2.3.1 Überblick
Eine Anzahl verschiedener Leukozytenpopulationen einschließlich Mastzellen, eosinophilen und neutrophilen Granulozyten, Monozyten/Makrophagen und Lymphozyten wurden im Ovar beschrieben (BUKULMEZ u. ARICI 2000). Auf Lokalisationen und Funktionen der Mastzellen sowie der Monozyten/Makrophagen im Ovar wird weiter unten eingegangen (2.3.2, 2.3.3).
Bei neutrophilen Granulozyten handelt es sich um hoch spezialisierte Phagozyten, die als primäre Effektorzellen bei akuten Entzündungen im Vordergrund stehen. Sie sind durch ihren gelappten Kern gekennzeichnet und besitzen fünf verschiedene Granulatypen, die Proteine enthalten, welche der Abtötung und Verdauung von Mikroorganismen dienen.
(HOLLÄNDER 2006). Neutrophile Granulozyten wurden bei Ratten in der Medulla, der Theca follicularis, Granulosa der Follikel und im Gelbkörper des Ovars nachgewiesen (BRÄNNSTRÖM et al. 1993). Sie stellen neben den Makrophagen den hauptsächlichen Leukozytensubtyp im Ovar dar (BUKULMEZ u. ARICI 2000). Bei Menschen (BRÄNNSTRÖM et al. 1994b), Schafen (CAVENDER u. MURDOCH 1988) und Schweinen (STANDAERT et al. 1991) wurde innerhalb weniger Stunden nach dem LH-Peak die Migration neutrophiler Granulozyten in präovulatorische Follikel nachgewiesen.
BRÄNNSTRÖM et al. (1993) stellten um den Ovulationszeitpunkt herum einen 3-fachen Anstieg der Dichte neutrophiler Granulozyten in der Medulla und einen 8-fachen Anstieg innerhalb der Theca follicularis ovulierender Follikel bei Ratten fest. Neutrophile Granulozyten scheinen sich in der Theca follicularis interna zu konzentrieren und sind zahlreich in der apikalen Region des Follikels zu finden (BRÄNNSTRÖM u. ENSKOG 2002).
Eosinophile Granulozyten kommen vorwiegend in der Haut und im Bereich der Mukosa der Lunge und des Gastrointestinaltraktes vor. Nur ein kleiner Teil hält sich im Blut auf. Sie spielen sowohl in der Abwehr mehrzelliger Parasiten als auch in der Pathogenese allergischer Erkrankungen eine Rolle. Ihre Funktion liegt in der Bildung und Exozytose von
und eosinophilen Granulozyten beschränkte Vorläuferzellen (HOLLÄNDER 2006). Bei Schweinen (STANDAERT et al. 1991) und Schafen (CAVENDER u. MURDOCH 1988) wurden eosinophile Granulozyten mittels Giemsafärbung und Elektronenmikroskopie im Ovar entdeckt. Beim Schwein sind eosinophile Granulozyten der prominenteste Zelltyp in der Theca follicularis präovulatorischer Follikel und im Restgelbkörper. In den übrigen Gelbkörperphasen sind sie nur wenig vertreten (STANDAERT et al. 1991). CAVENDER und MURDOCH (1988) sprechen beim Schaf ebenso von einer Migration eosinophiler Granulozyten in die Theca follicularis zum Ovulationszeitpunkt.
Lymphoide Zellen umfassen T-Zellen, B-Zellen und natürliche Killerzellen. T-Zellen konnten im Rattenovar nachgewiesen werden (BRÄNNSTRÖM et al. 1993). Ihre Anzahl steigt vor allem in der Theca follicularis nach der Ovulation. T-Zellen, die in das Ovar migrieren, sind CD8+-positiv. Insofern wird eine selektive Infiltration des Ovars mit CD8+-Zellen vermutet (BRÄNNSTRÖM et al. 1993). BRÄNNSTRÖM et al. (1994b) beschrieben, dass beim Menschen T-Lymphozyten in nur geringer Zahl in präovulatorischen Follikeln und in Corpora lutea vorhanden waren und keine Veränderungen in ihrer Dichte während des Zyklus zu beobachten waren. ZHOU et al. (2009) wiesen in der Theca follicularis der Maus eine neue CD8αα+-Population nach, deren Ursprung wahrscheinlich im Thymus liegt. Ein großer Influx dieser Zellen in Follikel wurde zum Zeitpunkt der Ovulation festgestellt. In einer Studie von BEST et al. (1996) dagegen konnten beim Menschen keine T-Lymphozyten in entwickelnden Follikeln nachgewiesen werden, allerdings in Blutgefäßen, die die Theca follicularis versorgen. In der Theca follicularis und Granulosa atretischer Follikel sowie in frisch gebildeten Gelbkörpern wurden wenige T-Zellen nachgewiesen. In Restgelbkörpern nimmt nach BEST et al. (1996) deren Anzahl zu. B-Lymphozyten und natürliche Killerzellen wiesen BRÄNNSTRÖM et al. (1994b) in geringen Anzahlen nach, die keinen zyklusbedingten Schwankungen unterlagen.
2.3.2 Mastzellen
Mastzellen sind gewebeständige Sensor- und Effektorzellen des angeborenen Immunsystems.
Zum einen besitzen sie die Fähigkeit, schnell und selektiv geeignete Mediatoren zu produzieren, zum anderen verstärken sie durch ihre Nähe zu Blutgefäßen die Effektorzellrekrutierung. Zusätzlich können sie Induktionsprozesse adaptiver
Immunantworten steuern (MARSHALL 2004). Eine Anzahl an Faktoren einschließlich Zytokinen ist an der Regulation der Mastzellaktivierung, reifung, differenzierung und -proliferation beteiligt (GALLI 1993). Mastzellen kommen vorwiegend in der Haut, in den Atemwegen sowie im Darm vor. Früher wurden Mastzellen des Mucosatyps, die in der Darm-oder Atemwegsmukosa vorkommen, von den Mastzellen der Haut und der Peritonealhöhle, die als sogenannter Bindegewebetyp bezeichnet wurden, unterschieden. Heute werden die Mastzellen beim Menschen aufgrund des Proteasengehaltes der Granula in zwei Subtypen klassifiziert, zum einen in die MCT, die nur Tryptase enthalten und zum anderen in die MCTC, die sowohl Tryptase als auch Chymase enthalten. Die MCT können eher auf der mucosalen Seite gefunden werden (MARSHALL 2004).
Neben den oben genannten Lokalisationen konnten Mastzellen auch im Ovar bei Menschen (BRÄNNSTRÖM u. ENSKOG 2002), Mäusen (KRISHNA u. JAISWAL 1994), Ratten (JONES et al. 1980; PARSHAD u. KATHPALIA 1990; BATTH u. PARSHAD 2000), Hamstern (KRISHNA et al. 1989), Rindern (NAKAMURA et al. 1987), Ziegen (KARACA et al. 2008) und Vögeln (PARSHAD u. KATHPALIA 1993) gefunden werden.
Im menschlichen Ovar ist dieser Zelltyp vorwiegend in der Medulla lokalisiert. Zum Zeitpunkt der Ovulation kommt es zu einem Anstieg der Aktivität (BRÄNNSTRÖM u.
ENSKOG 2002). Bei der Ratte wurden Mastzellen im Ovar in der Medulla und im Hilus ovarii sowie im Eileiter nachgewiesen. In der Medulla konnten Mastzellen in der Nähe von Blut- und Lymphgefäßen beobachtet werden. Die histochemisch erkennbare Anzahl an Mastzellen in der Medulla stieg während des Östrus an, sank während des Diöstrus und Metöstrus, um dann während des Proöstrus extrem niedrig zu sein. Die Mastzellanzahl im ovariellen Hilus und im Eileiter der Ratte unterlag keinen zyklischen Schwankungen (JONES et al. 1980). Nach JONES et al. (1980) kommt es bei der Ratte während des Proöstrus in der Medulla zu einer Degranulation der Mastzellen und damit verbunden zu einer signifikanten Reduktion der unter dem Lichtmikroskop sichtbaren Zellen. Auch BATTH und PARSHAD (2000) bestätigen bei der Ratte eine höhere Anzahl an Mastzellen während des Östrus, jedoch auch während des Diöstrus im Vergleich zu den restlichen Zyklusphasen. PARSHAD und KATHPALIA (1990) wiesen Mastzellen in der Wand atretischer Follikel und im Gelbkörper nach. Bei Ziegen wurden Mastzellen zwar nicht im Gelbkörper und Follikel, aber im
NAKAMURA et al. (1987) fanden bei Rindern Mastzellen in der Medulla, im Bereich des Hilus, aber auch in der Theca follicularis externa der Follikel, wie auch im Corpus luteum.
Die Arbeitsgruppe stellte einen signifikanten Anstieg der Mastzellen in der Theca follicularis externa des dominanten Follikels am Tag 19 des Zyklus fest, wie auch ein signifikantes Absinken der Anzahl an Tag 4 der Gelbkörperphase. Das Vorkommen von Mastzellen im Cortex und in der Medulla des Ovars wurde auf ein gut entwickeltes interstitielles kortikales Stroma und einen langen Östruszyklus zurückgeführt (NAKAMURA et al. 1987). Bei Hühnern konnten Mastzellen in der Medulla, im Hilus, aber auch in der Theca follicularis nicht atretischer und atretischer Follikel nachgewiesen werden, wobei die Anzahl an Mastzellen im Bereich der Follikelwand signifikant geringer als im Bereich des Hilus und Stromas war. GUPTA und GILBERT (1988) stellten eine Verringerung der Anzahl an Mastzellen in der Follikelwand nach der Ovulation fest. Kurzzyklische Tiere wie Ratten, Hamster und Mäuse wiesen Mastzellen nur in der Medulla auf (JONES et al. 1980;
KRISHNA et al. 1989). Genaue Untersuchungen bezüglich der Mastzelllokalisationen im Ovar des Schweines wurden bisher noch nicht durchgeführt.
Mastzellen besitzen drei Hauptklassen an Mediatoren, über die sie ihre Wirkung entfalten können (MARSHALL 2004):
1) vorgeformte Granula-assoziierte Mediatoren (Proteasen, vasoaktive Amine, z.B. Histamin und Proteoglykane, z.B. Heparin)
2) neu erzeugte Lipidmediatoren (z.B. LTC4 steigert die Gefäßpermeabilität und hilft bei der Rekrutierung von eosinophilen Granulozyten, LTB4 fördert die Neutrophilenrekrutierung) 3) eine große Vielfalt an Zytokinen und Chemokinen (klassisch proinflammatorische
Zytokine wie TNF-α und IL-1β und Zytokine mit antiinflammatorischen oder immunmodulatorischen Effekten wie IL-10 und TGF-β)
Mastzellen sind eine Quelle von TH2-Typ-Zytokinen einschließlich IL-4, IL-5, IL-13, aber auch TH1-Typ-Zytokinen wie IFN-γ, IL-12 und IL-18, sowie von Chemokinen wie CCL5, CXCL8 und CXCL10 (MARSHALL 2004).
Zu den zahlreichen Rezeptoren auf der Oberfläche von Mastzellen gehören die konstitutiv exprimierten hochaffinen Rezeptoren für IgE, mäßig affine Rezeptoren für IgG (CD32),
Rezeptoren für C3a und C5a (HOLLÄNDER 2006) sowie Rezeptoren für Pathogene (TLR-2, TLR-4) (MARSHALL 2004). Nach einer Stimulation mit IFN-γ exprimieren sie zudem hochaffine Rezeptoren für IgG (CD 64) (WOOLHISER et al. 2001).
Neben vielen weiteren Rezeptoren besitzen Mastzellen auch TNF-Rezeptoren. VAN OVERVELD et al. (1991) prüften die Effekte von humanem rekombinanten TNF-α auf humane Mastzellen und konnten eine konzentrationsabhängige Freisetzung von Histamin und Tryptase beobachten. Mastzellkulturen von Ratten, die über Nacht mit TNF-α inkubiert wurden, produzierten hohe Konzentrationen des Chemokins RANTES (CCL5), welches chemoattraktiv und aktivierend für Monozyten, T-Zellen und Mastzellen ist (KEMPURAJ et al. 2005).
KRISHNA und TERRANOVA (1985) beobachteten bei Hamstern einen Anstieg an degranulierenden Mastzellen zum Zeitpunkt des LH-Peaks. Zudem wurden verglichen mit Proben, die vor und nach dem LH-Peak gewonnen wurden, signifikant höhere Histaminkonzentrationen während des LH-Peaks gemessen. Auf das in den Granula vorhandene Histamin und seine Bedeutung im Ovulationsgeschehen wird unter 2.4.1 näher eingegangen. Es konnten bei Hamstern in der Nähe von hilaren Mastzellen Substanz P und Vasoaktives intestinales Peptid (VIP) enthaltene Nerven beobachtet werden. Substanz P sowie VIP induzierten die Degranulation von Mastzellen in vitro (NAKAMURA u.
TERRANOVA 1987).
2.3.3 Makrophagen
Bei Makrophagen handelt es sich um organständige Effektorzellen, welche in zahlreichen Geweben angesiedelt sind. Die Vorläuferzellen der Makrophagen sind die Monozyten, die sich im Knochenmark aus hämatopoetischen Vorläuferzellen entwickeln. Anschließend wandern sie in die Blutgefäße, in denen sie im Blutstrom durch den Körper zirkulieren. Durch Transmigration in unterschiedliche Gewebe differenzieren sie sich abhängig von lokal aktiven Faktoren, die sowohl die Funktion als auch den Phänotyp bestimmen, zu gewebespezifischen Makrophagen. Sie dienen der Phagozytose von Mikroorganismen und Gewebedebris und können die unspezifische Immunantwort mit der Ausbildung einer antigenspezifischen
T-sezernieren (GORDON 1999). Typische Bestandteile ihrer im Zytoplasma vorhandenen Lysosomen sind zahlreiche hydrolytische Enzyme wie Lysozym, ß-Glucoronidase, saure Phosphatase, Ribonukleasen, Lipasen, Kathepsin, Hydrolasen, Esteroproteasen und neutrale Proteasen. Diese können zum Teil als Antwort auf über Fc- und Komplementrezeptoren aktivierende Signale sowie als Antwort auf eine Zytokinstimulation sezerniert werden.
Daneben verfügen Makrophagen über Rezeptoren für IgG, IgE, sowie Komplementrezeptor 3, Makrophagen-Mannose-Rezeptor, Scavenger-Rezeptoren, CD14, Toll-like-Rezeptoren sowie Chemokinrezeptoren, die ein gezieltes und kontrolliertes Einwandern in spezifische Gewebe ermöglichen. Über M-CSF (macrophage colony-stimulating-factor), GM-CSF (granulocyte-macrophage-stimulating factor) und CSF-1 (colony-stimulating factor-1)-Rezeptoren wird das Wachstum und die Differenzierung der Makrophagen gesteuert. Makrophagen besitzen spezifische Rezeptoren für IFN-γ, IL-4, GM-CSF und TNF-α (HOLLÄNDER 2006). Sie produzieren proinflammatorische Zytokine wie IL-1, IL-6, CXCL8, TNF-α, und GM-CSF (BRÄNNSTRÖM u. NORMAN 1993).
In diversen Spezies konnten Makrophagen im Ovar nachgewiesen werden. So endeckte HUME et al. (1984) Makrophagen in der Medulla und im Bereich präovulatorischer Follikel der Maus. Später beschrieben BRÄNNSTRÖM et al. (1993) die Lokalisation von Makrophagen in der Medulla und weniger zahlreich in der Theca follicularis präovulatorischer Follikel bei der Ratte. Im humanen Ovar wurden Makrophagen im Stroma, in der Tunica albuginea und der Theca follicularis, wie auch in der Follikelflüssigkeit nachgewiesen (BRÄNNSTRÖM u. ENSKOG 2002). Daneben wurden auch bei Hamstern (KASUYA u. KAWABUCHI 1998), Schafen (CAVENDER u. MURDOCH 1988) und bei Vögeln (BARUA et al. 1998) ovarielle Makrophagen beobachtet. Beim Schwein gelten Makrophagen als der dominante Leukozytensubtyp im Ovar (STANDAERT et al. 1991).
ARAKI (1996) beobachtete bei op/op-Mäusen, die eine Mutation im M-CSF-Gen besitzen und sich damit durch eine Reduktion der Monozyten und Makrophagenzahl auszeichnen, eine geringere Fruchtbarkeit. Makrophagen spielen nach WU et al. (2004) vermutlich eine Rolle bei der Follikulogenese, bei dem Gewebeumbau während der Ovulation und bei der Bildung und Regression des Gelbkörpers (Abb. 3).
Abb. 3: Beeinflussung der Ovarfunktion durch Makrophagen- nach WU et al. (2004).
(1) Makrophagen sind Phagozyten, die an der Entfernung von Zelltrümmern beteiligt sind, sie präsentieren antigene Peptide und aktivieren T-Zellen. (2) Die Zellen setzen Zytokine und Wachstumsfaktoren frei, welche vielfältige funktionelle Aspekte von Granulosa- und Thecazellen regulieren. (3) Die Freisetzung von Chemokinen führt zur Migration und Aktivierung weiterer Monozyten, neutrophiler Granulozyten und T-Zellen. (4) Makrophagen sezernieren eine Vielzahl an Proteasen, die an der Matrixauflösung beteiligt sind.
Bisher wurden direkte Interaktionen zwischen Primordialfollikeln und Makrophagen nicht beobachtet, was WU et al. (2004) zu dem Schluss führt, dass Makrophagen frühe Follikelphasen nicht beeinflussen. Während späterer Follikelphasen dagegen verändert sich bei der Maus die Verteilung und Anzahl der Makrophagen, die nun zunehmend in der Theca follicularis lokalisiert sind. Es wird vermutet, dass Makrophagen über die Bildung von Wachstumsfaktoren und Zytokinen die Zellproliferation und das Follikelwachstum beeinflussen (WU et al. 2004). Bei der Ratte wurde ein fünffacher Anstieg der Makrophagenanzahl in präovulatorischen Follikeln kurz vor der Ovulation festgestellt (BRÄNNSTRÖM et al. 1993). Auch beim Menschen konnte ein Anstieg in der Anzahl der Makrophagen in der Theca follicularis nachgewiesen werden (BRÄNNSTRÖM et al. 1994b).
STAENDAERT et al. (1991) beobachteten beim Schwein einen signifikanten Anstieg der Makrophagendichte in präovulatorischen Follikeln, wobei sich der relative Anteil an Makrophagen an Gesamtleukozyten im Ovar während des Zyklus nicht veränderte. Die
Modulation der Chemokinproduktion zu sein. So wies diese Arbeitsgruppe die Induktion von MCP-1 (monocyte chemoattractant protein-1) durch LH / hCG im Rattenovar nach.
Koinkubationen mit humanen Granulosazellen bestätigten dieses Ergebnis (ARICI et al.
1997). Makrophagen setzen einige Zytokine wie IL-1β (ADASHI 1998) und TNF-α frei (BRÄNNSTRÖM et al. 1995), die im Ovulationsprozess eine Rolle spielen. Neben Chemokinen wie MCP-1 und MCP-3, die im präovulatorischen Follikel der Ratte hochreguliert werden (WONG et al. 2002), sind auch die von Makrophagen produzierten proteolytischen Enzyme bei der Ovulation von Bedeutung. So konnten Matrixmetalloproteinasen (MMP) in den Ovarien einiger Spezies (Menschen, Ratten, Rinder, Schafe, Pferde, Schweine) nachgewiesen werden (LIU et al. 1999; RILEY et al. 2001;
GOTTSCH et al. 2002; IMAI et al. 2003; LIND et al. 2006; RIBEIRO et al. 2006; KLIEM et al. 2007). MMP-2, MMP-9 und MMP-1 werden z.B. in der Theca follicularis im Zusammenhang mit der Ovulation exprimiert und aktiviert (HAGGLUND et al. 1999;
CURRY u. OSTEEN 2001). Im Rahmen eines Rattenovarperfusionsmodells resultierte eine Hemmung der Aktivität der Kollagenasen und Proteinasen in einer Hemmung der Ovulation (BRÄNNSTRÖM et al. 1988).