Wirkung hyperbarer Sauerstofftherapie auf die Expression immunrelevanter Gene in Keloidtumoren

Einführung

Keloide sind komplexe fibroproliferative Hautläsionen, die durch tumorähnliche Eigenschaften, exzessive Kollagenablagerung und Rezidivneigung nach Verletzungen gekennzeichnet sind. Die Pathogenese involviert multifaktorielle Interaktionen, einschließlich genetischer Prädisposition, dysregulierter Entzündungsreaktionen, Immunstörungen und onkogener Signalwege. Frühere Studien identifizierten genetische Loci auf den Chromosomen 2q23 und 7p11 bei familiären Keloiden sowie erhöhte Spiegel entzündlicher Zytokine wie IL-1, IL-6, TNF-α, IL-10, IL-4 und IL-13. Immunzellen, insbesondere Makrophagen und T-Lymphozyten, spielen eine Schlüsselrolle im Keloidprogress. Zudem tragen tumorassoziierte Signalwege wie STAT3 zur Pathogenese bei, was Überschneidungen mit onkologischen Mechanismen unterstreicht.

Die hyperbare Sauerstofftherapie (HBOT), bei der 100 % Sauerstoff unter erhöhtem atmosphärischem Druck verabreicht wird, reduziert klinisch Rezidivraten postoperativ und lindert Symptome wie Pruritus und Schmerz. Präklinische Daten deuten darauf hin, dass HBOT Entzündungsreaktionen, den epithelial-mesenchymalen Übergang (EMT) und die Zytokinexpression in Keloiden moduliert. Die molekularen Mechanismen von HBOT auf tumorimmunologische Gen-Netzwerke und Immunzellinfiltration bleiben jedoch unklar. Diese Studie untersucht HBOT-induzierte Veränderungen immunrelevanter Genexpression und Infiltrationsmuster in Keloidgeweben.

Methoden

Patientenrekrutierung und HBOT-Protokoll

Zwölf Patienten (22–47 Jahre) mit thorakalen Keloiden wurden zwischen Februar und April 2021 eingeschlossen. Die HBOT-Gruppe (HK, n = 6) erhielt präoperativ vier HBOT-Sitzungen (1× täglich), die Kontrollgruppe (K, n = 6) keine Intervention. HBOT erfolgte in einer hyperbaren Kammer (2,0 ATA für 30 Minuten), gefolgt von 60 Minuten 100 % Sauerstoffinhalation. Die keloidchirurgische Exzision erfolgte innerhalb von 24 Stunden nach der letzten HBOT.

Gewebeverarbeitung und Genexpressionsanalyse

Keloidproben wurden mittels Oncomine Immune Response Research Assay (Thermo Fisher) analysiert, der 395 immun- und tumorrelevante Gene in 36 Funktionskategorien erfasst. RNA-Sequenzierungsdaten wurden mit R-Paketsoftware (v3.4.3) ausgewertet (Differenzialgenexpression: p < 0,05; |log2-Fold-Change (FC)| >1,5). GO- und KEGG-Pfadanalysen identifizierten angereicherte biologische Prozesse.

Proteininteraktionsnetzwerke und Hub-Gene

STRING (v11.5) und Cytoscape (v3.7.2) generierten Protein-Protein-Interaktions(PPI)-Netzwerke aus differentiell exprimierten Genen (DEGs). CytoHubba ermittelte Hub-Gene basierend auf Netzwerkzentralität. qPCR validierte die Expression mittels Primern (Tabelle 1).

Immunzellinfiltrationsanalyse

Der CIBERSORT-Algorithmus dekonvolutierte Genexpressionsdaten zur Schätzung von Immunzellproportionen. Die Immunhistochemie (IHC) quantifizierte CD4+-T-Zellen, CD8+-T-Zellen und CD1a+-dendritische Zellen mittels Antikörpern (ProteinTech). ImageJ analysierte positiv gefärbte Zellen.

Statistische Analyse

SPSS (v22.0) führte Student-t-Tests durch (p < 0,05 signifikant).

Ergebnisse

Histopathologische Veränderungen nach HBOT

H&E-Färbung zeigte reduzierte perivaskuläre Entzündungszellinfiltration in der HK-Gruppe gegenüber Kontrollen (Abbildung 1A vs. 1B).

Differenzielle Genexpression und funktionelle Annotation

Die Hauptkomponentenanalyse (PCA) trennte die Gruppen (HK vs. K), was distinkte Transkriptionsprofile bestätigte (Abbildung 2A). Es wurden 395 DEGs identifiziert: 178 hochreguliert, 217 herunterreguliert in HK. GO-Analysen zeigten Anreicherung in T-Zellaktivierung (p = 1,22×10⁻⁷), Lymphozytenaktivierung (p = 3,65×10⁻⁷), Zytokinaktivität (p = 1,45×10⁻¹²) und Plasmamembranexternität (p = 2,31×10⁻⁹) (Abbildung 3A–C). KEGG-Pfade im Zusammenhang mit Virusinfektionen (Influenza A, Zytomegalievirus, KSHV) waren signifikant verändert (Abbildung 3D).

Hub-Gen-Netzwerk und Validierung

Das PPI-Netzwerk identifizierte zehn Hub-Gene: ITGAM, IL-4, IL-6, IL-2, PTPRC, CD86, TGF, CD80, CTLA4 und IL-10 (Abbildung 2B–C). qPCR bestätigte die Herunterregulierung von CD80 (FC = −2,1; p = 0,008), IL-4 (FC = −1,8; p = 0,013), ITGAM (FC = −2,3; p = 0,004) und PTPRC (FC = −1,7; p = 0,021) in HK (Abbildung 4A–D). IL-10 und IL-2 waren nichtsignifikant hochreguliert; CTLA4, IL-6, CD86 und TGF zeigten nichtsignifikante Herunterregulierung.

Dynamik der Immunzellinfiltration

CIBERSORT-Analysen ergaben reduzierte CD8+-T-Zellinfiltration (p = 0,032) und erhöhte ruhende dendritische Zellen (p = 0,041) in HK. Aktivierte CD4+-Gedächtnis-T-Zellen waren signifikant erhöht (p = 0,018) (Abbildung 5A–C). IHC bestätigte höhere CD4+-T-Zellinfiltration in HK (p = 0,025), während CD8+-T-Zellen und CD1a+-dendritische Zellen unverändert blieben (Abbildung 6A–C).

Diskussion

HBOT moduliert immunologische Gen-Netzwerke in Keloiden

HBOT verändert die Expression immunrelevanter Gene, insbesondere die Herunterregulierung T-zellulärer Ko-Stimulationsmoleküle (CD80, CD86), Integrinsignale (ITGAM) und Th2-Zytokine (IL-4). Die Reduktion von CD80/CD86 korreliert mit früheren Befunden, wonach HBOT dendritische Zellen supprimiert. ITGAM-Downregulation weist auf reduzierte Leukozytenadhäsion hin, was Entzündungen mildern könnte. Die Th2-dominierte Zytokinmilieu in Keloiden wird durch HBOT abgeschwächt, was antifibrotische Effekte unterstützt.

CD4+-T-Zellen als Schlüsselmediatoren der HBOT-Wirkung

Die Expansion aktivierter CD4+-Gedächtnis-T-Zellen deutet auf regulatorische Phänotypen hin. Trotz CD8+-Reduktion könnte die IL-10-Hochregulation (nicht signifikant) antiinflammatorische Effekte vermitteln, die Keloidfibroblastenproliferation über TGF-β/Smad-Inhibition hemmen.

Klinische und mechanistische Implikationen

HBOT reduziert entzündliche Infiltration und moduliert immunologische Signalwege, was seine adjuvante Anwendung bei Keloiden unterstützt. Die kurze HBOT-Dauer (vier Sitzungen) und kleine Stichprobe limitieren jedoch mechanistische Tiefe. Langzeitprotokolle und Einzelzellsequenzierung könnten zelluläre Heterogenität aufklären.

Fazit

HBOT beeinflusst die Keloidpathophysiologie multifaktoriell durch Herunterregulierung proinflammatorischer Gene (CD80, IL-4, ITGAM, PTPRC) und Modulation der Immunzellinfiltration, insbesondere der CD4+-T-Zell-Aktivität. Diese Befunde positionieren HBOT als vielversprechende immunmodulatorische Therapie, die in größeren Studien validiert werden sollte.

DOI: 10.1097/CM9.0000000000001780