Auswirkung von Adipokinen auf den Immunphänotyp von Makrophagensubpopulationen

Abstract

Einleitung: Hypertrophiertes mesenteriales Fettgewebe im Bereich entzündeter Darmabschnitte ist pathognomonisch für Morbus Crohn und wird als Creeping Fat bezeichnet. Im Vergleich zu Fettgewebe anderer Lokalisation oder mesenterialem Fettgewebe von Gesunden, zeichnet es sich durch eien höhere Anzahl kleinerer Adipozyten, erhöhte lokale Adipokinkonzentra-tionen und Immunzellinfiltrate, insbesondere von Makrophagen, aus. Adipokine beeinflussen als Mediatoren des Fettgewebes unter anderem die Immunantworten, z.B. moduliert Leptin die Zytokinproduktion und Rezeptorexpression von CD4+T-Zellen und Makrophagen. Adiponektin beeinflusst unter anderem die Aktivierung von Makrophagen. Beide Adipokine werden im mesenterialen Fettgewebe von Patienten mit Morbus Crohn vermehrt exprimiert. Makrophagen lassen sich grob in klassisch aktivierte, pro-inflammatorische M1-Zellen und alternativ aktivierte, anti- inflammatorische M2-Makrophagen einteilen. Um die Wirkung dieser Adipokine auf die infiltrierenden Makrophagen und deren Rolle im Creeping Fat beim Morbus Crohn zu verstehen, wurden die Effekte von Leptin und Adiponektin auf Makrophagensubpopulationen in vitro untersucht und das Immunzellinfiltrat im mesenterialen Fettgewebe in situ charakterisiert. Methoden: CD14+-Zellen aus humanem Vollblut gesunder Spender wurden in vitro in M1- und M2-Makrophagen polarisiert. Anschließend wurde der Effekt von Leptin und Adiponektin auf die Adipokinrezeptorexpression, die phänotypischen Oberflächenmarker sowie die Zytokin- und Chemokinsynthese der Makrophagensubpopulationen auf Protein- und mRNA-Ebene untersucht. Ergänzend wurde die Wirkung von Adipokinen auf das chemotaktische Potenzial und die Phagozytose evaluiert. Die Infiltration des mesenterialen Fettgewebes von Patienten mit Morbus Crohn durch Makrophagen und T-Zellen wurde immunhistologisch und mithilfe von Immunfluoreszenz in situ charakterisiert und mit Gewebsschnitten von Patienten mit Colitis ulcerosa, kolorektalem Karzinom und gesunden Kontrollen verglichen. Ergebnisse: Leptin und Adiponektin modulierten in vitro den Phänotyp und die Funktion polarisierter Makrophagen. Dabei reagierten M2-Makrophagen stärker auf die Adipokinstimulation als M1-Makrophagen. Die Phagozytoseleistung, Zytokinproduktion und das chemotaktische Potenzial von M1-Makrophagen wurde durch Leptin gesteigert. In M2-Makrophagen steigerte Leptin signifikant die Synthese von Interleukin(IL)-10, IL-6 und Tumornekrosefaktor-α sowie ihre Chemokinproduktion. Adiponektin zeigte eine vergleichbare, wenn auch schwächere Wirkung auf die untersuchten Makrophagensubpopulationen. Bei M2-Makrophagen steigert es die Zytokinproduktion, die Expression des Mannoserezeptors und verstärkt ihr chemotaktisches Potenzial gegenüber T-Zellen. Das Immunzellinfiltrat im Creeping Fat bestand hauptsächlich aus CD68+-Makrophagen. Dabei handelte es sich überwiegend um CD163+- und Stabilin-1+-exprimierende M2-Makrophagen, während bei Patienten mit kolorektalem Karzinom iNOS+-M1-Makrophagen überwogen. Im Gegensatz hierzu waren im mesenterialen Fettgewebe von Patienten mit Colitis ulcerosa auch entzündungsnah kaum Makrophagen nachweisbar. Die Verschiebung in der Zusammensetzung der Makrophagenpopulation ist folglich kein genereller Ausdruck eines chronischen intestinalen Geschehens, sondern spezifisch für das mesenteriale Fett bei Morbus Crohn. Schlussfolgerungen: Die vorliegenden Daten stützen die Hypothese einer protektiven Funktion des mesenteria-len Fettgewebes bei Morbus Crohn und weisen den M2-Makrophagen eine Schlüsselfunktion in diesem Zusammenhang zu. Das Creeping Fat könnte dabei eine immunologische Barriere um die entzündeten Darmabschnitte darstellen, die sowohl an der Abwehr eindringende Erreger als auch an der Kontrolle einer systemischen Entzündungsreaktion beteiligt ist.

Introduction: The hypertrophic mesenteric fat tissue wrapped around the inflamed parts of the intestine, called creeping fat, is pathognomonic for Crohn’s disease (CD). This tissue shows specific features, differentiating creeping fat from healthy mesenteric fat and adipose tissue of other locations. Adipocytes are smaller but their count is fourfold increased. Furthermore the tissue is infiltrated by immune cells, especially macrophages and local adipokine levels are increased. Leptin alters cytokine production and receptor expression of CD4+ T cells and macrophages. Adiponectin modulates macrophage activation among others. Macrophages are generally classified into classically activated, pro-inflammatory M1-macrophages and alternatively activated, anti-inflammatory M2-macrophages. The aim of the present study was to evaluate the impact of the specific milieu inside the creeping fat on infiltrating macrophages, depicting their role for the pathology of the human disease. Methods: Human CD14+ cells were polarized in vitro into M1- and M2-macrophages. The effects of leptin and adiponectin treatment on the expression of adipokine receptors, phenotypic surface markers, cytokines and chemokines were assessed. Macrophage subtypes and T-cells subsets were differentiated using immunhistochemical staining in samples of mesenteric fat tissue from patients with CD and compared to patients with ulcerative colitis (UC), colorectal carcinoma (CRC) and healthy controls (HC). The chemotactic potential of secreted macrophage products was analyzed by chemokine production in vitro and T cell migration. Results: Both adipokines altered the phenotype and function of M1- and M2-macrophages in vitro. Leptin increased the production of tumor necrosis factor (TNF) α and Interleucin (IL)-8 ex-pression of M1-macrophages and enhanced IL-10-,IL-6- and TNF-α synthesis of M2-macrophages. Adiponectin exerted similar effects on cytokine production of both subtypes. Furthermore adiponectin increased the expression of the mannose receptor in M2-macrophages. Remarkably, the response to adipokine stimulation was much stronger in M2-macrophages. While leptin increased the potency of both subtypes to attract CD3+ T-cells in vitro, adiponectin only affected the chemokine production of M2-macrophages. The number of CD68+ macrophages in the mesenteric fat tissue of patients with CD in situ was strongly increased compared to all other experimental groups included. The in situ studies identified a unique infiltration of predominantly CD163+ and stabilin1+ M2-macrophages within the creeping fat. In comparison, in the mesenteric fat of patients with CRC the macrophage balance was shifted towards the M1-subtype while there were hardly any immune cells present in samples of UC or HC. Conclusion: The presented in vitro and in situ data suggest a protective role for the mesenteric fat in CD. The adipocyte-dependent microenvironment within the creeping fat modulates the local macrophage compartment to a preference towards a M2-subtype, which exerts regulatory, anti-inflammatory functions but is equally potent in producing pro-inflammatory molecules and chemokines. In this context the mesenteric fat in CD could function as an enveloping barrier around the inflamed gut, which could prevent systemic inflammation.