Die Bedeutung der Anaphylatoxine C3a und C5a sowie ihrer Rezeptoren in CD4+ TH-Zellen für die Entwicklung des allergischen Asthma bronchiale

Abstract

Das Asthma bronchiale ist eine chronisch–entzündliche Atemwegserkrankung mit weltweit hoher Prävalenz. Die allergische Unterform ist gekennzeichnet durch eine Sensibilisierung gegen Aeroallergene und eine Assoziation zwischen Allergenexposition und dem Auftreten der respiratorischen Beschwerden, die durch bronchiale Hyperreagibilität und/oder reversible Atemwegsobstruktion ausgelöst wird. Dabei führt das Aeroallergen im Rahmen der Sensibilisierungsphase über die Interaktion von konventionellen dendritischen Zellen mit CD4+ TH–Zellen zu einer maladaptiven TH2– und TH17–Immunantwort mit Bildung spezifischer IgE–Antikörper, die an den IgE–Rezeptor von residenten Mastzellen binden. Bei erneuter Allergenexposition kommt es in der Effektorphase zur inadäquaten Ausschüttung von Entzündungsmediatoren mit konsekutiven histologischen Veränderungen und klinischen Symptomen. Die Anaphylatoxine C3a und C5a, die durch systemische, lokale und intrazelluläre Komplementaktivierung gebildet werden, modulieren über ihre jeweiligen Rezeptoren C3aR bzw. C5aR1 und C5aR2 Entzündungsaktivität an der Schnittstelle zwischen angeborenem und erworbenem Immunsystem. Für C5a ist während der Sensibilisierungsphase ein protektiver Effekt hinsichtlich der Entwicklung einer maladaptiven TH2–Immunantwort auf Ebene der Interaktion von DZ und T–Zellen bekannt, in der Effektorphase führt C5a jedoch zu vermehrt Atemwegsinflammation und –hyperreagibilität. In einem adoptiven Transfermodell von mit Ovalbumin bzw. Hausstaubmilbenextrakt stimulierten aus murinem Knochenmark gewonnenen dendritischen Zellen, bei denen die jeweiligen Anaphylatoxinrezeptoren genetisch ausgeschaltet waren, konnten die für die Sensibilisierungsphase festgestellten C5aR1–vermittelten protektiven Effekte jedoch nicht auf einen direkten Einfluss dieser Antigen–präsentierenden Zellen zurückgeführt werden und auch die C3aR1– und C5aR2–vermittelten pro–inflammatorischen Effekte nur teilweise (für C5aR2). Für C3ar1–/– C5ar1–/––Mäuse war die Induktion von regulatorischen T–Zellen in naiven murinen CD4+ TH–Zellen in vitro und in vivo (nach Immunisierung mit Ovalbumin) vorbeschrieben. Bei bekannter Expression der Anaphylatoxinrezeptoren auf humanen CD4+ TH–Zellen sollte im Rahmen meiner Dissertation untersucht werden, wie die Anaphylatoxine C3a und C5a sowie deren Rezeptoren C3aR, C5aR1 und C5aR2 die T–Zell–Aktivierung und Polarisierung der TH–Zellantwort im Mausmodell des Hausstaubmilben–induzierten experimentell–allergischen Asthma bronchiale regulieren, um so mögliche Therapietargets zu identifizieren. Angesichts der kontroversen Diskussionen bezüglich der Expression von Anaphylatoxinrezeptoren auf murinen CD4+ TH–Zellen sollte diese zu unterschiedlichen Zeitpunkten der T–Zell–Aktivierung und unter verschiedenen Stimulationsbedingungen in vitro sowie in vivo untersucht werden. Weder in naiven noch mit Antikörpern gegen CD3 und CD28 sowie Zusatz von IL-2 stimulierten CD4+ TH–Zellen der Milz von BALB/c– und C57BL/6–Mäusen oder in Kokultur mit CD11c+ aus murinem Knochenmark gewonnenen dendritischen Zellen war eine Anaphylatoxinrezeptor–Expression festzustellen (für C5aR1 auf Protein– und mRNA–Level, für C3aR und C5aR2 ausschließlich auf mRNA–Ebene bei fehlenden validen Antikörpern). Der C5aR1 konnte auch in CD4+ TH–Zellen einer GFP–C5aR1–Knock–in–Maus in vitro sowie in einem experimentell–allergischen in–vivo–Modell nicht nachgewiesen werden. Bei der Verwendung des etablierten C5aR1–Antikörpers (Klon 20/70) konnte dabei eine zuvor unbekannte Kreuzreaktivität mit einem Epitop auf apoptotischen CD4+ TH–Zellen festgestellt werden. Auch bei einem kommerziell verfügbaren polyklonalen und einem monoklonalen intrazellulären C5aR2–Antikörper (Klon 468705) konnte eine Kreuzreaktivität detektiert werden. In CD4+ TH–Zellen von C3ar1–/– C5ar1–/––Mäusen zeigte sich im Hausstaubmilben–induzierten experimentell–allergischen Asthma bronchiale keine Induktion von regulatorischen T–Zellen. Diese Erkenntnisse unterstreichen, dass die Evaluation von Anaphylatoxinrezeptor–Expression entweder mittels Reporter–Knock–in–Mäusen oder etablierter monoklonaler Antikörper unter Kontrolle mit entsprechenden Knock–out–Mäusen und zusätzlicher Untersuchung der mRNA–Expression per qPCR erfolgen sollte. Erklärungen für die von wenigen Arbeitsgruppen detektierte Anaphylatoxinrezeptor–Expression in murinen CD4+ TH–Zellen könnten zudem eine Kontext–abhängige Genexpression sein, z. B. aufgrund des umgebenden Milieus, außerdem eine Expression in bestimmten CD4+ TH–Zell–Subtypen, Unterschiede im intestinalen Mikrobiom oder (epi)genetische Differenzen der verwendeten Mausstämme aufgrund von genetischem Drift und Shift. Eine Ursache für die Unterschiede in der Expression der Anaphylatoxinrezeptoren zwischen humanen und murinen CD4+ TH–Zellen könnte das Fehlen von CD46 oder eines funktionellen Äquivalents in der Maus sein, zudem das Fehlen von intrazellulären C5–Speichern in murinen CD4+ TH–Zellen, welche beim Menschen zur Aktivierung des NLRP3–Inflammasoms führen. Die bisher weder durch Anaphylatoxinrezeptor–Signaltransduktion in KMDZ noch in CD4+ TH–Zellen erklärten protektiven Effekte von C5a/C5aR1–Signalgebung und pro–inflammatorischen Effekte via C5a/C5aR2– bzw. C3a/C3aR–Signalübertragung in Bezug auf die Entwicklung eines asthmatischen Phänotyps könnten durch Unterschiede in den durch pulmonale DZ und KMDZ verursachten asthmatischen Phänotypen bedingt sein, zudem sollten die regulierenden Einflüsse der Anaphylatoxinrezeptor–Signaltransduktion in Antigen–präsentierenden sowie weiteren in der Lunge vorkommenden Zellen hinsichtlich der Entstehung und Ausprägung des allergischen Asthma bronchiale genauer untersucht werden, z.B. mit konditionellem Knock–out der Anaphylatoxinrezeptoren in bestimmten pulmonalen Zellen von Anaphylatoxinrezeptor–Reporter–Knock–in–Mäusen, bei denen das jeweilige Anaphylatoxinrezeptor–Gen mit loxP–Erkennungssequenzen flankiert ist. Um in der Zukunft spezifische therapeutische Zielstrukturen für die Behandlung des allergischen Asthma bronchiale im Bereich der Anaphylatoxinrezeptor–Signaltransduktion zu finden, wird es wichtig sein, sowohl im Menschen als auch in der Maus die Expressionsmuster der Anaphylatoxinrezeptoren unter Steady–State– als auch inflammatorischen Bedingungen genau zu charakterisieren und die Auswirkungen der Unterbindung einer Signalübertragung über die Anaphylatoxinrezeptoren weiter zu untersuchen.