Differentielle Modulation dendritischer Zellen durch kommensale Bakterien in IL-2-defizienten Mäusen

Abstract

Im IL-2-defizienten Mausmodell entwickeln Mäuse unter SPF-Bedingungen eine ausgeprägte Kolitis, während Tiere unter keimfreien Bedingungen gesund bleiben (Contractor et al. 1998; Ehrhardt et al. 1997; Waidmann et al. 2003). Die Monokolonisierung mit E. coli führt zu einer Kolitisentwicklung, während B. vulgatus-monokolonisierte Tiere gesund bleiben. In kokolonisierten Tieren konnte B. vulgatus die durch E. coli induzierte Kolitis verhindern (Waidmann et al. 2003). Es wurde untersucht, ob die Monokolonisierung von E. coli oder B. vulgatus zu einer unterschiedlichen Modulation dendritischer Zellen in der Lamina propria (LP-DCs) hinsichtlich der Aktivierung und Maturation, der DC Anzahl, der Lokalisation und der DC Subpopulationen führt. Keimfreie und SPF kolonisierte Mäuse dienten dabei als Referenztiere. LP-DCs B. vulgatus monokolonisierter und E. coli/B. vulgatus kokolonisierter IL-2-/- Tiere zeigten einen semi-maturen Phänotyp (CD40loCD80loCD86loMHCIIhi), während die Monokolonisierung mit E. coli bereits vor Krankheitsbeginn zu aktivierten und maturierten LP-DCs (CD40hiCD80hiCD86hiMHCIIhi) führte. E. coli- und SPF-kolonisierte Tiere zeigten eine reduzierte Anzahl LP-DCs und eine erhöhte Anzahl CCR7+-DCs in den mesenterialen Lymphknoten im Vergleich zu B. vulgatus-kolonisierten und keimfreien Tieren. Hinsichtlich der Aktivierung von Lamina propria-T-Zellen polarisierten mature DCs T-Zellen in Richtung Th1, während semi-mature DCs keine Th-Antwort induzierten. Die untersuchten DCs im Lymphknoten zeigten keine Unterschiede hinsichtlich der Expression der Aktivierungsmarker und der DC-Anzahl zwischen E. coli-monokolonisierten und B. vulgatus-kolonisierten Tieren. Die Induktion semi-maturer DCs wurde in vitro durch IL-6 beschrieben (Frick et al. 2006; Geisel et al. 2007; Hegde et al. 2004). In dieser Arbeit zeigten B. vulgatus stimulierte, semi-mature DCs eine reduzierte CCR7 Expression und DC-Migration. Beide funktionellen Einschränkungen waren in B. vulgatus stimulierten IL-6-/- DCs aufgehoben. In vivo konnte eine erhöhte IL-6 mRNA und Proteinexpression in intestinalen LP-DCs der B. vulgatus-monokolonisierten Tiere im Vergleich zu E. coli-monokolonisierten Tieren bestimmt werden. Dagegen war die TNF-a mRNA und Proteinexpression der LP-DCs in E. coli-monokolonisierten Tieren höher als in B. vulgatus-monokolonisierten Tieren. Diese Ergebnisse zeigen, dass B. vulgatus vermutlich in Abhängigkeit von IL-6 LP-DCs zu einem semi-maturen Phänotyp differenziert, der zu einer reduzierten T-Zell-Aktivierung führt. Dies könnte die Kolitisprävention B. vulgatus-monokolonisierter und E. coli/B. vulgatus-kokolonisierter Tieren erklären. IL-6 scheint dabei in Abwesenheit proinflammatorischer Zytokine, wie z.B. IL-12 und TNF-a, als immunregulatorisches Zytokin in Bezug auf intestinale LP-DCs zu wirken.

Background: IL-2 deficient (IL-2-/-) mice mono-colonized with E. coli develop colitis whereas IL-2-/--mice mono-colonized with B. vulgatus do not and are even protected from E. coli induced colitis. Methodology/Principal Findings: We investigated if mono-colonization with E. coli or B. vulgatus differentially modulates distribution, activation and maturation of intestinal lamina propria (lp) dendritic cells (DC). lpDC in mice mono-colonized with protective B. vulgatus or co-colonized with E. coli/B. vulgatus featured a semi-mature lpDC phenotype (CD40loCD80loMHC-IIhi) whereas mono-colonization with colitogenic E. coli induced lpDC activation and maturation prior to onset of colitis. Accordingly chemokine receptor (CCR) 7 surface expression was more strikingly enhanced in mesenteric lymph node DC from E. coli than B. vulgatus mono- or co-colonized mice. Mature but not semi-mature lpDC promoted Th1 polarization. As B. vulgatus promotes differentiation of semi-mature DC presumably by IL-6, mRNA and protein expression of IL-6 was investigated. The data demonstrated that IL-6 mRNA and protein was increased in lpDC of B. vulgatus as compared to E. coli mono-colonized IL-2-/--mice. The B. vulgatus-mediated suppression of CCR7 expression and DC migration was abolished in IL-6-/--DC. Conclusions/Significance: From this data we conclude that the B. vulgatus-triggered IL-6 secretion by lpDC in absence of proinflammatory cytokines such as IL-12 or TNF-a induces a semi-mature lpDC phenotype, which might prevent T-cell activation and thereby the induction of colitis in IL-2-/--mice. The data provide new evidence that IL-6 might act as an immune regulatory cytokine in the mucosa by targeting intestinal DC.