Charakterisierung der T-Zell-Antwort auf eine intestinale Nematodeninfektion

Abstract

Parasitische Nematoden beeinflussen gezielt die Abwehrreaktionen ihres Wirtes. Dies wird besonders während der chronischen Infektionsphase durch eine herabregulierte T-Zell-Antwort auf Parasitenantigene und andere Stimuli ersichtlich. In dieser Arbeit wurde die T-Zell-Antwort gegen einen intestinalen Nematoden untersucht. Mäuse wurden mit dem Trichostrongyliden Heligmosomoides polygyrus infiziert und in der Folge Effektor- sowie regulatorische T-Zellen (Tregs) untersucht. Subpopulationen von CD4+ T-Zellen wurden aus chronisch infizierten Mäusen isoliert und in naive Empfänger transferiert, welche nachfolgend infiziert wurden. Dabei zeigte sich, dass der Transfer von CD4+ Effektor-T-Zellen zu einer verminderten Wurmlast in den Empfängertieren führte, diese Zellen also einen partiellen Schutz gegen die Primärinfektion vermitteln. Der gleichzeitige Transfer von Tregs beeinflusste diesen Effekt nicht. Tregs allein zeigten keinerlei Einfluss auf die Wurmlast der Empfänger. Die Protektion durch Transfer von Effektor-T-Zellen kann vermutlich auf eine kleine Antigen-spezifische Population von CD4+ Zellen zurückgeführt werden. Diese Zellen wurden durch die Expression von CD40-L (CD154) nach Restimulation mit Parasitenantigen in vitro charakterisiert und enthielten einen Großteil der Zytokinproduzenten unter den CD4+ Zellen. Während diese Effektorzellen ein deutliches Th2-Zytokinprofil durch Produktion von Interleukin-4 (IL-4) und IL-13 zeigten, reagierte eine Treg-Subpopulation mit der Sekretion hoher Mengen von IL-10 auf Antigenstimulation. Diese Tregs waren durch Expression des Integrins AlphaE (CD103)Beta7 sowie CD25 und Foxp3 charakterisiert und vermittelten in vitro die stärkste Suppression anderer T-Zellen, wenn sie aus chronisch infizierten Mäusen isoliert wurden. Durch Untersuchung der zellulären Zusammensetzung von mesenterialen Lymphknoten und Milz konnte gezeigt werden, dass die Frequenz solcher regulatorischer Zellen im Verlauf der Infektion dauerhaft und überproportional zunimmt. Im Gegensatz dazu wurde am Infektionsort nur eine vorübergehende Akkumulation von Tregs (Foxp3+) während der akuten Phase der Infektion nachgewiesen. Diese Ergebnisse zeigen den Einfluss einer intestinalen Nematodeninfektion auf die Aktivität von Tregs und das Potential parasitenspezifischer CD4+ Effektor-Zellen zur Vermittlung von Schutz gegen die Infektion. Ein weiteres Projekt dieser Arbeit wahr die Verabreichung eines immunmodulatorischen Parasitenproteins, des Filariencystatins Av17, in einem Mausmodell entzündlicher Darmerkrankungen. In Mäusen wurde eine kolitisartige Entzündung durch eine Chemikalie im Trinkwasser induziert. Die regelmäßige Verabreichung von rekombinant exprimiertem Cystatin verminderte die Entzündungsreaktion signifikant. Damit konnte in dieser Arbeit gezeigt werden. dass Entzündungsreaktionen, die nicht durch den Parasiten selbst hervorgerufen werden, durch die Applikation einer einzelnen Parasitenkomponente unterdrückt werden können.

Parasitic nematodes specifically modulate the immune response of their hosts. A cellular hyperreactivity, especially during the chronic phase of infection, is a distinct finding of such infections. The T cell response against an intestinal nematode was analyzed in this work. Mice were infected with the trichostrongylid Heligmosomoides polygyrus and surveyed for changes concerning effector and regulatory T cells (Tregs). Subpopulations of CD4+ T cells were isolated from chronically infected mice and adoptively transferred to naive recipients, which were subsequently infected. The Transfer of CD4+ effector cells conferred partial protection, seen as decreased worm burdens in recipients. This effect was unimpaired by simultaneous transfer of Tregs. The transfer of purified Tregs alone showed no effect on worm burdens. The protection by transfer of effector T cells was probably due to a small parasite-specific population, which was characterized by the expression of CD40-L (CD154) after antigen-restimulation. The CD154+ population contained high frequencies of cells reacting with production of the Th2 key cytokines interleukin-4 (IL-4) and IL-13. On the other hand, a subpopulation of Tregs secreted high amounts of IL-10 in response to the antigen. These Tregs were characterized by the expression of the integrin AlphaE (CD103)Beta7, as well as CD25 and Foxp3. They showed a peculiar strong suppressive efficacy on the proliferation of other T cells, especially when derived from chronically infected donors. Analyzing the cellular composition of mesenteric lymph nodes and spleens in response revealed a lasting and over-proportional increase in frequencies of these Tregs. In clear contrast, only a transient increase of Foxp3-expressing Tregs was detected at the site of infection during the acute phase. These results point out the changes Treg activity during an intestinal nematode infection and show the potential of CD4+ effector cells in mediating protection against infection. A second project of this work was the application of an immunomodulatory parasite protein, the filarial cystatin Av17, in a mouse model of inflammatory bowel disease. Mice developed an inflammatory response to a chemical applied in the drinking water. The repeated application of recombinantly expressed cystatin significantly diminished the inflammatory response. Hence, this work showed the potential of a single parasite component in suppressing inflammatory processes not caused by the parasite itself.