Einfluss lokaler und systemischer mukosaler Infektionen auf Barrierefunktion und Immunsystem der Darmschleimhaut

Abstract

Aufgrund einer stetigen Exposition gegenüber einer großen Zahl von potentiell pathogenen Keimen ist die intestinale Mukosa ein häufiger Manifestationsort von Infektionen. Dabei können die primären molekularen Zielstrukturen einer Infektion direkt im Epithel oder in tieferen Schichten der Mukosa, wie etwa dem Mukosa-assoziierten Immunsystem lokalisiert sein sein. Unabhängig vom primären Ansatzpunkt kommt es aufgrund der engen Verzahnung der mukosalen Funktionen in der Folge mukosaler Infektionen meist zu Störungen der epithelialen Transport- und Barrierefunktionen. In der vorliegenden Arbeit wird anhand von Untersuchungen zu exemplarischen Infektionen ein Beitrag zu einem vertieften Verständnis der Mechanismen mukosaler Infektionen geleistet. Methodisch erfolgten die Untersuchungen auf zwei Ebenen. Studien zu epithelialen Mechanismen wurden am isolierten Modellepithel (HT-29/B6) durchgeführt. Das HT-29/B6-Modell zeigte sich als geeignet, sowohl Perturbationen der Chlorid- und Muzinsekretion als auch solche der parazellulären Leitfähigkeit - somit die wichtigsten Erreger-bedingten Diarrhoemechanismen - quantitativ abzubilden. Mit diesem Modell wurden u.a. der Mechanismus der durch Choleratoxin ausgelösten intestinalen Muzinsekretion, der Diarrhoe-Mechanismus bei der Aeromonas-Infektion und Translokationsmechanismen von extraintestinal pathogenen Escherichia coli analysiert. Untersuchungen zu den mukosalen Auswirkungen der HIV-Infektion erfolgten dagegen ex vivo an endoskopisch gewonnener nativer Dünndarmmukosa. Da das HI Virus zwar Zellen des mukosalen Immunsystems, nicht aber Enterozyten infiziert, sind diese Untersuchungen eine komplementäre Ergänzung zum vorgenannten Epithel-fokussierten Ansatz. Darüber hinaus wird derzeit angenommen, dass Störungen der mukosalen Barrierefunktion eine zentrale Bedeutung für den charakteristischen progressiven Immundefekt der HIV- Infektion besitzen. In den Untersuchungen zeigte sich, dass bereits in der Frühphase der akuten HIV-Infektion ein Barrieredefekt der Dünndarmmukosa ausgebildet wird, der bei der unbehandelten chronischen Infektion fortbesteht, aber durch eine suppressive virostatische Therapie zur Rückbildung gebracht werden kann. Als strukturelle Korrelate der Barrierestörung wurden eine erhöhte epitheliale Apoptoserate und eine veränderte Expression von Schlussleistenproteinen identifiziert. Als zentraler Mechanismus des Barrieredefekts zeigte sich eine - vermutlich durch erhöhten Antigen-Übertritt unterhaltene - mukosale Immunaktivierung. Bei unbehandelten chronisch Infizierten fand sich ferner eine dramatische Zunahme regulatorischer T Zellen in der Darmmukosa, die als ein der fortgesetzten mukosalen Immunaktivierung entgegenwirkender Mechanismus interpretiert werden kann.

As a consequence of its continual exposure to a vast array of luminal germs and antigens, the intestinal mucosa is a site of frequent infections. The primary muloecular targets of mucosal infections may be located within the epithelium or within subepithelial structures such as components of the mucosa associateed immune system. Independently from the primary mucosal target, impairment of epithelial transport and barrier functions are common consequences of mucosal infections. In this work, we present studies on distinctive mucosal infections. Employing a highly differentiated model colon epithelium (HT-29/B6), we established an experimental model suited for analysis of diarrheal mechanisms in enteral infections. By use of this model, we analysed the mechanisms of cholera toxin induced intestinal mucin secretion, the diarrheal mechanism of aeromonas enteritis and the translocation of extraintestinal pathogenic Escherichia coli. In a second set of studies we used duodenal mucosa obtained by endocopic biopsies to investigate the barrier effects of HIV infection. HIV does not productively infect epithelial cells, whereas mucosal T lymphocytes located in subepithelial layers are regarded as primary cellular targets of HIV. Therefore these studies were complementary to the aformentioned epithelium- focussed investigations with the HT-29/B6 model. Our results demonstrate that a mucosal barrier-defect is evident already during early acute infection. It is secondary to mucosal immune activation and can be reversed by suppressive antiretroviral therapy. Structurally the HIV-induced barrier defect is owing to increased epithelial apoptoses and altered protein composition of the epithelial tight junctions. In untreated chronically HIV-infected patients mucosal regulatory T cells are strongly increased, a finding which may be interpretesd as a counterregulatory mechanism to the HIV-induced mucosal immune activation.