Influence of asthma definition on the asthma-obesity relationship

Background: Epidemiological studies suggest an association between obesity and asthma in adults and children. Asthma diagnosis criteria are different among studies. The aim of this study was to test the influence of asthma definition on the asthma-obesity relationship. Methods: In a cross-sectional analysis of 1922 men and women, subjects completed a translated questionnaire from the European Community Respiratory Health Survey and underwent spirometry and a bronchial challenge test. Weight, height and waist circumference were measured. Multiple logistic regression analysis was carried out to assess the association of variables related to obesity and asthma. Asthma was defined either by the presence of symptoms with bronchial hyperresponsiveness (BHR) or by a self-report of a physician-made diagnosis. The following variables were separately tested for associations with asthma: socioeconomic characteristics, schooling, physical activity, smoking status, anthropometry and spirometry. Results: No association was detected between asthma confirmed by BHR and obesity indicators, odds ratio (OR) = 1.08 (95% confidence interval: 0.69 - 1.68) for obesity assessed by body mass index >= 30 kg/m(2); OR = 1.02 (0.74 - 1.40) for obesity assessed by abnormal waist-to-height ratio; and, OR = 0.96 (0.69 - 1.33) for abnormal waist circumference. On the contrary, a previous diagnosis of asthma was associated with obesity, OR = 1.48 (1.01 - 2.16) for body mass index >= 30 kg/m(2); OR = 1.48 (1.13 - 1.93) for abnormal waist-to-height ratio; and, OR = 1.32 (1.00 - 1.75) for abnormal waist circumference. Female gender, schooling >= 12 years and smoking were associated with BHR-confirmed asthma. Physically inactive subjects were associated with a previous diagnosis of asthma. Conclusions: Our findings indicate that the relationship between asthma and obesity in epidemiological studies depends on the definition adopted. Certain components of asthma, for instance, symptoms may be more prone to the obesity influence than other ones, like bronchial hyperresponsiveness.

Exercise-induced bronchoconstriction in elite long-distance runners in Brazil

Objective: To determine the prevalence of exercise-induced bronchoconstriction among elite long-distance runners in Brazil and whether there is a difference in the training loads among athletes with and without exercise-induced bronchoconstriction. Methods: This was a cross-sectional study involving elite long-distance runners with neither current asthma symptoms nor a diagnosis of exercise-induced bronchoconstriction. All of the participants underwent eucapnic voluntary hyperpnea challenge and maximal cardiopulmonary exercise tests, as well as completing questionnaires regarding asthma symptoms and physical activity, in order to monitor their weekly training load. Results: Among the 86 male athletes recruited, participation in the study was agreed to by 20, of whom 5 (25%) were subsequently diagnosed with exercise-induced bronchoconstriction. There were no differences between the athletes with and without exercise-induced bronchoconstriction regarding anthropometric characteristics, peak oxygen consumption, baseline pulmonary function values, or reported asthma symptoms. The weekly training load was significantly lower among those with exercise-induced bronchoconstriction than among those without. Conclusions: In this sample of long-distance runners in Brazil, the prevalence of exercise-induced bronchoconstriction was high.

Rolle von NFATc2 in einem murinen Asthmamodell

Nuclear factor of activated T cells (NFAT) ist eine Familie der Transkriptionsfaktoren, welche eine wichtige Rolle bei der Regulation der T-Zellvermittelten Signalkaskade in der Lymphozytenpopulation spielt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Nuclear Factor of Activated T cells-2 (NFATc2) defiziente Mäuse einen erhöhten Atemwegswiderstand, einen pathologische Veränderung der Lunge und einen erhöhten IgE Spiegel im Vergleich zu den Wildtypen vorweisen. Die NFATc2 Defizienz konnte ebenfalls sowohl mit einer erhöhten Anzahl an Th2 und Th17 Zellen, die eine erhöhte Proliferation vorweisen, als auch einer erniedrigten Anzahl an CD8+ CD122- T-Zellen, die geringere Mengen an IFN-g produzieren, in Verbindung gebracht werden. Die aus den NFATc2(-/-) Mäusen isolierten CD4+ T-Zellen zeigen im Vergleich zu denen der Wildtypen neben der erhöhten Proliferation einen vermehrte Aktivierung (CD4higCD44highCD69high). Weiterhin konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass in Anwesenheit eines Allergens, die NFATc2(-/-) Mäuse eine erhöhte Anzahl an regulatorischen T-Zellen (CD4+CD25+Foxp3+GITR++) in der Lunge vorweisen, die wiederum die Effektorzellen in diesen hemmen. Ein Grund für die geringere Freisetzung an IFN-g durch die CD8+ T-Zellen in den NFATc2 defizienten Mäusen ist eine erhöhte Subpopulation von CD8+CD122+ (IL-2Rb Kette) CD127hi (IL-7Ra Kette) „long-lived memory Zellen“ in den NFATc2(-/-) Mäusen. Diese besitzen einen regulatorischen Effekt, so dass immundefiziente SCID Mäuse, die in einem adoptiven Transfer mit OVA-spezifischen CD8+ und CD4+ T-Zellen, welchen aus NFATc2(-/-) Mäuse isoliert werden, behandelt wurden, eine erhöhten Atemwegswiderstand, eine erhöhte IL-17 und eine erniedrigte IFN-g Produktion vorweisen. Eine Depletion der memory CD8+CD122+IL-7Rhigh T-Zellen hebt dagegen die verringerte IFN-g Produktion der CD8+CD122- T-Zellen auf und führt zu einer Erniedrigung des Atemwegswiderstandes in einem SCID Model Zusammenfassend zeigen unsere Untersuchungen, dass sowohl die IFN-g Produktion der CD8+ Effektor T-Zellen als auch die Anzahl an CD4+CD25+Foxp3+GITR++ regulatorischen T-Zellen die Entwicklung der Th2 und Th17 als auch die Höhe des Atemwegswiderstandes unterdrückt.

Suppression des allergischen Asthmas durch regulatorische T-Zellen: Mechanismen und potenzielle therapeutische Ansätze

Das allergische Asthma ist eine weit verbreitete, immunologische Erkrankung, deren Prävalenz in den vergangenen 20 Jahren vor allem in industrialisierten Regionen drastisch zugenommen hat. Trotz intensiver Forschung und Entwicklung medikamentöser Therapien steigt die Zahl der Patienten stetig an. Charakteristisch für diese Erkrankung sind entzündliche Veränderungen in der Lunge, erhöhte Atemwegsüberempfindlichkeit (AHR), Mukusproduktion und in chronischen Fällen auch Atemwegsobstruktion. Bei der Entstehung des allergischen Asthmas wird ein anfälliges Individuum durch die Inhalation eines normalerweise unschädlichen, in der Umwelt vorkommenden Antigens (Allergen) sensibilisiert, wodurch im Körper eine eigentlich unangebrachte Immunreaktion in Gang gesetzt wird. CD4+ T-Lymphozyten und ganz besonders die Subpopulationen der T-Helfer 1 (Th1) und Th2 Zellen spielen in dem Prozess eine zentrale Rolle. Obwohl ein Großteil der Asthmatiker mit einer Atemwegseosinophilie und erhöhter Expression der Th2-typischen Zytokine IL-4 und IL-13 ein Th2-typisches Krankheitsbild aufweisen, wurden weitere Asthmaphänotypen identifiziert. Vornehmlich in Patienten, die an schwerem Asthma leiden, sind dominierende Neutrophilie und erhöhte Mengen IFN-γ in den Atemwegen nachweisbar, was auf eine Th1-gesteuerte Immunreaktion hindeutet. Eine effektive, heilende Therapie des Asthmas wurde bislang nicht entwickelt. Die Inhibition der T-Zellantwort etwa durch Applikation allergenspezifischer, regulatorischer T-Zellen (Tregs) gilt als ein vielversprechender, aber nicht vollständig erforschter Ansatz zur Kontrolle der Krankheitssymptome. In diesem Zusammenhang wurden in der vorliegenden Arbeit die Mechanismen und Effekte natürlich vorkommender CD4+CD25+Foxp3+ regulatorischer T-Zellen (nTregs) auf eine Th1 bzw. Th2-induzierte allergische Atemwegserkrankung untersucht. Anhand eines adoptiven Zelltransfermodells unter Einsatz lymphozytendefizienter Rag2-/- Mäuse konnte gezeigt werden, dass sowohl Th1 als auch Th2 Zellen, kombiniert mit mehrfacher, inhalativer Allergenprovokation, eine erhöhte AHR induzieren. Während der Transfer allergenspezifischer Th2 Zellen eine Eosinophilie in der bronchoalveolären Lavage (BAL) und vermehrte Mukusproduktion in den Atemwegen hervorrief, war in Th1-transferierten Tieren zwar eine massive Infiltration neutrophiler Granulozyten zu beobachten, eine Becherzellmetaplasie mit vermehrten, mukusproduzierenden Atemwegsepithelzellen blieb allerdings aus. In vitro und in vivo waren voraktivierte nTregs (preTregs) nur eingeschränkt in der Lage, die Th2-gesteuerte Atemwegserkrankung zu inhibieren. Im Gegensatz dazu konnten die Th1-Effektorfunktionen in vitro und die Th1-induzierte AHR und Atemwegsentzündung in vivo durch preTregs effektiv gehemmt werden, was auf eine unterschiedliche Empfindlichkeit der Th-Subpopulationen weist. Innerhalb der nTreg-vermittelten Suppression wird der sekundäre Botenstoff cAMP auf die zu supprimierende Zelle übertragen und führt zur Hemmung von Proliferation und Zytokinproduktion. Dass dieser Mechanismus nicht nur in vitro, sondern auch in der Suppression der Th2-gesteuerten allergischen Atemwegserkrankung eine Rolle spielt, konnte durch die Störung des intrazellulären cAMP-Abbaus mittels PDE4-Inhibitoren verdeutlicht werden. Sowohl die prophylaktische, als auch die therapeutische Applikation der PDE4-Inhibitoren verstärkte den regulativen Effekt der nTregs auf AHR und Entzündung, korrelierend mit erhöhten, zytosolischen cAMP-Konzentrationen in den Th2 Zellen der Lunge. Trotz des Fortschritts in der Isolation und In vitro-Expansion humaner nTregs ist die Ausbeute an Zellen äußerst limitiert und die Übertragbarkeit größerer Zellmengen nicht zuletzt aufgrund von hohem Kontaminationsrisiko während mehrtägiger In vitro-Expansion fragwürdig. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass eine Behandlung mit dem PDE4-Inhibitor die suppressive Kapazität der allergenspezifischen nTregs deutlich erhöhte. Den nTreg-vermittelten Suppressionsmechanismus durch den Einsatz von Pharmazeutika zu unterstützen bietet einen viel versprechenden und realistischen Ansatz zur Therapie des allergischen Asthmas.

Evaluation eines humanisierten Mausmodells der allergischen Atemwegsentzündung

Aus der zunehmenden Prävalenz allergischer Erkrankungen vor allem in den Industrienationen ergibt sich ein erhöhter Bedarf an Grundlagenforschung im Bereich von Allergie und Asthma sowie der Entwicklung innovativer Therapiestrategien. In der vorliegenden Dissertation wurden die immundefizienten Mausstämme NOD-Scid und NOD-Scid gc als vielversprechender translationaler Schritt zwischen dem reinen Tiermodell und der Erprobung neuer Therapieansätze an Probanden in klinischen Studien beleuchtet. Im experimentellen Verlauf der Arbeit wurde ein humanisiertes Mausmodell der allergischen Atemwegsentzündung zunächst in immundefizienten NOD-Scid und darauffolgend in NOD-Scid gc Mäusen etabliert. Diese Mausstämme zeichnen sich durch das Nichtvorhandensein von B- und T-Zellen aus. Im NOD-Scid gc Stamm resultiert aus einer zusätzlichen Mutation des Gens für die gamma-Kette des IL-2 Rezeptors der Verlust von natürlichen Killerzellen (NK-Zellen), was die Immunität in diesem Stamm weiter herabsetzt und eine Humanisierung erleichtert. Die Humanisierung der Mäuse erfolgte durch die intraperitoneale Injektion von mononukleären Zellen des peripheren Blutes (PBMCs), die unter Anwendung der Ficoll-Dichtezentrifugation aus dem Blut von Probanden isoliert wurden. Für die Gewinnung der PBMCs wurden zum einen Asthma-Patienten mit einer hochgradigen Sensibilisierung gegen Birkenpollen herangezogen. Zum anderen wurden in Kontrollexperimenten PBMCs nicht-allergischer Probanden verwendet. Während sich für den NOD-Scid Stamm 80 Millionen PBMCs als angemessene Transferzahl erwiesen, reichten für die Rekonstitution des NOD-Scid gc Stammes 5 Millionen PBMCs aus. Eine Analyse der Tiere erfolgte 24 Tage nach Injektion der humanen Zellen. Der Transfer der PBMCs allergischer Asthmatiker führte besonders nach additiver Applikation des Birkenallergens sowie des humanen rekombinanten Zytokins IL-4 und darauffolgender nasaler allergener Provokation zu einer starken pulmonalen Entzündung in den Mäusen. Die nasale Allergenprovokation an den Tagen 20-22 nach PBMC-Transfer erwies sich für das Aufkommen der Inflammation als unbedingt erforderlich. Die nasale Provokation mit Phosphat-gepufferter Salzlösung (PBS) mündete in einer herabgesetzten Inflammation ohne Ausprägung einer Atemwegsüberempfindlichkeit (AHR), reduzierten Zellzahlen in der bronchoalveolären Lavage (BAL) sowie verminderten Frequenzen humaner Zellen in den Lungen von Versuchstieren, die mit atopischen PBMCs supplementiert mit Birkenallergen und IL-4 rekonstituiert wurden. Die Allergenabhängigkeit des etablierten Modells wurde anhand von Experimenten untermauert, die verdeutlichten, dass ein Transfer von PBMCs nicht-allergischer Probanden trotz Zugabe des Allergens und humanem IL-4 keine Atemwegsinflammation auslöste. Bei den humanen Zellen, die an Tag 24 nach Rekonstitution in den Mäusen detektiert werden konnten, handelte es sich hauptsächlich um T-Zellen. Innerhalb dieser CD3+ T-Zellen konnten CD4+ und CD8+ T-Zellen differenziert werden. Depletionsexperimente, in denen nach Gewinnung der PBMCs aus dem Blut der Probanden verschiedene T-Zellsubpopulationen (CD3+, CD4+, CD8+) eliminiert wurden, führten zu dem Befund, dass die allergische Atemwegsentzündung in dem System von humanen CD4+ T-Zellen abhängig war. Nach der Etablierung des humanisierten Mausmodells der allergischen Atemwegsentzündung wurde das System zur Analyse des suppressionsfördernden Potentials des HIV-1 - Hüllproteins gp120 genutzt. Die Applikation von gp120 führte zu einer Reduktion der Atemwegsinflammation. Dies äußerte sich in einer Aufhebung der AHR, verminderten Zellzahlen in der BAL sowie dem reduzierten Einstrom humaner T-Zellen in die Lungen der rekonstituierten Tiere. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die anti-inflammatorische Wirkung des gp120 strikt von der Anwesenheit regulatorischer T-Zellen (Tregs) innerhalb der für die Humanisierung genutzten PBMCs abhängig war. Eine Depletion der Tregs vor Transfer in die Mäuse führte zum Verlust der anti-inflammatorischen Effekte des gp120. Diese Ergebnisse sprechen für die Modulation regulatorischer T-Zellen als hoffnungsvolle Maßnahme in der Behandlung allergischer Erkrankungen. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse eröffnen innovative Ansätze zur Analyse neuer Therapiestrategien in einem Testsystem, dass die Erforschung humaner Zellinteraktionen sowie die Wirkung potentieller Arzneistoffe auf humane Zellen unter in vivo Bedingungen erlaubt.

Evaluation zellulärer Mechanismen der allergen-spezifischen Immuntherapie in einem chronischen Modell der allergischen Atemwegsentzündung

Klinische Studien haben gezeigt, dass die allergenspezifische Immuntherapie (SIT) eine effektive Therapieoption für allergische Erkrankungen ist. Obwohl dieses Therapieverfahren seit über 100 Jahren existiert, sind die zugrunde liegenden Suppressionsmechanismen jedoch nicht vollständig verstanden. Bisher wird angenommen, dass der Behandlungserfolg der SIT auf einer Blockade durch allergenspezifische Antikörper, einer Verschiebung des Th1-Th2-Gleichgewichtes und/oder auf einer Suppression durch regulatorische T-Zellen (Tregs) basiert. Um die Effekte der SIT in einer chronischen Erkrankung in vivo untersuchen zu können, wurde in dieser Doktorarbeit ein Mausmodell für chronisches Asthma entwickelt, das die Situation im Menschen nach einer SIT nachahmt. rnDurch eine SIT war es möglich, allergeninduzierte Asthmasymptome wie Atemwegshyperreagibilität (AHR), Eosinophilie in der Lunge, IgE-Produktion und Atemwegsentzündung im Modell zu unterdrücken. Bemerkenswert ist, dass durch OVA-spezifische Immuntherapie (OVA-IT) ebenfalls eine Verringerung der strukturellen Veränderungen im Lungengewebe im chronischen Krankheitsverlauf erreicht wurde.rnDes Weiteren wurde in diesem Modell nach den Prozessen gesucht, die für die toleranzinduzierende Wirkung der SIT verantwortlich sein können. Dabei wurde im Vergleich zur Placebo-behandelten Gruppe eine erhöhte Antwort spezifischer IgG1-Antikörper, eine verstärkte Th1-Antwort, sowie eine erhöhte Frequenz von FoxP3+ Tregs und von IL-10-produzierenden T-Zellen (Tr1-Zellen) nach OVA-IT festge-stellt. Zur weiteren Untersuchung der von SIT-induzierten T-Zellantworten wurden Mausmodelle des allergischen Asthmas mit einem akuten Verlauf gewählt.rnDie Bedeutung der Th1-Zellen für die SIT wurde in T-bet-/- Mäusen untersucht, welche aufgrund des Fehlens des Transkriptionsfaktors T-bet keine stabile Th1-Antwort induzieren können. Durch SIT war es möglich, allergeninduzierte Asthmasymptome wie AHR, eosinophile Granulozyten in der Lunge, IgE-Produktion und Atemwegsentzündung in den T-bet-/- Tieren im gleichen Maße wie in den Wildtyptieren zu unterdrücken. Diese Untersuchung zeigte, dass die SIT auch ohne funktionelle Th1-Zellen die allergische Entzündung unterdrücken kann. rnDie Rolle der Tregs für die SIT wurde in DO11.10 Mäusen und DO11.10 RAG-/- Mäusen untersucht. In beiden Stämmen konnte nach SIT eine Induktion OVA-spezifischer Tregs nachgewiesen werden. In DO11.10 RAG-/- Mäusen können durch den Knockout im rag2-Gen keine natürlichen, d.h. im Thymus gereiften, Tregs entstehen. Im Blut von DO11.10 RAG-/- Mäusen war direkt nach Durchführung der OVA-IT eine FoxP3+ Treg-Population detektierbar. Demnach wird durch die OVA-IT eine de-novo-Induktion von FoxP3+ Tregs in Gang gesetzt. In Abwesenheit der natürlichen Tregs zeigte sich weiterhin, dass diese Zellen zur Produktion von IL-10 in T-Zellen und somit zum Erfolg der SIT beitragen.rnDie Rolle der FoxP3+ Tregs bei der SIT wurde in DEREG Mäusen untersucht. Eine Depletion der FoxP3+ Tregs in DEREG Mäusen während der Durchführung der OVA-IT hob die protektiven Effekte der Therapie jedoch nur teilweise auf. rnUm die Rolle des regulatorischen Zytokins IL-10 bei der SIT zu untersuchen, wurde ein blockierender Antikörper gegen den IL-10-Rezeptor (anti-IL-10R) im chronischen Modell des allergischen Asthmas mit SIT angewendet. Anti-IL-10R hob die protektive Wirkung der SIT auf die AHR, die Atemwegsentzündung und die strukturellen Veränderungen im Lungengewebe auf. Somit ist die protektive Wirkung der SIT abhängig vom IL-10-Signalweg.rnZusammenfassend stellt diese Arbeit die Bedeutung der SIT für allergische Erkrankungen heraus. SIT kann durch die positive Beeinflussung der allergiebedingten, strukturellen Veränderungen in der Lunge auch für Asthmapatienten große Vorteile bringen. Die aus Studien bekannten Mechanismen konnten im Modell bestätigt werden und wurden im weiteren Verlauf untersucht. Die Arbeit stellt im Besonderen die Bedeutung der IL-10-produzierenden und FoxP3+ Tregs für die Effektivität der SIT in den Vordergrund. Zudem ist durch die Etablierung eines neuen Mausmodells der SIT für chronisches allergisches Asthma ein Mittel zur weiteren Erforschung der zugrunde liegenden Prozesse dieser erfolgreichen Therapie geschaffen worden. rn

Molekulare Charakterisierung der Il-9-Genexpression in T-Helfer-Typ-9-Zellen

CD4+ T-Zellen können in verschiedene T-Helferzellsubpopulationen differenzieren. Dabei hängt es von verschiedensten Milieubedingungen ab, welche Subpopulation sich ausprägt, damit die CD4+ T-Zelle durch die Sekretion verschiedenster Zytokine ihre Funktion im Immunsystem wahrnehmen kann.rnBei der Th9-Subpopulation handelt es sich um einen IL-9-produzierenden Phänotyp, welcher sich in der Anwesenheit von TGF-ß und IL-4 entwickelt39. Als treibender Transkriptionsfaktor für diese Subpopulation wurde das Protein IRF4 beschrieben45. Da dieser Transkriptionsfaktor auch für die Differenzierung weiterer Subpopulationen, wie Th2- und Th17-Zellen von Bedeutung ist30,121, stellte sich die Frage, welcher Interaktionspartner von IRF4 darüber entscheidet, welcher Subtyp sich entwickelt. Deshalb wurde in dieser Arbeit der Transkriptionsfaktor NFATc2 als möglicher Interaktionspartner für IRF4 am murinen Il9 Promotor untersucht. Allerdings zeigten Reportergen¬analysen, dass NFATc2 die IL-9-Produktion in Th9-Zellen inhibiert anstatt sie zu fördern. Th9-Zellen aus NFATc2-defizienten Tieren zeigen folglich im Vergleich zu wildtypischen Th9-Zellen sowohl nach Primär- als auch nach Restimulation eine verstärkte IL-9-Produktion. Der Faktor NFATc2 kann somit als transkriptioneller Aktivator für die IL-9-Expression in Th9-Zellen ausgeschlossen werden. In vivo wurden diese Beobachtungen dadurch untermauert, dass NFATc2-defiziente Tiere im Rahmen des Asthma bronchiale zu einer verstärkten pulmonalen Inflammation neigen und auch einen erhöhten Atemwegswiderstand nach Methacholin-Provokation aufweisen. Diese asthmatischen Symptome konnten durch Applikation eines neutralisierenden Antikörpers für IL-9 wesentlich gemildert werden. In einem B16F10-Melanommodell konnten NFATc2-defiziente Tiere gegenüber dem Wildtyp eine verbesserte anti-Tumorantwort ausprägen. Nach Gabe eines IL-9-neutralisierenden Antikörpers, wurde dieser Effekt wiederum gemildert.rnZusammenfassend lässt sich sagen, dass IRF4 nicht mit NFATc2 am murinen Il9 Promotor interagiert, um die IL-9-Expression in Th9-Zellen zu fördern. Eine NFATc2-Defizienz resultiert sogar in einer gesteigerten IL-9-Produktion, womit ein inhibitorischer Einfluss von NFATc2 in Bezug auf die IL-9-Expression in Th9-Zellen nachgewiesen werden konnte.rn

Der Einfluss von Chemotherapeutika mit Hypoxie-induzierbarer Faktor (HIF)-modulierendem Potential sowie eines Verlustes des HIF-Regulators von Hippel-Lindau (VHL) auf den Phänotyp und die Funktion dendritischer Zellen

Der Transkriptionsfaktor Hypoxie-induzierbarer Faktor (HIF) gibt dem Organismus die Möglichkeit, sich auf zellulärer Ebene an unterschiedliche Sauerstoffverhältnisse anzupassen. Vor allem Tumorzellen weisen aufgrund ihres ungeregelten Wachstums und der daraus resultierenden unzureichenden Durchblutung (hypoxisches Milieu) eine erhöhte HIF-Expression auf. Die erhöhte HIF-Expression stellt somit ein interessantes Ziel in der Tumortherapie dar. Dendritische Zellen (DCs) besitzen eine bedeutende Rolle in der Generierung und Modulierung von Antitumor-Immunantworten. Aus diesem Grund ist es überaus wichtig zu wissen, welche Effekte Antitumor-Agenzien, im Besonderen HIF-Inhibitoren, auf DCs und somit auch auf die Generierung von adäquaten Immunantworten besitzen.rnIm ersten Teil dieser Arbeit wurde aus diesem Grund der Einfluss der Antitumor-Agenzien Geldanamycin (GA) und Topotecan (TPT) auf den Phänotyp und die Funktion von DCs untersucht. Hierfür wurden Monozyten aus humanen, mononukleären, peripheren Blutzellen isoliert und unter DC-differenzierenden Konditionen kultiviert. Diese immaturen monozytenabgeleiteten DCs (Mo-DCs) wurden mithilfe eines Reifungscocktails ausgereift. Die Applikation der Antitumor-Agenzien erfolgte während der Differenzierungs- bzw. Ausreifungsphase. Abhängig vom Reifungsgrad der Mo-DCs konnte ein differentieller Einfluss von GA bzw. TPT auf die DC-Aktivierung beobachtet werden. Eine Behandlung von unstimulierten Mo-DCs mit GA resultierte in einer partiellen DC-Aktivierung basierend auf einem noch unbekannten Mechanismus. Ebenso führte eine Behandlung von unstimulierten Mo-DCs mit TPT zu einer funktionellen Aktivierung der DCs, die mit einer vermehrten AKT-Expression korrelierte. Die jeweilige Koapplikation der Antitumor-Agenzien mit dem DC-Reifungscocktail führte zu einer reduzierten DC-Aktivierung, die sich in einer verminderten NF-κB-Aktivierung, einer verringerten Oberflächenexpression der getesteten kostimulatorischen Moleküle, einer verringerten Migrationsfähigkeit und einem reduzierten Zellstimulierungspotential widerspiegelte.rnDie autosomal dominant vererbte Tumorerkrankung von Hippel-Lindau (VHL) wird häufig durch genetische Mutationen des als HIF-Negativregulator fungierenden VHL-Gens hervorgerufen. Patienten, die an dem VHL-Syndrom erkrankt sind, weisen oft benigne oder maligne Tumore und Zysten in den verschiedensten Organsystemen auf. Wie schon zuvor erwähnt, besitzen DCs eine essentielle Rolle in der Initiierung und Aufrechterhaltung von Antitumor-Immunantworten. Deshalb wurde im zweiten Abschnitt der vorliegenden Arbeit untersucht, inwieweit ein partieller Verlust von VHL Auswirkungen auf die Ausprägung desrnPhänotyps und der Funktion von DCs hat. Mittels Cre/lox-Technologie wurden transgene Mäuse mit einem heterozygoten Verlust von Exon 1 bzw. Exon 2 des VHL-Gens generiert. Aus diesen Mäusen wurden Knochenmarkszellen isoliert und unter DC-differenzierenden Konditionen kultiviert. Die immaturen knochenmarkabgeleiteten DCs (BM-DCs) wurden mit LPS ausgereift. Weder der heterozygote Verlust von Exon 1 noch von Exon 2 des VHL-Gens bewirkte eine Veränderung der Oberflächenmarkerexpression, der in vitro-Migrations- undrnEndozytosekapazität, sowie der allogenen T-Zellstimulierungskapazität. Allerdings zeigten Mäuse mit einem partiellen Verlust von Exon 2 im Vergleich zu Kontrollmäusen nach Immunisierung und Provokation mit dem Modellallergen OVA eine verminderte Atemwegshyperreaktion, die möglicherweise auf die beobachtete Abnahme der Migrationsfähigkeit in vivo und die verminderte OVA-spezifische T-Zellstimulierungskapazität der DCs zurückzuführen ist.

Anti-inflammatory and immunosuppressive effects of the enaminone E121

Asthma is a chronic inflammatory disease of the airways. The treatment of asthma is far from optimal and hence the need for novel therapeutic agents exists. The purpose of this study was to assess the anti-asthma effects of an enaminone, E121, and also its effects on human peripheral blood mononuclear cell proliferation and cytokine release. The effects of E121 were assessed in an ovalbumin-induced model of airway inflammation and airway hyperresponsiveness. In addition, the effects of E121 on phytohemagglutinin (PHA), anti-CD3 monoclonal antibody and lipopolysaccharide (LPS)-induced human peripheral blood mononuclear cell proliferation and cytokine release, respectively, were assessed. Treatment of mice with E121 significantly decreased the ovalbumin-induced increase in airway total cell influx and eosinophil infiltration and this was associated with an inhibition of ovalbumin-induced airway hyperresponsiveness. Moreover, E121 reduced PHA and anti-CD3-induced human peripheral blood mononuclear cell proliferation in vitro. E121 also inhibited PHA, anti-CD3 monoclonal antibody and LPS-induced cytokine release from human peripheral blood mononuclear cell cultures. These findings indicate that E121 exhibits anti-inflammatory and immunosuppressive activities.

Fluctuation analysis of lung function as a predictor of long-term response to beta2-agonists

The response to beta(2)-agonists differs between asthmatics and has been linked to subsequent adverse events, even death. Possible determinants include beta(2)-adrenoceptor genotype at position 16, lung function and airway hyperresponsiveness. Fluctuation analysis provides a simple parameter alpha measuring the complex correlation properties of day-to-day peak expiratory flow. The present study investigated whether alpha predicts clinical response to beta(2)-agonist treatment, taking into account other conventional predictors. Analysis was performed on previously published twice-daily peak expiratory flow measurements in 66 asthmatic adults over three 6-month randomised order treatment periods: placebo, salbutamol and salmeterol. Multiple linear regression was used to determine the association between alpha during the placebo period and response to treatment (change in the number of days with symptoms), taking into account other predictors namely beta(2)-adrenoceptor genotype, lung function and its variability, and airway hyperresponsiveness. The current authors found that alpha measured during the placebo period considerably improved the prediction of response to salmeterol treatment, taking into account genotype, lung function or its variability, or airway hyperresponsiveness. The present study provides further evidence that response to beta(2)-agonists is related to the time correlation properties of lung function in asthma. The current authors conclude that fluctuation analysis of lung function offers a novel predictor to identify patients who may respond well or poorly to treatment.

Evaluation of respiratory function by barometric whole-body plethysmography in healthy dogs.

The objective of the present study was to assess the validity of barometric whole-body plethysmography (BWBP), to establish reference values, and to standardise a bronchoprovocative test to investigate airway responsiveness using BWBP in healthy dogs. BWBP measurements were obtained from six healthy beagle dogs using different protocols: (1) during three consecutive periods (3.5min each) in two morning and two evening sessions; (2) before and after administration of two protocols of sedation; (3) before and after nebulisation of saline and increasing concentrations of carbachol and histamine both in conscious dogs and in dogs under both protocols of sedation. Enhanced pause (PENH) was used as index of bronchoconstriction. Basal BWBP measurements were also obtained in 22 healthy dogs of different breeds, age and weight. No significant influence of either time spent in the chamber or daytime was found for most respiratory variables but a significant dog effect was detected for most variables. A significant body weight effect was found on tidal volume and peak flow values (P<0.05). Response to carbachol was not reproducible and always associated with side effects. Nebulisation of histamine induced a significant increase in respiratory rate, peak expiratory flow, peak expiratory flow/peak inspiratory flow ratio and PENH (P<0.05). The response was reproduced in each dog at different concentrations of histamine. Sedation with acepromazine+buprenorphine had little influence on basal measurements and did not change the results of histamine challenge. It was concluded that BWBP is a safe, non invasive and reliable technique of investigation of lung function in dogs which provides new opportunities to characterise respiratory status, to evaluate airway hyperresponsiveness and to assess therapeutic interventions.

Evaluation of the C5a anaphylatoxin and its receptor (CD88) in allergic lung disease

Allergic asthma is characterized by airflow obstruction, airway hyperresponsiveness (AHR) and chronic airway inflammation. We and others have reported that complement component C3 and the anaphylatoxin C3a receptor promote while C5 protects against the development of the biological and physiological hallmarks of allergic lung disease in mice. In this study, we assessed if the protective responses could be mediated by C5a, an activation-induced C5 cleavage product. Mice with ablation of the C5a receptor (C5aR) either by genetic deletion or by pharmacological blockade exhibited significantly exacerbated AHR compared to allergen-challenged wild-type (WT) mice. However, there were no significant differences in many of the other hallmarks of asthma such as airway infiltration by eosinophils or lymphocytes, pulmonary IL-4-producing cell numbers, goblet cell metaplasia, mucus secretion or total serum IgE levels. In contrast to elevated AHR, numbers of IL-5 and IL-13 producing pulmonary cells, and IL-5 and IL-13 protein levels, were significantly reduced in allergen-challenged C5aR-/- mice compared to allergen-challenged WT mice. Administration of a specific cysteinyl leukotriene receptor 1 (cysLT1R) antagonist before each allergen-challenge abolished AHR in C5aR-/- as well as in WT mice. Pretreatment with a C3aR antagonist dose-dependently reduced AHR in allergen-challenged WT and C5aR-/- mice. Additionally, allergen-induced upregulation of pulmonary C3aR expression was exaggerated in C5aR-/- mice compared to WT mice. In summary, deficiency or antagonism of C5aR in a mouse model of pulmonary allergy increased AHR, which was reversed or reduced by blockade of the cysLT1R and C3aR, respectively. In conclusion, this study suggests that C5a and C5aR mediate protection against AHR by suppressing cysLT and C3aR signaling pathways, which are known to promote AHR. This also supports important and opposing roles of complement components C3a/C3aR and C5a/C5aR in AHR. ^

Effect of inspiratory flow on methacholine challenge in children

Regulation of inspiratory flow alters the outcomes of the methacholine (MHC) challenge in adults and cough receptor sensitivity in children. The effect of inspiratory flow on the reproducibility of the MHC challenge in children is unknown. The aim of this study was to evaluate the effect of inspiratory flow alteration on the repeatabilty of the MHC challenge in children with and without asthma. Twenty-five children undertook the MHC challenge on three different days by using a dosimeter connected to a setup that allowed regulation of inspiratory flow and pattern. Children were randomized to commence the challenges at 20 or 60 L/min, and the last challenge was performed at 20 L/min. The within-subject standard deviation, 95% range for change, and doubling dose for the differing inspiratory flow (20 vs. 60 L/min) was more than twice that of when inspiratory flow was maintained at 20 L/min for both occasions. The range of the limits of agreement of the Bland and Altman plot was smaller when inspiratory flow was constant. For short-term comparative individual studies in children, inspiratory flow should be regulated. Laboratories and research measuring change in airway hyperrepsonsiveness to MHC should determine and report reproducibility indices of the challenge so airway hyperresponsiveness changes can be interpreted meaningfully.

Cytotoxic T-lymphocyte epitope vaccination protects against human metapneumovirus infection and disease in mice

Human metapneumovirus (hMPV) has emerged as an important human respiratory pathogen causing upper and lower respiratory tract infections in young children and older adults. In addition, hMPV infection is associated with asthma exacerbation in young children. Recent epidemiological evidence indicates that hMPV may cocircullate with human respiratory syncytial virus (hRSV) and mediate clinical disease similar to that seen with hRSV. Therefore, a vaccine for hMPV is highly desirable. In the present study, we used predictive bioinformatics, peptide immunization, and functional T-cell assays to define hMPV cytotoxic T-lymphocyte (CTL) epitopes recognized by mouse T cells restricted through several major histocompatibility complex class I alleles, including HILA-A*0201. We demonstrate that peptide immunization with hMPV CTL epitopes reduces viral load and immunopathollogy in the lungs of hMPV-challenged mice and enhances the expression of Th1-type cytokines (gamma interferon and interleukin-12 [IL-12]) in lungs and regional lymph nodes. In addition, we show that levels of Th2-type cytolkines (IL-10 and IL-4) are significantly lower in hMPV CTL epitope-vaccinated mice challenged with hMPV. These results demonstrate for the first time the efficacy of an hMPV CTL epitope vaccine in the control of hMPV infection in a murine model.

Airway Inflammation and Bronchial Hyperresponsiveness in Elite Cross-Country Skiers and in Patients with Newly Diagnosed Asthma: A Bronchial Biopsy Study

The objective of these studies was to evaluate possible airway inflammation and remodeling at the bronchial level in cross-country skiers without a prior diagnosis of asthma, and relate the findings to patients with mild chronic asthma and patients with newly diagnosed asthma. We also studied the association of airway inflammatory changes and bronchial hyperresponsivess (BHR), and treatment effects in cross-country skiers and in patients with newly diagnosed asthma. Bronchial biopsies were obtained from the subjects by flexible bronchoscopy, and the inflammatory cells (eosinophils, mast cells, T-lymphocytes, macrophages, and neutrophils) were identified by immunohistochemistry. Tenascin (Tn) immunoreactivity in the bronchial basement membrane (BM) was identified by immunofluorescence staining. Lung function was measured with spirometry, and BHR was assessed by methacholine (skiers) or histamine (asthmatics) challenges. Skiers with BHR and asthma-like symptoms were recruited to a drug-intervention study. Skiers were given treatment (22 weeks) with placebo or budesonide (400 µg bid). Patients with newly diagnosed asthma were given treatment for 16 weeks with placebo, salmeterol (SLM) (50 µg bid), fluticasone propionate (FP) (250 µg bid), or disodium cromoglicate (DSCG) (5 mg qid). Bronchial biopsies were obtained at baseline and at the end of the treatment period. In the skiers a distinct airway inflammation was evident. In their bronchial biopsy specimens, T-lymphocyte, macrophage, and eosinophil counts were, respectively greater by 43-fold (P<0.001), 26-fold (P<0.001, and 2-fold (P<0.001) in skiers, and by 70-fold (p>0.001), 63-fold (P<0.001), and 8-fold (P<0.001) in asthmatic subjects than in controls. In skiers, neutrophil counts were more than 2-fold greater than in asthmatic subjects (P<0.05). Tn expression was higher in skiers than in controls and lower in skiers than in mild asthmatics. No significant changes were seen between skiers with or without BHR in the inflammatory cell counts or Tn expression. Treatment with inhaled budesonide did not attenuate asthma-like symptoms, the inflammatory cell infiltration, or BM Tn expression in the skiers. In newly diagnosed asthmatic patients, SLM, FP, and DSCG reduced asthma symptoms, and need for rescue medication (P<0.04). BHR was reduced by doubling doses 2.78, 5.22, and 1.35 respectively (all P<0.05). SLM and placebo had no effect on cell counts or Tn expression. FP and DSCG reduced eosinophil counts in the bronchial biopsy specimens (P<0.02 and <0.048, respectively). No significant change in tenascin expression appeared in any treatment group. Regarding to atopy, no significant differences existed in the inflammatory cell counts in the bronchial mucosa of subjects with newly diagnosed asthma or in elite cross country skiers. Tn expression in the BM was significantly higher in atopic asthma than in those with nonatopic asthma. Airway inflammation occurred in elite cross-country skiers with and without respiratory symptoms or BHR. Their inflammatory cell pattern differed from that in asthma. Infiltration with eosinophils, macrophages, and mast cells was milder, but lymphocyte counts did not differ from counts in asthmatic airways. Neutrophilic infiltration was more extensive in skiers than in asthmatics. Remodeling took place in the skiers’ airways, as reflected by increased expression of BM tenascin These inflammatory changes and Tn expression may be caused by prolonged exposure of the lower airways to inadequately humidified cold air. In skiers inflammatory changes and remodeling were not reversed with anti-inflammatory treatment. In contrast, in patients with newly diagnosed asthma, anti-inflammatory treatment did attenuate eosinophilic inflammation in the bronchial mucosa. In skiers, anti-inflammatory treatment did not attenuate BHR as it did in asthmatic patients. The BHR in skiers was attenuated spontaneously during placebo treatment, with no difference from budesonide treatment. Lower training intensity during the treatment period may explain this spontaneous decrease in BHR. The origin of BHR probably differs in skiers and in asthmatics. No significant association between BHR and inflammatory cell counts or between BHR and Tn expression was evident in cross-country skiers or asthmatic subjects. Airway remodeling differed between atopic and nonatopic asthma. As opposed to nonatopic asthma, Tn expression was higher in atopic asthma and is related to inflammatory cell densities.