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Aspergillus fumigatus is the most common cause for invasive fungal infections, a disease associated with high mortality in immune-compromised patients. CD1d-restricted invariant Natural Killer T (iNKT) cells compose a small subset of T cells known to impact the immune response towards various infectious pathogens. To investigate the role of human iNKT cells during A. fumigatus infection, we studied their activation as determined by CD69 expression and cytokine production in response to distinct fungal morphotypes in the presence of different CD1d⁺ antigen presenting cells using flow cytometry and multiplex ELISA. Among CD1d⁺ subpopulations, CD1d⁺CD1c⁺ mDCs showed the highest potential to activate iNKT cells on a per cell basis. The presence of A. fumigatus decreased this effect of CD1d⁺CD1c⁺ mDCs on iNKT cells and led to reduced secretion of TNF-α, G-CSF and RANTES. Production of other Th1 and Th2 cytokines was not affected by the fungus, suggesting an immune-modulating function for human iNKT cells during A. fumigatus infection.
Die Studie befasst sich mit der Untersuchung verschiedener Risikofaktoren auf ihren Zusammenhang mit der Entstehung der Invasiven Aspergillose bei Patienten nach HSCT. Diese Faktoren sind: Verabreichen einer GvHD-Prophylaxe, Gabe einer An-timykotischen Prophylaxe, bereits bestehende Vorerkrankungen, das noch nicht voll-ständig wiederhergestellte hämatologische System und die Durchführung der Stamm-zelltransplantation mit einer haploidenten Spende.
Die Daten von 72 Patienten wurden retrospektiv aus den Krankenakten erfasst. 33 von ihnen hatten eine haploidente Stammzellspende empfangen, bei der also nur die Hälfte der HLA-Merkmale mit denen des Empfängers übereinstimmten. Die anderen 39 Pati-enten erhielten eine identische Spende von einem Geschwister, bei der demzufolge die HLA-Merkmale mit denen des Empfängers komplett übereinstimmten. Mit Hilfe dieser Daten wurde die Verabreichung von Prophylaxen nachvollzogen, die Vorerkrankungen erfasst und kategorisiert, Zellzahlen und andere Blutwerte zu bestimmten Tagen zu-sammengetragen und notiert, ob die Diagnose IA nach den neuen EORTC Kriterien vorlag. Im Anschluss führte man verschiedene statistische Testverfahren zum Nachweis eines signifikanten Zusammenhangs mit der Entstehung der IA durch.
In der vorliegenden Arbeit konnte zwar nicht nachgewiesen werden, dass ein Zusam-menhang zwischen der Gabe der GvHD-Prophylaxe und der Entstehung der IA besteht, allerdings bleibt die Vermutung weiterhin bestehen und sollte durch künftige Studien untermauert werden. Gleiches gilt für die Antimykotische Prophylaxe, die Vorerkran-kungen und die haploidente allogene Stammzellspende. Auch der Einfluss der Wieder-herstellung des hämatologischen Systems auf die Entstehung der IA brachte -entgegen der Erwartungen- kein eindeutig signifikantes Ergebnis, mit Ausnahme einiger verein-zelter Werte bei verschiedenen Zellarten. Es bietet sich folglich auch hierbei ein mögli-cher Ansatz für künftige Studien. Es gingen jedoch auch signifikante Ergebnisse aus der vorliegenden Untersuchung hervor. So konnte gezeigt werden, dass es einen Zusam-menhang zwischen der Wiederherstellung des hämatologischen Systems (in Bezug auf die Thrombozyten) und der Art der Spende gibt. Letztlich sollte dies aber durch detail-lierte Untersuchungen untermauert werden.
Der Schimmelpilz Aspergillus (A.) fumigatus stellt den häufigsten Erreger der invasiven Aspergillose (IA) dar, die vor allem bei immunsupprimierten Patienten auftritt. Unter den unspezifischen klinischen Symptomen dieser Erkrankung ist Fieber das häufigste. Dennoch wurden physiologische Aspekte wie eine erhöhte Körpertemperatur in Arbei-ten zur Interaktion menschlicher Immunzellen mit A. fumigatus bisher nicht berück-sichtigt. Zahlreiche Studien konnten den Einfluss einer erhöhten Temperatur auf den Verlauf von Infektionserkrankungen in vivo sowie auf die Funktionen verschiedener Immunzellen – einschließlich dendritischer Zellen (DCs) – in vitro zeigen. DCs spielen eine wichtige Rolle in der Immunabwehr gegenüber A. fumigatus, ihre besondere Be-deutung liegt in der Verknüpfung der angeborenen mit der erworben Immunantwort.
Ziel dieser Arbeit war die in vitro Analyse des Einflusses einer erhöhten Temperatur auf die Immunantwort humaner DCs gegenüber A. fumigatus. Dazu wurden DCs mit A. fumigatus oder Zymosan, einem ß-1,3-Glucan, bei Normo- (37 °C) und Hyperthermie (40 °C) für bis zu 24 h inkubiert und spezifische DC-Funktionen charakterisiert. Hierbei tolerierten DCs die Inkubation und Stimulation unter Hyperthermie ohne signifikanten Viabilitätsverlust. Die Zytokinexpression und -sekretion durch A. fumigatus-Stimulation wurde durch Hyperthermie nicht signifikant verändert. Die Fähigkeit zur Aufnahme von A. fumigatus-Konidien wurde durch eine kurzzeitige (1 h) Hyperthermie nicht beein-flusst, längerfristige (24 h) Hyperthermie reduzierte diese Fähigkeit jedoch signifikant. Ebenso bestand unter Hyperthermie eine verstärkte Expression von CD86 und HLA-DR auf unstimulierten DCs sowie von CD80, CD86 und HLA-DR auf stimulierten DCs.
Die reduzierte Aufnahmekapazität für A. fumigatus-Konidien und die verstärkte
Expression der kostimulatorischen Moleküle unter Hyperthermie zeigten, dass Hyper-thermie in vitro einen reiferen Phänotyp unstimulierter DCs bewirkt sowie die DC-Reifung durch A. fumigatus-Stimulation verstärken kann. Diese reiferen DCs könnten zu einer verbesserten T-Zell-Aktivierung und Abwehr von A. fumigatus und zu einem verbesserten Outcome der IA beitragen. Außerdem könnte Hyperthermie als Adjuvans zur in vitro Generierung A. fumigatus-spezifischer DCs eingesetzt werden.
Natürliche Killer T-Zellen stellen ein verbindendes Element zwischen angeborener und adaptiver Immunität dar und sind durch die Expression von T- und NK-Zell-Markern, sowie eines invarianten T-Zell-Rezeptors charakterisiert. Damit erkennen sie Lipide, welche vorwiegend durch dendritische Zellen mittels des MHC-I-ähnlichen Moleküls CD1d präsentiert werden. Die protektive Rolle von iNKT-Zellen bei Autoimmun- und malignen Erkrankungen ist nachgewiesen, ebenso ihre wichtige Aufgabe bei der Abwehr bakterieller, viraler und parasitärer Pathogene. Inwiefern iNKT-Zellen mit Pilzen und im speziellen Aspergillus fumigatus (A. f.) interagieren ist jedoch unzureichend beschrieben.
iNKT-Zellen gesunder Spender wurden ex vivo selektiv kultiviert und mit A. f. Konidien und Keimschläuchen kokultiviert. Microarray-Analyse, bzw. Multiplex-ELISA fanden Anwendung, um eine durch A. f. induzierte differentielle Genexpression bzw. Zytokinsekretion bei iNKT-Zellen zu detektieren. Zusätzlich wurde mittels Durchflusszytometrie gemessen, ob A. f. die Produktion des TH1-Zytokins IFN-γ beeinflusst. Schließlich wurde der fungizide Effekt von iNKT-Zellen auf A. f. via XTT-Assay quantifiziert.
iNKT-Zellen zeigten einen ausgeprägten fungiziden Effekt auf A. f. Keimschläuche, welcher mit einem hohen Anteil IFN-γ+ iNKT-Zellen vergesellschaftet war. Hingegen zeigte sich kein Stimulus-spezifisches Zytokinsekretionsmuster. Besonders Keimschläuche induzierten eine differentielle Genexpression bei iNKT-Zellen. Diese war gekennzeichnet durch eine Hochregulierung von Genen des anaeroben Glukosemetabolismus. Als Zeichen einer möglicherweise lokalen Hypoxie waren VEGFA hoch-, bzw. CCL15 in ihrer Transkription herunterreguliert. Vor dem Hintergrund einer unbefriedigend hohen Mortalität der durch A. f. verursachten invasiven Aspergillose können diese ersten Ergebnisse der Interaktion des Schimmelpilzes mit iNKT-Zellen Grundlage für weitere Untersuchungen sein, um deren Wechselwirkung besser zu verstehen und möglicherweise zur Verbesserung der Therapie der Aspergillose beizutragen.
Für viele hämatopoetische Erkrankungen, wie Lymphome oder Leukämien, stellt die allogene Stammzelltransplantation auch heute noch die einzige Heilungschance dar. Dabei ist der Wiederaufbau des Immunsystems nach der Transplantation von essentieller Bedeutung für das Überleben der Patienten. In dieser Arbeit wurden 27 Patienten nach allogener Stammzelltransplantation an vier definierten Messzeitpunkten (Tag 30, 60, 90 und 120 nach Transplantation) auf ihre Immunrekonstitution hin untersucht und die dabei erhobenen Daten auf gemeinsame Verläufe und eine mögliche Korrelation zur Klinik der Patienten untersucht.
Die Zellen wurden dabei anhand ihrer Oberflächenmarker gefärbt und mittels Durchflusszytometrie gemessen. Um spezifische T-Zellen zu detektieren, wurden die Zellen zusätzlich vor dem Färben über Nacht mit spezifischen Peptiden stimuliert und dann ihre IFNgamma – Produktion gemessen. Zur Messung der Tregs wurde ein spezielles Kit zur Färbung des Markers Foxp3 verwendet.
Es zeigte sich dabei, dass die NK-Zellen die „erste Welle“ der Immunrekonstitution darstellen, die T-Zellen erholen sich dagegen erst später als eine Art „zweite Welle“. CD8+ zytotoxische T-Zellen sind bei den Patienten gegenüber CD4+ T – Helferzellen über den gesamten Beobachtungszeitraum hinweg dominant, genau umgekehrt zu Gesunden. Die B-Zellen stellten konstant die niedrigste und sich am langsamsten regenerierende Population dar, bei kleineren untersuchten Zellpopulationen war kein einheitlicher Verlauf erkennbar. Diese Daten zeigen, dass das angeborene Immunsystem im Zeitraum nach Transplantation den Hauptschutz für die Patienten bietet, während sich das adaptive Immunsystem in seiner Größe und Funktionsfähigkeit erst über eine sehr viel längere Zeit hinweg erholt und erst später wieder die Hauptschutzfunktion für den Organismus übernehmen kann.
Gängige Beschreibungen von T – Zellsubpopulationen, den central und effector memory T-Zellen nach Sallusto und Rezvani, die in der Literatur gleichbedeutend verwendet werden, lassen sich in einem Kollektiv mit stammzelltransplantierten Patienten nicht zur Deckung bringen.
Bei der Rekonstitution von spezifischen T-Zellen konnten im Beobachtungszeitraum von 120 Tagen keine Antworten auf die Stimulation mit tumorspezifischen Peptiden gezeigt werden, eine Reaktion auf die Stimulation mit CMV – Peptiden war bei fünf Patienten zu erkennen, wobei dies nur bei Patienten der Fall war, die einen CMV positiven Stammzellspender aufwiesen, was als Voraussetzung für eine schnelle CMV spezifische T-Zellimmunrekonstitution anzusehen ist. Deshalb sollte zukünftig noch stärker auf die Auswahl der Stammzellspender bei der allogenen Stammzelltransplantation geachtet werden, um den Empfängern möglichst optimale Voraussetzungen für eine schnelle T – Zellrekonstitution und so einen möglichenen Schutz gegen eine CMV-Reaktivierung zu bieten.
Bei der Rekonstitution der Tregs konnte in diesem Patientenkollektiv keine Korrelation zwischen ihrem Verlauf oder ihrer Anzahl und der Entwicklung einer GvHD oder Infektion gezeigt werden. Diese Tatsache deutet darauf hin, dass die bisher erhobenen Daten, die stets in Kollektiven mit engen Einschlusskriterien und oft ähnlichen Konstellationen was Spender und Empfänger angeht, nicht auf alle Stammzelltransplantationspatienten und Spender übertragbar sind. Es sollte daher zukünftig in größeren repräsentativen Kollektiven eine erneute Untersuchung der regulatorischen T-Zellen erfolgen.
Auch zukünftig wird die Immunrekonstitution nach Stammzelltransplantation Gegenstand vieler Studien bleiben, um so die Voraussetzungen für und das Outcome nach der Transplantation für die Patienten ständig zu verbessern. In der vorgelegten Arbeit konnte gezeigt werden, dass die bisher in der Literatur erhobenen Ergebnisse auf ein heterogenes Fremdspenderkollektiv ohne spezielle Einschlusskriterien, wie es also der Situation im klinischen Alltag am nächsten kommt, nicht übertragbar sind, sondern sich vielmehr wesentliche Unterschiede ergeben. Es sollte daher in zukünftigen Untersuchungen ein Augenmerk auf die Verwendung repräsentativerer Kollektive für die klinische Realität geachtet werden.