T-Zell-Wanderung
bei chronischer Entzündung und akuter Infektion des Gastrointestinaltrakts
Der Medizinischen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg
zur
Erlangung des Doktorgrades Dr. rer. biol. hum.
vorgelegt von
Dr. med. Sebastian Zundler
Als Dissertation genehmigt von der Medizinischen Fakultät
der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Tag der mündlichen Prüfung: 29. September 2021
Vorsitzender des Promotionsorgans: Prof. Dr. med. Markus F. Neurath
Gutachter: Prof. Dr. med. Markus F. Neurath Prof. Dr. Ben Fabry
Prof. Dr. med. Britta Siegmund
Inhaltsverzeichnis
1. Zusammenfassung 1
2. Einordnung in den fachwissenschaftlichen Kontext 2.1. Funktionen und Prinzipien der Immunzellwanderung 2.2. Intestinale T-Zell-Wanderung und -Differenzierung
2.2.1. Rezirkulation naiver T-Lymphozyten
2.2.2. Antigenkontakt und organspezifische Prägung 2.2.3. Wanderungsprozesse von Gedächtnis-T-Zellen
2.2.3.1. Zentrale Gedächtnis-T-Zellen 2.2.3.2. Effektor Gedächtnis-T-Zellen
2.2.3.3. Gewebsansässige Gedächtnis-T-Zellen
2.3. Translationale Bedeutung der T-Zell-Wanderung bei intestinaler Entzündung 2.3.1. Chronisch entzündliche Darmerkrankungen
2.3.2. ‚Anti-trafficking agents‘ bei CED 2.4. COVID-19 und der Gastrointestinaltrakt
2.5. Thematischer Zusammenhang der Publikationen
2 2 3 3 5 6 6 7 7 8 8 11 14 14 3. Originalpublikationen
3.1. Mühl et al., BMC Gastroenterology 2021 3.2. Zundler et al., Nature Immunology 2019 3.3. Müller et al., Frontiers in Immunology 2021
16 16 17 18
4. Abkürzungsverzeichnis 19
5. Abbildungsverzeichnis 21
6. Tabellenverzeichnis 22
7. Referenzen 23
8. Publikationsliste 29
1 1. Zusammenfassung
Für die Funktion des Immunsystems sind Wanderungsvorgänge von Zellen entscheidend. Ins- besondere im Rahmen der Surveillance des Körpers durch und der Differenzierung von T- Zellen finden komplexe und koordinierte Wanderungsprozesse statt. Diese bauen auf den Grundmotiven Homing, Retention und Rezirkulation auf, die je nach Zelle und Gewebe durch spezifische Oberflächenmoleküle wie Integrine, Zelladhäsionsmoleküle und Chemokinrezep- toren sowie sezernierte Botenstoffe kontrolliert werden.
Im Bereich des Magen-Darm-Traktes wird durch Immunzellwanderung die Bekämpfung von Krankheitserregern und die Toleranz kommensaler Organismen sichergestellt. Die Komplexi- tät dieser Vorgänge prädisponiert zugleich aber für Fehlregulation und Krankheitsentstehung.
Insbesondere bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen spielt Immunzellwanderung eine wichtige Rolle und die Blockade von Einwanderungsprozessen durch den anti-α4β7 In- tegrin-Antikörper Vedolizumab stellt heutzutage ein etabliertes Therapieprinzip dar.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher translational relevante Aspekte der Immunzellwan- derung im Gastrointestinaltrakt zu untersuchen. Drei Publikationen gehen in diese Arbeit ein, sie widmen sich jeweils schwerpunktmäßig einem der genannten Grundmotive Homing, Re- tention und Rezirkulation:
So wurde in einer Kohortenstudie der Einsatz des Antikörpers Vedolizumab (Homing) bei an der Medizinischen Klinik 1 des Universitätsklinikums Erlangen behandelten CED-Patienten analysiert. Die Daten bestätigen die in randomisierten Studien beschriebene Effektivität in ei- nem ‚real world‘-Kollektiv mit einem hohen Anteil komplexer und refraktärer Krankheitsver- läufe. Zudem konnte gezeigt werden, dass eine geringere Erkrankungsaktivität ein Anspre- chen auf eine Vedolizumab-Therapie wahrscheinlicher macht.
In einer translationalen Studie wurde die pathogenetische Bedeutung von gewebsansässigen Gedächtnis-T-Zellen (TRM-Zellen, Retention) bei CED untersucht. Es zeigte sich, dass diese Zellen bei CED vermehrt sind und zudem mit dem frühen Auftreten erneuter Schübe assoziiert sind. In experimentellen Colitismodellen waren Mäuse mit einer Defizienz für TRM-Zell-Tran- skriptionsfaktoren oder nach Depletion von TRM-Zellen vor der Entwicklung von Colitis ge- schützt. Mechanistisch konnte ein Crosstalk-Mechanismus zwischen TRM-Zellen und Zellen des angeborenen Immunsystems identifiziert werden, der zur TRM-abhängigen schnellen Rekrutierung weiterer Effektoren bei erneutem Antigenkontakt führt. Insgesamt scheinen TRM-Zellen somit insbesondere eine zentrale Rolle für die Auslösung von Schüben zu spielen und stellen ein vielversprechendes zukünftiges Therapieziel dar.
Schließlich wurden vor dem Hintergrund der SARS-CoV-2-Pandemie Lymphozyten aus dem peripheren Blut von COVID-19-Patienten auf ihre Expression von Darmhomingmarkern ana- lysiert, um so Rückschlüsse darauf zu erhalten, ob ihr Antigenkontakt im darmassoziierten lymphatischen Gewebe stattfand (Rezirkulation). Die Zahl α4β7-exprimierender T- und B-Zel- len war dabei unabhängig vom Vorliegen gastrointestinaler Symptome substantiell erniedrigt.
Zusammen spiegeln diese drei Arbeiten also die Vielfalt der intestinalen Zellwanderung wider und zeigen auf, wie diese im Kontext akuter Infektionen und insbesondere chronischer Ent- zündung von pathogenetischer Relevanz ist und Implikationen für zukünftige Therapiestrate- gien haben kann, sei es durch den optimierten Einsatz bestehender oder die Entwicklung neuer Therapieoptionen.
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2. Einordnung in den fachwissenschaftlichen Kontext
Kernthema der vorliegenden Arbeit sind Zellwanderungsvorgänge am Darm und sich daraus ergebende translationale Ansätze für verbessertes Management und Therapie von Erkrankun- gen. Die Ergebnisse wurden in drei Originalarbeiten publiziert [1–3] .
Auf den folgenden Seiten soll zum besseren Verständnis ausführlich in die Thematik eingeführt werden sowie die thematische Verbindung zwischen den Veröffentlichungen herausgearbeitet werden.
2.1. Funktionen und Prinzipien der Immunzellwanderung
Komplex regulierte physiologische Prozesse in vielzelligen Organismen wie dem Menschen setzen eine Spezialisierung von Zellen auf definierte Funktionen in abgegrenzten Geweben sowie den Informationsaustausch zwischen verschiedenen Zellen bzw. Geweben voraus. In beiderlei Hinsicht spielen Zellwanderungsprozesse eine entscheidende Rolle, da auf diese Weise spezialisierte Zellen dorthin gelangen können, wo ihre Funktion erforderlich ist, und durch die Wanderung räumliche Distanzen überwunden und so Informationen transportiert werden können.
In besonderem Maß betrifft dies das zelluläre Immunsystem: Zur Aufrechterhaltung homöo- statischer Prozesse, zur Infektabwehr oder bei der Wundheilung ist es notwendig, dass Immunzellen gezielt wandern und Informationen über das Geschehen speichern und/oder wei- tertragen [4]. Dementsprechend sind mannigfaltige Formen von Wanderungsbewegungen es- sentieller Teil immunologischer Prozesse. Als Beispiele seien die Ausschwemmung von Im- munzellen von ihrem Bildungsort in die Zirkulation, die Infiltration akut infizierter Gewebe durch Fresszellen wie neutrophile Granulozyten und Makrophagen oder die Migration antigenprä- sentierender Zellen wie z.B. dendritischer Zellen in sekundäre lymphatische Gewebe genannt [5].
Das letztendliche Ziel all dieser Pro- zesse besteht darin, im Falle einer In- fektion diese so schnell wie möglich lokal zu bekämpfen, eine Dissemina- tion zu vermeiden und gleichzeitig, die akute Infektion überdauernde und von der primären Eintrittspforte unabhän- gige Mechanismen der Erregerab- wehr zu trainieren [6]. Hierzu ist ein komplexes räumliches und zeitli- ches Zusammenspiel verschiedener Vorgänge erforderlich. Dennoch kön- nen diese auf einige wenige Grund- motive reduziert werden, die in indivi- duell angepasster Form die Basis für die Gesamtheit der Prozesse bilden (Abb. 1).
Im peripheren Blut zirkulierende Im- munzellen müssen in der Lage sein, in periphere Gewebe einzuwandern.
Abbildung 1: Grundmotive von Zellwanderungspro- zessen.
Für die Wanderung zwischen verschiedenen Organen bzw. Geweben nutzen Immunzellen den Blutstrom, den sie in einem Homing genannten Prozess verlas- sen können. Im Gewebe kann es zu Retention und so zum lokalen Verbleib oder aber zur Rezirkulation ins Blut kommen.
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Dies wird als ‚Homing‘ bezeichnet und beruht – grob skizziert – auf der Interaktion von Mole- külen auf der Oberfläche der Immunzellen und der Endothelzellen der Gefäße, die zu einer Verlangsamung der Zellen an der und ihrer anschließenden festen Bindung an die Gefäßwand führen, bevor die Immunzellen trans- oder parazellulär über die Endothelbarriere migrieren [7].
Stellt sich nach Einwanderung in ein Gewebe heraus, dass die Funktion der Immunzelle dort benötigt wird, so kommen Mechanismen der Retention ins Spiel. Hierbei werden einerseits für eine potentielle Auswanderung wichtige Signale bzw. Rezeptoren blockiert und/oder ande- rerseits Oberflächenmoleküle induziert, die eine direkte Adhäsion an entsprechende Liganden im Gewebe vermitteln [8].
Ist eine Zelle im jeweiligen Gewebe nicht erforderlich oder muss sie Informationen in ein an- deres Gewebe transportieren, kommt es zur Rezirkulation. Entsprechende Oberflächenre- zeptoren auf der Immunzelle reagieren dabei auf humorale und/oder zelluläre Signale und vermitteln so ein Verlassen des Gewebes über die Lymphbahnen oder direkt ins Blut [9].
In Anbetracht der Komplexität dieser Vorgänge wird das Potential für Fehlregulierung und darauf beruhende Krankheitsprozesse deutlich. Eindrücklich illustriert wird dies durch mono- genetische Erkrankungen wie die autosomal-rezessive Leukozyten Adhäsions-Defizienz Typ I mit einem Fehlen von Integrin β2 und sich daraus ergebendem Immundefekt aufgrund ge- störter Leukozyteninfiltration in Gewebe [10]. Darüber hinaus ist die Immunzellwanderung aber auch an der Pathogenese einer Vielzahl komplexerer multifaktorieller, insbesondere chronisch entzündlicher Erkrankungen beteiligt.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, translational relevante Aspekte jedes der drei oben erläu- terten Grundmotive der Zellwanderung (Homing, Retention, Rezirkulation) zu untersuchen.
Dies erfolgte in Anbetracht der klinischen und therapeutischen Implikationen im Kontext von chronisch entzündlichen Darmerkrankungen sowie der COVID-19-Pandemie.
Für die im Rahmen der Arbeit zentralen intestinalen T-Zellen sollen die oben skizzierten Zell- wanderungsprozesse in den folgenden Abschnitten im Detail ausgeführt werden.
2.2. Intestinale T-Zell-Wanderung und -Differenzierung
T-Zellen sind Bestandteil des adaptiven Immunsystems. Sie werden im Thymus produziert und kommen insbesondere als CD4+ T Helfer-Zellen und als CD8+ T-Zellen vor [11]. Im Folgenden soll der Fokus v.a. auf die in dieser Arbeit vorwiegend thematisierten CD4+ T-Zellen gelegt werden. Im Rahmen ihrer Entstehung kommt es zur somatischen Rekombination der variablen Abschnitte der T-Zell-Rezeptor-Gene und so zusammen mit weiteren Prozessen wie junktio- naler Diversifizierung und somatischer Hypermutation zu einem einzigartigen T-Zell-Rezeptor auf jeder T-Zelle, der in der Lage ist ein hypothetisches Epitop eines potentiellen Antigens zu erkennen. Solange die T-Zelle hierzu noch keinen Kontakt hatte, handelt es sich um eine naive T-Zelle, als solche verlassen CD4+ T-Zellen den Thymus und zirkulieren anschließend im pe- ripheren Blut [12].
2.2.1. (Re-)Zirkulation naiver T-Lymphozyten
Auf der „Suche“ nach diesem potentiellen Antigen wandern naive CD4+ T-Zellen vom Blut aus immer wieder in sekundäre lymphatische Organe wie Lymphknoten, Milz oder im Falle des Darms das darmassoziierte lymphatische Gewebe (GALT) ein, wo antigenpräsentierende Zel- len Peptide von prozessierten Antigenen aus dem von ihnen „überwachten“ Gewebe auf major
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histocompatibility complex (MHC)-Molekülen präsentieren. CD4+ T-Zellen sind über ihren T- Zell-Rezeptor zur Interaktion mit MHC-Molekülen der Klasse II (MHC II) in der Lage, auf denen Epitope extrazellulärer Antigene präsentiert werden [13].
Das Homing von naiven T-Zellen ins GALT vollzieht sich in einer darmspezifischen Abwand- lung der klassischen mehrschrittigen Homingkaskade (Abb. 2) [14]. Zunächst kommt es zum sog. „tethering“ und „Rollen“ der T-Zellen an der Gefäßwand hochendothelialer Venolen (HEV) des GALT. Während in anderen Gewebe vorwiegend Selektine und ihre Liganden hier- für verantwortlich sind, spielt im GALT die Expression von mucosal addressin cell adhesion molecule 1 (MAdCAM-1) eine wichtige Rolle. Kohlenhydratmodifiziertes MAdCAM-1 stellt zum einen einen Bindungspartner für CD62L (L-Selectin) auf der Oberfläche von naiven T-Zellen dar, zum anderen auch für α4β7 Integrin [15]. Integrine sind Heterodimere aus einer α und einer β-Kette, die Adhäsion an Zelladhäsionsmoleküle auf dem Endothel und an die extrazel- luläre Matrix vermitteln können. Auf naiven T-Zellen wird α4β7 in geringem Ausmaß exprimiert und liegt in der Zirkulation für gewöhnlich in einer niedrig affinen Konformation (‚bent head‘) vor [16]. Sowohl CD62L als auch niedrig affines α4β7 gehen mit MAdCAM-1 schwache Bin- dungen ein, die repetitiv gebildet und wieder gelöst werden. So kommt es zu einer rollenden Bewegung der Zelle entlang des Endothels.
Abbildung 2: (Re-)Zirkulation naiver T-Zellen im Darm.
In einer mehrschrittigen Homingkaskade können naive T-Zellen ins darmassoziierte lymphatische Gewebe einwandern. Dabei kommt es zum ‚tethering‘ (1a) und Rollen (1b) als Voraussetzung für die Aktivierung der Zellen (2) mit Konformationsänderungen von Integrinen und konsekutiver fester Adhäsion (3), bevor die Zellen schließlich ins Gewebe transmigrieren (4). Über Sphingosin 1-Phos- phat (S1P)-vermittelte Chemotaxis kommt es zur Rezirkulation ins Blut. Einzelheiten s. Text. Adap- tiert nach [8].
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Da sich die Zelle dabei auch deutlich verlangsamt, ist sie nun verstärkt gegenüber Signalen aus dem betreffenden Gewebe exponiert. Eine Schlüsselrolle für diesen Schritt der Aktivie- rung spielen hier Chemokine, in sekundären lymphatischen Organen wie dem GALT insbe- sondere CCL19 und CCL21. Beide binden an den Rezeptor CCR7, der auf naiven T-Lympho- zyten exprimiert ist [17]. Die in der Folge aktivierten intrazellulären Signalwege führen u.a. zu einer Konformationsänderung von α4β7 hin zu einer hoch affinen Konformation (‚open head‘) [16,18,19]. Daneben kommt es durch laterale Mobilität von ‚lipid rafts‘ auch zur lokalen Kon- zentration von α4β7 auf der Zelloberfläche und zu morphologischen Veränderungen der Zelle.
All diese Vorgänge prädisponieren die T-Zelle zur anschließenden festen Adhäsion ans En- dothel. Hierbei geht α4β7 Integrin in seiner hoch affinen Konformation eine feste Bindung an MAdCAM-1 ein, für die das Kation Mn2+ ein entscheidender Kofaktor ist [20]. Anschließend kommt es zu einer deutlichen Verformung der Zelle, die sich weiter abflacht, und schließlich in einer amöboiden Bewegung zur trans- oder parazellulären Transmigration über das Endothel [7]. In vivo sind die erläuterten Schritte nicht klar voneinander zu trennen, sondern gehen flie- ßend ineinander über.
Die Rezirkulation von naiven T-Zellen aus dem GALT (und anderen sekundären lymphati- schen Organen) zurück ins Blut beruht in besonderem Maße auf der chemotaktischen Wirkung von Sphingosin-1-Phosphat (S1P). Dieses liegt aufgrund der Bildung durch Sphingosin-Kina- sen z.B. in Erythrozyten und Endothelzellen im Blut in hohen Konzentrationen vor, während die Aktivität von S1P-Lyasen im Gewebe für eine niedrige Konzentration sorgt. So entsteht ein S1P-Gradient, der aufgrund der Expression von S1P-Rezeptoren (S1PR) auf naiven CD4+ T- Zellen für eine gerichtete Chemotaxis hin zum Blut sorgt. Fünf verschiedene Rezeptoren (S1PR1-5) sind bislang bekannt, die neben S1P-abhängiger Chemotaxis auch andere Funkti- onen vermitteln und in einer Vielzahl von Geweben exprimiert sind [21].
2.2.2. Antigenkontakt und organspezifische Prägung
Findet nach Einwanderung einer naiven T-Zelle ins GALT der Kontakt mit dem passenden dort präsentierten Antigen statt und werden dabei von der antigenpräsentierenden Zelle auch noch adäquate ko-stimulatorische Signale dargeboten, kommt es zur Stimulation der Zelle mit einer grundlegenden Änderung ihres Phänotyps und zur klonalen Proliferation [22,23].
Um Immunantworten gegen körpereigene Peptide (die ebenso wie fremde Epitope fortwäh- rend präsentiert werden) zu unterbinden, sind neben der Interaktion des T-Zell-Rezeptors mit dem passenden Epitop zusätzliche Signale durch die antigenpräsentierende Zelle notwendig, häufig handelt es sich um dendritische Zellen [24]. Diese tragen auf ihrer Oberfläche sog. pat- tern recognition receptors (PRR), die konservierte molekulare Motive erkennen, die nicht Be- standteil des menschlichen Organismus, aber verschiedener Krankheitserreger sind (sog. pa- thogen-associated molecular patterns, PAMPs). Ein typisches Beispiel sind sog. toll-like re- ceptors (TLRs), die beispielsweise Flagellin (TLR5) oder unmethylierte CpG-Motive in DNA- Molekülen (TLR9) erkennen [25]. Wird ein solcher PRR aktiviert kommt es über intrazelluläre Signalwege zur Induktion von ko-stimulatorischen Oberflächenmolekülen, z.B. CD80, welches seinerseits an CD28 auf T-Zellen bindet [26].
Bei Kombination dieser Signale wird aus der naiven T-Zelle eine antigenerfahrene T-Zelle, die proliferiert und eine Vielzahl klonaler Abkömmlinge hervorbringt. Dabei handelt es sich zum einen um kurzlebige Effektor T-Zellen, die helfen sollen, den akuten Insult zu bekämpfen,
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zum anderen um Gedächtnis-T-Zellen, die über die ablaufende Immunantwort hinaus persis- tieren und bei Re-Exposition die zügige Generierung einer gezielten adaptiven Immunantwort sicherstellen sollen (Abb. 3) [9].
Eine Besonderheit bei diesem priming von Immunzellen im Darm ist, dass dendritische Zellen im Darm die exklu- sive Fähigkeit zur Expression der Re- tinaldehyd-Dehydro- genase besitzen.
Durch dieses Enzym wird Retinaldehyd, ein Vitamin A-Deri- vat, aus der Nah- rung zu Retinsäure umgewandelt, wel- che ins Zellinnere diffundieren und dort mit Retinsäurere- zeptoren einen Komplex bilden kann, der als Trans- kriptionsfaktor wirkt.
Insbesondere indu- ziert dieser Komplex die Expression von α4 Integrin. Da die β Integrin-Ketten im Überschuss produziert werden, resultiert so die Ex- pression von α4β7 [27,28]. Da MAdCAM-1 bis auf wenige Ausnahmen ausschließlich auf den HEV des GALT und des Darmgewebes exprimiert wird [29], wird bei Antigenkontakt im GALT (d.h. das Antigen muss aus dem Darm stammen) somit auch gleich das für ein späteres Homing in GALT oder Darm benötigte Integrinprofil geprägt. Ebenfalls durch Retinsäure indu- ziert wird auch der Chemokinrezeptor CCR9 (s.u.) [27], insgesamt spricht man von einem Darmhoming-Profil.
Während dieses Rezeptorprofil bei Effektor T-Zellen v.a. dazu dient, das Darmgewebe zu er- reichen und dort zur ablaufenden Immunantwort beizutragen, sind die Mechanismen bei Ge- dächtnis-T-Zellen diversifizierter.
2.2.3. Wanderungsprozesse von Gedächtnis-T-Zellen
2.2.3.1. Zentrale Gedächtnis-T-Zellen
Zentrale Gedächtnis-T-Zellen haben die Aufgabe, nach Ablauf einer Immunantwort die sekun- dären lymphatischen Organe auf eine Re-Exposition mit demselben Antigen hin zu überwa-
Abbildung 3: T-Zell-Differenzierung nach Antigenkontakt.
Nach Antigenkontakt und adäquatem kostimulatorischem Signal durch eine antigenpräsentierende dendritische Zelle (DC) im darmassoziierten lymphatischen Gewebe (GALT) kommt es zur klonalen Proliferation der ursprünglichen naiven T-Zellen (TN). Durch Retinsäure kommt es dabei zur Induktion von Darmhomingmolekülen wie α4β7 Integrin und CCR9. Es entstehen Effektor-T-Zellen (TEff), die ins Darmgewebe einwandern und zur Immunantwort beitragen, sowie zentrale (TCM) und Effektor-Gedächt- nis-T-Zellen (TEM) die zwischen dem peripheren Blut und sekundären lymphatischen Organen bzw. dem Darmgewebe rezirkulieren. Eine Sub- population von Gedächtnis-T-Zellen rezirkuliert nicht und wird zu ge- websansässigen Gedächtnis-T-Zellen (TRM).
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chen. Dementsprechend bleibt die Expression von CD62L und CCR7 auf diesen Zellen beste- hen, da sie so in Analogie zu naiven T-Zellen in der Lage sind, in Lymphgewebe einzuwandern.
Auch die Rezirkulation vollzieht sich analog über S1P-vermittelte Chemotaxis [30].
2.2.3.2. Effektor Gedächtnis-T-Zellen
Im Unterschied zu zentralen Gedächtnis-T-Zellen zirkulieren Effektor Gedächtnis-T-Zellen zwi- schen dem peripheren Blut und ihrem Zielgewebe. Die Expression von CD62L und CCR7 re- duziert sich [31]. Der Homing-Vorgang ins Darmgewebe läuft prinzipiell nach dem gleichen Muster wie oben geschildert ab: α4β7 Integrin in seiner niedrig-affinen Konformation vermittelt das Rollen am Endothel [15]. Beim Aktivierungsvor- gang sind nun allerdings Chemokine wie CCL25 (aus dem Dünndarm) oder CXCL10 beteiligt, die über ihre Rezeptoren CCR9 bzw. CXCR3 Konformati- onsänderungen in α4β7 In- tegrin und ggf. auch ande- ren exprimierten Integrinen wie α4β1 Integrin induzie- ren [18]. Anschließend kommt es durch Bindung von α4β7 Integrin an MAdCAM-1 (eine gerin- gere Affinität besteht auch gegenüber dem vascular cell adhesion molecule 1, VCAM-1) [20], alternativ o- der zusätzlich auch über Bindung von α4β1 Integrin an VCAM-1 oder von αLβ2 Integrin an intercellular cell adhesion molecule 1 (ICAM-1) zur festen Adhäsion und schließlich zur Transmigration (Abb. 4) [8,32]. Die Rezirkulation vollzieht sich entweder S1P-abhängig ins Blut oder CCR7-vermittelt über Lymphgefäße.
2.2.3.3. Gewebsansässige Gedächtnis-T-Zellen
Eine Subgruppe von Gedächtnis-T-Zellen (TRM-Zellen) rezirkuliert nach Einwanderung in den Darm nicht wieder, sondern entwickelt sich dort zu gewebsansässigen Gedächtnis-T-Zellen und persistiert dauerhaft in der Lamina propria (v.a. CD4+) bzw. im Epithel (v.a. CD8+). Zentral daran beteiligt ist die Expression von CD69 auf diesen Zellen, welches direkt mit S1PR1 inter- agiert und dessen Internalisierung induziert. Somit wird Egress-Signalen entgegengewirkt. Zu- dem wird in einer Subgruppe von CD4+ TRM-Zellen (a.e. aufgrund der Einwirkung von TGF- β) CD103 (Integrin αE) exprimiert [33]. αE dimerisiert wie α4 mit der β7-Kette und der αEβ7- Komplex bindet an E-Cadherin, welches auf dem intestinalen Epithel exprimiert ist [34]. Dem- entsprechend wird durch diesen Mechanismus eine Verankerung im Bereich des Epithels ge-
Abbildung 4: Integrine und interagierende Zelladhäsionsmoleküle.
α4β7 Integrin bindet an MAdCAM-1, welches fast ausschließlich auf dem Endothel im Gastrointestinaltrakt und den assoziierten lymphatischen Geweben exprimiert wird. Eine geringere Affinität besteht für VCAM-1, den Hauptbindungsparter von α4β1 Integrin.
αLβ2 Integrin interagiert mit ICAM-1. Adaptiert nach [32].
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fördert (Abb. 5). Nach neueren Erkenntnissen können TRM-Zellen aber unter bestimmten Be- dingungen, insbesondere nach erneutem Antigenkontakt, auch ihre Gewebsansässigkeit wie- der verlieren und rezirkulieren [35].
Spezielle Rezeptorprofile auf Gedächtnis-T-Zellen sorgen also für eine Spezialisierung auf bestimmte Kompartimente, in denen die Zellen eine Patrouil- len-Funktion erfüllen [36]. Im Kontext immunvermittelter pa- thologischer Prozesse am Darm kommt ihnen daher eine Schlüs- selfunktion zu. Insbesondere sind T-Zellen bei der Abwehr akuter Infektionen sowie an der Genese chronisch entzündlicher Erkrankungen beteiligt [37,38].
Aus klinischer Sicht sind hierbei insbesondere chronisch ent- zündliche Darmerkrankungen (CED) relevant, da Immunzell- wanderung hierbei nachgewie- senermaßen ein erfolgreiches Therapieziel darstellt [13]. Zu- dem stellte die COVID-19-Pan- demie den Anlass dar, intestinale Immunzellwanderung auch im Kontext von Infektionen mit SARS-CoV-2 zu untersuchen. Da das intestinale Epithel zu dessen Eintrittspforten in den Kör- per zählt [39], muss auch hier von Immunzellimprinting im Darm ausgegangen werden.
Im Folgenden soll daher näher auf die Immunzellwanderung bei chronischer intestinaler Ent- zündung eingegangen und die vorhandenen und in Entwicklung befindlichen Therapiestrate- gien erläutert werden. Zudem soll kurz in die für die vorliegende Arbeit relevanten Aspekte der SARS-CoV-2-Infektion eingeführt werden.
2.3. Translationale Bedeutung der T-Zell-Wanderung bei intestinaler Entzündung
2.3.1. Chronisch entzündliche Darmerkrankungen
CED sind chronische Erkrankungen des Gastrointestinaltrakts, die sich durch wiederkehrende Entzündungsschübe auszeichnen. Die klinisch bedeutsamsten Formen sind die Colitis ulce- rosa (CU) und der Morbus Crohn (MC) [40,41]. Etwa 400.000 Menschen in Deutschland sind betroffen, die Prävalenz ist weiterhin leicht ansteigend. Im Vordergrund der Symptomatik ste- hen Diarrhoen, teils mit Blutbeimengungen, sowie abdominelle Schmerzen. Der Gipfel des Erkrankungsbeginns liegt im jungen Erwachsenenalter. Die individuellen Verlaufsformen kön- nen sehr unterschiedlich sein, es kommen sowohl Verläufe mit langen Remissionsphasen zwi- schen einzelnen Schüben als auch chronisch-aktive Verläufe mit auf hohem Niveau undulie- render Entzündungsaktivität vor [42,43].
Während eine eindeutige Unterscheidung zwischen MC und CU anhand des klinischen Bildes nur selten möglich ist, gibt es endoskopische und histologische Unterschiede zwischen beiden
Abbildung 5: Retentionsmechanismen von gewebsansässi- gen Gedächtnis-T-Zellen (TRM-Zellen).
Die Expression von CD69 induziert die Internalisierung von S1PR1. Zudem ist ein Teil der TRM-Zellen durch Expression von αEβ7 Integrin in der Lage an E-Cadherin auf dem Epithel zu adhärieren.
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Erkrankungen: Morbus Crohn kann sich prinzipiell am gesamten Gastrointestinaltrakt mani- festieren und dabei auch ein diskontinuierliches Befallsmuster aufweisen, Prädilektionsstelle ist das terminale Ileum. Colitis ulcerosa hingegen ist auf den Dickdarm beschränkt und befällt diesen in variablem Ausmaß kontinuierlich vom Rektum aus. Typisch für Morbus Crohn sind aphthoide Schleimhautläsionen und fissurale Schneckenspur-Ulzerationen, bei der Colitis ulcerosa ist die Schleimhaut kontaktvulnerabel, Ulcerationen sind flächiger verbreitet und das Colon zeigt aufgrund eines Haustrierungsverlustes häufig einen „Fahrradschlauch“-Aspekt.
Histologisch ist Morbus Crohn durch ein transmurales Entzündungsinfiltrat gekennzeichnet, typisch sind epitheloidzellige Granulome. Bei der Colitis ulcerosa hingegen ist die Entzündung auf die Mukosa beschränkt [13,44].
Das Komplikationsspektrum der Erkrankungen differiert ebenfalls: Bei Morbus Crohn kommt es häufig zu strikturierenden Verlaufsformen mit Stenosen oder penetrierenden Verlaufsfor- men mit Fisteln und/oder Abszessen, während eine fulminante Colitis ulcerosa zum toxischen Megakolon führen kann. Das Darmkrebsrisiko ist bei Colitis ulcerosa und bei Colonbefall im Rahmen des Morbus Crohn erhöht. Bei beiden Entitäten kommen häufig auch extraintestinale Manifestationen vor. Ca. ein Drittel der Patienten (MC > CU) beklagen Arthralgien im Sinne einer CED-assoziierten Spondylarthritis, daneben kommen auch entzündliche Begleiterschei- nungen der Haut (Erythema nodosum, Pyoderma gangraenosum), der Augen (Uveitis, Iritis) und der Gallenwege (primär sklerosierende Cholangitis, CU > MC) vor [45,46].
Die Pathogenese von CED beruht auf einem komplexen Wechselspiel zahlreicher Faktoren.
Letztendlich geht man heutzutage von einer lokalen Immunfehlregulation mit abnormer Reak- tion auf Umweltfaktoren aus [47]. Eine zentrale Rolle spielt die genetische Suszeptibilität. Wäh- rend es einige wenige monogenetisch bedingte Formen von CED (z.B. im Rahmen des IPEX- Syndroms) gibt, wurden sog. single nucleotide polymorphisms (SNPs) in mittlerweile mehr als 200 Genen mit einem erhöhten Risiko für CED assoziiert. Bei diesen SNPs handelt es sich um Veränderungen, die die Funktion der kodierten Proteine nur wenig ändern und für sich allein in der Regel keinen Krankheitswert besitzen, die aber im Zusammenspiel mit weiteren genetischen Alterationen und/oder Umwelteinflüssen das Auftreten von CED begünstigen kön- nen. Die überwiegende Mehrzahl dieser „Risiko“-SNPs liegt in Genen, die für die Interaktion des angeborenen Immunsystem mit dem intestinalen Mikrobiom oder für die Funktion adapti- ver Immunantworten von Bedeutung sind [48]. Paradebeispiel ist NOD2/CARD15, ein PRR für bakterielles Muramyl-Dipeptid. Mehrere Varianten des Gens führen zu einer reduzierten Sek- retion antimikrobieller Peptide und steigern das Risiko insbesondere für MC [49,50]. Dies weist bereits darauf hin, dass dem intestinalen Mikrobiom ebenfalls eine wichtige Funktion zukommt.
So konnte gezeigt werden, dass bei CED die kommensale Diversität deutlich reduziert ist, zudem sind einzelne bakterielle Spezies signifikant an- oder abgereichert [51,52]. Viele der bekannten Umweltfaktoren, die sich auf das Erkrankungsrisiko für CED auswirken wie bei- spielsweise Hygienestandards oder zurückliegende Antibiotika-Therapien scheinen mittelbar über das Mikrobiom zu wirken [53].
Hinzu kommt – und auch hierfür sind teilweise genetische Suszeptibilitätsfaktoren verantwort- lich – eine Störung der mukosalen Barrierefunktion. Diese besteht insbesondere aus den Epithelzellen mit den von ihnen gebildeten Zell-Zellkontakten und der von ihnen sezernieren Muzinschicht, die eine selektive Aufnahme z.B. von Nährstoffen erlauben, während sie andere, potentiell schädliche Substanzen oder Mikroorganismen im Darmlumen fernhalten [54]. In der Konsequenz führt das Zusammenspiel von veränderter Umwelt, Barrierestörung und Immun- dysregulation zu einer überschießenden Immunantwort auf bislang weitgehend unbekannte Antigene.
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Diese Immunantwort ist sowohl durch eine pathologische Aktivierung der angeborenen als auch der adaptiven Immunität gekennzeichnet. Es kommt zu einer Infiltration des Darmgewe- bes mit Immunzellen, insbesondere T-Zellen, und zur Sekretion einer Vielzahl pro-inflamma- torischer Zytokine (z.B. TNF-α, IL-17, IL-1β), die das Entzündungsgeschehen weiter unterhal- ten und letztendlich strukturelle Schäden am Darm verursachen. Es konnte gezeigt werden, dass insbesondere mehrere pro-inflammatorische T-Zell-Populationen wie z.B. TH17-Zellen oder TH9-Zellen hierzu einen entscheidenden Beitrag leisten. Gegenregulatorische Vorgänge durch anti-inflammatorische Zellen (z.B. regulatorische T-Zellen) und Zytokine können dem nicht ausreichend entgegenwirken [38,55–58].
Aus den skizzierten Abläufen ergibt sich die zentrale Bedeutung von Immunzellwanderung für die Pathogenese von CED. Zum einen setzt die Entwicklung der fehlregulierten Immunantwort die Einwanderung naiver T-Zellen in das GALT, den dortigen Kontakt mit entsprechenden an- tigenpräsentierenden Zellen und die anschließende Rezirkulation der aus dem GALT voraus.
Zum anderen beruht die Infiltration des entzündeten Darmgewebes durch Effektor- und Ge- dächtnis-T-Zellen auf Darmhoming (Abb. 6).
Eine medikamentöse Heilung von CED ist bislang nicht möglich. Die etablierten Therapieprin- zipien zielen auf die Unterdrückung der fehlregulierten Immunantwort und insbesondere von T-Zellen im Darm ab, z.B. durch Hemmung der T-Zellaktivierung über NFAT (Ciclosporin), durch Induktion von T-Zell-Apoptose über Rac1 (Antimetabolit Azathioprin), durch Blockade von TNF-α (monoklonale Antikörper wie Infliximab oder Adalimumab), von IL-12 und IL-23 (monoklonaler Antikörper Ustekinumab) oder von intrazellulären Jak/STAT-Signalwegen
Abbildung 6: Schematischer Überblick über die Pathogenese von chronisch entzündlichen Dar- merkrankungen und die Bedeutung von Zellwanderung in diesem Zusammenhang.
In einem komplexen Zusammenspiel aus genetischer Prädisposition, Umweltfaktoren, intestinaler Dysbiose, epithelialer Barrierestörung und intestinalem Immunsystem kommt es zur Entwicklung einer fehlregulierten und überschießenden Entzündungsreaktion. Menge und Zusammensetzung der Immunzellen im Darm werden dabei entscheidend von Zellwanderungsvorgängen wie Homing, Retention und Rezirkulation mitbestimmt. Diese Prozesse können durch spezifische Therapiestra- tegien beeinflusst werden. Einzelheiten s. Text.
Integrine und interagierende Zelladhäsionsmoleküle.
α4β7 Integrin bindet an MAdCAM-1, welches fast ausschließlich auf dem Endothel im Gastrointes- tinaltrakt und den assoziierten lymphatischen Geweben exprimiert wird. Eine geringere Affinität be- steht für VCAM-1, den Hauptbindungsparter von α4β1 Integrin. αLβ2 Integrin interagiert mit ICAM- 1. Adaptiert nach [32].
11
(small molecule Tofacitinib) [59]. Somit war es naheliegend, auch Darmhoming als therapeu- tischen Zielprozess bei CED zu untersuchen. Dies führte in einem translationalen Forschungs- prozess, der in den 80er-Jahren des vergangenen Jahrhunderts begann, letztendlich zur Zu- lassung von sog. ‚anti-trafficking agents‘ (ATAs) [60], die mit der Immunzellwanderung interfe- rieren und auf diese Weise die Erkrankungsaktivität bei CED verringern können.
2.3.2. ‚Anti-trafficking agents‘ bei CED
Aus den oben ausgeführten Mechanismen der intestinalen Immunzellwanderung ergeben sich nach heutigem Stand vier prinzipielle Ansatzpunkte für ATAs: Hemmung von Zelladäsionsmo- lekülen auf dem Endothel, Hemmung von aktivierend und/oder chemotaktisch wirkenden Che- mokinen, Blockade von Integrinen auf Lymphozyten sowie Blockade von S1PR auf Lympho- zyten. Während hierdurch in den ersten drei Fällen eine Blockade von Homingprozessen er- wartet werden kann, ist im letzten Fall die Rezirkulation gestört.
All diese potentiellen Therapieprinzipien wurden bereits präklinisch und klinisch bei CED un- tersucht. Eine besondere Erfolgsgeschichte war dabei, begünstigt durch die darmspezifische Expression von MAdCAM-1 [29] und dessen Interaktion mit α4β7-Integrin [20], die Entwicklung des anti-α4β7 Antikörpers Vedolizumab [61]. Nachdem die Interaktion von α4β7 mit MAdCAM- 1 (und daneben auch mit VCAM-1 und Fibronectin) und deren funktionelle Bedeutung für die Lymphozytenadhäsion in vitro identifiziert werden konnte [20], zeigte sich in einer Studie an Liszt-Affen, die eine spontane Colitis entwickeln, dass die Verabreichung eines neutralisieren- den anti-α4β7 Integrin-Antikörpers die Erkrankung substantiell unterdrückt [62]. In der Folge wurde Vedolizumab entwickelt und in der üblichen Sequenz klinischer Studien untersucht.
Nach Veröffentlichung der Phase III GEMINI-Studien 2013 [63,64] erfolgte schließlich 2014 die Zulassung durch EMA und FDA für CU und MC. Seither wird Vedolizumab bei beiden Erkrankungen erfolgreich eingesetzt. Zahllose Beobachtungsstudien bestätigten die Wirksam- keit auch unter Alltagsbedingungen [65–67]. Untersuchungen in einem humanisierten Maus- modell konnten zwischenzeitlich zeigen, dass Vedolizumab tatsächlich auch in vivo die Lym- phozyteninfiltration in den Darm blockiert [68,69].
Vedolizumab ist gegenwärtig der einzige für CED zugelassene ATA in Europa. In den USA steht unter bestimmten Bedingungen noch der anti-α4 Antikörper Natalizumab für MC zur Ver- fügung, der allerdings auch α4β1-vermitteltes Homing über VCAM-1 blockiert, welches in zahl- reichen Körpergeweben exprimiert wird und somit nicht darmspezifisch wirkt. Dementspre- chend ist insbesondere die durch verminderte Immunsurveillance des zentralen Nervensys- tems bedingte progressive multifokale Leukenzephalopathie (PML) aufgrund einer JC-Virus- Infektion eine gefürchtete Nebenwirkung [70]. Nach positiven Phase III-Daten steht außerdem der S1PR-Modulator Ozanimod [71,72] kurz vor der Zulassung. Andere Therapieansätze sind derzeit in Testung in klinischen Studien oder stellten sich trotz vielversprechender präklinischer Daten als nicht erfolgreich (genug) heraus. In der folgenden Tabelle sollen diese Ansätze so- wie die zugrundeliegende präklinische Evidenz und der klinische Entwicklungsstand zusam- mengefasst werden.
12 Zielstruktur Medikament Wirkmechanismus Präklinische Daten
Klinische Daten Indikation Primärer Endpunkt
erreicht? Beobachtete Effekte ICAM-1
(Endothel)
Alicaforsen Antisense Oligonu- cleotid
Entzündungsreduktion im chemisch induzierten Dextran Natriumsulfat (DSS) Colitis-Modell der Maus [73]
MC (Phase II) [74] Nein Steroidentzug möglich MC (Phase II) [75] Nein Steroidentzug möglich
MC (Phase II) [76] Nein -
CU [77] Ja Klinisches Ansprechen
Pouchitis (NCT02525523) Unbekannt Klinisches Ansprechen MAdCAM-1
(Endothel)
Ontamalimab Monoklonaler Anti- körper
Entzündungsreduktion im adoptiven T-Zell-Transfercolitis-Modell der
Maus [78,79]
CU (Phase II) [80] Ja Klinische Remission
MC (Phase II) [81] Nein Klinische Remission in Subgruppen
CU und MC (Phase III) Abgebrochen
CCR9 Vercirnon Small molecule Entzündungsreduktion im sponta- nen TNFΔARE Ileitis-Modell der
Maus [82]
MC (Phase II) [83] Ja Klinisches Ansprechen und klinische Remission
MC (Phase III) [84] Nein -
CXCL10 Eldelumab Monoklonaler Anti- körper
Entzündungsreduktion im DSS-, IL- 10-/-- und Piroxicam-Colitis-Modell
der Maus [85–87]
CU (Phase II) [88] Nein Verbesserung der Le- bensqualität
CU (Phase II) [89] Nein -
MC (Phase II) [90] Nein -
α4 integrin Natalizumab Monoklonaler Anti- körper
Entzündungsreduktion im sponta- nen Colitis-Modell bei Liszt-Affen
[91]
MC mit CRP-Erhöhung (Phase III) [92]
Ja Klinisches Ansprechen und klinische Remission MC (Phase III) [93] Ja Klinisches Ansprechen
und klinische Remission MC (Phase III) [94] Nein/Ja Remissionserhalt
MC (Phase II) [95] Ja Klinisches Ansprechen AJM300 Small molecule Entzündungsreduktion im adoptiven
T-Zell-Transfercolitis-Modell der Maus [96]
CU (Phase II) [97] Ja Klinische Remission und mukosale Heilung α4β7 In-
tegrin
Vedolizumab Monoklonaler Anti- körper
Entzündungsreduktion im sponta- nen Colitis-Modell bei Liszt-Affen
[62]
CU (Phase III) [63] Ja Klinisches Ansprechen, klinische Remission und
mukosale Heilung MC (Phase III) [64] Ja/Nein Klinisches Ansprechen
und klinische Remission
13 Abrilumab Monoklonaler Anti-
körper
- CU (Phase II) [98] Ja Klinisches Ansprechen,
klinische Remission und mukosale Heilung CU (Phase II) [99] Nummerisch höheres klinisches Ansprechen, kli-
nische Remission und mukosale Heilung β7 Integrin Etrolizumab Monoklonaler Anti-
körper
Entzündungsreduktion im adoptiven T-Zell-Transfercolitis-Modell der
Maus [79,100]
UC (Phase II) [101] Ja Klinische Remission
CU (Phase III) [72,102]
Nein/Ja Klinisches Ansprechen, endoskopische Verbes-
serung
MC (Phase III) Laufend
S1PR Ozanimod (S1PR1/5)
Small molecule Entzündungsreduktion im adoptiven T-Zell-Transfercolitis-Modell der Maus und im chemisch induzierten TNBS-Colitis-Modell der Ratte [103]
CU (Phase II) [71] Ja Klinisches Ansprechen, mukosale Heilung CU (Phase III)
[72,102]
Ja Klinisches Ansprechen, klinische Remission und
mukosale Heilung Etrasimod
(S1PR1/4/5)
Small molecule Entzündungsreduktion im adoptiven T-Zell-Transfercolitis-Modell der
Maus [104]
CU (Phase II) [105] Ja Klinisches Ansprechen, klinische Remission und endoskopische Verbes-
serung Amiselimod
(S1PR1)
Small molecule Entzündungsreduktion im adoptiven T-Zell-Transfercolitis-Modell der
Maus [106]
MC [107] Nein Lymphopenie
Tabelle 1: Anti-trafficking agents und Ergebnisse präklinischer und klinischer Studien (adaptiert nach [108]).
14 2.4. COVID-19 und der Gastrointestinaltrakt
Ende des Jahres 2019 wurde im chinesischen Wuhan eine neuartige Krankheitsentität be- schrieben, für die sich eine Infektion mit dem bislang unbekannten SARS-CoV-2 herausstellte [109]. Im Laufe der folgenden Wochen und Monate verbreitete sich dieses Virus weltweit und führte so innerhalb kurzer Zeit zu einer Pandemie. Das klinische Syndrom, das insbesondere durch pulmonale Symptomatik gekennzeichnet ist, wurde COVID-19 genannt [110–112].
Schon früh stellte sich heraus, dass ein Teil der Patienten mit COVID-19 auch gastrointestinale Beschwerden wie z.B. Diarrhoe oder Erbrechen berichtete [111,113,114]. Das Erbgut des Vi- rus konnte auch im Stuhl von Patienten nachgewiesen werden [115]. Dazu passend ließ sich zeigen, dass SARS-CoV-2 Epithelzellen des Magen-Darm-Trakts befällt [39]. Diese exprimie- ren wie auch Epithelzellen der Atemwege auf ihrer Oberfläche das Angiotensin Converting Enzyme 2 (ACE2), an das das Spike-Protein von SARS-CoV-2 bindet und sich hierüber in die Zelle einschleust [116]. Somit ist davon auszugehen, dass Epitope des Virus im GALT präsen- tiert werden und entsprechend spezifische T-Zell-Antworten von Zellen mit Darmhomingprofil getriggert werden.
T-Zellen sind eine entscheidende Säule der Immunantwort gegen das Virus und es konnte gezeigt werden, dass die Infektion zur Generierung virusspezifischer T-Zellen führt, die min- destens sechs Monate persistieren [117–121]. Interessanterweise scheint die Expression von ACE2 im terminalen Ileum bei MC niedriger als bei Kontrollpatienten zu sein [116].
2.5. Thematischer Zusammenhang der Publikationen
Ziel der vorliegenden Arbeit war es wie bereits oben erwähnt, translational relevante Aspekte der Grundmotive Homing, Retention und Rezirkulation der Zellwanderung zu untersuchen.
Jede der drei in diese Arbeit eingehenden Publikationen beschäftigt sich dementsprechend mit einem dieser Motive (Abb. 7).
Der Vorgang des Homings wird durch den anti-α4β7 Integrin-Antikörper Vedolizumab blo- ckiert, der erfolgreich zur Behandlung von CED eingesetzt wird. Zu diesem Aspekt erfolgte
Abbildung 7: Schematische Darstellung des Zusammenhangs der drei Publikationen mit Fokus auf eines der Grundmotive von Immunzellwanderung (vgl. Abb. 1).
15
daher eine retrospektive Kohortenstudie, in der zum einen die Effektivität einer solchen Be- handlung in der CED-Ambulanz der Medizinischen Klinik 1 des Universitätsklinikums Erlangen ausgewertet wurde und zum anderen analysiert wurde, inwieweit klinische Patientencharakte- ristika die Wahrscheinlichkeit des Ansprechens auf die Therapie vorhersagen bzw. beeinflus- sen [2]. Die Ergebnisse können dazu beitragen, die klinische Praxis der CED-Therapie zu op- timieren.
Ein Teil der T-Zellen, die in den Darm einwandern, wird dort zu TRM-Zellen. Die Rolle dieser Zellen in der Pathogenese von CED war bislang unklar. Aufgrund ihrer Gewebsansässigkeit in direkter Nähe zur epithelialen Barriere sowie ihrer Gedächtniszellfunktion konnte allerdings bereits auf eine große Bedeutung bei der Vermittlung von wiederkehrenden Schüben speku- liert werden. Zum Aspekt der Retention erfolgte daher eine translationale Untersuchung der Bedeutung von TRM-Zellen bei CED, in der sowohl Patientenproben als auch verschiedene experimentelle Colitismodelle verwendet wurden [1]. Auf Basis der publizierten Ergebnisse kristallisieren sich TRM-Zellen als vielversprechendes zukünftiges Therapieziel heraus.
T-Zellen, die nicht im Darm gewebsansässig werden und Zellen, die im GALT patrouillieren können ins periphere Blut rezirkulieren. Dabei zeigt die Expression von α4β7 Integrin auf Ge- dächtnis-T-Zellen an, dass der Antigenkontakt der ursprünglichen naiven T-Zelle im GALT stattgefunden hat und hier durch Retinsäure ein Darmhomingprofil induziert wurde. Auf Basis dieses Zusammenhangs erfolgte die Analyse von peripheren Blutzellen von Patienten mit aku- ter und überstandener Erkrankung an COVID-19 im Vergleich zu gesunden Kontrollen insbe- sondere im Hinblick auf die Expression von Darmhomingmolekülen [3]. Die Resultate sind beispielsweise hinsichtlich der Entwicklung weiterer Impfstoffe potentiell klinisch bedeutsam.
Zusammen spiegeln diese drei Arbeiten also die Vielfalt der intestinalen Zellwanderung wider und zeigen auf, wie diese im Kontext akuter Infektionen und insbesondere chronischer Ent- zündung von pathogenetischer Relevanz ist und Implikationen für zukünftige Therapiestrate- gien haben kann, sei es durch den optimierten Einsatz bestehender oder die Entwicklung neuer Therapieoptionen.
16 3. Originalpublikationen
3.1. Mühl L, Becker E, Müller TM, Atreya R, Atreya I, Neurath MF, Zundler S.
Clinical experiences and predictors of success of treatment with vedolizumab in IBD patients: a cohort study.
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3.2. Zundler S, Becker E, Spocinska M, Slawik M, Parga-Vidal L, Stark R, Wiendl M, Atreya R, Rath T, Leppkes M, Hildner K, López-Posadas R, Lukassen S, Ekici AB, Neufert C, Atreya I, van Gisbergen KPJM, Neurath MF.
Hobit- and Blimp-1-driven CD4+ tissue-resident memory T cells control chronic intes- tinal inflammation.
Nat Immunol. 2019 Mar;20(3):288-300. doi:10.1038/s41590-018-0298-5
18
3.3. Müller TM, Becker E, Wiendl M, Schulze LL, Voskens C, Völkl S, Kremer AE, Neurath MF, Zundler S.
Circulating Adaptive Immune Cells Expressing the Gut Homing Marker α4β7 Integrin Are Decreased in COVID-19.
Front Immunol. 2021 Apr 20;12:639329. doi: 10.3389/fimmu.2021.639329.
19 4. Abkürzungsverzeichnis
ACE Angiotensin-converting enzyme ATA Anti-trafficking agent
CCL C-C Chemokin-Ligand
CCR C-C Chemokin-Rezeptor
CED Chronisch entzündliche Darmerkrankung COVID-19 Coronaviruserkrankung (SARS-CoV-2)
CU Colitis ulcerosa
CXCL C-X-C Chemokin-Ligand CXCR C-X-C Chemokin-Rezeptor
DC Dendritische Zelle
EMA Europäische Arzneimittelagentur FDA US Lebens- und Arzneimittelbehörde GALT Darmassoziiertes lymphatisches Gewebe HEV Hochendotheliale Venole
IL Interleukin
Jak Janus Kinase
JC-Virus John Cunningham-Virus
ICAM-1 intercellular cell adhesion molecule 1
MAdCAM-1 mucosal addressin cell adhesion molecule 1 MHC major histocompatibility complex
MC Morbus Crohn
NFAT nuclear factor of activated T cells PAMP pathogen associated molecular pattern PML Progressive multifokale Leukenzephalopathie PRR pattern recognition receptor
S1P(R) Sphingosin 1-Phosphat(-Rezeptor)
SARS-CoV-2 severe acute respiratory syndrome corona virus 2 SNP single nucleotide polymorphism
STAT signal transducer and activator of transcription
20 TCM zentrale Gedächtnis-T-Zelle
TEff Effektor T-Zelle
TLR toll like receptor
TEM Effektor-Gedächtnis-T-Zelle
TNF Tumornekrosefaktor
TRM gewebsansässige Gedächtnis-T-Zelle VCAM-1 vascular cell adhesion molecule 1
21 5. Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Grundmotive von Zellwanderungsprozessen Seite 2 Abbildung 2: (Re-)Zirkulation naiver T-Zellen im Darm Seite 4 Abbildung 3: T-Zell-Differenzierung nach Antigenkontakt Seite 6 Abbildung 4: Integrine und interagierende Zelladhäsionsmoleküle Seite 7 Abbildung 5: Retentionsmechanismen von gewebsansässigen Seite 8
Gedächtnis-T-Zellen
Abbildung 6: Schematischer Überblick über die Pathogenese von Seite 10 chronisch entzündlichen Darmerkrankungen und der
Bedeutung von Zellwanderung in diesem Zusammenhang
Abbildung 7: Schematische Darstellung des Zusammenhangs der Seite 14 drei Publikationen
22 6. Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Anti-trafficking agents und Ergebnisse präklinischer Seite 12 und klinischer Studien
23 7. Referenzen
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