In-vivo-Untersuchung der Expression der Adhäsionsmoleküle ICAM-1, VCAM-1 und ELAM-1 in HCMV-infiziertem Gewebe

Abstract

Einflüsse des humanen Cytomegalovirus auf die Immunantwort des Wirtes werden vielfältig diskutiert. Das gehäufte Auftreten von Transplantatabstoßungen bei HCMV- Patienten wirft die Frage auf, ob HCMV immunstimulatorische Eigenschaften besitzt. So wurde in vitro eine Hochregulierung von ICAM-1 in HCMV- infizierten Zellen beschrieben. ICAM-1 und VCAM-1 sind die wichtigsten Adhäsionsmoleküle für die Adhäsion von Immunzellen am Endothel und deren Migration ins Gewebe. In vivo lagen jedoch bisher keine Daten auf Einzelzellebene vor, die eine Übertragung der Kulturergebnisse auf die physiologische Situation beim Menschen erlaubten. In dieser Arbeit wurden Gewebeschnitte von mehreren akut HCMV- infizierten Patienten mit unterschiedlichen Grunderkrankungen und aus verschiedenen Organen immunhistochemisch untersucht. Mittels monoklonaler Antikörper wurde das immediate early antigen von HCMV, das in allen Phasen des Replikationszyklus des Virus detektierbar ist, und die Antigene der Adhäsionsmoleküle ICAM-1, VCAM-1 und ELAM-1 dargestellt. Die Ergebnisse zeigten eine deutliche lokale ICAM-1 und VCAM-1 Mehrexpression in der Umgebung von HCMV- infizierten Zellen im Vergleich zu nicht infizierten Gewebearealen. Dies ist erklärbar im Rahmen der physiologischen Immunantwort gegen HCMV, bei der mehrere Cytokine, die nach erkennen einer virusinfizierten Zelle freigesetzt werden, eine Induktion von ICAM-1 und VCAM-1 verursachen können. Auf Einzelzellebene wurde jedoch fast nie eine Mehrexpression von ICAM-1 in HCMV- infizierten Zellen selbst im Vergleich zu nicht infizierten Nachbarzellen gefunden. Auch VCAM-1 und ELAM-1 wurden in der überwiegenden Mehrzahl der HCVM- infizierten Zellen nicht stärker exprimiert als in HCMV- negativen Zellen der Umgebung. Diese Ergebnisse zeigten sich durchgehend in allen Organen und Zelltypen. Auch eine vorübergehende Hochregulierung von ICAM-1 oder VCAM-1 in Abhängigkeit vom Replikationszyklus von HCMV konnte nicht belegt werden. Das humane Cytomegalovirus hat demnach in vivo keinen direkten Einfluss auf die Expression der Adhäsionsmoleküle ICAM-1, VCAM-1 und ELAM-1. HCMV scheint nicht über eine direkte Hochregulierung der Expression der Adhäsionsmoleküle in HCMV- infizierten Zellen immunstimulatorisch zu wirken und somit Transplantatabstoßungen, sowie Gewebeschäden zu begünstigen. Allerdings deutet die lokale Mehrexpression von ICAM- 1 und VCAM- 1 in HCMV- positiven Arealen darauf hin, dass solche immunpathologischen Vorgänge im Zuge der physiologischen Immunantwort gegen das humane Cytomegalovirus gefördert werden können. Über die unspezifische Rekrutierung von Immunzellen durch die Adhäsionsmoleküle können auch vermehrt gegen körperfremde Zellen des Transplantats gerichtete Immunzellen ins Gewebe gelangen und somit Abstoßungsreaktionen begünstigen.

The increased incidence of allograft rejections in HCMV- positive patients raises the question, if HCMV is able to stimulate the immune system. While upregulation of the adhesion molecule ICAM-1 in HCMV- infected cells was observed in vitro, this issue has not been addressed on a single cell level in vivo so far. ICAM-1 and VCAM-1 are the most important adhesion molecules for adhesion of immune cells to endothelial surfaces and consecutive migration into underlying tissue , hence it is not possible to transfer the results obtained in vitro to the physiological situation in humans. We analysed histological samples of several acutely HCMV-infected patients with various underlying diseases and from several different organs using immunohistochemistry. The HCMV immediate early antigen, which can be detected throughout the viral replication cycle and the adhesion molecules ICAM-1, VCAM-1 and ELAM-1 were detected by monoclonal antibodies. The results indicated a clearly localized increased expression of ICAM-1 and VCAM-1 in tissue surrounding HCMV- infected cells, when compared to uninfected tissue. However, we hardly observed increased expression of ICAM-1 in the single HCMV- infected cell, when compared to uninfected cells in the proximity. Also expression of VCAM-1 and ELAM-1 was not increased in the vast majority of HCMV- infected cells , when compared to HCMV- negative cells in the surrounding areas. These observations were similar throughout all organs and cell types. A transient upregulation of ICAM-1 or VCAM-1 dependent on the viral replication cycle was not detected. Human Cytomegalovirus therefore has no direct effect on the expression of the adhesion molecules ICAM-1, VCAM-1 or ELAM-1 in vivo. It seems unlikely that HCMV directly promotes allograft rejections and tissue damage by upregulation of adhesion molecules in HCMV- infected cells. However, local upregulation of ICAM-1 and VCAM-1 expression in HCMV- infected areas indicate the possibility for such pathological processes happening in the course of a physiological immune response against HCMV. Nonspecific recruitment of immunocompetent cells by adhesion molecules may lead to increased migration of specific T-cells directed against allograft cells and thus stimulate allograft rejections.