Vitamin D-Rezeptor-vermittelte Wirkungen auf den Phänotyp und die Funktionalität von B- und T- Zellen

Abstract

Die aktive Form von Vitamin D3 zeigt immunmodulatorische Effekte auf Zellen des angeborenen- und des adaptiven Immunsystems. Vitamin D3-Insuffizienz (25(OH) Vitamin D3-Konzentrationen < 50 nmol/L) ist weit verbreitet und tritt zunächst als Folge einer unzureichenden physiologischen Vitamin D3-Bildung in der Haut in Kombination mit einer mangelnden Vitamin D3-Zufuhr durch die Nahrung auf. Epidemiologische Daten zeigen eine direkte Verbindung zwischen einem niedrigen 25(OH) Vitamin D3-Status und immun-vermittelten Erkrankungen einschließlich allergischem Asthma, atopischer Dermatitis, Insulin-abhängigem Diabetes mellitus, multipler Sklerose, systemischer Lupus erythematodes und rheumatoider Arthritis. Aktivierte T - und B-Lymphozyten exprimieren das Enzym CYP27B1, das die Synthese der aktiven Form von Vitamin D3, Calcitriol, aus seiner Vorläufer-Form, 25(OH) Vitamin D3, katalysiert. Daher kann nach Aktivierung und in Gegenwart von ausreichend 25(OH) Vitamin D3 die endogene Calcitriol-Synthese ablaufen und Vitamin D-Rezeptor (VDR)-abhängige Effekte können autokrin stattfinden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob die orale Vitamin D3-(Cholecalciferol) Zufuhr zu einer systemischen Modulation von Phänotyp und Funktionalität zirkulierender Lymphozytenpopulationen führt. Darüber hinaus wurde aufbauend auf den Daten die 25(OH) Vitamin D3-Konzentration kalkuliert, welche erforderlich ist, um T-und B-Lymphozyten in vivo zu modulieren. Ferner wurden die Wechselwirkungen der Calcitriol-voraktivierten B-Zellen in Bezug auf T-Zell-Aktivierung und Funktionalität untersucht. Die Daten aus der Untersuchung mit oralen Vitamin D3-Supplementierungen zeigen, dass sowohl die peripheren B-, als auch T-Zellen durch die biologisch aktive Form von Vitamin D3 in vivo gezielt beeinflusst werden. Es wurde eine erhöhte Expression von CD38, einem VDR-induzierbaren B -Zell-Oberflächenantigen, sowie eine Frequenzreduktion von IFN-γ- und IL-17-produzierenden T-Helfer-Zellen nach Vitamin D3-Supplementierung beobachtet. Darüber hinaus konnte eine 25(OH) Vitamin D3-Konzentration von ≥ 70nmol/L berechnet werden, die erforderlich ist um die immunologischen Veränderungen bei peripheren B-und T-Lymphozyten zu induzieren. Diese Berechnungen, einschließlich der Anwendung von zwei unabhängigen Kalkulationsansätzen, wurden von in vitro Daten aus Experimenten mit peripheren B-Zellen unterstützt. Es konnte gezeigt werden, dass die Effizienz der humoralen Immunantwort nach Immunisierung durch die Vitamin D3-Einnahme erhöht wird und der klinische Einsatz von Vitamin D3 sicher ist. Die finale Interpretation der Ergebnisse aus der Studie mit Vitamin D3-Einnahme während der SIT kann erst nach der Entblindung der Studie erfolgen. Die Ergebnisse aus dem zweiten Teil dieser Arbeit zeigen, dass die T-Zell-Aktivierung von naiven T-Zellen, aber nicht die der Gedächtnis-Subpopulation, in der Anwesenheit von Calcitriol-geprimten naiven B-Zellen beeinträchtigt wurde. Dies führte zu einer reduzierten Proliferation sowie einer verminderten Zytokin- und Transkriptionsfaktor–Expression. Als Mechanismus wurde die verminderte Expression der kostimulatorischen Moleküle CD80/CD86 auf aktivierten B-Zellen identifiziert. Die Daten unterstreichen die Bedeutung einer ausreichenden Vitamin D3-Versorgung für die Funktion des Immunsystems. Schließlich liefern die Daten eine molekulare Grundlage für zukünftige Untersuchungen zu Vitamin D3-Funktionen beim Menschen und insbesondere Patienten mit krankhaften Veränderungen des Immunsystems.

The secosteroid hormone vitamin D regulates calcium homeostasis but is also immunomodulatory on cells of the innate and adaptive immune system. Vitamin D3 deficiency (serum 25(OH) vitamin D3 concentrations <50 nmol/L) is common and often occurs as a result of inadequate physiological vitamin D3 synthesis in the skin in combination with an insufficient vitamin D3 dietary intake. Epidemiological data indicate a direct association be-tween a low serum 25(OH) Vitamin D3 status and immune-mediated diseases, including aller-gic asthma, atopic dermatitis, insulin-dependent diabetes mellitus, multiple sclerosis, systemic lupus erythematosus and rheumatoid arthritis. Activated T - and B lymphocytes express the enzyme CYP27B1. This enzyme catalyzes the synthesis of the active form of vitamin D3 calcitriol from its precursor 25(OH) vitamin D3. Therefore, upon activation and in the presence of sufficient amounts of 25(OH) vitamin D3 in vitro endogenous calcitriol synthesis and vitamin D receptor (VDR) dependent effects on lymphocytes can occur. In the thesis it was investigated whether oral vitamin D3 (cholecalciferol) intake alone or in a therapeutic setting leads to a systemic modulation of phenotype and function of circulating lymphocyte populations. With the data a 25(OH) vitamin D3 concentration was calculated which is required to target T-and B- lymphocytes in vivo. Finally the consequences of B cell calcitriol treatment on T-cell activation were investigated. The data from an oral vitamin D3 supplementation study shown that both the peripheral B-, and T cells can be targeted in vivo by the bioactive form of vitamin D3. Higher surface ex-pression of a VDR- inducible antigen CD38 was observed on B cells, as well as a reduction in frequency of IFN-γ and IL-17 producing T memory cells upon vitamin D3 supplementation. A serum 25(OH) vitamin D3 concentration of ≥ 70nmol/L was calculated, which is associated with immunological changes in peripheral B and T lymphocytes. These calculations, including the use of two independent approaches were supported by in vitro experiments from pe-ripheral B cells. It has been demonstrated that the efficiency of the humoral immune response after immunization can be increased by administration of oral vitamin D3 and the clinical use of vitamin D3 is safe. The final interpretation of the results from the study with vitamin D3 intake during the SIT can be given only after unblinding of the study. The results from the second part of the thesis show that T-cell activation of naive but not memory T cells reflected by reduced proliferation, cytokine and transcription factor expression was impaired in the presence of calcitriol-primed naive B cells. As an underlying mechanism the reduced expres-sion of CD80/CD86 costimulatory molecules on activated B cells was identified. Consequently, the data emphasize the importance of an adequate supply of vitamin D3 in terms of function of the immune system. The data also provide a molecular basis for future studies on vitamin D3 functions in humans and patients with immunological disorders.