TGF-β ist ein bei den verschiedenen Spezies hoch konserviertes Polypeptid, welches an Entwicklungs-, Wachstums-, Erhaltungs- und Reparationsprozessen beteiligt ist.
Derzeit sind fünf Isoformen des Wachstumsfaktors bekannt, wobei drei davon beim Säugetier vorkommen. Innerhalb der verschiedenen Isoformen gibt es beim Menschen eine hohe Sequenzhomologie (ca. 70%) (SPORN u. ROBERTS 1990).
Die multiplen regulatorischen Effekte bei der Zellproliferation und -differenzierung resultieren aus der Kontrolle der Genexpression der Zielzellen durch diesen Wachstumsfaktor (ROBERTS et al. 1990).
Inzwischen ist bekannt, dass eine Vielzahl komplexer Mechanismen an der Regulation des Vorkommens und der Bioaktivität von TGF-β beteiligt sind (FLAUMENHAFT et al. 1993; BARCELLOS-HOFF 1996). Hierbei spielen die beiden Latenzproteine LAP (Latenz assoziiertes Protein) und LTBP (latentes TGF-β Bindungsprotein) eine entscheidende Rolle, da sie eine zeitlich versetzte Bioverfügbarkeit von TGF-β ermöglichen und dadurch seine Aktivität, seine Verteilung und die Pathogenese verschiedener Erkrankungen kontrollieren (GRAINGER et al. 1995). Aktives TGF-β kann unter anderem durch Angiotensin II, welches lokal durch die enzymatische Aktivität von Chymase entsteht, freigesetzt werden (TAIPALE et al. 1995; PEJLER et al. 2007).
Aufgrund der Bedeutung von TGF-β in der Embryogenese, wird sowohl der Wachstumsfaktor als auch der TGF-β Rezeptor von einer Vielzahl verschiedener Zellen sezerniert bzw. exprimiert (ROBERTS et al. 1990). Die drei Isoformen besitzen nach bisherigem Wissensstand ähnliche biologische Eigenschaften, weil sie alle mit einem identischen Rezeptor interagieren und somit die gleichen Zielzellen haben (KINGSLEY 1994; LETTERIO u. ROBERTS 1998). Allerdings wird jede Isoform von einem anderen Promotor kontrolliert und verfügt über ein unterschiedliches Verteilungsmuster im Gewebe (LETTERIO u. ROBERTS 1998).
Aufgrund der geringen Halbwertszeit von aktivem TGF-β von lediglich 2-3 Minuten wird es stets an Latenzproteine assoziiert freigesetzt, welche somit die biologische Aktivität kontrollieren (ROBERTS 1998).
2.3.1 Bedeutung von TGF-β in der Regulation der Immunantwort im unveränderten Darm
TGF-β ist ein Wachstumsfaktor, der von allen hämatopoetischen Zellen, speziell aber von Lymphozyten, Makrophagen und dendritischen Zellen gebildet wird und latent an extrazelluläre Matrix gebunden vorkommt. Seine hauptsächliche Wirkung basiert auf der Chemotaxis von den meisten hämatopoetischen Zellen und von Fibroblasten.
Weiterhin beeinflusst es auch Zellwachstum und –differenzierung. Durch direkte Effekte auf Moleküle des Zellzyklus hemmt TGF-β das Wachstum epithelialer, endothelialer und immunologischer Zellen (MC PHERRON et al. 1997; ROBERTS 1998). Die hauptsächliche Wirkung auf mesenchymale Zellen basiert auf einer Regulation der Genaktivität.
TGF-β verfügt über einzigartige und potente immunregulatorische Eigenschaften, indem aktivierte Immunzellen gehemmt werden. Eine überschießende TGF-β Produktion oder Aktivierung resultiert in Immundefekten und Fibrosierungen bei chronischen Entzündungen. Versuche mit TGF-β1 knockout Mäusen zeigten, dass beim Fehlen dieses Wachstumsfaktors eine generalisierte Aktivierung von Immunzellen mit daraus resultierenden weit ausgedehnten Entzündungsreaktionen erfolgt (SHULL et al. 1992; KULKARNI et al. 1993). Die von diesem Mediator vermittelten Wirkungen sind sehr variabel und hängen vom Zelltyp, dem Grad der Zelldifferenzierung und dem insgesamt vorherrschenden Zytokinmilieu ab. Eine besondere Rolle erfüllt dieses Protein im Rahmen der oralen Toleranz, weil es für die Aufrechterhaltung der Balance zwischen reaktiven und suppressorischen T-Lymphozyten bedeutend ist, um eine unangebrachte Entzündungsreaktion zu verhindern (LETTERIO u. ROBERTS 1998).
Die Wirkung von TGF-β basiert im unveränderten Verdauungskanal im Wesentlichen auf regulatorischen und suppressorischen Eigenschaften. Inzwischen wurden beim Menschen verschiedene Subtypen der T-Lymphozyten identifiziert, die hauptsächlich TGF-β sezernieren. Dazu zählen suppressorische CD8+ T-Zellen, regulatorische CD4+ TH3-Zellen und regulatorische Tr1-Zellen (WEINER 2001). Das von ihnen
sezernierte TGF-β hemmt die IL-2-abhängige Proliferation weiterer T-Lymphozyten und infolge dessen auch die Produktion zahlreicher Zytokine bzw. zytolytische Funktionen (KEHRL et al. 1986; FARGEAS et al. 1992).
Beim Menschen scheinen die suppressorischen CD8+ T-Zellen, die ausschließlich TGF-β sezernieren, bevorzugt von Epithelzellen des Intestinaltrakts aktiviert zu werden. Anscheinend handelt es sich bei diesen um intraepitheliale Lymphozyten.
Neben den CD8+ T-Zellen gibt es beim Menschen noch regulatorische CD4+ TH3-Zellen, welche durch die Sekretion von hauptsächlich TGF-β sowie in geringem Umfang auch von Interleukin 10 (IL-10) und Interleukin 4 (IL-4) charakterisiert sind (LETTERIO u. ROBERTS 1998; WEINER 2001). Sie entwickeln sich in den Peyerschen Platten aus T0-Zellen unter dem Einfluss eben dieser Zytokine (WEINER 2001). Es ist daher von Bedeutung, dass in den Peyerschen Platten im Gegensatz zu allen anderen lymphatischen Geweben hohe Level an IL-4, IL- 10 und TGF-β auftreten. Somit herrscht dort ein TH2- bzw. TH3-ähnliches Zytokinmilieu vor, das zur reversiblen Induktion hyporesponsiver TH2- und TH3-Zellen führt und gleichzeitig die Entwicklung von TH1-Lymphozyten verhindert (KELLERMANN u. MCEVOY 2001).
Weiterhin konnten GONNELLA et al. (1998) nachweisen, dass orale Administration von Antigenen zu einem Anstieg von IL-4, IL-10 und TGF-β führt, während gleichzeitig IL-2 und IFN-γ absinken. Diese antiinflammatorischen Zytokine werden hauptsächlich von CD4+ T-Lymphozyten produziert. TH3-Zellen unterdrücken sowohl TH1- als auch TH2-dominierte Immunantworten und fördern die Produktion von IgA (siehe Abbildung 2.3.1) (WEINER 2001; CAVE 2003). Über die Verteilung der TH 3-Zellen innerhalb der Lamina propria mucosae der Katze gibt es bisher keinerlei Erkenntnisse.
Die regulatorischen Tr1-Zellen entwickeln sich hingegen unter Einfluss von IL-10 und sezernieren sowohl IL-10 als auch TGF-β. Es ist nicht bekannt, ob sie und die CD4+ TH3-Zellen gemeinsame Vorläuferzellen haben und es sich um verschiedene Entwicklungsstadien handelt oder ob sie unterschiedliche Regulatorzellen darstellen (WEINER 2001).
Die folgende Abbildung 2.3.1 stellt die verschiedenen Subtypen der T-Lymphozyten mit ihren oben beschriebenen Zytokinwirkungen dar.
Abbildung 2.3.1: Schematische Darstellung der verschiedenen Subtypen der T-Lymphozyten mit Wirkung ihrer Zytokine; modifiziert nach PICHLER (1997)
TH0: naive T-Zelle, die noch ein breites Zytokinspektrum sezernieren kann;
TH1: geprimte T-Zelle, die ein proinflammatorisches Zytokinspektrum sezerniert; TH2: geprimte T-Zelle, deren Zytokine Hypersensitivitätsreaktionen vom Typ I fördern; TH3: geprimte T-Zelle, die ein suppressorisches Zytokinspektrum sezerniert; Tr1: regulatorische T-Zelle, die ein suppressorisches Zytokinspektrum sezerniert; CTL: zytotoxische T-Zelle, die infizierte Zellen abtötet; sCD8+: suppressorische CD8+ T-Zelle; IL: Interleukin; TNF-α: Tumor Nekrose Faktor α; IFN-γ: Interferon γ;
TGF-β: Transforming growth factor-β; IgE: Immunglobulin E; : fördernde Wirkung;
: hemmende Wirkung
Wie bereits beschrieben, spielt TGF-β eine entscheidende Rolle in der Aufrechterhaltung der oralen Toleranz, weil es die Aktivität von B- und T-Lymphozyten entweder direkt oder indirekt über weitere Zytokine supprimieren kann (FONTANA et al. 1992). Diese Suppression stellt die Grundlage der oralen Toleranz dar, weil der Intestinaltrakt vor einer Überreaktion auf harmlose luminale Antigene geschützt wird. Hierbei wirkt TGF-β antagonistisch zu IFN-γ bzw. IL-12 (LETTERIO u.
ROBERTS 1998). Weiterhin induziert TGF-β eine erhöhte Produktion von IgA und unterstützt somit die immunologischen Abwehrmechanismen, die ein Teil der intestinalen Barriere gegenüber Fremdantigenen sind. In dieser Arbeit soll das Expressionsmuster von TGF-β im gesunden und entzündeten Gastrointestinaltrakt von Katzen untersucht werden, da ein Fehlen dieses Wachstumsfaktors zu multiplen Entzündungen führt und eine Bedeutung in der Pathogenese oder sogar Ätiologie der IBD des Menschen vermutet wird. Des Weiteren soll das Vorhandensein einer Korrelation zwischen Fibrosen, dem Subtyp der Mastzellen und TGF-β nachgewiesen werden.
2.4 Chronische idiopathische Darmentzündungen der Katze