Bedeutung der Myeloperoxidase für die Parasiteneliminierung und Endothelfunktion bei der Malaria

Abstract

Das leukozytäre Enzym Myeloperoxidase (MPO) wird während einer Infektion oder Entzündung von aktivierten Neutrophilen sezerniert und ist seit langem für seine antimikrobiellen Eigenschaften bekannt. Die Generierung von reaktiven Sauerstoffspezien (ROS) sowie die Beteiligung an neutrophil extracellular trap-Bildung tragen dabei direkt zur Pathogenabwehr bei. Zudem hat in jüngster Zeit vermehrt der proinflammatorische Einfluss der MPO an Aufmerksamkeit gewonnen. So aktiviert MPO Neutrophile und begünstigt deren Rekrutierung. Des Weiteren bindet die MPO an das Endothel und führt außerdem über ihre oxidativen Produkte zur Endothelaktivierung und endothelialer Dysfunktion. Welche Bedeutung die MPO für die Parasiteneliminierung und Endothelfunktion in der Malaria hat, wurde allerdings bisher kaum aufgeklärt. In dieser Arbeit wurden zunächst die MPO-Plasmaspiegel von Patienten mit importierter P. falciparum-Infektion bestimmt. Diese waren um ein Vielfaches gegenüber der Basalkonzentration erhöht. Um im Folgenden weitere Untersuchungen zur Rolle von MPO bei der Malaria durchzuführen, wurde ein Mausmodell der Malaria verwendet. Vergleichbar zu den Ergebnissen in der humanen Malaria wurden auch in infizierten Mäusen erhöhte MPO-Plasmaspiegel gefunden. Zudem wurde gezeigt, dass MPO nicht für eine effektive Kontrolle der Parasitämie benötigt wird. MPO-Knockout (Ko)-Mäuse konnten im Gegenteil die Parasiten früher eliminieren als die Wildtyp (WT)-Kontrollmäuse. Ferner war an dieser verbesserten Parasiteneliminierung offenbar weder die NADPH-Oxidase noch von der induzierbaren oder endothelialen Stickstoffmonoxid (NO)-Synthase generiertes NO beteiligt, obwohl für ROS und NO eine antiplasmodiale Wirkung postuliert wird. Dafür konnte ein höherer Anteil an Interferon γ- und Tumornekrosefaktor-α-produzierender CD4+ und CD8+ T Zellen an der Gesamtlymphozytenpopulation bei den MPO-Ko-Mäusen identifiziert werden. Dieses lässt auf einen kausalen Zusammenhang zwischen einer verstärkten T Zellantwort und der in den MPO Ko-Mäusen beobachteten verminderten Parasitämie schließen. Davon abgesehen wurde in infizierten WT-Mäusen keine Beeinträchtigung der endothelabhängigen Vasodilatationsfähigkeit gefunden. Jedoch konnte eine leichte Verminderung des Anteils der an dem Endothel adhärierenden parasitierten roten Blutzellen (pRBZ) in MPO Ko-Mäusen festgestellt werden. Dieses deutet auf eine Involvierung der MPO bei der pRBZ-Endothel-Interaktion hin, welche ein entscheidender Faktor für die Entstehung der Pathologie in der Malaria darstellt. Zusammengefasst wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass MPO die pRBZ-Adhäsion an das Endothel zu fördern scheint. Darüber hinaus vermindert MPO die proinflammatorische T-Zellantwort. Es wird daher davon ausgegangen, dass diese Faktoren für eine beeinträchtigte Parasiteneliminierung verantwortlich sind.

Myeloperoxidase (MPO) is a leukocyte-derived enzyme produced by activated neutrophils during infection and inflammatory diseases. Its ability to generate reactive oxygen species (ROS) as well as the involvement in neutrophil extracellular trap formation enables MPO to participate directly in pathogen defense. Besides these well established antimicrobial properties, the proinflammatory features of MPO have recently gained increasing attention. MPO activates neutrophils and promotes their recruitment. It also binds to the endothelium, provokes endothelial dysfunction and endothelial activation via the generation of ROS. So far, it is not known which impact MPO has on parasite clearance and endothelial function in malaria infection. Initially, MPO plasma levels in patients with imported P. falciparum infection were measured. In this study high MPO levels could be observed. To further investigate this observation a mouse model was used to study the role of MPO in malaria infection. Similarly to human infection increased MPO plasma levels were found in infected mice. Furthermore, it could be shown that MPO is not required for an effective parasite control. In contrast MPO knockout (ko) mice could clear the infection much earlier than wildtype (WT) control mice. Moreover, neither the engagement of NADPH oxidase nor nitric oxide (NO) produced by the endothelial or inducible NO synthase are responsible for the enhanced parasite clearance, although ROS together with NO have been discussed to possess antiplasmodial function. Instead, an increased proportion of interferon-γ and tumor necrosis factor-α producing CD4+ and CD8+ T cells of the population of lymphocytes could be identified in MPO ko mice, suggesting this to be the causal mechanism for the observed enhancement of parasite clearance. Apart from this no impaired endothelium-dependent vascular relaxation was found in infected WT mice. However, a slightly diminished frequency of adherent parasitized red blood cells (pRBC) to the endothelium could be detected in infected MPO ko mice. This finding could indicate an involvement of MPO in the interaction between pRBC and the endothelium, which is a crucial factor for the development of pathology in malaria infection. Taking together the results of this thesis show that MPO could possibly promote pRBC adhesion to the endothelium. Additionally, MPO diminishes the proinflammatory response of T cells. Therefore it is proposed that these mechanisms are responsible for an impaired parasite clearance.