Studie zur Bedeutung von „Oxidativem Stress“ bei Patienten mit Fibromyalgiesyndrom und dessen Beeinflussbarkeit durch Anthocyanin/Polyphenol-reichen Fruchtsaft / Prospective interventional Study on Patients with Fibromyalgiasyndrome. Evaluation of clinical symptoms and blood examination on oxidative Stress marker and Cytokine. Evaluation of the influence of an Anthocyanin-/ Polyphenol-rich fruit juice.

Fibromyalgia syndrome (FMS) is a largely heterogeneous chronic pain syndrome of unclear pathophysiology, which lacks objective diagnostics and specific treatment. An immune-related shift towards a pro-inflammatory profile is discussed at a systemic level. Small fiber pathology (SFP) and local participation of non-neuronal skin cells like keratinocytes in cutaneous nociception are potential peripheral contributors. Small RNAs, particularly microRNAs (miRs) and newly described tRNA fragments (tRFs) act as posttranscriptional key regulators of gene expression and may modulate systemic and peripheral cell pathways. On cellular level, the exact mechanisms of keratinocyte-intraepidermal nerve fiber (IENF) interaction in the skin are insufficiently understood. Via small RNA sequencing and quantitative real-time PCR, we investigated miR and tRF signatures in whole blood cells and skin biopsy-derived keratinocytes of female FMS patients versus healthy controls. We applied gene target prediction analysis to uncover underlying cellular pathways affected by dysregulated small RNAs. Altered FMS small RNAs from blood were compared with their expression in disease controls, i.e. Parkinson`s patients and patients with major depression and chronic pain. Association of SFP with small RNAs was investigated via correlation with clinical parameter. To explore keratinocyte-nerve fiber interactions with high relevance for SFP and cutaneous nociception, we adapted a super-resolution array tomography (srAT) approach and expansion microscopy (ExM) for human skin samples. Further, we created a fully human 2D co-culture model of primary keratinocytes and induced pluripotent stem cell derived sensory neurons. Blood miR deregulation indicated systemic modulation of immune processes exerted by CholinomiRs and by miRs targeting the FoxO signaling pathway. Short sized tRFs were associated with mRNA metabolism and splicing. This supports the hypothesis of an inflammatory/autoimmunity component in FMS. Expression of blood small RNAs in FMS were discriminative against disease controls, highlighting their potential as objective biomarker. Blood small RNAs were predominantly upregulated and correlations between miR and clinical parameter reflected rather pain in general than SFP. In FMS keratinocytes, a downregulation of miRs and tRFs was evident. Pathways for adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK), adherens junction, and focal adhesion were predicted to be affected by miRs, while tRFs may influence proliferation, migration, and cell growth. Similar to blood miRs, altered miRs in keratinocytes correlated mostly with widespread pain and pain severity parameter. TRFs were partially associated with more severe IENF loss. Small RNAs in FMS keratinocytes may modulate pathways that define how keratinocytes interact with each other and with IENF. These interactions include nerve fiber ensheathment, a conserved epithelial mechanism, which we visualize in human epidermis and a fully human co-culture model. Additionally, we revealed plaques of connexin 43, a pore forming protein involved in intercellular communication, at keratinocyte- nerve fiber contact sites. Objective quantification of these morphological findings in FMS and other diseases with SFP may inherit diagnostic value similar to IENF density. We provide evidence for distinct miR and tRF signatures in FMS with implications for systemic immune regulation and local cell-cell interaction pathways. In the periphery we explored novel keratinocyte-nerve fiber interactions relevant for SFP and cutaneous nociception. / Das Fibromyalgie Syndrom (FMS) umfasst ein sehr heterogenes chronisches Schmerzsyndrom mit ungeklärter Pathophysiologie, ohne objektive Diagnostik und gezielt wirkende Behandlungsmöglichkeiten. Auf systemischer Ebene wird eine entzündungsfördernde Verschiebung von Immunprozessen diskutiert. In der Peripherie stellen die Kleinfaserpathologie (SFP) und Beteiligungen nicht-neuronaler Hautzellen, beispielsweise Keratinozyten, an kutaner Nozizeption potenziell beitragende Faktoren dar. Kleine RNAs, vor allem microRNAs (miRs) und die kürzlich beschriebenen tRNA Fragmente (tRFs) agieren als posttranskriptionelle Schlüsselregulatoren der Genexpression und könnten daher systemische und periphere Zellprozesse modulieren. Die genauen zellulären Mechanismen bei der Interaktion von Keratinozyten mit intraepidermalen Nervenfasern (IENF) in der Haut sind nur unzureichend verstanden. Mittels Sequenzierung von kleinen RNAs und quantitativer Real-Time PCR untersuchten wir miR und tRF Signaturen in Vollblutzellen und in durch Hautbiopsie gewonnene Keratinozyten von FMS Patientinnen im Vergleich zu gesunden weiblichen Kontrollen. Um zugrundeliegende Zellprozesswege aufzudecken, die von der Deregulierung kleiner RNAs betroffen sind, verwendeten wir Vorhersageprogramme für regulierte Gene. In FMS verändert vorliegende kleine RNAs im Blut verglichen wir mit ihrer Expression in Krankheitskontrollen, d.h. Parkinson Patientinnen und Patientinnen mit schwerer Depression und chronischem Schmerz. Die Beziehung zwischen SFP und kleinen RNAs wurde mittels der Korrelation mit klinischen Parametern untersucht. Zur Erforschung von Keratinozyten-Nervenfaser Interaktionen, mit großer Relevanz für SFP und kutane Nozizeption, adaptierten wir eine superauflösende Array-Tomographie (srAT) Methodik und Expansionsmikroskopie (ExM) für humane Hautproben. Außerdem entwickelten wir ein rein humanes 2D Ko-Kultur Zellmodell, bestehend aus primären Keratinozyten und sensiblen Neuronen, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen generiert wurden. MiR Deregulierungen in Blut wiesen auf systemische Modulierung von Immunprozessen hin, ausgeübt durch CholinomiRs und miRs, die auf den FoxO Signalweg einwirken. Die tRFs mit kurzer Fragmentlänge waren mit mRNA Metabolismus und Splicing verknüpft. Diese Ergebnisse unterbauen die Hypothese einer entzündungsfördernden/autoimmunen Komponente in FMS. Die Expression kleiner RNAs aus FMS Blut war unterschiedlich zu Krankheitskontrollen, was ihr Potenzial als objektive Biomarker hervorhebt. Kleine RNAs im Blut waren überwiegend erhöht exprimiert und Korrelation zwischen miRs und klinischen Parametern spiegelten eher Schmerzen im Allgemeinen wider als SFP. In Keratinozyten von FMS Patientinnen war eine Herunterregulierung von miRs und tRFs ersichtlich. Der Signalweg der Adenosinmonophosphat aktivierten Proteinkinase (AMPK), sowie Adherens Junction und Fokale Adhäsion waren prognostiziere Prozesse unter Einfluss von miRs. Ähnlich wie bei den Blut miRs, korrelierten veränderte miRs in Keratinozyten vor allem mit der Verbreitung des Schmerzes über den Körper und der Schmerzintensität. TRFs waren teilweise mit einem höheren Verlust an IENF verknüpft. Kleine RNAs in Keratinozyten von FMS Patientinnen könnten jene Prozesse modulieren, die festlegen, wie Keratinozyten miteinander und mit IENF interagieren. Diese Interaktionen beinhalten den konservierten Mechanismus der Nervenfaserumhüllung, den wir in humaner Epidermis und einem komplett humanen Ko-Kultur Modell auflösen konnten. Zusätzlich zeigten wir Anhäufungen von Connexin 43, einem an interzellulärer Kommunikation beteiligten porenformenden Protein, an Keratinozyten-Nervenfaser Kontaktstellen. Eine objektive Quantifizierung dieser morphologischen Befunde in FMS und weiteren Erkrankungen mit SFP könnte einen diagnostischen Wert vergleichbar mit dem der IENF Dichte innehaben. Wir liefern Belege für klare miR und tRF Signaturen in FMS mit Bedeutung für systemische Immunregulation und lokale Zell-Zell Interaktionsprozesse. In der Peripherie erkundeten wir neueartige Keratinozyten-Nervenfaser Interaktionen relevant für SFP und kutane Nozizeption.

Der systemische Lupus erythemaodes (SLE) ist eine entzündliche, chronisch verlaufende Erkrankung, die multiple Organsysteme affektieren kann. Ein Hauptsymptom ist der Schmerz, welcher unterschiedlichen Charakters sein kann und dessen Einfluss auf Lebensqualität sowie dessen Zusammenhang mit Krankheitsaktivität, psychisch-emotionalen Komorbiditäten sowie körperlicher Funktionsfähigkeit in der vorliegenden Arbeit untersucht werden sollten. Darüber hinaus war Ziel, das Fibromyalgiesyndrom (FMS) als Komorbidität bei SLE bezüglich Prävalenz und Einfluss auf Schmerzsymptomatik zu untersuchen. Eine Verbindung zwischen autonomem Nervensystem (ANS) und Stressregulationssystem wurde bis dato umfassend belegt. In der vorliegenden Arbeit wurden Messungen der Herzratenvariabilität (HRV) sowie der sympathischen Hautantwort auf elektrischen Stromimpuls (SSR) vorgenommen, um damit die Einflüsse des ANS auf das Herzkreislaufsystem und die Haut zu quantifizieren. Infolgedessen sollte durch die vorliegende Arbeit untersucht werden, inwieweit sich diese bestehenden Verbindungen auf Schmerzsymptomatik und klinische Charakteristika bei Patienten mit einer chronisch-entzündlichen Erkrankung auswirken und ob Assoziationen mit einem als Komorbidität vorliegenden FMS bestehen. In einer prospektiven klinischen Studie wurden dazu von Patienten mit diagnostiziertem SLE klinische Parameter zur Krankheitsaktivität (z. B. SLEDAI-Score), Selbstangaben zu erlebter Schmerzsymptomatik, körperlicher und geistiger Funktionsfähigkeit sowie Lebensqualität erhoben. Zusätzlich erfolgte ein Screening auf das Vorliegen eines FMS als Komorbidität anhand ACR-Kriterien aus dem Jahr 1990. Als Kontrollgruppe wurden FMS-Patienten ohne zugrunde liegende rheumatologische Erkrankung untersucht. Die Untersuchung des ANS erfolgte durch Tests zur HRV sowie SSR mit Messungen in Ruhe, unter Stressbelastung durch mentalen Stress beim Rechnen sowie physischen Stress durch Orthostase-, Valsalva-oder tiefe-Atmung-Tests. Folgenden Aufgaben- und Fragestellungen wurde nachgegangen: 1. Darstellung der Schmerzsymptomatik bei SLE und Auswirkungen auf die Erkrankten hinsichtlich Lebensqualität, Funktionsfähigkeit und Krankheitsaktivität 93 SLE-Patienten wurden untersucht. Sie erleben zum Teil starke Schmerzen (48,4 % Angabe starker Schmerzen während vergangener 4 Wochen, NRS = 7-10), wobei jedoch kein Zusammenhang zwischen Schmerzintensität und erhöhter Krankheitsaktivität anhand SLEDAI oder laborchemischer Parameter nachweisbar ist. Eine höhere Schmerzintensität geht jedoch mit signifikant stärker eingeschränkter körperlicher Funktionsfähigkeit einher (HAQ-DI; in allen untersuchten Kategorien p < 0,001). Zudem erlebten SLE-Patienten mit depressiver Symptomatik in 4 von 5 untersuchten Schmerzkategorien höhere Schmerzintensitäten (p < 0,05 bis p < 0,001). Nachgewiesen wurde ebenfalls eine negative Auswirkung höherer Schmerzintensitäten auf die Lebensqualität anhand negativer Korrelationen mit SF-36-Kategorien (p < 0,01). 22,6 % der SLE-Patienten erfüllten Kriterien für das Vorliegen einer neuropathischen Schmerzkomponente, welche mit stärkerer subjektiver Schmerzintensität assoziiert ist (p < 0,0001). Das Auftreten der neuropathischen Schmerzkomponente führt zudem signifikant häufiger zur Einschränkung der körperlichen Funktionsfähigkeit (p < 0,01). Die überwiegende Mehrheit der SLE-Patienten schätzt ihre Krankheitsschwere subjektiv höher ein als die behandelnden Ärzte (p < 0,0001). Schmerz ist ein wichtiges Symptom mit gravierenden Auswirkungen auf unterschiedliche Aspekte des Lebens von SLE-Patienten und führt bei diesen zu ausgeprägten Einschränkungen. 2. Welchen Einfluss hat das FMS als Komorbidität bei SLE und welche Auswirkungen resultieren für die Schmerzsymptomatik der Betroffenen? Bei 30,1 % (n = 28) der SLE-Patienten wurde anhand der verwendeten ACR-1990-Kriterien ein FMS als Komorbidität diagnostiziert. Bei dem Vergleich von SLE-Patienten mit FMS gegenüber SLE-Patienten ohne FMS zeigen sich signifikante Unterschiede. SLE-Patienten mit FMS erleben eine deutlich höhere Schmerzintensität (p < 0,01). Ein zusätzlich vorliegendes FMS ist zudem signifikant häufiger mit neuropathischem Schmerz assoziiert (37,0 % vs. 16,7 %, p < 0,05). Sowohl Lebensqualität, ermittelt anhand Kategorien im SF-36 (p < 0,05 bis p < 0,01), als auch körperliche Funktionsfähigkeit (HAQ-DI, p < 0,05) sind bei SLE mit FMS als Komorbidität signifikant eingeschränkt. Fatigue ist bei SLE-Patienten mit FMS signifikant stärker ausgeprägt (p < 0,05). Keine Assoziation zeigte sich zwischen FMS als Komorbidität und Krankheitsaktivität, erhoben mittels SLEDAI (p = 0,092). SLE-Patienten mit FMS schätzen die subjektive Krankheitsaktivität signifikant höher ein (5,0 ± 1,7 vs. 3,6 ± 2,0; p < 0,005). Kein Zusammenhang zeigte sich zwischen zusätzlich vorliegendem FMS und verstärktem Stresserleben oder vermehrten Angstreaktionen auf Stress (PSQ, STAI-T und –S). Bei dem Vergleich SLE+FMS gegenüber den FMS-Patienten ohne SLE zeigte sich eine signifikant höhere Lebensqualität (in SF-36-Kategorien p < 0,05 bis 0,0001) bei den SLE-Patienten. Sowohl die durch Patienten (p < 0,05) als auch die behandelnden Ärzte (p < 0,001) eingeschätzte Krankheitsschwere ist in der FMS-Kontrollgruppe signifikant höher. Ebenso erleben FMS-Patienten Stress intensiver (p < 0,0001) und haben eine höhere Prädisposition für Angstreaktionen auf Stresssituationen (p < 0,0001) als in der SLE+FMS-Gruppe. 3. Besteht ein Zusammenhang zwischen Dysfunktion des ANS, ermittelt anhand HRV und SSR, und klinischen Parametern bei SLE- sowie FMS-Patienten? Bei SLE-Patienten besteht ein Zusammenhang zwischen erhöhter Krankheitsaktivität und ANS-Dysregulation. SLE-Patienten mit hoher Krankheitsaktivität im SLEDAI haben verglichen mit Patienten mit mittlerer Krankheitsaktivität im SLEDAI signifikant häufiger eine pathologische Herzratenvariabilitäts- (HRV) Gesamttestbatterie (75,0 % vs. 14,3 %, p < 0,05). Die Ruhemessungen sind bei Patienten mit höherer Krankheitsaktivität im SLEDAI häufiger pathologisch. Nachweisbar ist ein Zusammenhang mit erhöhter Entzündungsaktivität (CRP) und laborchemischer Krankheitsaktivität (anti-dsDNA), p jeweils < 0,05. Darüber hinaus ist bei erhöhter Entzündungsaktivität häufiger das Zusammenspiel zwischen Sympathikus und Parasympathikus gestört (Valsalva-Test; p < 0,05). Insgesamt zeigt sich bei SLE-Patienten im mentalen Stresstest (MST) zur Sympathikusstimulation eine pathologische Reaktion; im tiefe-Atmung-Test (deep breathing test = DBT) zur Parasympathiksstimulation überwiegt wiederum inadäquaterweise der Sympathikus. Es besteht keine Assoziation zwischen pathologischer Herzratenvariabilität und Vorliegen eines FMS bei SLE-Patienten. Ebenso zeigte sich kein signifikanter Zusammenhang zwischen Dysfunktion des sympathischen Anteils des autonomen Nervensystems, evaluiert anhand sympathischer Hautantwort (sympathetic skin response = SSR), und FMS bei SLE-Patienten. Eine pathologische Reaktion des sympathischen Nervensystems ist bei SLE-Patienten assoziiert mit erhöhter laborchemischer Krankheitsaktivität (33,3 % pathologische SSR-Tests bei erhöhten anti-dsDNA-Werten vs. 7,4 % pathologische Tests bei anti-dsDNA-Werten innerhalb der Norm, p < 0,05). Ein Zusammenhang mit erhöhter Entzündungsaktivität (CRP) oder höherer Krankheitsaktivität im SLEDAI besteht dagegen nicht. Schmerz ist ein Hauptsymptom bei SLE und führt zu Einschränkungen von Lebensqualität und körperlicher Funktionsfähigkeit. Neuropathischer Schmerz kommt bei SLE-Patienten häufig vor und ist mit höherer subjektiver Schmerzintensität und reduzierter körperlicher Funktionsfähigkeit assoziiert. Diese Schmerzkomponente sollte bei SLE evaluiert werden, um damit verbundene Einschränkungen zu minimieren. Eine hohe Prävalenz des FMS bei SLE mit konsekutiver Einschränkung der Lebensqualität wurde aufgezeigt. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit eines FMS-Screenings. Daraus schlussfolgernd könnten Anpassungen von Therapieschemata zur Verbesserung eingeschränkter Komponenten des Alltagslebens führen. Ein Zusammenhang zeigte sich zwischen erhöhter Krankheitsaktivität und ANS-Dysfunktion bei SLE-Patienten. Es müsste untersucht werden, ob eine Sympathikus-Überfunktion mit erhöhter Krankheitsaktivität einhergeht und ob eine Reduktion der Sympathikus-Aktivität, beispielsweise durch gezielte Programme zur Stressbewältigung, die Krankheitsaktivität reduzieren und damit Lebensqualität sowie Funktionalität bei SLE erhöhen könnten. HRV-Parameter könnten im klinischen Alltag zudem als Marker der Krankheitsaktivität dienen. Gegenwärtig sind weitere Untersuchungen, auch in größeren Patientenpopulationen, notwendig, um weitere Zusammenhänge zwischen ANS-Dysfunktion und Krankheitsaktivität sowie Auftreten eines FMS als Komorbidität bei SLE zu evaluieren. Dadurch könnten konsekutiv auch weitere Optionen zur Diagnostik und möglichen Therapie des SLE gewonnen werden.