Der Beitrag von polyklonaler-/bystander-Aktivierung zur Aufrechterhaltung eines Langzeitantikörpertiters

Abstract

Die Antikörperproduktion gegen eingedrungene Pathogene oder Impfantigene wird oft über viele Jahre aufrechterhalten, auch nachdem der Organismus die akute Infektion überwunden hat, bzw. kein weiterer Kontakt zum Impfantigen besteht. Obwohl dieses Phänomen schon lange und oft beschrieben wurde, gibt es eine noch immer andauernde Diskussion über die zugrunde liegenden Mechanismen. Da Antikörper mit einer Halbwertszeit von 2-3 Wochen im Körper abgebaut werden, muß eine kontinuierliche Antikörperproduktion gewährleistet sein, um einen Langzeitantikörpertiter aufrechtzuerhalten. In der vorliegenden Arbeit wurde eine aktuelle Hypothese untersucht, die diese kontinuierliche Antikörperproduktion erklärt, nämlich die Generierung von Plasmazellen durch polyklonale-/bystander-Aktivierung. Diese Theorie basiert auf der Beobachtung, dass in vitro eine unspezifische Stimulation von Gedächtnis-B-Zellen möglich ist, und in vivo im Rahmen von systemischen Immunantworten Plasmazellen anderer Spezifitäten im Blut auftauchen. In der Arbeit wurde ein Mausmodell etabliert, in welchem die Effekte polyklonaler-/bystander-Aktivierung unter physiologischen Bedingungen untersucht werden konnten. Es konnte gezeigt werden, dass durch Impfung mit Ovalbumin oder NP und CpG eine polyklonale -/bystander-Aktivierung in diesem Mausmodell ausgelöst werden kann, die sowohl mittels BrdU-Markierung proliferierender Zellen als auch numerisch nachgewiesen wurde. Hauptsächlich werden dabei Gedächtnis-B-Zellen aktiviert, die aus vorhergehenden Immunreaktionen im Organismus vorhanden sind. Die Anzahl der neu entstandenen Plasmazellen ist jedoch sehr gering. Verglichen mit einer durch Antigen spezifisch ausgelösten Immunantwort beträgt der Effekt einer polyklonalen-/bystander-Aktivierung 5%. Sowohl kurzfristig als auch nach Wochen konnte kein signifikanter Beitrag zum Antikörpertiter im Serum nach polyklonaler-/bystander-Aktivierung nachgewiesen werden. Darüber hinaus sind die durch diesen Mechanismus entstandenen Plasmazellen nur in einem begrenzten Zeitraum in der Milz nachweisbar. Im Knochenmark konnten sie zu keinem Zeitpunk detektiert werden. Das Erreichen des Knochenmarks ist jedoch essentiell wichtig für das längerfristige Überleben der Plasmazellen, und nur durch dieses Überleben ist eine Akkumulation der polyklonal-/bystander- aktivierten Plasmazellen möglich. Eine Maximalabschätzung -unter Annahme der Wanderungsfähigkeit ins Knochenmark- ergibt einen Zeitraum von einem Jahr, nach dessen Ablauf 50% des Pools der Plasmazellen im Knochenmark von polyklonal-/bystander-aktivierten Plasmazellen ersetzt sein könnte. Die Ergebnisse der hier gezeigten Untersuchungen machen deutlich, dass polyklonale -/bystander-Aktivierung zur Aufrechterhaltung eines Langzeitantikörpertiters beitragen kann. Sie zeigen jedoch auch, dass dessen Effekte nicht nach Tagen, sondern frühestens nach Monaten tragen, und nur unter der Voraussetzung dass die Plasmazellen als langlebige Zellen ins Knochenmark gelangen. Zu verstehen, wie der Stellenwert der unterschiedlichen Mechanismen zur Aufrechterhaltung eines Langzeitantkörpertiters einzuschätzen ist, hat klinische Bedeutung nicht nur in der Entwicklung neuer Impfstoffe, sondern auch für den Aufbau von zukünftigen Impfstrategien z.B. zur Verhinderung von Reinfektionen der erwachsenen Bevölkerung.

Antibody production following infection or vaccination is often sustained for years, even after resolution of the acute infection, and without re-exposure to the antigen. Even though this phenomenon has been described for a long time, there still is a lasting discussion about the underlying mechanisms. Since the half-life of serum-antibodies is less than 2-3 weeks, continuous production of antibodies must be provided to maintain long-term antibody titers. In the present study, the actual hypothesis, which explains this continuous antibody production by generation of plasma cells via polyclonal-/bystander- activation, has been tested. This theory is based on the results of in vitro studies, where an unspecific stimulation of memory B cells is possible, and in vivo observation of emerging circulating plasma cells secreting IgG to recall antigen during a systemic immune response. In this study, a mouse model was established, in which the effects of polyclonal-/bystander- activation could be examined under physiological conditions. We could show that by vaccination with ovalbumine or NP and CpG, in this mouse model, a polyclonal-/bystander- activation could be induced. This could be demonstrated numerically as well as by detection of BrdU- incorporation by proliferating cells. We found that mainly memory B cells are being activated which are existent in the organism from previous immune reactions. The number of newly formed plasma cells is however very small. Compared to a specific immune answer, the effect of polyclonal-/bystander- activation amounts 5%. Both for the short term as well as after weeks, a significant contribution by polyclonal-/bystander- activation to serum antibody level could not be detected. Furthermore, the plasma cells developed by this mechanism are traceable in the spleen only in a narrow time frame. In the bone marrow, they could not be detected at any time point. Migration to the bone marrow, however, is essential for the survival of plasma cells, and only if the plasma cells survive, an accumulation of the polyclonal -/bystander-activated plasma cells is possible. An estimation- under assumption of the migrational potential to the bone marrow- gives the period of one year, after which 50% of the plasma cell pool could be replaced by polyclonal-/bystander-activated plasma cells. The results of the present study show that polyclonal-/bystander-activation can contribute to the maintenance of long-term antibody titer. However, they also show, that polyclonal -/bystander-activation comes to effect not after days but at the earliest after months, and only under the assumption of the plasma cells being able to get to the bone marrow to survive as long-living plasma cells. To understand the significance of the different mechanisms for maintenance of long-term antibody titers, is of clinical importance not only for the development of new vaccines, but also for the design of future vaccination strategies, e.g. prevention of re-infections of the adult population.