Defizienzen der zellulären und humoralen Immunantwort und alternative Aktivierung von Makrophagen und Monozyten bei Patienten mit Morbus Whipple

Abstract

Morbus Whipple (M. Whipple) ist eine multisystemische Erkrankung, welche durch die chro-nische Infektion mit Tropheryma whipplei (T. whipplei) verursacht wird. Trotz des ubiquitären Vorkommens seines Erregers ist M. Whipple extrem selten. Dies scheint durch eine immuno-logische Prädisposition der M. Whipple Patienten begründet, die z.B. keine T. whipplei spezifische Th1 Antwort ausbilden können. Unklar dabei ist, ob antigenpräsentierende Zellen keine adäquate T. whipplei-spezifische T-Zellreaktivität induzieren können, oder ob eine mangelnde Erkennung der T. whipplei-Antigene für die reduzierte Antigen- spezifische Th1 Reaktivität verantwortlich ist. Besonders auffällig beim M. Whipple ist die massive Ansammlung von T. whipplei in Makrophagen der Lamina Propria des Duodenums, die offensichtlich die Persistenz des Erregers tolerieren. Um mögliche Fehlfunktionen von Makrophagen aufzudecken, die für die Pathogenese des M. Whipple verantwortlich sein könnten, wurden in der vorliegenden Arbeit Monozyten und Makrophagen phänotypisch und funktionell ex vivo, in situ und in vitro untersucht und der Einfluss von T. whipplei und immunogener Proteine von T. whipplei auf die Makrophagendif-ferenzierung definiert. Dazu wurden Blut und Serumproben sowie duodenale Biopsien von M. Whipple Patienten und gesunden Kontrollen immunologisch charakterisiert. Im Duodenum von M. Whipple Patienten konnten phänotypisch und funktionell alternativ aktivierte Makrophagen (M2 Makrophagen) nachgewiesen werden, die sich durch die Ex-pression von IL-10 auszeichnen, dadurch Toleranz vermitteln und eine Th1 Polarisierung und die Entwicklung von klassisch aktivierten Makrophagen verhindern können. Eine erhöhte Anzahl CD163+ Monozyten und die verringerte Expression von HLA-DR auf peripheren Blutmonozyten bei M. Whipple Patienten demonstrierten eine alternative Makrophagenakti-vierung, die sich nicht nur lokal im Duodenum, sondern systemisch manifestiert. Funktionell äußerte sich dies in der Abwesenheit von spezifischen T-Zell Reaktionen und veränderter Immunglobulinsynthese bei M. Whipple Patienten. T. whipplei hsp70 wurde als immunoge-nes Protein definiert, beeinflusst aber die Makrophagendifferenzierung nicht. Zudem konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass Monozyten von M. Whipple Patienten nach einer Stimulation mit LPS oder T. whipplei eine verringerte Produktion von IL-1, IL-6 und TNF aufwiesen und verstärkt IL-10 produzierten. In vitro differenzierte Makrophagen von M. Whipple Patienten und gesunden Kontrollen waren vergleichbar und induzierten Antigen-spezifische T-Zell Reaktionen. Ein regulatorisches Zytokinmilieu in Serum und Duodenum verhindert offensichtlich die entzündliche Aktivierung der Makrophagen. Insgesamt scheint es beim M. Whipple aufgrund eines regulatorischen Zytokinmilieus und daraus resultierenden defizienten antigenpräsentierenden Zellen zu einer mangelnden Immunaktivierung von Th1 Zellen zu kommen. M2 Makrophagen, die eine Th2 Antwort fördern, haben eine reduzierte Kapazität aufgenommenes Material zu verdauen. Ohne diesen Abbau der Bakterien in einzelne Peptide kann keine effektive Antigenpräsentation stattfinden. Somit kann eine effiziente Immunantwort nicht ausgelöst werden und T. whipplei persistiert ohne Antibiotikatherapie lebenslang im Körper.

Whipple’s disease is a chronic multisystemic infection caused by Tropheryma whipplei (T. whipplei). Despite the ubiquitous presence of the pathogen, Whipple’s disease is very rare. Whipple’s disease patients seem to be immunologically predisposed for the infection, since they are for example not able to induce a T. whipple-specific Th1 response. However it is not known, if antigen presenting cells from Whipple’s disease patients are able to induce an adequate T. whipplei-specific T cell reactivity or if deficient recognition of T. whipplei antigens by T cells is responsible for the reduced antigen- specific T cell reactivity. The pathophysiological hallmark of Whipple’s disease is the massive accumulation of T. whipplei in macrophages of the lamina propria of the duodenum that tolerate the presence of the pathogen. To elucidate dysfunction of macrophages that might trigger the pathogenesis of Whipple’s disease, monocytes and macrophages were analysed in situ, ex vivo, and in vitro regarding their phenotype and functionality. Furthermore the influence of T. whipplei and immunogenetic proteins of T. whipplei on macrophage differentiation was defined. For that purpose, blood, serum, and duodenal specimens from Whipple’s disease patients and healthy controls were analysed using immunhistochemical and immunological methods. In duodenal biopsies from Whipple’s disease patients phenotypically and functionally alterna-tively activated macrophages (M2 macrophages) were detected, which are characterized by an enhanced expression of IL-10. Thus, these macrophages can induce tolerance and weaken Th1 polarisation of T-cells and inhibit the development of classically activated macrophages (M1 macrophages). The enhanced numbers of CD163+ monocytes and the reduced expression of HLA-DR on peripheral blood monocytes from Whipple’s disease pa-tients demonstrated that the alternative macrophage activation is not only a local phenom-enon in the duodenum but can also be detected systemically. Functionally this manifested in the absence of specific T cell reactivity and altered production on immunoglobulins in Whipple’s disease patients. T. whipplei hsp70 was defined as an immunogenic protein but was not able to influence macrophage differentiation. Furthermore it was shown in this work that monocytes from Whipple’s disease patients exhibited a reduced production of IL-1, IL-6 and TNF and an enhanced expression of IL-10 after stimulation with LPS or T. whipplei. In vitro macrophages of Whipple’s disease patients and healthy controls differentiated similarly and were able to induce antigen-specific T cell reactions. A regulatory cytokine milieu in the serum and the duodenum seems to inhibit the inflammatory activation of macrophages. Obviously, in Whipple’s disease a regulatory cytokine milieu results in deficient antigen presenting cells that participate in the reduced immune activation of Th1 cells. M2 macrophages, which favour a Th2 response, have a reduced capacity to digest affiliated material. An efficient antigen presentation cannot occur without the proper processing of the bacterial components into single peptides. Therefore, the M2 macrophage polarisation in Whipple’s disease patients and the weak induction of an efficient immune response favour the persistence of T. whipplei.