Die Bedeutung des angeborenen Immunrezeptors CD14 in der Pathogenese der experimentellen Multiplen Sklerose

Abstract

1.1 Zusammenfassung Die Bedeutung des angeborenen Immunrezeptors CD14 in der Pathogenese der experimentellen Multiplen Sklerose Die Multiple Sklerose ist die häufigste chronische, neurodegenerative, autoimmun vermittelte Erkrankung des jungen Erwachsenenalters. Sie ist gekennzeichnet durch eine Infiltration autoimmuner Zellen ins Zentralnervensystem, die dort zu einer Inflammation, neuronalen Degeneration und Bildung gliotischer Narben führen. Ein Großteil der pathophysiologischen Verständnisse der Multiplen Sklerose konnte durch Studien am Tiermodell, der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis, gewonnen werden. Betrachtet man die Pathophysiologie der Erkrankung, so spielen insbesondere die Aktivierung autoimmuner Zellen in der Peripherie und die anschließende Migration über die entzündlich veränderte Blut-Hirn-Schranke eine entscheidende Rolle. Die Einwanderung der Zellen ins Zentralnervensystem folgt hierbei einem komplexen Mechanismus, bei dem Adhäsionsmoleküle der Lymphozyten und des Endothels interagieren. Im Zentralnervensystem bewirken die autoimmunen Zellen letztendlich die weitere Freisetzung proinflammatorischer Zytokine und Chemokine, die gemeinsam eine Demyelinisierung mit Verlust der saltatorischen Erregungsfortleitung, Axon- und Oligodendrozytenschädigung verursachen. Obwohl die genaue Pathogenese bisher nicht geklärt ist, geht man bei der Multiplen Sklerose von einer CD4+ T-Zell-vermittelten Erkrankung aus. Zwischenzeitlich gibt es jedoch immer mehr Hinweise, dass auch das angeborene Immunsystem bei der Krankheitsentstehung eine wichtige Rolle spielt. Es ist bekannt, dass der Lipopolysaccharidrezeptor CD14, ein Rezeptor des angeborenen Immunsystems, die Pathophysiologie der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis beeinflusst. CD14-defiziente Mäuse zeigten eine Zunahme der klinischen Symptomatik nach Induktion einer experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis sowie histopathologisch vermehrte entzündliche Infiltrate in Hirn und Rückenmark. Die pathophysiologischen Schritte dieser Erkenntnisse sind bis jetzt nicht geklärt. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte daher die Untersuchung der Lymphozyten-Aktivierung, insbesondere der kostimulatorischen Moleküle CTLA-4 und CD28, sowie der Zellmigration über die Blut-Hirn-Schranke mit Durchführung von in vitro Adhäsions- und Transmigrationstests. In den Ergebnissen sahen wir nach Induktion der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis in vitro eine signifikant erhöhte Migration von Lymphozyten aus CD14-defizienten Mäusen gegenüber ihrer Wildtypkontrolle durch Endothelzellen am Peak der Erkrankung. Hingegen zeigte sich im Adhärenzverhalten in den in vitro Adhäsionstests kein Unterschied zwischen beiden Gruppen. Auch konnte durchflusszytometrisch eine veränderte Expression der Zellaktivierungsmoleküle TCR/CTLA-4 oder TCR/CD28 sowie der für die Adhäsion und Migration relevanten Integrine LFA-1 und α4-Integrin auf Lymphozyten von CD14-defizienten Mäusen ausgeschlossen werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen auf eine entscheidende Rolle des CD14 Rezeptors bei der Migration von Zellen ins Zentralnervensystem im Rahmen einer experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis hin und zeigen erneut die Relevanz der angeborenen Immunrezeptoren bei erworbenen Autoimmunerkrankungen wie beispielsweise der Multiplen Sklerose.

1.2 Summary The Role of the innate immune receptor CD14 in the pathogenesis of experimental multiple sclerosis Multiple sclerosis is the most common chronic, autoimmune, neurodegenerative disease in young adults and is characterized by an infiltration of autoimmune cells into the central nervous system, leading to inflammation, subsequent neurodegeneration and formation of gliotic scars. Most of the pathophysiological understanding has been gained by its animal model experimental autoimmune encephalomyelitis. Pathophysiologically, the peripheral activation of autoimmune cells and the migration across the inflamed blood-brain barrier are crucial steps in the development of the disease. Migration of cells into the parenchyma of the central nervous system follows a complex multi-step process involving interactions between complementary adhesion molecules on the surfaces of lymphocytes and endothelial cells. Finally, in the central nervous system autoimmune cells provoke secretion of proinflammatory cytokines and chemokines, leading to demyelination with loss of saltatory conduction, axonal and oligodendrocyte damage. Although the cause of the disease is presently still unknown, multiple sclerosis is considered as a CD4+ T cell mediated disease. In the meantime, however, there are several findings that support a disease-promoting role of the innate immune system. It has been described that the lipopolysaccharide receptor CD14, a receptor of the innate immune system, plays a central role in experimental autoimmune encephalomyelitis development. CD14-deficiency resulted in an increased disease severity and enhanced inflammatory infiltration in brain and spinal cord during experimental autoimmune encephalomyelitis. Up to now, the pathophysiological mechanism remains unclear. In the current study, we further investigated the causes of this disease aggravation by CD14-deficiency and examined lymphocyte activation, focusing on the costimulatory molecules CTLA-4 and CD28, and migration capacity over the blood brain barrier by in vitro adhesion and transmigration assays. In the results, we observed a significantly increased migration capability of lymphocytes from CD14-deficient mice compared to wildtype controls, when lymphocytes were isolated in the clinical phase of the experimental autoimmune encephalomyelitis. In contrast, we did not see any differences in adhesion capacity, using in vitro adhesion tests, between both groups. Additionally, there were no differences in expression levels of cell activation molecules TCR/CTLA-4 or TCR/CD28 and adhesion molecules LFA-1 und α4-integrin on lymphocytes from CD14-deficient mice. The results demonstrate an important role of the CD14 receptor in migration of lymphocytes into the central nervous system in experimental autoimmune encephalomyelitis and strengthen the importance of innate immune receptors in adaptive autoimmune disorders, such as multiple sclerosis.