Vergleichende Untersuchungen zur Pathogenese der H1N1v- und H5N1-Influenzavirusinfektionen in Mäusen

Abstract

Humane Influenzavirusinfektionen spielen eine bedeutende Rolle im Gesundheitswesen. Die Influenza-A-Virusausbrüche des hochpathogenen aviären H5N1-Virus und die schnelle Verbreitung des 2009 aufgetretenen pandemischen H1N1v-Schweinegrippevirus zeigten jedoch deutlich, wie limitierend die medizinischen Mittel gegen schwerverlaufende Infektionen sind und wie wenig die biologischen Ursachen der Erkrankung verstanden werden. Da von einer schwerverlaufenden Influenza-A-Virusinfektion meist junge Menschen betroffen sind und die Pathogenese eine Lymphopenie und Hyperzytokinemie hervorruft, wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Beeinflussung der Influenza-A-Viren auf das Immunsystem postuliert und im Besonderen auf die T-Zellantwort fokussiert. Die Untersuchungen zeigten, dass durch HPAIV- und H1N1v-Viren neben der Lunge meist nur mediastinale Lymphknoten und der Thymus infiziert wurden, eine systemische Infektion blieb hingegen aus. Eine Atrophie des Thymus konnte dabei beobachtet werden, insbesondere die doppelt-positive CD4+CD8+-Thymozyten nahmen stark ab, und der Thymus verlor Teile seiner Funktionen. Es konnte nachgewiesen werden, dass in der Lunge Dendritische Zellen (DCs) infiziert wurden und in den Thymus einwanderten, sodass die Influenza-A-Viren DCs offensichtlich als Transportzellen in die lymphoiden Organe nutzt. Die Infektion des Thymus führte zu einer gestörten T-Zellentwicklung und zu einer starken und schnellen Expansion von funktionellen Regulatorischen T-Zellen (Treg). Diese Treg-Expansion konnte bei einer fatalen H1N1v-Infektion vor der Effektor-T-Zellantwort dokumentiert werden und obwohl eine Influenza-spezifische T-Zellpopulation vorhanden war, besaßen Lymphozyten von Tieren mit einem fatalen Krankheitsverlauf eine geringere T-Zellzytotoxizität als Lymphozyten von Mäusen, die mit einer subletalen Dosis infiziert wurden. Da ab Untersuchungstag 3 und bei gleichzeitig einsetzendem Krankheitsbeginn keine Unterschiede in der Virusmenge und Virusverteilung beobachtet werden konnten, wurden die Frequenzen einzelner Zellpopulationen, die der angeborenen Immunantwort angehören, bestimmt. Entsprechenden Untersuchungen zur Klärung dieser Beobachtung konnten frühe Unterschiede insbesondere in der Frequenz von NK- und NKT-Zellen aufzeigen. Zusammenfassend konnten im Rahmen dieser Arbeit unterschiedliche Faktoren nachgewiesen werden, die für die frühe Treg-Expansion und daraus resultierenden schwachen T-Zellantwort nach Influenza-A-Virusinfektionen verantwortlich waren und die Pathogenese im Sinne eines schweren Krankheitsverlaufs beeinflussten.

Influenza virus infections play a major role in human health care. The outbreaks of the highly pathogenic avian influenza virus (HPAIV) and the fast spread of the 2009 pandemic H1N1v- swine flu demonstrated the medical limitation against severe influenza. As severe influenza A virus (IAV) infections in humans often affect the younger population and the pathogenesis includes lymphopenia and hypercytokinemia, in this study an impact of IAV on the immune response was postulated and we focused on the T cell response. Analysis demonstrated that HPAIV and H1N1v infected next to the lung also lymph nodes and thymus, a systemic infection was not detectable. Moreover, a thymic atrophy was shown. Here, the CD4+CD8+ thymocyte population was strongly reduced and the thymus lost parts of its function. This work revealed that in the lung dendritic cells (DCs) were IAV infected and migrated into the thymus. Therefore, IAV used DCs as transporting cells into the lymphatic system. The infection of the thymus led to an imbalanced T cell development and a strong and fast expansion of functional regulatory T cells (Tregs). After H1N1v infection, those Tregs expanded before effector T cells did and although specific T effector cells were available, mice suffering from severe influenza had a reduced cytotoxic T cell response compared to mice developing mild influenza. As the experiments showed that from day 3 after infection no differences between viral load and spread were measured, cell populations of the innate immune response were quantified. Early differences between NK and NKT cells were demonstrated. In summary, this work revealed different factors that led to an early expansion of Tregs followed by a weak effector T cell response after severe IAV infection.