Tierärztliche Hochschule Hannover
Untersuchungen zur Analytik und diagnostischen Aussagekraft von IL-10 und TNF-α beim Hund
INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer
Doktorin der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
(Dr. med. vet.)
vorgelegt von Alexandra Becker
Göttingen
Hannover 2017
Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Dr. F.-J. Kaup,
Deutsches Primatenzentrum, Göttingen
Prof. Dr. S. Neumann,
Kleintierklinik des Tierärztlichen Institutes der Georg-August-Universität, Göttingen
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. F.-J. Kaup
2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. M. Hewicker-Trautwein Tag der mündlichen Prüfung: 7. November 2017
Meinem Bruder Mario
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung ... 15
2 Literaturübersicht ... 17
2.1 Zytokine – Ein allgemeiner Überblick ... 17
2.2 IL-10 ... 20
2.2.1 IL-10 - Rezeptor und Signaltransduktion ... 21
2.2.2 Beeinflussung anderer Signalwege durch IL-10 ... 24
2.2.3 IL-10-Wirkungsspektrum ... 25
2.2.4 IL-10 in der humanmedizinischen Literatur ... 28
2.2.5 IL-10 in der veterinärmedizinischen Literatur ... 32
2.3 TNFα ... 34
2.3.1 TNF-α-Rezeptor und Signaltransduktion ... 37
2.3.2 TNF-α-Wirkungsspektrum ... 40
2.3.3 TNF-α in der humanmedizinischen Literatur ... 45
2.3.4 TNF-α in der veterinärmedizinischen Literatur ... 49
3 Material und Methoden ... 53
3.1 Patienten ... 53
3.1.1 Gesunde Hunde ... 53
3.1.2 Erkrankte Hunde ... 54
3.2 Geräte und Verbrauchsmaterialien ... 54
3.2.1 Geräte ... 54
3.2.2 Verbrauchsartikel ... 55
3.2.3 Canine IL-10 Quantikine® ELISA ... 55
3.2.4 Canine TNF-α Quantikine® ELISA ... 56
3.2.5 Human TNF-α Quantikine® HS ELISA ... 57
3.3 Probengewinnung und Verarbeitung ... 58
3.3.1 Blutprobengewinnung ... 58
3.3.2 Aufbereitung der Proben ... 59
3.4 ELISA ... 60
3.4.1 Beschreibung ... 60
3.4.2 Prinzip des ELISA zur Bestimmung von IL-10 bzw. TNF-α ... 63
3.4.3 Haltbarkeit ... 64
3.4.4 Testdurchführung „Canine IL-10 Quantikine® ELISA “ ... 64
3.4.5 Testdurchführung „Canine TNF-α Quantikine® ELISA“ ... 66
3.4.6 Testdurchführung „Human TNF-α Quantikine® HS ELISA“ ... 67
3.5 Auswertung ... 69
3.5.1 Auswertung der ELISA ... 69
3.5.2 Statistische Auswertung ... 69
4 Ergebnisse ... 70
4.1 IL-10 ... 70
4.1.1 Haltbarkeit ... 70
4.1.2 Patienten ... 71
4.1.3 Rassenverteilung gesunder Hunde ... 71
4.1.4 Geschlechtsverteilung gesunder Hunde ... 72
4.1.5 Altersverteilung gesunder Hunde ... 72
4.1.6 Rassenverteilung kranker Hunde ... 72
4.1.7 Geschlechtsverteilung kranker Hunde ... 73
4.1.8 Altersverteilung kranker Hunde ... 73
4.1.9 Einteilung der Krankheiten ... 74
4.1.10 Blutkonzentrationen von IL-10 ... 75
4.1.11 IL-10-Konzentrationen bei neoplastischen Erkrankungen ... 76
4.1.12 IL-10-Konzentrationen bei entzündlichen Erkrankungen ... 79
4.1.13 IL-10-Konzentrationen bei Hepatopathien ... 81
4.1.14 IL-10-Konzentrationen bei anderen Erkrankungen ... 81
4.2 TNF-α ... 83
4.2.1 Patienten ... 83
4.2.2 Rassenverteilung gesunder Hunde ... 83
4.2.3 Geschlechtsverteilung gesunder Hunde ... 83
4.2.4 Altersverteilung gesunder Hunde ... 84
4.2.5 Rassenverteilung kranker Hunde ... 84
4.2.6 Geschlechtsverteilung kranker Hunde ... 85
4.2.7 Altersverteilung kranker Hunde ... 85
4.2.8 Einteilung der Krankheiten ... 85
4.2.9 Blutkonzentrationen von TNF-α ... 86
4.2.10 Kombination der Blutwerte von IL-10 und TNF-α ... 87
5 Diskussion ... 89
5.1 IL-10 ... 90
5.1.1 Haltbarkeit ... 90
5.1.2 Referenzwerte ... 90
5.1.3 IL-10 bei kranken Hunden ... 92
5.1.4 IL-10 bei neoplastischen Erkrankungen ... 92
5.1.5 IL-10 bei entzündlichen Erkrankungen ... 97
5.1.6 IL-10 bei Lebererkrankungen ... 101
5.1.7 IL-10 bei sonstigen Erkrankungen ... 103
5.1.8 Zusammenfassende Bewertung ... 104
5.2 TNF-α ... 106
5.3 Zusammenspiel von IL-10 und TNF-α ... 110
6 Zusammenfassung ... 112
7 Summary ... 114
8 Literaturverzeichnis ... 116
9 Tabellen ... 148
10 Referenzwerte ... 158
Abkürzungsverzeichnis
APC Antigen-Presenting Cell
apTT aktivierte partielle Thromboplastinzeit ASK-1 Apoptosis-Stimulated Kinase-1
bcl-2 B-cell lymphoma Protein
BCRF-1 Bam Hi C fragment rightward reading Frame
BMI Body Mass Index
bzw beziehungsweise
cAMP cyclisches Adenosinmonophosphat
CARS Compensatory Anti-Inflammatory Response-Syndrome CC-/CXC-/CX3C Chemokine
CD4+ CD4-Helferzelle
CD8+ Zytotoxische T-Zelle
CD80 Co-stimulatory Factor CD80 CHO-cells Chinese Hamster Ovary Cells
cIAP Cellular Inhibitor of Apoptose-Protein
EGF Epidermal Growth Factor
ELISA Enzyme-Linked Immunosorbent Assay FADD Fas-associated Death Domain
FCI Fédération Cynologique Internationale G-CSF Granulocyte Colony-Stimulating Factor GLUT4 Glucosetransporter-4
GMCSF Granulocyte Macrophage Colony-Stimulating Factor
HGF Hepatocyte Growth Factor
hIL humanes Interleukin
HLA-DR Human Leukocyte Antigen-Antigen D-Related HMGB1 High Mobility Group Box 1
IBD Inflammatory Bowel Disease
IKK Inhibitor of κB Protein Kinase
IL Interleukin
IL-10R IL-10-Rezeptor
INF Interferon
INT-Violett Iodonitrotetrazolium-Violett IκBα Inhibitor of κB-α-Protein
JAK Janus-Kinase
kDa Kilodalton
LPS Lipopolysaccharid
MAP Mitogen-Activated Protein
MAPKKK Mitogen-Activated Kinase Kinase Kinase
MCH Mean Corpuscular Hemoglobin
MCHC Mean Corpuscular Hemoglobin Concentration MCP-2 Monocyte Chemotactic Protein-2 (Chemokin CCL8) M-CSF Macrophage Colony-Stimulating Factor
MCV Mean Corpuscular Volume
MDC Macrophage-Derived Chemokin (Chemokin CCL22)
MHC-II MHC-Klasse-II-Komplex (Major Histocompatibility Complex) MIP Macrophage Inflammatory Protein (Chemokin CCL3)
mRNA messengerRNA
NADPH Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat NAP-2 Neutrophil-Activating Peptide-2
NFκB Nuclear Factor `kappa-light-chain-enhancer´ of activated B-cells
NGF Nerve Growth Factor
NK-Zellen Natürliche Killerzelle
nm Nanometer
OHE Ovariohysterektomie
PAF Platelet-Activating Factor
PBMC Peripheral Blood Mononuclear Cells pg/ml Pikogramm pro Milliliter
PGE-2 Prostaglandin E2
PGI Prostaglandin I2
PLAD Preligand Binding Assembly Domain
PLIN-1 Perilipin-1
pT Thromboplastinzeit
RANTES Chemokin CCL5
RAS Rat Sarcoma Protoonkogen
RIP Receptor-Interacting Protein SH2-Domäne Src-Homology-2-Domäne
SIRS Systemic Inflammatory Response-Syndrome
SLE Systemic Lupus Erythematosus
SOCS Suppressor of Cytokine Signaling
SODD Silencer of Death Domain
STAT3 Signal Transducers and Activators of Transcription
sTNFR soluble TNF Receptor
TACE TNF-α-Converting Enzyme
TH1, TH2 Typ1- bzw. Typ2-T-Helferzelle
TIMP Tissue Inhibitor of Metalloproteinases
TNF Tumornekrosefaktor
TNF-R Tumornekrosefaktor-Rezeptor
TRADD TNF-Receptor Associated Death Domain TRAF TNF-Receptor associated Factor
Tyk2 Tyrosinkinase-2
Tyr Tyrosinrest
VEGF Vascular Endothelial Growth Factor
ZNS Zentrales Nervensystem
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Das humane kristalline Interleukin-10-Molekül ... 21
Abbildung 2: IL-10-Signaltransduktion ... 23
Abbildung 3: Wirkungsspektrum von IL-10 ... 27
Abbildung 4: Das humane kristalline TNF-α-Molekül ... 36
Abbildung 5: TNF-α-Signaltransduktion ... 40
Abbildung 6: Wirkungsspektrum von TNF-α ... 44
Abbildung 7: Gruppenunterschiede in Abhängigkeit vom Alter ... 74
Abbildung 8: IL-10-Konzentrationen bei gesunden und kranken Hunden ... 75
Abbildung 9: IL-10-Konzentrationen in Abhängigkeit der Diagnose ... 82
Abbildung 10: TNF-α-Konzentration bei gesunden und kranken Hunden ... 87
Abbildung 11: Faktoren, die die Messung von Zytokinen beinträchtigen können ... 109
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Haltbarkeitsstudie IL-10 ... 71
Tabelle 2: Übersicht der Patientenanzahl mit messbaren IL-10-Konzentrationen innerhalb der Krankheitsgruppen ... 76
Tabelle 3: Untersuchungen zu Unterschieden in den IL-10-Serumkonzentrationen zwischen Hunden mit malignen und mit benignen Tumoren. ... 77
Tabelle 4: Befunde der Gesäuge-Neoplasien und zugehörige IL-10- Serumkonzentrationen ... 78
Tabelle 5: IL-10-Konzentrationen bei verschiedenen Hündinnen mit Pyometra, Komorbiditäten und Gesamtleukozytenzahl ... 80
Tabelle 6: Diagnosen der Hunde mit messbaren TNF-α-Konzentrationen ... 86
Tabelle 7: Diagnosen der Hunde mit IL-10-Konzentrationen ... 148
Tabelle 8: Daten der Hunde mit IL-10-Messungen ... 152
Tabelle 9: Rasseverteilung gesunder Hunde mit IL-10-Messungen mit drei oder weniger Probanden ... 153
Tabelle 10: Rasseverteilung kranker Hund mit IL-10-Messungen mit drei oder weniger Probanden ... 153
Tabelle 11: Diagnosen der Hunde mit TNF-α-Konzentrationen ... 153
Tabelle 12: Daten der Hunde mit TNF-α-Messungen ... 157
Tabelle 13: Rasseverteilung gesunder Hunde mit TNF-α-Messungen mit 3 oder weniger Probanden ... 157
Tabelle 14: Rasseverteilung kranker Hunde mit TNF-α-Messungen mit 3 oder weniger Probanden ... 157
1 Einleitung
Zytokine sind essentielle Botenstoffe des Immunsystems, die sowohl an der Regulierung physiologischer Prozesse beteiligt sind als auch eine große Rolle in der Immunabwehr von Pathogenen und Entstehungen von Krankheiten spielen. Pro- inflammatorische Zytokine vermitteln Entzündungsreaktionen, während antiinflammatorische eine überschießende Immunantwort eindämmen.
Abweichungen dieser Homöostase können labordiagnostisch ermittelt werden, was Zytokine zu einem wichtigen Marker verschiedener pathologischer Prozesse macht.
In der Humanmedizin wird dieses Potential schon lange genutzt, um diagnostische und prognostische Aussagen über eine Vielfalt an Krankheiten erlangen zu können.
Auch in der Veterinärmedizin steigt zunehmend der Bedarf an zusätzlichen Parametern zur optimalen Abklärung komplexer Krankheitsbilder.
In dieser Arbeit soll die Möglichkeit geprüft werden, ob die beiden Zytokine Interleukin-10 (IL-10) und Tumornekrosefaktor-α (TNF-α) als diagnostische Marker im Rahmen eines Screeningtests bei verschiedenen Krankheiten von Nutzen sind.
IL-10 ist ein starker antiinflammatorischer Marker, der aufgrund seiner immunsupprimierenden Eigenschaften eine Rolle bei der Prognose der Sepsis und allgemeinen entzündlichen Prozessen spielt. Auch in der Tumorentstehung kommt IL-10 eine regulierende Bedeutung zu. In autoimmunen Prozessen dämpft es die Immunabwehr gegen körpereigene Zellen.
TNF-α ist ein potenter pro-inflammatorischer Faktor, der Entzündungsreizen durch Rekrutierung weiterer Entzündungsmediatoren begegnet, was in einer starken Immunreaktion mündet. Durch seine pleiotropen Eigenschaften kann er eine Tumorentstehung begünstigen oder eindämmen. Daneben ist er in paraneoplastische Prozesse involviert. Auch im Zusammenhang mit Infektionskrankheiten wurde er bereits diskutiert.
Mittels der vorliegenden Arbeit sollten die Bedeutung und der diagnostische Nutzen von IL-10 und TNF-α im Rahmen von internistischen Erkrankungen bei Hunden evaluiert werden. Dem voran standen die Etablierung von Referenzwerten und Untersuchungen zur Haltbarkeit der Faktoren anhand einer gesunden Hundepopulation.
2 Literaturübersicht
2.1 Zytokine – Ein allgemeiner Überblick
Zytokine (griech. „κγτοσ“, „Höhle“ und „–κίηοη“, Bewegung) sind Polypeptide, die eine zentrale Rolle bei der interzellulären Kommunikation spielen und essentiell für die Vermittlung und Regulation von immunologischen Reaktionen sind. Die Wirkungsweise besteht darin, an Oberflächenrezeptoren zu binden um Signaltransduktionskaskaden zu aktivieren. Dies führt letztendlich zu veränderter Genexpression, Stoffwechselaktivität, Zelldifferenzierung, Proliferation, Migration und Apoptose. Unterschiedliche Zytokine können die gleiche Signaltransduktionskaskade aktivieren – umgekehrt kann das Zytokin als pleiotropes Molekül auf verschiedene Zelltypen einwirken und unterschiedliche Antworten hervorrufen.
Der Begriff „Zytokin“ oder auch „Immunozytokin“ entstand ursprünglich, um immunmodulatorische Proteine von anderen Wachstumsfaktoren abzugrenzen, die keine proliferative Wirkung auf Immunzellen haben. Heutzutage dient der Begriff als Gattungsname für diverse Gruppen löslicher Proteine und Peptide, welche eine Rolle als humorale Regulatoren spielen (IBELGAUFTS 2008)
Zytokine sind Polypeptide mit Molekulargewichten von ca. 15-25 kDa und werden nach auslösenden Noxen, z.B. Verletzungen, Infektionen oder Stress freigesetzt. Sie werden in der Regel nicht als präformierte Moleküle gespeichert, sondern bei Bedarf sezerniert. Meist werden sie nur transient exprimiert; es wurden aber auch konstitutive Formen gefunden. Zytokine werden im im pico- bis nanomolaren Bereich ausgeschüttet. Dies ist ausreichend, weil Zytokinrezeptoren eine sehr hohe Affinität für ihre Liganden aufweisen. Im Unterschied zu Hormonen wirken Zytokine über sehr viel kürzere Distanzen autokrin oder parakrin, aber auch endokrin (z. B. IL-1).
Obwohl die Wirkungsweise mancher Zytokine denen der Hormone gleicht, können Zytokine auf ein breiteres Spektrum an Zielzellen einwirken als Hormone. Der größte
Unterschied besteht wohl darin, dass Zytokine nicht von spezialisierten Zellen in dafür zuständigen Drüsen produziert werden.
Die Wirkung von Zytokinen wird durch membranständige Oberflächenmoleküle an den Zielzellen, sogenannte Transmembranproteine, vermittelt. Die extrazellulären Signale werden durch Belegung des Rezeptors in intrazelluläre umgewandelt, die in Transkription neuer Gene mündet (O'SHEA et al. 2002).
Funktionell werden Zytokine eingeteilt in Wachstumsfaktoren, Interferone, Chemokine und Interleukine (HEINRICH et al. 2003).
Zytokine sind auch nach strukturellen Merkmalen klassifizierbar: Die α-helikalen Zytokine bestehen aus vier α-Helices, wobei zwei Helices jeweils antiparallel liegen.
Ferner unterscheidet man innerhalb dieser Gruppe Zytokine mit kürzeren Helices (<
15 Aminosäuren) und größerem Winkel zwischen den Helices (z.B. IL-2, -3, -4, -5, -7, -9, -23, -15, GM-CSF, IFN-γ) und solche mit längeren Helices (>25 Aminosäuren) und kleineren Winkeln (z.B. IL-6, -10, -11, -12, G-CSF, INF-α/ -β). Einige dieser Zytokine (z. B. IL-5, INF-γ) bilden Dimere. Den helikalen Zytokinen schreibt man vor allem eine Rolle in der Hämatopoese sowie der angeborenen und erworbenen Immunität zu.
Die nächste Gruppe beinhaltet Zytokine mit β-Faltblatt-Struktur. Sie wird z.B.
vertreten durch die TNF-Familie, deren Moleküle die β-jelly-roll-Struktur besitzen und treten meist als Trimere auf (TNF-β, -α, CD27L etc.). Die IL-1-Familie beinhaltet z. B.
IL-1α, -β und Fibroblasten-Wachstumsfaktoren. Diese sind der β-trefoil- (β-Kleeblatt-) Struktur zuzuordnen. Die Proteine bestehen aus 12β-Ketten, die in drei Kleeblatt- bzw. Y-Strukturen mit jeweils vier β-Faltblatt-Strukturen angeordnet sind. Den Faltblatt-Zytokinen kommen bevorzugt Funktionen in Wachstum und Differenzierung zu, aber auch – wie TNF oder IL-1 – in der Immunregulation.
Daneben gibt es noch Kurzketten-α/β-Zytokine, zu denen die EGF-Familie, die insulinverwandten Zytokine und die Chemokine zählen. Diese besitzen Disulfid- Brücken. Die Chemokine werden wiederum in vier Gruppen eingeteilt: die C- Chemokine („Lymphotactin“), CC-Chemokine (MCP, RANTES), die CXC-Chemokine (Il-8, NAP-2) und die CX3C-Chemokine („Fractalkine“).
Außerdem wird eine vierte Gruppe beschrieben: Die Mosaik-Struktur-Zytokine. Ihr werden die Familie der Hereguline, HGF oder IL-2 zugeordnet.
Auch eine Einteilung nach der Art der Immunantwort, bei der sie sezerniert werden, ist möglich. Typ-I-Zytokine sind diejenigen, die durch TH1-Lymphozyten im Rahmen der zellulären Immunantwort ausgeschüttet werden. Zu ihnen gehören IFN-γ und IL-2 und auch IL-12, das von antigenpräsentierenden Zellen freigesetzt wird und die Differenzierung von TH1-Zellen fördert. Typ-II-Zytokine werden bei humoraler Immunantwort durch TH2-Lymphozyten freigesetzt. Typische Vertreter sind IL-4, IL-5, IL-10 und IL-13.
Je nach Effekt bei entzündlichen Erkrankungen lassen sich Zytokine in pro- und antiinflammatorische kategorisieren. Diejenigen, die entzündliche Prozesse initiieren und stimulieren, sind z.B. TNF-α, IL-1, IL-2, IL-6, IFN-γ, Makrophagen-Kolonie- stimulierender Faktor (M-CSF) und Granulozyten-Makrophagen-stimulierender Faktor (GM-CSF). Klassische entzündungshemmende Faktoren sind IL-4, IL-13, IL- 10 oder TGF-β.
Interleukine sind eine Fraktion der Zytokine. Die Namensgebung Interleukin (lat.
„inter“, zwischen, griech. „Λευκοσ, weiß) verrät die ursprüngliche Vermutung, dass Interleukine ausschließlich als Botenstoffe zwischen Leukozyten betrachtet wurden.
Mittlerweile ist jedoch bekannt, dass diese Faktoren auch Einfluss auf andere Zellen des Immunsystems haben. Die Interleukine wurden nach der Reihenfolge ihrer Entdeckung aufsteigend nummeriert. Derzeit sind es 38, manche mit dazugehörigen
Untergruppen (Stand August 2017). Interleukine gehören neben den Interferonen zu den ersten beschriebenen Zytokinen.
2.2 IL-10
IL-10 wurde im Jahre 1989 als Produkt von TH2-Lymphozyten entdeckt, das die Zytokinsekretion von TH1-Zellen verhindert („Cytokine Synthesis Inhibitory Factor“) (FIORENTINO et al. 1989). Ein anderer alternativer Name ist T-cell Growth Inhibitory Factor (IBELGAUFTS 2011) Das Protein hat eine Länge von 181 Aminosäuren und weist zum humanen IL-10 eine Homologie von 80% auf. Das Molekulargewicht von IL-10 beträgt 35 bis 40 kDa (MOORE et al. 1990). Das säureempfindliche Protein besteht aus 181 Aminosäuren in vier α-Helices, von denen jeweils zwei antiparallel zueinander liegen. Zusätzlich zu TH2-Zellen produzieren auch Th1-Lymphozyten (DEL PRETE et al. 1993), Monozyten (DE WAAL MALEFYT et al. 1991), Makrophagen, Keratinozyten, dendritische Zellen, zytotoxische Zellen, γδ-Zellen, NK- Zellen, neutrophile und eosinophile Granulozyten, Mastzellen und mit dem Epstein- Barr-Virus infizierte B-Lymphozyten (BURDIN et al. 1997, SIEWE et al. 2006, BLANCO et al. 2008, CHOMARAT et al. 1993, FILLATREAU et al. 2002, GRANT et al. 2008, RHODES et al. 2008, YANABA et al. 2009, ZHANG et al. 2009) Interleukin 10.
Dabei erfolgt die Sekretion von IL-10 im Vergleich zu anderen Zytokinen verzögert;
das Maximum wird erst nach 24-48 Stunden erreicht. Ein potenter Stimulus für die Ausschüttung von IL-10 aus Makrophagen ist bakterielles Endotoxin (LPS) (VAN DER POLL et al. 1997). Es besteht eine 83 %ige Übereinstimmung zwischen der Gensequenz des humanen IL-10 und der des Epstein-Barr-Virus, so dass die entstehenden Proteine v.a. in Bezug auf das N-terminale Ende des Proteins sehr hohe Ähnlichkeit aufweisen (ZDANOV et al. 1995)
Abbildung 1: Das humane kristalline Interleukin-10-Molekül (Quelle: ZDANOV et al.
1997, www.rcsb.org)
2.2.1 IL-10 - Rezeptor und Signaltransduktion
Die durch IL-10 hervorgerufenen Effekte werden vermittelt durch Bindung des Zytokins an einen spezifischen Transmembranrezeptor. Dieser gehört zur Klasse-II- Zytokinrezeptoren. Der Rezeptor besteht aus zwei Untereinheiten, der IL-10Rα- und der IL-10β-Kette (LIU et al. 1994). Beide sind essentiell für die IL-10- Signalübermittlung. Die IL-10-Rα-Kette ist – abhängig vom N-Glykosylierungszustand – ein 90 - 115 kDa großes Polypeptid, das hauptsächlich für die hochaffine Ligandenbindung verantwortlich und mit der Januskinase Jak1 assoziiert ist (FINBLOOM et. al. 1995). Januskinasen sind Tyrosinkinasen, die durch Phosphorylierung aktiviert werden und ihrerseits andere Proteine phosphorylieren können (RANE et al. 2000). Die IL-10-Rβ-Kette ist ein 30-50 kDa schweres Polypeptid, welches eine große Rolle bei der Signalweiterleitung spielt und mit der Tyrosinkinase Tyk2 verbunden ist (KOTENKO et al. 1997). Die Expression der IL-10-
Rα scheint regulierbar zu sein (DING et al. 2001), wohingegen die IL-10-Rβ-Kette in allen Immunzellen konstitutiv exprimiert wird.
Durch Bindung eines IL-10-Homodimers an die extrazelluläre Domäne der IL-10-Rα- Kette wird eine Konformationsänderung des IL-10 hervorgerufen, welche eine Bindung der IL-10-Rβ-Kette an den IL-10-Rα-Komplex ermöglicht. Der funktionelle IL-10-R-Komplex besteht als Hexamer aus einem IL-10-Homodimer, zwei IL-10-Rα- und zwei IL-10-Rβ-Ketten (TAN et al. 1995). Aus der Aggregation der Rezeptorketten resultiert die Zusammenlagerung der mit dem zytoplasmatischen Rezeptoranteil verbundenen Januskinasen. Durch die Zusammenlagerung und Konformationsänderung können diese sich auto- und transphosphorylieren (GAUZZI et al. 1996). Die Aktivierung der Januskinasen führt zur Phosphorylierung von zwei Tyrosinresten Tyr496 und Tyr446 der zytoplasmatischen Domäne der IL-10-Rα-Kette (WEBER-NORDT et al. 1996; DONNELLY et al. 1999). Der phosphorylierte Rezeptor wird vom Transkriptionsfaktor Stat3 (Signal Transducer and Activator of Transcription) mit Hilfe seiner SH2-Domäne erkannt und gebunden (WIEDERKEHR- ADAM et al. 2003). Stat-Moleküle sind stets im Zytoplasma vorhanden. Stat3 wird von den meisten Zelltypen exprimiert und durch eine Vielzahl verschiedener Zytokine (Mitglieder der IL-6-Familie, Leptin, IL-10, INF), Wachstumsfaktoren und Onkogene aktiviert. Man hat festgestellt, dass dieser Transkriptionsfaktor während der embryonalen Entwicklung essentiell sein muss, denn Stat3-Knock-out-Mäuse sind nicht lebensfähig. Nebenbei spielen auch Stat1 und Stat5 – außer in Monozyten und Makrophagen – eine Rolle bei der IL-10-Signaltransduktion; sie sind aber nicht wesentlich für die inhibitorische IL-10-Wirkung (WEHINGER et al. 1996).
Abbildung 2: IL-10-Signaltransduktion (Quelle: FIORANELLI u. GRAZIA 2015, www.researchgate.net)
Tyk2: Tyrosinkinase-2; JAK1: Januskinase-1; STAT3: Signal Transducer and Activator of Transcription-3; P: Phosphatrest
Stat3 bindet an die beiden phosphorylierten Tyrosinreste der IL-10-Rα-Kette, wobei auch ein Serinrest am Carboxy-Ende des Rezeptors an der Bindung beteiligt ist (WEBER-NORDT et al. 1996; RILEY et al. 1999). Durch die rezeptorassoziierten Januskinasen wird der Tyrosinrest Tyr705 des Stat3-Moleküls phosphoryliert und die Ablösung vom Rezeptor ermöglicht (SASSE et al. 1996). Stat3 bildet nachfolgend
Homo- und Heterodimere, indem die SH2-Domäne des einen Moleküls mit dem Phosphotyrosin des anderen Moleküls interagiert (WEBER-NORDT et al. 1996).
Das Dimer wandert in den Zellkern. Dort bindet das Stat3-Dimer an konservierte Bereiche im Promotor und bewirkt die Transkription von Genen, die die IL-10- Wirkung vermitteln (HORVATH et al. 1995; EHRET et al. 2001). Beispielweise ist hier das SOCS3 (Suppressor of Cytokine Signaling) zu nennen, welches zum einen immunsuppressive Effekte von IL-10 vermittelt wie z. B. die Hemmung der INF-γ- Signalweiterleitung, und zum anderen auch eine negative Feedback-Regulation von IL-10 bewirkt (ITO et al. 1999; BERLATO et al. 2002). Im Anschluss wird Stat3 im Zellkern wieder dephosphoryliert und ins Zytoplasma ausgeschleust. Dabei hilft ein Shutteling-Rezeptor, der eine spezifische Sequenz im Stat3-Molekül bindet und den Export bewirkt (BHATTACHARYA u. SCHINDLER 2003). Das Stat3-Molekül ist wieder bereit für eine erneute Aktivierung.
2.2.2 Beeinflussung anderer Signalwege durch IL-10
Neben der Jak/Stat-Signalkaskade sind noch andere Signalwege bekannt, auf die IL- 10 Einfluss nimmt.
Durch inflammatorische Zytokine oder andere Stimuli wird der Mitogen-aktivierte Protein-(MAP-)Kinase-Signalweg aktiviert, welcher generell eine Rolle bei der Regulation zellulärer Prozesse in Säugetierzellen spielt. Der MAP-Kinase-Signalweg wird nach TNFα-Behandlung in dendritischen Zellen, die aus humanen Monozyten gereift wurden, von IL-10 beeinflusst (SATO et al. 1999). In humanen Monozyten konnte ebenfalls eine Wirkung auf die MAP-Kinase p38 durch IL-10 festgestellt werden (LIM et al. 2002).
IL-10 zeigt eine hemmende Wirkung auf den Transkriptionsfaktor NF-κB (Nukleärer Faktor κB) in Monozyten und Makrophagen (SCHOTTELIUS et al. 1999, CLARKE et al. 1998) NF-κB ist bei einer Reihe von Zytokinen (z.B. IL-1β, TNFα) in die
Wirkungsvermittlung involviert und hat Anteil an der Transkription von Oberflächenmolekülen (z. B. CD86).
Außerdem hat IL-10 hemmenden Einfluss auf die src-Familie von Tyrosinkinasen p56Lyn, p58hck und auf die Ras-Aktivität in LPS-stimulierten humanen Monozyten (GENG et al. 1994). Die Mitglieder der src-Familie von Tyrosinkinasen werden durch LPS aktiviert und aktivieren wiederum die GTPase Ras. Ras setzt nachfolgend die Kaskade des MAP-Signalweges in Gang.
Durch IL-10 wird ferner der Phosphatidyl-Inositol-3-Kinase-Signalweg in humanen Monozyten katalysiert (CRAWLEY et al. 1996). Er spielt bei vielen zellulären Stimuli eine Rolle und ist notwendig für verschiedene zellregulatorische Signalwege.
2.2.3 IL-10-Wirkungsspektrum
IL-10 reguliert das Wachstum und/oder die Differenzierung von B-Zellen, natürlichen Killerzellen, zytotoxischen und T-Helferzellen, Mastzellen, Granulozyten, Keratinozyten, dendritischen und endothelialen Zellen (MOORE et al. 2001). IL-10 steigert das Überleben von B-Zellen durch Induktion der Expression des antiapoptotischen Gens bcl-2 und beeinflusst deren Differenzierung. Das Interleukin dient außerdem als Kofaktor für die Proliferation von reifen und unreifen B-Zellen, weil es die Ausbildung des hochaffinen Rezeptors für IL-2 auf B-Zellen induziert.
Bezüglich T-Zellen hemmt es die Proliferation von CD4+-Zellen und die Produktion von IL-2 und anderen Zytokinen. Von CD8+-Zellen wird die Proliferation und Zytotoxizität begünstigt. Außerdem kann IL-10 in T-Zellen durch Inhibierung des CD28-Signalwegs Anergie induzieren. Das Interleukin verhindert die Produktion verschiedener Zytokine, hemmt die Phagozytose und schwächt die mikrobizide Aktivität von neutrophilen Granulozyten. Darüber hinaus wird deren Migration reduziert. Die Produktion von IL-1-Rezeptor-Antagonisten wird gesteigert. IL-10 verhindert die Differenzierung unreifer dendritischer Zellen und hemmt damit
inflammatorische Antworten. IL-10 inhibiert die INF-γ- und TNF-Produktion durch NK- Zellen. Weiter induziert es die Lyse von infizierten Zellen (MOCELLIN et al. 2004).
In Makrophagen und Monozyten wird die Produktion von IL-1α und -β, IL-6, IL-10 selbst, IL-12, IL-18, GM-CSF, G-CSF, TNF-α, LIF und PAF, der Chemokine CC (MCP-1, MCP-5, MIP-1α, MIP-1β, MIP-3α, MIP-3β, RANTES, MDC) und CXC (IL-8, IP-10, MIP-2) gehemmt. IL-10 steigert die Produktion von IL-1R-Antagonisten, löslichem p55- und p75-TNF-R. Es hemmt die Synthese von PGE2, Gelatinase und Kollagenase und steigert diejenige von TIMP (Tissue Inhibitor of Metalloproteinases) und Hyaluronectin. Weiterhin reduziert es die Expression von MHC-II-Molekülen und der kostimulatorischen Faktoren CD80 und CD86 auf antigenpräsentierenden Zellen.
Dadurch können diese weniger Antigen präsentieren, was zu einer verminderten Aktivierung von T-Zellen führt. Damit bleibt die Zytokinproduktion und Proliferation von CD4+ T-Zellen aus. IL-10 erhöht ferner die Expression von CD14, CD16, CD64 und CD163 und steigert die Phagozytosefähigkeit der Makrophagen. Somit beeinflusst IL-10 in Bezug auf Monozyten bzw. Makrophagen die Freisetzung vom Immunmediatoren, die Antigenpräsentation und die Phagozytose, verhindert gleichwohl aber die Ausschüttung pro-inflammatorischer Zytokine (SABAT et al.
2010).
Eosinophile Granulozyten werden ebenfalls an der Ausschüttung proinflammatorischer Faktoren wie TNF-α, GM-CSF und CXCL8 gehindert (KEEL et al. 1997). IL-10 kann die Expression von IgE-Rezeptoren reduzieren. Eine übermäßige Sezernierung von IL-10 verringert eine IgE-vermittelte anaphylaktische Reaktion (NORTON et al. 2008).
Abbildung 3: Wirkungsspektrum von IL-10
IL-10
Entzündungs -hemmung
Antifibrose
Anti- angiogenese Immun-
toleranz
Andererseits verhindert IL-10 die Apoptose von B-Lymphozyten, steigert deren Proliferation, Differenzierung und MHC-II-Exprimierung und hat einen positiven Effekt auf das Immunoglobulin class switching (BURDIN et al. 1997, GO et al. 1990, LEVY u. BROUET 1994). IL-10 besitzt durch seine hemmende Wirkung auf den Vascular endothelial growth factor (VEGF) antiangiogenetische Fähigkeiten (HUANG et al.
1999).
Die biologische Relevanz des IL-10 wird ersichtlich, wenn man dieses Interleukin im zeitlichen Kontext zu sämtlichen Zytokinen im Rahmen einer Zellaktivierung in Augenschein nimmt. Es wird relativ spät nach den pro-inflammatorischen Faktoren sezerniert und hat die besondere Aufgabe, eine exzessive Immunantwort einzudämmen und daraus entstehende Schäden für den Organismus zu limitieren.
So wirkt es im Rahmen des CARS (Compensatory Antiinflammatory Response Syndrome) bis hin zu einer Immunparalyse im Zusammenhang mit einem Schock, Verbrennungen, aufwändigeren Operationen, einem Trauma oder einer Sepsis als potentestes antiinflammatorisches Interleukin (SABAT et al. 2010). Die spezielle Bedeutung von IL-10 wird auch dadurch gezeigt, dass IL-10-defziente transgene Mäuse letal verlaufende Darminfektionen im Sinne einer exzessiven Immunreaktion auf intestinale Antigene harmloser Darmkommensalen entwickelten (KÜHN et al.
1993).
2.2.4 IL-10 in der humanmedizinischen Literatur
In Studien mit IL-10-Knockout-Mäusen wurden eine höhere Krankheitsaffinität für kollagen-induzierte Arthritis (JOHANSSON et al. 2001), oder aber ein wesentlich schwererer Verlauf, exemplarisch bei experimenteller autoimmuner Enzephalomyelitis (BETTELLI et al. 1998) festgestellt.
Asthma-Patienten haben oft ein vermehrtes Vorkommen von TH1-Lymphozyten in der Lunge und damit einhergehend eine Produktion proinflammatorischer Zytokine.
IL-10 vermindert durch seine antientzündlichen Eigenschaften die Ausschüttung von Faktoren wie TNF-α und IL-6 aus aktivierten Mastzellen (AROCK et al. 1996).
Intranasal angewandtes IL-10 konnte eine Neutrophilie, Eosinophilie und TNF-α- Produktion in den Atemwegen verhindern (ZUANY-AMORIM et al. 1995). In den Lungen asthmatischer Patienten wurde signifikant weniger IL-10 gefunden als in gesunden Vergleichspersonen. Dies legt die Vermutung nahe, dass die Anwesenheit von IL-10 in nicht-asthmatischen Individuen eine Rolle bei der Eindämmung von TH2- induzierten Entzündungsvorgängen spielt (BORISH 1998). Die Synthese der Cyclooxygenase-2 und nachfolgende Produktion von PGE2 wird ebenfalls durch IL- 10 verhindert (NIIRO et al. 1997).
Lupus erythematodes als Autoimmunkrankheit geht mit einer polyklonalen B- Lymphozytenaktivierung, hohen Konzentrationen von Serum-Autoantikörpern und Ablagerung von Immunkomplexen einher. Sowohl B-Zellen als auch Makrophagen von Patienten, die an Lupus erythematodes erkrankt sind, schütten in vitro in großem Umfang IL-10 aus (LLORENTE et al. 1993). In einigen Studien konnte eine Korrelation zwischen der Höhe des IL-10-Serumspiegels und der Krankheitsausprägung festgestellt werden (HOUSSIAU et al. 1995, LACKI et al.
1997; LLORENTE et al. 1997).
IL-10 wird dort exprimiert, wo TH1-Zytokine entzündliche Vorgänge hervorrufen wie beispielsweise in Gelenken bei der rheumatoiden Arthritis (KATSIKIS et al. 1994;
LLORENTE et al. 1994). Dabei wird IL-10 lokal von Makrophagen und T-Zellen in der Synovia gebildet und gleichsam die Produktion pro-inflammatorischer Zytokine verhindert (KATSIKIS et al. 1994; CUSH et al. 1995). Obwohl die IL-10-Ausschüttung bei rheumatoider Arthritis mit einer erhöhten Autoimmunantikörperproduktion in Verbindung gebracht wird, konnte eine protektive Wirkung des IL-10 in Tiermodellstudien nachgewiesen werden (PEREZ et al. 1995). Ein therapeutischer Effekt von IL-10 konnte in mehreren Studien zu experimenteller rheumatoider
Arthritis bewiesen werden (KASAMA et al. 1995; VAN ROON et al. 1996;
WALMSLEY et al. 1996).
Eine verminderte IL-10-Produktion im Säuglingsalter geht mit einem erhöhten Risiko einher, später an Atopischer Dermatitis zu erkranken (BELDERBOS et al. 2012;
BULLENS et al. 2012).
Außerdem spielt IL-10 eine wichtige Rolle in der immunologischen Stabilität der Darmflora. In entsprechenden Studien entwickelten IL-10-defiziente Mäuse Enterokolitiden (KÜHN et al. 1993).
Erhöhte IL-10-Konzentrationen wurden auch im Zusammenhang mit Tumorerkrankungen gemessen, beispielsweise bei Karzinomen (FUJIEDA et al.
1999; WITTKE et al. 1999; GASPAROTO et al. 2012), Melanomen (DUMMER et al.
1995; HUANG et al. 1999), Ovarialtumoren (GOTLIEB et al. 1992; PISA et al. 1992) und Lymphomen bzw. Myelomen (ASADULLAH et al. 1996; BOULLAND et al. 1998;
KLEIN et al. 1999). Dabei wird IL-10 entweder von den Tumorzellen selbst exprimiert, um die Abwehr des Wirtsorganismus zu unterwandern. Anderseits ist es möglich, dass der Wirt das Zytokin im Rahmen einer Reaktion auf den Tumor selbst produziert, was eher als antientzündliche denn immunsuppressive Wirkung zu werten wäre. IL-10 wurde außerdem als prognostischer Faktor bei Tumorerkrankungen entdeckt. Messbare IL-10-Serum-Konzentrationen bei Patienten mit hepatozellulärem Karzinom (CHAU et al. 2000), Lungentumor (WOJCIECHOWSKA-LACKA et al. 1996; DE VITA et al. 2000b), renalem Karzinom (WITTKE et al. 1999), gastrischem oder kolorektalem Karzinom (DE VITA et al.
1999) und anderen soliden Tumoren (DE VITA et al. 2000a) korrelierten mit einer schlechten Prognose. Auch im Falle des T-Zell-Lymphoms sagten hohe IL-10-Werte einen infausten Krankheitsverlauf voraus (WANG et al. 2015).
Im Falle von Mastozytomen (GROHMANN et al. 1997), Mammatumoren (KUNDU u.
FULTON 1997; DI CARLO et al. 1998), Melanomen (GERARD et al. 1996; HUANG
et al. 1996; ZHENG et al. 1996), Prostatatumoren (STEARNS et al. 1999) und Colonkarzinomen (ADRIS et al. 1999) konnte IL-10 im Rahmen von Gentransfer in die Tumorzellen, oder als Protein verabreicht, Tumorentstehung, -wachstum und -metastasierung verhindern.
Im Rahmen von Pankreatitiden wurde eine erhöhte IL-10-Serumkonzentration gemessen. Dabei korrelierte die Schwere der Erkrankung bzw. die Fulminanz der Symptome positiv mit der Höhe der Konzentration von IL-10. Letale Verläufe waren durch das Vielfache des Gehaltes an IL-10 im Serum im Vergleich zu schweren Verläufen gekennzeichnet. Somit ist IL-10 im Bezug auf eine Pankreatitis auch als prognostischer Marker einsetzbar (CHEN et al. 1999).
Bei Patienten mit Hodgkin- sowie Non-Hodgkin-Lymphom wurden erhöhte Serum-IL- 10-Konzentrationen gemessen. Hohe Werte korrelierten dabei positiv mit einer schlechten Prognose. Allerdings konnten die meisten ELISA-Assays humanes IL-10 nicht von dem des an der Pathogenese beteiligten Epstein-Barr-Virus unterscheiden, da das BCRF-I-Gen eine große Homologie zu dem des hIL-10-Gen aufweist (OHSHIMA et al. 1995). Somit ist die gesteigerte Konzentration des Faktors bei dieser Erkrankung kritisch zu betrachten (CORTES u. KURZROCK 1997; BOHLEN et al. 2000).
Zusätzlich zur anti-entzündlichen Wirkung konnte Interleukin-10 eine anti- angiogenetische Rolle im Zusammenhang mit entzündlichen Augenerkrankungen und eine Mitwirkung in der Entwicklung einer „Anterior Chamber-associated immune deviation“ nachgewiesen werden (GHASEMI et al. 2012).
Bei Frauen mit Endometriose wurden ebenfalls erhöhte Konzentrationen von IL-10 in der Peritonealflüssigkeit nachgewiesen (PODGAEC et al. 2007).
Bei Patienten mit endogener Depression wurden vergleichsweise erniedrigte IL-10- Konzentrationen festgestellt, wobei die Höhe der gemessenen Werte negativ mit der Ausprägung der depressiven Symptome korrelierte (DHABHAR et al. 2009)
2.2.5 IL-10 in der veterinärmedizinischen Literatur
In einer Studie über Zytokinexpression im Rahmen der viszeralen Leishmaniose wurden Lymphknoten von Mischlingshunden untersucht. In symptomatisch infizierten Hunden war die Parasitenbürde gegenüber den asymptomatisch infizierten 73fach erhöht. In den präskapulären Lymphknoten der asymptomatischen infizierten Hunde wurde die höchste Expression von INF-γ und TNF-α und eine niedrige Belastung mit Leishmania chagasi gemessen, was impliziert, dass diese Zytokine eine Rolle beim Schutz gegen die Infektion spielen. Bei Hunden, die Symptome zeigten, wurden hohe Konzentrationen von IL-10 und TGF-β bei hoher Parasitenbürde vorgefunden.
Daraus lässt sich schließen, dass diese Botenstoffe einen positiven Einfluss auf die Progression der Erkrankung haben. Daher bestimmt die Ausgewogenheit der Expression von INF-γ und TNF-α als protektive Zytokine einerseits und IL-10 und TNF-β für das Fortschreiten der Erkrankung andererseits die Parasitenbürde und den klinischen Verlauf der viszeralen Leishmaniose (ALVES et al. 2009).
Eine weitere infektiöse Erkrankung stellt die canine sino-nasale Aspergillose dar, bei der vermehrte Expression von IL-10 mRNA in der Nasenschleimhaut festgestellt wurde (DAY 2009).
Bei Hunden mit caniner atopischer Dermatitis, die über ein Jahr eine Immuntherapie erhielten, wurden Konzentrationen von regulatorischen T-Lymphozyten (Treg), IL-10 und IgE ermittelt und mit denen einer gesunden Kontrollgruppe verglichen. Während der Anteil an Treg im Laufe des Jahres bei der gesunden Population keine Veränderung zeigte, erhöhte sich der Prozentsatz der Zellen im sechsten, neunten und zwölften Monat bei der immuntherapierten Gruppe. Auch die Serum-IL-10- Konzentration stieg im gleichen Zeitraum signifikant im Vergleich zur Kontrollgruppe.
Der Serum-Gehalt an IgE nahm bei der therapierten Gruppe kontinuierlich ab. Somit wird vermutet, dass während einer Immuntherapie steigende Konzentrationen von Treg eine wichtige Rolle für den Erfolg dieser besonderen Therapie für atopische Dermatitis spielen (KEPPEL et al. 2008).
Eine weitere Bedeutung im Zusammenhang mit immunmodulatorischen Erkrankungen erhält IL-10 durch dessen erhöhte Genexpression in der läsionierten Haut im Falle der immunmodulatorisch-responsiven lymphoplasmazytären Pododermatitis des Hundes (BREATHNACH et al. 2006).
In einer Studie zur Plasmakonzentration von IL-10 bei brachyzephalen Hunden konnten erhöhte Werte ermittelt werden. Die Konzentrationen stiegen im Verhältnis zur Schwere der Symptome und waren am höchsten bei operationswürdigen Patienten. Die Ergebnisse wurden als wertvoller Indikator für die das Brachyzephalen-Syndrom begleitenden entzündlichen Prozesse gewertet (RANCAN et al. 2013)
Auch bei Hunden wurde im Rahmen von SIRS (Systemic Inflammatory Response Syndrome) IL-10 als Komplikation entzündlicher Krankheiten als prognostischer Marker untersucht. Eine signifikante Erhöhung in Bezug auf IL-10 während eines SIRS wurde einzig im Verhältnis zu HMGB1 (HMGB1/IL-10-ratio) gemessen und verhieß eine ungünstige Prognose hinsichtlich des Überlebens des jeweiligen Patienten (YU et al. 2010). Derselbe Autor veröffentlichte eine zweite Studie, in der er im Zusammenhang mit einer experimentell erzeugten Endotoxämie den zeitlichen Verlauf pro- und antiinflammatorischer Zytokine ermittelte. IL-10 stieg als regulierendes Interleukin im Verhältnis zu Beginn der Symptome und Ausschüttung der pro-inflammatorischen Faktoren verzögert an (YU et al. 2012). KARLSSON et al.
untersuchten IL-10-Serum-Konzentrationen in Hunden mit Pyometra mit und ohne SIRS, wobei die erhöhten IL-10-Gehalte vornehmlich bei Hunden mit SIRS gemessen wurden (KARLSSON et al. 2012).
In einer ex-vivo-Studie zur Beeinflussung des Zytokinmusters durch Zugabe von Probiotika bei Hunden mit chronischen Enteritiden wurden erhöhte Konzentrationen von IL-10 in Zellüberständen von Darmzellbiopsien im Vergleich zur Kontrollgruppe ermittelt. Vor allem in mit Probiotika inkubierten Proben war ein signifikanter Anstieg von IL-10 im Vergleich zu nativen Proben zu verzeichnen (SAUTER et al. 2005).
Auch bei traumatisch bedingter Osteoarthritis des Hundes wurde IL-10 in erhöhtem Maße aus der Synovialmembran und aus dem periartikulären Fett aus Knie- und Hüftgelenk per RT-PCR detektiert (MACCOUX et al. 2007). HEGEMANN et al.
isolierten den Faktor im Jahre 2005 darüber hinaus ebenfalls bei immunvermittelter Osteoarthritis (HEGEMANN et al. 2005).
In einer weiteren Veröffentlichung wurde über den Vergleich von IL-10 in Serum und Tumorzellhomogenat zwischen Hündinnen mit gutartigen und bösartigen Mammatumoren und inflammatorischem Mammakarzinom berichtet. Nur bei letzterem wurden in beiden Probenarten erhöhte IL-10 Konzentrationen vorgefunden.
Begründet wurde dies mit der hohen entzündlichen Aktivität in dieser Tumorart in Relation zu den anderen Tumorentitäten (DE ANDRES et al. 2013). Autoren einer anderen Arbeit beschäftigten sich mit der Fragestellung, ob die Serumkonzentration von IL-10 von Hunden mit B-Zell- und T-Zell-Lymphomen höher ist als die gesunder Probanden. Die These konnte bestätigt werden, jedoch gab es einen signifikanten Unterschied nur in Bezug auf die Patienten mit B-Zell-Lymphom (CALVALIDO et al.
2016).
2.3 TNFα
TNF-α - auch bekannt als Cachectin oder Tumor Necrosis Factor Ligand Superfamily Member 2 - ist ein äußerst potenter Vermittler lokaler und systemischer Entzündungsreaktionen. Er besitzt die Fähigkeit, autark oder im Zusammenspiel mit vielen anderen Faktoren Einfluss auf Aktivität und Metabolismus einer jedweden Zelle zu nehmen wie Apoptose, Proliferation, Differenzierung oder Anregung der
Zelle, weitere Zytokine auszuschütten. Das humane TNF-α wird als 26 kDa schweres Transmenbranprotein exprimiert, welches mittels TNF-α-converting enzyme (TACE) in ein 17 kDa schweres lösliches Protein überführt, das die aktive Form darstellt (MACEWAN 2002a). Die Ausschüttung von TNF-α wird induziert durch Stimuli im Zusammenhang mit entzündlichen und neoplastischen Erkrankungen. Die hierbei beteiligten Zelltypen sind durch bakterielle Lipopolysaccharide stimulierte Makrophagen, Monozyten, neutrophile Granulozyten und NK-Zellen. Aber auch unstimulierte Zellen wie Astrozyten, Mikroglia, Zellen der glatten und der Herzmuskulatur, Endothelzellen und Fibroblasten und Parenchymzellen von beispielsweise Darm, Thymus, Niere und Milz (GIROIR et al. 1992; GALLI et al.
1993; DIACONU et al. 2007) sezernieren dieses Zytokin. Im Hinblick auf T-Zellen produziert nur die CD4-exprimierende Fraktion TNF-α, während in CD8+-Zellen wenig bis gar keines hergestellt wird. In der humanen Muttermilch wurde der Faktor ebenfalls gefunden. Einige mitogene Eigenschaften der Muttermilch werden auf die Anwesenheit von Faktoren wie TNF-α, IGF und IL-6 zurückgeführt (IBELGAUFTS 2012).
TNF-α ist sowohl als autokriner als auch parakriner Regulator zu begreifen. Er spielt ebenso eine Rolle in der Regulation der normalen Homöostase und lokalen Immunreaktion wie auch bei komplexen systemischen metabolischen und physiologischen Reaktionen. TNF-α ist beteiligt an akuten invasiven Geschehnissen wie dem septischen Schock und gleichwohl an chronischen Prozessen wie der Kachexie (ZENTELLA et al. 1991).
TNF-α wurde zunächst entdeckt als ein von Makrophagen produzierter Faktor, von dem angenommen wurde, dass er in der Pathophysiologie der Kachexie eine zentrale Rolle spiele. Andererseits erkannte man seine Eigenschaft als zentralen durch LPS induzierbaren Mediator, sowohl in vivo bestimmte Tumoren zu eliminieren als auch in vitro toxisch auf Tumorzellen zu wirken. Auch als Vermittler des toxischen Schocksyndromes wurde er erforscht (ZENTELLA et al. 1991).
Der canine TNF-α ist strukturell gesehen ein homotrimeres Peptid aus 233 Aminosäuren. Er wird zunächst als membrangebundenes Propeptid transkribiert und durch proteolytische Spaltung durch die Metalloprotease TACE in die biologisch aktive lösliche Form überführt. Allerdings ist auch die membranständige Form ein aktiver Ligand, welcher seine Antworten in Zell-zu-Zell-Kontakt vermittelt (ECK u.
SPRANG 1989, HEHLGANS u. PFEFFER 2005). Der homotrimere lösliche TNF-α hat die Tendenz, bei einer Konzentration im nanomolaren Bereich in Monomere zu zerfallen und dabei seine biologische Aktivität zu verlieren. Studien an transgenen Tieren zeigten, dass schon die Expression des membranständigen Faktors ausreicht, um entzündliche Gelenkserkrankungen auszulösen (KEFFER et al. 1991;
ALEXOPOULOU et al. 1997).
Abbildung 4: Das humane kristalline TNF-α-Molekül (Quelle: www.healthcmi.com)
Im Homotrimer liegen die einzelnen Monomere als nicht kovalent gebunden vor. Sie sind in Form einer Pyramide angeordnet, wobei die C- und auch die N-Termini an der Basis der Pyramide zu finden sind (ECK u. SPRANG 1989). Dabei liegen die Rezeptorbindungsstellen an der Basis des Moleküls zwischen den einzelnen Monomeren (BANNER et al. 1993). Bei Exposition mit ionisierender Strahlung, Bakterien, Hefen, Parasiten oder deren Stoffwechselprodukten wird vermehrte Transkription des TNF-α-DNA herbeigeführt (JUPIN et al. 1988; DESCOTEAUX u.
MATLASHEWSKI 1989). Der wohl potenteste Auslöser der Sekretion durch Makrophagen ist jedoch das Endotoxin gramnegativer Bakterien (BEUTLER u.
CERAMI 1986). Moduliert wird die Transkription von TNF-α-RNA durch Arachidonsäuremetaboliten und cAMP, und eine Verminderung der Transkription wird durch 5-Lipoxygenase veranlasst.
2.3.1 TNF-α-Rezeptor und Signaltransduktion
Rezeptoren für TNF-α sind auf nahezu allen Säugetierzellen außer auf Erythrozyten vorhanden. Sie gehören zur Klasse-III-Rezeptoren, die etwa 40 Aminosäuren lange extrazelluläre Domänen mit jeweils sechs Cysteinen besitzen (LOPPNOW 2001).
Anfang der 1990er Jahre wurden unabhängig voneinander von verschiedenen Arbeitsgruppen zwei unterschiedliche eigenständige Rezeptorformen entdeckt: Der TNF-Rezeptor-1 (TNF-R1), der in den meisten Zellen konstitutiv exprimiert wird, während die Expression des TNF-Rezeptor-2 stärker reguliert ist und verstärkt in den Zellen des Immunsystems stattfindet (LOETSCHER et al. 1990; SCHALL et al. 1990;
BAKER et al. 1991). Der TNF-R2 wird ausschließlich auf Oligodendrozyten (INUKAI et al. 2009), Astrozyten (YAN et al. 2007), T-Zellen (CHEN u. OPPENHEIM 2011), Monozyten (DEFER et al. 2007), Thymozyten (GRELL et al. 1998a), Endothelzellen (DING et al. 2009) und humanen mesenchymalen Stammzellen (KELLY et al. 2010) exprimiert. Der TNF-R1 kann sowohl durch lösliches als auch durch membranständiges TNF-α stimuliert werden, während der TNF-R2 nur durch membranassoziiertes TNF-α induziert werden kann (GRELL et al. 1995; GRELL et al. 1998b). Beide Rezeptorentypen haben strukturell betrachtet kaum
Gemeinsamkeiten. Sie besitzen beide eine extrazelluläre Ligandenbindungsdomäne mit einer Homologie von 28 %, des Weiteren eine transmembranäre und eine intrazelluläre Domäne ohne strukturelle Übereinstimmungen. Über die extrazellulären Domänen der Rezeptoren, die auch PLAD (Preligand binding assembly domain) genannt werden, kommt es unabhängig von einer Ligandenbindung zu einer Homotrimerisierung einiger Rezeptormoleküle (CHAN et al. 2000). Die trimerisierten Domänen bleiben bisweilen inaktiv, bis eine Ligandenbindung erfolgt. Durch den unterschiedlichen Aufbau der beiden Rezeptortypen resultieren zwei verschiedene Möglichkeiten der Signaltransduktion:
Der TNF-R1 mit einem Molekulargewicht von 55 kDa ist die vorherrschende Form und besitzt im Gegensatz zum 75 kDa schweren TNF-R2 ein sogenanntes SODD- Molekül (silencer of death domain). Im Falle der Bildung des TNF-α-Trimers erfolgt die Freisetzung von SODD aus einer intrazellulären Domäne des Rezeptors (CHEN u. GOEDDEL 2002). Die auf diesem Weg entstandene aggregierte intrazelluläre Domäne des TNF-R1 wird von dem Adapterprotein TRADD (TNF receptor associated death domain-Protein) erkannt (MACEWAN 2002b). Das angeregte TRADD seinerseits rekrutiert andere Proteine; den TRAF2 (TNF-R-associated factor), das RIP (receptor-interacting protein) oder das FADD (Fas-associated death domain) Protein (HSU et al. 1996). Daraufhin werden Schlüsselenzyme aktiviert, die schließlich die Signaltransduktion veranlassen (CHEN u. GOEDDEL 2002). Das TRADD-Molekül steht hierbei am Scheideweg zweier Signalwege, die einmal die apoptotische und andererseits die pro-inflammatorische Reaktionskaskade einleiten.
Einerseits kann über das FADD-Protein das proteolytische Protein Kaspase 8 aktiviert werden, woraufhin eine Proteasen-Kaskade eingeleitet wird, die anschließend in die Apoptose mündet (LIN et al., 2004). Allerdings kann TNF-α über den Weg des TRADD-Moleküls auch antiapoptotisch wirksam sein (NAKAYAMA et al. 2003). Hierbei wird der Rezeptor ebenfalls durch TNF-α aktiviert und somit über das TRADD-Protein TRAF2 und RIP rekrutiert, welches die „Inhibitor of κB- Proteins“(IκBα)-Kinase (IKK) aktiviert, die zu einer Phosphorylierung und Ubiquitinylierung und damit zum Abbau des IκBα führt. Daraus resultiert eine
Aktivierung von NF-κB über eine Steigerung der Expression verschiedener Gene, um die Apoptose zu unterdrücken (CHEN u. GOEDDEL 2002; AGGARWAL et al. 2006).
Darüber hinaus kann der Signalweg über Anregung des TRAF2 zur Aktivierung zweier Inhibitorproteine (cellular inhibitor of apoptosis proteins; cIAP-1 und-2) und zur Apoptose führen (WANG et al. 1998; NAKAYAMA et al. 2003). Außerdem kann TRAF2 auch noch weitere Proteinkinasen aktivieren wie zum Beispiel die „mitogen- activated protein kinase kinase kinase“ (MAPKKK), die „extracellular signal-regulated kinase kinase1“ (MEKK1) oder die „apoptosis-stimulated kinase1“ (ASK1). Dadurch wird eine Reaktionskaskade angeregt, die schließlich zur Aktivierung der „c-Jun NH2- terminal kinase“ führt. Dieses Enzym kann letztlich die Jun N-terminale Kinase phosphorylieren und damit die Transkriptionsaktivität zusätzlich steigern (NAKAYAMA et al. 2003).
Der intrazelluläre Anteil des TNF-R2 verfügt im Gegensatz zu dem des TNF-R1 nicht über eine Todesdomäne. Die Signaltransduktion erfolgt nach Bindung des TNF- Liganden somit direkt über die Aktivierung von TRAF2 (ROTHE et al. 1995). TRAF2
bindet daraufhin an NF-κB, welches damit aktiviert ist und die Expression von Survival-Genen gesteigert und die Apoptose verhindert wird (NAKAYAMA et al.
2003).
Abbildung 5: TNF-α-Signaltransduktion (Quelle: SETHI et al., 2008, www.researchgate.net)
TRADD: TNF-alpha receptor-associated death domain; FADD: Fas-associated death domain; RIP:
receptor-interacting protein; TRAF2: TNF Receptor-associated factor; TACE: TNF-alpha-activating converting enzyme; FLICE: FADD-like ICE; MAPK: Mitogen-activated protein kinases; IKK: IκBα-
Kinase
2.3.2 TNF-α-Wirkungsspektrum
Die bemerkenswerte Fähigkeit, im Vergleich zu anderen Zytokinen im Zentrum außerordentlich vieler akuter und chronischer pathologischer Prozesse zu stehen, rückt TNF-α in einen besonderen Fokus. Dieser Faktor wird im Zusammenhang mit etlichen invasiven Stimuli zu einem - relativ zu anderen Zytokinen – frühen Zeitpunkt
sezerniert. Möglicherweise ist TNF-α der prominenteste Mediator metabolischer Veränderungen sowohl auf Zell- und Gewebeebene als auch im gesamten Organismus. Er ist in der Lage, mit direkter und potenter Wirkung eine Kaskade weiterer Mediatoren freizusetzen, die zusätzlich die Wirkung von TNF-α unterstützen und verstärken. Ferner steigert TNF-α die Freisetzung von Lysozym (KLEBANOFF et al. 1986) und die Degranulation (DJEU et al. 1986) und erhöht so die Erregerabwehr.
TNF-α ist ein Mediator im Zusammenhang mit entzündlichen Reaktionen. Als solcher steigert er die Zytotoxizität und Phagozytose von neutrophilen Granulozyten und Makrophagen, bedingt deren Adhäsion an das Endothel und deren Produktion von Superoxid. Im Zusammenspiel mit IL-1 ist TNF-α verantwortlich für viele Umbauprozesse am Endothel, die zu einer Undichtigkeit desselben führen (BRETT et al. 1989). Er verhindert anti-koagulatorische Mechanismen und unterstützt thrombosierende Prozesse durch Verminderung der Expression von Thrombomodulin (NAWROTH u. STERN 1986) - vor allem im Hinblick auf venöse Thrombosen, Arteriosklerose, Vaskulitis und intravasale disseminierte Koagulopathie. Die Fähigkeit des TNF-α, die Synthese von PGI2 (KAWAKAMI et al., 1986), Stickstoffmonoxid (POBER u. COTRAN 1990) und PAF (CAMUSSI et al.
1987) zu stimulieren, bedingt ebenso die Vasodilatation, Leukozytose und erhöhte Permeabilität der Gefäße. TNF-α vermag die Produktion von MHC-Antigen auf Endothelzellen zu veranlassen, um diese damit in APC zu verwandeln, die als Ziel für T-Zellen dienen (PESSARA u. KOCH 1990). Ferner spielt TNF-α eine bedeutende Rolle bei Abwehr gegen Bakterien und Parasiten und der Modulation der Immunantwort durch seine Fähigkeit der Aktivierung der Phagozytose und Rekrutierung von Leukozyten. Durch TNF-α stimulierte Granulozyten zeigen eine erhöhte mikrobizide Aktivität durch vermehrte Produktion von Superoxid-Anionen und Degranulation (TSUJIMOTO et al. 1986). TNF-α steigert außerdem die Toxizität von eosinophilen Granulozyten und Makrophagen gegen Schistosoma mansoni Larven (SILBERSTEIN u. DAVID 1986).
Obwohl TNF-α das Wachstum von Endothelzellen in vitro verhindert, ist er in vivo in hohem Maße an der Förderung der Angiogenese beteiligt (FRÀTER-SCHRÖDER et al. 1987). Die angiogenetische Aktivität von TNF-α kann durch INF-γ verhindert werden.
In Makrophagen, die als Hauptproduzenten von TNF-α gelten (MÄNNEL et al. 1980), induziert es die Synthese von GM-CSF (MUNKER et al. 1986) IL-1 und PGE2
(BACHWICH et al. 1986). Außerdem stimuliert er die Phagozytose und die Produktion von Superoxid-Dismutase in diesen Zellen. Ähnlich wie bei Granulozyten verstärkt er die chemotaktische Aktivität (MING et al. 1987).
In Lymphozyten induziert TNF-α eine verstärkte Expression von INF-γ, IL-2- Rezeptoren sowie HLA-DR. Somit steigert TNF-α die proliferativen und funktionalen Kapazitäten dieser Zellen (SCHEURICH et al. 1987). TNF-α steigert die Produktion von T-Lymphozyten in der Abwesenheit von IL-2. Die Proliferation von B-Zellen hingegen wird unter Mitwirkung von IL-2 von TNF-α gesteigert.
Im Knorpelgewebe stimuliert TNF-α die Resorption und verhindert die Synthese von Proteoglykanen (SAKLATVALA 1986). Er ist außerdem in der Lage, die Anzahl der Osteoklasten zu erhöhen und eine Knochengewebsresorption hervorzurufen (BERTOLINI et al. 1986). TNF-α leistet außerdem einen Beitrag zur Wundheilung.
Als Wachstumsfaktor stimuliert er die Proliferation von Fibroblasten und mesenchymalen Zellen auf direktem Wege (VILCEK et al. 1986) und durch die Induktion anderer Zytokine, welche die Zell- und Matrixproliferation steigern (TRACEY et al. 1989). TNF-α erhöht den mitogenen Effekt des Epidermal growth factors durch Steigerung der Expression der Rezeptoren für dieses Zytokin (PALOMBELLA et al. 1987).
TNF-α fördert die Proliferation von Astroglia und Mikroglia und ist beteiligt an pathologischen Prozessen wie Astrogliose und Demyelinisierung (MERRILL 1991).
Abhängig vom Zelltypen und inhibitorischen Mediatoren kann TNF-α apoptotische oder nekrotische Zelllyse verursachen (LASTER et al. 1988).
Gemäß der ursprünglichen Bezeichnung als Cachectin spielt TNF-α bei der Entwicklung einer Kachexie eine bedeutsame Rolle. Bereits 1986 wurde dieser Faktor von BEUTLER und CERAMI als Mediator der Tumorkachexie entdeckt.
Dieser Faktor kann indirekt den Abbau des weißen Fettgewebes verursachen, indem er die Transkription von Lipoproteinlipase verhindert (PRICE et al. 1986). Außerdem steigert TNF-α die Lipolyse durch Herabregulation der PLIN-Expression (RYDEN et al. 2004). Auch der Verlust von Muskelmasse ist unter anderem dem Wirken von TNF-α zuzuschreiben. Eine Transplantation von CHO Zellen, in welche TNF-α eingetragen wurde, verursachte im Wirt eine Kachexie mit progressiver Auszehrung, Anorexie und frühem Tod (OLIFF et al. 1987). Dieses belegt auch eine Studie von GARCIA-MARTINEZ et al. (1993), wobei Ratten rekombinantes TNF-α verabreicht wurde mit dem Effekt des Proteinabbaus und der Reduktion der Proteinsynthese im Muskelgewebe.
TNF-α wird auch von Adipozyten freigesetzt. Er übt einen zentralen Effekt auf die Regulation des Körpergewichtes aus, sei es durch die Minderung der Energieaufnahme oder das Auslösen der Thermogenese (ROTHWELL 1988). Als periphere Wirkungen resultieren die Hemmung der Lipoproteinlipase, die Verminderung der Expression des GLUT-4-Transporters (STEPHENS u. PEKALA 1992), die Einschränkung der Insulin-Rezeptor-Aktivität (LIU et al. 1998) und der Steigerung der Produktion des Hormons Leptin (ZUMBACH et al. 1997). BULLO et al. fanden im Jahre 2002 heraus, dass die Sekretion von TNF-α positiv mit der Menge an Fettgewebe als auch mit der Höhe des BMI korreliert.
Abbildung 6: Wirkungsspektrum von TNF-α
Die akute Freisetzung von TNF-α ist involviert in die Pathogenese des septischen Schocks und der endotoxinbedingten Gewebsschädigung. Dabei hängt die Toxizität dieses Faktors entscheidend von der Ausschüttung weiterer Faktoren wie IL-1 und INF-γ und auch anderen regulatorischen Proteinen und Eicosanoiden ab.
TNF-α
Entzündung
Thrombose
Angio- genese
Wund- heilung Apoptose/
Nekrose Tumor-
kachexie Knochen-
abbau
Entwicklung des ZNS
2.3.3 TNF-α in der humanmedizinischen Literatur
In zahlreichen Studien wurde der Zusammenhang zwischen der vermehrten Ausschüttung von TNF-α bei adipösen Patienten mit dem Auftreten des Diabetes mellitus Typ II untersucht. Dabei ergab sich, dass die Konzentration von TNF-α stark positiv mit dem Grad der Adipositas, dem body mass index (BMI), dem Grad der Hyperinsulinämie und negativ mit der Lipoproteinlipase-Aktivität korrelierte (HOTAMISLIGIL 1999). Der Mechanismus, der hierbei zugrunde liegt, ist die Inhibition der insulinstimulierten Tyrosinphosphorylierung am Insulinrezeptor IRS-1.
Außerdem hemmt TNF-α die Aktivität der für den insulinstimulierten Glucosetransport essentiellen Phospoinositol-3-Kinase (LIU et al. 1998).
Auch bei immunvermittelten Erkrankungen wurden erhöhte Konzentrationen von TNF-α festgestellt. BIESIADA et al. detektierten bei Patienten mit Colitis ulcerosa in Exazerbation signifikant höhere TNF-α-Konzentrationen im Serum als bei Patienten in Remission (BIESIADA et al. 2012).
Auch in der Synovia von Patienten mit rheumatoider Arthritis wurde unter anderen pro-inflammatorischen Zytokinen TNF-α gemessen (DI GIOVINE et al. 1988). In diesem Rahmen unterhält es die Entzündung und trägt darüber hinaus zur Zerstörung des Gelenkknorpels und der Resorption des Knochengewebes bei. Der Pathomechanismus beruht darauf, dass Antigen-präsentierende Zellen T- Lymphozyten aktivieren. Faktoren wie INF-γ stimulieren indes Makrophagen, die ihrerseits TNF-α, IL-1 und IL-6 ausschütten. TNF-α und auch IL-1 induzieren die Produktion von Kollagenasen und anderer neutraler Proteasen in synovialen Fibroblasten und Chondrozyten im angrenzenden Gelenkknorpel. Diese Enzyme spalten Proteoglykane und Kollagen, was in der Zerstörung des Gelenkknorpels resultiert (AREND u. DAYER 1990). Der Faktor GM-CSF ist dafür bekannt, diese Reaktion zu verstärken, indem er die Expression von HLA-DR auf Makrophagen und anderen APC fördert (ALVARO-GRACIA et al. 1989). In der Synovialzellkultur wurden vermehrt lösliche TNF-Rezeptoren exprimiert, wobei der Gehalt bei
rheumatoider Arthritis im Vergleich zu nicht immunbedingter Osteoarthritis höher war.
Die Rezeptorproteine übten jedoch einen hemmenden Effekt auf TNF-α aus, so dass ein Regulationsmechanismus zur Wahrung der Homöostase angenommen wurde (BRENNAN et al. 1995).
Im Hinblick auf die Rolle des TNF-α beim systemischen Lupus erythematodes (SLE) wurden kontroverse Ergebnisse ermittelt. Zum Formenkreis der systemischen Autoimmunerkrankungen gehörend ergeben sich unterschiedlichste Lokalisationen der entzündlichen Veränderungen wie Haut, Niere, dem muskuloskelettalen und auch hämatologischen Organsystem (COOPER et al. 2002). In einigen Studien wurde herausgefunden, dass die Höhe der TNF-α-Konzentration mit der Ausprägung bzw. dem Aktivitätsstatus der Erkrankung positiv korreliert (STUDNICKA-BENKE et al. 1996; GABAY et al. 1997). Im Gegensatz dazu stellten andere Quellen keine Korrelation mit steigender Rekrudeszenz des SLE fest, wiederum andere Studien bewiesen höhere Konzentrationen in inaktiven Phasen der Erkrankung. In diesem Zusammenhang wurde TNF-α eine protektive Rolle zugewiesen (GOMEZ et al. 2004;
ZHU et al. 2010). Neben der systemischen wurde auch eine lokale Produktion von TNF-α in den Nieren erkrankter Patienten nachgewiesen, das einen Beitrag zur Ausprägung von SLE leisten kann. HERRERA-ESPARZA et al. (1998) stellten in 52 % der Nierenbiopsien eine erhöhte TNF-α-Expression fest.
Bei der Pathogenese der Psoriasis als immunvermittelte chronische Erkrankung spielt TNF-α neben anderen pro-inflammatorischen Zytokinen eine besonders hervorzuhebende Rolle (BOYMAN et al., 2007). TNF-α interagiert dabei mit INF-γ, welches ebenfalls von aktivierten Lymphozyten freigesetzt wird. Daraus resultieren eine Aktivierung von STAT1 und die Expression nachfolgender Gene, die Aktivierung von NF-κB-Signalwegen, eine Leukotaxis zum Entzündungsherd und eine Vasodilatation. Alle Wirkungen zusammengenommen ergeben die für Psoriasis typischen Läsionen (LEW et al. 2004; LOWES et al. 2004). TNF-α und IFN-γ stimulieren Keratinozyten, die ihrerseits durch Produktion von Zytokinen die Reifung dendritischer Zellen aktivieren. VERGHESE et al. detektierten im Jahre 2011
signifikant erhöhte TNF-α-Serum-Konzentrationen bei Patienten mit Psoriasis gegenüber der Kontrollgruppe.
Auch für die Entwicklung des zentralen Nervensystems ist TNF-α von Bedeutung. Er bewirkt die Apoptose derjenigen Nervenzellen, deren Proliferation nicht ausreichend durch neurotrophe Faktoren wie NGF (nerv growth factor) stimuliert wird (BARKER et al. 2001). Andererseits wirkt TNF-α als ein proneurogenes Zytokin. Er begünstigt die Neurogenese und Axonogenese der Subventrikularzone, eine Reaktion, die TNFR-1- vermittelt ist (BERNARDINO et al. 2008). Eine andere Studie unterstrich den proneurogenen Effekt durch die Erkenntnis, dass sich im Falle der Neutralisierung von TNF-α durch Antikörper unreife neuronale Zellinien nicht zu reifen differenzierten (OBREGON et al. 1999). Bei der Multiplen Sklerose resultiert der TNF-α-Signalweg in einer Demyelinisierung der weißen Substanz, einer gesteigerten entzündlichen Reaktion, einer progressiven Degradation der Axone und einer Gliose (LASSMANN et al. 2007; KEOHANE et al. 2010).
Die Parkinson-Krankheit ist charakterisiert durch massiven Verlust dopaminerger Neuronen im Mittelhirn. Als Ursache der Erkrankung wird die Apoptose von Neuronen der Substantia nigra durch den Anstieg der Konzentration von pro- inflammatorischen Zytokinen und verminderte Konzentrationen von Neurotrophinen genannt. Demnach ist die Parkinson-Krankheit eine Folge neuroinflammatorischer und apoptotischer Zustände (NAGATSU u. SAWADA 2005). REALE et al. (2009) fanden in diesem Zusammenhang erhöhte Serumkonzentrationen bei Parkinson- Patienten im Vergleich zur Kontrollgruppe.
Bei der Alzheimer-Krankheit finden sich vermehrt β-Amyloid-Ablagerungen, sogenannte senile Plaques, in Gehirn und Blutgefäßen (MASTERS et al. 1985). β- Amyloid hat in normaler Konzentration eine wichtige Funktion bei der Übertragung neuronaler Informationen. Als Ursache der Erkrankung wird entweder eine Überproduktion des β-Amyloids oder eine Defizienz in der Abbaufähigkeit desselben vermutet. Die amyloiden Plaques sind in der Regel assoziiert mit reaktiven
