Der Einfluss von TGF-beta1 auf regulatorische T-Zellen in einem murinen Modell für Asthma

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss von regulatorischen T-Zellen (Treg) auf die Pathogenese des Asthmas in einem murinen Modell zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass die Co-Expression von TGF-ß1 und IL-10 auf Treg notwendig ist, um im Tiermodell vor einer Atemwegs-Hyperreagibilität (AHR) zu schützen. Natürliche Treg konnten keinen Schutz vermitteln. Weiterhin wurde gezeigt, dass der Schutz vor AHR durch TGF-ß1 über Empfänger T-Zellen vermittelt wird. Dabei reichte die alleinige Anwesenheit von TGF-ß1 nicht aus, vielmehr musste das Zytokin von Treg exprimiert werden. Ein Einfluss von TGF-ß1 überexprimierenden Treg auf die peribronchiale Entzündung konnte nicht festgestellt werden, wohingegen adoptiver Transfer von natürlichen Treg die Eosinophilen Anzahl in der Bronchiallavage signifikant verringern konnte. Dabei korrelierte die Eosinophilie mit den IL-5 Spiegeln in der Bronchiallavage. In dieser Arbeit konnte also eine Entkopplung der Mechanismen von AHR und Entzündung festgestellt werden. Die weitere Aufklärung der Mechanismen der Suppression der AHR durch TGF-ß1 und IL-10 produzierende Treg könnte daher die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze bei Atemwegserkrankungen ermöglichen.

Die Rolle regulatorischer T-Zellen im experimentellen allergischen Asthma

Im ersten Teil der Dissertation wurde in einem experimentellen Asthmamodell demonstriert, dass die Signaltransduktion über IL-6 das Gleichgewicht zwischen Effektorzellen und regulatorischen T-Zellen durch verschiedene Rezeptorkomponenten kontrolliert. Hierbei zeigte sich, dass speziell das IL-6 Trans-Signaling über den sIL-6R die TH2 Cytokinproduktion steuert. Dagegen führt die Blockade des mIL-6R zur Expansion regulatorischer T-Zellen mit suppressiven Eigenschaften. Diese CD4+CD25+ Tregs induzieren außerdem IFN gamma produzierende CD4+ T-Zellen in der Lunge und verbessern daneben die AHR. Im Überblick konnte in der vorliegenden Dissertation demonstriert werden, dass IL-6 die Balance zwischen der Funktion von Effektorzellen und regulatorischen T-Zellen in der Lunge über unterschiedliche Wege kontrolliert, dem sIL-6R und dem mIL-6R. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die lokale Blockade der IL-2R alpha- und IL-2R beta-Kette untersucht. Hier konnte gezeigt werden, dass die Blockade der IL-2R beta-Kette zur Verbesserung der AHR als auch der Rekrutierung eosinophiler Granulozyten in den Atemwegen führt. Beide Blockaden führen zur Reduktion der TH2 Cytokine IL-4 und IL-5, wohingegen IL-13 nur nach Blockade der IL-2R beta-Kette vermindert sezerniert wird. In diesem Zusammenhang wurde auch die Rolle CD4+CD25+ regulatorischer T-Zellen untersucht, wobei eine Induktion dieser Population in den Lymphknoten nach Blockade der IL-2R beta-Kette nachgewiesen werden konnte. Die Blockade der IL-2R beta-Kette wirkt sich positiv auf experimentelle Asthmastudien aus und stellt somit ein mögliches therapeutisches Potential dar, erfordert aber teilweise noch weitere Untersuchungen.

Die Rolle von Interleukin-22 bei Asthma bronchiale

Interleukin (IL)-22 ist ein Effektorzytokin, das von Zellen des Immunsystems produziert wird und auf Epithelzellen wirkt. Es nimmt eine duale Rolle ein, indem es abhängig vom Gewebe und Zytokinmilieu entweder entzündungsfördernden oder entzündungshemmenden Einfluss ausübt. Über seine Wirkung bei Asthma bronchiale ist bislang noch wenig bekannt. In der vorliegenden Arbeit konnten in einem murinen Modell der allergischen Atemwegsentzündung lymphoide Zellen des angeborenen Immunsystems als Hauptproduzenten für IL-22 detektiert werden, die bislang noch nicht im Zusammenhang mit Asthma bronchiale beschrieben wurden. Es konnte gezeigt werden, dass IL-22- defiziente Mäuse eine verstärkte Atemwegsentzündung entwickelten und sich die IL-22-Defizienz in diesem Modell entzündungsfördernd auf die induzierte Atemwegsentzündung auswirkte. Mit Hilfe einer murinen bronchialen Epithelzelllinie wurden die Mechanismen des IL-22 und die Expression Asthma-relevanter Mediatoren untersucht. Der beobachtete inhibierende IL-22-Effekt ließ sich mit Hilfe seines natürlichen Antagonisten IL-22BP neutralisieren. Diese entzündungshemmende Wirkung des IL-22 konnte ebenfalls in Wildtyp-Mäusen, denen rekombinantes IL-22 intratracheal verabreicht worden war, bestätigt werden.

Klinische, zelluläre und immunologische Charakterisierung des Asthmas im Hinblick auf die Asthma-Kontrolle

Asthma, eine der häufigsten Atemwegserkrankungen, ist ein komplexes Syndrom heterogener Phänotypen. Ihnen allen gemeinsam ist eine Entzündung der Atemwege mit bronchialer Hyperreagibilität und variabler Atemwegsobstruktion.Die Globale Initiative für Asthma (GINA) empfiehlt, eine Therapie am Grad der Asthmakontrolle zu orientieren. Es wird dabei zwischen kontrolliertem, teilweise kontrolliertem und unkontrolliertem Asthma unterschieden. rnDer vorliegenden Dissertation lag die Frage zu Grunde, inwieweit etablierte klinische, funktionelle, zelluläre und Labor-Parameter den Verlauf der Asthmakontrolle wiederspiegeln. Diese Parameter sollten bei klinisch stabiler Kontrolle ebenfalls stabil bleiben, oder eine Änderung gleichgerichtet wiedergeben. Hierzu wurden 120 Patienten im Hinblick auf ihre Asthmakontrolle kategorisiert und im zeitlichen Verlauf an 3 Visiten zum Zeitpunkt 0 (V0), eine Woche (V1) und 6 Monate später (V2) untersucht. Bestimmt wurden klinische Parameter wie Fragebögen zur Asthmakontrolle (ACQ-5 Scores), funktionelle Parameter wie die Lungenfunktion oder die bronchiale Hyperreagibilität zelluläre Parameter wie das Stickoxid im Exhalat (NO) als Korrelat der bronchialen Entzündung, der Anteil eosinophiler Granulozyten im Sputum, die Anzahl eosinophiler und neutrophiler Granulozyten pro nl Blut, die Gesamt-IgE-Spiegel im Serum und zellbiologische Parameter wie die Anteile regulatorischer T-Zellen und die Anteile der T-Zellen, die die Zytokine IFN-ɣ, IL-4, IL-5, IL-10, IL-13 und IL-17 produzieren.rnDie Verbesserung der Asthmakontrolle spiegelte sich in einem Rückgang des NOs um im Median 5,8 ppb (p=0,016) nach 6 Monaten wieder. Sonst ließen sich keine Parameter identifizieren, die die Entwicklung der Asthmakontrolle in positiver oder negativer Richtung abbildeten. Bemerkenswerter Weise bildete selbst der ACQ, der als etabliertes Messinstrument für die Asthmakontrolle gilt, diese Veränderungen nicht ab.rnZellbiologisch unterschieden sich die Patienten mit unterschiedlicher Asthmakontrolle weder in den Anteilen Zytokin-produzierender T-Zellen, noch im Anteil regulatorischer T-Zellen.rnDie Anteile der Zytokin-produzierenden T-Zellen unterlagen im zeitlichen Verlauf zwar deutlicheren Schwankungen als die Anteile regulatorischer T-Zellen, im Median blieben beide jedoch konstant. Die Anteile der Zytokin-produzierenden T-Zellen und regulatorischer Zellen lassen also keine Rückschlüsse auf den Verlauf der Asthmakontrolle zu.rnZusammenfassend ist lediglich das NO geeignet, die Verbesserung der Asthmakontrolle zu beschreiben. Deshalb erscheint es im Angesicht der Ergebnisse dieser Studie nicht sinnvoll, therapeutische Entscheidung lediglich auf Basis eines einzelnen Parameters zu treffen. Hierfür bleibt nach wie vor nur die Zusammenschau verschiedener Untersuchungsergebnisse.rn

Variability of lung function predicts loss of asthma control following withdrawal of inhaled corticosteroid treatment

BACKGROUND One aspect of a multidimensional approach to understanding asthma as a complex dynamic disease is to study how lung function varies with time. Variability measures of lung function have been shown to predict response to beta(2)-agonist treatment. An investigation was conducted to determine whether mean, coefficient of variation (CV) or autocorrelation, a measure of short-term memory, of peak expiratory flow (PEF) could predict loss of asthma control following withdrawal of regular inhaled corticosteroid (ICS) treatment, using data from a previous study. METHODS 87 adult patients with mild to moderate asthma who had been taking ICS at a constant dose for at least 6 months were monitored for 2-4 weeks. ICS was then withdrawn and monitoring continued until loss of control occurred as per predefined criteria. Twice-daily PEF was recorded during monitoring. Associations between loss of control and mean, CV and autocorrelation of morning PEF within 2 weeks pre- and post-ICS withdrawal were assessed using Cox regression analysis. Predictive utility was assessed using receiver operator characteristics. RESULTS 53 out of 87 patients had sufficient PEF data over the required analysis period. The mean (389 vs 370 l/min, p<0.0001) and CV (4.5% vs 5.6%, p=0.007) but not autocorrelation of PEF changed significantly from prewithdrawal to postwithdrawal in subjects who subsequently lost control, and were unaltered in those who did not. These changes were related to time to loss of control. CV was the most consistent predictor, with similar sensitivity and sensitivity to exhaled nitric oxide. CONCLUSION A simple, easy to obtain variability measure of daily lung function such as the CV may predict loss of asthma control within the first 2 weeks of ICS withdrawal.

Phenotypes of childhood asthma: are they real?

It has been suggested that there are several distinct phenotypes of childhood asthma or childhood wheezing. Here, we review the research relating to these phenotypes, with a focus on the methods used to define and validate them. Childhood wheezing disorders manifest themselves in a range of observable (phenotypic) features such as lung function, bronchial responsiveness, atopy and a highly variable time course (prognosis). The underlying causes are not sufficiently understood to define disease entities based on aetiology. Nevertheless, there is a need for a classification that would (i) facilitate research into aetiology and pathophysiology, (ii) allow targeted treatment and preventive measures and (iii) improve the prediction of long-term outcome. Classical attempts to define phenotypes have been one-dimensional, relying on few or single features such as triggers (exclusive viral wheeze vs. multiple trigger wheeze) or time course (early transient wheeze, persistent and late onset wheeze). These definitions are simple but essentially subjective. Recently, a multi-dimensional approach has been adopted. This approach is based on a wide range of features and relies on multivariate methods such as cluster or latent class analysis. Phenotypes identified in this manner are more complex but arguably more objective. Although phenotypes have an undisputed standing in current research on childhood asthma and wheezing, there is confusion about the meaning of the term 'phenotype' causing much circular debate. If phenotypes are meant to represent 'real' underlying disease entities rather than superficial features, there is a need for validation and harmonization of definitions. The multi-dimensional approach allows validation by replication across different populations and may contribute to a more reliable classification of childhood wheezing disorders and to improved precision of research relying on phenotype recognition, particularly in genetics. Ultimately, the underlying pathophysiology and aetiology will need to be understood to properly characterize the diseases causing recurrent wheeze in children.

Breastfeeding and lung function at school age: does maternal asthma modify the effect?

The evidence for an effect of breastfeeding on lung function is conflicting, in particular whether the effect is modified by maternal asthma.

Meta-analysis of mould and dampness exposure on asthma and allergy in eight European birth cohorts: an ENRIECO initiative

Background:  Several cross-sectional studies during the past 10 years have observed an increased risk of allergic outcomes for children living in damp or mouldy environments. Objective:  The objective of this study was to investigate whether reported mould or dampness exposure in early life is associated with the development of allergic disorders in children from eight European birth cohorts. Methods:  We analysed data from 31 742 children from eight ongoing European birth cohorts. Exposure to mould and allergic health outcomes were assessed by parental questionnaires at different time points. Meta-analyses with fixed- and random-effect models were applied. The number of the studies included in each analysis varied based on the outcome data available for each cohort. Results:  Exposure to visible mould and/or dampness during first 2 years of life was associated with an increased risk of developing asthma: there was a significant association with early asthma symptoms in meta-analyses of four cohorts [0–2 years: adjusted odds ratios (aOR), 1.39 (95%CI, 1.05–1.84)] and with asthma later in childhood in six cohorts [6–8 years: aOR, 1.09(95%CI, 0.90–1.32) and 3–10 years: aOR, 1.10 (95%CI, 0.90–1.34)]. A statistically significant association was observed in six cohorts with symptoms of allergic rhinitis at school age [6–8 years: aOR, 1.12 (1.02–1.23)] and at any time point between 3 and 10 years [aOR, 1.18 (1.09–1.28)]. Conclusion:  These findings suggest that a mouldy home environment in early life is associated with an increased risk of asthma particularly in young children and allergic rhinitis symptoms in school-age children.

Validation of the Asthma Predictive Index and comparison with simpler clinical prediction rules

Background The loose and stringent Asthma Predictive Indices (API), developed in Tucson, are popular rules to predict asthma in preschool children. To be clinically useful, they require validation in different settings. Objective To assess the predictive performance of the API in an independent population and compare it with simpler rules based only on preschool wheeze. Methods We studied 1954 children of the population-based Leicester Respiratory Cohort, followed up from age 1 to 10 years. The API and frequency of wheeze were assessed at age 3 years, and we determined their association with asthma at ages 7 and 10 years by using logistic regression. We computed test characteristics and measures of predictive performance to validate the API and compare it with simpler rules. Results The ability of the API to predict asthma in Leicester was comparable to Tucson: for the loose API, odds ratios for asthma at age 7 years were 5.2 in Leicester (5.5 in Tucson), and positive predictive values were 26% (26%). For the stringent API, these values were 8.2 (9.8) and 40% (48%). For the simpler rule early wheeze, corresponding values were 5.4 and 21%; for early frequent wheeze, 6.7 and 36%. The discriminative ability of all prediction rules was moderate (c statistic ≤ 0.7) and overall predictive performance low (scaled Brier score < 20%). Conclusion Predictive performance of the API in Leicester, although comparable to the original study, was modest and similar to prediction based only on preschool wheeze. This highlights the need for better prediction rules.

Sputum inflammatory phenotypes are not stable in children with asthma

Two distinct, stable inflammatory phenotypes have been described in adults with asthma: eosinophilic and non-eosinophilic. Treatment strategies based on these phenotypes have been successful. This study evaluated sputum cytology in children with asthma to classify sputum inflammatory phenotypes and to assess their stability over time.