Adipöse Patienten und Typ-2-Diabetiker zeigen ein erhöhtes Risiko für Harnwegsinfekte. Die Ursache der höheren Prävalenz ist noch nicht nachhaltig geklärt. Bekannt ist, dass Typ-2-Diabetiker erhöhte Konzentrationen freier Fettsäuren im Blut aufweisen. Der veränderte Fettstoffwechsel könnte neben bakteriellen Ursachen ein möglicher Grund für abakterielle Entzündungsreaktionen der Harnblase sein. Zur Prüfung dieser Hypothese wurden zeit- und konzentrationsabhängig kultivierte humane Detrusormyozyten im Vergleich zur Lipopolysaccharid (LPS) induzierten Entzündungsreaktion mit Palmitat stimuliert. Es wurde geprüft, ob eine autokrine und/oder endokrine Regulation des IL-6-Signalwegs vorliegt. Im Fokus standen insbesondere die IL-6- und MCP-1-Expression und deren möglichen regulatorischen Proteine gp80, gp130, NF-κB, STAT3, SOCS3 und MEK1. Die Stimulationsversuche mit LPS und Palmitat zeigen einen differenten zeit- und konzentrationsabhängigen Effekt auf die IL-6- und MCP-1-Expression in den humanen Detrusormyozyten. LPS und Palmitat induzieren eine zeitabhängige autokrine Regulation der IL-6-Signalkaskade über phosphoryliertes STAT3 und Feedback-mechanismen via SOCS3. Sowohl LPS als auch Palmitat bewirken über 48h eine mögliche endokrine Regulation des IL-6-Signalwegs. Zusammenfassend zeigt die Palmitatstimulation zeit- und konzentrationsabhängig einen stärkeren Effekt auf die IL-6-Signalwirkung als die Stimulation mit LPS. / Background: Urinary tract infections (UTI) are more frequent in type-2 diabetes mellitus patients than in subjects with normal glucose metabolism. The mechanisms underlying this higher prevalence of UTI are unknown. However, cytokine levels are altered in diabetic patients and may thus contribute to the development of UTI. Increased levels of free fatty acids (FFA), as observed in obese patients, can induce IL-6 production in various cell types. Therefore we studied the effects of the free fatty acid palmitate and bacterial lipopolysaccharide (LPS) on interleukin-6 (IL-6) and monocyte chemotactic protein-1 (MCP-1) expression and secretion in cultured human bladder smooth muscle cells (hBSMC). Methodology/Principal Findings: Biopsies were taken from patients undergoing cystectomy due to bladder cancer. Palmitate or LPS stimulated hBSMC were analysed for the production and secretion of the IL-6, gp80, gp80soluble, gp130, MCP-1, pSTAT3, SOCS3, NF-kB and SHP2 by quantitative PCR, ELISA, Western blotting, and confocal immunofluorescence. In signal transduction inhibition experiments we evaluated the involvement of NF-kB and MEK1 in IL-6 and MCP-1 regulation. Palmitate upregulates IL-6 mRNA expression and secretion via NF-kB dependent pathways in a concentration- and timedependent manner. MCP-1 was moderately upregulated by palmitate but was strongly upregulated by LPS involving NF-kB and MEK1 dependent pathways. Soluble IL-6 receptor (gp80soluble) was downregulated by palmitate and LPS, while membrane-bound gp80 was moderately upregulated. LPS increased SOCS3 and SHP2, whereas palmitate only induced SOCS3. Secondary finding: most of the IL-6 is secreted. Conclusions/Significance: Bacterial infection (LPS) or metabolic alterations (palmitate) have distinct effects on IL-6 expression in hBSMC, (i) short term LPS induced autocrine JAK/STAT signaling and (ii) long-term endocrine regulation of IL-6 by palmitate. Induction of IL-6 in human bladder smooth muscle cells by fatty acids may represent a pathogenetic factor underlying the higher frequency and persistence of urinary tract infections in patients with metabolic diseases.

Adipöse Patienten und Typ-2-Diabetiker zeigen ein erhöhtes Risiko für Harnwegsinfekte. Die Ursache der höheren Prävalenz ist noch nicht nachhaltig geklärt. Bekannt ist, dass Typ-2-Diabetiker erhöhte Konzentrationen freier Fettsäuren im Blut aufweisen. Der veränderte Fettstoffwechsel könnte neben bakteriellen Ursachen ein möglicher Grund für abakterielle Entzündungsreaktionen der Harnblase sein. Zur Prüfung dieser Hypothese wurden zeit- und konzentrationsabhängig kultivierte humane Detrusormyozyten im Vergleich zur Lipopolysaccharid (LPS) induzierten Entzündungsreaktion mit Palmitat stimuliert. Es wurde geprüft, ob eine autokrine und/oder endokrine Regulation des IL-6-Signalwegs vorliegt. Im Fokus standen insbesondere die IL-6- und MCP-1-Expression und deren möglichen regulatorischen Proteine gp80, gp130, NF-κB, STAT3, SOCS3 und MEK1. Die Stimulationsversuche mit LPS und Palmitat zeigen einen differenten zeit- und konzentrationsabhängigen Effekt auf die IL-6- und MCP-1-Expression in den humanen Detrusormyozyten. LPS und Palmitat induzieren eine zeitabhängige autokrine Regulation der IL-6-Signalkaskade über phosphoryliertes STAT3 und Feedback-mechanismen via SOCS3. Sowohl LPS als auch Palmitat bewirken über 48h eine mögliche endokrine Regulation des IL-6-Signalwegs. Zusammenfassend zeigt die Palmitatstimulation zeit- und konzentrationsabhängig einen stärkeren Effekt auf die IL-6-Signalwirkung als die Stimulation mit LPS.:Abkürzungsverzeichnis 1. Hintergrund und Ziel der Arbeit 2. Methoden 3. Ergebnisse 3.1 Struktur und Funktion der suburothelialen Myofibroblasten 3.2 Entzündungsmechanismen der Harnblase 3.3 Einfluss von Palmitat auf die IL-6 and MCP-1 Expression humaner Detrusormyozyten - Link zwischen Stoffwechsel und immunologischer Reaktion der Harnblasenmuskulatur 3.4 IL-6 - JAK/STAT - Signalweg in den Detrusormyozyten 3.5 Schlussfolgerungen 4. Literaturverzeichnis 5. Publikationen 5.1 Struktur und Funktion der suburothelialen Myofibroblasten in der humanen Harnblase unter normalen und pathologischen Bedingungen 5.2 Regulation von Interleukin-6 durch Lipopolysaccharid-Stimulation in kultivierten Detrusormyozyten 5.3 Palmitate induced IL-6 and MCP-1 expression in human bladder smooth muscle cells provides a link between diabetes and urinary tract infections 6. Zusammenfassung der Arbeiten Anlagen / Background: Urinary tract infections (UTI) are more frequent in type-2 diabetes mellitus patients than in subjects with normal glucose metabolism. The mechanisms underlying this higher prevalence of UTI are unknown. However, cytokine levels are altered in diabetic patients and may thus contribute to the development of UTI. Increased levels of free fatty acids (FFA), as observed in obese patients, can induce IL-6 production in various cell types. Therefore we studied the effects of the free fatty acid palmitate and bacterial lipopolysaccharide (LPS) on interleukin-6 (IL-6) and monocyte chemotactic protein-1 (MCP-1) expression and secretion in cultured human bladder smooth muscle cells (hBSMC). Methodology/Principal Findings: Biopsies were taken from patients undergoing cystectomy due to bladder cancer. Palmitate or LPS stimulated hBSMC were analysed for the production and secretion of the IL-6, gp80, gp80soluble, gp130, MCP-1, pSTAT3, SOCS3, NF-kB and SHP2 by quantitative PCR, ELISA, Western blotting, and confocal immunofluorescence. In signal transduction inhibition experiments we evaluated the involvement of NF-kB and MEK1 in IL-6 and MCP-1 regulation. Palmitate upregulates IL-6 mRNA expression and secretion via NF-kB dependent pathways in a concentration- and timedependent manner. MCP-1 was moderately upregulated by palmitate but was strongly upregulated by LPS involving NF-kB and MEK1 dependent pathways. Soluble IL-6 receptor (gp80soluble) was downregulated by palmitate and LPS, while membrane-bound gp80 was moderately upregulated. LPS increased SOCS3 and SHP2, whereas palmitate only induced SOCS3. Secondary finding: most of the IL-6 is secreted. Conclusions/Significance: Bacterial infection (LPS) or metabolic alterations (palmitate) have distinct effects on IL-6 expression in hBSMC, (i) short term LPS induced autocrine JAK/STAT signaling and (ii) long-term endocrine regulation of IL-6 by palmitate. Induction of IL-6 in human bladder smooth muscle cells by fatty acids may represent a pathogenetic factor underlying the higher frequency and persistence of urinary tract infections in patients with metabolic diseases.:Abkürzungsverzeichnis 1. Hintergrund und Ziel der Arbeit 2. Methoden 3. Ergebnisse 3.1 Struktur und Funktion der suburothelialen Myofibroblasten 3.2 Entzündungsmechanismen der Harnblase 3.3 Einfluss von Palmitat auf die IL-6 and MCP-1 Expression humaner Detrusormyozyten - Link zwischen Stoffwechsel und immunologischer Reaktion der Harnblasenmuskulatur 3.4 IL-6 - JAK/STAT - Signalweg in den Detrusormyozyten 3.5 Schlussfolgerungen 4. Literaturverzeichnis 5. Publikationen 5.1 Struktur und Funktion der suburothelialen Myofibroblasten in der humanen Harnblase unter normalen und pathologischen Bedingungen 5.2 Regulation von Interleukin-6 durch Lipopolysaccharid-Stimulation in kultivierten Detrusormyozyten 5.3 Palmitate induced IL-6 and MCP-1 expression in human bladder smooth muscle cells provides a link between diabetes and urinary tract infections 6. Zusammenfassung der Arbeiten Anlagen