In der Literatur ist ein cholinerger antiinflammatorischer Signalweg beschrieben, dessen primäre Effektoren der Vagusnerv und der nikotinerge Acetylcholinrezeptor des alpha7-Subtyps auf Makrophagen zu sein scheinen. Durch Stimulation dieses Signalweges konnten eine verminderte systemische Ausschüttung des TNF-alpha sowie eine reduzierte Letalität im septischen Mausmodell nachgewiesen werden. Unklar blieben jedoch die genauen Zusammenhänge und Abläufe auf zellulärer Ebene.
Daher untersuchten wir die Auswirkungen von Acetylcholin, Nikotin und Physostigmin auf die Morphologie und immunologischen Funktionen von neutrophilen Granulozyten unabhängig von neuronalen Einflüssen. Hierbei wurden sowohl die Sauerstoffradikalbildung der Granulozyten als auch die Expression der Oberflächenantigene CD11b und CD62l auf Granulozyten und CD54 sowie CD106 auf Endothelzellen durchflusszytometrisch gemessen. Die Messungen wurden mit ansteigenden Cholinergika-Konzentrationen sowohl an unstimulierten als auch an durch fMLP, PMA, TNFα oder IL-1 stimulierten Granulozyten bzw. Endothelzellen durchgeführt.
Die Ergebnisse zeigten eine Abnahme der Sauerstoffradikalbildung unter PMA-Einfluss bei Gabe von 88 μM Physostigmin bzw. ab 1000 μM Nikotin. Bei der Verwendung von Acetylcholin waren hingegen eine Zunahme der PMA-induzierten Sauerstoffradikalbildung gegenüber dem Leerwert bei einer Konzentration von 1 μM Acetylcholin und eine anschließende Abnahme auf das Ausgangsniveau zu beobachten. Die Antigenexpression der Granulozyten wurde hingegen weder durch Acetylcholin noch durch Physostigmin beeinflusst. Selbiges gilt für die Expression endothelialer Oberflächenantigene unter Acetylcholineinfluss. Nikotinkonzentrationen von 10.000 μM bewirkten zahlreiche Effekte im Hinblick auf Expressionsverhalten und Sauerstoffradikalbildung der neutrophilen Granulozyten. Jedoch scheinen diese in einer starken zelltoxischen Wirkung des Nikotins begründet zu sein.
Physostigmin und Acetylcholin wiesen in den getesteten Konzentrationen indes keine messbaren Anzeichen einer zunehmenden Zellschädigung auf.
In einem zweiten Schritt versuchten wir der These auf den Grund zu gehen, ob Physostigmin seinen hemmenden Einfluss auf die Sauerstoffradikalbildung der neutrophilen Granulozyten über eine direkte Inhibition der Proteinkinase – C bewirkt. Hierzu wurde zunächst isoliertes Protein aus neutrophilen Granulozyten
von humanen Probanden und später gereinigte PKC-delta unter Zuhilfenahme eines ELISA untersucht. Jedoch ließen die Ergebnisse einen solchen Schluss nicht zu.
Schlussendlich darf bezweifelt werden, dass cholinerge Transmittermoleküle direkt über oberflächliche Acetylcholinrezeptoren Veränderungen der immunologischen Funktion oder Morphologie an neutrophilen Granulozyten hervorrufen. Allem Anschein nach spielen sie daher auch keine entscheidende Rolle als direkte Effektormoleküle auf zellulärer Ebene des cholinergen antiinflammatorischen Signalweges, insbesondere in Bezug auf die granulozytäre Immunantwort. Zwar ließe sich eine Interaktion mit einem intrazellulären cholinergen System in den Immunzellen postulieren, wahrscheinlicher wirkt aber die Variante, dass der CAP indirekt, über zwischengeschaltete Effektorzellen wie den Makrophagen, einen immunmodulatorischen Einfluss auf die neutrophilen Granulozyten ausübt. Hierbei scheint die komplexe Innervation der Milz eine entscheidende Rolle zu spielen.

There are a lot of studies describing the cholinergic antiinflammatory pathway (CAP) with its functional elements, the vagal nerve and the alpha-7-nicotinergic acetylcholinreceptor (a7nAChR). It has been shown that stimulating this pathway results in a reduced release of tumor necrosis factor alpha (TNFa) and a lower sepsis mortality in mice. Nevertheless, the manner of functioning on cellular level is still uncertain.
So, we examined the effects of acetylcholine, nicotine and physostigmine on morphologic and immunfunctional aspects in polymorphonuclear neutrophils (PMN) independent of nervous system or spleen.
Therefore we used the respiratory burst and expression of CD11b and CD62l by PMN respectively CD54 and CD106 by human, umbilical-venous endothelial cells. Examinations were performed flow cytometric with increasing cholinergic doses on unstimulated and stimulated cells (by PMA, fMLP, TNFa and IL-1b).
Respiratory burst in PMA-stimulated PMN was decreased at 88 μM physostigmine and 1000 μM nicotine. Using acetylcholine, respiratory burst in PMA-stimulated PMN was intensed at 1 μM and re-normalized above.
Expression of surface antigens was not affected by acetylcholine neither physostigmine. At a concentration of 10 000 μM nicotine, we observed a lot of changes in morphology and function of PMN. But we even saw an increasing cell destruction measured by cell death. That’s why we declared these findings as damage-related, not functional. Acetylcholine and physostigmine did not affect cell viability.
Further, we tried to find out if physostigmine inhibits respiratory burst in PMN by direct interactions with intracellular proteinkinases C. Therefore we used a PKC-selective ELISA in combination with lysed PMNs respectively with isolated PKC delta-subtype. The findings did not support an inhibition of PKC by physostigmine in a direct manner.
Summarizing we have to doubt on the direct interaction between cholinergic transmitters and superficial cell-receptors resulting in morphologic or functional modulation of PMNs. Accordingly, cholinergic transmitters are not the ultimate effectors on cellular level of the antiinflammatory pathway and its immunmodulizing effects. More probable is an antiinflammatory impact by a pathway involving the spleen and intermediary celltypes, such as macrophages and lymphocytes. Thereby an adrenergic nervous systems seems to assume a pivotal role.