Die Rolle der kommensalen Gastrointestinalflora und der Rezeptoren des angeborenen Immunsystems bei der akuten Graft-versus-Host-Erkrankung nach bestrahlungsunabhängiger Konditionierung im murinen Transplantationsmodell

Abstract

Akute Graft-versus-Host-Erkrankung (GvHD) ist eine Hauptursache für Morbidität und Mortalität nach allogener Stammzelltransplantation. TLR- und NOD- Rezeptoren sind Komponenten des angeborenen Immunsystems, welche unvariable Merkmale mikrobieller Organismen erkennen. Der Detektion der Intestinalflora durch TLR- und NOD-Rezeptoren wird eine bedeutende Rolle bei der Induktion akuter GvHD beigemessen. Die Anwendung alternativer Konditionierungsansätze mit geringerer Wirkungsintensität (RIC – Reduced-Intensity-Conditioning) vor allogener Stammzelltransplantation konnte positive Auswirkungen auf das Auftreten und die Ausprägung akuter GvHD aufzeigen, dennoch sind die Hintergründe dieser veränderten Immunbiologie größtenteils unbekannt. In einem neu etablierten murinen „Reduced-Intensity“ Konditionierungsmodell haben wir die Intestinalflora durch kulturelle und molekulare Methoden untersucht und weiterhin histologische und in situ histochemische Analysen angefertigt. Die Transplantation im allogenen „Mismatch“ führte zum Versterben der Tiere ab Tag sechs nach Transplantation, zu einer intestinalen Immunreaktion und zum Auftreten pathohistologischer Läsionen im Gastrointestinaltrakt. Im Colon waren mehr Apoptosen, T-Zellen, proliferierenden Zellen und Neutrophile nachzuweisen. Gleichzeitig kam es durch die Akkumulation Enterobacteriaceae, gramnegativer anaerober Stäbchen, grampositiver aerober Kokken und einem Verlust bakterieller Diversität zu einer proinflammatorischen Veränderung der Colonflora. Entsprechende Florenverschiebungen konnten auch im Ileum und Jejunum von Wildtyptieren beobachtet werden. Die Analyse der TLR- und NOD2-defizienten Tiere erbrachte ein signifikant besseres Überleben der TLR9- und NOD2-defizienten Tiere. Diese Tiere hatten im Vergleich zu Wildtyptieren eine mildere Entzündungsreaktion im Magen und Colon, gekennzeichnet durch den geringeren Anstieg von T-Zellen und apoptotischen Zellen bei gleichzeitig verstärkter Regeneration im Colon. Die Analysen bei MyD88-/--Tieren bestätigten weitesgehend unserer Befunde bei TLR9-defizienten Tieren. Eine veränderte Immunreaktion auf die Transplantation war ebenfalls im Colon TLR2-, TLR4-, TLR2/4-, und TRIF-defizienter Tieren zu beobachten, führte aber nicht zu verbesserten Überlebensraten dieser Tiere. Die Verabreichung von MDP und einem TLR9-Antagonisten bei akuter GvHD resultierte im Colon in einem geringeren Anstieg von T-Zellen, neutrophilen und apoptotischen Zellen. Schlussfolgernd erlauben die vorliegenden Ergebnisse wertvolle Einblicke in die Immunbiologie akuter GvHD nach „Reduced-Intensity“ Konditionierung und bilden möglicherweise Grundlage für eine Erweiterung der therapeutischen und prophylaktischen Interventionsstrategien bei Patienten mit akuter GvHD.

Acute graft-versus-host-disease (GvHD) is one of the major complications of allogeneic bone marrow transplantations. TL- and NOD Receptors are mediators of the innate immune system, which recognise molecular characteristics of the bacterial flora. The detection of the intestinal flora is considered to be one of the key factors in inducing intestinal GvHD. In the past, new conditioning regimens have been explored, trying to reduce the toxicity of the conventional conditioning regimen. However, the immunopathology of these new conditioning regimens remain poorly understood. In a new established Reduced-Intensity- Conditioning regimen we analysed changes in intestinal microbial flora by using cultural and molecular methods. Furthermore, we analysed intestinal inflammation by using hematoxylin / eosin and immunhistochemical staining. In acute intestinal GvHD, we found increasing numbers of apoptotic cells, proliferating cells, T cells and neutrophils in the colon. During inflammation we found a gut flora shift towards increased numbers of enterobacteria, enterococci and Bacteroides/ Prevotella spp. Similar changes within the intestinal flora were observed in ileum and jejunum of wildtype animals. After transplantation TLR9-/- and NOD2-/- mice displayed a reduced mortality rate. In addition, these animals had less intestinal inflammation in the stomach and colon, compared to wildtype controls. The reduction of the intestinal inflammation was accompanied by less infiltration of T cells and less apoptotic cells within the colon of these animals. TLR2-, TLR4-, TLR2/4- and TRIF- knockout mice also displayed some changes in the immunopathology. However, these animals were not protected from mortality. The application of MDP and a TLR9-antagonist during conditioning or after transplantation resulted in a reduction of T cells, neutrophils and apoptotic cells in the colon. The results give new insights into the immunopathology of acute GvHD after Reduced-Intensity-Conditioning and might be the basis for new therapeutic and prophylactic options for patients suffering from GvHD.