Hepatocyte-dependent induction of immunoregulatory CD4+ T cells

Abstract

Die Leber ist das größte Stoffwechselorgan des Körpers mit zahlreichen metabolischen Funktionen. Unter anderem werden die aufgenommenen Nährstoffe des Darmes über die Portalvene in die Leber transportiert und dort weiterverarbeitet. Mit den Nährstoffen über die Portalvene kommen auch kontinuierlich potentielle Antigene und Toxine in die Leber. Hierfür benötigt die Leber ein tolerogenes Milieu zur Vermeidung einer permanenten Entzündungsreaktion. Um dieses Milieu zu erzeugen, sind in der Leber zahlreiche professionelle und nicht professionelle Immunzellen lokalisiert, welche miteinander interagieren. Burghardt et al. konnten in in vitro Experimenten mit murinen Zellen zeigen, dass Hepatozyten, die Parenchymzellen der Leber, mit CD4+ T Zellen interagieren und ein immunosuppressiver IL-10- und IFNγ produzierender Phänotyp entsteht. In dieser Dissertationsschrift geht es um die weitere Charakterisierung und funktionelle Eigenschaften der durch Hepatozyten induzierten CD4+ T Zellen (CD4+ THC). Hierfür wurden Ko Kulturen aus Hepatozyten und CD4+ T Zellen aus verschiedenen Maus Modellen sowie Suppressionsassays mit CD4+ THC und Responder-T Zellen analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass durch Hepatozyten verschiedene CD4+ THC Phänotypen, bestehend aus Einzel- und Koproduzenten von IL-10 und IFNγ induziert werden. Mittels Auftrennung nach IL-10+ und IL-10- CD4+ THC wurde dargestellt, dass beide Populationen die Proliferation und Aktivierung von naiven CD4+ T-Zellen inhibieren. Die Fähigkeit Proliferation und Aktivierung von T-Zellen inhibieren traf ebenfalls auf CD4+ THC aus Ifnγ-/--Mäusen zu. Dies führte zur Schlussfolgerung, dass weder IL-10 noch IFNγ eine Schlüsselrolle für die immunsuppressiven Fähigkeiten der CD4+ THC spielen. Um die CD4+ THC weiter zu analysieren wurde die Gen Expression der Zellen mittels Nanostring Technologies' nCounter® system analysiert. Hierin konnte gezeigt werden, dass insbesondere GzmB in den CD4+ THC deutlich höher exprimiert wurde als in der Kontrollgruppe. Dies führte zur Hypothese, dass GzmB möglicherweis eine wichtige Rolle für die immunsuppressiven Fähigkeiten der CD4+ THC einnimmt. Die GzmB Produktion der CD4+ THC ist am höchsten in den IFNγ exprimierenden Zellen, jedoch ist die Produktion nicht abhängig von IFNγ da die Expression von GzmB in Ifnγ-/--Mäusen unverändert blieb. Zusätzlich wurde die Expression von GzmB unter Th1 polarisierenden Bedingungen verstärkt und unter Th2 polarisierenden Bedingungen nahezu eliminiert. Bereits Burghardt et al. zeigte, dass der Notch Signalweg entscheidend für die Induktion von CD4+ THC war. Dies konnte in dieser Arbeit für die GzmB Expression ebenfalls gezeigt werden. Zur Überprüfung ob GzmB eine Schlüsselrolle für die immunsupressive Wirkung von CD4+ THC spielt, wurden Suppressionsassays mit Gzmb-/- Mäusen und mit einem GzmB Inhibitor durchgeführt. Entgegen der Hypothese zeigten jedoch die Inhibition oder die Abwesenheit von GzmB keinen Unterschied auf den inhibitorischen Effekt der CD4+ THC. Darüber hinaus zeigten die Daten, dass CD4+ THC in Ko-Kultur mit naiven T-Zellen IL- 2 verbrauchen und es somit den naiven T-Zellen nicht zur Verfügung steht. Extern hinzugefügtes IL-2 führte zwar zu einer verstärkten Proliferation und Aktivierung von CD4+ T-Zellen im Suppressionsassay, konnte aber den suppressiven Effekt der CD4+ THC nicht aufheben. Zusammenfassend stellte diese Arbeit eindrücklich dar, dass die durch Hepatoyzten induzierten IL-10 und/ oder IFNγ produzieren Subpopulationen suppressiv wirken. Als mögliche immunsuppressive Mechanismen wurde die Beteiligung der Zytokine IL-10 und IFNγ als auch der Zusammenhang mit der Expression von GzmB untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass weder IL-10, IFNγ noch GzmB in vitro eine Schlüsselrolle bei der immunsuppressiven Wirkung der CD4+ THC einnehmen. Weitere Studien sind erforderlich, um die Differenzierung und Funktion der CD4+ THC genauer zu bestimmen. Dazu gehört die Analyse weiterer Oberflächenmarker zur genaueren Differenzierung des Zelltyps. Darüber hinaus ist der immunsuppressive Mechanismus noch nicht geklärt. Aufgrund der hohen Expression von GzmB sollte im Rahmen weiterer Untersuchungen geprüft werden, ob CD4+ THC den Zelltod induzieren können. Ein weiterer wichtiger Schritt wäre die Übertragung der CD4+ THC Populationen in ein in vivo Modell, z.B. durch adoptiven Transfer in Mäuse, die anschließend Concanavalin A erhalten, welches zu einer Th1 induzierten Leberschädigung führt. Auch wenn weitere Studien erforderlich sind konnte der Einfluss von Leberparenchymzellen auf die Entwicklung des spezifischen Immunmilieus der Leber gezeigt werden. Diese Ergebnisse können zu einem besseren Verständnis der Wiederherstellung der Immunhomöostase und der Kontrolle immunvermittelter Lebererkrankungen beitragen.