöhte Stabilität des Trä-
Kompass Ophthalmol 2020;6:64–75 73
DOI: 10.1159/000507467Sie können auch lesen
