Expression und Ko-lokalisation von IL-23, IL-23-Rezeptoren und IL-17 auf Makrophagen, Dendritischen Zellen und T-Zellen der Lunge sowie deren potenzielle Bedeutung in allergischer Atemwegsentzündung in einem HDM-Mausmodell

Abstract

Einleitung: Bei Asthma bronchiale handelt es sich um eine variable, reversible Verengung der Atemwege, ausgelöst durch entzündliche Prozesse innerhalb der Lunge. Das proinflammatorische Interleukin 23 (IL-23) und der Interleukin-23-Rezeptor (IL-23R) erhöhen über verschiedene nachgeschaltete Signalkaskaden die Interleukin 17-Konzentration bei allergischer Atemwegserkrankung. Interleukin 17 wiederum induziert die neutrophile In-flammation innerhalb der Lunge. Dieser Mechanismus wird oft in schweren, steroid-resistenten Formen des Asthmas bronchiale beobachtet. Aus diesem Grund erscheint ein besseres Verständnis dieser Interleukin-23-Interleukin-17-Achse für zukünftige Therapiestrategien, wel-che die neutrophile Komponente, bzw. neutrophile Phänotypen der Asthmaerkrankung tar-getieren, von großer Bedeutung. Diese Arbeit befasst sich mit der Expression des Interleukin-23-Rezeptors durch verschiedene Immunzellen innerhalb der Lunge im house-dust-mite-Mausmodell. Methoden: Zur Induktion einer allergischen Atemwegsreaktion wurde weiblichen Mäusen intranasal Haus-staubmilbenextrakt appliziert. Nach sieben Wochen erfolgte die Entnahme beider Lungenflü-gel, sowie des Blutvolumens der einzelnen Versuchstiere. Die Atemwegsinflammation wurde mittels Bestimmung von Gesamt-IgE im Serum, sowie his-topathologischer Analyse des Lungengewebes quantifiziert. Die Konzentration von IL-23 und IL-17 im Lungenhomogenat wurde mittels Sandwich-ELISA bestimmt. Nachfolgend wurde die Dichte von neutrophilen Granulozyten im Lungenparenchym, durch Immunfluoreszenzfärbung mit Antikörpern gegenüber neutrophiler Elastase bestimmt. Zur Identifikation IL-23-produzierender Zellen im Lungengewebe erfolgte eine Immunfluores-zenz durch die Kombination von Antikörpern gegen IL-23, F4/80 und CD11c. Die Identifikation und Quantifizierung von IL-23R-positiven Immunzellen der Lunge erfolgte durch Immunfluo-reszenz. Kombiniert wurde hierbei folgende Antikörper: - IL-23R + CD4 - IL-23R + F4/80 + CD11c - IL-23R + F4/80 + iNOS - IL-23R + F4/80 + RELMα - IL-23R + CD38 + c-Myc Anschließend wurde eine Überprüfung einer möglichen Ko-Lokalisation von IL-23R und IL-17, ebenfalls mittels Immunfluoreszenz durchgeführt. Ergebnisse: HDM-behandelte Versuchstiere zeigten höhere Konzentrationen an Gesamt-IgE und IL-23 im Lungenhomogenat. Ebenfalls konnten bei diesen Tieren eine erhöhte Epitheldicke, eine signi-fikante Becherzell-Hyperplasie, sowie eine höhere Dichte an Neutrophile Elastase- positiven Zellen im Lungenparenchym nachgewiesen werden. Nur ein sehr geringer Anteil von IL-23R-exprimierenden CD3-positiven Zellen konnte bestimmt werden. Im Gegensatz dazu wiesen F4/80-positive Makrophagen und F4/80-CD11c+ Dendriti-sche Zellen eine höherfrequente IL-23R-Positivität auf. Bei HDM-behandelten Tieren wiesen lediglich Makrophagen eine signifikante Hochregulation der IL-23R-Expression auf. Eine IL-23R-Expression wurde bei jeder untersuchten Makrophagen-Subpopulation nachge-wiesen. Wobei Mϕ1 und Hybride zwischen Mϕ1- und Mϕ2- Phänotyp eine Hochregulation von IL-23R aufwiesen. Zusätzlich wurde eine Ko-Lokalisation von IL-23R und IL-17 bei F4/80+ Makrophagen nachgewiesen. Diskussion: Die HDM-Behandlung induzierte eine Atemwegsentzündung, inklusive einer signifikanten Neutrophilie. Die Mechanismen des neutrophilen Influx in das Lungenparenchym sind weiter-hin nicht komplett entschlüsselt. Jedoch besteht seit einigen Jahren die Hypothese, dass eine IL-23/IL-17 Dysregulation eine wesentliche Rolle hierbei spielt. Aufgrund der Tatsache, dass eine höhere Konzentration von IL-23 im Lungenhomogenat und ein höherer Prozentsatz IL-23R-positiver Makrophagen in der HDM-Gruppe nachgewiesen werden konnte, könnte dies eine Bekräftigung dieser These darstellen. Entgegen der Erwartungen zeigte sich keine relevante IL-23R-Hochregulation durch CD3+ T-Zellen und CD11c+ F4/80- Dendritische Zellen. Sodass von einer untergeordneten Rolle die-ser Zellen im Gegensatz zu den F4/80+ Makrophagen ausgegangen werden kann. Die Ko-Lokalisation von IL-23R und IL-17 auf Makrophagen könnte darauf hinweisen, eine Lymphozyten-unabhängige, rein durch Makrophagen ausgelöste, IL-23-abhängige IL-17-Produktion existiert.

Introduction: Bronchial Asthma is defined as a variable, reversible constriction of the airways, caused by inflammatory processes within the lung. In allergic airway disease, proinflammatory interleukin 23 and its specific interleukin-23-Re-ceptor increase, through variable mechanisms, the concentration of interleukin 17. Interleukin 17 induces a neutrophilic inflammation of the lung. These mechanisms are often observed in severe, steroid-resistant forms of bronchial asthma. For that reason, understanding these IL-23/IL-17-axis seems to be very important for future therapy-strategies, targeting the neutrophil component of asthma. The underlying project deals with expression of interleukin-23-receptors of the different leukocytes of the lung in HDM-mouse-model. Methods: To induce allergic allergic airway inflammation, female C57B16J-mice received house-dust-mite extract intranasally. After seven weeks the lungs and blood of the animals were harvested. Airway inflammation was quantified by determining the concentrations of total serum-IgE and by histopathologic analysis of lung tissue. The concentration of IL-23 and IL-17 in lung homog-enate was measured using sandwich-ELISA. Afterwards, density of neutrophil granulocytes in lung parenchyma was determined using immunofluorescence-staining with antibodies against neutrophile elastasis. Identification of IL-23 producing cells in lung-tissue was performed by Immunofluorescence-staining using antibodies against IL-23, F4/80 and CD11c. The identification and quantification of IL-23R-positive leukocytes was performed using immunofluorescence as well. The following combinations of antibodies were used: - IL-23R + CD4 - IL-23R + F4/80 + CD11c - IL-23R + F4/80 + iNOS - IL-23R + F4/80 + RELMα - IL-23R + CD38 + c-Myc Subsequent, the co-localisation of IL-23R and IL-17 was tested, also using immunofluores-cence. Results: HDM-treated animals exhibited higher concentration of total IgE in serum and IL-23 in lung homogenate. Additionally, these mice showed an increased epithelial thickness, a significant goblet-cell-hyperplasia and higher density of neutrophil elastasis – positive cells per lung pa-renchyma. Only a small amount of IL-23R-expressing CD3-positive cells could be counted. In contrast, F4/80-positive macrophages and F4/80-CD11c+ dendritic cells exhibited a more frequently IL-23R-positivity. In HDM-treated animals, only macrophages showed an upregulation of IL-23-R-expression. IL-23R expression was observed in every macrophage-subpopulation. Mϕ1 and hybrids be-tween Mϕ1 and Mϕ2-phenotype exhibited an upregulation of IL-23R. Additionally, a co-locali-zation of IL-23R and IL-17 in F4/80+ machrophages was detected. Discussion: HDM-treatment induced allergic airway inflammation, including significant neutrophilia. The mechanisms of neutrophil influx in lung-parenchyma are still not completely understood. Since a few years, there is a thesis, that IL-23/IL-17 dysregulation could play a major role. Because of a higher concentration of IL-23 in lung homogenate and an increased percentage of IL-23R-positive macrophages in HDM-treated mice, this thesis could be supported. Against the expectations, CD3+ T-cells and CD11c+ F4/80- dendritic cells showed no upregu-lation of IL-23R. This could reveal a minor part of these cells, in contrast to F4/80+ macro-phages. Co-localization of IL-23R and IL-17 by macrophages could indicate a lymphocyte-independent, only macrophage derived, IL-23 dependent IL-17 production.