Vergleichende Untersuchungen zur Produktion und Wirkung von IFN-y, IL-12, IL-18 und IL-10 im Nabelschnurblut und im Blut vom gesunden Erwachsenen

Abstract

Neonatale T-Zellen lassen sich im Vergleich zu denen Erwachsener schlechter aktivieren. Eine wesentliche klinische Beobachtung ist die im Vergleich zum Erwachsenen deutlich erhöhte Disposition des Neugeborenen für infektiöse Erkrankungen, bei denen die aktivierte T-Zelle eine pathophysiologische Rolle spielt. Die Ursachen für die schlechtere Aktivierbarkeit sind vielfältig und liegen neben intrinsischen Charakteristika neonataler T-Zellen in unterschiedlicher Produktion und Sensitivität gegenüber Zytokinen. IL-12 und IL-18 sind die wichtigsten IFN-gamma induzierenden Zytokine in vivo und in vitro. Eine mögliche Ursache für eine schlechtere T-Zellaktivierbarkeit im Nabelschnurblut könnte eine herabgesetzte Wirkung von IL-12 und/oder IL-18 auf kostimulatorische Moleküle des Makrophagen bzw. auf T-Zellen sein.

Die Arbeit untersuchte die Produktion von IFN-gamma, IL-12, IL-18 und IL-10 nach Stimulation mit dem T-Zellmitogen anti-CD3 und dem Bakterientoxin Lipopolysaccharid (LPS) auf Protein- und Transkriptionsebene. Danach wurde die Zytokinwirkung auf die Expression der kostimulatorischen Rezeptoren CD80 und CD86 des Makrophagen untersucht und die funktionelle Auswirkung auf die T-Zellantwort gemessen.

Aus Nabelschnurblut und Blut gesunder Erwachsener wurden mittels Dichtegradientenzentrifugation Mononukleäre Zellen gewonnen, die als Ausgangsmaterial für Zellkulturen dienten und mit verschiedenen Substanzen inkubiert wurden. Die Quantifizierung von Zytokinen im Zellkulturüberstand erfolgte mit einem Enzymimmunoassay (EIA). Phänotypisierung der Makrophagen sowie Ermittlung der T-Zellzahl und Blastenbildung wurden mittels Durchflußzytometrie durchgeführt. Zur Messung der Zytokin-mRNA wurde analog der Methode von Löffler et al. (2003) eine RT-PCR verwendet.

Die IFN-gamma-induzierte IL-12(p40)-Produktion und die IL-12-induzierte IFN-gamma-Produktion waren im NSB gegenüber dem PB auf Transkriptions- und Proteinebene vermindert (Abb. 8, 13, 27 und 28). Die IFN-gamma-Produktion nach einer Stimulation mit IL-12 und IL-18 war im NSB geringer als im PB (p<0,05; Abb. 13 und 14). Neonatale mit anti-CD3 stimulierte T-Zellen produzierten weniger IL-12-, IL-18- und IFN-gamma-mRNA und Protein als T-Zellen von gesunden Erwachsenen (Abb.7, 8, 9, 27, 28 und 29). Sowohl IL-10 als auch die IL-10-mRNA waren im NSB durch anti-CD3 und LPS schlechter induzierbar als im PB (Abb. 16, 17 und 30). IL-12, anti-CD3 und IFN-gamma hatten signifikant geringere Effekte auf die Expression kostimulatorischer Rezeptoren neonataler Makrophagen und die T-Zellfunktion als auf Zellen von gesunden Erwachsenen (Abb. 18 - 21, 24 und 25). Die Effekte von IL-18 bezüglich der Expression kostimulatorischer Rezeptoren sowie der T-Zellfunktion waren im PB und NSB ähnlich (Abb. 22, 23 und 26).

Die Ergebnisse unserer Versuche können im Sinne einer im Vergleich zum Erwachsenen eingeschränkten Modulationsfähigkeit des neonatalen Immunsystems sowohl auf der pro- als auch auf der antiinflammatorischen Seite interpretiert werden. Unter teleologischen Gesichtspunkten könnte man die hier vorgestellten Ergebnisse dahingehend interpretieren, dass sie mit folgender Hypothese kompatibel sind: Beim Feten und auch noch beim Neugeborenen wird eine eingeschränkte Reaktion gegenüber Fremdeiweißen in Kauf genommen, um einen Schutz des eigenen Gewebe bzw. die Verhinderung einer Abstoßung durch das mütterliche Immunsystem zu ermöglichen.

Compared to adults newborns show an increased susceptibility to infections by viruses, bacteria and fungi such as infections with Cytomegalie an Toxoplasma gondii. This may related to defective cell-mediated immunity, which is performed especially by monocytes an T lymphocytes. As compared to peripheral blood (PB) T cells, the response of cord blood (CB) T cells to stimulation with anti-CD3 is poor. One reason is an impaired costimulatory potential of B7-family molecules (CD80 and CD86) on CB macrophages as compared to PB macrophages. In the antiCD3-response, IFN-y enhances T cell survival and blast formation in PB. IL-12 and IL-18 are the main IFN-y-producing cytokines. After challenge with antiCD3, CB macrophages failed to upregulate CD80 and showed an impaired capacity to upregulate CD86 as compared to PB macrophages. In contrast to PB, addition of IFN-y failed to rescue T cells from initial deletion and to enhance blast formation. In a dose dependent manner, IL-12 and IL-18 upregulates CD80 and CD86 on PB macrophages, enhanced T cell survival, -blast formation in the PB antiCD3 reaction and synergistically induced IFN-y production. In contrast to PB, CB failed to produce IL-18 after antiCD3 stimulation. On CB macrophages, B7 receptor upregulation was impaired after addition of IL-12 or IL-18. In the antiCD3 reaction neither T cell survival, blast formation nor IFN-y producrion were affected in CB, when IL-12 was added; IL-18 partially rescued CB T cells, enhanced blast formation and upregulated CD80 and CD86 on CB macrophages. In contrast to PB, T cell activation in CB could not be enhanced By IL-12 or IFN-y. IL-18 tiltes the CB antiCD3 response towards activation; suggesting a role in macrophage dependent T cell activation.