Einführung

Die atopische Dermatitis (AD) ist eine häufige, unheilbare, chronisch entzündliche Hauterkrankung mit einer hohen Prävalenz bei Säuglingen, die zu einer erheblichen Verringerung der Lebensqualität führt.1-4 Trotz seiner Prävalenz und Morbidität gibt es derzeit nur wenige gezielte Therapien für AD. Die Hauptstütze des Managements ist die symptomatische Linderung basierend auf der Verwendung von unspezifischen entzündungshemmenden topischen Steroiden, Calcineurin-Inhibitoren und systemischen Immunsuppressiva wie Azathioprin, Cyclosporin und Prednisolon.4,5 Diese Therapien sind mit unerwünschten Nebenwirkungen verbunden, und es besteht ein großer ungedeckter klinischer Bedarf an der Entwicklung gezielter AD-Therapien, die wirksam, wirtschaftlich und sicher für die Anwendung sind, insbesondere bei jüngeren Kindern.5

Ein wegweisender Bericht aus dem Jahr 20066 zeigte, dass von allen bisher identifizierten Markern Funktionsverlustmutationen im Gen für das epidermale Barriereprotein Profilaggrin (FLG) die stärkste Assoziation mit AD aufweisen.7,8 Profilaggrin, ursprünglich wegen seines sehr hohen (~ 10%) Histidingehalts „histidinreiches Protein“ genannt,9 ist ein großes (>400 kDa) Polypeptid, das in der epidermalen Granulatschicht synthetisiert wird. Es reichert sich in Keratohyalin-Granulaten vor der Dephosphorylierung und Verarbeitung über Zwischenprodukte mit geringerem Gewicht zu ~ 37 kDa Filaggrin-Monomeren an.10,11 Filaggrin aggregiert Cytokeratine 1 und 10 und andere Zwischenfilamente in der körnigen Schicht von Keratinozyten und „kollabiert“ sie als Teil des epidermalen terminalen Differenzierungsprozesses, um Korneozyten und abgeflachte Squames zu bilden, die für die Hautbarrierefunktion kritisch sind.12,13 Filaggrin wird schließlich deiminiert und durch Proteasen, einschließlich Kallikrein 5, Caspase-14, Elastase-2, Matripase und Prostatin, in seine hygroskopischen Aminosäuren gespalten, die der Hauptbestandteil des „Natural Moisturizing Factor“ (NMF) sind, der weiter zur Barrierefunktion durch Hautfeuchtigkeit und Aufrechterhaltung der Stratum Corneum-Säure beiträgt.14-16

Obwohl die genetische Assoziation zwischen FLG-Mutationen und AD die stärkste aller Marker ist,6 ist die Mehrheit der AD-Individuen ein Wildtyp für FLG.17 Bei diesen Personen verringern epigenetische Effekte in Verbindung mit der Schwere der Erkrankung und dem entzündlichen Zytokinmilieu die Filaggrin-Verarbeitung und den NMF-Spiegel, wodurch die Hautfeuchtigkeit und die Barriereintegrität beeinträchtigt werden.18,19 Eine abnormale proteolytische Verarbeitung von Profilaggrin zu funktionellen Filaggrin-Monomeren aufgrund eines Protease-Antiprotease-Ungleichgewichts kann auch bei Patienten mit Wildtyp-FLG eine Rolle bei der Krankheitsentwicklung spielen.20 Eine beeinträchtigte Hautbarriere, sei es aufgrund von FLG-Mutationen oder epigenetisch beeinträchtigter Profilaggrin-Verarbeitung, führt zu Xerose, Allergeneintritt und AD-Krankheitsauslösung und -verschlimmerung.21

Ein Großteil der aktuellen Forschungsaktivitäten zielt darauf ab, die Beteiligung von Filaggrin an der Ätiologie von AD weiter zu verstehen und diese Erkenntnisse in neue therapeutische Ansätze für diese chronische und behindernde Erkrankung umzusetzen.7,21 Otsuka et al22 untersuchten eine 1120-Verbindungsbibliothek von bioaktiven Substanzen und berichteten, dass JTC801, ein Vier-Aminochinolin-Derivat, die Fähigkeit hatte, die FLG-Transkription und -translation in einem menschlichen hautäquivalenten Modell zu erhöhen. Ein gentherapeutischer Ansatz wurde verwendet, um erfolgreich ein Filaggrin-Monomer-Codierungskonstrukt in das FLG-defiziente Mausmodell (flockiger Schwanz) einzubringen und so einen normalen Hautbarrierephänotyp wiederherzustellen.23

In diesem Artikel schlagen wir vor, dass eine einfachere Nahrungsergänzung mit L-Histidin ein vorteilhaftes Potenzial bei AD haben könnte.

l-Histidin ist eine proteinogene Aminosäure, die von Säugetieren nicht synthetisiert wird. Bei menschlichen Säuglingen wird es aufgrund der geringen Mengen an Histidin-synthetisierender Darmflora und der minimalen Carnosinase-Aktivität, die bei der Freisetzung von freiem L-Histidin aus Carnosin hilft, als „essentiell“ angesehen.24 Unser Interesse an der Verwendung von L-Histidin bei AD wurde durch mehrere Beobachtungen angeregt. Erstens führt eine Ernährung mit Histidinmangel sowohl bei Säuglingen als auch bei Erwachsenen zu einem ekzematösen Hautausschlag.25 Bei Nagern wird 3H-Histidin nach intraperitonealer oder intradermaler Injektion rasch (1-2 Stunden) innerhalb von Keratohyalingranulaten in Profilaggrin eingearbeitet14,26 und innerhalb von 1-7 Tagen als freie NMF-Aminosäure im oberen Stratum corneum freigesetzt.14 Darüber hinaus sind reduzierte Stratum corneum-Spiegel an freien NMF-Aminosäuren, einschließlich Histidin und seinem säuernden Metaboliten Urocansäure (UCA), mit dem Schweregrad der AD-Erkrankung und dem FLG-Genotyp assoziiert.27,28

Angesichts dieser Evidenz für die Abhängigkeit der Filaggrin-Verarbeitung und der NMF-Bildung von geeigneten L-Histidin-Spiegeln stellten wir die Hypothese auf, dass L-Histidin sowohl die Filaggrin-Verarbeitung in einem in vitro, organotypischen, menschlichen Hautmodell verbessern als auch positive Wirkungen als Nahrungsergänzungsmittel bei Patienten mit atopischer Dermatitis haben würde.

Methoden

In-vitro-Studien

Zustand der humanen Keratinozytenkultur

Immortalisierte humane HaCaT-Keratinozyten29 der Passagen 35-41 (Geschenk von Dr. J. Wood, University of Dundee; herkunft – Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ), Heidelberg, Deutschland) wurden in Sechs-Well-Zellkulturplatten (Corning Incorporated, Corning, NY, USA) in D-MEM/F-12-Medium mit GlutaMAX (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA), ergänzt mit 10% fötalem Rinderserum und 1% Penicillin/Streptomycin, ausgesät. Monolayer-Kulturen waren typischerweise nach 48-72 Stunden konfluent. Von den Tagen 15-21 wurden Kulturmedien mit zusätzlichen 1-5 mM Aminosäuren (l-Lysin, l-Histidin oder d-Histidin; Sigma-Aldrich Co., St Louis, MO, USA). Die Zellen wurden geerntet und mit Laemmli-Puffer (Sigma-Aldrich Co.) am Tag 21.

SDS-PAGE und Western-Blotting

Das gesamte zelluläre Protein aus HaCaT-Monoschichten wurde durch 9% ige Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese (SDS-PAGE) und Western-Blotting unter Verwendung von Standardprotokollen aufgelöst. Primärantikörper gegen folgende Antigene wurden verwendet: filaggrin (goat polyclonal antibody; Santa Cruz Biotechnology Inc., Dallas, TX, USA) und Keratin 10 (Kaninchen monoklonal; Abcam, Cambridge, UK). Die densitometrische Analyse wurde mit dem VersaDoc Imaging System (Bio-Rad Laboratories Inc., Hercules, CA, USA); Alle Banden wurden hintergrundkorrigiert und auf +10 normalisiert.

Organotypische hautäquivalente Modelle und Lucifer Yellow Penetration Assay

Adulte humane dermale Fibroblasten (HDFs; Thermo Fisher Scientific) der Passagen 3-5 wurden mit Rattenschwanzkollagen I (Thermo Fisher Scientific) gemischt und in Sechs-Well-Zellkulturplatten abbinden gelassen. Nach 20-30 Minuten wurden HaCaTs der Passagen 35-41 auf die apikale Seite der Gele ausgesät. Nachdem die HaCaT-Zellen eine Konfluenz erreicht hatten, wurden die gesamten Kulturen (einschließlich der HDFs-haltigen Kollagenstrukturen) auf Kunststoffgitter gelegt, wodurch eine Luft–Flüssigkeits-Grenzfläche mit dem apikalen Aspekt geschaffen wurde, der Luft ausgesetzt war. Hautäquivalente Kulturen wurden insgesamt 19 Tage lang gepflegt und an den Tagen 13-19 mit 5 mm entweder L-Lysin, L-Serin oder L-Histidin (Sigma-Aldrich Co.). Die Proben wurden zweimal in PBS gewaschen, in Formalin fixiert, in Paraffin eingebettet und geschnitten. Für die Hämatoxylin- und Eosin-Färbung wurden Standardprotokolle verwendet. Am Tag 19 zeigten die Hautmodelle Keratin 10, Involucrin, Filaggrin und Loricrin (Daten nicht vorgelegt), insbesondere in den suprabasalen Schichten, was auf eine epidermale Differenzierung hinweist.

Für den Penetrationstest wurden 50 µL 5 mM Lucifer Yellow CH dikalium dye (Sigma-Aldrich Co.) wurde in 5-Minuten-Intervallen für insgesamt 10 Minuten auf die apikale Oberfläche jedes Hautmodells in der Mitte aufgetragen, bevor es mit PBS abgewaschen, in Formalin fixiert und in Paraffin eingebettet wurde. Entwachste und hydratisierte 3 µm Querschnitte wurden mittels Fluoreszenz bei 455-495/505-555 nm sichtbar gemacht. Lucifer Yellow ist ein wasserlöslicher fluoreszierender anionischer Disulfonsäure-Farbstoff, der häufig zur Untersuchung der neuronalen Morphologie verwendet wird. Es wurde verwendet, um die Permeabilitätsbarriere von Mäusen und hautäquivalenten Modellen zu bewerten.30-33

Obwohl unser Hautmodell unter Hämatoxylin- und Eosin-Färbung kein gut etabliertes epidermales Stratum corneum zeigte, wurde nach 5 Minuten eine minimale Farbstoffpenetration durch das Hautmodell beobachtet, was auf eine funktionelle Barriere hinweist, die der der menschlichen Epidermis entspricht. Die Farbstoffpenetration war nicht über die gesamte Probe konfluent. Daher wurde die durchschnittliche prozentuale Farbpenetration in drei, nicht überlappenden, aufeinanderfolgenden Mikroskopfeldern auf jedem Abschnitt berechnet (insgesamt wurden fünf Abschnitte von jedem Hautmodell bewertet).

Klinische Nahrungsergänzungspilotstudie

Probanden

Erwachsene (>18 Jahre alt) Probanden mit einer Diagnose von AD gemäß „The U.K. Working Party’s Diagnostic Criteria for Atopic Dermatitis“ 34 wurden rekrutiert. Ausschlusskriterien waren Schwangerschaft oder Stillzeit, Lebererkrankungen, Exposition gegenüber natürlicher oder künstlicher ultravioletter Strahlung, Immunsuppression aufgrund von Krankheit oder Medikamenten oder Verwendung chinesischer Kräutermedizin in den 3 Monaten vor der Studie. Die Probanden durften weiterhin nichtmedizinische Weichmacher verwenden und intermittierende Rettungstherapie von topischen Steroidcremes, die bei jedem Besuch in den Fallberichtsformularen aufgezeichnet wurden.

Studiendesign

Dies war eine randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte Crossover-Pilotstudie zur Nahrungsergänzung, in der die Auswirkungen von L-Histidin bei erwachsenen Probanden mit AD untersucht wurden. Die Probanden wurden randomisiert mit Research Randomizer (www.randomizer.org der anfängliche Schweregrad der AD-Erkrankung wurde von einem ausgebildeten Dermatologen beurteilt Forschungskrankenschwester unter Verwendung der validierten SCORing-Maßnahme für atopische Dermatitis (SCORAD).35 Die Probanden wurden auch geschult, um die erste von wöchentlichen Selbsteinschätzungen ihres Schweregrads der AD-Erkrankung unter Verwendung des validierten patientenorientierten Ekzemmaßes (POEM) durchzuführen.35 Nach einer 2-wöchigen Auswaschphase, in der die Probanden gebeten wurden, kein Arzneimittel für ihre AD zu verwenden, wurden die gleichen Maßnahmen wiederholt und die Patienten erhielten identische Beutel mit entweder 4 g l-Histidin (Gruppe A) oder 4 g Placebo (Erythrit); Gruppe B), die einmal täglich in einem morgendlichen Fruchtgetränk gelöst eingenommen wurden. Die Patienten kehrten 4 und 8 Wochen später zurück und SCORAD wurde von einem einzigen durchgeführt, ausgebildete dermatologische Forschungskrankenschwester bei jedem Besuch. Die Patienten in Gruppe A wechselten dann zu Placebo und die Patienten in Gruppe B nahmen L-Histidin für die nächsten 8 Wochen ein, wobei SCORAD von der ausgebildeten dermatologischen Forschungskrankenschwester in 4-wöchentlichen Intervallen durchgeführt und POEM-Fragebögen in wöchentlichen Intervallen ausgefüllt wurden.

Regulatorische und ethische Zulassung

Die UK Medicines and Healthcare Products Regulatory Agency bestätigte, dass diese Pilotstudie zur Nahrungsergänzung zu den Wirkungen einer Aminosäure nicht als „Klinische Studie mit einem Prüfpräparat“ eingestuft wurde. Bolton Research Ethics Committee gab die Erlaubnis für die Studie (# 08 / H1009 / 52), die in Übereinstimmung mit der Erklärung von Helsinki 1964 und der EMEA Note for Guidance on Good Clinical Practice mit schriftlicher, informierter Zustimmung aller Probanden durchgeführt wurde.

Statistik

Für die In-vitro-Studien wurden eine Varianzanalyse (ein- oder zweiseitig, wobei Dunnett- bzw. Bonferroni-Post-hoc-Tests durchgeführt wurden) und eine einfache lineare Regressionsanalyse verwendet. Diese wurden mit GraphPad Prism Version 4.00 für Windows (GraphPad Software, San Diego, CA, USA) durchgeführt. Die Daten werden als Mittelwerte ± Standardabweichung angezeigt.

Die statistische Analyse der klinischen Pilotstudie wurde von einem unabhängigen statistischen Analytiker (StatSol, Sereetz, Deutschland) unter Verwendung von SPSS Version 15 durchgeführt. Die Daten werden als Mittelwert ± Standardfehler angezeigt, und die Signifikanz der Unterschiede zwischen den Mittelwerten wurde als zweiseitiger exakter P-Wert von Wilcoxon-Rangsummentests ausgedrückt. Sowohl in der klinischen als auch in der In-vitro-Studie wurden P-Werte <0,05 als signifikant angesehen.

Ergebnisse

l-Histidin-Effekte auf die Profilaggrin-Verarbeitung und die Hautbarrierefunktion in vitro

Die Zugabe von l-Histidin zu Monoschichtkulturen von HaCaT-Keratinozyten (N=6) führte zu einer Abnahme eines großen 120-kDa-Profilaggrin-Intermediats11 und einer gleichzeitigen Zunahme von 37-kDa-Filaggrin-Monomeren (Abbildung 1). Dieser Anstieg des Verhältnisses von 37 kDa:120 kDa (Mittelwert 1,69, SD 0,46) war von der L-Histidin-Dosis (0-5 mM) abhängig (P <0,01), wurde jedoch nicht beobachtet, wenn Keratinozyten mit 5 mM d-Histidin (Mittelwert 0,68, SD 0,13) oder L-Lysin (Mittelwert 1,02, SD 0) inkubiert wurden.37) (Abbildung 1).

Abbildung 1 L-Histidin erhöht die Filaggrin-Proteinbildung im konfluenten Menschen (HaCaT ) Keratinozyten-Monoschichten. (A) Repräsentative Western Blots, die eine Abnahme von 120 kDa Filaggrin und eine Zunahme der 37 kDa Filaggrin-Bildung nach Behandlung mit L-Histidin zeigen. (B) L-Lysin und D-Histidin hatten keinen signifikanten Einfluss auf die Filaggrin-Proteinexpression, während L-Histidin das Filaggrin-Verhältnis von 37 kDa zu 120 kDa erhöhte (P <0,01) im Vergleich zu Kontrollen. (C) L-Histidin erhöhte das Filaggrin-Verhältnis von 37 kDa:120 kDa dosisabhängig (R2 =0,54, P<0,01). Fehlerbalken stellen den Mittelwert ± SD dar, wobei n = 6 ist. Alle Banden wurden standardisiert, um die Protein Keratin 10-Beladungskontrolle zu erhalten. **p<0,01.Abkürzungen: OD, optische Dichte; WB, Western Blot.

Um die Wirkung von l-Histidin auf die epidermale Barrierefunktion zu untersuchen, wurden organotypische hautäquivalente Kulturen (Abbildung 2A) mit 5 mM l-Histidin inkubiert (Mittelwert 3,60, SD 0,88), was zu einer signifikanten Verringerung der Penetration von Lucifer Yellow Fluorescent führte farbstoff (N=5, P<0,01) im Vergleich zur Kontrolle (Mittelwert 7,67, SD 0,37). Die gleiche Konzentration von L-Lysin (Mittelwert 8,78, SD 1,55) oder L-Serin (Mittelwert 7,64, SD 2,00) hatte keinen Einfluss auf die Farbpenetration (Abbildung 2B).

Abbildung 2 L-Histidin verbessert die Barrierefunktion des organotypischen Hautmodells, wie durch Eindringen von Luzifer Gelben Fluoreszenzfarbstoff. (A) Ein repräsentatives Bild eines organotypischen Hautmodells mit Lucifer Yellow-Farbstoff unter Fluoreszenz und H& E-Färbung. (B) Hautmodelle, die in 5 mM L-Histidin gezüchtet wurden, hatten eine verringerte Farbstoffpenetration (N = 5; P<0,01), während L-Lysin und L-Serin keinen Einfluss auf die Barrierefunktion hatten. Hinweis: **p<0,01, n=5. Abkürzung: H&E, Hämatoxylin und Eosin.

Klinische Pilotstudie zur Nahrungsergänzung

Demografie der Probanden und Schweregrad der AD

Vierundzwanzig Erwachsene mit AD wurden gescreent und in zwei Behandlungsgruppen randomisiert. Patienten in Gruppe A erhielten L-Histidin in der Behandlungsperiode 1 von 8 Wochen, gefolgt von Placebo in der Behandlungsperiode 2, während Patienten in Gruppe B Placebo gefolgt von L-Histidin erhielten (Abbildung 3A). Drei Patienten (einer in Gruppe A und zwei in Gruppe B) gingen nach der Auswaschphase an die Studie verloren (Abbildung 3B). Die verbleibenden Patienten, die an der Studie teilnahmen, hatten ein mittleres Alter (Standardfehler des Mittelwerts) von 25,9 (1,6) Jahren bzw. 27,6 (1,6) Jahren in den Gruppen A und B; 55% der Patienten in Gruppe A und 70% in Gruppe B waren Frauen. Die Mehrheit der Patienten waren Kaukasier mit einem Patienten asiatischer und einem Patienten asiatischer / kaukasischer Rasse in den Gruppen A bzw.

Abbildung 3 Protokoll der klinischen Studie und Patientendaten. (A) Schema mit dem Studienprotokoll, (B) Die Patienten füllten wöchentlich POEM-Fragebögen aus und (C) Disposition der Patienten.Es gab eine gute Korrelation zwischen den SCORAD- und POEM-Scores (R2=0,62) bei Studienpatienten in Gruppe A (μ) (n=11) und Gruppe B (μ) (n=10) in Woche 0. Es gab keinen Unterschied in den mittleren SCORAD- oder POEM-Scores zwischen den beiden Gruppen (P = 0,86). Abkürzungen: GEDICHT, patientenorientiertes Ekzemmaß; SCORAD, atopische Dermatitis bewerten; WO, Auswaschperiode.

Sowohl die vom Arzt erzielte SCORAD als auch die vom Patienten erzielte POEM wurden als validierte Maße für den Schweregrad der AD-Erkrankung verwendet.35 In Woche 0 gab es keinen signifikanten Unterschied in den mittleren (SEM) SCORAD (31,9 und 28,3) und POEM (18,4 und 16,7) Scores zwischen den Gruppen A (N = 11) bzw. B (N = 10). Bei allen Patienten bestand in Woche 0 eine starke Korrelation zwischen SCORAD- und POEM-Scores (R2=0,62) (Abbildung 3C).

Auswirkungen der L-Histidin-Nahrungsergänzung auf den Schweregrad der AD

Nach der Supplementierung mit L-Histidin (Periode 1) gab es eine signifikante Reduktion von Woche 0 Scores in SCORAD (34%, P = 0,0029 und 32%, P=0,0029; Abbildung 4A) und POEM (39%, P = 0,0020 und 39%, P = 0,0010; Abbildung 4B) Scores in Gruppe A in den Wochen 4 und 8 bzw. In Gruppe B, die Placebo in Periode 1 in Woche 4 oder 8 erhielt, wurde keine signifikante Verringerung des Schweregrads der Erkrankung beobachtet (SCORAD: -16%, P= 0,3223 und 6%, P=0,5391; POEM: 2%, P=0,8438 und 16%, P = 0,2695) (Abbildung 4A und B). In Periode 2 gab es Hinweise darauf, dass Probanden in Gruppe B, die von Placebo zu L-Histidin übergingen, eine Verbesserung ihres Schweregrads der AD-Erkrankung zeigten, obwohl ein Übertragungseffekt von L-Histidin in Gruppe A über diesen Zeitraum eine aussagekräftige Analyse der Studie nach dem Crossover verhinderte.

Abbildung 4 Auswirkungen der L-Histidin-Nahrungsergänzung auf den Schweregrad der AD-Erkrankung. (A) Die SCORAD- und (B) POEM-Werte (Mittelwert ± SEM) waren bei Patienten der Gruppe A (A) in Woche 4 und 8 (SCORAD, P = 0,0029 und P = 0,0029; POEM, P = 0,0020 und P = 0,0010) in Periode 1 signifikant reduziert, während das Placebo bei Patienten der Gruppe B (B) in Periode 1 (SCORAD, P = 0,3223 und P = 0,5391; POEM, P= 0,8438 und P=0,2695). Es gibt einen klaren „Carry-over“ -Effekt von L-Histidin in Gruppe A zwischen den Wochen 8 und 12, was eine aussagekräftige statistische Analyse innerhalb des Studienzeitraums ausschließt 2. Abkürzungen: AD, atopische Dermatitis; POEM, Patientenorientiertes Ekzem.; SCORAD, SCORing Atopische Dermatitis; SEM, Standardfehler des Mittelwerts; WO, Auswaschperiode.

Unerwünschte Ereignisse

Im Verlauf der Studie wurden mögliche unerwünschte Ereignisse überwacht und aufgezeichnet. Es gab keine unerwünschten Ereignisse, die direkt mit der Verabreichung von L-Histidin oder dem Placebo in Verbindung standen.

Diskussion

Die derzeitige AD-Therapie basiert auf der palliativen Anwendung von Weichmachern und entzündungshemmenden Mitteln wie topischen Kortikosteroiden oder Calcineurin-Inhibitoren bei der Behandlung von Superinfektionen, insbesondere aufgrund von Staphylococcus aureus und Herpes simplex, wenn sie auftritt. Wenn die topische Behandlung nicht erfolgreich ist, ist eine systemische Behandlung mit wirksamen Arzneimitteln wie Kortikosteroiden, Methotrexat, Azathioprin, Ciclosporin A oder Mycophenolatmofetil erforderlich. Bekannte Auswirkungen der Langzeitanwendung systemischer Kortikosteroide sind Osteoporose, Katarakte, Bluthochdruck und Hyperglykämie. Immunsuppressiva wie Cyclosporin A und Azathioprin haben ebenfalls schwerwiegende mögliche Nebenwirkungen, einschließlich hämatologischer Anomalien, Prädisposition für lebensbedrohliche Infektionen, Leber- und Nierenversagen, und erfordern daher eine intensive Überwachung durch den behandelnden Arzt.5-36 Angesichts der hohen Prävalenz von AD (bis zu 16% der Kinder1 und 10% der Erwachsenen2 weltweit) stellen diese nachteiligen Auswirkungen eine erhebliche Belastung für den einzelnen Patienten und hohe finanzielle Kosten für die Gesundheitssysteme und die Gesellschaft dar. Klinische Studien werden derzeit mit biologischen Wirkstoffen durchgeführt, die auf Elemente des Immunsystems einwirken, aber wenn sie wirksam sind, werden diese teuer sein und wahrscheinlich auf die schwerste und behandlungsresistenteste AD beschränkt sein. Bedenken hinsichtlich der Sicherheit dieser Wirkstoffklasse bestehen weiterhin, insbesondere hinsichtlich erhöhter Infektionsrisiken und Malignität.5,36 Es besteht daher nach wie vor ein großer ungedeckter klinischer Bedarf an sicheren, zweckmäßigen und gezielten nichtsteroidalen Interventionen, die für die Langzeitanwendung bei der Behandlung von AD, insbesondere bei Kindern, geeignet sind.

HaCaT-Monoschichten, die in mit l-Histidin angereicherten Medien gezüchtet wurden, waren mit einer signifikant erhöhten Expression der 37-kDa-Filaggrin-Monomere im Vergleich zum 120-kDa-Filaggrin-Zwischenprodukt assoziiert. Bei Medien, die mit l-Lysin und d-Histidin, den strukturell ähnlichen, aber biologisch inaktiven Isomeren von l-Histidin, angereichert sind, wurde kein Anstieg der Expression der Filaggrin-Monomere beobachtet. Der Mechanismus, durch den l-Histidin die Filaggrin-Verarbeitung enantiomerenspezifisch verstärkt, ist unklar, obwohl l-Histidin aufgrund der Amphoterik seiner Imidazol-Seitenkette häufig an enzymatischen Reaktionen teilnimmt37.

Die 37 kDa Filaggrin-Monomere sind Zwischenprodukte der Filaggrin-Proteolyse, die durch Proteasen wie Calpain-1 und Caspase-14 weiter in kleinere Filaggrin-Peptidfragmente und schließlich durch Bleomycinhydrolase in freie Aminosäuren abgebaut werden.38 Eine erhöhte Bildung der 37 kDa-Filaggrin-Monomere durch l-Histidin würde die Keratinaggregation verbessern und zu erhöhten Gehalten an freien Aminosäure-NMF-Komponenten führen. l-Histidin ist hygroskopisch, und diese Fähigkeit, Wasser einzufangen und zurückzuhalten, macht es zu einem wichtigen Bestandteil des NMF.14 Die Fähigkeit von l-Histidin, die Filaggrin-Verarbeitung mit konsequenter Verbesserung der Hautbarrierefunktion zu erhöhen, wird durch unseren Befund gestützt, dass Hautäquivalente, die in mit l-Histidin angereicherten Medien gezüchtet wurden, resistenter gegen das Eindringen von Lucifer Yellow-Fluoreszenzfarbstoff waren. Der beobachtete Effekt kann entweder auf eine Verbesserung der Keratinaggregation oder auf einen erhöhten NMF-Spiegel in den Hautmodellen aufgrund einer erhöhten Verfügbarkeit des Substrats (d. H. mehr Filaggrin-Monomere) für den proteolytischen Abbau oder auf beides zurückzuführen sein. Bei Personen mit Wildtyp-FLG- oder heterozygoten Funktionsverlust-FLG-Mutationen kann L-Histidin die Krankheitssymptome verbessern, indem es die Filaggrin-Bildung verstärkt und die NMF-Produktion ergänzt, während l-Histidin bei Patienten mit homozygoten FLG-Mutationen die Menge an NMF in der Haut erhöhen kann. In allen Fällen wäre eine Verstärkung der Filaggrin-Bildung und / oder eine Ergänzung von NMF zu erwarten Verbesserung der Hautbarrierefunktion und Verringerung der Krankheitslast von AD.

Die Verwendung von primären humanen Keratinozyten anstelle von HaCaT-Zellen für den Barrierefunktionstest kann als „physiologischer“ angesehen werden. Unser hautinternes Hautäquivalentmodell ist jedoch eine Adaption der von Schoop et al.,39, die gezeigt haben, dass HaCaT–Zellen, die an einer Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche auf verschiedenen Matrizen kultiviert wurden, die als Hautäquivalente dienen, verwendet werden können, um hochdifferenzierte organotypische hautäquivalente Strukturen in vitro zu erzeugen. Im Gegensatz zu primären Keratinozyten, die normalerweise aus menschlichen Vorhautproben gewonnen werden, ist die HaCaT-Zelllinie von standardisierter Qualität, da sie unabhängig von Spendervariationen ist.Die klinische Pilotstudie zur Nahrungsergänzung legt nahe, dass orales L-Histidin, das einmal täglich über einen Zeitraum von 4 Wochen verabreicht wird, mit einer Verbesserung der klinischen Anzeichen und Symptome von erwachsenen AD-Patienten verbunden ist. Sowohl in der clinician-scored (SCORAD) und Patient-scored (POEM) Maßnahmen der Schwere der Erkrankung, gab es eine ~ 40% ige Abnahme der AD-Aktivität über 4 Wochen der Behandlung, die ähnlich ist, berichtet von der Verwendung von mittleren Potenz (Gruppe III) topische Kortikosteroide.40 Die positiven Wirkungen, die bei Patienten der Gruppe A beobachtet wurden, hielten nach dem Übergang von L-Histidin zu Placebo mehrere Wochen an, was auf einen längeren Nutzen der L-Histidin-Behandlung hindeutet. Wichtig ist, dass keine unerwünschten Ereignisse berichtet wurden, die auf eine L-Histidin-Supplementierung zurückzuführen waren.

Wir haben in vitro einen l-Histidin-konzentrationsabhängigen Anstieg der 37 kDa Filaggrin-Monomerbildung und eine l-Histidin-assoziierte Verbesserung der Barrierefunktion eines hautäquivalenten Modells gezeigt. Diese Beobachtung korreliert mit den Erkenntnissen aus der klinischen Ernährungspilotstudie, dass orales L-Histidin therapeutische Vorteile bei AD haben kann. Obwohl es Einschränkungen in Bezug auf die Stichprobengröße unserer Pilotstudie gibt, deuten die Ergebnisse, wenn sie konsistent sind, darauf hin, dass einmal täglich orales L-Histidin ähnliche Wirkungen bei AD hat wie bei topischen Kortikosteroiden der mittleren Potenz (Gruppe III).40

Diese Beobachtungen in Kombination mit dem etablierten Sicherheitsprofil legen nahe, dass die Nahrungsergänzung mit L-Histidin eine sichere, bequeme, nichtsteroidale Intervention sein kann, die für die langfristige Anwendung bei der Behandlung von AD geeignet ist, insbesondere bei Kindern. Diese Studie wurde durch Zuschüsse des Scottish Overseas Research Student Award, des University of Edinburgh College of Medicine and Veterinary Medicine PhD Scholarship und der University of Manchester unterstützt. CEMG ist leitender Ermittler im Nationalen Institut für Gesundheitsforschung. Wir danken den Forschungskrankenschwestern des Manchester Dermatology Centre für die Leitung des klinischen Teils dieses Projekts und allen freiwilligen Patienten für die Teilnahme an dieser Studie.

Autorenbeiträge

Alle Autoren haben zur Datenanalyse, zur Ausarbeitung und kritischen Überarbeitung des Papiers beigetragen, die endgültige Genehmigung der zu veröffentlichenden Version erteilt und sich bereit erklärt, für alle Aspekte der Arbeit verantwortlich zu sein.

Offenlegung

CEMG meldet Zuschüsse von Zymogenetics, Stiefel und Regeneron, Zuschüsse und persönliche Gebühren von Novartis und Pfizer. NKG ist Gründungsdirektor von Curapel, einem Spin-out-Unternehmen der Universität Manchester, das Patente auf diesem Gebiet besitzt. Die anderen Autoren berichten keine Interessenkonflikte in dieser Arbeit.

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