Einfluss von Toll-like Rezeptoren auf die Besiedlung des Darms und die Pathogenese entzündlicher Darmerkrankungen im Mausmodell

Abstract

An der Entstehung der chronisch entzündlichen Darmerkrankungen Morbus Crohn und Colitis ulcerosa sind eine genetische Prädisposition, Umweltfaktoren sowie die intestinale Mikroflora beteiligt. Eine immunvermittelte, gestörte Barrierefunktion der Darmmukosa hat eine überschießende Entzündungsreaktion zur Folge. Toll-like Rezeptoren (TLRs) sind die bisher wichtigsten Rezeptoren der angeborenen Immunität für die Erkennung von Pathogenen. Durch die Analyse genetisch varianter Mäuse, die sich in der Expression von TLR2 und TLR4 unterscheiden, konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass sich die intestinale Mikroflora im Wildtyp nur unwesentlich von der TLR-defizienter Tiere unterscheidet. Durch eine globale Florenanalyse bei gesunden Tieren konnten Unterschiede bei der Gattung Firmicutes, welche prozentual den größten Teil der kultivierbaren Flora ausmacht, festgestellt werden. Im Wildtyp-Tier, welches das umfangreichste Bakterienspektrum beherbergt, ist der Firmicutesanteil um etwa 20% geringer als bei den TLR2/4-defizienten Tieren, die zudem die geringste Diversität des Bakterienspektrums aufweisen. Bei der Pathogenese einer T. gondii-induzierten Ileitis sowie einer DSS-induzierten Colitis konnte gezeigt werden, dass TLR4 einen erheblichen Beitrag leistet. Das Entzündungsgeschehen ging mit einer enormen Reduktion der Bakterienvielfalt sowie einem Anstieg kommensaler Gram-negativer Darmbakterien (E. coli und Bacteroides/Prevotella ssp) einher. Bei TLR4-defizienten, sprich LPS-hyporesponsiven Tieren war ein abgemilderter Verlauf der Dünndarmentzündung zu verzeichnen, verglichen mit TLR2-defizienten oder Wildtyp-Tieren. Der Kontakt mit pathogenen Keimen führt über die Bindung an TLR4 zu einer Stimulation des intrazellulären Transkriptionsfaktors NF-kB, was mit einer verstärkten Ausschüttung pro-inflammatorischer Zytokine (TNF-a, INF-γ, IL-1, IL-6 und IL-12) einhergeht. Dies konnte anhand von in-vitro Modellen sowohl mit murinen Zellkulturen als auch mit isolierten Immunzellen aus der Maus bestätigt werden. Es kann also festgehalten werden, dass TLR4 keinen maßgeblichen Einfluss auf die Ausbildung der Normalflora hat, dagegen aber sehr wohl auf das Entzündungsgeschehen bei CED.

For the development of the inflammatory bowel diseases ulcerative colitis and Crohn´s disease, a genetic predisposition, environmental factors and the intestinal microflora are necessary. An immune-mediated disruption of the barrier function of the intestinal mucosa leads to an excessive immune response. Toll-like receptors (TLR) are so far the most important receptors of the innate immunity for the recognition of pathogens. The analysis of gut flora of mice that differed in the expression of TLR2 and TLR4 showed, that the intestinal microflora of wild type mice was similar to that of TLR- deficient mice. Significant differences could only be shown in the species Firmicutes, which makes up the biggest part of the cultivable gut flora. In wild type mice, which have the most diverse bacterial gut flora, the part of Firmicutes is reduced up to 20% in comparison to TLR2/4-deficient mice, who in addition have a less diverse bacterial gut flora. In the pathogenesis of a T. gondii-induced Ileitis as well as in DSS-induced colitis, TLR4 plays an important role. The inflammatory response was associated with a reduction of bacterial diversity and with an increase of commensal gram-negative gut bacteria such as E. coli and Bacteroides/Prevotella ssp. TLR4-deficient mice had a less severe course of Ileitis in comparison with TLR2-deficient or wild type mice. The binding of pathogens to TLR4 leads to a stimulation of the transcription factor NF-kB, which is followed by the release of pro- inflammatory cytokines (TNF-a, INF-γ, IL-1, IL-6 und IL-12). This could be confirmed using murine cell cultures as well as isolated immune cells from mice. In summary TLR4 does not have a significant influence on normal gut flora composition but does influence the pathogenesis of inflammatory bowel diseases.