Laske, Nora: Die Immunantwort auf Virus-Infektion der Herpesgruppe bei Kindern als potentieller Modulator der menschlichen Allergieentwicklung

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Kapitel 1. EINLEITUNG

1.1 ATOPISCHE ERKRANKUNGEN (79a)

Der Begriff „Atopie“ wurde erstmalig von Coca und Cooke 1923 als klinisches Bild einer Überempfindlichkeitsreaktion bzw. einer allergischen Reaktion vom Typ I beschrieben. Bei der Überempfindlichkeitsreaktion vom Typ I nach Coombs und Gell werden B-Zellen zur Bildung von spezifischem IgE mit T-Zell-Hilfe angeregt (60a). Dieses antigenspezifische IgE bindet über Fc-Rezeptoren an Mastzellen, wodurch diese sensibilisiert werden. Beim nächsten Antigenkontakt mit der sensibilisierten Mastzelle wird das gebundene IgE kreuzvernetzt, und die Zelle degranuliert unter Freisetzung von Mediatoren, welche die bekannten Symptome wie Asthma, Heuschnupfen oder atopisches Ekzem hervorrufen.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Typ-I-Überempfindlichkeitsreaktion (60a)

Bei der durch IgE vermittelten allergischen Reaktion lassen sich eine frühe und eine späte Phase unterscheiden. Die Sofortreaktion beruht auf der Wirkung von Histamin und anderen, von den Mastzellen ausgeschütteten, schnell metabolisierten Effektoren. Die Entzündungseffekte von Histamin erklären sich aus seinen pharmakologischen Eigenschaften, die über H1-Rezeptoren auf Blutgefäße, glatte Muskulatur und die Oberfläche von Schleimhäuten einwirken. Die Spätreaktion wird durch eingewanderte inflammatorische Leukocyten hervorgerufen, die durch Chemokine und andere von den Mastzellen während oder nach der Sofortreaktion freigesetzte Mediatoren angelockt werden. Immunologisch wird die verstärkte IgE-Bildung bei der Atopie durch ein Überwiegen der TH2-Immunantwort gesteuert, bei partieller Unterdrückung der TH1-Immunantwort (60a).


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Die Immunantwort gegen Viren und gewisse intrazelluläre Bakterien ist durch die T-Zell-vermittelte Zytotoxizität und die Sekretion von IFN-gamma und TNF-alpha gekennzeichnet. Diese Zytokine werden von Typ 1-T-Zellen produziert. Im Gegensatz dazu ist die Abwehr gegen extrazellulär gelegene Pathogene durch die Bildung der Zytokine IL4 charakterisiert, welche zur Synthese neutralisierender Antikörper Anlaß geben. T-Zellen mit einem solchen Zytokinprofil werden Typ 2-T-Zellen genannt. Die Dichotomie in Typ 1- und Typ 2-T-Zellen ist wohl typisch für CD4+-Lymphozyten, kann aber auch in der Population der CD8+-T-Zellen nachgewiesen werden. Als Typ 1 werden deshalb TH1-CD4+- oder Tc1-CD8+-Lymphozyten bezeichnet, welche IFN-gamma, IL2 und TNF-beta sezernieren. In Analogie werden Typ 2 TH2-CD4+-oder Tc2-CD8+-Lymphozyten definiert, die typischerweise die Zytokine IL4, IL5, IL6, IL10 und IL13 bilden. Als Hauptaufgabe von TH1-Zellen gilt die Aktivierung von Makrophagen durch Hochregulation von CD40, CD80, CD86, MHC-Klasse-II-Molekülen und TNF-Rezeptoren, die Induktion der NO-Synthetase, die Bildung von Sauerstoffradikalen und die Sekretion von Zytokinen einschließlich IL12. Die antigenspezifische Hilfe der TH2-Zellen führt zur Aktivierung, Proliferation und Differenzierung der B-Zellen, Mastzellen, basophilen und eosinophilen Granulozyten und integriert dadurch die Funktion der einzelnen Effektorzellen zu einer gemeinsamen Immunantwort. So fördern IL4, IL6, IL10 und IL13 die Sekretion von Immunglobulinen, und IL4 führt insbesondere zur Bildung von IgE, das besonders über FcEpsilonRI und CD23 an Mastzellen und basophile und eosinophile Granulozyten gebunden wird. IL4 und IL10 wirken auch hemmend auf die Polarisierung von naiven T-Zellen zu Typ 1-Effektorzellen. Entgegen der Funktion von Typ 1-Zellen verhindern Typ 2-Zellen durch Sekretion von IL4 die Aktivierung von Makrophagen und über IL10 die Bildung von IFN-gamma in T-Zellen und Makrophagen. Beide Zelltypen stammen aus einer gemeinsamen Vorläuferzelle ab. Ob die Entwicklung dabei über eine IL2, IFN-gamma und IL4 sezernierende Typ 0-Zelle als Zwischenstufe erfolgt, ist zur Zeit noch umstritten. IL12 hat keine direkte Wirkung auf die Polarisierung naiver T-Zellen zu TH2-Zellen. Diese Differenzierung wird jedoch durch IL4 sezernierende Zellen reguliert, denn die Gegenwart von anti-IL4-Antikörpern hemmt die Differenzierung zu TH2-Zellen. IFN-gamma und IL12 fördern die Ausbildung von TH1-Effektorzellen. Dabei nimmt IL12 auf die Differenzierung direkt Einfluß während IFN-gamma über die Hemmung der TH2-Polarisierung wirkt, denn der Mangel an IL4 ist für die TH1-Differenzierung förderlich (79a).

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Abbildung 2: Die Differenzierung der Typ 1- und Typ 2-T-Zellen (79a)

Zu den klassischen atopischen Erkrankungen zählen das atopische Ekzem, das Asthma bronchiale und die Rhinokonjunktivitis. Es besteht für alle diese Manifestationsformen des Atopiesyndroms ein typischer Altersgipfel. Die atopische Dermatitis wird in etwa 40% von einer saisonalen Rhinitis, in weiteren 25% jeweils von einer perennialen Rhinitis oder einem Asthma bronchiale gefolgt. Spezifische Antikörper gegen inhalative Allergene sind dabei häufig bereits vor der klinischen Manifestation nachweisbar (79b).

Abbildung 3: Häufigkeit der Manifestationsformen des Atopiesyndroms in verschiedenen Lebensaltern (79b).


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Epidemiologie

Es wird heute von einer Häufigkeitsverteilung der atopischen Dermatitis von etwa 14% unter deutschen Schulkindern ausgegangen. Die Häufigkeit der allergischen Rhinitis bei Kindern jünger als 4 Jahre liegt unter 5%, sie steigt im Schulalter an und beträgt im frühen Erwachsenenalter ca. 20% (58,18,74). Die Untersuchungsergebnisse zahlreicher Studien deuten darauf hin, daß das Asthma bronchiale und andere atopische Erkrankungen in ländlichen Gebieten von Entwicklungsländern, im Vergleich zu westlichen Industrieländern weniger häufig vorkommen (84). Es konnte gezeigt werden, daß in Papua-Neuguinea Asthma bei Kindern und Jugendlichen kaum zu finden war. Erstaunlicherweise war jedoch die Häufigkeit von Infekten der oberen Atemwege annähernd 4mal so groß, wie in Großbritannien (79b). Innerhalb Europas existiert ein deutlicher Ost-West-Gradient. Eine besondere Situation innerhalb der Beschäftigung mit dem Phänomen Allergie bot sich im Rahmen der deutschen Wiedervereinigung. Es zeigte sich, daß in Westdeutschland die Prävalenz des Heuschnupfens (8,6% versus 2,7%, p<0,0001); des Asthma bronchiale (9,3% versus 7,2%, p<0,05) und der bronchialen Hyperreagibilität (8,3% versus 5,5%, p<0,001) bei 9 bis 11 Jahre alten Schulkinderrn signifikant höher als in Ostdeutschland ist. Die Häufigkeit der atopischen Sensibilisierung gemessen am Haut-Pricktest ist bei ostdeutschen Kindern wesentlich niedriger als bei westdeutschen Kindern (18,2% versus 36,7%, p<0,001), (75). In ähnlicher Weise wurde eine geringere Prävalenz der atopischen Sensibilisierung bei Kindern im Alter von 10 bis 12 Jahren in Estland und Polen im Vergleich zu Schweden (13,6% versus 30,3%, p<0,001) gefunden (79b). Die Erfassung allergischer Manifestationen unter 25- bis 69-Jährigen in Ost- und Westdeutschland ergab, daß auch unter den Erwachsenen deutliche Unterschiede bestehen. Sowohl die Positivität im Prick-Test, als auch die klinische Atopie traten in der Gruppe der unter 45-Jährigen häufiger in Westdeutschland auf (53). Es konnte aber auch gezeigt werden, daß sich die Häufigkeiten atopischer Erkrankungen in den Jahren nach der Vereinigung im Osten und im Westen Deutschlands kontinuierlich anglichen. Die Prävalenz von Heuschnupfen nahm von 2,3% auf 5,1% zu, die Prävalenz von atopischer Sensibilisierung stieg von 19,3% auf 26,7% (76).

Risikofaktoren

Familiäre Prädisposition

Die positive Familienanamnese ist stark mit einem erhöhten Risiko für atopische Erkrankungen, vor allem für das Asthma bronchiale, verbunden (11). In einer Studie unter 1480 7- bis 9-jährigen schwedischen Zwillingspärchen zeigte sich eine Manifestationsvarianz der atopischen Erkrankungen Asthma, Heuschnupfen, Ekzem und Urtikaria im Hinblick auf den genetischen Effekt von 33-76%.


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Allergenexposition und Ernährung

Es ist hinreichend belegt, daß im Kindesalter mit steigender Exposition gegenüber Innenraumallergenen (z.B. Hausstaubmilbenkot, Katzenhaare) das Risiko, einer entsprechenden Sensibilisierung, insbesondere bei genetisch prädisponierten Individuen steigt (59). Die Verbannung von Allergenen aus dem Haushalt scheint wirksam, im Hinblick auf die mögliche Prävention einer Sensibilisierung (78). Hinsichtlich der Ernährung, scheint das Stillen einen vorübergehenden, protektiven Effekt auf die Inzidenz der atopischen Dermatitis, der Nahrungsmittelallergie und frühkindlicher obstruktiver Bronchitiden zu haben (79b). Der präventive Effekt einer mütterlichen allergenfreien Diät während der Schwangerschaft und das damit verbundene geringere Risiko einer frühen Exposition mit Nahrungsmittelallergenen konnte bisher nicht ausreichend belegt werden (27).

Luftschadstoffe

In Regionen mit hoher Schadstoffkonzentration in Ostdeutschland und Polen war die Prävalenz des Asthma, der bronchialen Hyperreaktivität, des Heuschnupfens und der atopischen Dermatitis niedriger als in Gebieten in Westdeutschland und Schweden, die weniger mit Schadstoffen belastet waren (34,35). Andererseits fand sich eine signifikante Assoziation zwischen dem Auftreten atopischer Manifestationen und Nähe zu stark befahrenen Straßen (59). Inwieweit dies auf eine vermehrte Ruß- und Dieselexposition oder eine verstärkte Feinstaubexposition zurückzuführen ist, ist noch unklar (79b). Der Stellenwert des Faktors „mütterliches Rauchen“ während und nach der Schwangerschaft wurde in zahlreichen Studien untersucht. Kinder, die in den ersten drei Lebensjahren, pre- und postnatal passivem Rauch ausgesetzt waren, hatten ein höheres Risiko für eine Sensibilisierung gegenüber Nahrungsmittelallergenen (40,41).

Sozialfaktoren und frühkindliche Infekte

Neben Sozialstatus und elterlichem Bildungsgrad wird die Familiengröße als Einflußfaktor der Allergieentstehung diskutiert (34,36,59). Mehrere Studien konnten einen Zusammenhang zwischen Anzahl der Geschwister und Prävalenz von Heuschnupfen und atopischer Sensibilisierung feststellen (8,25,40,41). Die Vermutung lag nahe, daß eine vermehrte frühkindliche Exposition gegenüber viralen und bakteriellen Infekten der Manifestation atopischer Erkrankungen vorbeugen könnte (9). Gerade im Hinblick auf die epidemiologischen Vergleichsstudien zwischen Ost- und Westdeutschland erscheint diese Hypothese sehr interessant. Einerseits lagen die Impfraten in Ostdeutschland wesentlich höher als in Westdeutschland. Andererseits sorgte die Betreuung und der damit enge Kontakt der Kinder in Kindertagesstätten (Kinderkrippe, Kindergarten) für einen hohen „Durchseuchungsgrad“ (59). Den immunologischen Hintergrund für die Hypothese, daß frühkindliche Virusinfektionen der Entstehung von atopischen Erkrankungen vorbeugen können, erklärt man vereinfacht wie folgt. Es kann das Vorliegen zweier T-Helferpopulationen angenommen


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werden. TH2-Zellen fördern die IgE-Produktion. Im Gegensatz dazu unterdrücken TH1-Zellen und ihre Zytokine, vor allem das IFN-gamma die Funktion der TH2-Zellen. Es konnte gezeigt werden, daß das IFN-gamma, welches u.a. im Verlauf viraler Infektionen gebildet wird, ein starker Inhibitor vieler TH2-Zellfunktionen und somit der IgE-Synthese ist. Viele virale Infekte sind lange Zeit als Wegbereiter des kindlichen Asthma bronchiale angesehen worden. Zweifelsohne sind sie potente Auslöser, wenn das Asthma erst einmal manifest ist (79b). Der Nachweis des Influenzavirus war bei Patienten mit exazerbiertem Asthma höher (10-30%), als bei den gleichen Patienten während asymptomatischer Perioden (3%). Bronchiale Hyperreagibilität wurde nach Influenza-Impfung beobachtet (50). Auch andere Viren können in prädisponierten Atopikern eine inflammatorische Antwort des Respirationstraktes induzieren (81). Im Tierversuch kam man zu ähnlichen Ergebnissen. So wurde der Zusammenhang zwischen Infektionen mit dem „respiratory syncytial virus“ und einer allergischen Sensibilisierung gegenüber Ovalbumin im Meerschweinchen analysiert. Das „respiratory syncytial virus“ bewirkte die Produktion von Ovalbumin-spezifischem IgG1 mit Zunahme der Atemwegshyperreagibilität bzw. Atemwegsentzündung (13). In einer Studie von Säuglingen mit nachgewiesener, klinisch manifester RSV-Bronchiolitis wurde im Alter von 3 Jahren ein signifikant häufigeres Auftreten von obstruktiven Bronchitiden und eine höhere Sensibilisierungsrate auf alimentäre und inhalative Allergene gezeigt. Es ist jedoch unklar, ob dies auf einer Prädisposition für Asthma, die mit einer frühen Sensibilisierung einhergeht, beruht und eine größere Empfänglichkeit von Asthmatikern für virale Infekte widerspiegelt. Dieses „Henne-Ei“-Problem erschwert, einer bestimmten Variablen die Bedeutung eines Prädiktors oder eines Risikofaktors zuzuschreiben (79b).


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1.1.1 Atopische Dermatitis

Die atopische Dermatitis ist eine chronisch bzw. chronisch-rezidivierend verlaufende, entzündliche Hauterkrankung, die gekennzeichnet ist, durch starken Juckreiz, Erythem, Papel, Schuppung, Lichenifikation, Akanthose, Parakeratose und lyphozytäre Infiltration (4).

Pathogenese (79f)

Es finden sich neben der atopischen Disposition eine gestörte Immunregulation, vegetative Dysregulation, Lipiddefekte, trockene Haut und erhöhte IgE-Bildung, sowie Allergien auf Nahrungsmittel und Aeroallergene. Zudem spielen psychosomatische Faktoren eine entscheidende Rolle. Die zahlreichen immunologischen Veränderungen lassen sich grob auf einen Nenner bringen. Eine abnormale, teilweise defekte zelluläre Immunantwort und eine überschießend starke Immunantwort vom Soforttyp. Diese beiden scheinbar widersprüchlichen Aktivitäten des Immunsystems könnten durch die zwei unterschiedlich wirksamen T-Helfer-Lymphozyten (TH1 und TH2) erklärt werden. TH1-Zellen vermitteln die klassische verzögerte, zelluläre Immunantwort, produzieren IL2, TNF-alpha sowie IFN-gamma und wirken negativ regulierend auf die TH2-Zellen. Letztere setzen bevorzugt die Interleukine 4, 5, 10 und 13 frei. IL4 und IL13 stimulieren die IgE-Synthese, während IL5 die Entwicklung und Funktion der Eosinophilen beeinflußt und IL10 wiederum TH1-Zellen inhibiert. Ebenfalls von besonderer pathogenetischem Interesse ist die Beobachtung, daß auch epidermale Langerhans-Zellen den hochaffinen IgE-Rezeptor FcEpsilonRI exprimieren und beim atopischen Ekzem auch vermehrt IgE an ihrer Oberfläche tragen. Damit könnten Langerhans-Zellen bei Hautkontakt mit typischen Inhalationsallergenen auch eine ekzematöse Entzündungsreaktion auslösen. Mehrere klinische Besonderheiten geben einen Hinweis auf die Veränderungen des Immunsystems beim atopischen Ekzem. Die Krankheit spricht auf Immunmodulatoren wie Cyclosporin A an. Die Haut der Patienten neigt zu Sekundärinfektionen (Viren, Bakterien, Pilze). Bei 90% der Patienten besteht eine Besiedlung mit Staphylococcus aureus. Dabei können bakterielle Stoffwechselprodukte (Endotoxin) als Superantigene fungieren und eine Ekzeberation bewirken, häufig sind zusätzlich IgE-spezifische Antikörper gegen Staphylococcus aureus nachweisbar (29).


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1.1.2 Asthma bronchiale(79e)

Das Asthma bronchiale ist die häufigste chronische Erkrankung des Kindesalters. Das Asthma ist eine chronisch entzündliche Erkrankung der Atemwege, begleitet von einer ausgedehnten, aber variablen Atemwegsobstruktion. Klinische Leitsymptome des Asthma bronchiale sind ein expiratorisches Giemen und Brummen, Atemnot, eine expiratorische Dyspnoe und/ oder Husten. Die Symptome werden bedingt durch eine Einengung des Bronchialsystems, an der in unterschiedlichem Ausmaß ein Spasmus der Bronchialmuskulatur, eine ödematöse Schwellung der Schleimhaut und eine Dyskrinie, d.h. eine vermehrte Produktion eines viskösen Schleims, beteiligt sind. Dabei führt eine Zunahme von freiem intrazellulären Calcium über einen transmembranären Calcium-Einstrom oder eine Freisetzung aus den Speicher-Pools (endoplasmatisches Retikulum, Zellmembran) zu einer Kontraktion der Bronchialmuskelzelle. Berücksichtigt man die pathogenetischen Gesichtspunkte, so ist die Einteilung in extrinsisches und intrinsisches Asthma am gebräuchlichsten. Obwohl im Kindesalter die extrinsisch-atopische Genese des Asthmas am häufigsten ist, kommt es auf dem Boden der Atopie und der durch sie bedingten Hyperreagibilität auch immer zu Bronchokonstriktionen, die durch nicht-atopische Faktoren ausgelöst werden können. Trotz einer primären Atopie besteht somit nahezu bei allen Fällen eine Asthmamischform.

Epidemiologie

Eine relativ aktuelle Untersuchung aus Deutschland gibt eine Lebenszeitprävalenz für Asthma bronchiale von 7,3% für Leipziger und 9,3% für Münchner Kinder zwischen 9 und 11 Jahren an. Das männliche Geschlecht zeigt in den ersten 10 Jahren eine eindeutig stärkere Prävalenz von etwa 2:1. Nach der Pubertät zeigt ein Teil der Patienten eine Abnahme der Asthmasymptomatik, und das Verhältnis der Geschlechter liegt bei 1:1.

Atemwegsinfekte und obstruktive Bronchitiden

Welche Rolle Virusinfektionen, die zu einer obstruktiven Säuglingsbronchitis führen können (z.B. Parainfluenza-, Adeno- und RS-Viren), bei der Entstehung des Asthma bronchiale spielen, ist derzeit Gegenstand lebhafter Diskussionen. Einerseits kann eine Virusinfektion zu einer Epithelschädigung führen, die eine bronchiale Hyperreagibilität auslösen bzw. verstärken kann. Andere Befunde deuten daraufhin, daß eine atopische Veranlagung zu einer Bereitschaft für Atemwegsinfekte mit „asthmogenen“ Viren disponiert. Angeregt durch die Untersuchungsergebnisse der epidemiologischen Vergleichsstudien zur Häufigkeitsverteilung atopischer Erkrankungen in Ost- und Westdeutschland wird hypothetisch diskutiert, ob Kinder in Leipzig, die in der Regel schon früh Kindertagesstätten besuchten und zahlreiche Atemwegsinfekte durchmachten, durch die Prävalenz einer TH1-Reaktionsbereitschaft gegenüber einer TH2-Reaktion als Folge rezidivierender Infekte, vor der Entwicklung eines Asthma bronchiale geschützt wurden.


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Genetische Aspekte

Auf der Suche nach den verantwortlichen Genen konzentrieren sich großangelegte Familienstudien auf chromosomale Regionen, die Kandidatengene enthalten, welche durch ihren Einfluß auf den IgE-Stoffwechsel für den Atopiestatus von Bedeutung sein könnten: z.B. HLA-10 System (6q21.3), IgE-Rezeptor (11q13) und Interleukine (5q31). Bekannt sind Polymorphismen, die den IL4-Rezeptor und die Kontrollenzyme der Cysteinyl-Leukotrien Produktion betreffen. Abnormale Signale zwischen Epithel, das in Kontakt mit der Umwelt steht, und den darunter befindlichen (Myo)-Fibroblasten sowie dendritischen Zellen, induzieren eine Reaktivierung epithelialer, mesenchymaler Strukturen. Diese Prozesse sind an der Entwicklung der fetalen Lunge beteiligt und liefern die Basis für ein Asthma, das sowohl TH2-Polarisation als auch ein Remodeling der Wände des Respirationstraktes einschließt (32). Eine Assoziation mit erhöhten IgE-Spiegeln und Asthma konnte für genetische Varianten von FcEpsilonRIbeta und HTm4 gefunden werden. Die eher telomerischen Varianten, D11S480, waren mit Asthma, jedoch nicht mit erhöhten IgE-Spiegeln assoziiert (1). Auch für das 12q15-q24.1 Chromosom wurde eine Assoziation mit erhöhten Gesamt-IgE-Spiegeln festgestellt (52). Im Zusammenhang mit einer Region des 5q31 Chromosoms (IL Gencluster) konnte ein Prädisposition für die atopische Dematitis gefunden werden (22).

1.1.3 Rhinokonjunktivitis(79d)

Rhinokonjunktivitis ist eine allergische Entzündung der Nasenschleimhaut und/ oder der Konjunktiven infolge Überempfindlichkeit gegen Aeroallergene. In Abhängigkeit von den auslösenden Allergenen als saisonale Rhinokonjunktivitis (Baum-, und Gräserpollen) nur zu den jeweiligen Pollenflugzeiten oder als perenniale Rhinokonjunktivitis ganzjährig nach Allergenkontakt (z.B. Hausstaubmilbenkot, Tierepithelien, Schimmelpilze).

Epidemiologie

Die allergische Rhinokonjunktivitis stellt die häufigste klinische Manifestation einer atopischen Erkrankung dar, gefolgt von der atopischen Dermatitis, dem allergischen Asthma und der Nahrungsmittelallergie. Die Neuerkrankungsrate ist zwischen dem 6. und 15. Lebensjahr am höchsten, etwa 75% der Kindern entwickeln allergische Rhinitissymptome vor dem 25. Lebensjahr. Prospektive Untersuchungen haben gezeigt, daß etwa 40% der Rhinitispatienten über einen Zeitraum von 10 Jahren Asthmasymptome entwickeln.


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1.2 VIRALE INFEKTIONEN

Bei der Auswahl der in der Studie zu untersuchenden Virusinfektionen waren vor allem solche Infektionen von Interesse, die eine starke TH1-Antwort induzieren, Infektionen mit hoher Prävalenz bereits im Kindesalter und lebenslanger Seropositivität. Die Studie konzentriert sich auf die Untersuchung der Infektion mit dem Cytomegalie-Virus, dem Epstein-Barr-Virus und dem Varizella-Zoster-Virus. Während der erste Teil der Arbeit die Infektionen anhand von serologischer Diagnostik (IgG-Synthese) untersucht, beschäftigt sich der zweite Teil der Arbeit mit den Effektorzellen nach CMV-Infektion (TH1-Lymphozyten). Die Immunität gegen CMV auf zellulärer Ebene konnte überprüft werden, indem T-Lymphozyten von Kindern in vitro mit CMV-spezifischem Antigen und CMV-Proteinen (IE1- und pp65-Proteinen) stimuliert wurden und ihre Reaktivität in Form der intrazellulären IFN-gamma-Produktion erfaßt wurde. Das nicht-strukturale IE1 (pUL123) Protein erscheint schon sehr früh („immediate early protein“) in infizierten Zellen und stellt den entscheidenden Faktor für die Initiierung des Replikationszyklus dar. Etwas später wird noch vor der Viruspartikelformation das strukturale pp65 (UL83) Protein („early protein“) von CMV-infizierten Zellen gebildet. Es wird angenommen, daß das pp65 Protein und das IE1-Protein zu den beiden wichtigsten Zielproteinen der zellulären Immunantwort zählen, die über 90% aller T-Zell-Epitope abdecken. Die sogenannten „late proteins“ scheinen als Hüllproteine eine entscheidende Rolle bei der humoralen Immunantwort zu spielen. Aufgrund des hohen Polymorphismus der menschlichen MHC-Moleküle schien es uns durchaus sinnvoll, die Möglichkeit einer anti-CMV-T-Zell-Antwort durch die Stimulation mit zwei unterschiedlichen Proteinen zu erhöhen. Die Infektion mit dem Cytomegalie-Virus bot so die Möglichkeit neben der serologischen Diagnostik mittels ELISA-Technik, die T-Zell-Reaktivität mit Hilfe der Durchflußzytometrie zu untersuchen. Somit konnten sowohl Aussagen über einen aktuellen, als auch über einen länger zurückliegenden Viruskontakt getroffen werden. Anhand der Messung der IFN-gamma-Produktion konnte die TH1-Antwort bewertet werden.


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1.2.1 Cytomegalie-Virus CMV

Morphologie

Das Cytomegalievirus ist ein DNA-Virus der Herpesvirusgruppe. Wie alle Erreger dieser Gruppe ist es aus einem ikosaederförmigen Kapsid mit 162 Kapsomeren aufgebaut. Das Kapsid umschließt das DNA-Genom (235 kb), welches mehr als 200 verschiedene Proteine kodiert. Das Kapsid wird von einer Demarkationszone, dem Tegument umgeben. Das Tegument ist aus einer Reihe von Phosphoproteinen aufgebaut. Hierzu zählen u.a. das UL82(pp71), das UL83(pp65) und das UL69, Das Tegument wiederum wird von einer lockeren, äußeren Hülle, dem Envelope eingeschlossen. Allgemein wird zwischen zwei morphologischen Strukturen unterschieden, den Virus-spezifischen Proteinen und dem Envelope. Ersteres wird als „dense body-dichter Körper“ beschrieben und erscheint als große amorphe Struktur, die weder ein Nucleo-Kapsid, noch DNA enthält. Zweiteres wird als „non-infectious enveloped particle (NIEP)-nicht infektiöser Hüllpartikel“ beschrieben und besteht aus einem leeren Kapsid, umgeben von einer Lipidhülle. Abbildung 4 zeigt die CMV-Proteine, von denen die ein „mapping“ erfolgte (86).

Abbildung 4: Darstellung der CMV-Proteine (86)

Kontrolle der Genexpression

Die Expression des CMV-Genoms wird von einer Syntheseabfolge verschiedener Proteine gesteuert. Zunächst erfolgt die Synthese des „immediate early protein“. Dieser Schritt erlaubt die Transkription von messenger RNA der zweiten Gruppe von Proteinen „early protein“. Dies wiederum ermöglicht die Weiterführung der DNA-Replikation und führt zum Erscheinen der letzten Gruppe von Proteinen „late protein“. Während die Gruppe von „early protein“ vor allem an der viralen DNA-Replikation beteiligt sind, wirken die Gruppe von „late protein“ insbesondere bei der Bildung von viralen Strukturproteinen mit (86).


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Epidemiologie

Während in Deutschland ähnlich wie in anderen Industrieländern mit einer Seropositivität von über 60% gerechnet werden kann, sind in der dritten Welt über 90% der Bevölkerung seropositiv. Das CMV-Virus kann nach Erstinfektion latent im Körper persistieren und reaktiviert werden, wenn das Abwehrsystem geschwächt ist. Die konnatale CMV-Infektion ist die häufigste konnatale Infektion. Hauptrisiko ist die Primärinfektion in der Schwangerschaft, die bei ca. 3% der seronegativen Frauen auftritt. Dabei infizieren sich 1/3 der Feten. Studien der letzten Jahren fanden eine Prävalenz der kongenitalen Infektion von 0,5-2% (6,85). Bei den infizierten Feten kommt es in ca. 10% der Fälle zu einer konnatalen CMV-Erkrankung. Bei seropositiven Frauen kann es in ca. 10% zu einer Reaktivierung der CMV-Infektion während der Schwangerschaft kommen. Dabei infiziert sich der Fetus aber seltener (<10%) und die Neugeborenen sind meist asymptomatisch. Spätschäden können aber in ca. 10% auftreten (28). Vom 2. bis zum 16. Lebensjahr steigt die Häufigeit der Infektion von etwa 28% auf 45% (5,51). Die postnatale Infektion manifestiert sich klinisch als CMV-Erkrankung vorzugsweise in Abwehrgeschwächten. Sie zählt zu den häufigsten Komplikationen nach Nierentransplantation.

Infektionsweg

Die Übertragung erfolgt diaplazentar und postnatal durch Schmierinfektion, Bluttransfusion, Organtransplantation oder durch sexuellen Kontakt.

Klinische Manifestationen

Die Erkrankung kann sich an verschiedenen Organen abspielen. Die Erkrankung beim Neugeborenen zeichnet sich aus durch Frühgeburten, Hepatitis mit prolongiertem Ikterus, Hepatosplenomegalie, hämolytischer Purpura, Schwerhörigkeit, Chorioretinitis, Wachstumsretardierung oder geistiger Behinderung. Bei immunkompetenten Erwachsenen verläuft die Infektion in 90% der Fälle symptomlos, eventuell kommt es zu einem mononukleoseähnlichen Krankheitsbild mit Lymphadenopathie oder leichter Hepatitis. Bei immunsupprimierten Patienten verläuft die Erkrankung schwerer. Die Patienten können Symptome, wie Fieber, mononukleoseähnliches Krankheitsbild, Retinitis, Meningoenzephalitis, interstitielle Pneumonie oder Ulzerationen im Gastrointestinalbereich aufweisen (28).


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Virusdiagnostik

Die Diagnostik der postnatalen Infektion erfolgt über Virus-, Antigen- und CMV-DNA-Nachweis aus Urin, Blut, bronchoalveolärer Lavage oder Biopsiematerial. Die Primärinfektion läßt sich durch Serokonversion (Neuerscheinen von IgG-Antikörpern gegen CMV) und den Nachweis von IgM-Antikörper gegen CMV detektieren. Persistierende Infektionen werden durch IgG-Antikörper und Reaktivierungen durch erneuten IgG-Antikörper-Anstieg und eventuell erneuten Nachweis von IgM-Antikörpern diagnostiziert. Es gibt jedoch auch Reaktivierungen, insbesondere bei Immunsupprimierten, die nicht mit serologischen Veränderungen einhergehen. Mittels moderner Verfahren, wie der Histopathologie oder der Elektronenmikroskopie bzw. PCR-Methoden läßt sich das Virus sehr gut direkt nachweisen. Das Labor zeigt eine Leukopenie mit relativer Lymphozytose und atypischen Lymphozyten (28).

1.2.2 Epstein-Barr-Virus EBV

Morphologie

Die Epstein-Barr-Virus Typen I und Typ II sind DNA-Viren und gehören zur Herpesgruppe. Die zentrale Nukleinsäure ist umhüllt von einem ikosaederförmigen Kapsid, welches aus 160 triangulären Kapsomeren besteht. Diese Strukturen wiederum sind von einer irregulären, lipidhaltigen Hülle, dem Envelope, umgeben. Das Envelope ist essentiell für die Infektiösität des Virus (86).

Das virale Genom und viral kodierende Proteine

Das virale Genom besteht aus einem doppelsträngigen DNA-Molekül von 172 kb Länge. Sequenz-Analysen haben zwei Typen des Virus, Typ 1 und Typ 2 gefunden, die sich in den Domainen unterscheiden, die für das virale Kern-Antigen (EBNA) kodieren. Das virale Genom kodiert für etwa 100 Proteine, von denen bisher nur wenige identifiziert wurden. Elf viral-kodierende Proteine sind mit latent infizierten Zellen und weitere drei Proteine mit lytischer Infektion assoziiert. Zu den latenten Proteine werden der „EB viral nuclear antigen complex“ (EBNA), das „latent membrane protein“ (LMP“ und das “terminal protein“ (TP) gezählt. Zu den lytischen Proteinen gehören die „membrane antigens“ (MA), die „early antigens“ (EA)und das „viral capsid antigen“ (VCA). Von EBNA sind insgesamt sechs Proteine bekannt EBNA 1-6). Das von uns untersuchte EBNA 1 ist zuständig für die Blastentransformation (86).

Epidemiologie

In Westeuropa sind 95% der Bevölkerung bis zum 30. Lebensjahr infiziert, der Erkrankungsgipfel liegt im jugendlichen Alter. Im Vergleich dazu sind in Zentralafrika fast alle Kinder schon mit 3 Jahren infiziert. Die Prävalenz der Infektion steigt vom 1. bis zum 7. Lebensjahr von etwa 15% auf etwa 70% an (3,5,12,31,43). Die Abbildung 5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Seropositivität für EBV (86).


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Abbildung 5: Zeitlicher Verlauf der Seropositivität für EBV (86)

Infektionsweg

Zielzellen des Virus sind die naso- und oropharygealen Epithelien sowie B-Lymphozyten, die als „EBV-Rezeptor“ das CD-21-Antigen tragen. Unzerstörte infizierte B-Lyphozyten können Viruspersistenz verursachen. Die Infektion wird hauptsächlich über den Speichel übertragen (z.B. durch Küssen „kissing disease“).

Klinische Manifestation

Im Kleinkindalter verläuft die Infektion meist asymptomatisch. Im späteren Lebensalter tritt das klinische Bild der infektiösen Mononukleose (Pfeiffer’sches Drüsenfieber) mit fieberhafter Angina tonsillaris/ Pharyngitis, Lymphknotenschwellungen und typischem Blutbild mit Virozyten auf. Zu den EBV-assoziierten Malignomen gehören das Nasopharynxkarzinom und das Burkitt-Lymphom (28).

Virusdiagnostik

Die Virus-Diagnostik erfolgt durch serologischen Antikörper-Nachweis. Die frische Infektion ist gekennzeichnet durch das Erscheinen des Anti-VCA, virales Capsid-Antigen (IgG und IgM), des Anti-EA-D, early antigen difuse und heterophiler IgM-Antikörper bei 80% der Erwachsenen und 50% der Kinder. Frühere Infektionen zeigen Anti-VCA, virales Capsid-Antigen (IgG) und Anti-EBNA EBV, nukleäres Antigen (IgG). Das Blutbild zeigt eine Leukozytose mit 40-90% mononukleärer Zellen und Reizformen der Lymphozyten = Virozyten = aktivierte T-Lymphozyten (28).


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1.2.3 Varizella-Zoster-Virus VZV

Morphologie

Das VZV erscheint morphologisch als ein Herpesvirus. Das Genom besteht aus einer linearen doppelsträngigen DNA mit einer Länge von etwa 125 Kilobasen Paaren kbp.

Epidemiologie

Die Varizellen sind eine Kinderkrankheit mit generalisiertem vesikulärem Exanthem und hohem Kontagionsindex (90%). Einen zeitlichen Verlauf der VZV-Prävalenz zeigt Abbildung 6 (86).

Abbildung 6: Zeitlicher Verlauf der VZV-Prävalenz (86)

Infektionsweg

Die Varizellen sind eine hoch kontagiöse aerogene Tröpfcheninfektion.

Klinische Manifestation

Windpocken stellen die Erstinfektion mit VZV dar. Sie zeigen ein polymorphes Bild, verursacht durch schubweisen Verlauf mit Roseolen-Papeln-Bläschen-Krusten. Man findet ungekammerte Bläschen mit dünner Decke. Die Mundschleimhaut ist mitbefallen. Der Herpes zoster ist eine Erkrankung des höheren Lebensalters und wird ausgelöst durch Reaktivierung des Virus, das nach der Primärinfektion in den Spinalganglien persistiert. 15% der Erwachsenen erkranken an einer Gürtelrose. Die Effloreszenzen beschränken sich meist auf ein oder mehrere Dermatome, meist Thorakalnerven. Vor, während und nach der Bläscheneruption treten starke Schmerzen auf (28).


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Virusdiagnostik

Die Diagnostik erfolgt durch Antigennachweis, Virusisolierung bzw. elektronenmikroskopischen Virusnachweis oder serologischen Antikörper-Nachweis, IgM-Antikörper mit Serokonversion (28).


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1.3 Hypothese der vorliegenden Studie

Die Hypothese dieser Studie geht davon aus, daß in den ersten Lebensjahren auftretende Virusinfektionen eine TH1-Immunantwort induzieren, die in der Folgezeit zu einer reduzierten Inzidenz atopischer Krankheitsmerkmale führt. Ausgangspunkt der Untersuchung sind die folgenden Annahmen. Kinder, die in den ersten Lebensjahren seropositiv gegenüber viralen Infektionen waren, zeigen im späteren Leben weniger häufig Symptome atopischer Erkrankungen als seronegative Kinder. Kinder ohne Symptome atopischer Erkrankungen reagieren auf eine virale Stimulation häufiger mit einer TH1-Immunantwort als Kinder mit atopischen Manifestationen.

Die vorliegende Arbeit analysiert einerseits den Zusammenhang zwischen Seroprävalenz häufig auftretender Virusinfektionen bei Kindern im Alter von 3 Monaten bis 16 Jahren und dem Auftreten atopischer Erkrankungen. Auf der anderen Seite untersucht die Arbeit die T-Zell-Reaktivität von Kindern und Jugendlichen mit und ohne Symptome atopischer Erkrankungen nach einer viralen Stimulation. Bei der Ermittlung von Seroprävalenzen häufig auftretender Virusinfektionen wurden im ersten Teil der Arbeit Kinder mit 1 Jahr und mit 3 Jahren untersucht, da die ersten Lebensjahre als wichtiger immunologischer Entwicklungszeitraum für die T-Zell-Reifung angesehen werden. Daten zur atopischen Manifestation lagen uns für den Zeitraum vom 3. Lebensmonat bis zum 7. Lebensjahr vor (MAS-Studie). Die Seroprävalenz der Kinder wurden mit den atopischen Manifestationen der Kinder sowohl zum gleichen Zeitpunkt als auch zu einem späteren Zeitpunkt (7. Lebensjahr) verglichen. Den Vergleich zum Zeitpunkt der Infektion und zu einem späteren Zeitpunkt vorzunehmen, sollte dem Umstand Rechnung tragen, daß ein möglicher Einfluß der Virusinfektion auf die atopische Manifestation erst innerhalb einer Wirkungszeit von mehreren Jahren zum Tragen kommt. Zum anderen galt es zu berücksichtigen, daß bereits manifeste atopische Symptome bei Virusinfekten eher verstärkt auftreten können. Bei der Auswahl der zu untersuchenden Virusinfektionen interessierten vor allem Infektionen mit hoher Prävalenz unter Kindern, Infektionen mit lebenslanger Immunität und Infektionen mit Induktion einer TH1-Immunantwort. Im Einzelnen widmet sich die vorliegende Arbeit der Infektion mit dem Cytomegalie-Virus, dem Epstein-Barr-Virus und dem Varizella-Zoster-Virus. Das Cytomegalie-Virus ermöglichte es zusätzlich, die T-Zell-Reaktivität der Kinder nach einer Infektion zu untersuchen. Während im ersten Teil der Arbeit der Schwerpunkt auf der serologischen Diagnostik mittels ELISA-Technik liegt, beschäftigt sich der zweite Teil der Studie mit den Effektorzellen unter Verwendung der Durchflußzytometrie. Somit konnten sowohl Aussagen über einen aktuellen, als auch einen länger zurückliegenden Viruskontakt, getroffen werden. Im zweiten Teil wurden Kinder bzw. Jugendliche im Alter von 1 Jahr bis 16 Jahren untersucht. Es wurden bewußt höhere Altersgruppen in die Untersuchung einbezogen. Zum einen konnte so ein möglicher Einfluß viraler Infektion auf atopische Manifestation auch im jugendlichen Alter analysiert werden, zum anderen war die Erweiterung der Altersgrenzen nötig, um ausreichend Untersuchungsmaterial rekrutieren zu können. Als Nebeneffekt lieferte die Studie Aussagen über die Seroprävalenz der untersuchten Infektionen, sowie eine Aussage über die CMV-spezifische TH1-Zell-Reaktivitäten unter deutschen Kindern und Jugendlichen.


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Fri Mar 16 20:12:51 2001