Aus dem Institut für Versuchstierkunde der Medizinischen Hochschule Hannover
Untersuchungen zur genetischen Disposition für die Helicobacter pylori-Infektion im Mausmodell
INAUGURAL-DISSERTATION
zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin
(Dr. med. vet.)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von Nina Meffert aus Bad Kreuznach
Hannover 2002
Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Dr. H.-J. Hedrich
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. H.-J. Hedrich
2. Gutachter: PD Dr. S. Wagner
Tag der mündlichen Prüfung: 29.12.2002
Für C.B.
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 17
2 LITERATURÜBERSICHT 20
2.1 Helicobacter (H.) pylori 20
2.1.1 Geschichtlicher Überblick: Vergangenheit und Gegenwart 20
2.1.1.1 Vergangenheit 20
2.1.1.2 Gegenwart 22
2.1.2 Taxonomie und Morphologie 23
2.1.3 Kulturelle und biochemische Charakteristika 2
2.1.4 Pathogenitätsfaktoren 25
2.2 Die H. pylori-Infektion 27
2.2.1 Mensch 27
2.2.1.1 Epidemiologie 27
2.2.1.2 Pathogenese 28
2.2.1.2.1 Chronisch-aktive (Typ B) Gastritis 28
2.2.1.2.2 Peptische Ulkuskrankheit 30
2.2.1.2.3 Atrophie, intestinale Metaplasie und Adenokarzinome 31
2.2.1.2.4 B-Zell-MALT-Lymphom (MALTom) 31
2.3 Genetische Wirtsfaktoren für die H. pylori-Infektion beim
Menschen 32
2.4 Tiermodelle für die Helicobacter-Infektion 36
2.4.1 Schweine 37
2.4.2 Frettchen 38
2.4.3 Hunde und Katzen 39
2.4.4 Ratten 39
2.4.5 Primaten 40
2.4.6 Gerbils 41
2.4.7 Mäuse 42
2.4.7.1 H. felis-Modell 42 2.4.7.2 Gastrospirillum-ähnliche Bakterien 45
2.4.7.3 H. pylori-Modell 45
3 EIGENE UNTERSUCHUNGEN 49
3.1 Material 49
3.1.1 Mäuse 49
3.1.1.1 Verwendete Mäuseinzucht- und Defektmutantenstämme 49
3.1.1.1.1 C3H/HeJ 49
3.1.1.1.2 C57BL/6J 50
3.1.1.1.3 FVB/N 50
3.1.1.1.4 B10.BR 50
3.1.1.1.5 B6.129P2-Il10tm1Cgn 51
3.1.1.1.6 B6.129S7-Icam1tm1Bay 51
3.1.1.1.7 B6.129S7-Rag1tm1Mom 52
3.1.1.1.8 B10.BR-Faslpr 52
3.1.1.1.9 B6.129-Tnfrsf1atm1Mak 53
3.1.1.2 Herkunft 53
3.1.1.3 Haltung im Experiment (Trockenbarrieresystem) 54
3.1.2 Bakterien 55
3.1.2.1 HpSS1 55
3.1.2.2 Hp87 55
3.1.2.3 Hp89 56
3.2 Methoden 56
3.2.1 Anzucht und Vermehrung von HpSS1, Hp87 und Hp89 56 3.2.1.1 Katalase-Test 59 3.2.1.2 Oxidase-Test 59
3.2.1.3 Urease-Test 59
3.2.1.4 Gram-Präparat 59
3.2.2 Einfrieren und Aufbewahren von HpSS1, Hp87 und Hp89 60 3.2.3 Herstellung der Inokulationssuspension 61
3.2.4 Experimentelle Infektion der Mäuse 61 3.2.4.1 Bestimmung der koloniebildenden Einheiten (KBE) in der
Inokulationssuspension 62
3.2.5 Adaptationsversuch von Hp87 und Hp89 in C3H/HeJ-Mäusen 63
3.2.6 Versuchsaufbau 64
3.2.6.1 Beobachtungsdauer 3 Monate: Inzuchtstämme 65 3.2.6.2 Beobachtungsdauer 6 Monate: Inzuchtstämme 65 3.2.6.3 Beobachtungsdauer 3 Monate:
Defektmutanten und ihre Hintergrundstämme 66
3.2.7 Postmortale Untersuchung 67
3.2.7.1 Tötung 67 3.2.7.2 Sektion 67
3.2.7.3 Präparation der Mägen 67
3.2.8 Bakteriologische Untersuchung der Mägen 68 3.2.8.1 Biochemische Differenzierung der Kontaminanten 69 3.2.9 Molekularbiologische Untersuchung der Reisolate 70 3.2.9.1 Photometrische Einstellung der DNA-Konzentration 71
3.2.9.2 Polymerasekettenreaktion (PCR) 71
3.2.9.3 Agarosegel-Elektrophorese 73 3.2.10 Molekularbiologische Untersuchung des Kots auf
Helicobacter Spezies 74
3.2.10.1 Isolierung der DNA 74
3.2.10.2 PCR zum Nachweis von Helicobacter sp. 75 3.2.10.3 PCR zum Nachweis von H. pylori 76 3.2.10.4 PCR zum Nachweis von H. hepaticus 76 3.2.10.5 PCR zum Nachweis von H. typhlonicus 78 3.2.10.6 PCR zum Nachweis von H. bilis 79
3.2.10.7 Agarosegel-Elektrophorese 80
3.2.11 Untersuchung des Kots mittels Enzym-Imunoassay (EIA) 80
3.2.12 Histologische Untersuchungen 81
3.2.12.1 Präparation und Bearbeitung der Mägen 81
3.2.12.2 Histologische Beurteilung der Mägen 83 3.2.12.2.1 Verteilung und Lokalisation der Entzündungszellen 84 3.2.12.2.2 Grad der leukozytären Infiltration 84 3.2.12.2.3 Charakter der Entzündung und Grad der Aktivität 85
3.2.12.2.4 Dicke der Schleimhaut 85
3.2.12.2.5 Läsionen der Schleimhaut 86
3.2.12.2.6 Schleimhautfibrose 86
3.2.12.2.7 Immunhistochemie 87
3.2.12.2.8 Beurteilung des Kolonisationsgrades 87 3.2.12.3 Präparation des Dickdarmes bei den ll10tm1Cgn-Mäusen 88 3.2.12.4 Beurteilung der histologischen Präparate des Dickdarms
bei den B6.129P2-Il10tm1Cgn-Mäusen 90
3.2.13 Statistische Methoden 92
3.2.14 ROC-Analyse 93
4 ERGEBNISSE 94
4.1 Koloniemorphologie nach Anzucht und Vermehrung von
HpSS1, Hp87 und Hp89 94
4.2 Adaptationsversuch von Hp87 und Hp89 in C3H/HeJ-Mäusen 95
4.2.1 Allgemeinbefinden der Mäuse 95
4.2.2 Makroskopische Organveränderungen der Mäuse 95 4.2.3 Bakteriologische Untersuchung der Mägen 95 4.2.4 Molekularbiologische Untersuchung der Kultur 96
4.3 Infektionsversuch 96
4.3.1 Allgemeinbefinden der Mäuse 96
4.3.2 Makroskopische Organveränderungen der Mäuse 97 4.3.3 Bakteriologische Untersuchung der Mägen 100 4.3.4 Molekularbiologische Untersuchung der Reisolate zum
Nachweis des H. pylori-spezifischen Gens vacA 103 4.3.5 Untersuchung des Kots mittles Enzym-Imunoassay (EIA) 104
4.3.6 Molekularbiologischer Nachweis von Helicobacter sp. aus
dem Kot der PBS-Kontrollen 106
4.3.7 Allgemeine Befunde der histologischen Untersuchung der Mägen 106
4.3.7.1 Dicke der Schleimhaut 112
4.3.7.2 Schleimhautfibrose 112
4.3.7.3 Immunhistochemie 112
4.4 Konkordanz, Diskordanz, Sensitivität und Spezifität der bakteriologischen und histologischen Nachweismethoden 114
4.5 Einfluss der Beobachtungsdauer auf die histologischen Entzündungsparameter und den Kolonisationsgrad 120
4.5.1 Einfluss der Beobachtungsdauer auf die histologischen Entzündungsparameter 121
4.5.2 Einfluss der Beobachtungsdauer auf den Kolonisationsgrad 125
4.6 Einfluss des H. pylori-Stammes auf die histologischen Entzündungsparameter 126
4.6.1 Beobachtungsdauer 3 Monate 126
4.6.2 Beobachtungsdauer 6 Monate 134
4.7 Einfluss des H. pylori-Stammes auf den Kolonisationsgrad 134
4.8 Einfluss des Mausstammes auf die histologischen Entzündungsparameter 136
4.8.1 Beobachtungsdauer 3 Monate 136
4.8.2 Beobachtungsdauer 6 Monate 137
4.9 Einfluss des Mausstammes auf den Kolonisationsgrad 137
4.10 Einfluss der HpSS1-Infektion auf die histologischen Entzündungsparameter bei den Mausstämmen C3H/HeJ, C57BL/6J und FVB/N 141
4.10.1.1 Vergleich der HpSS1-inokulierten Mäuse mit den Kontrollmäusen beim Stamm C3H/HeJ (Beobachtungsdauer 3 Monate) 141
4.10.1.2 Vergleich der HpSS1-inokulierten Mäuse mit den Kontrollmäusen beim Stamm C3H/HeJ (Beobachtungsdauer 6 Monate) 143
4.10.2.1 Vergleich der HpSS1-inokulierten Mäuse mit den Kontrollmäusen beim Stamm C57BL/6J (Beobachtungsdauer 3 Monate) 143 4.10.2.2 Vergleich der HpSS1-inokulierten Mäuse mit den Kontrollmäusen
beim Stamm C57BL/6J (Beobachtungsdauer 6 Monate) 146 4.10.3.1 Vergleich der HpSS1-inokulierten Mäuse mit den Kontrollmäusen
beim Stamm FVB/N (Beobachtungsdauer 3 Monate) 149 4.10.3.2 Vergleich der HpSS1-inokulierten Mäuse mit den Kontrollmäusen
beim Stamm FVB/N (Beobachtungsdauer 6 Monate) 150 4.11 Einfluss des Infektionsstatus (HpSS1 versus PBS) innerhalb
eines Mausstammes und Einfluss des Mausstammes (Defektmutanten- versus Hintergrundstamm) auf die
histologischen Entzündungsparameter 150 4.11.1.1 Vergleich zwischen den HpSS1-inokulierten Mäusen und den
Kontrollmäusen des Defektmutantenstammes B10.BR-Faslpr 151 4.11.1.2 Vergleich zwischen den HpSS1-inokulierten Mäusen und den
Kontrollmäusen des Stammes B10.BR (Hintergrundstamm von B10.BR-Faslpr) 151 4.11.1.3 Vergleich zwischen den HpSS1-inokulierten Mäusen des
Defektmutantenstammes B10.BR-Faslpr und ihres Hintergrund- stammes B10.BR 152 4.11.2 Vergleich zwischen den HpSS1-inokulierten Mäusen und den
Kontrollmäusen des Stammes C57BL/6J (Hintergrundstamm von B6.129P2-Il10tm1Cgn, B6.129S7-Icam1tm1Bay, B6.129S7-Rag1tm1Mom und B6.129-Tnfrsf1atm1Mak) 153 4.11.3.1 Vergleich zwischen den HpSS1-inokulierten Mäusen und den
Kontrollmäusen des Defektmutantenstammes
B6.129P2-Il10tm1Cgn 153 4.11.3.2 Vergleich zwischen den HpSS1-inokulierten Mäusen des
Defektmutantenstammes B6.129P2-Il10tm1Cgn und ihres
Hintergrundstammes C57BL/6J 154
4.11.4.1 Vergleich zwischen den HpSS1-inokulierten Mäusen und den Kontrollmäusen des Defektmutantenstammes
B6.129S7-Icam1tm1Bay 155 4.11.4.2 Vergleich zwischen den HpSS1-inokulierten Mäusen des
Defektmutantenstammes B6.127S7-Icam1tm1Bay und ihres
Hintergrundstammes C57BL/6J 155 4.11.5.1 Vergleich zwischen den HpSS1-inokulierten Mäusen und den
Kontrollmäusen des Defektmutantenstammes
B6.129S7-Rag1tm1Mom 156 4.11.5.2 Vergleich zwischen den HpSS1-inokulierten Mäusen des
Defektmutantenstammes B6.129S7-Rag1tm1Mom und ihres
Hintergrundstammes C57BL/6J 158 4.11.6.1 Vergleich zwischen den HpSS1-inokulierten Mäusen und den
Kontrollmäusen des Defektmutantenstammes
B6.129-Tnfrsf1atm1Mak 159 4.11.6.2 Vergleich zwischen den HpSS1-inokulierten Mäusen des
Defektmutantenstammes B6.129-Tnfrsf1atm1Mak und ihres
Hintergrundstammes C57BL/6J 160 4.12 Einfluss des Mausstammes auf den HpSS1-Kolonisationsgrad bei den Defektmutanten- und Hintergrundstämmen 161 4.13 Einfluss der HpSS1-Infektion auf die chronische Entzündung
des Dickdarmes bei den Il10tm1Cgn–Mäusen 163
5 DISKUSSION 165
5.1 Verwendete Mäuseinzucht- und Defektmutantenstämme 166
5.2 Haltung und Fütterung der Mäuse 169
5.3 Bakterien 170
5.4 Versuchsaufbau 171
5.5 Anzucht und Vermehrung von HpSS1, Hp87 und Hp89 172
5.6 Bakteriologische Untersuchung des Magens 172
5.7 Molekularbiologischer Nachweis von Helicobacter 173
5.8 Nachweis von H. pylori-Antigen mittels EIA 175
5.9 Histologischer Nachweis von H. pylori 176
5.10 Histologische Beurteilung der H.-E.-gefärbten Schnittpräparate180 5.10.1 Charakter der Entzündung und Grad der Aktivität 185
5.11 Ausblick 188
6 ZUSAMMENFASSUNG 190
7 SUMMARY 193
8 LITERATURVERZEICHNIS 196
9 ANHANG 234
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS
Abb. Abbildung
Aqua dest. destilliertes Wasser
Art. Artikelnummer
B Backward
Bp Basenpaare
bzw. beziehungsweise
CagA zytotoxin-assoziiertes Protein A
CD cluster of differentiation (Zelloberflächenantigene) CLO Campylobacter-like organisms
DNA Desoxyribonukleinsäure
dNTP di-Nukleotidtriphosphate EDTA Äthylendiamintetraessigsäure
EIA Enzym-Imunoassay
et al. und andere
F Forward
Fa. Firma
ggr. geringgradig
H. Helicobacter
HCl Salzsäure
H.E. Hämatoxilin-Eosin
hgr. hochgradig
HLA human leukocyte antigen
Hp H. pylori
HUT Helicobacter-Urease-Test ICAM intercellular adhesion molecule I.E. Internationale Einheit
IFN-γ Interferon γ Ig Immunglobulin IL Interleukin
KBE koloniebildende Einheiten
KCl Kaliumchlorid
kPa Kilopascal
K-W Kruskall-Wallis lpr lymphoproliferativ
LPS Lipopolysaccharide
m männlich m Mauspassage M Molar
MALT mucosa associated lymphoid tissue MEZ Mitteleuropäische Zeit
mg Milligramm
MgCl2 Magnesiumchlorid
mgr. mittelgradig
MHC-I/-II major histocompatibility complex class I/II MHH Medizinische Hochschule Hannover ml Milliliter
mM Mikromolar
M-W-U Mann-Whitney-U
μg Mikrogramm
μl Mikroliter
μm Mikrometer
NaCl Natriumchlorid
NaOH Natronlauge
ng Nanogramm
nm Nanometer
OD optische Dichte
p Plattenpassage PBS phosphate buffered saline PCR Polymerase chain reaction
p.i. post inoculationem
RAG recombination activating gene
ROC receiver operating characteristic curves rRNA ribosomale Ribonukleinsäure
SD standard deviation
SPF spezifiziert pathogenfrei
sp. Spezies
SS Stamm Sydney
TaqPol Thermophilus aquaticus Polymerase Th-Zellen T-helper Zellen
TiHo Tierärztliche Hochschule TNF-α Tumornekrosisfaktor α
TNR-R1 Tumornekrosisfaktor Rezeptor 1 Tnfrsf 1a Tumornecrosisfactor receptor superfamily 1a
UV ultraviolett
VacA vakuolisierendes Zytotoxin A V(D)J variable-diversity-joining vs versus
w weiblich
WHO World Health Organisation x Mittelwert
°C Grad Celsius
1 EINLEITUNG
Seit nunmehr 20 Jahren ist Helicobacter (H.) pylori sowohl in der Human- als auch in der Tiermedizin bekannt und als Hauptverursacher von chronischen Gastritiden und der peptischen Ulkuskrankheit (Ulcus ventriculi und Ulcus duodeni) identifiziert. H.
pylori ist ferner an der Entstehung von Magenkrebs und dem MALT-Lymphom beteiligt (PARSONNET, 1994; DIXON, 1995; MARSHALL, 1995) und wurde 1994 von der WHO offiziell als humanes Klasse I Karzinogen eingestuft (IARC, 1994).
Anfang der 80er Jahre von den Australiern Warren und Marshall als mikroaerophiles Bakterium aus der humanen Magenschleimhaut isoliert, wurde es seitdem auch bei verschiedenen Säugetierarten nachgewiesen (WARREN u. MARSHALL, 1983; FOX u. LEE, 1997). Die humane Infektion mit H. pylori kommt weltweit vor und betrifft alle Populationen. Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung ist mit dem Bakterium infiziert, jedoch nur ca. 10-20% der Betroffenen entwickeln eine manifeste Erkrankung (NGUYEN et al., 1999). Das Angehen der Infektion hängt von einer Reihe unterschiedlicher Faktoren ab, deren Bedeutung seither erforscht wird. Wirts- und Umweltfaktoren (Hygiene, Ernährung) sowie die besonderen Eigenschaften des Bakteriums (Beweglichkeit, cagA- und vacA-Varianten, spezifische Enzyme) stehen im Vordergrund der Untersuchungen. Bei den Wirtsfaktoren spielt die Genetik eine besondere Rolle. So konnte durch eine höhere Konkordanz der Infektion bei monozygoten Zwillingspaaren im Vergleich zu dizygoten Paaren eine genetische Prädisposition für das Auftreten H. pylori-assoziierter Erkrankungen festgestellt werden (MALATY et al., 1994). Als weitere genetische Wirtsfaktoren im Infektionsgeschehen werden u.a. das Geschlecht, Blutgruppenantigene, Intensität und Art der Immunantwort, der Haupthistokompatibilitätskomplex sowie die Höhe der Magensäureproduktion diskutiert (GO, 1997; NGUYEN et al., 1999). Der Identi- fikation solcher Faktoren wird große Bedeutung für das Verständnis der Patho- genese und für den Einsatz einer gezielten Prophylaxe und Therapie bei den Betroffenen zugeschrieben. Zur Erforschung der Pathogenese und Immunologie der H. pylori-Infektion sowie zur Durchführung von Therapiestudien und zur Impfstoff-
entwicklung wurden in den letzten Jahren eine Reihe von Tiermodellen entwickelt und eingesetzt (Primaten, Frettchen, Schweine, Hunde und Katzen, Gerbils, Ratten und Mäuse) (LEE, 1998). Zur Untersuchung genetischer Wirtsfaktoren erwies sich die Maus aufgrund ihres weit erforschten Genoms und der Möglichkeit des Einsatzes verschiedener Inzucht- und Mutantenstämme als attraktives Modell.
Im Rahmen einer Dissertationsarbeit (JANKE, 2000) konnte das von LEE et al.
(1997) beschriebene, standardisierte Mausmodell, bei dem der mausadaptierte H.
pylori Stamm Sydney (HpSS1) eingesetzt wurde, am Zentralen Tierlaboratorium der Medizinischen Hochschule Hannover etabliert werden. Hierbei wurden ein- bis sechs-monatige Infektionsstudien an 8 verschiedenen Mäuseinzuchtstämmen (BALB/cJ, C3H/HeJ, C3H/HeN, C57BL/6J, B6.129P2-Il10tm1Cgn, C.B-17-Prkdcscid, DBA/2J und FVB/N) durchgeführt. Die Mäuse zeigten gering- bis mittelgradige, chronische bis chronisch-aktive Gastritiden mit stammesspezifischen Unterschieden im Grad der Entzündung und im Grad der H. pylori-Kolonisation. Es ist anzunehmen, dass diese Unterschiede auf genetisch determinierten Faktoren basierten.
Ziel dieser Arbeit war, die stammesspezifischen Unterschiede bezüglich leukozytärer Infiltration und Kolonisation unter Einsatz von HpSS1 bei drei von JANKE (2000) eingesetzten Mäuseinzuchtstämmen (FVB/N, C57BL/6J und C3H/HeJ) zu verifizieren. Ferner sollte ein neues Mausmodell mit zwei H. pylori-Humanisolaten (Hp87 und Hp89) etabliert werden. Diese Isolate wurden aufgrund einer größeren Humanpathogenität als der des eingesetzten HpSS1 ausgewählt. Des Weiteren wurden verschiedene Defektmutanten (B6.129P2-Il10tm1Cgn, B6.129S7-Icam1tm1Bay, B10.BR-Faslpr, B6.129S7-Rag1tm1Mom und B6.129-Tnfrsf1atm1Mak) sowie Tiere ihrer Hintergrundstämme (C57BL/6J und B10.BR) mit HpSS1 infiziert, um die Bedeutung der bei den Mutanten ausgeschalteten Gene für die histopathologischen Veränderungen und die Keimkolonisation zu charakterisieren. Ferner wurden histologische Schnittpräparate der Dickdärme von HpSS1-inokulierten Tieren und Kontrolltieren (PBS-Applikation) des Stammes B6.129P2-Il10tm1Cgn auf histopatho- logische Veränderungen untersucht, um mögliche Auswirkungen einer H. pylori-
Infektion auf die Entwicklung der bei diesem Stamm auftretenden chronisch entzündlichen Darmerkrankung (CED) zu untersuchen.
Ein besonderes Interesse dieser Arbeit lag in der Entwicklung eines differenzierten und objektivierbaren Beurteilungssystems für die pathohistologischen Verän- derungen der Magenschleimhaut. Unter Berücksichtigung einzelner Entzündungs- charakteristika (leukozytäre Infiltration, Erosion, Hypertrophie/Atrophie, Fibrose des Gewebes) wurde eine Bewertung der histologischen Präparate in Anlehnung an das in der Humanmedizin verwendete Sydney System (PRICE, 1991; DIXON at al., 1996) zur Diagnostik und Klassifizierung einer H. pylori-assoziierten Gastritis durch- geführt und an die Verhältnisse im Mausmagen angepasst. Dadurch kann die Beurteilung der Veränderungen durch den Untersucher besser objektiviert werden.
Beim Einsatz von H. pylori-Tiermodellen ist die Standardisierung eines histologischen Bewertungssystems für den Untersucher von großer Bedeutung, um Ergebnisse zwischen den Laboratorien besser vergleichen zu können (EATON, 1999).
2 LITERATURÜBERSICHT
2.1 Helicobacter (H.) pylori
2.1.1 Geschichtlicher Überblick: Vergangenheit und Gegenwart
2.1.1.1 Vergangenheit
Die Entdeckung von H. pylori und seiner Beziehung zu gastroduodenalen Erkrankungen in den letzten 20 Jahren war eine der Bedeutungsvollsten der gastroenterologischen Forschungsgeschichte. Es wurden jedoch schon gegen Ende des 19. Jahrhunderts spiralig-helikale Mikroorganismen aus Magenproben von Patienten mit perforierendem Magenulkus isoliert und beschrieben (BOETTCHER, 1874). Auch JAWORSKI beschrieb 1899 diese Organismen in humanen Magenspülproben, dies jedoch in polnischer Sprache und fand somit wenig Beachtung. Beim Tier fand SALOMON 1896 erstmals die spiralförmigen Bakterien und konnte diese auf die Maus übertragen. KRIENITZ entdeckte Anfang des 20.
Jahrhunderts den Zusammenhang der „Spirochäten“ mit pathologischen Magen- veränderungen. Er konnte sie bei Patienten mit Magenkarzinomen mikroskopisch nachweisen (KRIENITZ, 1906). Von DOENGES (1938) in 40% der bei Autopsien entnommenen Magenproben aufgefunden, wurden die Mikroorganismen als post mortem auftretende Kontaminanten vermutet und die Ergebnisse mit Skepsis betrachtet. Zwei Jahre später konnte FREEDBURG (1940) die Bakterien auch in frisch entnommenen Biopsien von Ulkus- und Magenkarzinompatienten beobachten.
Gastroenterologen und Chirurgen maßen für lange Zeit der Entstehung von Magengeschwüren oder Magenkrebs in Verbindung mit einem pathogenen Agens wenig Bedeutung zu. Insbesondere nach einer Studie von PALMER (1954), bei der 1800 Magensaugbiopsien erfolglos auf das Vorkommen von Bakterien untersucht wurden, wurde die allgemeine Theorie, alle eventuell vorkommenden Bakterien seien Kontaminanten, über lange Zeit vertreten. In Untersuchungen von STEER (1975)
und FUNG (1979) konnten die Bakterien nur in der Mukusschicht der Magenschleimhaut nachgewiesen werden und wurden somit als irrelevant bei der Entstehung von Läsionen angesehen. Die Tatsache, dass sich die spiraligen Bakterien nicht kultivieren ließen, unterstützte die Nichtbeachtung der Rolle der Bakterien in der Gastroenterologie. 1979 wurde das Interesse von WARREN an dem Bakterium geweckt, welches er regelmäßig in Magenbiopsieproben mikroskopisch nachweisen konnte. Zusammen mit MARSHALL gelang es ihm erstmals, die Mikro- organismen zu isolieren und nach Entwicklung von Spezialmethoden letztendlich auch zu kultivieren. Aufgrund ihrer Morphologie behandelte er sie wie Campylobacter sp., welches den „Spirochäten“ den Namen Campylobacter-like organisms (CLO) verlieh. Bis zum Jahre 1984 konnten zahlreiche Untersucher die Verbindung zwischen nun „Campylobacter pyloridis“ und chronisch-aktiven Gastritiden bestä- tigen, bei denen sich häufig neben der chronischen Entzündung auch neutrophile Granulozyten in der Mukosa befanden (WARREN u. MARSHALL, 1983; MARSHALL et al., 1984). 1985 konnte MARSHALL in einem Selbstversuch teilweise die Koch`schen Postulate erfüllen, indem ihm die Selbstinfektion, die Isolation und die Kultivierung der Keime aus der eigenen Magenprobe gelang (MARSHALL et al., 1985). Die endgültige Namensgebung in H. pylori wurde von GOODWIN et al. (1989) vorgeschlagen, der die wesentlichen Unterschiede zum Genus Campylobacter herausarbeitete (Morphologie, Ultrastruktur, zelluläres Fettsäureprofil, 5S und 16S rRNA-Sequenzen, Menaquinone, Wachstums-charakteristika und Enzymaktivitäten) und das eigene Genus Helicobacter schuf.
2.1.1.2 Gegenwart
Seitdem WARREN und MARSHALL H. pylori wiederentdeckt hatten, wurden ihre anfänglichen Untersuchungen durch zahlreiche Studien bestätigt und ergänzt. Somit wurde dem Bakterium zu beträchtlicher Beachtung in Gastroenterologie und Mikro- biologie verholfen:
- 1994 wurde H. pylori eine entscheidende Rolle in der Entwicklung gastroduodenaler Ulzeration zugesprochen (NIH, 1994);
- H. pylori wird heutzutage als Verursacher der chronisch-atrophischen (Typ B) Gastritis angesehen und wird für die Entstehung von über 90% der auftretenden Duodenalulzera verantwortlich gemacht (KUIPERS et al., 1995);
- eine H. pylori-Infektion erhöht das Risiko, gastrische Adenokarzinome zu entwickeln (FORMAN et al., 1991); das Bakterium wurde 1994 von der WHO als Klasse I Karzinogen eingestuft (IARC);
- H. pylori gilt bei mehr als 90% der auftretenden MALT-(mucosa associated lymphoid tissue) Lymphome als Hauptverursacher (THIEDE et al., 1997).
Zahlreiche Therapiestudien zeigten, dass eine Eradikation des Keimes möglich ist und damit auch eine schnelle Verbesserung der klinischen Symptomatik der nicht karzinogenen, H. pylori-assoziierten Erkrankungen erreicht werden kann (RAUWS et al., 1990; WOTHERSPOON et al., 1993).
2.1.2 Taxonomie und Morphologie
Die Zuordnung des spiralig-helikalen Bakteriums zur Gattung Helicobacter durchlief, wie in Kapitel 2.1.1.1 beschrieben, mehrere Stadien. Die Hauptcharakteristika dieser Gattung sind (OWEN, 1998):
- eine bescheidete Geißel zur Fortbewegung,
- die Bildung einer äußeren Glykokalix in Flüssignährmedium, - Menaquinon 6 als Hauptisoprenoidquinon und
- ein Guanidin + Cytosin-Gehalt von 35-44 mol% in der chromosomalen DNA.
Die Systematik von H. pylori stellt sich wie folgt dar:
Reich: Procaryotae
Klasse: Schizomycetes
Stamm: Gracilicutes
Ordnung: Pseudomonadales
Familie: Spirillaceae
Gattung: Helicobacter
Art: H. pylori
Bei H. pylori handelt es sich um ein gramnegatives, S-förmiges oder spiraliges Stäbchen mit 1-3 Windungen und abgerundeten Enden. Seine Größe variiert zwischen 2,5 μm - 4 μm Länge und 0,5 μm - 0,9 μm Breite. Das Bakterium trägt charakteristischerweise bis zu 6 polare, behüllte Geißelfilamente, durch die es zur Motilität befähigt wird (GOODWIN et al., 1989). In vitro wurden sowohl U-förmige,
gestreckte als auch V-förmige Ausprägungen des Bakteriums beabachtet (WARREN u. MARSHALL, 1983); in älteren Kulturen unterläuft H. pylori sogar einer morphologischen Veränderung bis hin zur kokkoiden Form (JONES et al., 1990).
Diese Veränderung kann als Ruhe- oder Anpassungsstadium von H. pylori an ungeeignete Umweltverhältnisse (z.B. Antibiotikazusatz, Nahrungsentzug, zu lange Inkubationszeit) angesehen werden. Es wird vermutet, dass dieses Stadium nach Verbesserung der Umweltverhältnisse reversibel ist und somit wieder ein infektiöses Bakterium entstehen kann (OWEN, 1998). H. pylori besitzt eine glatte Zellwand und ist vollständig von einer Glykokalix umschlossen, die für den Anheftungsprozeß an den Magenepithelzellen in vivo mit verantwortlich ist (GOODWIN et al, 1989). H.
pylori ist in erster Linie ein extrazellulär lebendes Bakterium. In vitro konnte jedoch auch ein Eintritt in die Zelle beobachtet werden (SU et al., 1999).
2.1.3 Kulturelle und biochemische Charakteristika
H. pylori lässt sich am Besten unter mikroaerophilen Bedingungen anzüchten, d.h. in einer Umgebung angereichert mit 5% Sauerstoff, 5-10% Kohlendioxid und 85 % Stickstoff (OWEN, 1998). Kultiviert auf serum- oder bluthaltigen Nährböden mit Antibiotikazusatz bei 37°C, lassen sich nach mindestens 48 Stunden Bebrütungs- dauer erste Kolonien erkennen. Bei Erstkultivierung aus Gewebeproben wurden Bebrütungszeiträume bis zu 10 Tagen beobachtet. Subkulturen daraus zeigen schon nach 48 gutes kulturelles Wachstum (WARRELMANN u. HAHN, 1987). Der geeignete pH-Wert für H. pylori befindet sich zwischen 6,9 und 8,0. Ein pH-Wert bis zu 5,5 wird nur in vitro toleriert; saures Milieu wird von H. pylori in vivo schlecht vertragen (OWEN, 1998). Charakteristisch für H. pylori ist die Produktion der Enzyme Urease, Katalase und Oxidase (KASPAR u. DICKGIESSER, 1984). Kohlenhydrate werden weder fermentiert noch oxidiert. Das Bakterium besitzt dennoch spezielle Glukosetransportsysteme zur Umsetzung von D-Glukose (MENDZ et al., 1995);
Enzyme des Pentose-Phosphat-Weges und des Harnstoff-Zyklus konnten identifiziert werden (DUNN et al., 1997). Weitere biochemische Differenzierungsmerkmale, die
H. pylori eindeutig von anderen Helicobacter sp. unterscheiden, sind die fehlende Fähigkeit zur Nitratreduktion und zur Hippurathydrolyse (SUERBAUM et al., 1994).
H. pylori weist außerdem eine typische Nalidixinsäure- und Polymyxin B-Resistenz bei gleichzeitiger Cefalotinempfindlichkeit auf (OWEN, 1998).
2.1.4 Pathogenitätsfaktoren
Die von H. pylori gebildeten Pathogenitätsfaktoren lassen sich in zwei Gruppen aufteilen.
Zum Einen handelt es sich dabei um Kolonisationsfaktoren, die dem Bakterium ein Überleben im sauren Milieu des Magens ermöglichen, ohne notwendigerweise direkt zu einer Erkrankung des Wirtes zu führen (EATON, 1999). Die Fähigkeit zur Kolonisation erhält das Bakterium in erster Linie über die Produktion des Enzyms Urease, wodurch der im Magensaft vorhandene Harnstoff in Ammoniak umgewandelt wird. H. pylori wird folglich von einer Art schützenden „Wolke“ umgeben, die das saure Magenmilieu neutralisiert (SUZUKI et al., 1992). In erster Linie kolonisiert H.
pylori in der Mukusschicht nahe des Magenepithels, in der ein annähernd neutraler pH-Wert herrscht. Um in dieser optimalen aber gleichzeitig viskösen Umgebung zu bestehen, muss das Bakterium durch den Einsatz seiner Flagellen beweglich bleiben. Die Geißeln bestehen hauptsächlich aus Flagellin A (FlaA) und Flagellin B (FlaB), welche beide zur vollständigen Motilität vorhanden sein müssen (JOSENHANS u. SUERBAUM, 1997). EATON et al. (1992) zeigten im Tiermodell, dass die alleinige Ausbildung von FlaB bei H. pylori-Mutanten nicht zu einer Kolonisation führte, FlaA jedoch zu einer geringgradigen Kolonisation ausreichte. Die Fähigkeit zur Adhäsion ist ein weiteres H. pylori-charakteristisches Kriterium. Es werden eine Reihe von unterschiedlichen Adhäsinen (z.B. Hämagglutinine) vermutet, deren vollständige Identifikation bis heute noch nicht gelungen ist. Sie befähigen H.
pylori dazu, an zahlreiche Rezeptoren der Wirtszelle anzuheften und somit für ein Überleben zu sorgen. Eine wichtige Rolle wird dem von H. pylori gebildeten Blutgruppenantigen-bindenden Adhäsin (BabA) zugesprochen. Es ermöglicht dem
Bakterium die Bindung an das Lewisb-Blutgruppenantigen, welches auch auf der Oberfläche von humanen Magenepithelzellen vorhanden ist (ILVER et al., 1997).
Auch extrazelluläre Substanzen wie Laminin, Vitronektin und Kollagen ermöglichen eine Bindung an das Epithel (DUNN et al., 1997). Auf seiner äußeren Hülle trägt H.
pylori Lewis-Blutgruppenantigene, die auch auf den Wirtszellen exprimiert werden.
Somit kann das Immunsystem des Wirts das Pathogen nicht als fremd erkennen und bietet ihm zunächst kampflos optimale Kolonisationsbedingungen (APPELMELK et al., 1997).
Als Virulenzfaktoren stehen direkt schädigende Eigenschaften des Bakteriums im Vordergrund (EATON, 1999). Der aus der Harnstoffspaltung entstandene Ammoniak führt nachweislich zu direkter Zellschädigung (DUNN et al., 1997). Von H. pylori gebildete Phospholipase A und eine bislang unidentifizierte Muzinase zerstören die schützende Mukusschicht und setzen das Epithel der aggressiven Magensäure aus (MAUCH et al., 1993; SMITH et al., 1994). Eine weitere Zellschädigung wird durch das vakuolisierende Zytotoxin (VacA) und die Zellwandbestandteile von H. pylori, den Lipopolysacchariden (LPS), vermittelt. VacA-bildende H. pylori-Stämme gelten als besonders pathogen und induzieren die Ausbildung von säurehaltigen Vakuolen im Zytoplasma von eukaryotischen Zellen (HACKELSBERGER u.
MALFERTHEINER, 1996). Die LPS können eine überschießende Immunreaktion des Wirts hervorrufen. Bei H. pylori tragen sie wirtsähnliche Lewis Blutgruppenantigen- Einheiten, die im Wirt eine entzündliche Autoimmunreaktion hervorrufen können (LEYH, 1996). H. pylori-Stämme, die das Zytotoxin-assoziierte Gen cagA expri- mieren, gelten als weitaus virulenter als CagA-negative Stämme. Es codiert für ein nicht-zytotoxisches Protein, welches von CagA-positiven H. pylori-Stämmen in die Magenepithelzellen des Wirtes eingeschleust wird und zu Veränderungen der Tyrosin-Phosphorylierung zellulärer Proteine führt (ODENBREIT et al., 2000). Sein Genort befindet sich am Ende einer Genreihe, genannt Pathogenitätsinsel (PAI), deren gesamtes Vorhandensein für die eigentliche Virulenz des jeweiligen Stammes verantwortlich ist (ATHERTON, 1998). Ein weiterer Virulenzfaktor ist ein neutrophile Granulozyten-aktivierendes Protein, welches die Anheftung der Immunzellen an das Magenepithel verstärkt (EVANS et al., 1995).
2.2 Die H. pylori-Infektion
2.2.1 Mensch
2.2.1.1 Epidemiologie
Eine Infektion mit H. pylori betrifft alle Populationen und kommt weltweit vor. Die vermutliche Infektionsrate liegt bei über 50% der Weltbevölkerung, jedoch nur 10- 20% der Infizierten entwickeln eine manifeste Erkrankung. Ein großer Unterschied in der Infektionsrate liegt zwischen Entwicklungsländern und Industriestaaten. Während dort nur etwa 25-30% der Bevölkerung mit H. pylori infiziert sind, sind in den Entwicklungsländern 70-90% der Menschen betroffen (DUNN et al., 1997). Eine geographische Ausnahme bilden jedoch einige afrikanische Länder, in denen die Rate der H. pylori-assoziierten Adenokarzinomentwicklung deutlich geringer ist als in anderen Entwicklungsländern. Als Ursache dafür wird eine Koinfektion mit Helminthen vermutet, die die durch H. pylori hervorgerufene Entzündung über Th2- vermittelte Mechanismen immunologisch dämpft (FOX et al., 2000). Eine Infektion mit H. pylori findet meist noch vor dem 10. Lebensjahr statt, wobei sozioökonomische Einflüsse eine große Rolle spielen. In den Industrieländern ist heutzutage aufgrund verbesserter Ernährungs- und Hygienestandards eine Infektion mit H. pylori im Kindesalter außerordentlich gering geworden, während in den Entwicklungsländern Kinder eher von einer Infektion betroffen sind (CAVE, 1997). Die Wege der Übertragung sind bis dato nicht vollständig aufgeklärt. Am wahrscheinlichsten gilt die fäkal-orale Übertragung über verunreinigtes Trinkwasser oder Nahrung. Oral-orale, iatrogene oder vektorielle Übertragungswege werden ebenfalls als möglich erachtet, jedoch konnten bis heute keine eindeutigen Beweise dieser Hypothesen erbracht werden (CAVE, 1997; DUNN et al., 1997).
2.2.1.2 Pathogenese
Nach oraler Aufnahme gelangt das Bakterium in den Magen, wo es durch spezielle Mechanismen durch den Magenschleim zum Epithel gelangt. In dessen nächster Nähe findet dann die Ansiedlung und Vermehrung statt. Das Epithel reagiert auf das Antigen mit Entzündungs- und Reparationsmechanismen. Durch Freisetzung von chemotaktisch wirksamen Botenstoffen werden in der geschädigten Schleimhaut polymorphnukleäre Entzündungszellen angelockt, die sich vor allem in der Lamina propria ansiedeln (CRABTREE, 1994). Das Auftreten von neutrophilen Granulozyten wird als charakteristisches Merkmal der H. pylori-assoziierten Gastritis angesehen (DIXON et al., 1996). Der Aktivitätsgrad der Entzündung korreliert mit der Ausprägung der Schleimhautschädigung und der Intensität der H. pylori-Infektion (FIOCCA et al., 1992; STOLTE et al., 1992). Weiterhin werden Mastzellen aktiviert, die die Entzündung durch Ausschüttung ihrer Mediatoren verstärken. Besonders wird die Bildung von Interleukin (IL)-8 in den Epithelzellen stimuliert, das wiederum eine Aktivitätssteigerung der Gastritis durch neutrophile Granulozyten hervorruft (GRAHAM, 1992). Die Dauer dieser akuten Phase der H. pylori-Infektion und ihr Verlauf hängen sowohl von der Stärke der individuellen Immunantwort und anderen genetischen Wirtsfaktoren als auch von der Virulenz des jeweiligen H. pylori-Isolats ab. Bei manchen Menschen tritt eine Spontanheilung ein, bei den meisten Patienten jedoch entwickelt sich nach kurzer akuter Entzündungsphase in den folgenden 3-4 Wochen eine chronische Gastritis (DIXON, 1997).
2.2.1.2.1 Chronisch-aktive (Typ B) Gastritis
Nach der akuten Phase der Gastritis mit Emigration von neutrophilen Granulozyten in die Lamina propria, teilweise begleitet von der Bildung von Kryptabszessen, geht die Entzündung schnell in das Stadium der Chronizität über. Es werden zwei Wege der Immunantwort eingeschlagen. Der erste sieht die gesteigerte Produktion von Entzündungssmediatoren wie Tumornekrosisfaktor α (TNF-α), Interferon γ (IFN-γ)
und dem Interzellulären Adhäsionsmolekül 1 (ICAM-1), IL-1, -4, -6 und -8 sowie die Bildung von H. pylori-spezifischen Antikörpern vor (TALMADGE et al., 1988; HATZ et al., 1997; ERNST et al, 1997). Vor allem die Immunglobulinklassen (Ig) A und G dominieren, wobei die spezifische IgG-Antwort alle vier IgG-Subklassen einschließt.
Sie tragen durch die Bildung von Antigen-Antikörperkomplexen zur Anlockung von neutrophilen Granulozyten und somit zur Epithelschädigung bei. Die Entzündungs- mediatoren führen zur Stimulierung der zellulären Immunantwort, vor allem zur Akti- vierung von T-Zellen und neutrophilen Granulozyten. Durch diese immunologischen Vorgänge allein kann H. pylori nicht eliminiert werden. Auf einem zweiten Weg kommt es zur Bildung von Lymphfollikeln. Diese bestehen vor allem aus geprägten B-Zellen, die durch Differenzierung zu Plasmazellen eine Ausschüttung von spezifischem IgA bewirken (KELLERHER et al., 1997).
Bei der zellulären Immunantwort unterscheidet man zwei Arten von T-Helferzellen:
Th1-Zellen, die eine akute Entzündungsreaktion mit Gewebeschädigung und Antikörperbildung hervorrufen und Th2-Zellen, die vor allem die sekretorische Immunantwort stimulieren. Die Immunreaktion auf H. pylori ist zum größten Teil Th1- vermittelt (DIXON, 1997). Da es sich bei H. pylori um ein extrazelluläres Pathogen handelt und diese Art der Immunantwort eher zur Bekämpfung intrazellulärer Erreger von Bedeutung ist, bleibt die induzierte Wirtsantwort gegen H. pylori nutzlos und die Infektion persistiert (BAMFORD et al., 1998). Bei Kindern stellt sich die H. pylori–
Infektion histologisch als chronisch-follikuläre Gastritis mit nur geringgradiger oder fehlender Infiltration neutrophiler Granulozyten dar. Hier überwiegt der Th2- vermittelte immunologische Weg mit charakteristisch knotiger Magenschleimhaut- struktur (DIXON, 1997).
Th1-Zellen exprimieren auch Fas-Ligand. Der zugehörige Fas-Rezeptor wird bei einer H. pylori-Infektion verstärkt auf der Oberfläche der Magenepithelzellen exprimiert. Der Fas/Fas-Ligand Komplex führt dann zum Tod der Fas-expri- mierenden Zelle durch Apoptose, in diesem Fall zum Untergang der Epithelzelle.
Verschiedene Untersuchungen haben gezeigt, dass H. pylori in vivo und in vitro eine gesteigerte Apoptose hervorruft (WAGNER et al., 1997; RUDI et al., 1998; WANG et al., 2000a). Der sogenannte programmierte Zelltod gehört zu den natürlichen
Regulationsmechanismen des Körpers und vollzieht sich ohne Entzündungsprozess.
In der aktivierten Zelle spielt sich eine durch die sogenannten Kaspasen katalysierte Kettenreaktion ab, durch die sich die Zelle abrundet und zur Phagozytose vorbereitet wird. Die Aktivierung kann durch Fas/Fas-Ligand, TNF-α/TNF-Rezeptor oder auch durch Stress induziert werden (HUG, 2000).
Das Stadium der chronisch-aktiven Gastritis kann bei manchen Patienten lebenslang asymptomatisch und unentdeckt bleiben. Abhängig von vielen Faktoren (Wirts-, Umwelt- sowie bakteriellen Faktoren) können sich aber auch die im Folgenden genannten Krankheiten entwickeln.
2.2.1.2.2 Peptische Ulkuskrankheit
Als Folge der H. pylori-assoziierten chronisch-aktiven Gastritits kann sich bei manchen Patienten die peptische Ulkuskrankheit entwickeln, deren Krankheitsbild sich in der Entstehung von Duodenal- oder Magenulzera äußert. Stellt sich die durch H. pylori hervorgerufene chronische Gastritis als diffus verteilt auf Antrum und Fundus (sog. Pangastritis) dar, entwickeln sich durch die anhaltende Gewebe- schädigung daraus eher Magengeschwüre. Betrifft die Entzündung das Antrum, tendieren diese Patienten eher zur Bildung von Duodenalulzera. Die lokale Säureproduktion spielt hierbei eine große Rolle (LEE et al., 1995; HUNT, 1996;
McCOLL et al.,1997; NGUYEN et al., 1999). Bei H. pylori-positiven Patienten mit Duodenalulzera findet man häufig eine antrale Gastritis mit erhöhter Magen- säureproduktion vor, die durch eine infektionsbedingte, gesteigerte Freisetzung von Gastrin induziert wird (GILLEN et al., 1997). Durch Übersäuerung im Duodenum kann eine gastrale Metaplasie mit anschließender Kolonisation von H. pylori im Duodenum hervorgerufen werden, die bei anhaltender Entzündung die Entstehung von Duodenalulzera begünstigt (KHULUSI et al., 1996). Bei der diffusen Gastritis ist die Magensäureproduktion aufgrund der fortschreitenden Atrophie normal bis reduziert. Bei einer daraus resultierenden Hypochlorhydrie werden die intragastralen Nitritwerte gesteigert und der Ascorbinsäuregehalt im Magensaft reduziert, welches
die Entstehung von Magenkrebs begünstigen kann. Die Prävalenz von H. pylori bei Magenulzera wird von VAIRA et al. (1997) mit 80-90% und bei Duodenalulzera mit 100% angegeben.
2.2.1.2.3 Atrophie, intestinale Metaplasie und Adenokarzinome
Unter Atrophie versteht man den Verlust des Drüsengewebes aufgrund einer chronischen Entzündung und Bildung von fibrotischem Ersatzgewebe (DIXON et al., 1996). Die Atrophie entwickelt sich meist nach langer chronischer H. pylori-Infektion.
Ihr Auftreten kann aber auch wieder von einer Reihe genetischer Faktoren (HLA- Genotyp, familiäre Häufung) abhängig gemacht werden. Auch die Virulenz des beteiligten H. pylori-Stammes (CagA-positive Stämme) ist von großer Bedeutung (LEE et al, 1995).
Intestinale Metaplasie ist der Ersatz des Magenepithels durch darmähnliches Gewebe. Sie entsteht im chronischen Verlauf von Gastritiden unterschiedlicher Ursachen und kann auch Folge der Atrophie sein. Intestinale Metaplasie wird in der Regel als Vorstufe der Karzinogenese angesehen. Bei beiden Formen der Umstrukturierung des Magengewebes kommt es zur Verminderung der H. pylori- Kolonisation. Die Entwicklung von Magenkrebs hängt unter anderem von der Ausgangsverteilung der chronischen Gastritis ab. Handelte es sich um eine korpus- betonte Gastritis mit Atrophie und somit einer Abnahme der Säureproduktion, besteht ein relativ hohes Risiko, Adenokarzinome zu entwickeln (DIXON et al., 1995, 1996).
2.2.1.2.4 B-Zell-MALT-Lymphom (MALTom)
Die Bildung von MALT (mucosa associated lymphoid tissue) in der Magenschleim- haut ist eine Reaktion der Wirtsabwehr auf eine Infektion mit H. pylori. MALT gilt als Vorläufer von Lymphomen, die im Verlauf einer H. pylori-Infektion entstehen können (DIXON, 1996; THIEDE et al., 1997). Die Bildung von Follikeln bestehend aus
geprägten T-Lymphozyten, Plasmazellen und B-Lymphozyten findet am Ort der Keimansiedelung statt (v.a. im Antrum) und korreliert mit der Schwere der Entzündung (STOLTE, 1996). Bei den MALT-Lymphomen handelt es sich meist um niedrig-maligne B-Zell-Lymphome, die sich nach geeigneter H. pylori-Eradikation wieder zurückbilden können (THIEDE et al., 1997). Die pathogenetische Beziehung zwischen hochgradig-malignen Lymphomen und H. pylori ist unklar, obwohl neue Daten auch eine Remission unter Eradikation des Keimes belegen (MORGNER et al., 2001). Nach neuesten Erkenntnissen wird auch H. heilmannii für die Entwicklung von nicht H. pylori-assoziierten B-Zell-MALTomen verantwortlich gemacht. Er kommt als nicht-pathogener Magenbewohner bei Hund, Katze und Primaten vor und konnte in mehreren Studien bei Patienten mit niedrig-malignem MALTom nachgewiesen werden (REGIMBEAU et al., 1998; MORGNER et al., 2000).
2.3 Genetische Wirtsfaktoren für die H. pylori-Infektion beim Menschen
Zwillingsstudien zeigen, dass genetischen Wirtsfaktoren beim Erwerb und in der Pathogenese der H. pylori-Infektion eine große Bedeutung zukommt. MALATY et al.
(1994) untersuchten den H. pylori-Status von monozygoten und dizygoten Zwillings- paaren, die gemeinsam bzw. getrennt aufgewachsen waren. Als Untersuchungs- parameter für eine H. pylori-Infektion diente der spezifische anti-IgG-Spiegel im Serum der Probanden. Dieser Parameter wird als geeigneter Marker für den Infektionsstatus angesehen, da die H. pylori-Infektion einen chronischen Verlauf zeigt, meist lebenslang besteht und Antikörper nach erfolgreicher medikamentöser Eradikation innerhalb eines Jahres nicht mehr nachweisbar sind. Die Konkordanzrate des Serumstatus war bei den gemeinsam aufgewachsenen, monozygoten Zwillingspaaren (80%) größer als bei den gemeinsam aufgewachsenen, dizygoten Zwillingspaaren (72%). Ähnliche Befunde ergaben sich für die getrennt aufge- wachsenen Zwillingspaare. Hier lag die Konkordanzrate bei monozygoten Zwillingen bei 82% und bei dizygoten Zwillingen bei 66%. Diese Befunde sprechen für das
Vorhandensein einer genetischen Suszeptibilität zum Erwerb der H. pylori-Infektion.
Des Weiteren konnte in einer Familienstudie für Geschwister von Patienten mit peptischer Ulkuskrankheit ein 2- bis 2,5-fach erhöhtes Risiko, ebenfalls diese Krank- heit zu entwickeln, festgestellt werden (DOLL et al., 1950, 1951). Neben genetischen Faktoren können allerdings auch Umweltfaktoren für die familiäre Häufung dieser Erkrankung verantwortlich gemacht werden.
Als weiterer potentieller genetischer Faktor mit Bedeutung für die H. pylori-Infektion wird das Geschlecht angesehen. Männer erkranken deutlich häufiger an Magenkrebs als Frauen (CRESPI et al., 1998). Ferner wurde in einigen Studien eine höhere H.
pylori-Infektionsrate bei Männern als bei Frauen beobachtet, wenngleich unklar bleibt, ob diese Befunde durch geschlechtsspezifisches Verhalten und somit einer höheren Expositionsrate der Männer zustande gekommen sind (NGUYEN et al., 1999).
Auch im Hinblick auf immungenetische Faktoren konnten geschlechtsspezifische Assoziationen festgestellt werden. So war nur bei H. pylori-infizierten Frauen der Genotyp TNF1/TNF1 des Promotor-Polymorphismus TNF-308 mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung von Duodenalulzera verbunden. Ferner wurde das Allel TNFa6 des Mikrosatellitenmarkers TNFa bei H. pylori-infizierten Frauen und bei H.
pylori-infizierten Frauen mit Magenulkus seltener beobachtet als bei H. pylori- negativen Frauen. Bei H. pylori-infizierten Männern mit Duodenalulkus trat das Allel TNFa10 seltener auf als bei H. pylori-infizierten Männern ohne Duodenalulkus (KUNSTMANN et al., 1999).
In einer Assoziationsstudie von EL-OMAR et al. (2000) wurde der Zusammenhang zwischen Polymorphismen im IL-1-Gencluster und dem Auftreten von H. pylori- induzierter Hypochlorhydrie, Schleimhautatrophie und Magenkrebs untersucht. IL-1β ist ein wichtiger Entzündungsmediator bei der H. pylori-Infektion und hemmt die Säureproduktion im Magen. Patienten mit H. pylori-assoziierter Fundusgastritis entwickeln im Krankheitsverlauf eine Hypochlorhydrie und Schleimhautatrophie, die als Vorstufe von Magenkrebs angesehen wird. Zwei Genotypen (IL-1B-31T+ und IL-1RN*2/*2) des IL-1-Genclusters waren mit einem signifikant erhöhten Risiko für die Entstehung dieser Krankheitsbilder verbunden. Als mögliche Erklärung für diese
Assoziationen führten die Autoren an, dass beide Genotypen mit einer hohen Sekretion von IL-1β im Magen als Folge einer H. pylori-Infektion einhergehen.
Neben Entzündungsmediatoren spielen auch Moleküle, die an der Präsentation und Erkennung von Antigenen beteiligt sind, eine wichtige Rolle bei Infektions- krankheiten. In diesem Zusammenhang ist der MHC-Komplex (major histo- compatibility complex) hervorzuheben. Beim Menschen wird er als HLA (human leukocyte antigen)-Komplex bezeichnet. Er besteht aus einer Gruppe hochpoly- morpher Gene, die unter anderem die Suszeptibilität für bestimmte Krankheiten autoimmuner oder immunopathologischer Ätiologie beeinflussen können (ALLCOCK et al., 2000). Es gibt deutliche Hinweise, dass eine Infektion mit H. pylori zu einer erhöhten Expression von MHC-Klasse-II-Genen führt und somit das Krankheitsbild mitbestimmt (WEE et al., 1992; FAN et al., 1998). So wurde beispielsweise eine Expression des MHC-Klasse-II-Antigens HLA-DR in der antralen Mukosa von H.
pylori-positiven Patienten mit chronischer Gastritis gefunden, während bei den Kontrollen (ohne Gastritis) kein HLA-DR-Antigen nachgewiesen werden konnte (WEE et al., 1992). In einer Studie von AZUMA et al. (1994) wurde der HLA-DQA1- Locus von Patienten mit chronischer Gastritis, Magen- oder Duodenalulzera untersucht und der H. pylori-Status bestimmt. Das Allel DQA1*0102 trat signifikant häufiger bei H. pylori-negativen Kontrollpatienten auf als bei H. pylori-positiven Patienten mit Magen- oder Duodenalulkus. Das Allel DQA1*0301 wurde hingegen seltener bei H. pylori-negativen Kontrollen als bei H. pylori-positiven Patienten mit peptischer Ulkuskrankheit nachgewiesen. Dem DQA1*0102-Allel wurde ferner eine gewisse Schutzfunktion gegenüber der H. pylori-induzierten atrophischen Gastritis und dem mit dieser Gastritisform assoziierten Magenadenokarzinom vom intestinalen Typ zugesprochen (AZUMA et al., 1998). Eine Assoziation bestimmter HLA-Allele und der Entwicklung einer Magenatrophie wurde auch von BEALES et al. (1995) ermittelt. Sie konnten zeigen, dass die HLA-DQ5-Frequenz bei H. pylori-positven Patienten mit gastrischer Atrophie signifikant höher war als bei den Negativkontrollen und H. pylori-positiven Patienten ohne diese Veränderungen.
Weiterhin wurde Blutgruppen-Antigenen eine Bedeutung als genetisch determinierte Wirtsfaktoren für die H. pylori-Infektion zugesprochen. Bei Patienten mit Duodenal-
ulkus konnte häufiger die Blutgruppe 0 nachgewiesen werden als bei Kontroll- personen und Patienten mit gastrischen Ulzera (CLARKE et al., 1956). Ferner stellten BOREN et al. (1993) einen Zusammenhang zwischen erhöhter Suszeptibilität für eine H. pylori-Infektion und der Sekretion von Lewisb-Antigen fest, welches als potentieller Rezeptor für H. pylori gilt (ILVER, 1997). YANG et al. (2001) wiesen ebenso einen Zusammenhang zwischen Lewisb-Sekretion und hohen Kolonisations- und Entzündungsraten bei H. pylori-infizierten Menschen in Taiwan nach. Andere Studien konnten diese Beobachtungen jedoch nicht bestätigen (DICKEY et al., 1993;
NIV et al., 1996).
Die individuelle Magensäureproduktion, genetisch determiniert oder erworben, beeinflusst sowohl das Wachstum und die Lokalisation von H. pylori als auch das Verteilungsmuster der Entzündung im Magen. Anfänglich induziert H. pylori eine Hypochlorhydrie, so daß es die gesamte Schleimhaut besiedeln kann. Anschließend reguliert die individuelle Säureproduktion die weitere Ansiedlung. Liegt die Säureproduktion unter dem inhibitorischen Grenzwert für Wachstum und Kolonisation von H. pylori, entwickelt sich als Folge der Besiedlung aller Schleim- hautregionen eine Pangastritis, die mit einem erhöhten Risiko für die Entstehung von Magenulzera, Schleimhautatrophie und Magenkrebs verbunden ist (LEE et al., 1995;
GO, 1997; GRAHAM, 1997; NGUYEN et al., 1999). Aufgrund des Belegzellen- verlustes sinkt der Säuregehalt im Magensaft (MULHOLLAND et al., 1993). Dies ist vor allem bei infizierten Menschen in den Entwicklungsländern der Fall. In den Industrieländern neigen die Betroffenen ernährungs- oder genetisch bedingt (z. B.
hohe Anzahl an Belegzellen) eher zu einer hohen Säureproduktion im Fundus, welches zur Besiedlung und Entzündung des säurearmen Antrums führt. Dies ist mit einem erhöhten Risiko für die Entstehung duodenaler Ulzera verbunden (LEE et al., 1995; GO, 1997; GRAHAM, 1997; NGUYEN et al., 1999). Bei Patienten mit Duodenalulzera induziert H. pylori einen Anstieg des Serumgastrinspiegels und führt zur Hypersekretion von Magensäure (MCCOLL, 1997).
2.4 Tiermodelle für die Helicobacter-Infektion
Es existieren eine Reihe von Tiermodellen, die zur Erforschung der Pathogenese der H. pylori-assoziierten Erkrankungen beim Menschen ihren Einsatz finden. Keines dieser Tiermodelle ist jedoch bisher in der Lage, die beim Menschen bestehenden Verhältnisse exakt zu imitieren. Die Entzündungsreaktionen bei den verschiedenen Tiermodellen, hervorgerufen durch natürliche oder experimentelle Infektionen mit Helicobacter sp., gleichen im Allgemeinen eher der Pathologie H. pylori-infizierter Kinder. Hierbei handelt es sich um eine milde Gastritis mit monomorph-nukleären Zellinfiltraten. Das Erscheinungsbild der „chronisch-aktiven“ Gastritis beim Erwachsenen konnte bislang im Tiermodell nicht regelmäßig beobachtet werden (LEE, 1998). Vor 1998 mangelte es vor allem an Tiermodellen zur Untersuchung der Entstehung von H. pylori-assoziierten Magenulzera und -karzinomen. Versuche mit dem mongolischen Gerbil brachten hier einen ersten Durchbruch (HONDA et al., 1998; SAWADA et al., 1998; WATANABE et al., 1998; WIRTH et al., 1998; OGURA et al., 2000).
Die bislang bekannten Tiermodelle ermöglichten insbesondere Untersuchungen über Kolonisations- und Virulenzfaktoren des Bakteriums sowie über Wirtsfaktoren im Infektionsgeschehen. Ferner wurden sie in Pathogenesestudien der Infektion sowie in immunologischen Untersuchungen eingesetzt und fanden Verwendung in Therapiestudien und der Vakzineentwicklung. Besonders die Mausmodelle (experimentelle Infektion mit H. felis oder mit humanen H. pylori-Isolaten) finden seit kurzem großen Einsatz. Aufgrund der großen Zahl verfügbarer Inzuchtstämme und Mutanten sowie der Vielfalt genetischer Marker, aber auch der einfachen Handhabung und Wirtschaftlichkeit halber, bietet dieses Tiermodell entscheidende Vorteile gegenüber anderen (LEE, 1998).
Zur Standardisierung von Tiermodellen für die H. pylori-Infektion wurden 1995 die
„Lausanner Kriterien“ festgelegt (MICHETTI et al., 1996). Demnach sollten zur Beschreibung eines Tiermodells unter Verwendung von H. pylori-Isolaten Angaben zu folgenden Punkten gemacht werden: (1) Grad der Kolonisation und Grad der pathologischen Veränderungen der Magenschleimhaut, (2) Anzahl der H. pylori-
Organismen pro Gramm Magengewebe, (3) Auftreten/Abwesenheit von bakterieller Adhäsion, (4) längster erreichter Kolonisationszeitraum und (5) Anzahl der in vitro Passagen, bei der das Bakterium seine Kolonisationsfähigkeit behält. Somit sollen die Ergebnisse der Experimente zwischen den einzelnen Laboratorien besser vergleichbar werden (LEE et al., 1997).
2.4.1 Schweine
Gnotobiotische Ferkel gehörten zu den ersten Tiermodellen, bei denen sich ein humanes H. pylori-Isolat erfolgreich reisolieren ließ. KRAKOWA et al. (1987) erzielten bei der experimentellen Infektion der Tiere eine Reisolationsrate von 100%.
Im Gegensatz hierzu waren konventionelle, keimbesiedelte Schweine nicht zu infizieren. Das histologische Bild zeigte bei den erfolgreich infizierten, gnoto- biotischen Ferkeln eine milde chronische Gastritis mit wenigen neutrophilen Granulo- zyten in der Mukosa, einigen lymphoiden Aggregationen in der Mukosa und Submu- kosa sowie in seltenen Fällen Ulzerationen der Magenschleimhaut (EATON et al., 1989). Die zelluläre Immunantwort bei dieser Infektion bestand hauptsächlich aus T- Lymphozyten (FOX u. LEE, 1993, 1997). Nur durch eine der Infektion vorange- gangene Immunisierung mit Formalin-inaktiviertem H. pylori-Antigen konnte bei den Ferkeln eine chronisch-aktive Gastritis induziert werden (LEE, 1998). Des Weiteren konnten mit Hilfe dieses Tiermodells erstmals Virulenz- und Kolonisationsfaktoren von H. pylori identifiziert werden. So war ein humanes H. pylori-Isolat, das weder die Fähigkeit zur Motilität noch zur Produktion von Urease besaß, nicht in der Lage, die Magenschleimhaut von gnotobiotischen Ferkeln zu kolonisieren (EATON et al., 1992). Ein entscheidender Nachteil in der Nutzung dieses Modells ist, dass die Ferkel aufgrund ihres schnellen Wachstums nur bis zu einem Alter von drei Monaten in Isolatoren gehalten werden können und somit Langzeitstudien nicht möglich sind (LEE, 1998). Versuche, erwachsene Tiere mit SPF (spezifiziert pathogenfrei)-Status zu infizieren, scheiterten (ENGSTRAND, 1995).
2.4.2 Frettchen
Das Frettchen stellt eines der Tiermodelle mit natürlicher Infektion durch eine Helicobacter-Art dar (FOX et al., 1990). H. mustelae konnte 1985 aus einem Frettchen mit Duodenalulkus isoliert werden (FOX et al., 1991; ENGSTRAND, 1995;
FOX u. LEE, 1997). Genau wie beim Menschen kann es zur Entstehung einer chro- nischen Gastritis vor allem in der Fundus- und Pylorusdrüsenzone kommen. Auch das Auftreten von Ulzerationen und Drüsenatrophie wurde bei einigen Tieren beobachtet (PERKINS et al., 1996). H. mustelae haftet wie H. pylori beim Menschen fest am Magenepithel, bildet Urease und bewegt sich mit Hilfe von Flagellen fort.
Eine Gastritis mit Beteiligung von neutrophilen Granulozyten wird jedoch nur selten und in milder Ausprägung beobachtet. Im Gegensatz dazu führte eine experimentelle, orale Infektion mit H. mustelae bei 100% der infizierten Frettchen zu einer fokalen, chronischen Gastritis, teilweise auch mit gastroduodenalen Ulze- rationen (LEE, 1998). Eine Behandlung durch Triple-Antibiose führte zur Eradikation der Infektion, die Gabe von Protonenpumpenhemmern führte zur Ausscheidung von lebenden H. mustelae mit dem Kot (FOX et al., 1993a). Somit ist dieses Tiermodell geeignet für Behandlungsstudien und Untersuchungen zu Übertragungswegen des Keimes (LEE, 1998). Das natürlich vorkommende, H. mustelae-assoziierte Magen- adenokarzinom beim Frettchen und die erhöhte Reaktionsbereitschaft infizierter Tiere auf chemische Mutagene lassen einen Zusammenhang zwischen dem Bakterium und der Entstehung von Magenkrebs vermuten (LEE, 1998; EATON, 1999). FOX et al. (1991) gelang es, eine H. mustelae-freie Frettchenkolonie aufzubauen, die Untersuchungen über Virulenz- und Kolonisationsfaktoren des Bakteriums sowie zur Pathogenese der Krankheitsbilder ermöglicht. Als Vorteile dieses Tiermodells für in vivo Helicobacter-Studien gelten weiter die große Ähnlichkeit der anatomischen und physiologischen Gegebenheiten des Frettchen- magens mit dem Magen des Menschen sowie die leichte Verfügbarkeit und das leichte Handling der Tiere. Nachteilig bleibt, dass H. mustelae nur ein Verwandter von H. pylori ist (ENGSTRAND, 1995; FOX u. LEE, 1993).
2.4.3 Hunde und Katzen
Bei Hunden zeigten zwei unabhängig voneinander durchgeführte Studien, dass sich keimfreie Beagle-Welpen sowohl mit H. pylori als auch mit H. felis infizieren ließen (RADIN et al., 1990; LEE et al 1992). Der Kolonisationsgrad war bei den H. pylori- infizierten Tieren sehr gering, jedoch entwickelte sich eine lymphoplasmazytäre Gastritis. Diese Studien zeigten, dass die aktive Komponente (Infiltration von neutro- philen Granulozyten) der Immunantwort auf eine Infektion mit Helicobacter sp. alters- abhängig ist, da sich bei diesen jungen, immunologisch unterentwickelten Tieren eine mononukleäre Gastritis entwickelte wie sie auch bei Kindern beobachtet wird (LEE, 1998).
SPF-Katzen, frei von natürlichen Infektionen mit H. felis und H. heilmannii, konnten mit einem ausgewählten humanen H. pylori-Isolat erfolgreich experimentell infiziert werden, wobei gute Kolonisationsraten in Antrum und Kardia beobachtet wurden. Im Serum konnte H. pylori-spezifisches IgG nachgewiesen werden. Mit Ausnahme eines Tieres wurde eine hauptsächlich mononukleäre Entzündung der Magenschleimhaut festgestellt (FOX et al., 1995). In einem weiteren Versuch wurden SPF-Katzen nach Prämedikation mit Cimetidin mit einem aus der Katze stammenden H. pylori-Isolat experimentell infiziert. Innerhalb von 7 Monaten entwickelte sich bei diesen Tieren eine multifokale Gastritis mit lymphoiden Aggregaten (FOX et al., 1995). Das Katzen- modell bietet die Möglichkeit für detaillierte Studien über die Wirtsantwort auf eine H.
pylori Infektion (LEE, 1998).
2.4.4 Ratten
Die Infektion gnotobiotischer Ratten mit H. felis führte zu einer lymphoiden Gastritis im Pylorus, deren histologisches Bild der H. pylori-Infektion bei Kindern ähnelte.
Polymorphnukleäre Infiltrate fehlten hier (FOX et al., 1991; FOX u. LEE, 1993).
Ferner gelang es LI et al. (1998), männliche Sprague-Dawley-Ratten mit einem mausadaptierten H. pylori-Stamm zu infizieren. Nach zwei Monaten konnte H. pylori
aus allen infizierten Ratten reisoliert werden. Das histologische Bild der Magen- schleimhaut beinhaltete eine milde bis moderate, antrale Gastritis. Neutrophile Granulozyten traten im Gegensatz zur humanen H. pylori-Infektion nur selten auf.
2.4.5 Primaten
Verschiedene Primatenarten (Rhesusaffen, Schimpansen) sind natürlicherweise mit Helicobacter-Arten (z. B. H. heilmannii) infiziert (SOLNICK et al., 1992). Bei Monoinfektion mit den natürlich vorkommenden Spezies wurde nur eine milde Gastritis bei hoher Kolonisationsrate beobachtet. Kam eine zusätzliche Infektion mit H. pylori hinzu (experimentell, natürlicherweise oder zufällig durch Menschen- kontakt), verstärkte sich die Pathologie. Infizierte man Helicobacter-freie Tiere mit H.
pylori, entsprach das histologische Bild dem der Koinfektion. Es waren sowohl monomorph- als auch polymorphnukleäre Infiltrate in der Schleimhaut sichtbar. Nach der experimentellen Infektion von Rhesusaffen mit H. pylori kam es bei einigen Tieren zur Atrophie der Magenschleimhaut und zum Auftreten von Erosionen (DUBOIS et al., 1994).
Einige Tiere, die in einer H. pylori-durchseuchten Kolonie aufwuchsen, ließen sich nicht oder nur kurzzeitig mit H. pylori experimentell infizieren. Daraus wurde auf eine gewisse Resistenz gegenüber einigen H. pylori-Stämmen geschlossen, wie sie auch beim Menschen beobachtet wurde (DUBOIS, 1998).
Ebenso wie bei der humanen H. pylori-Infektion konnten auch Primaten mit Anti- biotika und Protonenpumpenhemmern behandelt und geheilt werden (LEE, 1998).
Ein entscheidender Vorteil des Primatenmodells liegt in der Möglichkeit, den Verlauf der Infektion durch konsekutive Endoskopie zu verfolgen und in der Ähnlichkeit in Anatomie und Physiologie des Primatenmagens mit dem menschlichen Magen (LEE, 1998). Nachteilig sind jedoch die hohen Kosten, das schwierige Handling und die Tatsache, dass natürliche Helicobacter-Arten den Primatenmagen besiedeln und somit die Interpretation der Untersuchungsergebnisse erschwert werden könnten (ENGSTRAND, 1995; FOX u. LEE, 1993, 1997).
2.4.6 Gerbils
1996 wurde das H. pylori-Infektionsmodell des mongolischen Gerbils durch HIRAYAMA et al. etabliert. In verschiedenen Studien (HONDA et al., 1998; SAWADA et al., 1998, WATANABE et al., 1998) wurden Auszuchtstämme von SPF-Gerbils mit unterschiedlichen H. pylori-Isolaten experimentell infiziert und im Kurz- (1 Woche) sowie Langzeitversuch (62 Wochen) untersucht. Dabei wurde die Bildung von intestinaler Metaplasie (nach 12 Wochen) und Adenokarzinomen (37%) in der Magenschleimhaut im Langzeitversuch (nach 62 Wochen) vor allem im Bereich des Pylorus beobachtet. Duodenale Läsionen konnten jedoch nicht festgestellt werden.
Die Lokalisation sowie der Zellbefund glichen dem des Menschen mit H. pylori- assoziiertem Magenkrebs. Somit wurde die Erklärung der WHO International Agency for Research on Cancer von 1994, dass es sich bei H. pylori um ein humanes Klasse 1 Karzinogen handele, erstmals durch ein Tiermodell bestätigt.
Die Ursache für das regelmäßige Auftreten von Tumorvorstufen oder Adeno- karzinomen nach experimenteller Infektion mit H. pylori im Vergleich zu anderen Tiermodellen wird in einer bestimmten Variante des Mastzelltyps oder in einem anderen Zytokinmuster der Gerbils vermutet (WATANABE et al., 1998).
Ein Vorteil dieses Tiermodells ist, dass eine natürliche Besiedelung des Magens mit Helicobacter sp. nicht vorkommt. Fehlinterpretationen der Ergebnisse können daher weitestgehend ausgeschlossen werden. Des Weiteren treten spontane Gastritiden beim Gerbil sehr selten auf. Im Kurzzeitversuch zeigten Gerbils weitaus deutlichere entzündliche Veränderungen als beispielsweise Mäuse. Auch die Ausbeute an histologisch verwertbarem Material ist höher und die Lebensspanne länger als bei der Maus. Das Gerbilmodell eignet sich gut zur Erforschung der H. pylori- assoziierten Karzinogenese und zur Studie von Virulenz- und Kolonisationsfaktoren einzelner H. pylori-Stämme.
Ungeeignet ist das Gerbilmodell zur Untersuchung der Pathogenese duodenaler Veränderungen, wie sie beim Menschen beobachtet werden (SAWADA et al., 1998).
Ferner wirkt sich der undefinierte genetische Hintergrund der Gerbilstämme nachteilig auf die Untersuchung genetischer Wirtsfaktoren aus (WIRTH et al.,1998).
2.4.7 Mäuse
2.4.7.1 H. felis-Modell
H. felis ist eine aus dem Katzenmagen isolierte Helicobacter-Art und unterscheidet sich in seiner Morphologie, Kolonisationsart und der bei einer Infektion hervorgerufenen Pathogenese im Mausmodell deutlich von H. pylori. H. felis ist länger mit zusätzlichen Windungen, kolonisiert in großer Anzahl und tief in den Magendrüsen und besitzt keine Anheftungsmechanismen. H. felis hat ein breiteres Wirtsspektrum und die im Tiermodell hervorgerufene Pathologie ist deutlicher als die bei experimentell mit H. pylori infizierten Tieren. Das H. felis-Mausmodell wurde 1990 entwickelt. Dabei zeigten keimfrei gehaltene Swiss-Webster Mäuse eine hochgradige Kolonisation der Magenschleimhaut mit der Entwicklung einer chronisch-aktiven Gastritis ähnlich der Pathologie beim Menschen (LEE et al., 1990). Zur Unter- suchung der Wirtsspezifität im Mausmodell wurden verschiedene keimbesiedelte Mausinzuchtstämme mit demselben H. felis-Isolat infiziert. Einige Mausstämme entwickelten bei einer Infektiondauer von 6 Monaten praktisch keine Entzündung (BALB/c, CBA), zeigten jedoch hohe Kolonisationsraten vor allem im Pylorusdrüsenbereich. Andere Stämme (SJL, DBA/2, C57BL/6) entwickelten im gleichen Zeitraum eine moderate bis schwere, chronisch-aktive Gastritis mit beginnender Atrophie im Fundusdrüsenbereich, die im zeitlichen Verlauf an Schwere zunahm. Die Kolonisation nahm im Verlauf der Infektion im Pylorusdrüsenbereich ab, was Beobachtungen bei H. pylori-infizierten Menschen entspricht (SAKAGAMI et al., 1996). Beim Einsatz eines MHC-kongenen Quartetts mit den beiden Hintergrundstämmen C57BL/6By und BALB/cBy sowie den entsprechenden kongenen Stämmen B6.C-H2d/aBy und C-B10-H2b/LiMcdJ wurde ersichtlich, dass sowohl MHC-Klasse-II- als auch Nicht-MHC-Klasse-II-Gene für die Ausbildung einer Helicobacter-induzierten Gastritis verantwortlich sind (MOHAMMADI et al., 1996).
Zur Untersuchung der Rolle des humoralen und zellulären Immunsystems bei einer H. felis-Infektion wurden immundefiziente C.B-17-Prkdcscid-Mäuse und immun- kompetente Kontrollen (C.B-17) jeweils für einen Infektionszeitraum von 8 Wochen
experimentell mit H. felis infiziert. Aufgrund des Fehlens von funktionellen T- und B- Lymphozyten reagierten die C.B-17-Prkdcscid-Mäuse lediglich mit einer gesteigerten Schleimhautinfiltration unspezifischer Immunzellen (neutrophile Granulozyten, Makrophagen und natürliche Killerzellen). Im Gegensatz dazu bildeten die immunkompetenten C.B-17-Mäuse Plasmazellen und lymphoide Aggregationen in der Magenschleimhaut sowie H. felis-spezifische Antikörper im Serum aus. Die C.B- 17-Prkdcscid-Mäuse wiesen eine höhere Kolonisationsrate auf als die immun- kompetenten Kontrolltiere, jedoch ohne statistische Signifikanz. Auch bezüglich des Entzündungsgrades gab es zwischen den beiden Gruppen keine signifikanten Unterschiede. Die Autoren (BLANCHARD et al., 1995) schlossen daraus, dass das adaptive Immunsystem für die Entwicklung einer chronischen Entzündung in diesem Modellsystem nicht notwendig ist und nur geringgradig die Schleimhautbesiedlung mit H. felis beeinflusst. Diese Hypothesen stehen allerdings im Gegensatz zu den Befunden von ROTH et al. (1999). In ihren Untersuchungen reagierten H. felis- infizierte T- und B-zelldefiziente C57BL/6J-Rag1tm1Mom- sowie T-zelldefiziente C57BL/6J-Tcrbtm1Mom Tcrdtm1Mom-Defektmutanten im Vergleich zu C57BL/6J-Wildtyp- mäusen mit einer hochgradigen Kolonisation der Magenschleimhaut nach einer Infektionsdauer von 10 Wochen. Eine Entzündungsreaktion blieb bei den Defekt- mutanten weitestgehend aus. Bei den C57BL/6J-Wildtypmäusen sowie bei B- zelldefizienten C57BL/6-Igh6tm1Cgn-Mäusen hingegen kam es nach H. felis-Infektion zu einer hochgradigen Entzündungsreaktion in der Magenschleimhaut. Diese Befunde lassen vermuten, dass T-Zellen eine kritische Funktion bei der H. felis-indu- zierten Entzündungsreaktion besitzen. Als wichtige Ursache für die Unterschiede zu den Untersuchungen von BLANCHARD et al. (1995) diskutierten die Autoren die unterschiedlichen genetischen Hintergründe (C.B-17 versus C57BL/6) der eingesetzten Mutanten. Weitere Untersuchungen zeigten, dass die Immunantwort auf eine H. felis-Infektion hauptsächlich Th1-zellvermittelt ist (MOHAMMADI et al., 1997). Somit ist das Bakterium einer Immunantwort ausgesetzt, wie sie sonst gegen intrazelluläre Erreger auftritt. Diese Antwort ist ineffektiv zur Bekämpfung von schleimhautbesiedelnden Mikroorganismen (FOX et al., 1993b; BAMFORD et al., 1998). Eine wichtige Rolle bei der Wirtsimmunantwort gegenüber einer Helicobacter-
