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.

Mastzellen als Verstärker wichtiger Effektorfunktionen neutrophiler Granulozyten

Mastzellen sind an der Entstehung und Regulation von Entzündungsreaktionen unterschiedlicher Genese beteiligt und leisten somit auch innerhalb der angeborenen Immunität einen wichtigen Beitrag zur Pathogenabwehr. Mastzellen sind jedoch auch in entzündliche Prozesse involviert, welche chronische Erkrankungen auslösen oder verstärken können. Zentral ist hierbei ihre Fähigkeit, durch Produktion inflammatorischer Mediatoren die lokalen Blutgefäße zu aktivieren und somit rasch neutrophile Granulozyten zum Entzündungsort zu rekrutieren. Über eine direkte Interaktion zwischen Mastzellen und Neutrophilen ist bisher jedoch wenig bekannt.rnIn der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass aktivierte Mastzellen essentielle Effektorfunktionen neutrophiler Granulozyten verstärken. So erhöhen Mastzellen den Aktivierungsstatus von Neutrophilen, was anhand der Modulation der Aktivierungsmarker CD11b und CD62L auf der Zelloberfläche von Neutrophilen demonstriert wurde. Die Phagozytoseaktivität von Neutrophilen wird in Anwesenheit aktivierter Mastzellen enorm gesteigert. Dies wird hauptsächlich durch Mastzell-produziertes TNF und GM-CSF vermittelt, wie in Experimenten mit Mastzellen aus TNF- und GM-CSF-defizienten Mäusen gezeigt wurde. Darüber hinaus wird die Produktion reaktiver Sauerstoffradikale von Neutrophilen in Gegenwart aktivierter Mastzellen erhöht. Dieser Effekt wird hauptsächlich durch GM-CSF der Mastzellen induziert, während TNF nur einen geringen Einfluss hat. Weiterhin zeigten in vitro Experimente, dass die Anwesenheit aktivierter Mastzellen die Lebensdauer von Neutrophilen erhöht. Die verminderte Apoptose von Neutrophilen wird einzig durch GM-CSF bewirkt. rnZur Validierung der in vitro Studien wurden in vivo Untersuchungen zur Mastzell-abhängigen Phagozytoseaktivität von Neutrophilen durchgeführt. Mit Hilfe des Modells einer LPS-induzierten akuten Atemwegsentzündung in Mastzell-defizienten und Wildtyp-Tieren des kongenen Stammes konnte bestätigt werden, dass Mastzellen auch in vivo die Phagozytosefunktion von Neutrophilen verstärken. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen somit, dass Mastzellen in Entzündungsprozessen auch eine Rolle als lokaler Verstärker von Neutrophilenfunktionen einnehmen können. rn

Zelluläre und molekulare Mechanismen der angeborenen Immunität

Die myeloide Zelllinie MUTZ-3 konnte als geeignetes Modellsystem zur Charakterisierung der TREM-1-Signaltransduktion etabliert werden, da diese TREM-1 und dessen essentielles Adaptermoleküle DAP12 funktional exprimiert. Übereinstimmend mit bisherigen Daten wurden die Kinasen PI3K und p38-MAPK als wichtige Regulatoren in der Signalweiterleitung nach TREM-1-Aktivierung identifiziert, wobei sich einige Unterschiede in der exakten Signalhierarchie zwischen monozytären und granulozytären Zellen ergaben. So erfolgt die Aktivierung von PI3K und p38-MAPK in PMN unabhängig voneinander und in monozytären Zellen findet die Aktivierung von p38-MAPK vor der Akt-Phosphorylierung statt und ist für Letztere notwendig. Zudem ist die Ca2+-Mobilisierung in PMN nur von PI3K abhängig und in monozytären Zellen von PI3K und p38-MAPK. Bei der durch TLR- oder NLR-Koligation gesteigerten TREM-1-Aktivierung sind PI3K und p38-MAPK ebenfalls zentrale Regulatoren. Es ergaben sich ebenfalls Unterschiede in der exakten TREM-1-Signaltransduktion.rnrnEin Mausmodell für invasive Aspergillose (IA) wurde erfolgreich etabliert, wobei die wichtige Rolle der PMN bei der Abwehr von Pilzinfektionen durch deren Depletion mit unterschiedlichen Antikörpern belegt wurde. Für das Abtöten von A. fumigatus-Konidien sind oxidative und nicht-oxidative PMN-Effektormechanismen notwendig. Dabei konnte die essentielle Rolle der oxidativen PMN-Effektorfunktionen anhand NADPH-Oxidase-defizienter p47phox-/- und gp91phox-/- Mäuse für das Überleben von Pilzinfektionen gezeigt werden. Dagegen war die Infektion von Neutrophiler Elastase defizienter ELANE Mäuse nicht letal. Dies deutet darauf hin, dass diese als prototypische Serinprotease und wichtiger Bestandteil der NET-Formation nicht essentiell für das Überleben von IA ist oder durch andere, nicht-oxidative Effektormechanismen kompensiert werden kann. Keinen Einfluss auf die IA hatte die Depletion von Arginin mittels ADI-PEG, da weder das Überleben der Mäuse noch das Abtöten der Pilzkonidien beeinflusst wurde. Außerdem wurden keine Veränderung in der Einwanderung und Aktivierung von PMN nach Infektion quantifiziert. Dagegen induzierte die Defizienz in ADAMTS13 (ADAMTS13-/- Mäuse) eine verminderte Rekrutierung von PMN, einhergehend mit erhöhter Mortalität, vermindertem Abtöten von A. fumigatus-Konidien und erhöhter Schädigung der Lunge bei IA. Da in vitro keine generellen oder pilzspezifischen Defekte der PMN quantifiziert wurden, muss ADAMTS13 die Einwanderung der PMN beeinflussen. Normalerweise spaltet die Protease ADAMTS13 den von-Willebrand-Faktor (vWF), der die Quervernetzung und das Anhaften von Blutplättchen an beschädigte Gefäßwände steuert. Ob und wie ADAMTS13 oder der vWF die verminderte PMN-Einwanderung bei Pilzinfektionen verursacht, muss weiter untersucht werden.rnrnZusammenfassend verbessern die erhaltenen Daten für eine zellspezifische TREM-1-Signaltransduktion, ein von oxidativen und nicht-oxidativen PMN-Effektorfunktionen abhängiges sowie Arginin-unabhängiges Abtöten vom Pilz A. fumigatus als auch der Einfluss von ADAMTS13 und vWF bei der Rekrutierung von PMN nach A. fumigatus-Infektion unser Verständnis der angeborenen Immunität. Diese Erkenntnisse dienen der zukünftigen Entwicklung von Therapien zur Behandlung von schweren Entzündungsreaktionen wie Aspergillose und Sepsis.

Die Rolle der IFN-gamma Signalübertragung und von MyD88 in der Angiotensin-II-induzierten vaskulären Dysfunkion, Inflammation und arteriellen Hypertonie

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Rolle von myelomonozytären Zellen, IFN-gamma (Interferon gamma), MyD88 (myeloid differentiation factor 88) und zugrundeliegenden Signalwege in der Angiotensin II (ATII)-induzierten vaskulären Inflammation, Dysfunktion und arteriellen Hypertonie untersucht. Wie bereits veröffentlichte Vordaten aus meiner Arbeitsgruppe zeigten, schützt die Depletion von Lysozym M (LysM)+ myelomonozytären Zellen (Diphteriatoxin-vermittelt in Mäusen, die transgen für den humanen Diphtheriatoxin-Rezeptor sind, LysMiDTR Mäuse) vor der ATII-induzierten vaskulären Dysfunktion und arterieller Hypertonie, und kann durch adoptiven Zelltransfer von Wildtyp Monozyten wiederhergestellt werden. In meiner Arbeit konnte ich zeigen, dass die Rekonstitution von Monozyten-depletierten LysMiDTR Mäusen mit Wildtyp Monozyten den Phänotyp der vaskulären Dysfunktion wiederherstellen kann, die Rekonstitution mit gp91phox-/y oder Agtr1-/- Monozyten jedoch nicht. Die Hypertonus-mediierenden Effekte dieser infiltrierenden Monozyten scheinen demnach von der intakten ATII und NADPH Oxidase Signalübertragung in diesen Zellen abhängig zu sein. Vermutlich ebenfalls für die Aktivierung der Monozyten funktionell wichtig sind IFN-gamma, produziert durch NK-Zellen, und der Transkriptionsfaktor T-bet (T-box expressed in T cells), exprimiert von NK-Zellen und Monozyten. IFN-gamma-/- Mäuse waren partiell geschützt vor der ATII-induzierten vaskulären Dysfunktion und charakterisiert durch reduzierte Level an Superoxid im Gefäß im Vergleich zu ATII-infundierten Wildtyp Mäusen. IFN-gamma-/- und T-bet defiziente Tbx21-/- Mäuse zeichneten sich ferner durch eine reduzierte ATII-mediierte Rekrutierung von NK1.1+ NK-Zellen, als ein Hautproduzent von IFN-gamma, sowie CD11b+GR-1low Interleukin-12 (IL-12) kompetenten Monozyten aus. Durch Depletions- und adoptive Transferexperimente konnte ich in dieser Arbeit NK-Zellen als essentielle Mitstreiter in der vaskulären Dysfunktion identifizieren und stellte fest, dass T-bet+LysM+ myelomonozytäre Zellen für die NK-Zellrekrutierung in die Gefäßwand und lokale IFN-gamma Produktion benötigt werden. Damit wurde erstmals NK-Zellen eine essentielle Rolle in der ATII-induzierten vaskulären Dysfunktion zugeschrieben. Außerdem wurde der T-bet-IFN-gamma Signalweg und die gegenseitige Monozyten-NK-Zellaktivierung als ein potentielles therapeutisches Ziel in kardiovaskulären Erkrankungen aufgedeckt. Des Weiteren identifizierte ich in meiner Arbeit MyD88 als ein zentrales Signalmolekül in der ATII-getriebenen Inflammation und vaskulären Gefäßschädigung. MyD88 Defizienz reduzierte den ATII-induzierten Anstieg des systolischen Blutdrucks und die endotheliale und glattmuskuläre vaskuläre Dysfunktion. Zusätzlich waren die vaskuläre Superoxid-Bildung sowie die Expressionslevel der NADPH Oxidase, der wichtigsten Quelle für oxidativem Stress im Gefäß, in ATII-infundierten MyD88-/- Mäusen im Vergleich zum Wildtyp reduziert. Mit Hilfe von durchflusszytometrischen Analysen deckte ich zudem auf, dass die ATII-induzierte Einwanderung von CD45+ Leukozyten, insbesondere CD11b+Ly6G-Ly6Chigh inflammatorischen Monozyten in MyD88-/- Mäusen signifikant abgeschwächt war. Diese Resultate wurden durch immunhistochemische Untersuchung von Aortengewebe auf CD68+, F4/80+ und Nox2+ Makrophagen/Phagozyten sowie Expressionsanalysen von Inflammationsmarkern untermauert. Analysen der mRNA Expression in Aortengewebe zeigten ferner eine in Wildtyp Mäusen nach ATII Infusion tendenziell gesteigerte Expression von inflammatorischen Monozytenmakern sowie eine abnehmende Expression von reparativen Monozytenmarken, während dieser Shift zu einem proinflammatorsichen Phänotyp in MyD88-/- blockiert zu sein schien. Dies zeigt eine Rolle von MyD88 in der terminalen Differenzierung von myelomonozytären Zellen an. Um dies weitergehend zu untersuchen und aufzudecken, ob die MyD88 Effekte abhängig sind von Zellen der hämatopoetischen Linie oder Gewebszellen, wurden Knochenmarktransferexperimente durchgeführt. MyD88 Defizienz in Knochenmark-abstammende Zellen reduzierte die ATII-induzierte vaskuläre Dysfunktion und Infiltration der Gefäßwand mit CD45+ Leukozyten und inflammatorischen myelomonozytären Zellen. Die protektiven Effekte der MyD88 Defizienz in der Angiotensin II-induzierten Inflammation konnten nicht auf Signalwege über die Toll-like Rezeptoren TLR2, -7 oder -9 zurückgeführt werden, wie die Untersuchung der vaskulären Reaktivität entsprechender Knockout Mäuse zeigte. Zusammenfassend konnte ich in meiner Arbeit zeigen, dass die Infiltration der Gefäßwand mit Nox2+AT1R+T-bet+MyD88+ myelomonozytären Zellen und die Wechselwirkung und gegenseitige Aktivierung dieser Zellen mit IFN-gamma produzierenden NK-Zellen eine zentrale Bedeutung in der Pathogenese der Angiotensin II (ATII)-induzierten vaskulären Dysfunktion, Inflammation und arteriellen Hypertonie einnehmen.

Esophageal Dilation in Eosinophilic Esophagitis: Effectiveness, Safety, and Impact on the Underlying Inflammation

Esophageal dilation often leads to long-lasting relief of dysphagia in eosinophilic esophagitis (EoE). The aim of this study was to define the effectiveness, safety, and patient acceptance of esophageal dilation in EoE. In addition, we examined the influence of dilation on the underlying esophageal inflammation.

Oxidative stress and inflammation response after nanoparticle exposure: differences between human lung cell monocultures and an advanced three-dimensional model of the human epithelial airways

Combustion-derived and manufactured nanoparticles (NPs) are known to provoke oxidative stress and inflammatory responses in human lung cells; therefore, they play an important role during the development of adverse health effects. As the lungs are composed of more than 40 different cell types, it is of particular interest to perform toxicological studies with co-cultures systems, rather than with monocultures of only one cell type, to gain a better understanding of complex cellular reactions upon exposure to toxic substances. Monocultures of A549 human epithelial lung cells, human monocyte-derived macrophages and monocyte-derived dendritic cells (MDDCs) as well as triple cell co-cultures consisting of all three cell types were exposed to combustion-derived NPs (diesel exhaust particles) and to manufactured NPs (titanium dioxide and single-walled carbon nanotubes). The penetration of particles into cells was analysed by transmission electron microscopy. The amount of intracellular reactive oxygen species (ROS), the total antioxidant capacity (TAC) and the production of tumour necrosis factor (TNF)-alpha and interleukin (IL)-8 were quantified. The results of the monocultures were summed with an adjustment for the number of each single cell type in the triple cell co-culture. All three particle types were found in all cell and culture types. The production of ROS was induced by all particle types in all cell cultures except in monocultures of MDDCs. The TAC and the (pro-)inflammatory reactions were not statistically significantly increased by particle exposure in any of the cell cultures. Interestingly, in the triple cell co-cultures, the TAC and IL-8 concentrations were lower and the TNF-alpha concentrations were higher than the expected values calculated from the monocultures. The interplay of different lung cell types seems to substantially modulate the oxidative stress and the inflammatory responses after NP exposure.

Inflammation as a psychophysiological biomarker in chronic psychosocial stress

The measurement of inflammation by biomarkers not only documents clinically relevant infections but also offers an important tool to pin point potentially harmful effects of chronic psychosocial stressors. This article focuses firstly on basic biology of inflammation and lists main biomarkers currently used in psycho-physiologic research. In the second part, the effects of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis and the autonomic nervous system as pathways modulating stress-related inflammation are discussed. Furthermore, current evidence of how chronic psychosocial stressors are related to alterations in inflammatory activity is presented. In summary, job stress, low socioeconomic status, childhood adversities as well as life events, caregiver stress, and loneliness were all shown to exert effects on immunologic activity.

TNF suppresses acute intestinal inflammation by inducing local glucocorticoid synthesis

Although tumor necrosis factor (alpha) (TNF) exerts proinflammatory activities in a variety of diseases, including inflammatory bowel disease, there is increasing evidence for antiinflammatory actions of TNF. In contrast, glucocorticoids (GCs) are steroid hormones that suppress inflammation, at least in part by regulating the expression and action of TNF. We report that TNF induces extraadrenal production of immunoregulatory GCs in the intestinal mucosa during acute intestinal inflammation. The absence of TNF results in a lack of colonic GC synthesis and exacerbation of dextran sodium sulfate-induced colitis. TNF seems to promote local steroidogenesis by directly inducing steroidogenic enzymes in intestinal epithelial cells. Therapeutic administration of TNF induces GC synthesis in oxazolone-induced colitis and ameliorates intestinal inflammation, whereas inhibition of intestinal GC synthesis abrogates the therapeutic effect of TNF. These data show that TNF suppresses the pathogenesis of acute intestinal inflammation by promoting local steroidogenesis.

Tumor necrosis factor sensitizes primary murine hepatocytes to Fas/CD95-induced apoptosis in a Bim- and Bid-dependent manner

Fas/CD95 is a critical mediator of cell death in many chronic and acute liver diseases and induces apoptosis in primary hepatocytes in vitro. In contrast, the proinflammatory cytokine tumor necrosis factor α (TNFα) fails to provoke cell death in isolated hepatocytes but has been implicated in hepatocyte apoptosis during liver diseases associated with chronic inflammation. Here we report that TNFα sensitizes primary murine hepatocytes cultured on collagen to Fas ligand (FasL)-induced apoptosis. This synergism is time-dependent and is specifically mediated by TNFα. Fas itself is essential for the sensitization, but neither Fas up-regulation nor endogenous FasL is responsible for this effect. Although FasL is shown to induce Bid-independent apoptosis in hepatocytes cultured on collagen, the sensitizing effect of TNFα is clearly dependent on Bid. Moreover, both c-Jun N-terminal kinase activation and Bim, another B cell lymphoma 2 homology domain 3 (BH3)-only protein, are crucial mediators of TNFα-induced apoptosis sensitization. Bim and Bid activate the mitochondrial amplification loop and induce cytochrome c release, a hallmark of type II apoptosis. The mechanism of TNFα-induced sensitization is supported by a mathematical model that correctly reproduces the biological findings. Finally, our results are physiologically relevant because TNFα also induces sensitivity to agonistic anti-Fas-induced liver damage. CONCLUSION: Our data suggest that TNFα can cooperate with FasL to induce hepatocyte apoptosis by activating the BH3-only proteins Bim and Bid.

Alveolar inflammation in cystic fibrosis

In infected lungs of the cystic fibrosis (CF) patients, opportunistic pathogens and mutated cystic fibrosis transmembrane conductance regulator protein (CFTR) contribute to chronic airway inflammation that is characterized by neutrophil/macrophage infiltration, cytokine release and ceramide accumulation. We sought to investigate CF lung inflammation in the alveoli.

Relating the physicochemical characteristics and dispersion of multiwalled carbon nanotubes in different suspension media to their oxidative reactivity in vitro and inflammation in vivo

Reactive oxygen species (ROS) production is important in the toxicity of pathogenic particles such as fibres. We examined the oxidative potential of straight (50 microm and 10 microm) and tangled carbon nanotubes in a cell free assay, in vitro and in vivo using different dispersants. The cell free oxidative potential of tangled nanotubes was higher than for the straight fibres. In cultured macrophages tangled tubes exhibited significantly more ROS at 30 min, while straight tubes increased ROS at 4 h. ROS was significantly higher in bronchoalveolar lavage cells of animals instilled with tangled and 10 mum straight fibres, whereas the number of neutrophils increased only in animals treated with the long tubes. Addition of dispersants in the suspension media lead to enhanced ROS detection by entangled tubes in the cell-free system. Tangled fibres generated more ROS in a cell-free system and in cultured cells, while straight fibres generated a slower but more prolonged effect in animals.

Prolonged inflammation following critical illness may impair long-term survival: a hypothesis with potential therapeutic implications

Despite successful intensive care a substantial portion of critically ill patients dies after discharge from the intensive care unit or hospital. Observational studies investigating long-term survival of critically ill patients reported that most deaths occur during the first months or year after discharge. Only limited data on the causes of impaired quality of life and post-intensive care unit deaths exist in the current literature. In this manuscript we hypothesize that the acute inflammatory response which characteristically accompanies critical illness is ensued by a prolonged imbalance or activation of the immune system. Such a chronic low-grade inflammatory response to critical illness may be sub-clinical and persist for a variable period of time after discharge from the intensive care unit and hospital. Chronic inflammation is a well-recognized risk factor for long-term morbidity and mortality, particularly from cardiovascular causes, and may thus partly contribute to the impaired quality of life as well as increased morbidity and mortality following intensive care unit and hospital discharge of critically ill patients. Assuming that critical illness is indeed followed by a prolonged inflammatory response, important implications for treatment would arise. An interesting and potentially beneficial therapy could be the administration of immune-modulating drugs during the time after intensive care unit or hospital discharge until chronic inflammation has subsided. Statins are well-investigated and effective drugs to attenuate chronic inflammation and could potentially also improve long-term outcome of critically ill patients after intensive care unit or hospital discharge. Future studies evaluating the course of inflammation during and after critical illness as well as its response to statin therapy are required.

Immunohistochemical localization of osteoclastogenic cell mediators in feline tooth resorption and healthy teeth

Tooth resorption is among the most common and most challenging problems in feline dentistry It is a progressive disease eventually leading to tooth loss and often root replacement. The etiology of moth resorption remains obscure and to date no effective therapeutic approach is known. The present study is aimed at assessing the reliability of radiographic imaging and addressing the possible involvement of receptor activator of NF kappa B (RANK), its ligand (RANKL), and osteoprotegerin (OPG) in the process of tooth resorption. Teeth from 8 cats were investigated by means of radiographs and paraffin sections followed by immunolabeling. Six cats were diagnosed with tooth resorption based on histopathologic and radiographic findings. Samples were classified according to a four-stage diagnostic system. Radiologic assessment of tooth resorption correlated very strongly with histopathologic findings. Tooth resorption was accompanied by a strong staining with all three antibodies used, especially with anti-RANK and anti-RANKL antibodies. The presence of OPG and RANKL at the resorption site is indicative of repair attempts by fibroblasts and stromal cells. These findings should be extended by further investigations in order to elucidate the pathophysiologic processes underlying tooth resorption that might lead to prophylactic and/or therapeutic measures. J Vet Dent 27(2); 75 - 83, 2010