Die Rolle des lectin-like oxidized lipoprotein receptor-1 in der postviralen Pneumokokkenpneumonie

Abstract

Einleitung: Respiratorische Viren wie Influenza sind regelmäßige Erreger pulmonaler Infektionen, sie werden vom angeborenen Immunsystem u.a. über die Toll-like Rezeptoren 3 (TLR3) sowie TLR7 erkannt. Eine häufige Komplikation dieser viralen Infektionen ist die Pneumonie durch Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae), welche mit einer erhöhten Morbidität und Mortalität einhergeht. Bei der Abwehr bakterieller Pneumonien ist das Chemokin IL-8 ein wesentlicher Vertreter des angeborenen Immunsystems. Es steuert die Emigration von Neutrophilen und deren Degranulation. Obwohl verschiedene Hypothesen formuliert wurden um die erhöhte Vulnerabilität der Lunge gegenüber S. pneumonie nach viraler Infektion zu erklären, sind die zugrunde liegenden Mechanismen bislang nur unvollständig verstanden. Der lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1 (LOX-1) ist verantwortlich für die Aufnahme von oxidierten low-density Lipoproteinen (oxLDL). Studien zeigen, dass eine molekulare Mimikry von oxLDL und S. pneumoniae existiert und weisen auf LOX-1 als möglichen Rezeptor für S. pneumoniae hin. Methodik: In allen Versuchen wurden bronchiale Epithelzellen (BEAS-2B-Zellen) als Lungenmodell verwendet. Wir untersuchten die Auswirkungen von TLR3 (Poly I:C) und TLR7 Agonisten (Resiquimod) auf die im Western blot gemessene LOX-1 Expression der Zellen. Mit Hilfe von LOX-1-siRNA und LOX-1 Plasmid wurde an BEAS-2B-Zellen der Einfluss von LOX-1 auf die Bindung von S. pneumoniae R6x mittels Adhäsionsassay und Konfokalmikroskopie geprüft. Das Bindungsverhalten von S. pneumoniae R6x wurde zudem nach Stimulation mit TLR3 und TLR7 Agonisten ermittelt. Des Weiteren wurde ein möglicher Einfluss von LOX-1 auf die Immunantwort ermittelt, indem BEAS-2B Zellen mit oder ohne LOX-1-siRNA Vorbehandlung mit S. pneumoniae R6x infiziert wurden und die CXCL-8 (IL-8) Antwort mittels ELISA verglichen wurde. Abschließend wurden im Western blot an chirurgisch gewonnenen, humanen Lungenbioptaten die Auswirkungen einer Infektion mit einem Influenza Virus A auf die LOX-1 Expression getestet. Ergebnisse: In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass bronchiale Epithelzellen (BEAS-2B-Zellen) LOX-1 exprimieren und dieser als Adhäsionsrezeptor für S. pneumoniae wirkt. Eine Aktivierung von TLR3 und TLR7 führt darüber hinaus an BEAS-2B-Zellen zu einer Expressionssteigerung von LOX-1 Protein, hatte jedoch keine vermehrte Bindung der Pneumokokken an bronchiale Epithelzellen zur Folge. Hinsichtlich einer immunmodulatorischen Komponente wiesen mit LOX-1-siRNA vorbehandelte BEAS-2B-Zellen nach S. pneumoniae Infektion eine signifikant reduzierte IL-8 Antwort auf. Abschließend offenbarten die humanen Lungenbioptate nach Infektion mit Influenza ein gesteigertes LOX-1 Signal ex vivo. Schlussfolgerung: Indem LOX-1 die Adhäsion von S. pneumoniae an bronchiale Epithelzellen erleichtert und immunmodulatorisch wirkt, könnte dieser Rezeptor eine bedeutsame Funktion in der Vermittlung der postviralen Pneumokokkenpneumonie einnehmen.

Introduction: Influenza and other respiratory viruses are recognized by innate immunity via pattern recognition receptors, e.g. toll-like receptor 3 (TLR3) and TLR7. A common complication of respiratory viral infections is pneumococcal pneumonia, which leads to increased rates of morbidity and mortality. In bacterial pneumonia, IL-8 plays an important role as a chemokine attracting neutrophils and supporting neutrophil degranulation. Although different hypotheses exist to explain the interaction of viral and secondary bacterial pulmonary infection, the underlying mechanisms remain unclear. The lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1 (LOX-1) is responsible for uptake of oxidized low-density lipoproteins (oxLDL). Interestingly, a molecular mimicry was shown between oxLDL molecules and S. pneumonia, suggesting LOX-1 as a receptor for S. pneumonia. Methods: We used bronchial epithelial cells (BEAS-2B cells) for all experiments as a pulmonary model and investigated via Western blot whether activation of TLR3 and TLR7 with their agonists Poly I:C and Resiquimod influenced the level of LOX-1 expression. Furthermore, we compared adhesion of S. pneumoniae R6x to BEAS-2B cells after pretreatment of cells with either LOX-1-siRNA or LOX-1 plasmid using an adhesion assay and confocal microscopy. Adhesion of S. pneumoniae R6x was again measured after pretreatment of cells with Poly I:C and Resiquimod. Also, the influence of LOX-1 on immune response was evaluated with an ELISA kit by comparing the CXCL-8 secretion of BEAS-2B cells with or without LOX-1-siRNA pretreatment after infection with pneumococcus. Finally, we investigated the effect of infection of primary human pulmonary tissue with Influenza Virus A on LOX-1 expression via Western blot. Results: We could demonstrate that human bronchial epithelium cells (BEAS-2B cells) express the lectin-like oxidized lipoprotein receptor-1 (LOX-1) and that LOX-1 functions as an adhesion receptor for S. pneumoniae R6x on BEAS-2B cells. Furthermore, after activation of TLR3 and TLR7, expression of LOX-1 on BEAS-2B cells increase whereas adhesion of S. pneumoniae R6x was not enhanced. Also, LOX-1 silencing significantly reduces the CXCL-8 response after infection with S. pneumoniae R6x. On primary human lunge tissue, LOX-1 expression increases after infection with Influenza A virus. Summary: Our results suggest that LOX-1 may play a relevant role in pneumococcal pneumonia after viral infection by facilitating adherence of bacteria and modulating the immune response.