The role of interleukin 17 in acute and chronic cholangitis in mice

Abstract

Interleukin 17 ist ein Zytokin mit vielseitiger Funktion und Wirkung. Insbesondere in der Abwehr von Pilzen und Bakterien spielt es eine zentrale Rolle. Als entzündungsfördernder Faktor ist IL-17 jedoch auch mit der Entstehung von Entzündungen und autoimmunen Erkrankungen assoziiert. In Patienten, die an Cholangiopathien leiden - Krankheiten, die mit einer Schädigung von Cholangiozyten einhergehen - wurden vermehrt IL-17-produzierende Zellen im Bereich der Gallengänge gefunden. Bis heute sind sowohl Krankheitsursache als auch Pathogenese von Cholangiopathien unzureichend erforscht. Leberzirrhose und Leberversagen können schwerwiegende Folgen sein, da es bisher keine heilende Therapie gibt.

Um die Rolle von IL-17 in der Entstehung und im Verlauf von Cholangiopathien besser zu verstehen, haben wir zwei verschiedene Mausmodelle der experimentellen Cholangitis in Hinblick auf IL-17 untersucht. Zur Klärung der Rolle von IL-17 für den Ausbruch und den Verlauf einer akuten Cholangitis wurde das K14-OVAp Mausmodell verwendet. Die Mäuse exprimieren ein OVA-Peptid auf Cholangiozyten und entwickeln eine akute T Zell-vermittelte Entzündung nach dem Transfer von OVA-spezifischen OT-1 CD8+ T Zellen. Nach dem Transfer von IL-17A/F-defizienten OT-1 Zellen konnten wir eine verstärkte Cholangitis beobachten, welche auf stark proliferierende und zytotoxische CD8+ T Zellen zurückzuführen war. In der frühen Phase der Entzündung wurde IL-17 als zentraler Faktor in der Aktivierung von Cholangiozyten identifiziert. In Abhängigkeit von IL-17 konnten Cholangiozyten durch die Expression von PD-L1 die T Zell-Aktivierung und -Expansion regulieren und somit vor verstärkter Entzündung schützen.

Den Einfluss von IL-17-Defizienz in der Langzeitentwicklung von chronischer Cholangitis, Leberfibrose und Lebertumoren haben wir im etablierten Mdr2-/- Mausmodell untersucht. Aufgrund der Anhäufung von toxischen Gallensäuren um die Gallengänge entwickeln Mdr2-/- Mäuse mit dem Alter eine sklerosierende Cholangitis. Wir konnten keinen veränderten Verlauf der Entzündung und der Fibroseentstehung bei Mdr2-/-/IL-17A/F-/- Mäusen feststellen, jedoch eine verminderte Entstehung von Lebertumoren. Der Tumor-begünstigende Effekt von IL-17 könnte dabei auf erhöhte Spiegel von IL-6 und PD-L1 oder auf die veränderte Rekrutierung von gamma/delta T Zellen und Neutrophilen zurückzuführen sein.

Insgesamt konnten wir für IL-17 eine protektive Rolle in der akuten Cholangitis, jedoch auch einen pro-tumorigenen Effekte in der chronischen Cholangitis identifizieren, was die Diversität von IL-17 im Zusammenhang mit Entzündungen hervorhebt. Weitere Untersuchungen werden jedoch benötigt, um ein besseres Verständnis der Cholangiopathien zu gewährleisten und neue Therapieansätze zu entwickeln.

Interleukin 17 is a cytokine with manifold effects and functions. It plays an important role in defending mucosal barriers from fungi and bacteria, but it is also involved as a proinflammatory and pathogenic trigger in chronic inflammatory and autoimmune diseases. Increased frequencies of IL-17-producing cells were found localised around the bile ducts in patients suffering from cholangiopathies - diseases that are characterised by damaged cholangiocytes. To date, both disease aetiology and pathogenesis of cholangiopathies are poorly understood and liver cirrhosis as well as end-stage liver disease may develop, since no curative treatment has been found so far.

To clarify the role of IL-17 in the pathogenesis and progression of cholangiopathies, we analysed the impact of IL-17 in two different mouse models of experimental cholangitis. To evaluate the importance of IL-17 in the onset and development of acute cholangitis, we made use of K14-OVAp mice that express an OVA peptide on cholangiocytes and develop T cell-mediated cholangitis after adoptive transfer of OVA-specific OT-1 CD8+ T cells. After transferring OT-1 CD8+ T cells deficient in IL-17A/F expression, we observed the development of more severe cholangitis, attributed to highly proliferative and cytotoxic CD8+ T cells. We identified IL-17 to be of major importance in the early activation of cholangiocytes and their T cell-regulating abilities. IL-17-dependent upregulation of PD-L1 on cholangiocytes protected from liver inflammation through inhibition of T cell expansion and cytotoxicity.

The impact of IL-17 deficiency in the long term progression of chronic cholangitis, fibrosis and tumourigenesis was investigated in the well established Mdr2-/- mouse model. These mice develop sclerosing cholangitis due to the accumulation of toxic bile acids around bile ducts and harbour the risk of developing hepatocellular tumours. We did not observe altered development of chronic cholangitis or altered manifestation of liver fibrosis in Mdr2-/-/IL-17A/F-/- mice, but IL-17 deficiency resulted in decreased tumour burden in mice. Although the underlying mechanisms are not clarified, the pro-tumourigenic effect of IL-17 might result from increased levels of IL-6 and PD-L1 or the altered recruitment and activation of gamma/delta T cells and neutrophils.

Overall, IL-17 expression was found to have a protective role in acute cholangitis, but tumourigenic effects in chronic cholangitis, highlighting the context dependent heterogeneity of IL-17 signalling in the setting of cholangitis. Further research therefore is necessary before targeting IL-17 can be considered for the treatment of autoimmune cholangiopathies.