Modulation der intestinalen Barriere - Signalwege und Wirkmechanismen von Escherichia coli Nissle 1917 und enteraler Ernährung

Abstract

Einleitung: Bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen kommt es zu einer Störung der intestinalen Barrierefunktion. Ihre Rekonstitution ist essentiell zur Wiederherstellung der mukosalen und peripheren Immunhomöostase. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Modulation der intestinalen Barriere durch das Probiotikum E. coli Nissle 1917 und enterale Ernährung zu charakterisieren. Methode: Im experimentellen DSS-Kolitis Modell der Maus wurden Wildtyp sowie TLR-2-/- und TLR-4-/- Mäuse mit E. coli Nissle 1917 rektal oder oral behandelt. Die makroskopische Krankheitsaktivität, die Schädigung der Mukosa und die Zytokinsekretion der Mäuse wurden analysiert. Um den Einfluss des Probiotikums auf humane T-Zellsubklassen zu untersuchen, wurden isolierte αβ und γδ T-Zellen stimuliert und mit E. coli Nissle 1917 konditioniertem Medium kultiviert. Die Aktivität, Zellzyklusprogression, Apoptose, Nekrose und Zytokinsekretion der Zellen wurde durchflusszytometrisch analysiert. Der Einfluss von enteraler und parenteraler Ernährung auf die Integrität intestinaler Epithelzellen wurde anhand des transepithelialen Widerstands und eines etablierten Wundheilungsmodells bestimmt. Durchflusszytometrisch wurde zudem die Modulation der Apoptose, Zellaktivierung, Zellzyklusprogression und Zytokinsekretion isolierter und stimulierter peripherer mononukleärer Blutzellen (PBMC) und Lamina propria mononukleärer Zellen (LPMC) untersucht. Ergebnisse: TLR-4-/- Mäuse entwickelten eine signifikant schwächere Entzündung. In Wildtyp Mäusen milderte E. coli Nissle die Entzündung und erhöhte die Sekretion antiinflammatorischer Zytokine. In γδ T-Zellen, aber nicht in αβ T-Zellen, erhöhte E. coli konditioniertes Medium die Aktivität und Zellzykluspogression und induzierte die Apoptose via TLR-2 über Caspase und FasL abhängige Signalwege. Durch die Inkubation mit enteraler und parenteraler Ernährung wurde die Integrität und Migration intestinaler Epithelzellen gefördert. Bei den Epithelzellen wurde die Apoptose durch parenterale Ernährung, bei den LPMC und PBMC durch enterale Ernährung induziert. Die Zytokinsekretion wurde bei den untersuchten Zellen sehr distinkt moduliert. Diskussion: E. coli Nissle 1917 mildert die DSS-Kolitis über TLR-2 und TLR-4 abhängige Signalwege. In vitro induziert das Probiotikum die Apoptose von γδ T-Zellen, die eine wichtige Rolle in der bakteriellen Antigenerkennung und Perturbation inflammatorischer Prozesse spielen. Enterale und parenterale Ernährung fördert die Integrität intestinaler Epithelzellen und moduliert distinkt das periphere und intestinale Immunsystem.

Introduction: Inflammatory bowel disease is characterized by a disrupted intestinal barrier function. Its reconstitution is essential to maintain mucosal and peripheral immune homeostasis. The aim of this study was to investigate the effect of probiotic E. coli Nissle 1917 and enteral nutrition on the intestinal barrier function. Methods: Dextran sodium sulfate (DSS)-induced experimental colitis was treated with E. coli Nissle 1917 orally and rectally in wild-typ and TLR-2-/- and TLR-4-/- mice. Disease activity, mucosal damage and cytokine secretion were analysed. To determine the influence of E. coli Nissle 1917 on T cell subsets we cultured isolated and stimulated αβ and γδ T cells with E. coli conditioned media. Activation status, cell cycle progression, apoptosis and necrosis and cytokine secretion was determined by flow cytometric analysis. Furthermore we investigated the effect of enteral and parenteral nutrition on epithelial cell integrity by the measurement of the transepithelial resistence (TER) and an established wound healing assay. Flow cytometric analysis was used to determine the influence of enteral and parenteral nutrition on apoptosis, activation status, cell cycle progression and cytokine secretion of isolated and stimulated peripheral blood mononuclear cells (PBMC) and lamina propria mononuclear cells (LPMC). Results: TLR-4-/- mice developed significantly less inflammation. In wild-typ mice E. coli Nissle ameliorated colitis and increased anti-inflammatory cytokine response. E. coli Nissle conditioned media increased the activation status and cell cycle progression of γδ T cells but not of αβ T cells. Apoptosis of γδ T cells was induced via TLR-2 by caspase and FasL dependent pathways. Culturing epithelial cells with enteral and parenteral nutrition promoted monolayer integrity and migration. Apoptosis of epithelial cells was induced by parenteral nutrition in PBMC and by enteral nutrition in LPMC. Modulation of cytokine secretion was distinct in different cell types. Conclusion: E.c oli Nissle 1917 ameliorates DSS induced colitis in mice via TLR-2 and TLR-4 dependent pathways. Apoptosis of γδ T cells, which play an important role in the recognition of bacterial antigens and perturbation of inflammatory processes, is induced by E. coli Nissle 1917 in-vitro. Parenteral and enteral nutrition promotes the integrity of epithelial cells and distinctivly modulates peripheral and intestinal immunity.