Mechanism by which Th17 cells induce tissue inflammation and

Zusammenfassung
Zusammenfassung
Multiple Sklerose (MS) ist eine heterogene Erkrankung des zentralen
Nervensystems (ZNS) geprägt von schwerer Entzündung, Demyelinisierung und
fortschreitender Lähmung. Studien in der Experimentellen Autoimmunen
Encephalomyelitis (EAE), dem Tiermodell der MS, haben gezeigt, dass die
Erkrankung von autoreaktiven T Helfer (Th) Zellen verursacht wird, welche
spezifisch sind für Myelin-assoziierte Antigene wie zum Beispiel das Myelin
Oligodendrozyten Glycoprotein (MOG). Nach ihrer Aktivierung differenzieren
Th Zellen zu verschiedenen Untergruppen, wie Interferon (IFN)-γ produzierende
Th1 und Interleukin (IL)-4 produzierende Th2 Zellen. Des Weiteren wurden
kürzlich IL-17 produzierende Th17 und IL-9/IL-10 produzierende Th9 Zellen
beschrieben. Ursprünglich wurden vor allem Th1 Zellen mit der Entwicklung von
EAE und anderen Autoimmunerkrankungen in Verbindung gebracht, wohingegen
Th2 Zellen keine autoimmunen Entzündungsprozesse induzieren. Nach der
Entdeckung der Th17 Zellen häuften sich jedoch Studien, die Th17 Zellen und
nicht Th1 Zellen als treibende Kraft in autoimmuner Pathogenese identifizierten.
Allerdings ist bisher unklar, ob Th17 Zellen spezifisch für Myelin Antigene oder
andere Autoantigene unabhängig operieren, oder ob sie mit Th1 Zellen
kooperieren müssen, um den autoimmunen Entzündungsprozess zu induzieren
und voranzutreiben. Außerdem sind die Mechanismen und essentiellen Faktoren,
die Th17 Zellen benutzen, um die autoimmune Pathogenese zu fördern, bisher
noch nicht komplett geklärt.
Um diese offenen Fragen besser beantworten zu können, wurde in dieser
Arbeit ein detailliertes Protokoll entwickelt, mit dem MOG-spezifische naive T
Zellen in vitro in die verschiedenen T Zell Untergruppen differenziert werden
können. Durch anschließenden adoptiven Transfer dieser Zellen in wildtyp Mäuse
konnte getestet werden, welche der einzelnen Untergruppen EAE induzieren
können. Mit dieser Methode konnte gezeigt werden, dass MOG-spezifische Th1,
Th17 und Th9 Zellen unabhängig voneinander schwere EAE verursachten,
wohingegen Th2 Zellen keine Entzündungen im ZNS hervorriefen. Histologische
Untersuchungen am ZNS ergaben, dass die Rezipienten der verschiedenen T Zell
Untergruppen unterschiedliche pathologische Phänotypen hatten, was darauf
hinweist, dass jede Untergruppe den Entzündungsprozess auf andere Weise
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vorantreibt. So waren die Läsionen im ZNS von Th1 Rezipienten von klassischen
perivaskulären Infiltraten und Demyelinisierung gekennzeichnet. In Th9
Rezipienten war die Demyelinisierung jedoch viel ausgeprägter und außerdem
wurden in Th9 Rezipienten Läsionen in den peripheren Nervenwurzeln gefunden.
In Th17 Rezipienten hingegen wurden große Aggregate von Lymphozyten unter
den Hirnhäuten entdeckt, die in keiner der anderen Gruppen zu beobachten waren.
Detaillierte histologische Untersuchungen mittels konfokaler Mikroskopie
zeigten, dass die Infiltrate aus dichten B Zell Aggregaten bestehen, welche von T
Zellen umsäumt und von Kollagenfasern durchzogen und strukturiert waren.
Dieser Aufbau erinnert stark an die Architektur von Follikeln und Keimzentren im
normalen Lymphknoten. In den ektopischen Keimzentren fanden sich vor allem
IgG-positive B Zellen und auch vereinzelte Plasma B Zellen, was darauf hinweist,
dass die B Zellen einen Reifungsprozess im ZNS der Th17 Rezipienten
durchlaufen haben, und somit die Schlussfolgerung unterstützt, dass Th17 Zellen
während der Entwicklung von EAE die Bildung von ektopischen Keimzentren im
ZNS fördern. Es konnte hier gezeigt werden, dass IL-23 für die Entwicklung und
Expansion von pathogenen Th17 Zellen in vivo unerlässlich ist, da Mäuse, denen
der Rezeptor für IL-23 fehlt, nach Immunisierung mit MOG keine normale Th17
Antwort in Lymphknoten und Milz ausbilden konnten und daher keine EAE
entwickelten. Obwohl Th17 Zellen in vitro auch ohne IL-23 erzeugt werden
können, haben nur die Th17 Zellen, die während der Differenzierung dem IL-23
ausgesetzt waren, die Bildung von ektopischen Keimzentren im ZNS verursacht.
IL-23 befähigte die Th17 Zellen dazu, die Produktion ihres Effektorzytokins IL17 auch in vivo auf konstant hohem Level zu halten, und induzierte außerdem die
Expression zusätzlicher Effektorzytokine wie z.B. IL-22. Daher wurde bestimmt,
ob die Wirkung von IL-17 auf die Zellen des Rezipienten für die Bildung
ektopischer Keimzentren von Bedeutung ist. Tatsächlich entwickelten deutlich
weniger Tiere ektopische Keimzentren im ZNS, wenn IL-17 Rezeptor knock-out
Mäuse als Rezipienten für die Th17 Zellen verwendet wurden, was darauf
schließen lässt, dass IL-17 zur Bildung der Keimzentren beiträgt. Im Gegensatz
dazu konnte gezeigt werden, dass IL-21, ein Zytokin, das ebenfalls von Th17
Zellen produziert wird, für die Bildung von ektopischen Keimzentren keine Rolle
spielt.
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Abgesehen von Zytokinen werden die Effektorfunktionen von Th17 Zellen
einschließlich der Bildung ektopischer Keimzentren eventuell auch von Th17spezifischen Oberflächenmolekülen beeinflusst. Zwei Kandidaten, nämlich
Podoplanin (Pdp) und BLT1, wurden mit Hilfe einer Genexpressionsanalyse
identifiziert. Pdp, ein Mucin-ähnliches Glykoprotein, wurde stabil auf der
Oberfläche von in vitro differenzierten Th17 Zellen, aber nicht auf anderen T Zell
Untergruppen exprimiert. Während der Entwicklung von EAE konnten Pdppositive T Zellen und Antigen-Präsentierende Zellen vor allem im ZNS, aber
nicht in der Peripherie detektiert werden. Zellen, die aus den Hirnhäuten isoliert
wurden, hatten den höchsten Anteil an Pdp-positiven Zellen. Da die Hirnhäute
auch als Ankerpunkt für die ektopischen Keimzentren im Th17 Transfermodell
dienten, könnte es sein, dass Pdp bei der Bildung ektopischer Keimzentren eine
Rolle spielt. Interessanterweise unterstützt die Analyse Pdp-defizienter Mäuse
diese Hypothese: Pdp knock-out Tiere besaßen fast keine peripheren
Lymphknoten, sondern nur rudimentäre Strukturen und hatten zudem einen
Defekt in der Bildung von normal strukturierten Follikeln und Keimzentren in den
Peyerschen Plaques und in den rudimentären Lymphknoten. Da Pdp also für die
Ausbildung sekundärer lymphoider Strukturen von essentieller Bedeutung ist,
liegt die Vermutung nahe, dass Pdp auch in der Bildung ektopischer Follikel im
ZNS von Th17 Rezipienten eine Rolle spielen könnte.
Das zweite Th17 spezifische Oberflächenmolekül, BLT1, ist ein hochaffiner
Rezeptor für Leukotrien B4 (LTB4). Es konnte hier gezeigt werden, dass Th17
Zellen BLT1 während des Differenzierungsprozesses zu einem früheren Zeitpunkt
exprimieren als andere T Zell Untergruppen und daher auch früher in der Lage
sind gezielt auf ein LTB4-Signal zu reagieren. Mäuse, denen BLT1 fehlt,
entwickelten nach Immunisierung mit MOG abgeschwächte EAE und wiesen eine
reduzierte Frequenz von IL-17-positiven T Zellen im ZNS auf. Außerdem konnte
die Migration pathogener Th17 Zellen im Transfermodell durch die
Verabreichung eines BLT1-Inhibitors teilweise blockiert werden. Diese
Ergebnisse implizieren, dass die Blockade der Interaktion zwischen LTB4 und
BLT1 von therapeutischer Bedeutung sein könnte, da dieser Signalweg nicht nur
die Migration von Makrophagen und Neutrophilen, sondern auch die Migration
von Th17 Zellen steuert, welche den Entzündungsprozess initiieren.
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Die Ergebnisse dieser Arbeit erweitern unser Verständnis von Th17induzierten Entzündungsprozessen und liefern potentielle Erklärungen für die
Pathogenität von Th17 Zellen. Th17 Zellen erreichten ihre volle pathogene
Aktivität und induzierten die Bildung ektopischer Keimzentren im ZNS nur, wenn
sie dem Einfluss von IL-23 ausgesetzt waren. Ektopische Keimzentren treten in
vielen humanen Autoimmunerkrankungen auf, unter anderem auch in der MS. Es
wird vermutet, dass sie den Entzündungsprozess im Zielorgan vorantreiben und
die Immunantwort unabhängig von den sekundären Lymphorganen optimieren
und dadurch den Krankheitsverlauf beschleunigen und verschärfen. Die Bildung
ektopischer Keimzentren in dem hier beschriebenen Transfermodell beruhte
teilweise auf der Wirkung von IL-17. Daher eignen sich IL-17 und auch IL-23,
welches die IL-17 Produktion fördert, möglicherweise für einen therapeutischen
Ansatz zur Hemmung von Th17 induzierten Entzündungsprozessen und
ektopischer Keimzentrenbildung in humanen Autoimmunerkrankungen.
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