der Tierärztlichen Hochschule Hannover und der
Klinik für Wiederkäuer
der Ludwig-Maximilians-Universität München
______________________________________________________
Peripartale Expression von Toll-like-Rezeptoren und β-Defensinen im Endometrium des Rindes
INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer
DOKTORIN DER VETERINÄRMEDIZIN (Dr. med. vet.)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von Nadine Petzl (geb. Ritter)
aus Bretten
Hannover 2007
Wissenschaftliche Betreuung: Apl. Prof. Dr. med. vet. Hans-Joachim Schuberth Prof. Dr. med. vet. Holm Zerbe
1. Gutachter: Apl. Prof. Dr. med. vet. H.-J. Schuberth 2. Gutachter: Prof. Dr. med vet M. Hoedemaker
Tag der mündlichen Prüfung: 25.05.2007
Gefördert im Rahmen des DFG-Projektes SCHU 1108/2-1/2 (Struktur boviner Toll-like- Rezeptoren und ihre Bedeutung für die Modulation der Makrophagenaktivität bei Entzündungen
des mammären und endometrialen Gewebes beim Rind) durch Sachmittel.
Gewidmet in Liebe meinem Vater
Was wir wissen, ist ein Tropfen;
was wir nicht wissen, ein Ozean.
(Sir Isaac Newton)
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen ... 8
1 Einleitung und Zielsetzung ... 13
2 Literaturübersicht ... 15
2.1 Die Endometritis puerperalis des Rindes ... 15
2.2 Abwehrmechanismen im Uterus... 17
2.2.1 Zelluläre Faktoren ... 17
2.2.2 Humorale Faktoren... 22
2.3 Erkennung von Erregern und deren Bestandteilen durch Komponenten des angeborenen Immunsystems ... 26
2.3.1 Toll-like-Rezeptoren (TLRs)... 27
2.3.2 Funktionelle Konsequenzen einer Toll-like-Rezeptor-vermittelten Antigenbindung 32 2.4 Sexualsteroide im peripartalen Zeitraum... 34
3 Material und Methoden ... 38
3.1 Geräte... 38
3.2 Klinik- und Laborbedarf ... 39
3.3 Gepufferte Nährbouillon mit Dextrose-Zusatz... 42
3.4 Tiere... 42
3.4.1 Gruppierung nach „peripartales Stadium“ ... 42
3.4.2 Gruppierung nach „uterine bakterielle Kontamination“... 45
3.5 Methoden... 47
3.5.1 Sectio caesarea... 47
3.5.2 Endometriale Gewebeproben... 48
3.5.3 Gewinnung von Blutproben... 49
3.5.4 Radio-Immuno-Assay (RIA) zur Bestimmung der Gesamtöstrogen- und Progesteronplasmakonzentration... 50
3.5.5 Bakteriologische Untersuchung... 51
3.5.6 Nachweis der TLR- und β-Defensingen-Expression mittels quantitativer RT-PCR . 52 3.5.7 Statistik... 58
4 Ergebnisse... 62
4.1 Peripartale Toll-like-Rezeptor- und β-Defensingen-Expression im bovinen Endometrium ... 62
4.1.1 Peripartale Toll-like-Rezeptor- und β-Defensingen-Expression im interkarunkulären Endometrium...62 4.1.2 Peripartale Toll-like-Rezeptor- und β-Defensingen-Expression im karunkulären
Endometrium...64 4.1.3 Unterschiede der Toll-like-Rezeptor- und β-Defensingen-Expression zwischen
interkarukulärem und karunkulärem Endometrium ...65 4.1.4 Korrelationen zwischen der Expression verschiedener Toll-like-Rezeptor- und β-
Defensingene im Peripartum...70 4.2 Toll-like-Rezeptor- und β-Defensingen-Expression 24 bis 30 Stunden (h) post partum
(p.p.) im bovinen Endometrium ... 73 4.2.1 Toll-like-Rezeptor- und β-Defensingen-Expression im interkarunkulären
Endometrium 24 bis 30 h p.p. ...73 4.2.2 Toll-like-Rezeptor- und β-Defensingen-Expression im karunkulären Endometrium
24 bis 30 h p.p...75 4.2.3 Unterschiede in der postpartalen Toll-like-Rezeptor- und β-Defensingen-Expression
zwischen interkarunklärem und karunkulären Endometrium ...76 4.2.4 Korrelationen innerhalb der Toll-like-Rezeptor- und β-Defensingen-Expression 24
bis 30 h post partum ...79 4.3 Postpartale Modulation der Toll-like-Rezeptor- und β-Defensingen-Expression im
bovinen Endometrium ... 81 4.4 Einfluss bakterieller Kontaminationen auf die Toll-like-Rezeptor- und β-Defensingen-
Expression im bovinen Endometrium... 86 4.4.1 Vergleich der TLR- und β-Defensingen-Expression im Zeitraum einer frischen
mikrobiellen Kontamination ...87 4.4.2 Toll-like-Rezeptor- und β-Defensingen-Expression im Zeitraum der
fortgeschrittenen Kontamination ...89 4.5 Periphere und lokale Steroidhormonkonzentrationen und ihr Zusammenhang mit der
endometrialen TLR- und β-Defensingen-Expression ... 92 4.5.1 Peripartale Progesteronkonzentrationen ...92 4.5.2 Progesteronkonzentrationen lokal am Uterus und im peripheren Blut ...93 4.5.3 Zusammenhang zwischen peripartalen Progesteronkonzentrationen und der
peripartalen TLR- und β-Defensingen-Expression...94 4.5.4 Peripartale Östrogenkonzentrationen ...94
4.5.5 Lokale Gesamtöstrogenkonzentration im Uterus und im peripheren Blut ... 96
4.5.6 Zusammenhänge zwischen Östrogenkonzentrationen sowie der Toll-like-Rezeptor- und β-Defensingen-Expression... 97
5 Diskussion ... 99
5.1 Konzeptionelle Überlegungen...99
5.2 Lokal und zeitlich bedingte differentielle Expression von Toll-like-Rezeptor und β- Defensingenen im peripartalen Endometrium des Rindes ...102
5.2.1 Unterschiede des endometrialen TLR- und β-Defensingen-Spektrums einen Tag post partum ... 105
5.2.2 Modulation der TLR- und β-Defensingene innerhalb des ersten Tages p.p. ... 107
5.3 Die bakterielle Kontamination hat einen Einfluss auf die Expression von TLR- und β- Defensingenen im bovinen Endometrium ...108
5.4 Unterschiede zwischen lokalen und peripheren Östrogenkonzentrationen und der Steroidhormoneinfluss auf die TLR- und β-Defensingen-Expression...110
5.5 Mögliche funktionelle Konsequenzen einer peripartalen Steigerung der TLR- und β- Defensingen-Expression ...112
6 Zusammenfassung...114
7 Summary ...117
8 Literaturverzeichnis...119
Erklärung...159
Danksagung ...160
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
α Alpha
β beta
θ theta
µ mikro (x 10-6)
τ tau
a.p. ante partum (lateinisch: vor der Geburt) A. pyogenes Arcanobacterium pyogenes
BHV4 Bovines Herpesvirus 4 BNBD4 Bovines β-Defensin 4 BNBD5 Bovines β-Defensin 5 bspw. beispielsweise bzw. beziehungsweise ca. circa
C3b opsonisierendes Fragment der Komplementkomponente C3 CCR 6 C-C Chemokinrezeptor 6
CD Cluster of Differentiation
cDNA cyclische DNA
CO2 Kohlenstoffdioxid
COX Cyclooxigenase
CpG Cytosin-Phosphatidyl-Guanosin
c.p.m. counts per minute (radioaktive Ereignisse in der Minute) CSF Colony Stimulating Faktor (Kolonie stimulierender Faktor)
ct Threshold Cycle
CXCL6 Granulocyte Chemotactic Protein 2 CXCL8 Interleukin-8
CV Variationskoeffizient (Coefficient of Variation; Mittelwert geteilt durch Standartabwei- chung)
DEPC Diethylpyrocarbonat
DNA Desoxyribonukleinsäure DTT Dithiothreitol
E. coli Escherichia coli
EBD enteric beta-Defensin EDTA Ethylendiamintetraacetat EEZ Endometriale Epithelzelle et al. et alii (lateinisch: und andere)
FBN Forschungsinstitut für die Biologie landwirtschaftlicher Nutztiere
Fc Fragment Cristalline (kristallisierbarer Antikörperteil, carboxy-terminales Fragment von Immunglobulinen nach Papain-Spaltung)
FCM Flow Cytometer (Durchflusszytometer) g Gramm
G-CSF Granulocyte-Colony Stimulating Factor (Granulozyten-Wachstumsfaktor)
GM-CSF Granulocyte-Macrophage-Colony Stimulating Factor (Granulozyten-Makrophagen- Wachstumsfaktor)
GPI Glycosylphosphatidylinositol h hora (lateinisch: Stunde)
HBD humanes Beta-Defensin HSP Heat Shock Protein (Hitze-Schock Protein) i.d.R in der Regel
i.m. intra muskulär i.p. intra peritoneal
IE interkarunkuläres Endometrium IFN Interferon
Ig Immunglobulin IL Interleukin
IQB Interquartilbereich (Bereich zwischen erstem und drittem Quartil einer geordneten Datenmenge)
IQR Interquartilsabstand (Abstand zwischen erstem und drittem Quartil einer geordneten Datenmenge)
iNOS induzierbare Stickoxid Synthase IRF3 IFN regulatory factor 3
ISPF Isonitrosopropiophenon JNK c-JUN N-terminal Kinase KE karunkuläres Endometrium
kg Kilogramm l Liter LAP Lingual Antimicrobial Peptide
LBP Lipopolysaccharid binding protein (Lipopolysaccharid-Bindungs Protein) LDL Low Density Lipoprotein (Lipoprotein geringer Dichte)
LFA Leukozyten Funktions Antigen LPS Lipopolysaccharid LTA Lipoteichoic acid (Lipoteichonsäure) LTB4 Leukotrien B4
m milli (x 10-3)
M. avium Mycobacterium avium
mAk monoklonale(r) Antikörper
MBL Mannose Binding Lectin (Mannose bindendes Lektin) M-CSF Macrophage colony-stimulating factor
MdM Monocyte derived Macrophages (aus Monozyten gewonnene Makrophagen) MHC Major Histocompatibility Complex (Haupthistokompatibilitätskomplex) MIF Macrophage inhibiting factor (Makrophagen inhibierender Faktor) min Minute(n)
MIP Macrophage Inflammatory Protein (Makrophagen inflammatorisches Protein) MNC Mononuclear Cells (mononukleäre Zellen, hier: des Blutes)
MyD88 Myeloid Differentiation Factor 88 (myeloider Differenzierungsfaktor 88)
mRNA Messenger RNA
mU Milliunit
MW arithmetischer Mittelwert n nano (x 10-9)
n= bei Berechnung des Mittelwertes die Anzahl der Einzelbeobachtungen Na Natrium
NAGase N-acetyl-β- D-glucaminidase NaCl Natriumchlorid NF-κB Nuklear Faktor-kappa B
NO Nitric Oxide (Stickstoffmonoxid) Nr. Nummer
ODN Oligodeoxynukleotide
P. Pasteurella
p Irrtumswahrscheinlichkeit bei der Analyse der Ähnlichkeit zweier Datengruppen p pico (x 10-12)
pbMEC primäre bovine Milchdrüsenepthelzelle
PAMP Pathogen Associated Molecular Pattern (Molekulare Muster von Erregern) PbMEC Primäre bovine Milchdrüsenepithelzelle
PBS Phosphate Buffered Saline (phosphatgepufferte Kochsalzlösung) PCR Polymerase chain reaction (Polymerase Ketten Reaktion)
PD Phosphodiester PE Phycoerythrin
PECAM Platelet Endothelial Cell Adhesion Molecule
Pellet Bodensatz; hier: durch Zentrifugation sedimentierte Zellen PGE2 Prostaglandin E2
PGF Prostaglandin-F
PGN Peptidoglycan
p.i. post inseminationem (lateinisch: nach Besamung)
PMN Polymorphonuclear Leukocytes (polymorphkernige neutrophile Granulozyten) p.p. post partum (lateinisch: nach der Geburt)
PRR Pattern Recognition Receptor (Muster-Erkennungs-Rezeptor) PS Phosphatidylserin
Ps. aeruginosa Pseudomonas aeroginosa
r Korrelationskoeffizient (Spearman) Ret. sec. Retentio secundinarum (Nachgeburtsverhaltung)
RIA Radio-Immuno-Assay RNA Ribonukleinsäure
ROS Reactive Oxigen Species (Reaktive Sauerstoffspezies) RT Reverse Transkriptase
S Standardabweichung S. Staphylococcus
S. aureus Staphylococcus aureus
Sc. Streptococcus
s.c. subkutan sCD 14 Soluble CD 14 (lösliches CD 14) s Sekunde(n)
SEM Standard Error of the Mean (Standardfehler des Mittelwertes) sog. sogenannte
spp. Spezies
SR- Scavenger-Receptor T. fetus Tritrichomonas fetus T. cruzi Trypanosoma cruzi
TGC Trophoblast Giant Cell (Trophoblast Riesen Zelle) TGF Transforming growth factor
Th1, Th2 Bezeichnet den Phänotyp einer T-Helfer-Zelle 1 oder 2 TIR Toll Interacting Receptor
TIRAP TIR-Domain-Containing Adapter Protein TLR Toll-like Receptor (Toll-like-Rezeptor)
TNF Tumor Necrosis Factor (Tumornekrosefaktor) TOLLIP Toll interacting Protein
TRAF6 TNF-Receptor-Associated Factor 6 TRAMP TNF-Receptor Related Apoptosis Mediating Protein TRIF TIR-domain-containing adaptor inducing IFN-β
u.a. unter anderem
uDef universelles Defensin (integriert LAP, EBD, BNBD4, BNBD5 wie auch ein BNBD5- und LAP-artiges Protein)
V Volt
v.a. vor allem
v/v Volumen pro Volumen vgl. vergleiche
w/v Gewicht pro Volumen
x g multipliziert mit der Gravitationsbeschleunigung (9,81 m/s²)
z.B. zum Beispiel
z.T. zum Teil
1 Einleitung und Zielsetzung
Die Gebärmutterentzündung (Endometritis) beim Rind ist eine wirtschaftlich äußerst bedeutsa- me Erkrankung in der Milchwirtschaft. Sie kommt am häufigsten kurz nach der Abkalbung vor (Endometritis puerperalis) und führt zu Milchverlust sowie zu verlängerten Güstzeiten (Zeit von der Abkalbung bis zur erneuten Trächtigkeit). Ihre Behandlung erfolgt klassischerweise im Frühsta- dium durch Antibiotikaapplikation, später vor allem mittels Prostaglandintherapie und ist oft unbefriedigend. Die am häufigsten isolierten und verantwortlichen Erreger sind Escherichia (E.) coli und Arcanobacterium (A.) pyogenes. Warum bei gleicher Ausgangssituation ein Teil der Kühe eine Endometritis entwickelt und andere Tiere nicht, soll im vorliegenden Projekt beleuchtet werden.
Hier stehen die initial ablaufenden Immunmechanismen und –reaktionen in der Gebärmutter- schleimhaut im Vordergrund, denen eine, die Pathogenese der Endometritis puerperalis stark beein- flussende Rolle zuerkannt wird. Eine Schlüsselrolle nehmen hierbei Rezeptoren ein, die das Vor- liegen pathogener Erreger melden. Unter ihnen stehen die Toll-like-Rezeptoren (TLRs) im Vordergrund. TLRs, eine Molekülfamilie mit mindestens 13 Mitgliedern beim Säugetier, sind Zelloberflächenstrukturen, die hochkonservierte molekulare Erregermuster erkennen und dar- aufhin die Immunantwort des Körpers beeinflussen. Ihre Expression konnte bisher auf fast allen untersuchten Immunzellen, aber auch anderen Zellen, wie Schleimhautepithelien bei Mensch und Maus gezeigt werden. Über die Expressionsverteilung und –dichte peripartal im Endometrium des Rindes ist bisher nichts bekannt.
Ausgangspunkt für die konzeptionellen Überlegungen für das vorliegende Projekt war die Tatsa- che, dass spätestens mit der Luteolyse des Trächtigkeitsgelbkörpers ein schmales Zeitfenster hochdynamischer v.a. endokriner und metabolischer Veränderungen geöffnet wird, das die Ge- burtsvorgänge, die Ablösung der Eihäute und den Beginn Laktation mit sich bringt. Es wurde von der Hypothese ausgegangen, dass sich das Immunsystem während der Trächtigkeit in einem, die Frucht schützenden entzündungsgehemmten Zustand befindet und es eben in diesen etwa 24 bis 48 Stunden zu einem Umschalten der Immunantwort und zu einer Änderung der TLR- Expression kommt, damit initiale Immunantworten auf kontaminierende Bakterien adäquat ab- laufen. Dies ist für das Rind bisher nicht belegt. Deshalb bildete ein Gruppenvergleich von Tie- ren im geburtsnahen Zeitraum, der das besagte peripartale Zeitfenster modellhaft nachstellen soll, das Herzstück der Arbeit. Die drei Versuchsgruppen umfassten (A) unmittelbar präpartale, (B) subpartale Tiere und (C) Tiere unmittelbar nach der Abkalbung.
Aufgrund von funktionellen und histologischen Unterschieden wurden Gewebeproben aus dem interkarunkulärten (IE) und dem karunkulären Endometrium (KE) vergleichend untersucht, da beide Lokalisationen potentiell an ersten Erreger-Wirts-Interaktionen beteiligt sein können. Peri- partal kommt es bei trächtigen/gebärenden Kühen zu starken Schwankungen der Sexualsteroid- hormonspiegel und bei annähernd allen Tieren zu einer bakteriellen Kontamination des Uterus.
Welcher dieser Faktoren (Hormone, molekulare Erregermuster) maßgeblich zur Modulation der Toll-like-Rezeptoren beiträgt ist immer noch unbekannt.
Dieser Frage wurde mit Steroidhormonanalysen im peripheren und lokalen, venösen Blut sowie uterinen Erregernachweisen Rechnung getragen.
Diese initialen Studien zur Regulation der Erreger-Rezeptorexpression um den Geburtszeitpunkt sollen zum Verständnis der Erregerabwehr des postpartalen Uterus beitragen und langfristig neue Behandlungs- und Prophylaxewege für die Endometritis puerperalis des Rindes eröffnen.
2 Literaturübersicht
2.1 Die Endometritis puerperalis des Rindes
Die Endometritis ist neben der Mastitis die teuerste Einzelerkrankung in der Milchwirtschaft (LOTTHAMMER u. WITTKOWSKY 1994). Die Zeit um die Geburt ist der Zeitraum mit der höchsten Inzidenz von akuten Endometritiden (Endometritis puerperalis) (GRUNERT 1986). Bei Nichtbehandlung kann die Endometritis zu schweren Allgemeinstörungen der Patientin führen und hat selbst in der subklinischen Form (LEWIS 1997, GILBERT et al. 2005) einen beträchtli- chen Anteil an Verlusten für die Landwirtschaft infolge verlängerter Güstzeiten, sterilitätsbeding- ter Abgänge, Milchausfall und Behandlungskosten (SHELDON et al. 2001, MATEUS et al.
2002). Die Bedeutung der Endometritis für die Fruchtbarkeit ist enorm, was sich darin wider- spiegelt, dass etwa 36% der aufgrund von Fruchtbarkeitsstörungen geschlachteten Tiere eine En- dometritis aufweisen (ESSLEMONT u. KOSSAIBATI 1997).
Ätiologie
Während der Trächtigkeit besteht im Uterus bei intakten Allantois- und Amnionblasen ein steri- les Milieu (SHELDON u. DOBSON 2004).
Die effektiven Verteidigungsmechanismen des Reproduktionstraktes gegen Umweltkeime setzen sich aus anatomischen und funktionellen, sowie unspezifischen wie spezifischen Komponenten des Immunsystems zusammen.
Als anatomische Barrieren dienen die Vulva, das Vestibulum mit Sphinktermuskel und die Zervix mit ihren Schleimhaut-überzogenen Kollagenringen. Desweiteren sind Vaginalschleim und der die Zervix während der Trächtigkeit verschließende Schleimpfropf zu nennen (ZERBE 1994).
Während und nach der Geburt ist das Aufsteigen von Keimen durch die geöffnete Zervix er- leichtert (HAN u. KIM 2005). Dies führt dazu, dass es bei über 90% der Abkalbungen zu einer bakteriellen Kontamination des Uterus innerhalb der ersten 15 Tage post partum (p.p.) kommt (DOHMEN et al. 1995, BONDURANT 1999). Sie beruht auf einem unspezifischen Erreger- spektrum. In entsprechenden Lochialsekretproben werden zumeist Escherichia (E.) coli, Arcano- bacterium (A.) pyogenes, Pseudomonas (Ps.) aeruginosa, Staphylokokken (S.), Streptokokken (Sc.) und Pasteu- rella (P.) multocida nachgewiesen. Aber auch Anaerobier wie Clostridium spp., Prevotella spp., und
Fusobacterium spp. (GRIFFIN et al. 1974, BRETZLAFF 1987, NOAKES et al. 1991, COHEN et al. 1996, OSSADNIK 1999). Nach GRIFFIN et al. (1974) sowie LUGINBÜHL und KÜPFER (1980) ist die Anwesenheit verschiedener Bakterienspezies (β-hämolysierende Sc., S. aureus, A. pyoge- nes, E. coli) im Uterus jedoch nicht zwingend mit einer Infektion gleichzusetzen.
Der Vorgang der bakteriellen Kontamination mit Entzündung des Endometriums (nur selten ist auch das Myometrium betroffen) stellt unmittelbar post partum zunächst einen physiologischen Vorgang dar (BAIER u. BERCHTOLD 1984). Die meisten Kühe können die Keime eliminieren.
Innerhalb der ersten 2 bis 4 Wochen p.p. sind bei immer weniger Tieren Keime nachweisbar, bis 45 Tage p.p. nur noch 9% einen positiven bakteriologischen Befund aufweisen (PAISLY et al.
1986, DOHMEN et al. 1995, STEVENSON 1997). SHELDON et al. (2006) fanden dagegen 5 Wochen p.p. eine Keimpersistenz bei 10-17% der Kühe. Dabei sind es vor allem A. pyogenes wie auch einige anaerobe Keime wie Prevotella spp., die mit persistierenen Endometritiden assoziiert werden. E. coli, der Keim, der am häufigsten in der frühen Phase der Endometritis isoliert wird, gilt dabei als Wegbereiterkeim für persistente Endometritiden (DOHMEN et al. 2000, ZERBE et al. 2002). Infektionen mit Parasiten (Tritrichomonas spp.) oder Viren (BHV4) können ebenfalls als auslösende Faktoren einer Endometritis wirken. Die Endometritis kann in Einzelfällen auch in ein chronisches, abakterielles Stadium übergehen (sog. sterile Endometritis), wenn zwar die Bak- terien, nicht aber die Entzündungsprodukte eliminiert und die entzündlichen Vorgänge nicht abgeschlossen wurden (BERCHTOLD 1998).
Im Zeitraum der frühen Kontamination ist die körpereigene Abwehr des Tieres von entschei- dender Bedeutung, denn ihre Pathogen-eliminierende Kapazität entscheidet über den weiteren Verlauf des Prozesses (BAIER u. BERCHTOLD 1984, AHLERS u. GRUNERT 1993). Eine intakte Abwehr bei vergleichsweise geringer Pathogenität und Konzentration der Erreger wird zur schnellen Keimeliminierung am Endometrium und im Uteruslumen führen. Ist die Abwehr des Rindes aber geschwächt oder weist der Erreger eine entsprechend hohe Virulenz bei gleich- zeitig hoher Konzentration auf, kann es zu einer verschieden stark ausgeprägten Entzündung der Gebärmutter, gegenbenenfalls mit beträchtlicher Störung des Allgemeinbefindens, kommen.
Im Bereich der Karunkeln kommt es postpartal physiologischerweise zu ischämischer Nekrose und zum Auflösen mehrerer Epithelschichten, was zu Epitheldefekten führt (BONDURANT 1999). Schwergeburten, geburtshilfliche Manipulationen und Operationen, wie auch eine verzö- gerte Lösung der Eihäute (Retentio secundinarum [Ret. sec.]), mit Abnahmeversuch führt zu vergrö- ßerten Wundflächen (GRUNERT 1986). Verletzungen des Uterus bei der Geburt verlangsamen
so Reparation sowie Regeneration und schaffen im Uterus ein bakterienfreundliches Niveau, das der Entstehung einer Endometritis puerperalis Vorschub leistet. Erkrankungen des Verdauungsappa- rates (Labmagenverlagerung), Stoffwechselstörungen (Ketose, Hypokalzämie) und auch Erkran- kungen des Bewegungsapparates (BADURA et al. 1992) erhöhen ebenfalls die Inzidenz von En- dometritiden.
2.2 Abwehrmechanismen im Uterus
Zu den körpereigenen Abwehrkräften sind mechanische Vorgänge wie Nachgeburtswehen, Ute- rusinvolution, Sekretfluss und Schamschluss zu zählen (AURICH u. GRUNERT 1996). Dazu kommen noch chemisch-physikalische Mechanismen wie zerviko-vaginaler Mukus (BONDURANT 1999).
Sind die ersten physikalischen Barrieren durchbrochen, ist der nächste Abwehrwall das unspezifi- sche und später auch das spezifische Immunsystem. Es setzt sich aus zellulären wie auch humo- ralen Faktoren zusammen. Da in der vorliegenden Arbeit der Blick auf erste Erreger-Wirts- Interaktionen gerichtet wird, wird auf Komponenten des spezifischen Immunsystems weitgehend nicht eingegangen.
2.2.1 Zelluläre Faktoren Neutrophile Granulozyten
Die bei einer Endometritis hauptsächlich in der Gebärmutter anzutreffenden Effektorzellen sind polymorphkernige neutrophile Granulozyten (PMN). PMN sind Immunzellen, die bei einer Ent- zündung aus dem Blut in großer Zahl ins betroffene Gewebe einwandern und als hauptverant- wortlich für die Erregerelimination gelten. Neben an den Blutgefäßen adhärenten PMN zirkulie- ren ca. 100 Milliarden bei einer gesunden, laktierenden Kuh im Blutgefäßsystem (PAAPE et al.
1979).
Ihre primären Granula sind reich an mikrobiziden Enzymen wie Hydrolasen, Myeloperoxidasen, Proteinasen, sauren Hydrolasen, Histaminase und kationischen Proteinen. Sekundäre Granula enthalten zudem noch Laktoferrin und Kollagenasen (GEMSA et al. 1991, KLEIN 1991).
Zusätzlich zu anderen Spezies besitzen bovine neutrophile Granulozyten eine dritte Art zy- toplasmatischer Granula, die größer sind und kationische, selektiv bakterizide Proteine, wie z.B.
Baktenecin (ROMEO et al. 1988), Indolicin und β-Defensin enthalten (SELSTEDT et al. 1993).
Bovinen Neutrophilen fehlt das Lysozym, eine Hauptkomponente der humanen azurophilen Granula (PASTORET et al. 1998).
Im Gegensatz zu anderen Spezies besitzen bovine Neutrophile außerdem Fc-Rezeptoren für IgM (PASTORET et al. 1998).
Post partum kommt es innerhalb von 48 Stunden (h) zu einem massiven Influx von PMN in das Endometrium und das Uteruslumen (MORROW 1969). Dieser Einstrom wurde schon von meh- reren Gruppen modellhaft nachgestellt (KLUCINSKI et al. 1990, ZERBE et al. 1996). Inzwi- schen ist bekannt, dass postpartal in das Uteruslumen eingewanderte PMN in ihrer funktionellen Kapazität beeinträchtigt sind (KLUCINSKI et al. 1995, ZERBE et al. 2000). Auch MATEUS et al. (2002) konnten eine verminderte bakterizide Kapazität uteriner PMN bei Endometritis fest- stellen. Neben ihrer verringerten phagozytischen Kapazität weisen die postpartal in den Uterus eingewanderten PMN ein stark verändertes Muster an exprimierten funktionsassoziierten Zell- membranstrukturen auf (z.B. CD11b [Teil eines Komplementrezeptors für C3b] und MHC- Klasse-I-Moleküle) (ZERBE et al. 1996). Als Ursache für die migrationsbedingten Modulationen der PMN-Charakteristika werden Interaktionen (über Mediatorsubstanzen wie Zytokine) mit lokalen Makrophagen und endometrialen Epithelzellen vermutet, jedoch fehlen bisher entspre- chende Studien.
Diese modulatorischen Mediatoren werden mit hoher Wahrscheinlichkeit von gewebsständigen Zellen direkt nach einem initialen Erregerkontakt produziert und sezerniert.
Makrophagen
Makrophagen sind die zweite Zellpopulation neben den PMN, die als Haupteffektorzellen des angeborenen Immunsystems an der Erregereliminierung beteiligt sind und durch ihre Antigen- präsentierenden Fähigkeiten als Verbindungsstück zum spezifischen Immunsystem fungieren.
Jedoch ist ihre Anzahl den p.p. ins Uteruslumen einwandernden PMN unterlegen (ROMANIUKOWA 1984).
Makrophagen weisen auf ihrer Oberfläche spezielle Moleküle zur Erkennung häufig auftretender mikrobieller Bestandteile auf. Dazu gehören CD14, Mannose-Rezeptoren, Scavenger-Rezeptoren und Toll-like-Rezeptoren (2.4.1). Die Bindung von entsprechenden Liganden an Toll-like- Rezeptoren führt nachweislich zur Aktivierung von Transkriptionsfaktoren, die wiederum die
Bildung pro-inflammatorischer Zytokine unterstützen. Zur Antigenpräsentation sind Makropha- gen über MHC Klasse II-Moleküle befähigt. Daneben exprimieren Makrophagen Komplement- rezeptoren, Fc-Rezeptoren und Adhäsionsmoleküle (ADLER et al. 1994, JUNGI et al. 1997, TIZARD 2000).
Makrophagen gehören zu den stark phagozytierenden Zellen. Ebenso wie PMN vermögen sie Pathogene in Phagosomen aufzunehmen und diese im Zellinneren zu verdauen. Wie bei PMN ist die Phagozytose nicht opsonisierter Pathogene möglich, sie wird jedoch durch Opsonisierung mit Immunglobulinen oder Komplementfaktoren deutlich verstärkt (TIZARD 2000).
Bovine Makrophagen bilden wie PMN im Rahmen des „respiratory burst“ toxische Sauerstoff- metaboliten (BOUNOUS et al. 1992, FORMAN u. TORRES 2002), wenn auch in schwächerer Ausprägung als PMN (OHMANN u. BABIUK 1984, GOFF et al. 1996).
Besonders gegenüber sehr großen extrazellulären Pathogenen können Makrophagen durch die exozytotische Freisetzung der in den Lysosomen enthaltenen Faktoren zytotoxisch wirken (JANEWAY et al. 2002). Bei Kontakt mit Bakterien sezernieren sie zahlreiche, vor allem pro- inflammatorische Zytokine, wie z.B. TNF-α, Makrophagen-inflammatorisches Protein (MIP), Interleukin-1 (IL-1), IL-6, IL-8, IL-12 und Transforming growth factor β (TGFβ), die zur Eigen- stimulation, zur Anlockung weiterer Leukozyten, zur Aktivierung bestimmter Lymphozytensub- populationen und auch zu systemischen Effekten wie z.B. Fieber führen (AKIRA u.
KISHIMOTO 1996, JANEWAY et al. 2002, NORIMATSU et al. 2003). Ein Teil der von Makrophagen initiierten Entzündungsreaktionen resultiert in der Anlockung von PMN. So zeigen neutrophile Granulozyten gerichtete Migration zu einigen der von stimulierten Makrophagen freigesetzten Zytokinen (z.B. IL-8). Dies konnte auch für bovine Makrophagen gezeigt werden (HENRICKS et al. 1990).
Die Rolle von Makrophagen im bovinen Endometrium ist noch weitgehend unklar. MIYOSHI et al. (2002) beschrieben die Verteilung und morphologischen Eigenschaften von Makrophagen während der Trächtigkeit in bovinen Karunkeln. Sie fanden zahlreiche CD14-positive Makropha- gen und eine ausgeprägte Aktivität des Enzyms saure Phosphatase, was jedoch im Falle von Nachgeburtsverhaltung vermindert war.
Im bovinen graviden Uterus sind Makrophagen und sie beeinflussende Faktoren von WANG u.
GOFF (2003) untersucht worden. Die Autoren fanden, dass Interferon tau (IFN-τ) im graviden Uterus MIF (macrophage inhibiting factor) in endometrialen Epithelzellen induziert. Dies ist ein
Protein das das Migrationsverhalten von Makrophagen beeinflusst. Was dies jedoch in Bezug auf die funktionelle Kapazität der Makrophagen im Endometrium peripartal bedeutet, bleibt weiter- hin unklar.
MACKLER et al. (2000) fanden eine 2-fach erhöhte Anzahl von Makrophagen im graviden mu- rinen Uterus. Ihre Anzahl nahm im Laufe der Trächtigkeit zu, ihre Nummer fiel jedoch unmittel- bar präpartal ab, um post partum wieder anzusteigen. Sie folgerten daraus sogar, dass die Makrophagen einen Anteil an der Induktion der Geburt haben. Ob dies jedoch auch für bovine Makrophagen zutrifft, ist völlig unklar.
Endometriale Epithelzelle (EEZ)
Die Bedeutung der EEZ für die lokale Abwehrleistung des Uterus ist bisher nicht nachhaltig un- tersucht worden. Erst neuerdings mehren sich die Hinweise, dass Epithelzellen des Endometri- ums eine wesentliche Funktion bei der Infektionsabwehr zukommt. In der Milchdrüsenepithel- zelle wurde bereits gezeigt, dass die Abschaltung der Milchbildung während der Milchdrüseninvolution zu einer Aufregulierung einer ganzen Reihe immunrelevanter Gene führt (CLARKSON et al. 2004, STEIN et al. 2004). Beide Arbeiten weisen aus, dass in der Milchdrüse der Maus Gene exprimiert werden, die für verschiedene Immunglobulin-Ketten, Akute-Phase- Proteine, CD14, Lipopolysaccharid-Bindungsprotein (LBP) sowie für verschiedenste Zytokine kodieren. An primären bovinen Milchdrüsenepithelzellen (pbMEC) konnte exemplarisch gezeigt werden, dass diese nach Stimulation mit S. aureus oder LPS zur Synthese von Laktoferrin, TNF-α, Serum Amyloid A und IL-8 angeregt werden (WELLNITZ u. KERR 2004).
Für die EEZ liegen solche Untersuchungen noch nicht vor. Es gibt allerdings Hinweise darauf, dass auch die EEZ eine bedeutende Rolle bei der Körperabwehr spielt. So ist sie wahrscheinlich in der Lage, Antigen zu prozessieren oder zu präsentieren (WIRA u. ROSSOLL 1995, CORBEIL et al. 1998). Dies liegt überdies nahe, da ein Äquivalent zu den gastrointestinalen M-Zellen, die dort diese Aufgabe übernehmen, im Uterus nicht vorhanden zu sein scheint (ANDERSON et al.
1996). Im Rattenuterus konnte bereits gezeigt werden, dass das uterine Epithel zur Antigenab- sorbtion und Verarbeitung befähigt ist (WIRA u. PRABHALA 1993). Ebenso konnte Oberflä- chenantigen des nicht-invasiven Tritirichomonas (T). fetus mittels immunohistochemischer Metho- den innerhalb uteriner Epithelzellen, wie auch in mononukleären Zellen unterhalb der Basalmembran des Oberflächen- und Drüsenepithels nachgewiesen werden (BONDURANT et al. 1997). Endometriale Zellen scheinen überdies in der Lage, Leukotrien B4 (LTB4), einen po-
tenter Chemoattraktor für PMN, der im infizierten Uterus in erhöhten Konzentrationen vorliegt, zu sezernieren (BELUZZI et al. 1994). Vor kurzem wurde zum ersten Mal auch ein funktionie- rendes TLR4-System in bovinen endometrialen Epithel- und Stromazellen detektiert (HERATH et al. 2006).
Trophoblastriesenzellen (TGCs)
Trophoblastriesenzellen (TGCs, trophobast giant cells) sind neben den normalen kubischen bis hochprismatischen Epithelzellen der zweite Zelltyp, der im fetalen Chorionepithel vorkommt.
Die TGCs sind groß und können zwei- bis mehrkernig sein. Daher werden sie auch als Diploka- ryozyten oder als Binuclear cells (BNCs) bezeichnet.
Sie sind schon in sehr frühen Trächtigkeitsstadien nachweisbar, und liegen zu diesem Zeitpunkt tief im Trophoblasten. Während ihrer Differenzierung wandern die TGCs aus den tiefen Schich- ten des Trophoblasten an die Oberfläche und während der gesamten Trächtigkeit aktiv weiter in das maternale Epithel des Plazentoms ein. Dort fusionieren sie mit Uterusepithelzellen (WOODING u. WATHES 1980, SCHOON 1989). Hinter der Wanderbewegung vermutet man hauptsächlich die gezielte Sekretion endokrin aktiver Substanzen in das maternale Kompartiment (WOODING u. WATHES 1980). SCHULER (2000) fand, dass die TGCs nach Abgabe der en- dokrinen Substanzen zugrunde gehen und phagozytiert werden. Durch Migration neuer TGCs werden diese jedoch wieder ersetzt. So steigt nach Beobachtungen von SCHULZ und MERKT (1956) während der Hochträchtigkeit im Chorionepithel der relative Gehalt an TGCs. In der jün- geren Literatur wird jedoch von einer physiologischen Abnahme der Gesamtzahl der TGCs im peripartalen Zeitraum berichtet (MARGOLIS et al. 1983, SCHOON 1989, TOLHUYSEN 1990). Auch WILLIAMS et al. (1987) und GROSS et al. (1991) fanden, dass das Verteilungsmus- ter der TGCs beim Rind über den gesamten Verlauf der Trächtigkeit kaum Veränderungen zeigt und erst unter der Geburt ein Vitalitätsverlust der TGCs beobachtet werden kann, welcher für den termingerechten Abgang der Nachgeburt von Bedeutung sein soll. Den TGCs wurden be- reits diverse immunologisch bedeutsame Funktionen zugesprochen, wie die Resorption und Pha- gozytose von Erregerbestandteilen (SCHULZ u. MERKT 1956, GRUNERT 1980), außerdem die Phagozytose von Erythrozyten zur Aufschlüsselung von Eisen für den Fetus (HAGER 1983, RÜSSE 1991), Freisetzung von plazentärem Laktogen (DUELLO et al. 1986), Steroidhormon- synthese (vor allem Progesteron) (REIMERS et al. 1985, GROSS u. WILLIAMS 1988b), Prostaglandinsynthese (REIMERS et al. 1985, GROSS et al. 1987) und die Modulation der pla-
zentären Prostaglandinsynthese (GROSS u. WILLIAMS 1988a). Es konnte überdies gezeigt werden, dass TGCs ein Bildungsort für CSF-1 (colony stimulating factor-1) sind, welches zur Superfamilie der Makrophagen-Kolonie stimulierenden Faktoren (M-CSF) gehört und u.a. eine wesentliche Rolle bei der Makrophagenentwicklung spielt (JANG et al. 2006).
Über eine Bedeutung der TGCs bei der Abwehrbereitschaft im peripartalen Zeitraum bei der Kuh liegen jedoch keinerlei Untersuchungen vor.
2.2.2 Humorale Faktoren Beta-Defensine
Defensine sind Cystein- und Arginin-reiche, weit verbreitete bakterizide und fungizide Peptide (ZASLOFF 2002, SCHRÖDER et al. 2003). In Abhängigkeit von ihren Zysteinresten und somit von der Position ihrer Disulfidbrücken können die Defensine in α-, β- und θ-Defensine unterteilt werden (TANG et al. 1999). α-Defensine finden sich vor allem in den azurophilen Granula der Granulozyten und in den Panethschen Körnerzellen der Lieberkühnschen Krypten des Dünn- darms (OUELLETTE u. SELSTEDT 1996). β-Defensine, von denen bisher vier charakterisiert wurden (CONEJO-GARCIA et al. 2001a), finden sich in verschiedenen epithelialen und nicht epithelialen Zelltypen, so z.B. im humanen Atem-, Verdauungs- und Urogenitaltrakt, sowie auf der Haut (DIAMOND u. BEVINS 1998, FEHLBAUM et al. 2000, CONEJO-GARCIA et al.
2001b), besonders aber in neutrophilen Granulozyten. Als Effektormoleküle der neutrophilen Granulozyten macht ihr Anteil bis zu 15% des Gesamteiweißgehaltes dieser Zellen aus (BOMANN 1995).
Bei den β-Defensinen handelt es sich um kationische, amphiphile Moleküle (mit sowohl hydrophilen als auch lipophilen Anteilen), die aus 38-42 Aminosäuren bestehen. Durch ihre posi- tive Ladung, binden sie an die negativ geladenen Bestandteile der Bakterienmembran. Dies sind vor allem Lipopolysaccharide bei Gram-negativen Bakterien, Polysaccharide und Teichonsäure bei Gram-positiven Bakterien und Phospholipide der inneren Membran Gram-positiver und Gram-negativer Bakterien. Da die Zytoplasmamembran eukaryontischer Zellen, bedingt durch Phosphatidylcholin, in der Struktur verschieden ist, lässt sich, zumindest elektrostatisch, die Se- lektivität der Defensine für Bakterien herleiten (GANZ u. LEHRER 1994, QUAYLE et al. 1998, WEINBERG et al. 1998).
Es konnte zudem gezeigt werden, dass Defensine neben dem direkten Effekt auf die Erreger auch die Zellen des Wirts beeinflussen. Hier werden verschiedene Mechanismen des Entzün- dungsprozesses und der Immunantwort induziert. Es wurden zum Beispiel Interaktionen von β- Defensinen mit dem Chemokinrezeptor CCR6 und mit dendritischen Zellen gezeigt (BIRAGYN et al. 2001, YANG et al. 2001).
Die Expression einer Reihe der Defensin-Gene kann durch Pathogene induziert werden (DIAMOND et al. 1996, DIAMOND et al. 2000). Die Expression des Gens für humanes β-Defensin-2 (HBD-2) beim Menschen über Toll-like-Rezeptor-2 und -4 vermittelte Nuklear Faktor-kappa B (NF-κB)–Aktivierung wurde von BIRCHLER et al. (2001) und VORA et al.
(2004) gezeigt. Beim Rind sind bisher 16 β-Defensingene und 2 Pseudogene beschrieben (ROOSEN et al. 2004). RAJ et al. (2000) ist die Synthese eines Defensin-Moleküls namens „Do- dekapeptid“ aus bovinen neutrophilen Granulozyten gelungen, welches eine antimikrobielle Wir- kung ähnlich der der natürlichen Defensine zeigt.
Die β-Defensinexpression im bovinen Uterus wurde bisher noch nicht untersucht.
GOLDAMMER et al. (2004) konnten jedoch erstmals mittels In-situ-Hybridisierung zeigen, dass die Milchdrüsenepithelzelle der dominierende Expressionsort für β-Defensin-5 (BNBD5) im infizierten Euter ist. DIAMOND et al. (1991) und DIAMOND et al. (1993) sowie MITCHELL et al. (2007) wiesen β-Defensine in bovinen Tracheal-Epithelzellen nach.
Darüber hinaus wurden humanes β-Defensin-1 (HBD-1) und HBD-2 von SCHAEFER et al.
(2005) in humanen uterinen Epithelzellen nachgewiesen. HBD-1 wurde überdies bereits von VALORE et al. (1998) sowohl im Uterus wie auch im Epithel der Vagina, der Ectozervix, Endo- zervix und der Eileiter beschrieben. FENG et al. (2003) zeigten die Expression von HBD-1 und - 2 in der Plazenta, HBD-1 darüber hinaus in Nabelschnurblut.
Antikörper
Im bovinen Uterussekret wurden außer IgE alle Isotypen nachgewiesen und ihre Bedeutung bei der Erregerbekämpfung beschrieben (CURTAIN et al. 1971, DUNCAN et al. 1972, WHITMORE u. ARCHIBALD 1977, DHALIWAL et al. 1996). IgG dominiert im Uteruslumen und IgA im Vaginalsekret (CORBEIL et al. 1974, WATSON et al. 1990). IgM ist der erste Anti- körperisotyp, der nach experimenteller Infektion im Uterussekret anzutreffen ist (CORBEIL et al. 1974). Die IgG- und IgM- Konzentrationen in den Lochien sinken bei Kühen mit ungestör-
tem Puerperium, mit zeitlichem Abstand zur Abkalbung (GEORGIV 1978). In Kühen mit einem gestörten Puerperium steigen die IgA- und IgG-Konzentrationen mit beginnender Endometritis (AKNAZAROV 1988).
IgA wird lokal in der Uterusschleimhaut gebildet. IgG gelangt dagegen von zwei Bildungsstätten aus in das Uteruslumen. Ein Teil der IgG1-Fraktion wird lokal im Endometrium gebildet. Der übrige Teil sowie IgG2 gelangen aus dem peripheren Blut in die Gebärmutter (CURTAIN et al.
1971, BUTT et al. 1993).
Lysozym
Das Lysozym ist ein Enzym, das in vielen Körperflüssigkeiten wie auch in PMN vorhanden ist.
Es spaltet Peptidoglycane in der Zellwand Gram-positiver Bakterien. Damit hat es eine bakterzi- de Wirkung. Außerdem ist es ein potentes Opsonin das in Abwesenheit von Antikörpern die Phagozytose erleichtert. Es wurde im bovinen Endometrium und in Uterusspülproben nachge- wiesen (ROBERTS u. PARKER 1974, LINFORD u. IOSSON 1975). Außerdem wurde beim Schwein eine Progesteron-induzierte Erhöhung des Lysozymgehaltes im Uteruslumen festgestellt (ROBERTS u. BAZER 1988). Die Lysozymkonzentrationen im Uterus der Stute stiegen inner- halb von 12 h nach experimenteller Infizierung parallel mit den PMN-Zahlen (KATILA et al.
1990). Es bleibt jedoch unklar, ob Epithelzellen in der Lage sind, Lysozym zu sezernieren, oder ob mobile Immunzellen für die alleinige Produktion verantwortlich sind (ROBERTS u. BAZER 1988). In welchen Konzentrationen es im bovinen Uterus peripartal vorkommt und welche Be- deutung ihm bei der Erregerbeseitigung zukommt, ist nicht bekannt.
Uteroferrin
Uteroferrin ist wie das Laktoferrin in der Milchdrüse ein Molekül, das zwei Eisenatome enthält.
Es gehört zu den kationischen Phosphatasen und wird bei der Stute durch Progesteron induziert in das Uteruslumen sezerniert (ZAVY et al. 1982, MC DOWELL et al. 1987, LE BLANC et al.
1988). Anders als das Laktoferrin, das auch bakterizide Eigenschaften besitzt, scheint das Utero- ferrin hauptsächlich für den transplazentaren Eisentransport zum Embro verantwortlich zu sein (ROBERTS u. BAZER 1988). Es wird in den Epithelzellen der Uterindrüsen produziert (ROBERTS u. BAZER 1988).
Ein anderer löslicher Faktor, der in Zusammenhang mit postpartalen Entzündungsvorgängen genannt wird, ist z.B die N-acetyl-β-D-glucaminidase (NAGase) (HUSSAIN et al. 1992). Sie ist mitverantwortlich für das Erweichen des Zervixgewebes und liegt peripartal im bovinen Uterus in erhöhten Konzentrationen vor. Ihre genaue Bedeutung für die lokale Immunantwort ist un- klar.
Neben diesen gibt es noch zahlreiche weitere Faktoren, wie β-Glucuronidase, alkalische und sau- re Phosphatasen, evtl. Komplementkomponenten, verschiedene Proteaseinhibitoren und Wachs- tumsfaktoren etc., auf die hier im Weiteren nicht eingegangen wird.
Zytokine und Chemokine
Zytokine sind biologische Botenstoffe, die Signale zwischen Zellen übermitteln. Es sind kleine, lösliche Proteine, die von einer Zelle gebildet werden und entweder die eigenen Zelleigenschaf- ten, die einer benachbarten oder entfernten Zelle rezeptorvermittelt verändern. Sie werden von vielen Zellen, nicht nur denen des Immunsystems, freigesetzt. Eine besondere Gruppe der Zyto- kine stellen die Chemokine dar. Sie veranlassen Zellen, zur Quelle der Chemokinausschüttung zu wandern (JANEWAY et al. 2002).
Durch pro- und antiinflammatorische, oftmals auch pleiotrope (mehrere verschiedene) Eigen- schaften (Tabelle 1) spielen sie als Immunmodulatoren eine große Rolle. In mehreren Arbeiten wurde bereits ihr Vorhandensein im Uterus p.p. gezeigt und ihre Produktion von mobilen Im- munzellen des Endometriums wie auch von EEZ bewiesen. Besonders hervorzuheben sind hier- bei IL-8, IL-1 und TNF-α (KAYISLI et al. 2002).
Tabelle 1: Effekte von ausgesuchten Zytokinen und Chemokinen im bovinen Uterus Zytokin Eigenschaft, Beobachtungen
IL-1 Akut pro-inflammatorisch, Aktivierung von Lymphozyten (VAN MIERT 1995) Steigert PGF2α Produktion (LEUNG et al. 2001)
IL-6 Proinflammatorisch, fördert die Produktion von Akute-Phase-Proteinen (SAADEDDIN et al. 2002)
Prädiktiv für das Auftreten von Endometritiden 22-35 Tage p.p. (ISCHIKAWA et al.
2004)
IL-8 Entzündungseinleitend, potent chemoattraktiv; bewirkt das Einwandern von PMN (KÖNIG et al. 2006)
Einfluss auf die Vorbereitung der Zervix a.p. (KAYISLI et al. 2002) IL-10 Antiinflammatorisch, wirkt trächtigkeitserhaltend (CHAOUAT et al. 1995) LTB4 Anreicherung von PMN im Uteruslumen beim Rind (ZERBE 1994)
IFN-γ Steigert die phagozytotische und bakterizide Kapazität von Neutrophilen; steuert immunsuppressiven Effekten entgegen (SORDILLO u. BABIUK 1991)
Zytotoxisch für Corpus luteum (HANSEN et al. 2004)
IFN-τ Etablierung und Erhaltung einer Trächtigkeit (NORTHEY u. FRENCH 1980) TNF-α Akut pro-inflammatorisch, entzündungsmodulierend (KSONTINI et al. 1998)
Konzentrationsabhängige Aufrechterhaltung des Corpus luteum oder Induktion der Lu- teolyse durch Steuerung der Prostaglandinsynthese (MIYAMOTO et al. 2000, MURAKAMI et al. 2001)
IL = Interleukin, IFN-γ = Interferon-γ und TNF-α = Tumor Nekrose Faktor-α, LTB4 = Leukotrien B4
2.3 Erkennung von Erregern und deren Bestandteilen durch Komponenten des angeborenen Immunsystems
Ein erster Kontakt von Wirtszellen mit mikrobiellen Krankheitserregern bedarf bereits einer adä- quaten Reaktion durch den Wirt. Aufgrund des weitgehenden Fehlens Antigen-spezifischer Re- zeptoren auf den ersten Kontaktoberflächen (z.B. Epithelzellen, z.T. auch Makrophagen oder dendritische Zellen), verfügen sie über eine Reihe weniger spezifischer, genetisch determinierter Rezeptoren. Diese Mustererkennungsrezeptoren (PRR, pattern recognition receptors) erkennen auf mikrobiellen Erregern phylogenetisch hochkonservierte molekulare Muster (PAMPs, patho-
gen associated molecular patterns). Die Interaktion zwischen PRRs und PAMPs leiten Reaktio- nen des angeborenen und des erworbenen Immunsystems ein.
2.3.1 Toll-like-Rezeptoren (TLRs)
Die ursprünglich bei der Fruchtfliege Drosophila identifizierten TOLL-Rezeptoren (GAY u.
KEITZ 1991) dienen der Erkennung von Pathogenen und der Aktivierung des konstitutiven Immunsystems. Aufgrund der hohen Homologie in Struktur und Gensequenz zu diesen TOLL- Rezeptoren konnten bei Mensch 11 und Maus mindestens 13 verschiedene Toll-like-Rezeptoren identifiziert werden (TABETA et al. 2004, ZHANG et al. 2004). Beim Japanischen Pufferfisch sind es sogar 23. Dabei werden nicht alle TLR-Analoga bei allen Spezies exprimiert. So existieren z.B. TLR12 und TLR13 bei der Maus, aber nicht beim Menschen.
Ein wachsender Konsens besteht, dass TLRs einen entscheidenden Schlüssel zur Aktivierung der unspezifischen Immunantwort darstellen (AKIRA u. TAKEDA 2004).
Die spezifischen TLR-Liganden gehören zur Gruppe der PAMPs. Sie besitzen Strukturen mit hochkonserviertem Aufbau und kommen in einem sehr großen Spektrum von Mikroorganismen vor (MEDZHITOV et al. 1997). Zu ihnen gehören z.B. LPS (Lipopolysaccharid), LTA (Lipotei- chonsäure), Lipoprotein und Flagellin. Auch unmethylierte DNA-Motive (CpG-Motive) aus Nicht-Vertebraten, sowie Mannane und Mannoproteine aus Hefen gehören zu ihren Liganden.
Eine Aufstellung der meisten bekannten Liganden findet sich in Tabelle 2. TLRs arbeiten ver- mutlich als Dimere oder Oligomere, die meisten als Homodimere. TLR2 bildet jedoch mit TLR1 oder TLR6 Heterodimere, die jeweils eine andere Spezifität aufweisen (siehe unten). Für andere TLRs wie TLR2 und TLR4 wird eine Heterodimerbildung vermutet (LEE et al. 2004). Manche TLRs sind auf Korezeptoren angewiesen, um volle Ligandensensitivität zu erreichen, gezeigt bei TLR4 (siehe unten).
Als Transmembranrezeptoren bestehen TLRs aus einer extrazellulären Leukin-reichen Region, einer transmembranalen Region und einem intrazellulären Bereich, der dem des IL-1-Rezeptors ähnlich ist und den Namen TIR (Toll/Interleukin-1 Rezeptor) trägt (GAY u. KEITZ 1991). Alle bekannten TLRs, bis auf TLR7, 8 und 9, befinden sich an der Oberfläche der Zellen (ARMANT u. FENTON 2002, CROZAT u. BEUTLER 2004). TLRs gelten als Bindeglieder zwischen den Erkennungsmechanismen von konstitutivem und adaptivem Immunsystem. Nach der Bindung an ihre Liganden führen sie durch ähnliche, intrazellulär ablaufende Mechanismen über verschie-
dene Adapter (Tabelle 2) die Bildung von NF-κB (Nukleärer Faktor kappa B) oder JNK (c-JUN N-terminal kinase) herbei. Daraus resultierend kann es zur Freisetzung von Zytokinen und zur Expressionsmodulierung von Oberflächenmolekülen kommen (MEDZHITOV u. JANEWAY 1997) (2.4.2).
TLR4
Von der gesamten Familie der TLRs ist TLR4 am besten charakterisiert (ADEREM u.
ULEVITCH 2000). Er wurde bei verschiedenen Körperzellen, insbesondere bei zirkulierenden Leukozyten und Makrophagen nachgewiesen (MEDZHITOV et al. 1997). Sein Hauptligand ist das LPS (Lipopolysaccharid) aus der Zellmembran Gram-negativer Bakterien (wie E.coli). LPS allein ist über die Bindung an TLR4 in der Lage, Zellen in geringem Ausmaße anzuregen. Dieser Effekt kann jedoch durch Bindung von LPS an LBP (Lipopolysaccharid-Bindungs Protein) und CD14 verstärkt werden. Für eine starke Aktivierung der Zelle ist zusätzlich noch die Bindung eines Adaptorproteins (MD-2) notwendig (SHIMAZU 1999, AKASHI et al. 2000). TLR4 ist auch in der Lage, das respiratorische Synzytialvirus über das Fusionsprotein F zu erkennen (KURT-JONES et al. 2000). Taxol, HSP60 (Heat Shock Protein 60) und Fibronectin EDA (Ext- ra Domain A) sind körpereigene Substanzen, die ebenfalls durch TLR4 erkannt werden. Taxol benötigt ebenso wie LPS einen TLR4-MD-2-Komplex für eine Aktivierung des Rezeptors (KAWASAKI et al. 2001). Die Bindung von HSP60 an den TLR4 scheint ebenfalls MD-2 ab- hängig zu sein. HSP60 ist jedoch nicht spezifisch für TLR4, sondern kann auch durch TLR2 er- kannt werden (VABULAS et al. 2001). Fibronectin EDA entsteht durch alternative Proteinspal- tung (Splicing) bei Gewebsverletzungen. Dieses ruft über TLR4 in monozytoiden Zellen inflammatorische Reaktionen hervor, was zu der Vermutung geführt hat, dass dieser Mechanis- mus bei Gewebsschädigungen für die inflammatorische Wirkung in vivo zuständig ist (OKAMURA et al. 2001). Durch HERATH et al. (2006) wurde die Expression eines funktionie- renden TLR4-Systems (inkl. CD14) auf bovinen endometrialen Epithelzellen nachgewiesen.
TLR2, TLR1 und TLR6
TLR2 erkennt hauptsächlich Bestandteile Gram-positiver Bakterien (MUZIO u. MANTOVANI 2001), wie Lipoproteine, LTA und Peptidoglykane (PGN) (WERLING u. JUNGI 2003). So zeig- ten Versuche mit TLR2-defizienten Mäusen, dass TLR2 essentiell für eine Immunantwort auf PGN ist (TAKEUCHI et al. 1999, TAKEUCHI et al. 2001). Weitere Liganden sind Zymosan und ausnahmsweise auch LPS von Porphyromonas (P.) gingivalis und Leptospira (L.) interrogans. Diese
Bindung scheint ebenfalls CD14-abhängig zu sein (HIRSCHFELD et al. 2001). LTA sowohl von S. pneumoniae als auch S. aureus bindet über LBP und CD14 an TLR2, nicht aber an TLR4. MD-2 hat keine Auswirkungen auf die Effektivität der LTA-Stimulation (SCHRÖDER et al. 2003).
Auch prokaryotisches GPI (Glycosylphosphatidylinositol) als Ankermolekül für die Bindung vie- ler Proteine an die Membran von Trypanosoma (T.) cruzi ist ein spezifischer Ligand für TLR2 (CAMPOS et al. 2001). Durch strukturelle Unterschiede zwischen Säuger-GPI und dem prokary- otischen GPI von Mikroorganismen ist eine differentielle Erkennung durch TLR2 möglich.
TLR2 vermag nach Bindung seines Liganden nicht alleine eine Zelle zu aktivieren. Um dies zu erreichen, ist es unabdingbar, dass sich ein Heterodimer aus TLR2 mit TLR6 oder mit TLR1 bil- det (UNDERHILL u. OZINSKY 2002). Durch eine einseitige Blockade von TLR2 oder TLR6 konnte die Aktivierung muriner Makrophagen durch Gram-positive Bakterien sowie Zymosan verhindert werden (OZINSKI et al. 2000, HAIJAR et al. 2001). Für die Aktivierung von Zellen durch triazylierte bakterielle Proteine ist keine Heterodimerbildung notwendig (OZINSKI et al.
2000).
TLR9
TLR9 bindet spezifisch einzelsträngige DNA-Sequenzen. Sowohl DNA-Motive mit einem zent- ralen CG-Dinukleotid (CpG-Motive, Cytosin-phosphatidyl-Guanosin) als auch DNA-Motive mit einem reversen, zentralen Motiv (GpC-Motive ) ligieren mit dem TLR9 und werden endosomal bzw. lysosomal internalisiert (HACKER et al. 1998). Im Gegensatz zur DNA von Vertebraten findet man nichtmethylierte CpG-Motive im Genom von Bakterien, Viren und Parasiten in hoher Frequenz (KRIEG 2002). Während in der Regel keine Zellaktivierung durch die reversen GpC- Sequenzen bei Mensch und Maus nachgewiesen wurde, konnten SCHUBERTH et al. (2004) dies für das Rind zeigen. CD14, MD-1 und MD-2 haben keine Auswirkung auf die Aktivierung von Zellen durch TLR9 (BAUER et al. 2001). Zur Aktivierung ist keine Kreuzvernetzung verschiede- ner TLRs nötig. Die Signalkaskade des TLR9 scheint nicht identisch mit dem des IL-1 Rezeptors zu sein, da durch die Blockierung des MyD88 zwar die NF-κB-Induktion durch DNA- Sequenzen, nicht aber die Aktivierung durch IL-1 oder TNF inhibiert werden konnte. TLR9 ge- hört mit TLR7 und TLR8 einer intrazellulär gelegenen Subfamilie an (CROZAT u. BEUTLER 2004). Die Erkennung seines Liganden erfolgt endosomal und die Signaltransduktion lässt sich durch Chloroquin hemmen. Dies legt nahe, dass die endosomale Azidifizierung für eine erfolgrei- che Ligand-Rezptor-Bindung und Signalgebung notwendig ist (PERRY et al. 2005).
TLR3
Doppelsträngige, virale RNA wurde als ein Ligand für TLR3 identifiziert (ALEXOPOULOU et al. 2001). Sie wird von den meisten Viren während ihrer Replikation produziert. Die Aktivierung von TLR3 führt zur Aktivierung von NF-κB und der Produktion von Typ1-Interferonen. Ein weiterer Ligand des TLR3 ist Polyinosine-Polycytidylic Acid (Poly(I:C)) ein sythetisches Analo- gon zur viralen RNA.
TLR5
Als Ligand für TLR5 gilt bisher nur das Flagellin, welches von motilen Bakterien produziert wird und dessen Bindung über die Aktivierung von NF-κB die Bildung von TNF-α induziert (HAYASHI et al. 2001). Der TLR5 wurde bisher auf myelomonozytoiden Zellen (MUZIO et al.
2000) und basolateral auf Darmepithelien nachgewiesen (GEWIRTZ et al. 2001).
TLR7, TLR8
Eine Aktivierung von TLR7 und TLR8 durch kleine, anti-virale Bestandteile wie Imidazoquinoli- ne, aber auch durch einzelsträngige virale RNA konnte gezeigt werden (HEMMI et al. 2002). Die Aktivierung erfolgt ebenfalls über die MyD88-abhängige Signalkaskade. Wie beim murinen TLR7 soll der humane TLR8 virale Einzelstrang-RNA als natürlichen Liganden erkennen (HEIL et al.
2004). Ihre Lokalisation ist intrazellulär (CROZAT u. BEUTLER 2004).
TLR10
Ein spezifischer Ligand für TLR10 konnte bislang nicht identifiziert werden (HASAN et al.
2005).
TLR11
Kürzlich konnte gezeigt werden, dass Profilin von Toxoplasma gondii dendritische Zellen über TLR11 aktiviert und in vivo die Produktion von IL-12 induziert (YAROVINSKY et al. 2005).
Uropathogene E. coli werden ebenfalls von TLR11 erkannt.
TLR12, TLR13
Über die Liganden der bei der Maus gefundenen TLR12 und TLR13 ist bisher nichts bekannt.
Tabelle 2: TLRs mit ihren wichtigsten Liganden und intrazellulären Adaptormolekülen (modifiziert nach TAKEDA et al. 2003)
TLR Liganden Herkunft Adaptormoleküle
TLR1 Triacyl-Lipopeptide Bakterien, Mykobakterien MyD88/MAL*
Peptidoglykane Gram-positive Bakterien Lipoproteine/Lipopeptide Bakterien u.a. Pathogene
Lipoteichonsäure (LTA) Gram-positive Bakterien
Porine Neisserien Glykolipide Spirochäten Zymosan Hefen GPI-Anker T. cruzi
Outer membrane Protein A Klebsiellen
HSP70 Endogener Herkunft
TLR2
Glycoproteine Viren
MyD88/MAL
TLR3 Doppelsträngige RNA Viren TRIF Lipopolysaccharid Gram-negative Bakterien Glycoproteine Viren
F-Protein RSV (Respiratorisches Syncytial- virus)
Taxol Pflanzen HSP60 Endogener Herkunft
TLR4
HSP70 Endogener Herkunft
MyD88/MAL/TRIF/TRAM
TLR5 Flagellin Bakterien MyD88
TLR6 Di-Acyl-Lipopeptide Mykoplasmen MyD88/MAL Einsträngige RNA Zellkompartimente
Imidazoquinolin Synthetisch Loxribin Synthetisch Bropirimin Synthetisch TLR7
Einzelstrang-RNA Viren
MyD88
TLR8 Einzelstrang-RNA Viren MyD88
TLR9 CpG-DNA Bakterien MyD88/?
TLR10 Unbekannt Unbekannt Unbekannt
TLR11 Uropathogene E. coli Uropathogene E. coli MyD88
TLR12 Unbekannt Unbekannt Unbekannt
TLR13 Unbekannt Unbekannt Unbekannt
*auch genannt TIRAP
Bovine TLRs
Inzwischen sind TLR1 bis TLR10 beim Rind nachgewiesen und genomisch kartiert (MC GUIRE et al. 2005). Von ihnen sind TLR2 und TLR4 am besten untersucht. Sie werden von bovinen Monozyten, Makrophagen und dendritischen Zellen (WERLING u. JUNGI 2003), sowie im Eutergewebe (GOLDAMMER et al. 2004) und in bovinen Oviduktzellen (GABLER et al. 2006) exprimiert. Im Gegensatz zu Makrophagen zeigen dendritische Zellen unterschiedliche Reaktio- nen auf TLR2-/4-Liganden (WERLING et al. 2004).
Die Studien über TLR9 beschränkten sich hauptsächlich auf Wirkungsanalysen von CpG- Motiven für Lymphozyten, Monozyten und Makrophagen. Hier dienten die Zytokinproduktion, die Proliferationsreaktion und die Induktion der induzierbaren Stickoxidsynthase (iNOS) als Kri- terien der Aktivierung (BROWN et al. 1998, SHODA et al. 2001, PONTAROLLO et al. 2002).
Es ist noch nicht bekannt, ob CpG-Motive über TLR9 oder einen anderen Weg dendritische Zellen stimulieren, obwohl eine gesteigerte IL-12, TNF-α und NO-Produktion beobachtet wur- den (WERLING u. JUNGI 2003). Im Zusammenhang mit der Mastitis des Rindes konnte eine gesteigerte Expression von TLR2 und TLR4 im Eutergewebe gezeigt werden (PETZL 2005).
HERATH et al. (2006) konnten das erste Mal ein funktionierendes TLR4-System auf bovinen Endometriumszellen nachweisen. YOUNG et al. (2004) wiesen TLR1 bis TLR6 und TLR9 im humanen Endometrium und in endometrialen Epithelzellen nach, was die Vermutung stützt, dass diese auch im bovinen Endometrium eine Rolle spielen.
2.3.2 Funktionelle Konsequenzen einer Toll-like-Rezeptor-vermittelten Antigenbin- dung
Die Signaltransduktion von den TLR-Rezeptoren hin zur Expression von Effektorgenen beinhal- tet die Aktivierung einer Reihe unterschiedlicher Faktoren. Nach Bindung der spezifischen Li- ganden können dabei zwei unterschiedliche Wege der Aktivierung eingeschlagen werden. Es er- folgt entweder eine Aktivierung von NF-κB oder den zur AP-1-Familie der Trans- kriptionsfaktoren gehörenden Proteine JUN und FOS. Signale von TLR3 werden durch den Fak- tor IRF3 (IFN regulatory factor 3) auf den Zielpromotor übertragen (AKIRA u. TAKEDA 2004). NF-κB ist ein wesentlicher Transkriptionsfaktor für die Aktivierung immunrelevanter Ge- ne, besonders für die induzierte Synthese von entzündungsvermittelnden Zytokinen, wie TNF-α und IL-1 (HATADA et al. 2000) sowie bakterizider Radikale, wie z.B. NO in Makrophagen
(SWEET et al. 1998, SHODA et al. 2001). Entscheidend für die erfolgreiche TLR- Signalvermittlung ist das Hinzutreten der Adaptormoleleküle MyD88 oder TRIF (TIR-domain- containing adaptor inducing IFN-β). Die Signaltransduktion wird in MyD88-abhängige und MyD88-unabhängige Signalwege unterteilt. TRIF ist entscheidend für die MyD88-unabhängige Syntheseaktivierung der inflammatorischen Zytokine IFN-α und -β, die als Folge viraler Aktivie- rung des TLR3 gebildet werden. Eine Inaktivierung der beiden Adaptormoleküle MyD88 und TRIF blockiert die bekannten Wege TLR-vermittelter Signalweiterleitung vollständig (AKIRA u.
TAKEDA 2004). Andere bekannte Adapter sind, TIRAP (auch MAL genant) und TRAM (YAMAMOTO et al. 2002, YAMAMOTO et al. 2003).
Letztlich kann TLR-vermittelt ein großes Spektrum an Zytokinen, unter anderen IL-1β, IL-6, IL- 8, IL-10, IL-12, TNF-α wie auch die Apoptose induziert werden (KRUTZIK et al. 2001). Wäh- rend zumeist über die Spezifität einzelner mikrobieller Bestandteile, ihre Bindung an definierte TLRs und entsprechende Effekte berichtet wird, liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit jedoch ein Zusammenspiel mehrerer mikrobieller Bestandteile eines Erregers über verschiedene TLRs an einer Zelle vor, das je nach Ligand in angepasste, leicht unterschiedliche Reaktionen münden kann (UNDERHILL u. OZINSKI 2002). Eine Heterodimerisierung unterschiedlicher TLRs kann bspw. zur Veränderung der Ligandenspezifität der TLRs führen, was z.B. an der Interaktion von TLR2 mit TLR6 gezeigt werden konnte (OZINSKI et al. 2000, TAKEUCHI et al. 2001).
LPS wird über CD14, LBP und MD-2 an den TLR4 (2.4.1) auf Zellen gebunden und stimuliert über eine intrazelluläre Reaktionskaskade deren Aktivierung. Die Stimulation durch LPS resultiert unter anderem in B-Zellproliferation, vermehrter Produktion von Akut-Phase-Proteinen (WONG et al. 2000) sowie der Sekretion verschiedener Zytokine (TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-8, IL- 12) in Makrophagen und Monozyten (CLEVELAND et al. 1996, HOSHINO et al. 1999).
BRIGHTBILL et al. (1999), SU et al. (2000), CAMPOS et al. (2001), JONES et al. (2001) sowie WERLING et al. (2004) fanden nach Makrophagenaktivierung durch TLR-Liganden die Indukti- on von IL-1β, IL-10, IL-12 und TNF-α. Auch die Induktion der iNOS (induzierbare Stickoxid- synthase) wurde in Makrophagen nach TLR-Stimulation nachgewiesen (CAMPOS et al. 2001, WERLING et al. 2004). LPS-stimulierte Makrophagen zeigten über die TLR4-vermittelte Akti- vierung von NF-κB eine Steigerung der induzierbaren Cyclooxygenase-2 (COX-2), die zur Pro- duktion von Prostaglandinen notwendig ist (RHEE u. HWANG 2000). Darüber hinaus scheinen bestimmte TLR-Liganden in der Lage zu sein, die MHC-Klasse-II-Expression und die Antigen- prozessierung herabzuregulieren (NOSS et al. 2001).
TLRs unterliegen einer Expressionsmodulation sowohl durch Pathogene als auch durch Zytoki- ne. So wurde TLR2 nach Infektion von murinen Makrophagen mit Mycobacterium (M.) avium her- aufreguliert, während die Expressionsdichte von TLR4 sank. Die Induktion einer gesteigerten TLR2-Expression auf Makrophagen gelang auch nach Inkubation der Zellen mit verschiedenen Zytokinen wie TNF-α, IL-1α und GM-CSF, jedoch nicht IFN-γ (WANG et al. 2000).
Diese Vorgänge wurden meist unter Beteiligung klassischer Immunzellen beschrieben. Die Frage, ob Epithelzellen, welche oft die erste Barriere bei mikrobiellen Kontaminationen bilden, auch an einer TLR-vermittelten Abwehrreaktion teilnehmen, wird in letzter Zeit vermehrt untersucht.
Entsprechende Mechanismen in Epithelzellen der Schleimhaut und in der Haut sind bereits be- kannt (IMLER u. HOFFMANN 2001). In Atemwegsepithelzellen induziert LPS TLR4-abhängig humanes β-Defensin-2 (HBD-2), IL-8 sowie IL-6 und aktiviert NF-κB (BECKER et al. 2000;
GUILLOT et al. 2003). HERATH et al. (2006) zeigten erstmals in bovinen endometrialen Epi- thelzellen eine TLR4-abhängige Produktionssteigerung von PGE nach Stimulation mit LPS wie auch die Induktion der Gene für TNF-α und der iNOS.
Da seit kurzer Zeit bekannt ist, dass TLRs auch wirtseigene Faktoren erkennen, wie einige HSPs (VABULAS et al. 2001) und Fibrinogen, wird eine Rolle der TLRs bei der Tumorerkennung (CIOCCA u. CALDERWOOD 2005) oder der Allergieentstehung diskutiert; ebenso bei der Entstehung und Symptomstärke von Autoimmunerkrankungen (WICK et al. 2004).
2.4 Sexualsteroide im peripartalen Zeitraum
Der peripartale Zeitraum ist gekennzeichnet durch eine starke Dynamik der weiblichen Sexual- hormone (Östrogene, Progesteron). Eine hohe Inzidenz an Endometritiden kurz nach der Ab- kalbung lassen eine immunmodulatorische Wirkung dieser Hormone und eine damit verbundene pathogenetische Bedeutung vermuten.
Progesteron
Das trächtigkeitserhaltende Sexualsteroid Progesteron weist während der Trächtigkeit ver- gleichsweise hohe Konzentrationen im Blut auf (etwa 5-10 ng/ml Plasma) und erreicht in Folge der Luteolyse innerhalb von 24 bis 48 Stunden (h) ante partum (a.p.) Werte von unter 1 ng/ml.
SCHEIBL und ZERBE (2000) sowie DHALIWAL et al. (2001) beschreiben vor allem eine deut- liche Depressionen der intrauterinen Keimabwehr unter Progesteroneinfluss. CARSON et al.
(1988) fanden, dass mit Arcanobacterium (A.). pyogenes infizierte ovarektomierte Kühe unter Pro- gesteronbehandlung häufiger eine Endometritis entwickelten, als Östrogen-behandelte. LESLIE (1983) führte endokrine Imbalanzen als Faktor für das Auftreten von Nachgeburtsverhaltungen an. Prädisponierend wirkten sich hohe Progesteron- und niedrige Östrogenwerte a.p. aus. Er zeigte auch, dass die Elimination der Lochien bei hohem Progesteronspiegel eingeschränkt war.
SEGERSON et al. (1986) fanden eine signifikante Konzentration immunsuppressiver Proteine im Uteruslumen, die in der Lage waren, in vitro die Lymphozytenproliferation während der Lu- tealphase (Progesterondominanz) zu inhibieren. CHACIN et al. (1990) fanden, dass die Behand- lung ovarektomierter Färsen mit Progesteron die immunosuppressive Aktivität uteriner Sekrete verstärkt. Ein ähnliches Resultat wurde von SEGERSON et al. (1986) mit einer Kombination aus Östrogen und Progesteron erzielt. CHACIN et al. (1990) geben an, dass nicht Progesteron im Dieoestrus direkt für die verringerte Wanderung von PMN in das Uteruslumen verantwortlich ist, sondern die Sekretion immunsupprimierender Proteine bedingt. Die immunsuppressive Wir- kung von Progesteron wird u.a. dadurch erklärt, dass Progesteron auch vom Glukokortikoid- Rezeptor gebunden wird (OETTEL 2001). MADSEN et al. (2002) sehen einen Zusammenhang zwischen peripartal veränderten Steroidhormonkonzentrationen und zeitgleich auftretenden Än- derungen der Expression funktionell bedeutender Gene neutrophiler Granulozyten.
Östrogene
Die wichtigsten endogenen Östrogene beim weiblichen Rind in der Reihenfolge ihrer Wirksam- keit sind Östradiol-17β, Östron und Östradiol-17α (BUDDECKE 1994, DÖCKE 1994). Wäh- rend der Brunst werden sie in den reifenden Ovarfollikeln und während der Gravidität in der Plazenta und vom Trophoblasten gebildet. Es ist jedoch auch beschrieben, dass freies Östradiol- 17β antepartal im Euter synthetisiert wird (MAULE-WALKER u. DAVIS 1983, JANOWSKI et al. 2000). Der Zeitraum der ersten Nachweisbarkeit graviditätsspezifischer Östrogene im mater- nalen Blutplasma erstreckt sich u. a. abhängig von der Analysemethode vom 50.-110. Gravidi- tätstag. Ab dem 110. Graviditätstag ist dann ein deutlicher Konzentrationsanstieg sowohl im ma- ternalen Plasma als auch in Kot und Urin nachweisbar.
Im Blutplasma handelt es sich hierbei überwiegend um konjugiertes Östron. Die Konzentration freier, Rezeptor-aktiver Östrogene nimmt dagegen erst in den letzten 20-30 Tagen a.p. zu, be- sonders deutlich in der letzten Woche. Sie erreichen Maximalwerte unmittelbar ante partum, wo- bei freies Östron in deutlich höheren Konzentrationen vorliegt als freies Östradiol-17β oder
