Vitamin B2 bekämpft Kryptokokken-Pilzinfektionen durch Zerstörung von Membranen und Anstieg von oxidativem Stress

Cryptococcus neoformans verursacht weltweit schätzungsweise 152.000 Fälle von Meningitis pro Jahr, mit etwa 112.000 Todesfällen; die HIV-assoziierte kryptokokkale Meningitis weist in einkommensschwachen afrikanischen Regionen eine Sterblichkeitsrate von nahezu 70 % auf. Die aktuelle Behandlung stützt sich auf liposomales Amphotericin B plus Flucytosin, gefolgt von Fluconazol, doch bis zu 60 % der Patienten erleiden aufgrund von Fluconazol-Resistenz einen Rückfall, und die Medikamentenkosten bleiben in stark betroffenen Regionen unerschwinglich. Diese Studie untersuchte Riboflavin (RF) – ein essenzielles wasserlösliches B-Vitamin, das bereits weitverbreitet zugelassen und kostengünstig ist – als repurpostes Antimykotikum gegen den Referenzstamm C. neoformans H99.

Mithilfe der Bouillon-Mikrodilutionsmethode gemäß CLSI M27-A4-Standard bestimmten die Forscher den MIC90 von Riboflavin gegen H99 mit 0,4 mg/mL. Die minimale fungizide Konzentration (MFC) betrug 0,8 mg/mL, woraus sich ein MFC/MIC-Verhältnis von 2 ergibt, was Riboflavin als fungizid und nicht lediglich fungistatisch klassifiziert. Wachstumskurven- und Spot-Dilution-Assays bestätigten eine dosisabhängige Hemmung über Konzentrationen von 0,1–0,8 mg/mL, mit Wirkungen vergleichbar zur positiven Fluconazol-Kontrolle bei 32 µg/mL. Biofilm-Hemmassays mittels XTT-Reduktion zeigten signifikante dosisabhängige Reduktionen der metabolischen Aktivität sowohl neu entstehender als auch bereits etablierter Biofilme, wobei Amphotericin B (0,5 µg/mL) als positiver Vergleichsstoff diente.

Mechanistische Studien belegten Mehrfachwirkungen. Transmissionselektronenmikroskopie zeigte Membran-Blebbing, zytoplasmatische Vakuolisierung und Zellwandverdickung in RF-behandelten Zellen. Fluoreszensfärbung mit FITC-WGA und Propidiumiodid bestätigte eine Beeinträchtigung der Zellwand sowie eine Membranpermeabilisierung. Die DCFH-DA-Durchflusszytometrie zeigte eine übermäßige intrazelluläre ROS-Akkumulation, und die Eosin-Y-Aufnahme unterstützte zusätzlich den Befund der Membrandisruption. Die RT-qPCR-Analyse ergab, dass RF die Zellwandbiosynthesegene CHS3, CDA1 und FKS1 sowie die Gene des Stressreaktionswegs Pkc1 und Mpk1 hochregulierte, was mit einem zellulären Reparaturversuch des fortlaufenden Wandschadens übereinstimmt. Die Virulenzfaktorgene CAP59 und Lac1/Lac2 (Kapsel- und Melanin-Stoffwechselwege) wurden unter RF-Stress hochreguliert, doch funktionelle Assays zeigten eine signifikant reduzierte Kapseldicke und Melaninproduktion, was darauf hindeutet, dass die transkriptionelle Reaktion nicht ausreichte, um den hemmenden Effekt von Riboflavin zu überwinden. Das Urease-Gen Ure1 wurde transkriptionell herunterreguliert, was mit einer reduzierten Urease-Aktivität in Phenolrot-Bouillon-Assays korrelierte.

Die In-vivo-Wirksamkeit wurde in zwei Mausmodellen bewertet: einer intranasalen Infektion zur Simulation einer pulmonalen Kryptokokkose und einer intravenösen Infektion zur Simulation einer disseminierten Meningitis. Die Riboflavin-Behandlung reduzierte die koloniebildenden Einheiten (CFU) in Lunge, Gehirn, Milz und Nieren im Vergleich zu unbehandelten infizierten Kontrolltieren signifikant. Die histopathologische Analyse von Lungen- und Hirnschnitten zeigte deutlich reduzierte entzündliche Infiltrate, Granulombelastung und Gewebezerstörung bei RF-behandelten Tieren. Das Plasma-Zytokinprofil zu frühen Infektionszeitpunkten ergab signifikante Abnahmen der IFN-γ-, TNF-α- und IL-4-Spiegel bei Riboflavin-behandelten Mäusen, was auf eine gleichzeitige Abschwächung der schädigenden hyperinflammatorischen Reaktion hindeutet.

Diese Studie liefert erstmals umfassende Belege dafür, dass Riboflavin durch Membrandisruption, ROS-vermittelten oxidativen Stress und Virulenzunterdrückung fungizide Aktivität gegen C. neoformans ausübt, mit übertragbarer In-vivo-Wirksamkeit. Als bereits zugelassenes, kostengünstiges und gut verträgliches Mikronährstoff präsentiert sich Riboflavin als attraktiver Kandidat für das Drug Repurposing in ressourcenarmen Umgebungen. Die Arbeit ist jedoch präklinisch, und pharmakokinetische/pharmakodynamische Studien, Dosisoptimierung sowie Kombinationstherapiestudien werden erforderlich sein, bevor eine klinische Anwendung in Betracht gezogen werden kann.