In-vitro-Untersuchungen zum Einfluss eines Pelargonium-Extraktes (Umckaloabo®) auf PBMC gesunder Probanden

Abstract

Das Medikament Umckaloabo (Eps®7630) stellt einen ethanolischen Auszug aus den Wurzeln von Pelargonium sidoides und P. reniforme dar, einer südafrikanischen Geranienart, die in der dortigen traditionellen Medizin zur Behandlung von Infektionskrankheiten eingesetzt wird. Es ist in Deutschland zur Behandlung von Bronchitiden zugelassen. Chemische Analysen des Pflanzenauszuges ergaben ein großes Spektrum an Polyphenolen. In bisherigen experimentellen Studien wurde bei Zugabe von Umckaloabo u.a eine erhöhte IFN-gamma-Synthese in virusinfizierten Zellen nachgewiesen sowie eine Aktivierung von Zellen des angeborenen Immunsystems einhergehend mit einer Freisetzung von TNF-alpha, IL-1, IL-12, Il-18 und IFN-alpha/gamma und Stickoxiden. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher, die Wirkung von Umckaloabo auf Zellen des erworbenen Immunsystems in vitro zu analysieren mittels PBMC (peripheral blood mononuclear cells) von insgesamt 20 gesunden Probanden. Durch kostimulierende Antigene (BCG, purified protein derivative [PPD] und Tetanus-Toxoid [TT]) wurden TH1- bzw. TH2-Immunreaktionen provoziert und der Einfluss von Umckaloabo in unterschiedlichen Konzentrationen innerhalb dieses in-vitro-Testsystems untersucht. Zum Einsatz kamen Proliferationsassays, Methoden zur quantitativen Zytokinbestimmung mittels Sandwich-ELISA, sowie durchflusszytometri¬sche Detektionsmethoden zum Nachweis verschiedener Zelloberflächenmoleküle (CD3, CD4, CD8, CD19, CD45, CD56) sowie des frühen Aktivierungsmarkers CD69 und der Expression des für regulatorische T-Zellen (Treg) charakteristischen intrazellulären Proteins Foxp3. Umckaloabo führte in Konzentrationen von 1 bis 1000 µg/ml zu einer signifikanten Steigerung der Proliferation von Lymphozyten: Ohne Kostimulation und bei Kostimulation mit PPD um den Faktor 10, bei Kostimulation mit TT um den Faktor 2. Durchflusszytometrisch konnte gezeigt werden, dass insbesondere die CD4-positiven T-Helferzellen zunahmen, etwas weniger auch die CD8-positiven zytotoxischen T- bzw. CD56-positiven natürlichen Killer (NK)-Zellen. CD19-positive B-Zellen wurden dagegen kaum beeinflusst. In einer Konzentration von 10 µg/ml führte Umckaloabo zu einem signifikanten Anstieg der Expression von CD69, d.h. einer Aktivierung dieser Zellsubpopulationen. Die Analyse der Zytokinproduktion ergab, dass die für Makrophagen typischen Zytokine wie IL-1, IL-6 und TNF-alpha bei 10 µg/ml signifikant anstiegen, ebenso bei Kostimulation durch PPD oder TT. Die Ausschüttung von TNF-alpha bei Kostimulation mit TT wurde bei 10 µg/ml signifikant gehemmt, die von IFN-gamma signifikant gesteigert. Die durch TT induzierte Produktion der TH2-typischen Zytokine IL-5 und IL-13 wurde durch Umckaloabo bei 1 µg/ml signifikant gehemmt. Die Ausschüttung von IL-10 durch Umckaloabo wurde bei 1 µg/ml signifikant gesteigert, ebenso bei Kostimulation mit PPD, während die IL-10-Spiegel bei den starken Kostimuli TT bzw, BCG durch Zugabe von Umckaloabo nicht verändert wurden. Die durchflusszytometrische Analyse der regulatorischen T-Zellen ergab eine deutliche Zunahme des Anteils an Treg innerhalb der Population der CD4-positiven Zellen bei Zugabe von Umckaloabo, die in schwächerer Ausprägung auch bei Kostimulation mit TT bzw. PPD zu sehen war. Zusammenfassend konnten die angeführten experimentellen Untersuchungen zeigen, dass Umckaloabo in einem in-vitro-System komplexe Wirkungen auf PBMC hat. Es führt in erster Linie zu einer Aktivierung von Makrophagen, TH1-Zellen und NK-Zellen, während TH2-Reaktionen inhibiert werden. Darauf könnte durchaus der in vivo beschriebene positive Effekt bei Infektionskrankheiten zurückzuführen sein. Ferner scheint die Substanz Treg zu aktivieren, was möglicherweise erklärt, dass das Medikament nur in seltenen Fällen zu Überreaktionen führt. Die vorliegende Arbeit ist somit ein Beitrag, den bisher nur empirisch belegten immunstimulierenden Einsatz von Umckaloabo wissenschaftlich zu untermauern, macht aber auch weiteren Forschungsbedarf deutlich. Anzustreben sind insbesondere eine Zuordnung der immunologischen Effekte zu bestimmten Komponenten des Extraktes sowie prospektive Studien unter Einnahme von Umckaloabo.

Ectracts of the Geraniacea Pelargonium sidoides have been traditionally used for the treatment of respiratory tract infections in southern Africa. Nowadays, the modern equivalent termed Eps®7630 (trademark: Umckaloabo), an ethanolic extract of the roots of the plant is succesfully used in phytotherapy. Numerous clinical studies have provided evidence of the beneficial effects of Eps®7630 therapy in patients afflicted with bronchitis, sinusitis and rhinopharyngitis but the molecular mechanisms that provide these effects are not yet known. Therefore it is promising that Eps®7630 alone as well as several of its major constituents could be recently shown to have effects on innate immunity in vitro, e.g. they enhanced the release of TNF-alpha and iNO in Leishmania-infected macrophages. Therefore, aim of this project was to study the influence of Eps®7630 in adaptive immune responses in vitro by means of FACS, proliferation and cytokine assays. PBMC of 20 healthy donors were isolated and cultivated with different concentrations of Umckaloabo. Addition of different antigen stimuli (BCG, PPD and tetanus toxoid) provocated different immunologic reactions (TH1 respectively TH2). In these in-vitro studies we could show that addition of Umckaloabo in concentrations from 1µg/ml up to 1000 µg/ml significantly enhanced proliferation of different kinds of lymphocytes, especially of CD-4 positive cells and Treg -cells. Analysis of cytokines showed a significantly enhanced secretion of IL-1, IL-6, TNF-alpha and IL-10. We could prove that Umckaloabo does not only influence the innate immune system but also influences lymphocytes by different mechanisms. Enhancing of TH1 reactions could be a possible mechanism of antiviral effects of Umckaloabo.