Zytokin-vermittelte Induktion der Interferon gamma-Synthese in humanen T -Helfer-Zellen

Abstract

Die Sekretion von Interferon gamma durch T-Helfer-(Th-)Zellen stellt eine fundamentale Effektorfunktion bei der Abwehr von intrazellulären Pathogenen dar. Zahlreiche Indizien sprechen jedoch ebenfalls für eine Rolle von Interferon gamma-produzierenden Th1-Zellen bei der Pathogenese von Autoimmunerkrankungen wie der Rheumatoiden Arthritis (RA). Welche Stimuli Th- Zellen in den entzündeten Gelenken von RA-Patienten aktivieren und zur Interferon gamma induzieren, war bisher jedoch unbekannt. In dieser Arbeit konnte zunächst erstmalig in vitro im humanen System gezeigt werden, dass Interferon gamma-Produktion durch Th-Zellen nicht nur nach spezifischer Aktivierung über den T-Zellrezeptor (TCR), sondern auch allein durch lösliche, proinflammatorische Zytokine, wie sie in den entzündeten Gelenken von RA- Patienten detektierbar sind, ausgelöst werden kann. Als essentielle, Interferon gamma-induzierende Faktoren konnten Zytokine der gamma-Ketten- Familie (IL-2, IL-7 oder IL-15) in Kombination mit IL-1 und IL-18 identifiziert werden. Auf die Zytokinstimulation reagierte eine hier erstmalig beschriebene Th-Zell Subpopulation aus peripherem Blut, die ex vivo funktionale IL-12-Rezeptoren sowie die alpha-Kette des IL-18-Rezeptors exprimiert. Weiterhin konnte demonstriert werden, dass es sich bei der p38-MAPKinase, JanusKinase3, und STAT4 um die zentralen Signaltransduktionsmoleküle handelt, die die Zytokin-induzierte Interferon gamma-Sekretion vermitteln. Neben einer pharmakologischen Inhibition der Zytokin-abhängigen Interferon gamma-Synthese durch p38- und JAK3-Inhibitoren konnte diese auch effektiv durch CD25+ regulatorische T-Zellen supprimiert werden. Eine Unterscheidung von Zytokin- gegenüber TCR-stimulierten Interferon gamma-produzierenden Th Zellen gelang anhand der differenziellen Expression des Aktivierungsmarkers 4-1BB, der ausschließlich nach Ligation des TCR anfärbbar war. Daraufhin wurde eine Expressionsanalyse von 4-1BB auf direkt ex vivo isolierten, Interferon gamma-sezernierenden Th-Zellen aus Synovialinfiltraten von RA-Patienten durchgeführt. Hier konnte durch die fehlende Assoziation von spontaner Interferon gamma-Produktion mit 4-1BB- Ausprägung belegt werden, dass die Sekretion des proinflammatorischen Mediators durch das Zytokinmilieu und nicht über eine TCR-Stimulation durch (Auto-)Antigene erfolgt sein muss. Aus den hier vorgestellten Untersuchungen ergeben sich neue therapeutische Optionen zur Behandlung der RA: Durch pharmakologische Blockade der p38-MAPKinase könnte eine Zytokin-induzierte Interferon gamma-Synthese in synovialen Th-Zellen effektiv blockiert und damit ein zentraler Mediator innerhalb eines synovialen Zytokinnetzwerkes eliminiert werden. Gleichzeitig würden p38-unabhängige Interferon gamma-Antworten nach TCR-Ligation, z.B. im Kontext mit Infektionen, unbeeinflußt bleiben; eine generelle Immunsuppression, wie sie aktuelle anti-TNF alpha-Therapien nach sich ziehen, würde so verhindert. Erste experimentelle Anwendungen von p38-Inhibitoren in murinen Arthritismodellen führten bereits zu einer signifikanten Reduktion der Krankheitsaktivität und befürworten eine Anwendung im Menschen.

Interferon gamma produced by T-helper (Th) cells is key to the defense against intracellular pathogens. Circumstantial evidence, however, suggests that interferon gamma secreting Th1 cells are also driving autoimmune inflammation such as in Rheumatoid Arthritis (RA). Still, identification of the corresponding interferon gamma-inducing stimuli in the joints of RA patients was not successful so far. In this study, a T-cell receptor (TCR) independent pathway for induction of interferon gamma synthesis in human Th cells was identified; interferon gamma production was induced by proinflammatory cytokines known to be overexpressed in arthritic joints. Interleukin-2 (IL-2) receptor gamma chain signalling cytokines (IL-2, IL-7 or IL-15) in combination with IL-12 and IL-18 were identified as essential factors promoting interferon gamma secretion in a peripheral blood derived Th cell subpopulation characterised by IL-18 receptor alpha chain expression and equipped with functional IL-12 receptors. Analysis of the signalling components involved identified p38 MAPKinase, JanusKinase (JAK) 3 and STAT4 as key molecules mediating cytokine-dependent interferon gamma-production. Besides pharmacological inhibition by p38 or JAK3 blockade, cytokine-driven interferon gamma-synthesis could be efficiently suppressed by CD25++ regulatory T-cells. Differential expression of 4-1BB (CD137), a member of the Tumor Necrosis Factor Receptor superfamily, allowed discrimination of cytokine- from TCR- induced interferon gamma producers, being only detectable after TCR ligation. 4-1BB expression was then analysed on live interferon gamma-secreting Th cells isolated directly ex vivo from synovial infiltrates of active RA patients. As spontaneous interferon gamma production was not associated with 4-1BB expression, secretion of the Th1 cytokine must have been induced by the proinflammatory environment rather that by joint-derived (auto-) antigens. This study allows deduction of new therapeutic options for controlling inflammation in RA: Pharmacological inhibition of p38 MAPKinase could efficiently block cytokine-induced interferon gamma synthesis in synovial Th cells, thereby eliminating a central mediator within an inflammatory cytokine network in the joint. As interferon gamma-responses after TCR-ligation are not dependent on p38 signalling, blockade is not expected to result in general immune suppression, as is the case in patients receiving e.g. anti-TNF alpha- therapy p38 blockade in rodent arthritis models resulted in significant reduction of joint destruction, arguing in favour of future applications in man.