Einfluss von TGF-beta1 auf T-Zellen bei der Juvenilen Idiopathischen Arthritis

Abstract

Die Juvenile Idiopathische Arthritis (JIA) ist eine heterogene Gruppe entzündlicher Erkrankungen der Gelenke im Kindesalter. Grundlage der JIA ist eine Immunreaktion der Synovia, welche wahrscheinlich T-Zell vermittelt ist.

Da frühere Studien gezeigt haben, dass die Wirkung von TGF-beta1 von dem Aktivierungs- und Differenzierungsstatus der Zellen abhängig ist, wurden in dieser Arbeit die isolierten T-Zellen aus peripherem Blut und Synovialflüssigkeit (SF) mittels Durchflusszytometrie phänotypisch charakterisiert. Es zeigte sich, dass es bei der JIA zu einer Anreicherung von CD8+-T-Zellen in der SF im Vergleich zum peripheren Blut kommt. Insgesamt dominierten aktivierte Gedächtniszellen (CD4+CD45RO+) bei allen Patienten. Wie in früheren Studien konnte eine starke Zunahme der Aktivierungsmarker CD69 und HLA-DR in der SF gegenüber peripherem Blut beobachtet werden. Das dabei gezeigte unterschiedliche Verhalten von CD4+- und CD8+-T-Zellen bezüglich CD69 (frühe Aktivierung) bzw. HLA-DR (als Langzeitaktivierungsmarker) könnte auf unterschiedliche Aktivierungszeitpunkte hindeuten. Auffallend war auch der höhere Anteil der als regulatorische Zellen (Tregs) bezeichneten CD4+CD25high+-T-Zellen in der SF im Vergleich zum peripheren Blut. Unterschiede zwischen der prognostisch günstigeren oligo- und der ungünstigeren polyartikulären Verlaufsform zeigten sich nicht.

Bei anderen chronisch-entzündlichen Erkrankungen, wie dem M. Crohn oder der Colitis Ulzerosa, konnte bei fortbestehender Entzündungsreaktion eine Erhöhung des immuninhibitorischen TGF-beta1 in der Darmmukosa nachgewiesen werden. Denkbar ist, dass in der Pathogenese der JIA ähnliche Mechanismen eine Rolle spielen. Die phänotypische Charakterisierung zeigte, dass sowohl periphere als auch synoviale CD4+- und CD8+-T-Zellen den TGF-beta-Rezeptor-II ausreichend exprimieren. Daraufhin wurde die TGF-beta1 Empfindlichkeit synovialer Zellen im Vergleich zu peripheren Zellen mittels 3H-Thymidineinbau und CFSE-Färbung analysiert. Während sich bei dem Thymidineinbau eine deutliche Hemmung synovialer Zellen unter Anwesenheit von TGF-beta1 zeigte, ergab sich bei der CFSE-Färbung aufgrund der Unterscheidung von CD4+- und CD8+-T-Zellen ein differenzierteres Bild. Synoviale und periphere CD8+-T-Zellen wurden durch TGF-beta1 deutlich gehemmt, während bei CD4+-T-Zellen eine eindeutige Proliferationshemmung nur im peripheren Blut nachzuweisen war. Synoviale CD4+-T-Zellen von Patienten mit oligoartikulärer JIA zeigten keine Proliferationshemmung durch exogenes TGF-beta1.

Die Differenzierung der CD4+-T-Zellen in Th1- und Th2-Zellen anhand ihrer Zytokinsekretion ergab, dass es vor allem bei Patienten mit einer oligoartikulären Arthritis zu einer starken Akkumulation IFN-gamma-sezernierender Th1-Zellen in der SF kommt. Bei den IL-4-sezernierenden Th2-Zellen zeigte sich dagegen ein indifferentes Bild. Unter Anwesenheit von TGF-beta1 nimmt die Sekretion von IFN-gamma ab, d. h. TGF-beta führt zu einer Favorisierung von Th2-Zellen.

In weiteren Studien bleibt zu klären, ob durch einen Defekt in der TGF-beta1-Signalkaskade (Smad7) eine lokale Dysregulation und schließlich die Autoimmunreaktion entsteht. Besonders interessant ist auch die Funktion der CD4+CD25high+-T-Zellen in der JIA-Pathogenese. Am wahrscheinlichsten kommt die Erkrankung aber durch ein Versagen verschiedener Regulationsmechanismen zustande, bei denen u. a. TGF-beta1 eine führende Rolle einnimmt.

The Juvenile Idiopathic Arthritis (JIA) is a heterogeneous group of inflammatory diseases of the joints in childhood. The basis of the JIA is an immune reaction of the synovia, which is probably mediated by T-cells.

Since previous studies have shown that the effect of TGF-beta1 is dependent of the activation and differentiation status of cells, the isolated T-cells from peripheral blood and synovial fluid (SF) were phenotypically characterized using flow cytometry in this study. It was proven that CD8+-T-cells of the JIA accumulate in SF in comparison to peripheral blood. Overall, all patients had a domination of activated memory cells (CD4+ CD45RO+). As in earlier studies, a strong increase of the activation markers CD69 and HLA-DR in the SF compared with peripheral blood could be observed. The different behaviour of CD4+- and CD8+-T-cells regarding CD69 (early activation) or HLA-DR (as a long-term activation marker) could indicate a different time of activation. The higher percentage of CD25high+ CD4+-T-cells which are called regulatory cells (Tregs) in the SF in comparison to peripheral blood was remarkable. There were no differences between the more favourable prognostic oligo articular and the less favourable poly articular course of disease.

In other chronic inflammatory diseases such as Crohn’s disease or ulcerative colitis, an increase of the immune inhibitory TGF-ß1 in the intestinal mucosa could be proven at a continuing inflammatory reaction. It is possible that similar mechanisms play a role in the pathogenesis of JIA. The phenotypical characterization showed that both peripheral and synovial CD4+- and CD8+-T-cells express the TGF-beta receptor II sufficiently. Subsequently, the TGF-beta1 sensitivity of synovial cells was analyzed in comparison to peripheral cells using an assembly of 3H-thymidin and CFSE staining. Whereas there was a distinct inhibition of synovial cells at the assembly of 3H-thymidin, a differentiated pattern could be observed for the CFSE staining because of the differentiation of CD4+- and CD8+-T-cells. Synovial and peripheral CD8+-T-cells were inhibited significantly by TGF-beta1, whereas a clear proliferation inhibition could only be detected in the peripheral blood. Synovial CD4+-T-cells from patients with oligo articular JIA showed no proliferation inhibition by exogenous TGF-beta1.

The differentiation of CD4+-T-cells into Th1- and Th2-cells based on their cytokine secretion revealed that there is a strong accumulation of IFN-gamma secreting Th1-cells in the SF, mainly for patients with an oligo articular arthritis. In contrast to that, there was an indifferent pattern for IL-4 secreting Th2-cells. In presence of TGF-beta1, the secretion of IFN-gamma decreases, which means that TGF-beta leads to a preference of Th2-cells.

It has to be clarified in further studies whether a local dysregulation and, ultimately, the autoimmune reaction results from a defect in the TGF-beta1-signaling cascade (Smad7). Particularly interesting is the function of CD4+CD25high+-T-cells in the JIA pathogenesis. Most likely the disease results from a failure of various regulatory mechanisms, in which TGF-beta1 plays an important role.