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Zelluläre Regulation und klinische Aspekte des monocyten-/macrophagenspezifischen Proteins CD163
(2005)
In der vorliegenden Arbeit wurde die zelluläre Regulation des monocyten-/ macrophagenspezifischen Oberflächenproteins CD163 untersucht und klinische Aspekte der löslichen Form des CD163 (sCD163) diskutiert. sCD163 wird in vivo durch einen inflammatorischen Reiz von der Zelloberfläche abgespalten. Bislang waren jedoch noch keine Mediatoren charakterisiert worden, die immer unter Entzündungsbedingungen vorhanden sind. In den eigenen Untersuchungen des Shedding von CD163 konnten für die Generierung des sCD163 neue endogene Aktivatoren identifiziert werden. Sowohl reaktive Sauerstoffspezies, wie Wasserstoffperoxid oder Stickstoffmonoxid, als auch das Produkt von endogenen Oxidationsreaktionen mit reaktiven Sauerstoffspezies 8-iso Prostaglandin F2a erwiesen sich als potente Aktivatoren des Shedding von CD163. Neben den bekannten physiologischen Funktionen des 8-iso Prostaglandin F2a konnte erstmals eine neue Funktion bei Entzündungen definiert werden. Dieser Effekt wurde spezifisch durch 8-iso Prostaglandin F2a hervorgerufen, da das isomere Prostaglandin F2a unter gleichen Bedingungen keinen Einfluss auf das Shedding von CD163 ausübte. Das Immunsuppressivum Cyclosporin A konnte ebenfalls als Induktor des Shedding von CD163 ermittelt werden. Damit konnte zusätzlich zur bekannten immunmodulatorischen Wirkung des Cyclosporin A eine weitere antiinflammatorische Wirkung über Monocyten/Macrophagen aufgezeigt werden. Durch Untersuchungen der Inhibierung des Shedding von CD163 konnten Gemeinsamkeiten bezüglich der in die sCD163-Generierung involvierten Mediatoren dargestellt werden. Obwohl die untersuchten Verbindungen wahrscheinlich über unterschiedliche Signalwege das Shedding von CD163 induzieren, waren die Anwesenheit von reaktiven Sauerstoffspezies und intrazellulärem Calcium und die Beteiligung einer TIMP-3-sensitiven Metalloproteinase an diesem Prozess essentiell. Bei einem Vergleich zwischen dem Shedding von CD163 und Tumor necrosis factor-a (TNF-a) ergaben sich Gemeinsamkeiten durch die Induktion des Shedding beider Verbindungen durch 8-iso Prostaglandin F2a und in sehr viel geringerem Maße durch Wasserstoffperoxid. Im Gegensatz dazu waren deutliche Unterschiede in dem Ausmaß der induzierten Stimulation des Shedding durch Stickstoffmonoxid, Prostaglandin F2a und Cyclosporin A zu erkennen. Im Hinblick auf die entgegengesetzten Wirkungen von sCD163 als antiinflammatorisch wirkende Verbindung und TNF-a als proinflammatorisches Cytokin, konnte dargestellt werden, dass die Freisetzung durch unterschiedliche Aktivatoren erfolgt. Nach Bestimmung der Konzentrationen von sCD163 und 8-iso PGF2a in bronchoalveolärer Lavage-Flüssigkeit von Patienten mit Cystischer Fibrose konnten keine abschließende Aussagen über die Eignung beider Parameter als biologische Marker für chronische Entzündungen der Lunge bei diesen Patienten getroffen werden. Weiterführend zu der Kenntnis, dass sCD163 die antiinflammatorische Wirkung über eine Interaktion des Proteins mit humanen T-Lymphocyten und nachfolgender Hemmung der Proliferation dieser Zellen ausübt, wurde diese Wechselwirkung genauer untersucht. In quantitativen Bestimmungen des sCD163 in isolierten T-Lymphocyten verschiedener Spender konnte erstmals gezeigt werden, dass sCD163 zu einem Teil konstitutiv in die T-Lymphocyten aufgenommen wird und dass diese Aufnahme durch proinflammatorische Aktivierung der T-Lymphocyten stark gesteigert werden kann. Durch fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen unstimulierter T-Lymphocyten konnte die intrazelluläre Lokalisation des sCD163 visualisiert werden. Nach Aktivierung der Zellen mit einem proinflammatorischen Reiz fand innerhalb der Zellen eine Translokalisation des sCD163 aus dem cytoplasmatischen Bereich zur Zellmembran statt. Damit konnte erstmals gezeigt werden, dass abhängig vom Aktivierungsstatus der T-Lymphocyten eine Umverteilung des sCD163 innerhalb der Zellen erfolgt. Eine quantitative Bestimmung des sCD163 und seines Bindungspartners in T-Lymphocyten nichtmuskuläres Myosin Typ IIA gelang mittels eines neu entwickeltem ELISA, der spezifisch sCD163 und Myosin ausschließlich im Komplex erfasst. Damit konnte durch die in dieser Arbeit beschriebenen Untersuchungen ein grundlegender Beitrag zur Charakterisierung der Regulation der Proteinexpression und des Shedding von CD163 in humanen Monocyten sowie der Interaktion des sCD163 mit T-Lymphocyten geleistet werden.
Das Konzept, Insulin-produzierende Zellen als Ersatz für zerstörte Beta-Zellen beim Diabetes mellitus Typ I einzusetzen, ist auch weiterhin hoch attraktiv. Eine Alternative zur Herstellung Insulin-produzierender Zellen aus embryonalen oder adulten Stammzellen könnten in vitro modifizierte, Insulin-positive Monozyten sein. Seit längerem ist bekannt, dass sich Monozyten in Makrophagen und Dendritische Zellen differenzieren. Weniger bekannt ist, dass sich Monozyten auch in eine Vielzahl nicht-phagozytierender Zellen differenzieren können. Hierzu gehören auch Insulin-positive Zellen. Für die optimale Zelltherapie ist zu fordern, dass die Zellen nicht nur ihre Funktion im Patienten beibehalten, sondern dass von ihnen auch kein immu-nologisches Risiko ausgeht. Blutmonozyten lassen sich einfach gewinnen und stünden somit als autologer Zellersatz für eine mögliche Zelltherapie zur Verfügung. Monozyten von zwölf gesunden Spendern im Alter zwischen 23 und 57 Jahren wurden untersucht. Die Monozyten wurden durch Adhärenz angereichert und für sechs Tage in X-Medium mit den Cytokinen M-CSF und IL-3 und für weitere vier Tage in Y-Medium mit den Cytokinen HGF und EGF inkubiert. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass sich Insulin-positive Monozyten routine-mäßig aus peripheren Blutmonozyten gesunder Spender mittels Leukapharese gewinnen lassen. Frisch isolierte periphere Blutmonozyten waren vor ihrer Kultivierung negativ für Insulin und C-Peptid. Nach zehntägiger Kultur wurden 77±16% Insulin-positive und 49±30% C-Peptid-positive Monozyten nachgewiesen. Weiterhin exprimierten 60±4% der Zellen den Monozytenmarker CD14. Auch wurde gezeigt, dass die Kulturbedingungen die Ausbeute an Insulin-positiven Monozyten beeinflussen. Aus jeweils drei Millionen Insulin-positiven Monozyten wurde das Insulin isoliert und diabetischen Mäusen mit einem Blutzuckerspiegel von 300-600 mg/dL subkutan injiziert (n=8). Daraufhin sank der Blutzuckerspiegel um 51%±12% innerhalb einer Stunde. Auch Insulin-positive Monozyten, die diabetischen Mäusen subkutan injiziert wurden, waren in der Lage, den Blutzuckerspiegel bis zum Zeitpunkt Ihrer Abstoßung aktiv zu regulieren (n=4). In einem Pilotversuch wurde zudem gezeigt, dass transplantierte Insulin-positive Monozyten langfristig (> 100 Tage) den Blutzuckerspiegel einer diabetischen immuninkompetenten Maus regulieren. In dieser Arbeit wurde somit erfolgreich gezeigt, dass in vitro modifizierte Monozyten biologisch aktives Insulin enthalten.
The interplay of specific leukocyte subpopulations, resident cells and proalgesic mediators results in pain in inflammation. Proalgesic mediators like reactive oxygen species (ROS) and downstream products elicit pain by stimulation of transient receptor potential (TRP) channels. The contribution of leukocyte subpopulations however is less clear. Local injection of neutrophilic chemokines elicits neutrophil recruitment but no hyperalgesia in rats. In meta-analyses the monocytic chemoattractant, CCL2 (monocyte chemoattractant protein-1; MCP-1), was identified as an important factor in the pathophysiology of human and animal pain. In this study, intraplantar injection of CCL2 elicited thermal and mechanical pain in Wistar but not in Dark Agouti (DA) rats, which lack p47phox, a part of the NADPH oxidase complex. Inflammatory hyperalgesia after complete Freund's adjuvant (CFA) as well as capsaicin-induced hyperalgesia and capsaicin-induced current flow in dorsal root ganglion neurons in DA were comparable to Wistar rats. Macrophages from DA expressed lower levels of CCR2 and thereby migrated less towards CCL2 and formed limited amounts of ROS in vitro and 4-hydroxynonenal (4-HNE) in the tissue in response to CCL2 compared to Wistar rats. Local adoptive transfer of peritoneal macrophages from Wistar but not from DA rats reconstituted CCL2-triggered hyperalgesia in leukocyte-depleted DA and Wistar rats. A pharmacological stimulator of ROS production (phytol) restored CCL2-induced hyperalgesia in vivo in DA rats. In Wistar rats, CCL2-induced hyperalgesia was completely blocked by superoxide dismutase (SOD), catalase or tempol. Likewise, inhibition of NADPH oxidase by apocynin reduced CCL2-elicited hyperalgesia but not CFA-induced inflammatory hyperalgesia. In summary, we provide a link between CCL2, CCR2 expression on macrophages, NADPH oxidase, ROS and the development CCL2-triggered hyperalgesia, which is different from CFA-induced hyperalgesia. The study further supports the impact of CCL2 and ROS as potential targets in pain therapy.
Schmerz ist eine klassische Komponente von Entzündungsreaktionen. Im Rahmen des Entzündungsgeschehens werden Zytokine und Chemokine freigesetzt, die Leukozyten zum Entzündungsort rekrutieren. Über die Freisetzung weiterer proalgetischer Mediatoren tragen diese zur Aktivierung und Sensitivierung von Nozizeptoren und damit zur Schmerzentstehung bei. Das Monozyten-rekrutierende Chemokin CCL2 verursachte in Verhaltensexperimenten eine Hyperalgesie bei Ratten. Die Hyperalgesie war durch den Cox-2 Inhibitor Parecoxib vollständig reversibel. Daher wurde in dieser Arbeit die Rolle von Monozyten und Prostaglandinen in der Entstehung dieser Hyperalgesie untersucht. Dazu wurde in vitro die Cox-2 Expression und die Prostaglandin-Bildung in humanen Monozyten und Peritonealmakrophagen der Ratte nach CCL2 Stimulation bestimmt. Zudem wurde in vivo die Cox-2 Expression im Rückenmark und in der Rattenpfote nach CCL2 Injektion in die Pfote untersucht.
Dendritic cells (DCs) can be sub-divided into various subsets that play specialized roles in priming of adaptive immune responses. Atherosclerosis is regarded as a chronic inflammatory disease of the vessel wall and DCs can be found in non-inflamed and diseased arteries. We here performed a systematic analyses of DCs subsets during atherogenesis. Our data indicate that distinct DC subsets can be localized in the vessel wall. In C57BL/6 and low density lipoprotein receptor-deficient (Ldlr−/−) mice, CD11c+ MHCII+ DCs could be discriminated into CD103− CD11b+F4/80+, CD11b+F4/80− and CD11b−F4/80− DCs and CD103+ CD11b−F4/80− DCs. Except for CD103− CD11b− F4/80− DCs, these subsets expanded in high fat diet-fed Ldlr−/− mice. Signal-regulatory protein (Sirp)-α was detected on aortic macrophages, CD11b+ DCs, and partially on CD103− CD11b− F4/80− but not on CD103+ DCs. Notably, in FMS-like tyrosine kinase 3-ligand-deficient (Flt3l−/−) mice, a specific loss of CD103+ DCs but also CD103− CD11b+ F4/80− DCs was evidenced. Aortic CD103+ and CD11b+ F4/80− CD103− DCs may thus belong to conventional rather than monocyte-derived DCs, given their dependence on Flt3L-signalling. CD64, postulated to distinguish macrophages from DCs, could not be detected on DC subsets under physiological conditions, but appeared in a fraction of CD103− CD11b+ F4/80− and CD11b+ F4/80+ cells in atherosclerotic Ldlr−/− mice. The emergence of CD64 expression in atherosclerosis may indicate that CD11b+ F4/80− DCs similar to CD11b+ F4/80+ DCs are at least in part derived from immigrated monocytes during atherosclerotic lesion formation. Our data advance our knowledge about the presence of distinct DC subsets and their accumulation characteristics in atherosclerosis, and may help to assist in future studies aiming at specific DC-based therapeutic strategies for the treatment of chronic vascular inflammation.
Immune cells (IC) play a crucial role in murine stroke pathophysiology. However, data are limited on the role of these cells in ischemic stroke in humans. We therefore aimed to characterize and compare peripheral IC subsets in patients with acute ischemic stroke/transient ischemic attack (AIS/TIA), chronic cerebrovascular disease (CCD) and healthy volunteers (HV). We conducted a case-control study of patients with AIS/TIA (n = 116) or CCD (n = 117), and HV (n = 104) who were enrolled at the University Hospital Würzburg from 2010 to 2013. We determined the expression and quantity of IC subsets in the three study groups and performed correlation analyses with demographic and clinical parameters. The quantity of several IC subsets differed between the AIS/TIA, CCD, and HV groups. Several clinical and demographic variables independently predicted the quantity of IC subsets in patients with AIS/TIA. No significant changes in the quantity of IC subsets occurred within the first three days after AIS/TIA. Overall, these findings strengthen the evidence for a pathophysiologic role of IC in human ischemic stroke and the potential use of IC-based biomarkers for the prediction of stroke risk. A comprehensive description of IC kinetics is crucial to enable the design of targeted treatment strategies.
Influenza A virus (IAV) infection causes an acute respiratory disease characterized by a strong inflammatory immune response and severe immunopathology. Proinflammatory mechanisms are well described in the murine IAV infection model, but less is known about the mechanisms leading to the resolution of inflammation. Here, we analyzed the contribution of CD11b\(^{+}\)Ly6C\(^{++}\)Ly6G\(^{-}\) cells to this process. An accumulation of CD11b\(^{+}\)Ly6C\(^{++}\)Ly6G\(^{-}\) cells within the lungs was observed during the course of IAV infection. Phenotypic characterization of these CD11b\(^{+}\)Ly6C\(^{++}\)Ly6G\(^{-}\) cells by flow cytometry and RNA-Seq revealed an activated phenotype showing both pro- and anti-inflammatory features, including the expression of inducible nitric oxide synthase (iNOS) by a fraction of cells in an IFN-γ-dependent manner. Moreover, CD11b\(^{+}\)Ly6C\(^{++}\)Ly6G\(^{-}\) cells isolated from lungs of IAV-infected animals displayed suppressive activity when tested in vitro, and iNOS inhibitors could abrogate this suppressive activity. Collectively, our data suggest that during IAV infection, CD11b\(^{+}\)Ly6C\(^{++}\)Ly6G\(^{-}\) cells acquire immunoregulatory function, which might contribute to the prevention of pathology during this life-threatening disease.
Background
Natural surfactant preparations, commonly isolated from porcine or bovine lungs, are used to treat respiratory distress syndrome in preterm infants. Besides biophysical effectiveness, several studies have documented additional immunomodulatory properties. Within the near future, synthetic surfactant preparations may be a promising alternative. CHF5633 is a new generation reconstituted synthetic surfactant preparation with defined composition, containing dipalmitoyl-phosphatidylcholine, palmitoyl-oleoyl-phosphatidylglycerol and synthetic analogs of surfactant protein (SP-) B and SP-C. While its biophysical effectiveness has been demonstrated in vitro and in vivo, possible immunomodulatory abilities are currently unknown.
Aim
The aim of the current study was to define a potential impact of CHF5633 and its single components on pro- and anti-inflammatory cytokine responses in human CD4\(^+\) lymphocytes.
Methods
Purified human CD4\(^+\) T cells were activated using anti CD3/CD28 antibodies and exposed to CHF5633, its components, or to the well-known animal-derived surfactant Poractant alfa (Curosurf®). Proliferative response and cell viability were assessed using flow cytometry and a methylthiazolyldiphenyltetrazolium bromide colorimetric assay. The mRNA expression of IFNγ, IL-2, IL-17A, IL-22, IL-4, and IL-10 was measured by quantitative PCR, while intracellular protein expression was assessed by means of flow cytometry.
Results
Neither CHF5633 nor any of its phospholipid components with or without SP-B or SP-C analogs had any influence on proliferative ability and viability of CD4\(^+\) lymphocytes under the given conditions. IFNγ, IL-2, IL-17A, IL-22, IL-4, and IL-10 mRNA as well as IFNγ, IL-2, IL-4 and IL-10 protein levels were unaffected in both non-activated and activated CD4+ lymphocytes after exposure to CHF5633 or its constituents compared to non-exposed controls. However, in comparison to Curosurf®, expression levels of anti-inflammatory IL-4 and IL-10 mRNA were significantly increased in CHF5633 exposed CD4\(^+\) lymphocytes.
Conclusion
For the first time, the immunomodulatory capacity of CHF5633 on CD4\(^+\) lymphocytes was evaluated. CHF5633 did not show any cytotoxicity on CD4\(^+\) cells. Moreover, our in vitro data indicate that CHF5633 does not exert unintended pro-inflammatory effects on non-activated and activated CD4+ T cells. As far as anti-inflammatory cytokines are concerned, it might lack an overall reductive ability in comparison to animal-derived surfactants, potentially leaving pro- and anti-inflammatory cytokine response in balance.
Background
Surfactant replacement therapy is the standard of care for the prevention and treatment of neonatal respiratory distress syndrome. New generation synthetic surfactants represent a promising alternative to animal-derived surfactants. CHF5633, a new generation reconstituted synthetic surfactant containing SP-B and SP-C analogs and two synthetic phospholipids has demonstrated biophysical effectiveness in vitro and in vivo. While several surfactant preparations have previously been ascribed immunomodulatory capacities, in vitro data on immunomodulation by CHF5633 are limited, so far. Our study aimed to investigate pro- and anti-inflammatory effects of CHF5633 on native and LPS-stimulated human adult monocytes.
Methods
Highly purified adult CD14\(^{+}\) cells, either native or simultaneously stimulated with LPS, were exposed to CHF5633, its components, or poractant alfa (Curosurf\(^{®}\)). Subsequent expression of TNF-α, IL-1β, IL-8 and IL-10 mRNA was quantified by real-time quantitative PCR, corresponding intracellular cytokine synthesis was analyzed by flow cytometry. Potential effects on TLR2 and TLR4 mRNA and protein expression were monitored by qPCR and flow cytometry.
Results
Neither CHF5633 nor any of its components induced inflammation or apoptosis in native adult CD14\(^{+}\) monocytes. Moreover, LPS-induced pro-inflammatory responses were not aggravated by simultaneous exposure of monocytes to CHF5633 or its components. In LPS-stimulated monocytes, exposure to CHF5633 led to a significant decrease in TNF-α mRNA (0.57 ± 0.23-fold, p = 0.043 at 4h; 0.56 ± 0.27-fold, p = 0.042 at 14h). Reduction of LPS-induced IL-1β mRNA expression was not significant (0.73 ± 0.16, p = 0.17 at 4h). LPS-induced IL-8 and IL-10 mRNA and protein expression were unaffected by CHF5633. For all cytokines, the observed CHF5633 effects paralleled a Curosurf®-induced modulation of cytokine response. TLR2 and TLR4 mRNA and protein expression were not affected by CHF5633 and Curosurf®, neither in native nor in LPS-stimulated adult monocytes.
Conclusion
The new generation reconstituted synthetic surfactant CHF5633 was tested for potential immunomodulation on native and LPS-activated adult human monocytes. Our data confirm that CHF5633 does not exert unintended pro-inflammatory effects in both settings. On the contrary, CHF5633 significantly suppressed TNF-α mRNA expression in LPS-stimulated adult monocytes, indicating potential anti-inflammatory effects.
Background
Invasive fungal infections with Candida albicans (C. albicans) occur frequently in extremely low birthweight (ELBW) infants and are associated with poor outcome. Phagocytosis of C.albicans initializes apoptosis in monocytes (phagocytosis induced cell death, PICD). PICD is reduced in neonatal cord blood monocytes (CBMO).
Hypothesis
Phagocytosis of C. albicans causes PICD which differs between neonatal monocytes (CBMO) and adult peripheral blood monocytes (PBMO) due to lower stimulation of TLR-mediated immune responses.
Methods
The ability to phagocytose C. albicans, expression of TLRs, the induction of apoptosis (assessment of sub-G1 and nick-strand breaks) were analyzed by FACS. TLR signalling was induced by agonists such as lipopolysaccharide (LPS), Pam3Cys, FSL-1 and Zymosan and blocked (neutralizing TLR2 antibodies and MYD88 inhibitor).
Results
Phagocytic indices of PBMO and CBMO were similar. Following stimulation with agonists and C. albicans induced up-regulation of TLR2 and consecutive phosphorylation of MAP kinase P38 and expression of TNF-α, which were stronger on PBMO compared to CBMO (p < 0.005). Downstream, TLR2 signalling initiated caspase-3-dependent PICD which was found reduced in CBMO (p < 0.05 vs PBMO).
Conclusion
Our data suggest direct involvement of TLR2-signalling in C. albicans-induced PICD in monocytes and an alteration of this pathway in CBMO.