Einleitung

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Die spontane Fehlgeburt ist eine der häufigsten Schwangerschaftskomplikationen beim Menschen. Neben genetischen, endokrinologischen, anatomischen und mikrobiologischen Ursachen für einen Spontanabort gibt es zahlreiche Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen immunologischen Dysbalancen und dem Auftreten eines Abortes (10% der Aborte).

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Eine pro-inflammatorische Aktivierung des Immunsystems im ersten Trimester der Schwangerschaft könnte auch im Zusammenhang mit Schwangerschaftskomplikationen des dritten Trimesters stehen, wie z. B. der Präeklampsie. Die Präeklampsie ist eine Schwangerschaftskomplikation, deren Kardinalsymptome Bluthochdruck und renale Dysfunktion (Proteinurie) sind. Die einem Abort beziehungsweise einer Präeklampsie vorangehenden immunologischen Trigger sind Gegenstand wissenschaftlicher Diskussion ebenso wie die Mechanismen, über die das Immunsystem den Abort oder die Präeklampsie auslöst. Um frühzeitig intervenieren oder zumindest aber symptomatisch therapieren zu können, ist es notwendig, die Abläufe eines Abortes und einer Präeklampsie zu kennen.

1.1  Grundlagen der Implantation eines Embryos – Der Beginn einer Schwangerschaft

1.1.1  Das Transplantationsmodell

In dem von Medawar 1953 postulierten Transplantationsmodell dominiert die Vorstellung, der Embryo, entstanden durch die Vereinigung gleicher Teile mütterlichen sowie väterlichen Erbgutes, sei ein „semi-allogenes Transplantat“ im Uterus der Mutter (Medawar 1953; Loke et al., 1998). Der Implantationsprozess des Embryos im Uterus der Mutter stelle daher einen erfolgreichen Transplantationsvorgang dar. Der unmittelbare Kontakt zwischen Embryo und Mutter wird durch eine Zellummantelung des Embryos bestehend aus den Trophoblastzellen vermittelt. Das mütterliche Blut (und folglich auch das mütterliche Immunsystem) steht demnach in keinem direkten Kontakt zu dem Embryo, sondern nur zu seiner Ummantelung, den Trophoblasten. Diese Ummantelung wird häufig mit einem Kokon verglichen, in dem der Embryo, sicher eingehüllt und geschützt, optimal heranwachsen kann. Anfang der neunziger Jahre wurde von Kovats et al. (1990) entdeckt, dass der Trophoblast keine klassischen Transplantationsoberflächenproteine, die „major histocompatibility complex“-Moleküle (im weiteren MHC-Moleküle), exprimiert. Der Trophoblast besitzt eine Sonderklasse dieser MHC-Moleküle: oligomorphe Antigene wie HLA-G (Human Leukocyte Antigen = MHC), HLA-E und HLA-F anstatt der klassischen HLA-A,-B,-C-Moleküle (Kovats et al., 1990; Verma et al., 1997; Loke et al., 1997). Die Expression von HLA-G ist für den Erfolg einer Schwangerschaft von großer Bedeutung, da HLA-G zum einen die Aktivität von CD56 positiven NK-Zellen bzw. CD 3 positiven T-Zellen (Le Gal et al., 1999) und zum anderen die Sekretion von TNF-α, einem Th1-Zytokin (1.2.2) durch NK-Zellen und T-Zellen hemmt (Maejima et al., 1997). Das völlige Fehlen dieser immunsuprimierenden Funktion durch das HLA-G auf der Zelloberfläche des Trophoblasten würde in der Abstoßung des Embryos als „non-self“ münden (missing-self Hypothese von Ljunggren et al., 1990). Die Malimplantation (1.1.2) des Embryos bei Präeklampsie kann möglicherweise auch auf die verminderte HLA-G-Expression des Trophoblasten zurückgeführt werden. Diese Sonderklasse der MHC-Moleküle ist also ein genialer „immunologischer Trick“, dessentwegen die Trophoblasten trotz semi-allogenen Ursprunges kontrolliert invasiv in mütterliches Gewebe vordringen können. Von immunologischer Relevanz für das Gelingen dieser „Transplantation“ sind auch die im ersten Trimenon anwesenden immunkompetenten Zellen: T-Zellen, Makrophagen und NK-Zellen sowie deren Botenstoffe, die Zytokine (Clark et al., 1978; Noun et al., 1989; Arck et al., 1997; Guimond et al., 1997). Um die patho-immunologische Konstellation des Spontanabortes und der Präeklampsie untersuchen zu können, müssen zunächst die pathophysiologischen Mechanismen der Malimplantation bei einem Abort beziehungsweise einer Präeklampsie genauer betrachten werden.

1.1.2 Die pathologische Implantation

Eine gemeinsame und häufig auftretende Pathologie in Spontanaborten und Präeklampsie ist die unzureichende Invasion der Trophoblasten in maternales Gewebe und Gefäße. Von besonderer Relevanz für den Verlauf einer Schwangerschaft ist der Erfolg der Invasion der Trophoblasten und somit der Implantation des Embryos. Bei der Invasion der Trophoblasten unterliegt die dem Embryo zugewandte Seite des Uterus, das mütterliche Endometrium, einer Umwandlung — Dezidualisation — wodurch sich der Uterus den Bedürfnissen des Embryos optimal anpasst. Die Implantation zeigt einen zweiphasigen Verlauf: In der ersten Phase, die im ersten Trimenon der Schwangerschaft stattfindet, invadieren die Syncytiotrophoblastzellen das mütterliche Endometrium (Dezidua basalis) und eröffnen dort maternale Spiralarterien, ohne größere Blutungen oder starke Gerinnungsaktivität hervorzurufen (Sheppard et al., 1974a; Sheppard et al., 1974b). Nach der Eröffnung der Gefäße fusionieren die Syncytiotrophoblastzellen und formieren ein Syncytium, das mit dem maternalen Blut in Kontakt steht und einen intraluminalen Pfropf darstellt. Des Weiteren invadieren die Cytotrophoblastzellen die Media der Spiralarterien, um so den Druck und das fließende Blutvolumen in den Gefäßen zu reduzieren. Währenddessen bilden die intraluminalen Trophoblasten eine feste Verankerung mit der dezidualen Matrix (Khong et al., 1986; Pijnenborg et al., 1991; Pijnenborg et al., 1996). Wenn sich diese intraluminalen Pfropfen langsam aufgelöst haben, dringen die Trophoblasten weiter in die arterielle Gefäßwand ein, ersetzen das Endothel und zerstören dabei gleichzeitig die Media, wodurch diese arteriellen Druckgefäße mit hohem Widerstand zu arteriellen Gefäßen mit großem Durchmesser und geringem Druck umgewandelt werden. Scheitert diese erste Welle der Invasion, könnte ein Abort eines chromosomal unauffälligen Embryos erfolgen (Khong et al., 1987).

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Abbildung 1: Trophoblasteninvasion während der Frühschwangerschaft
Cytotrophoblasten invadieren in mütterliches Gewebe, insbesondere in mütterliche Gefäße. Dort kleiden sie die Gefäßwand luminal aus, wobei sie das Integrinmuster der mütterlichen Endothelzellen imitieren.
(modifiziert nach Zhou et al. 1997)

In dem frühen zweiten Trimester findet die zweite Welle der Implantation statt, bei der die

Trophoblasten tiefer in das mütterliche Gewebe invadieren – in das Myometrium (Sheppard et al., 1976; Khong et al., 1986). Ziel dieser zweiten Invasionswelle der Trophoblasten sind die myometrialen Spiralarterien. Die Invasion bewirkt eine Dilatation der Spiralarterien und ermöglicht somit eine ausreichende Blutzufuhr, ohne eine gleichzeitige Erhöhung des systemischen Blutdruckes im dritten Trimester zu verursachen. In dieser Phase der Schwangerschaft nimmt der Embryo primär an Größe zu und hat daher einen stark erhöhten Bedarf an Nährstoffen. Eine unzulängliche zweite Invasion könnte zu intrauterinen Wachstumsretardierungen führen. Ein möglicher Kompensationsmechanismus einer unzureichenden zweiten Invasion wäre die Erhöhung des maternalen Blutdrucks, gefördert durch die Ausschüttung von Vasopressoren wie zum Beispiel Endothelin. Pathophysiologisch führt die unzulängliche Versorgung des Feten durch eine mangelnde Perfusion der Plazenta zu hypoxischen Trophoblasten, die daraufhin Membranvesikel sezernieren, die toxische und vasopressorische Substanzen gespeichert haben. Diese Ausschüttung vasopressorischer Substanzen als Reaktion auf plazentare Hypoxie führt zu einem der Kardinalsymptome der Präeklampsie: dem schwangerschaftsinduzierten Bluthochdruck (Johansen et al., 1999).

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Abbildung 2: Uteroplazentare Zirkulation
Dargestellt ist die Umwandlung der maternalen Spiralarterien von Hochwiderstandsgefäßen in Gefäße mit niedrigem Widerstand bei weitem Gefäßdurchmesser. Diese Umwandlung wird durch die eingewanderten Trophoblasten, die das Integrinprofil der mütterlichen Endothelzellen imitieren, gesteuert (siehe auch Abbildung 1). (modifiziert nach Zhou, 1997)

Eine unzulängliche Invasion mütterlicher Gefäße durch die Trophoblasten gefährdet die optimale Versorgung des Embryo/Fötus und kann somit zur Hypoxie und anderen Fehlregulationen führen, die einerseits in der Frühschwangerschaft einen Abort oder in der Spätschwangerschaft die Entwicklung einer Präeklampsie auslösen können.

1.2 Immunologische Grundlagen einer Schwangerschaft

1.2.1  Das Th 1 /Th 2 -Paradigma

Bei der Differenzierung von T-Zellen gibt es zwei mögliche Profile. Durch die Einwirkung unterschiedlicher Zytokine kann sich aus der T-Helferzelle eine Th1-Zelle oder eine Th2-Zelle entwickeln. Die Th1-Entwicklung wird durch die Anwesenheit von IL-12 und IFN-γ gefördert, wohingegen die Zytokine IL-4 und IL-5 eine Th2-Entwicklung begünstigen. Die Th1-Zelle zeichnet sich durch die Entwicklung und Förderung eines inflammatorischen Milieus aus, unter anderem durch die Aktivierung und Rekrutierung von Makrophagen und anderen immunkompetenten Zellen, welche inflammatorische Zytokine sezernieren (z.B. IFN-γ, IL-3 etc.). Die Th2-Zelle aktiviert B-Lympohzyten, Mastzellen und eosinophile Granulozyten, wodurch die Produktion von Antikörpern angeregt wird. Charakteristische Zytokine einer Th2-Immunantwort sind IL-4 und IL-10 (Roitt et al., 1998).

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Seit Mitte der neunziger Jahre wird Schwangerschaft als ein Th2-Phänomen angesehen (Lin et al., 1993). Diese Hypothese beruht unter anderem auf der Beobachtung, dass trächtige C57BL/6-Mäuse, die gleichzeitig mit dem Leishmania major-Erreger infiziert waren, durch eine Th1-Immunantwort zwar die Infektion erfolgreich bekämpfen konnten, diese erfolgreiche Ausheilung der Leishmania major-Infektion aber mit einem Abort einherging. Trugen die Tiere aus bedingte diese Immunkonstellation (Th2-Immunantwort) die Persistenz der L.major-Infektion (Krishnan et al., 1996a; Krishnan et al., 1996b). Besonders der Spontanabort als auch die Präeklampsie scheinen zwei Schwangerschaftskomplikationen zu sein, für die eine Th1-Dominanz charakteristisch ist (Clark et al., 1994; Hill et al., 1995; Piccini et al., 1996; Jones et al., 1997; Raghupathy et al., 1999; Saito et al., 1999). Zu den Th1-Zytokinen zählen IFN-γ, TNF-α, IL-1 und IL-2 (Roitt et al., 1998). Als ein schwangerschaftsprotektives Zytokin gilt TGF-β2, weil es immunsuppremierende Eigenschaften besitzt (Arck et al., 1995; Clark et al., 1999). Durch neuere Daten wird die traditionelle Vorstellung von den Th1-Zytokinen als generell schwangerschaftsgefährdend aufgeweicht und es scheint, dass die generelle Kategorisierung der Th1-Zytokine als abortogen in einigen Aspekten eine zu starke Simplifizierung darstellt (Chaouat et al., 2002).

Entscheidend ist aber die Erkenntnis, dass viele Schwangerschaftskomplikationen mit einem Überwiegen der Th1-Zytokine in Zusammenhang stehen. Die genauere Untersuchung der Rolle der Zytokine in der Schwangerschaft ist somit weiterhin Gegenstand wissenschaftlicher Diskussion.

1.2.2 Die Rolle der Th 1 -Zytokine in der Schwangerschaft

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Wenn man sich die Th2>Th1-Hypothese für den Erfolg einer Schwangerschaft vor Augen führt, so ist die Immunkonstellation, die eine Th1-Immunantwort auslöst, von besonderem Interesse. Als einer der potentesten Trigger einer Th1-Immunantwort wird das Interleukin 12 diskutiert, unter anderem durch die IL-12 vermittelte Produktion großer Mengen an IFN-γ (Seder et al., 1993; Trichnieri et al., 1996; Fantuzzi et al., 1999). Hauptsächliche Quelle von Interleukin 12 sind die antigenpräsentierenden Zellen, kurz APZ. Deren IL-12-Produktion kann zum einen abhängig von T-Zellen und zum anderen unabhängig von T-Zellen geschehen. Es ist gezeigt worden, dass die Expression von IL-12 mRNA in der Dezidua von trächtigen Mäusen in einem engen Zusammenhang mit der Expression von IFN-γ mRNA steht (Haddad et al., 1997). Diese Zytokinkonstellation — IL-12 ↑, IFN-γ↑— führt zur Aktivierung von Makrophagen mit darauffolgender Expression von TNF-α mRNA und iNOS mRNA, wodurch ein embryotoxisches Milieu entsteht (Haddad et al., 1997). IFN-γ scheint in der Schwangerschaft eine ambivalente Rolle zu spielen: Zum einem können NK-Zellen IFN-γ sezernieren, wodurch Makrophagen stimuliert werden, welche als wichtige Quelle des aggressiv embryotoxischen NO angesehen werden (Haddad et al., 1997; Athanassakis et al., 1999). Des Weiteren scheint IFN-γ wichtig in der Vermittlung von LPS abhängigen Resorptionen in Mäusen zu sein, da eine LPS-Stimulation in IFN-γ defizienten, trächtigen Mäusen keine Resorptionen auszulösen vermochte (Haddad et al., 1997). In humanen Studien konnte IFN-γ in uterinen Zellen, insbesondere in polymorphonuklearen Neutrophilen, beobachtet werden und trat vermehrt nach Stimulation durch IL-12, LPS und TNF-α auf (Yeaman et al., 1998). Zum anderen scheint IFN-γ aber auch eine bedeutende Funktionen für den erfolgreichen Verlauf einer Schwangerschaft zu haben: Neuere Daten im Tiermodell zeigen, dass uNK-Zellen, eine hochspezialisierte Lymphozytensubpopulation, einen entscheidenden Beitrag in der schwangerschaftsassoziierten Modifikation uteriner Gefäße für die adäquate Dezidualisation leisten (Ahkar et al., 2000). Diese schwangerschaftsadaptive Modifikation wird durch eine von IFN-γ gesteuerte Genregulation vermittelt und nimmt Einfluss auf das Wachstum der Plazenta. Auch bei humanen CD56 Zellen (NK-Zellen) konnte eine ähnliche Funktion beschrieben werden (Croy et al., 2000).

Entscheidende Impulse zur Charakterisierung der Wirkung von Th1-Zytokinen auf den Verlauf einer Schwangerschaft gaben Versuche im Mausmodell (in der Paarungskombination CBA/J x DBA/2J), bei denen eine simultane Injektion von TNF-α und IFN-γ eine Abortrate von bis zu 80% auslösen konnte (Clark et al., 1998). Aufgrund der Daten dieses und folgender Versuche wurde postuliert, dass TNF-α und IFN-γ in synergistischer Funktion maternales Endothel stimulieren, große Mengen einer Prothrombinase das fibrinogen-like-Protein 2 (fgl2) zu sezernieren. Diese Gerinnungsaktivierung führt zum einen zur Fibrinablagerung, zum anderen wird durch fgl2 die Produktion von IL-8 (in der Maus: MIP-2) angeregt, welches wiederum polymorphonukleare Leukozyten (PMNL) anlockt (Clark et al., 1998; Clark et al., 1999).

Weitere zytokinvermittelte Effekte ergeben sich durch die übereinstimmende Strukturhomologie des TNF-α-Rezeptors mit dem Fas-Rezeptor. Fas ist ein Protein, welches den selbstprogrammierten Zelltod, die Apoptose, anstoßen kann (Roitt et al., 1998). Durch die Rezeptorhomologie vom TNF-α-Rezeptor und dem Fas-Liganden wird vermutet, dass TNF-α selbst in der Lage ist, Apoptose zu induzieren (Roitt et al., 1998.).

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In dem vorangegangenen Abschnitt wurden zwei Folgen der Ausschüttung und Anwesenheit von Th1-Zytokinen während der Schwangerschaft vorgestellt: Aktivierung von Gerinnung und selbstprogrammierter Zelltod. Im nächsten Abschnitt (1.3) werden die Zusammenhänge zwischen aktivierter Gerinnung in der Schwangerschaft und der Pathogenese von Schwangerschaftskomplikationen sowie die Rolle der Apoptose in der Schwangerschaft näher beleuchtet.

1.3 Folgen der immunologischen Dysbalance in der Schwangerschaft

1.3.1  Die Aktivierung des Gerinnungssystems

Es existiert zunehmend die Vermutung, dass die Aktivierung von Blutgerinnung während der Schwangerschaft eine wichtige Rolle in der Pathogenese vieler mit der Schwangerschaft assoziierter Erkrankungen spielt. Habituelle Fehlgeburten sowie Präeklampsie in humaner Schwangerschaft scheinen mit einer verstärkten Gerinnungsneigung zusammenzuhängen. Es ist gezeigt worden, dass habituelle Fehlgeburten ähnlich wie der frühe Beginn einer Präeklampsie häufig in Zusammenhang mit einem Protein S-Mangel, Protein C-Resistenz, Hyperhomocysteinämie und Antikardiolipin-Antikörpern stehen (Dekker et al., 1995). Diese hämatologischen Erkrankungen könnten aggressiver zur Manifestation von Schwangerschaftspathologien führen als Folge einer gestörten Interaktion zwischen Endothelzellen, Thrombozyten, Leukozyten und Plasmakoagulation. Die zugrunde liegende Fehlregulation im Gerinnungssystem könnte unter anderem durch eine Immunmimbalance verursacht sein. In diesen Schwangerschaften dominiert eine Th1-Immunantwort. Der Einfluss von Zytokinen auf thromboinflammatorische Prozesse hat seit Ende der neunziger Jahre große Aufmerksamkeit in der Reproduktionsimmunologie generiert. In einem Tiermodell konnte bei einer basalen Abortrate von 10-15% durch die zeitgleiche Injektion von IFN-γ und TNF-α auf bis zu 80% erhöht werden. Gleichzeitig wurde ein Anstieg der Prothrombinase fgl2 beobachtet. Eine die Zytokin-Injektion begleitende Applikation eines Anti-fgl2-Antikörpers führte zu einer Reduktion der Abortrate auf fast 15%. Die pharmakologische Therapie der zytokininduzierten Gerinnung durch die Applikation von Heparin oder Hirudin reduzierte die Abortrate drastisch (Clark et al., 1998). Fgl2 wurde durch funktionelles Klonen der cDNA aus Peritoneal-Makrophagen von Mäusen, deren Leber mit einem murinen Hepatitis-Virus (MHV3) infiziert worden war, identifiziert (Ding et al., 1998a; Ding et al., 1998b). Fgl2 ist auf dem langen Arm des humanen Chromosom 7 und auf der proximalen Region des murinen Chromosom 5 lokalisiert worden (Qureshi et al., 1995). In der Maus wird fgl2 von Makrophagen und Endothelzellen in einer induzierbaren, membran-assoziierten Form exprimiert. T-Zellen scheinen eine immunmodulatorische, lösliche Form von fgl2 zu produzieren, Fibroleukin, welches keine Prothrombinase-Aktivität besitzt. Fgl2 konnte ebenso in humaner, mit Hepatitisviren infizierter Leber detektiert werden (Levy et al., 2000). Im Mausmodell ist die Hypothese aufgestellt worden, dass die beiden Th1-Zytokine, IFN-γ and TNF-α, wenn injiziert, auf mütterliche Endothelzellen einwirken und dort die Produktion und Expression von fgl2 fördern. Beide Th1-Zytokine sind erforderlich, um die Abortrate signifikant zu erhöhen. Wenn fgl2 von den maternalen Endothelzellen exprimiert wird, fungiert es als direkte Prothrombinase und wandelt Prothrombin in Thrombin um. Dieser Vorgang führt zum einem zur Gerinnung und erhöhter Bildung von Fibrin, zum anderen zur Aktivierung der Endothelzellen und zur erhöhten Produktion von IL-8 (in der Maus MIP-2). Die Anwesenheit von IL-8 wirkt chemotaktisch auf polymorphonukleare Leukozyten, die den Untergang von Plazentagewebe provozieren. Die entscheidende Rolle von PMNLs in diesem Vorgang wurde dadurch belegt, dass die Inaktivierung der PMNL durch Injektion eines Antikörpers die Abortrate auf nahezu normaler Werte senken konnte (Clark et al., 1998; Clark et al., 1999).

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Inflammatorische Prozesse in der Schwangerschaft können über fgl2-abhängige Prozesse zu einer verstärkten Gerinnungsneigung führen, die eine abortogene Kaskade auslösen kann. Versuche zeigten, dass durch TNF-α und IFN-γ keine Aborte in Weibchen ausgelöst wurden, die kein Responder-Gen für IFN-γ aufwiesen (IRF-1 knockout Mäuse) (Matsuyama et al., 1993; Kamijo et al., 1994) und damit nicht auf durch IFN-γ vermittelte Prozesse reagieren konnten. Die Embryonen aber besaßen bei dieser genomischen Konstellation den IRF-1+/ -, also den heterozygoten, Phänotyp. Somit waren die Trophoblasten IRF-1 positiv und demnach empfänglich für Apoptose (Clark et al., 1998). Diese Daten deuten daraufhin, dass nicht nur der Trophoblast ein wichtiges Zielorgan im Abortgeschehen ist, sondern ebenfalls mütterliches Gewebe. Das mütterliche Gefäßsystem, insbesondere das Endothel, könnte folglich bei Schwangerschaftskomplikationen von großer Bedeutung sein. Diese Schlussfolgerung unterstützt die Hypothese, dass die vom mütterlichen Endothel exprimierte Prothrombinase fgl2 ein zentrales Glied in der Verkettung von inflammatorischen Ereignissen und abortogenen Stimuli darstellt.

1.3.2 Die Rolle der Apoptose in der Schwangerschaft

Apoptose ist eine Form des Zelltodes, der überflüssige oder geschädigte Zellen beseitigt. Dieser Prozess wird von verschiedenen Signalketten gesteuert, welche die aktive Antwort der Zelle auf externale Wachstumsreize, Überlebens- oder Todessignale übermitteln. Definierend für die Apoptose sind die charakteristisch morphologischen Zellveränderungen, insbesondere die Fragmentation der Zell-DNA, die mittels bestimmter Techniken detektiert werden kann (Apodetect, Qbiogene). Während der gesamten Schwangerschaft ist eine Apoptoseaktivität in der Plazenta nachweisbar, wobei im Verlauf der Schwangerschaft diese Aktivität zunimmt. So ist die Aktivität im zweiten Trimenon signifikant gegenüber dem ersten Trimenon und im dritten Trimenon signifikant gegenüber dem zweiten Trimenon erhöht (Halperin et al., 2000). In vitro-Daten von Yui et al. zeigen, dass Th1-Zytokine, insbesondere TNF-α, in der Lage sind, Apoptose in Cytotrophoblasten der Zotten zu induzieren (Yui et al., 1994). Dieser Effekt wird durch die Anwesenheit von IFN-γ weiter verstärkt. In folgenden Versuchen zeigt Yui et al., dass diese Apoptose-induzierende Wirkung von TNF-α allein über den p55-Rezeptor vermittelt wird (Yui et al., 1996). Im Mausmodell konnte eine erhöhte Apoptoseaktivität im Uterus erzeugt werden, wenn die Mäuse am Tag 9,5 oder Tag 12,5 mit LPS (Endotoxin) stimuliert wurden (Savion et al., 2002). Auch gerinnungsaktive Substanzen wie Thromboxan A(2) scheinen fähig, Apoptose zu induzieren, denn Thromboxan A(2) konnte die Differenzierung von Trophoblasten einschränken und die Apoptoseaktivität in humanen Trophoblasten steigern (Yusuf et al., 2001). Bei der Entwicklung eines pathologischen Schwangerschaftsverlaufes kann die HLA-G-Expression der Trophoblasten verändert sein, womit gleichzeitig das Profil dezidualer NK-Zellen durch Apoptose moduliert wird (Emmer et al., 2002). Des Weiteren konnte das Auftreten von Spontanaborten mit einer verstärkten Apoptoseinzidenz in humanen Syncytiotrophoblasten in Zusammenhang gebracht werden (Kokawa et al., 1998). Wie in Kapitel 1.1 dargestellt, lässt sich eine Kausalbeziehung zwischen einer unvollständige Invasion der Trophoblasten und der Pathogenese der Präeklampsie vermuten. Ebenso ist eine funktionierende Kontrolle des invasiven Wachstums der Trophoblasten von Bedeutung. Vermutet wird, dass Makrophagen über Apoptose von extrazottären Trophoblasten Einfluss auf die Tiefe der Invasion der Trophoblasten nehmen. Es konnte gezeigt werden, dass im Falle einer Präeklampsie die Makrophagen das Wachstum und die Invasion von extrazottären Trophoblasten durch TNF-α induzierte Apoptose verstärkt regulieren (Reister et al., 2001). Diese Beobachtung stimmt mit Ergebnissen früherer Studien überein, wonach in Präeklampsie gerade die invasiven Trophoblasten vermehrt apoptotisch sind (DiFrederico et al., 1999). Einen wichtigen protektiven Mechanismus gegenüber Apoptose in vivo scheinen epidermale Wachstumsfaktoren auszuüben (EGF) (Levy et al., 2000). Insbesondere durch Hypoxie vermittelte Apoptoseinduktion und Zelldifferenzierungshemmung, wie sie in der Pathogenese der Präeklampsie eine entscheidende Rolle spielen, werden durch die Expression von EGF vermindert (Levy et al., 2000). Dementsprechend konnte in Präeklampsie-Plazenten eine drastisch verminderte Aktivität von EGF beobachtet werden (Leach et al., 2002).

1.4 Aspekte des Spontanabortes

1.4.1  Immunologische Grundlagen des Spontanabortes

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Wie in Kapitel 1.2 beschrieben, ist durch neuere Daten eine wissenschaftliche Kontroverse über das Th1/Th2-Modell entstanden. Das klassische Th1/Th2-Modell basiert auf folgenden Erkenntnissen:

Th2-Zytokine werden sowohl von immunkompetenten Zellen als auch von Plazenta- und Deziduazellen produziert. Die Beobachtung, dass die Th2-Zytokine IL-4, IL-10 und IL-3 in normaler muriner und humaner Schwangerschaft in hohen Mengen exprimiert werden (Lin H et al.,1993; Piccini et al., 1998; Arck et al., 1999) und ihre Injektion einen Abort in Mäusen verhindern kann (Chaouat et al., 1995), haben das Modell der Schwangerschaft als Th2- Phänomen unterstützt. Im Gegensatz dazu konnten bei der Untersuchung von Aborten hohe Menge an Th1-Zytokinen wie TNF-α, IFN-γ und IL-1 beobachtet werden (Krishnan L, 1996; Raghupathy et al., 1997; Raghuapathy et al., 1999; Joachim et al., 2001). Ebenso konnte die Injektion von Th1-Zytokinen die Abortrate drastisch steigern (Chaouat et al., 1990; Clark et al., 1997). Neutralisierte man mittels Antikörperapplikation die Wirkung von TNF-α und IL-1, so reduzierte sich die Abortrate deutlich (Arck et al., 1997). Die wissenschaftliche Diskussion entstand vor dem Hintergrund der engen Grenzen bei der Kategorisierung der Zytokine und ihrer Funktionen im Abortgeschehen, wodurch eine sinnvolle Interpretation neuerer Daten nicht möglich war: Der Leukämie-Inhibitions Faktor, kurz LIF, kann sowohl pro-inflammatorische als auch anti-inflammatorische Wirkung haben (Gadient et al., 1999): Auf der einen Seite wirkt LIF positiv unterstützend bei der Implantation von Mausembryonen (Stewart et al., 1992; Piccini et al., 1998; Cai et al., 2000). Auf der anderen Seite scheinen verminderte Mengen an LIF in einem Zusammenhang mit besseren Chancen auf einen Erfolg bei einer In-vitro-Fertilisation zu stehen (Ledee-Bataille et al., 2002). Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass sowohl IFN-γ als auch LIF in der Lage sind, die Expression von iNOS mRNA in humanen Syncytiotrophoblasten zu steigern (Hambartsoumian et al., 2001). Eine andere Studie belegt, dass IL-18, ein kürzlich erstmalig beschriebenes Th1-Zytokin, in einer murinen Paarungskombination mit einer hohen Anzahl an Aborten geringer exprimiert wird als in einer Paarungskombination mit einem geringen Prozentsatz an Aborten (Chaouat et al., 2001). Dem gegenüber steht die Erkenntnis, dass IL-18 in Synergie mit IL-12 im Mausmodell und mit großer Wahrscheinlichkeit im humanen Modell eine abortogene Wirkung gezeigt hat (Ida et al., 2000; Tokmadzicet al., 2002). Neben diesen Daten, die zeigen, dass Th1-Zytokine durchaus bei einer erfolgreichen Implantation präsent oder sogar entscheidend sein können, liegen weitere Daten vor, die zumindest ein Ausbleiben des erwarteten Th1-Zytokinanstieges bei Aborten belegen. Eine dieser Studien führt an, dass kein Unterschied in der dezidualen IFN-γ-Produktion im Spontanabort im Vergleich zu einem normalen Schwangerschaftsverlauf messbar gewesen sei (Palfi et al., 1999; Razaei et al., 2002). Zu gegensätzlichen Ergebnissen kommen andere Veröffentlichungen, die einen deutlichen Anstieg von IFN-γ im Spontanabort berichten (Hill et al., 1995; Marzi et al., 1996; Vives et al., 1999). Bei Präeklampsie scheint es einen lokalen Anstieg von IFN-γ in der Plazenta zugeben, wobei ein systemischer Anstieg nicht beobachtbar gewesen ist (Daniel et al., 1998; Munno et al., 1999; Wilczynsik et al., 2002). Neuerdings wird eine genetische Prädisposition für eine Th1-oder eine Th2-Immunantwort während der Schwangerschaft diskutiert und zur Erklärung von habitueller Abortneigung herangezogen (Reid et al., 2001; Beak et al., 2002).

1.4.2 Zwei Abortmodelle in CBA/J Mäusen: Stress versus IL-12

Es gibt viele Möglichkeiten, einen Abort im Mausmodell zu induzieren. In dieser Arbeit geht es insbesondere darum, ob verschiedene Trigger für einen Abort in eine gemeinsame, abortive Kaskade münden oder ob die ausgelösten Aborte über unterschiedliche Mechanismen ablaufen. Insbesondere die provozierten Zytokinkonstellationen und deren Vergleich standen im Vordergrund des Interesses. Das erste Modell beinhaltet einen starken, inflammatorischen Trigger: Für dieses Modell wurde die Injektion von IL-12 gewählt, weil IL-12 ein Zytokin ist, welches einen starken pro-inflammatorischen Stimulus für das Immunsystem bedeutet (siehe oben). Nach einer IL-12- Injektion würde man eine vermehrte Produktion und Freisetzung von IFN-γ mit konsequenter Aktivierung von Makrophagen erwarten, wodurch weitere Th1-Zytokine freigesetzt und NK-Zellen aktiviert würden. Es ist beobachtet worden, dass sowohl die Injektion von IL-12 als auch die Exposition von Stress (siehe unten) die Abortrate in Mäusen steigern kann. Gleichzeitig führt die IL-12-Stimulation zu einer verminderten Synthese der Hämoxygenasen HO-1 und HO-2 und somit zu einem verringerten Schutz des Gewebes vor oxidativen Reizen (Zenclussen et al., 2001). Arbeiten im humanen Bereich beschreiben erhöhte Serumspiegel von IL-12 im Spontanabort und bei Präeklampsie (Dudley et al., 1996; Hayakawa et al., 2000; Sakai et al., 2002). Durch eine IL-12-Behandlung von trächtigen Mäusen ließe sich das durch IL-12 provozierte Zytokinmuster bestimmen und gegebenenfalls gegen andere abortive Mechanismen abgrenzen. Daher wurde zur Gegenüberstellung ein Abortmodell gewählt, welches ebenfalls ein Th1-Zytokinprofil evoziert, welches aber deutlicher TNF-α dominiert ist und gleichzeitig auf Injektionen, Infektionen oder andere unphysiologische Manipulationen verzichtet. Aus diesen Gründen wurde ein etabliertes Mausmodell aus der Psycho-Neuro-Immunologie angewandt. Dieses Modell basiert zum einen auf einer speziellen Paarungskombination und zum anderen auf der Applikation von Stress. Es werden CBA/J-Weibchen mit DBA/2J-Männchen verpaart. Diese Paarungskombination hat eine hohe Fehlgeburtenrate, die zum großen Teil nicht auf chromosomale Aberrationen zurückzuführen ist (Clark et al., 1993). Die Stressexposition der CBA/J- Weibchen am Tag 5,5 der Trächtigkeit erhöht zusätzlich die Abortrate auf physiologische Weise (Arck et al., 1995). Es ist bekannt, dass Stress eine Th1-Immunantwort fördert und über diese einen Abort auslösen kann (Arck et al., 1995; Arck et al., 1997; Arck et al., 1997). Einige Zellpopulationen scheinen in dieser Interaktion eine besonders gewichtige Stellung einzunehmen wie z.B. γδ T-Zellen (CD4-,CD8-), Mastzellen und NK-Zellen (Chaouat et al., 1990; Arck et al., 1995; Markert et al., 1997; Marx et al., 1999; Arck et al., 1999). Es wird vermutet, dass Stress die Nervenfasern zur Sekretion von Neuropeptiden anregt (Chrousos et al., 1998). Das nach Stressexpression sezernierte Neuropeptid Substanz P wirkt aktivierend auf Mastzellen via Rezeptorinteraktion (Bienenstock et al., 1988; Singh et al., 1999; Jessop et al., 2000), wodurch die Mastzellen degranulieren und TNF-α sezernieren können (Stead et al., 1990; Ansel et al., 1993). Es hat sich gezeigt, dass ein Substanz P-Antagonist die durch Stress getriggerte Abortrate deutlich reduzieren kann (Joachim et al., 2001).Dieses Stressmodell ist ebenfalls auf andere Forschungsgebiete der Medizin angewandt worden und hat mehrfach belegt, dass es eine inflammatorische Immunstimulation bewirkt. Insbesondere entzündliche Darmerkrankungen und Haarausfall lassen sich durch Stress provozieren oder im humanen Modell auf eine erhöhte Stresswahrnehmung zurückführen (Arck et al., 2001; Goldmann, 2002; Niess et al., 2002).

1.5 Immunologische Aspekte der Präeklampsie

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Die erfolgreiche Invasion von Trophoblasten gilt als abhängig von bestimmten Integrinen auf der Oberfläche der Trophoblasten, die identisch mit den Integrinen der maternalen Endothelzellen, dem Zielort der Trophoblasteninvasion, sind. Integrine sind Oberflächenmoleküle, die für Zell-Zell-Interaktion und Zell-Matrix-Interaktionen von herausragender Bedeutung sind. Blastocystische Trophoblasten, die für die initiale Invasion während der Implantation verantwortlich sind, exprimieren mehrere Integrine, die an interzelluläre Matrix und an andere Zellen binden wie zum Beispiel α6β4, αvβ6, α4β1 und E-cadherin (negatives invasives Signal). Normalerweise werden α6β4, α4β1 und E-cadherin auf den Trophoblasten zum Zeitpunkt der Invasion herunterreguliert, während VE cadherin, αvβ53, und α1β1&3 heraufreguliert werden (Zhou et al., 1997a; Zhou et al., 1997b). Das Integrin α5β1 des Fibronektins vermittelt ein negatives Signal für die Migration der Trophoblasten. Bei Präeklampsie ist der inhibitorische Rezeptor α5β1 exprimiert; und α6β1 wird nicht von dem α1β1-Integrinmolekül ersetzt, welches ein wichtiges migrationstimulierendes Signal an das Typ I-Kollagen übermittelt. Diese fehlende Transformation des Integrinmusters des Trophoblasten in der Pathogenese der Präeklampsie scheint die Bindung des Trophoblasten an Matrixmoleküle wie Fibronektin, Vitronektin und Kollagen zu beeinflussen (Damsky et al., 1994; Friedmann et al., 1994; Pijnenborg et al., 1996; Zhou et al., 1997a; Zhou et al., 1997b; Dekker et al., 1998; Bowen et al., 2000). Außerdem fehlt ein wichtiges, positives Migrationssignal durch die ausbleibende Umwandlung von αvβ5 zu αvβ3 . Diese Umwandlung dürfte ein entscheidender Faktor sein, um das negative Migrationssignal — ausgehend vom α5β1 des Fibronektins — zu überwinden (Damsky et al., 1994). Die ausbleibenden Transformationen der Integrinexpression des Trophoblasten könnten ein Grund für dessen unvollständige Bindung an die Matrix sowie seine unzureichende Migration in der Pathophysiologie der Präeklampsie erklären. Wäre der Ligand, der die Expression für α5β1 verstärkt, im Überfluss vorhanden, wäre die Invasion und eventuell sogar die Differenzierung des Trophoblasten zu dem gereifteren, invasiv tätigen Phänotyp blockiert (Damsky et al., 1994; Friedmann et al., 1994; Pijnenborg et al., 1996; Zhou et al., 1997a; Zhou et al., 1997b; Dekker et al., 1998; Bowen et al., 2000). Unter Berücksichtigung der Daten zu fgl2 könnte man davon ausgehen, dass der zytokinabhängige Anstieg von fgl2 die Invasion der Trophoblasten zu verzögern vermag. Die Bildung und Ablagerung von Fibrin wäre möglicherweise solch ein Mechanismus. Ebenso könnte auch ein direkter Effekt von fgl2 auf die Trophoblasten bestehen und eine mögliche Erklärung für die behinderte Invasion der Trophoblasten in Präeklampsie darstellen. Andere Erklärungen für die gestörte invasive Trophoblastenaktivität könnten die erhöhte Präsenz von Inositolphosphoglykanen und die dadurch vermittelte Apoptose sein (Kunjara et al., 2000) oder eine durch einen vermehrten Sauerstoffverbrauch bedingte vaskuläre Veränderung. Eine erhöhte Expression von Adhäsionsrezeptoren oder die Aktivierung von zirkulierenden Leukozyten, die mit Adhäsionsrezeptoren vermehrt interagieren, würden zu einer Herabsetzung der Migrationsaktivität des Trophoblasten in der Präeklampsie führen (Bearchell et al., 1998; Endresen et al., 1998; Sacks et al., 1999). Auffallend ist auch die Beobachtung, dass die Trophoblasten bei einer Präeklampsie das schützende Selbst-Antigen HLA-G vermindert exprimieren und somit eventuell nur unzureichend vor der Aktivität von NK-Zellen abgeschirmt sind (siehe auch 1.1.1).

Die Hypothese, dass fgl2 zu einem negativen Invasionsstimulus beiträgt, verknüpft die oben genannten Beobachtungen mit den Daten, die eine erhöhte inflammatorische Aktivität des Immunsystems in Präeklampsie beschreiben. Gemäß dem Modell der erfolgreichen, komplikationslosen Schwangerschaft als ein Th2-Phänomen, scheint diese anti-inflammatorische Prägung des Immunsystems in Präeklampsie nicht erfolgreich abzulaufen, so dass ein Th1-Milieu in präeklamptischer Schwangerschaft vorherrscht (Wegemann et al., 1993; Marzi et al., 1996; Sabahi et al., 1995; Jones et al., 1997; Saito et al., 1999; Clark et al., 1994). Die wiederholte Exposition des maternalen Immunsystems mit paternalen Alloantigenen — wie bei Transfusionen oder während einer erfolgreichen Schwangerschaft (semi-allogene fetale Leukozyten können die Plazentaschranke überwinden) — fördert die Umwandlung des Th1-Milieus in ein Th2-Milieu, woraus sich ein geringeres Risiko für eine spontane Fehlgeburt eines chromosomal normalen Embryos sowie eine geringere Prävalenz von Präeklampsie ergibt (Steck et al. 1992; Clark, 1994; Arck et al., 1997; Ramhorst et al., 2000). Tatsächlich fördert eine wohl angewandte Immunstimulation in humaner wie auch in muriner Schwangerschaft das Wachstum des Föten und der Plazenta (Chaouat et al., 1990; Mowbray et al., 1991; Clark et al., 1994). Epidemiologisch orientierte humane Studien haben gezeigt, dass ein Partnerwechsel mit folgender Schwangerschaft in einem relativ kurzen Zeitraum (über wenige Monate) mit einem wesentlich erhöhten Risiko des Auftretens von Präeklampsie behaftet ist. Dies scheint auf die ungenügende Auseinandersetzung des maternalen Immunsystems mit den paternalen Alloantigenen im Ejakulat zurückzuführen zu sein. Eine länger bestehende Partnerschaft, in der die Kohabitation nur unter Anwendung von Präservativen stattgefunden hat, ist ebenfalls mit einem erhöhten Risiko einer Präeklampsie assoziiert (Robillard et al., 1994). Bestimmte maternale Th1-Zytokine haben für sich genommen sicherlich einen negativen Effekt auf die Migration und Invasion der Trophoblasten (Haimovici et al., 1991). Im Allgemeinen müssten diese Zytokine allerdings extreme Konzentrationen erreichen, um dieses Ausmaß an invasionshemmender Wirkung zu entfalten. Bei solchen Konzentrationen würde wahrscheinlich der toxische Effekt der Zytokine weit mehr ins Gewicht fallen als mögliche negative Migrationssignale. Auch gibt es keine Hinweise, dass die Th1-Zytokine einen Einfluss auf die Umwandlung der Integrinexpression des Trophoblasten haben. Zugleich fördern Th1-Zytokine die Expression der Prothrombinase fgl2, welche über Thrombine und Chemokine die Ablagerung von Fibrin fördert (Clark et al., 1998; Clark et al., 1999; Clark et al., 2001). Implantate, welche nicht resorbiert werden, führen im Mausmodell zu kleineren Embryonen. Vielleicht ist dies ein Speziesunterschied, weil Mäuse auf ischämische Implantate nicht mit einer Blutdruckerhöhung reagieren, wie das bei Ratten oder Menschen der Fall ist. Fibrin, wie auch Fibronektin, bindet an Integrine von Trophoblasten und kann somit die Migration hemmen (Damsky et al., 1994). Daher könnte eine Stimulation einer überwiegend Th1-dominierten Immunantwort durchaus zu einer erhöhten Expression von fgl2 führen, welche dann eine behinderte Invasion von Trophoblasten via negativer Migrationsignale durch Integrine zur Folge haben könnte, wodurch die damit behinderte Implantation der Wegbereiter für die Entwicklung einer Präeklampsie wäre (Knackstedt et al., 2001).

Die unzulängliche Migration der Trophoblasten scheint pathogenetisch die endotheliale Dysfunktion auszulösen. In welchem Zusammenhang das inflammatorische Milieu in der Präeklampsie mit der gleichzeitig beobachtbaren endothelialen Dysfunktion steht, ist nicht ausreichend geklärt.

1.6 Fragestellung

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In dieser Arbeit soll die Immunpathologie der Schwangerschaftskomplikationen, Spontanabort und Präeklampsie, untersucht werden. Insbesondere steht die Verknüpfung des immunologischen Profils der Schwangerschaftskomplikation mit einer zytokinabhängigen Gerinnungsaktivität im Vordergrund des Interesses. Zur genaueren Charakterisierung des immunologischen Profils dient der Vergleich eines Stress-immunologisch mit einem inflammatorisch ausgelösten Abort (IL-12-Injektion) im Mausmodell. Als Vergleichsgrundlage werden quantitative mRNA-Messungen von Zytokinen und der Prothrombinase fgl2 herangezogen. Im humanen Modell ist die Proteinexpression der Prothrombinase fgl2 in humaner Plazenta im ersten und im dritten Trimenon von besonderem Interesse. Im Falle der Expression von fgl2 Protein soll die Rolle von fgl2 in den Schwangerschaftskomplikationen Spontanabort und Präeklampsie und der Zusammenhang zu einer immunologischen Dysbalance untersucht werden.


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20.11.2006