Die Pathogenese der HIV-Demenz : HIV

Abstract; Faissner, Simon Raoul
Die Pathogenese der HIV-Demenz: HIV-infizierte monozytäre Zellen aktivieren humane Mikroglia
abhängig von zytosolischer RNA
Problem: Trotz der hoch aktiven antiretroviralen Therapie ist die Prävalenz von mit Humanem
Immundefizienz-Virus 1 (HIV-1) assoziierten neurokognitiven Störungen (HAND) weiterhin hoch. Die
„Bystander Hypothese“ postuliert mikroglial vermittelte Neurotoxizität unabhängig von viraler
Replikation und Viruslast im zentralen Nervensystem. Die zugrunde liegende Pathogenese und die
molekularen und viralen Determinanten sind bisher nicht bekannt.
Methode: Humane monozytäre Zellen (U937) wurden mit unterschiedlichen HIV-basierten Vektoren
transduziert, die auf den Prozess der Fusion, die Anwesenheit viraler RNA in einem Gag-Partikel sowie
die Genexpression abzielten und über 24 Stunden mit primärer humaner Mikroglia aus embryonalen und
adulten Gehirnen co-kultiviert. Mikrogliale Chemokin-/Zytokinsekretion wurde mittels eines
durchflusszytometrisch basierten Multiplex-Assays analysiert. Die Regulation von TNF-related
Apoptosis-Inducing Ligand (TRAIL) wurde mittels quantitativer Echtzeit-PCR untersucht. Die in vitro
erhaltenen Daten wurden auf die ex vivo Situation im Liquor cerebrospinalis von HIV-positiven (HIV+),
aber neurokognitiv asymptomatischen Patienten übertragen (n=45; Kontrollen: Patienten mit nichtinflammatorischer neurologischer Erkrankung (n=10), Patienten mit Syphilis (n=5)). ZytokinKonzentrationen im Liquor wurden mit der Konzentration von Neurofilament H als Biomarker für
Neurodegeneration sowie der Leukozytenzellzahl im Liquor korreliert.
Ergebnis: Monozytäre Zellen, die mit HIV-basierten Vektoren transduziert wurden, führten im Vergleich
zu nicht-transduzierten monozytären Zellen zu einer starken Aktivierung von humaner embryonaler
Mikroglia mit Freisetzung chemotaktischer sowie pro-inflammatorischer Zytokine. Die chemotaktischen
Zytokine CXCL10 und CCL5 waren dabei 28- und 5-fach erhöht (p<0,001), das neurotoxische und proinflammatorische Zytokin IL-6 zeigte einen 94-fachen Anstieg gegenüber der Kontrollbedingung
(p<0,001). Durch den Einsatz von einem fusions-defizienten Vektor (HIV-fusions-defizient) und einem
Gag-Partikel ohne virale RNA (HIV-leer) konnten die frühen Schritte der Infektion sowie die
Anwesenheit von viraler RNA im Zytosol als entscheidende Faktoren mikroglialer Aktivierung
identifiziert werden. Die spezifische Expression HIV-kodierter Gene induzierte keine weitere
Aktivierung, wie mit einem Minimal-HIV-Konstrukt (HIV-Vektor) sowie einem HIV-Volllängekonstrukt
(HIV-Expressor) gezeigt werden konnte. Embryonale und adulte Mikroglia zeigten eine vergleichbare
Reaktion in Co-Kultur mit transduzierten monozytären Zellen. Nur direkter Zellkontakt führte zu
maximaler mikroglialer Aktivierung.
Im Liquor von HIV+ Patienten waren analog zu der in vitro Situation CXCL10 (6,4-fach; p<0,01) und
IL-6 (25 pg/ml gegenüber 0 pg/ml; p<0,05) im Vergleich zu der Kontrollgruppe erhöht. Während hohe
Liquorkonzentrationen von CCL2 detektiert wurden, waren diese niedriger als in der nichtinflammatorischen Kontrollgruppe (p<0,05). Die Freisetzung von CXCL10 (p<0,0001), CCL5 (p<0,01)
und IL-6 (p<0,01) korrelierten positiv mit der Konzentration von Neurofilament H als Biomarker
neuronaler Degeneration. Die Korrelation von CXCL10 (p<0,0001) und CCL5 (p<0,001) mit erhöhter
Leukozytenzahl sprach für eine relevante Rekrutierung von inflammatorischen Zellen durch Mikroglia.
Diskussion: Mikroglia sezernieren spezifisch nach Co-Kultur mit HIV-Vektor transduzierten
monozytären Zellen chemotaktische und pro-inflammatorische Zytokine in Abhängigkeit von direktem
Zellkontakt. Als virale Determinanten mikroglialer Aktivierung wurden die frühen Schritte der Infektion
und die Anwesenheit von viraler RNA im Zytosol identifiziert. Die Expression weiterer HIV-kodierter
Gene in monozytären Zellen hatte keinen verstärkenden Einfluss auf mikrogliale Aktivierung.
Die in vitro erhobenen Daten spiegelten sich auch in Liquores von HIV+ Patienten wider. Die funktionelle
Relevanz entsprechender chemotaktischer sowie pro-inflammatorischer Zytokine wurde durch eine
positive Korrelation mit Neurofilament H sowie mit der Zellzahl als Zeichen für eine zunehmende
Rekrutierung von Leukozyten in das ZNS festgestellt. Dies spricht für ablaufende Neuroinflammation
schon bei Patienten ohne overte neurokognitive Einschränkung.
Diese Daten tragen zu einem tieferen Verständnis der inflammatorischen Vorgänge von Mikroglia bei
HAND bei, auf dessen Grundlage zukünftig auf das mikrogliale Immunnetzwerk abzielende
Therapiestrategien entwickelt werden könnten.