Die Rolle der Adipozyten im angeborenen Immunsystem

Abstract

Das Fettgewebe wurde bisher überwiegend als Energiespeicher beachtet. In den vergangenen Jahren sind jedoch zunehmend Daten veröffentlicht worden, die eine enge Verbindung zwischen dem Fettgewebe und dem Immunsystem nahe legen. So ist das Fettgewebe in der Lage, pro-entzündliche Zytokine, wie IL-6 und TNF-α, zu bilden (Coppack, 2001). Desweiteren wird das Hormon Leptin, ein Adipokin mit stimulierendem Effekt auf verschiedene Zellen des angeborenen und erworbenen Immunsystems, hauptsächlich im Fettgewebe gebildet (Rajala, 2003). Eine kürzlich von Charrière et al veröffentliche Arbeit zeigt, dass sich Präadipozyten, die Vorläuferzellen von Adipozyten, in Zellen umwandeln können, die Eigenschaften von peritonealen Makrophagen aufweisen (Charrière, 2002). Zur weiterführenden Charakterisierung der Vernetzung des Fettgewebes mit dem Immunsystem wurden für diese Arbeit Versuche mit Adipozyten durchgeführt. Untersucht wurde das Expressionsmuster für Toll-like Rezeptoren auf Adipozyten, welche als „pattern recognition receptors“ auf den verschiedenen Zellen des angeborenen Immunsystems zu finden sind. Darüber hinaus wurden die Adipozyten mit verschiedenen Toll-like Rezeptor spezifischen Liganden stimuliert. In die Versuche wurden Leptin defiziente Zelllinien (ob/ob und db/db) eingeschlossen, um einen möglichen regulatorischen Effekt von Leptin zu identifizieren. Adipozyten Zelllinien von 3T3L1, BL6, ob/ob und db/db wurden zunächst auf mRNA Ebene mittels PCR charakterisiert. Die verschiedenen Zelllinien zeigten unterschiedliche Spektren an Toll-like Rezeptoren. Dabei war das größte Spektrum in Abwesenheit des Leptin (ob/ob) und des Leptin Signalweges (db/db) vorhanden. Hier konnten alle untersuchten Toll-like Rezeptoren nachgewiesen werden. Die Zelllinie 3T3L1 exprimierte mRNA für die Toll-like Rezeptoren 1 bis 4 und 6. Die Zelllinie BL6 zeigte eine mRNA Expression für die Toll-like Rezeptoren 1 bis 8. Auf Proteinebene konnten in Western Blot Analysen in allen Zelllinien die getesteten Toll-like Rezeptoren 2, 3, 5, 7 und 9 detektiert werden. Die Funktionalität wurde in Stimulationsversuchen überprüft. Die Zellen wurden dazu mit spezifischen Liganden für drei Tage kultiviert und in den Überständen wurden die Zytokine IL-6 und TNF-α mittels ELISA bestimmt. Eine signifikante TNF-α Produktion war nur für die ob/ob Zelllinie bei Stimulation des Toll-like Rezeptors 4 nachzuweisen. Alle Zelllinien produzierten bei Stimulation IL-6, wobei die IL-6 Ausschüttung in den ob/ob und db/db Zelllinien etwa 10mal höher war als in den 3T3L1 und BL6 Zelllinien. Insgesamt wurden die ob/ob und db/db Zelllinien durch mehr Toll-like Rezeptor spezifische Liganden stimuliert, wie die Versuche auf mRNA und Proteinebene schon hatten vermuten lassen. Zusammenfassend zeigen die vorliegenden Daten, dass Adipozyten nicht nur Toll- like Rezeptoren exprimieren, sondern dass diese auch funktionell sind, da es nach spezifischer Stimulation zu einer Zytokinausschüttung kam. Sowohl das Toll-like Rezeptor Expressionsprofil als auch die Stimulation zeigen Leptinabhängigkeit, wobei die Abwesenheit von Leptin mit einer höheren Toll- like Rezeptor Expression und auch Zytokinantwort assoziiert war. Die Expression funktioneller Toll-like Rezeptoren auf Adipozyten erlaubt somit die Einordnung dieser Zellen in das angeborene Immunsystem.

So far adipose tissue has mainly been recognized for its role in energy homeostasis. However, data from the last years suggest a close link between adipose tissue and the immune system. For example, adipose tissue is a potent producer of proinflammatory cytokines including IL-6 and TNF-alpha. Furthermore, adipocytes are the main source of leptin, an adipocytokine that exerts stimulatory effects on various cells from innate and adaptive immunity. A more recent study by Charrire et al. provided evidence that preadipocytes, the precursors of adipocytes, can convert into macrophage-like cells, therefore further linking adipose tissue to innate immunity. To gain additional information about the interplay between adipose tissue and innate immunity it was evaluated whether adipocytes express functional toll-like receptors (TLRs), a group of pattern-recognition receptors expressed on various cells from innate immunity. Leptin-receptor and leptin deficient adipocytes were included to evaluated an influence of leptin on TLRs expression. All celllines were tested on mRNA level. An expression of various TLR-specific mRNAs was detected in adipocytes from all cell lines. TLR mRNA panels showed leptin dependency and were broadest in the absence of leptin signaling. To confirm expression of the various TLRs on the protein level, Western blot analysis was performed. All TLRs tested (TLR2, TLR3, TLR5, TLR7, and TLR9) were detectable in lysates of preadipocytes and adipocytes from the various cell lines. To verify the functionality of the TLRs, cells were cultured in the presence of TLR-specific ligands, supernatants were harvested and tested for the presence of IL-6, TNF-alpha in ELISA. Remarkably, all cell lines were potent producers of IL-6, with cytokine production being significantly higher (10– 40-fold increased) in db/db and ob/ob cells than in WT cells. ob/ob and db/db cells were responsive to a broader set of TLR ligands than were WT cells. In summary, these data indicate that adipocytes not only express TLRs but also respond to specific stimulation by cytokine production. Interestingly, both, TLR mRNA panels as well as TLR responsiveness show leptin dependency, thus in the absence of leptin resulting in an increade of cytokine producition. In conclusion adipocytes should be considered as new members of the innate immune system.