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Schrittmacherfunktion zirkulierender Monozyten für die inflammatorische Rekrutierung polymorph-kerniger neutrophiler Granulozyten in die Lunge

Waelsch, Katharina Maria Irena


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Freie Schlagwörter (Deutsch): Schrittmacherfunktion , Monozyten , Rekrutierung , Granulozyten , Lunge
Freie Schlagwörter (Englisch): ARDS , monocytes , lung inflammation , neutrophil
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Medizinisches Zentrum für Innere Medizin, Medizinische Klinik II
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 16.10.2006
Erstellungsjahr: 2005
Publikationsdatum: 11.12.2006
Kurzfassung auf Deutsch: Charakteristikum der akuten pulmonalen Inflammation ist die frühe massive Rekrutierung neutrophiler Granulozyten in das alveoläre Kompartiment, welche regelhaft gefolgt wird von einer verzögerten alveolären Monozytenrekrutierung. Untersuchungen der vergangenen Jahre konnten zeigen, dass es bei der schweren Verlaufsform der akuten pulmonalen Inflammation, klinisch repräsentiert durch das septische akute Atemnotsyndrom (ARDS), neben einer frühen Neutrophilenrekrutierung zu einer massiven, verzögerten alveolären Monozytenrekrutierung mit konsekutiver Expansion des residenten Alveolarmakrophagen-Pools kommt. Gesteigerte Monozytenrekrutierung in die Lungen von ARDS-Patienten korreliert mit einer massiv gesteigerten alveoläre Liberierung des Monozyten-rekrutierenden Chemokins CCL2 (MCP1) und mit dem „lung-injury-score“.
Diese Daten deuteten auf eine proinflammatorische Steuerfunktion alveolär rekrutierter
Monozyten in der akuten pulmonalen Inflammation hin. In der vorliegenden Arbeit
wurde gezielt die Rolle zirkulierender Monozyten und residenter
Aleveolarmakrophagen in einem Mausmodell der akuten pulmonalen Inflammation
untersucht. Sowohl Wildtypmäusen als auch CCR2-defizienten Mäusen, sowie
Wildtypmäusen und CCR2-defizienten Mäuse nach letaler Bestrahlung und reziproker
Knochenmarktransplantation (sogenannte chimäre Wildtypmäuse bzw chimäre CCR2-
defiziente Mäuse) wurde intratracheal CCL2 in Anwesenheit bzw Abwesenheit von E.
coli Endotoxin appliziert. Die Analyse des alveolären Leukozytenrekrutierungsmusters
in den verschiedenen Behandlungsgruppen zeigte, dass die CCR2-Expression
zirkulierender Blutmonozyten eine essentielle Voraussetztung für die alveoläre
Monozytenrekrutierung sowohl unter nicht-entzündlichen Bedingungen (alleinige
CCL2-Applikation), wie auch unter akut entzündlichen Bedingungen (CCL2 plus LPSApplikation)
ist. Demzufolge zeigten CCR2-defiziente Mäuse gegenüber
Wildtypmäusen eine vollständig attenuierte alveoläre Monozytenrekrutierung unter
nicht entzündlichen und akut entzündlichen Bedingungen. Diese Schlussfolgerung
konnte maßgeblich durch die Verwendung chimärer Wildtypmäuse bzw chimärer
CCR2-defizienter Mäuse erhärtet werden. Chimäre Wildtypmäuse zeigten nach
Rekonstitution mit CCR2-defizientem Knochenmark gegenüber Wildtypmäusen eine
nahezu vollständig attenuierte alveoläre Monozytenrekrutierung unter nichtentzündlichen
wie auch unter akut-entzündlichen Bedingungen. Demgegenüber zeigten
chimäre CCR2-defiziente Mäuse, welche nach letaler Bestrahlung mit
Wildtypknochenmark rekonstituiert wurden, eine mit Wildtypmäusen vergleichbar
ausgeprägte alveoläre Monozytenrekrutierung. Interessanterweise war sowohl in CCR2-
defizienten Mäusen als auch in chimären Wildtypmäusen mit CCR2-defizientem
hämatopoetischen System neben der erwarteten Attenuierung der alveolären
Monozytenrekrutierung auch eine hochsignifikante Reduktion der alveolären
Neutrophilenrekrutierung zu beobachten, obwohl zirkulierende und alveolär rekrutierte
neutrophile Granulozyten kein CCR2 exprimierten. Diese Daten weisen auf eine
Interdependenz der alveolären Neutrophilen- und Monozytenrekrutierung im Kontext
pulmonaler Inflammation hin. Weiterführende Experimente mit CCR2-defizienten
Mäusen, welche mit gemischten Knochenmarktransplantationen rekonstituiert wurden
(50:50 bzw 75:25 CCR2-defziente versus Wildtyp-Knochenmarkstammzellen) konnten
klar belegen, dass die Rekonstitution des hämatopoetischen Systems CCR2-defizienter
Mäuse mit lediglich 25% Wildtyp-Knochenmarkzellen ausreichend war, um die in
CCR2-defizienten Mäusen vollständig attenuierte alveoläre Neutrophilenrekrutierung
nach CCL2 plus LPS-Applikation auf das in Wildtypmäusen beobachtete Ausmaß der
alveolären Neutrophilenrekrutierung zu revertieren. Parallel hierzu konnte gezeigt
werden, dass die alveoläre Monozytenrekrutierung nach CCL2 plus LPS-Applikation
proportional mit dem Anteil CCR2-positiver Zellen im hämatopoetischen System von
CCR2-defizienten Mäusen nach Rekonstitution mit gemischten Knochenmarkzellen
anstieg. Schließlich bestätigten Untersuchungen mit CCR2-defizienten Mäusen, welche
eine Transfusion von hochaufgereinigten Wildtyp-mononukleären Zellen erhielten, die
Rolle zirkulierender CCR2-exprimierender Zellen für die alveoläre
Neutrophilenrekrutierung nach CCL2 plus LPS-Applikation: die Transfusion
mononukleärer Zellen von Wildtypmäusen in CCR2-defiziente Mäuse war ausreichend,
um die alveoläre Neutrophilenrekrutierung nach CCL2 plus LPS-Applikation, welche in
CCR2-defizienten Mäusen per se vollständig fehlt, auf das in Wildtypmäusen
beobachtete Niveau zu steigern. Aus diesen Daten kann klar abgeleitet werden, dass
CCR2-positive Zellen der mononukleären Zellfraktion des peripheren Blutes eine
wichtige Regulatorfunktion für die alveoläre Neutrophilenrekrutierung in der akuten
pulmonalen Inflammation der Maus haben. Demgegenüber konnte residenten
Alveolarmakrophagen keine über CCR2 vermittelte Funktion in der Regulation der
alveolären Neutrophilenrekrutierung zugeordnet werden. Da die ebenfalls in der
mononukleären Zellfraktion enthaltenen Lymphozyten kaum CCR2 exprimieren und
nach CCL2/LPS-Gabe nicht alveolär rekrutiert werden, erscheint es wahrscheinlich,
dass CCR2-positive zirkulierende Blutmonozyten das Ausmaß der alveolären
Neutrophilenrekrutierung in der akuten pulmonalen Inflammation der Maus aktiv
regulieren. Weiterführende Untersuchungen sind erforderlich, um die molekularen
Mechanismen zu klären, welche diese Regulatorfunktion zirkulierender Blutmonozyten
für den alveolären Leukozytenverkehr vermitteln.
Kurzfassung auf Englisch: Local tissue inflammatory responses to microbial challenge are characterized by early neutrophil attraction and subsequent prolonged monocyte accumulation. Although chemokine release and cell surface display of complementary leukocyte and endothelial/epithelial adhesion molecules are centrally involved in these processes, the underlying mechanisms that shape the kinetics and extent of neutrophil and monocyte recruitment is unclear. In recent investigations, in which a mouse model of acute lung inflammation provoked by intratracheal application of combined LPS and CCL2 was used to mimic elevated intra-alveolar levels of CCL2 observed in septic adult respiratory distress syndrome patients, the successive waves of early alveolar neutrophil and delayed alveolar monocyte recruitment were resolved in detail. It was not surprising that induced monocyte recruitment to the lungs would be blocked by treatment with Abs against CCR2, the major receptor for the potent monocyte chemoattractant CCL2, or in mice deficient in CCR2. However, it was completely unexpected that the accumulation of neutrophils, which do not express CCR2, is depended on the activity of CCR2. To define the CCR2-bearing cells that promote the neutrophil accumulation in mouse lungs challanged by CCL2 and LPS, bone marrow transplantation and adoptive transfer of mononuclear cells was used to generate chimeric mice with disparate expression of CCR2 on circulating cells versus sessile lung cells. The ability to distinguish between CCR2-bearing monocytes and alveolar macrophages allowed to assemble additional evidence that blood-borne monocytes are the facilitators of neutrophil recruitment in this model of inflammation. The strong synergistic contribution of monocytes to the burst of neutrophil emigration broadens the scope of cellular communication that underlies pulmonary inflammatory responses and has implications for anti-inflammatory therapeutic strategies aimed at interfering with the CCL2-CCR2 axis.