Antikörper-abhängige Immunantwort im SIV-Makakenmodell
INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer
Doktorin der Veterinärmedizin - Doktor medicinae veterinariae -
(Dr. med. vet.)
Vorgelegt von Katharina Raue
aus Hannover
Hannover 2012
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. med. vet. F.-J. Kaup Tierärztliche Hochschule Hannover Deutsches Primatenzentrum, Göttingen 2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Georg Herrler
Tierärztliche Hochschule Hannover
Tag der mündlichen Prüfung: 21.11.2012
Meiner Familie
2.1 Das Immunsystem... 17
2.1.1 T-Zell-vermittelte Immunantwort ... 17
2.1.2 Humorale Immunantwort ... 18
2.1.2.1 B-Zellen ... 18
2.1.2.2 Antikörper ... 26
2.2 Humane und simiane Immundefizienzviren ... 32
2.2.1 HIV und AIDS ... 32
2.2.2 SIV ... 33
2.2.3 Klassifikation ... 34
2.2.4 Vergleich von SIVsm, HIV-1 und HIV-2 ... 34
2.2.5 Struktur von HIV/SIV ... 35
2.2.6 Die Replikation von HIV/ SIV ... 36
2.2.7 SIV-Infektion von Makaken als in vivo-Modell für die HIV-Infektion ... 37
2.3 Pathophysiologie der Immundefizienzviren ... 38
2.3.1 Krankheitsverlauf ... 38
2.3.2 Immunantwort gegen HIV/ SIV ... 40
2.3.2.1 Die zelluläre Immunantwort ... 41
2.3.2.2 Die humorale Immunantwort ... 41
2.3.3 Pathogenese der Immundefizienzviren ... 41
2.3.3.1 Auswirkungen auf das zelluläre Immunsystem ... 42
2.3.3.2 Auswirkung auf das humorale Immunsystem ... 42
3. MATERIAL UND METHODEN ... 44
3.1 Tiere ... 44
3.1.1 Narkotisierung der Versuchstiere ... 44
3.1.2 Belastungsinfektion der Tiere mit SIV ... 45
3.1.3 Blutentnahme bei den Versuchstieren ... 45
3.1.4 Bronchioalveoläre Lavage (BAL) ... 45
3.1.5 Euthanasie ... 46
mononuclear cells, PBMC) ... 47
3.2.2 Isolierung von mononukleären Zellen aus BAL ... 47
3.3 Vitalitäts- und Zellzahlbestimmung... 48
3.4 Kryokonservierung von Probenmaterial... 48
3.4.1 Einfrieren von PBMC ... 48
3.4.2 Einfrieren von zellfreiem Material ... 48
3.4.3 Auftauen von PBMC ... 48
3.4.4 Auftauen von zellfreiem Material ... 49
3.5 Immunologische Methoden zum Nachweis zellulärer und humoraler Immunantworten ... 49
3.5.1 Nachweis bindender Antikörper im ELISA ... 49
3.5.2 Nachweis neutralisierender Antikörper gegen SIV mittels eines Luziferase Reportergensystems auf TZM bl-Zellen ... 50
3.5.2.1 Titration des Virusstocks SIVmac32H ... 50
3.5.2.2 Nachweis von neutralisierenden Antikörpern im Serum ... 52
3.5.3 Quantifizierung Antikörper-produzierender Zellen mit Hilfe der ELISpot- Technik ... 53
3.5.3.1 Antikörper-produzierende Zellen im peripheren Blut ... 54
3.5.3.2 Antikörper-produzierende Zellen in BAL ... 55
3.5.3.3 Polyklonale Stimulation von PBMC und mononuklären Zellen aus BAL ... 56
3.5.4 Quantifizierung von IFNγ-sezernierenden Zellen mit Hilfe des ELISpot- Verfahrens ... 56
3.6 Charakterisierung von B-Zellen mittels polychromatischer Durchflusszytometrie…. ... 57
3.6.1 Markierung von Oberflächenantigenen von isolierten mononukleären Zellen aus peripherem Blut ... 58
3.6.2 Antikörper-Kombination zur Definition verschiedener B-Zellpopulationen ... 59
3.6.3 Definition verschiedener Lymphozytenpopulationen ... 59
3.7 Bestimmung der SIV-Last im peripheren Blut ... 63
3.8 Erstellung eines Differentialblutbildes ... 64
4.1 Retrospektiver Vergleich der humoralen und zellulären Immunantwort im SIV-
Makakenmodell mit Fokus auf die Langzeitüberlebenden ... 65
4.1.1 Virusbeladung ... 65
4.1.2 Bindende Antikörper gegen SIV ... 67
4.1.3 Neutralisierende Antikörper gegen SIV ... 71
4.1.4 SIV-spezifische IFN-γ-Sekretion von T-Zellen ... 74
4.2 Funktionale und phänotypische Charakterisierung der B-Zellpopulationen der Langzeitüberlebenden ... 76
4.2.1 Quantifizierung SIV-spezifischer Gedächtnis-B-Zellen ... 76
4.2.2 Durchflusszytometrische Analyse der B-Zellpopulationen ... 78
4.3 Longitudinale Untersuchung der humoralen Immunantwort von der akuten bis zur chronischen Phase der SIV-Infektion bei nicht-immunisierten Kontrolltieren ………...90
4.3.1 Virusbeladung bis 48 Wochen nach SIV- Infektion ... 90
4.3.2 Bindende Antikörper in der frühen Phase der SIV-Infektion ... 91
4.3.3 Neutralisierende Antikörper gegen SIV ... 94
4.3.4 Quantifizierung SIV-spezifischer Antikörper-sezernierender Zellen ... 95
4.3.5 Longitudinale durchflusszytometrische Analyse der B-Zellpopulationen ... 97
5. DISKUSSION ... 102
5.1 Die Viruslast in der akuten Plateauphase eignet sich als prognostischer Marker für den weiteren Krankheitsverlauf ... 103
5.2 Vergleichende funktionale Untersuchungen der B-Zellimmunantwort von Langzeitüberlebenden und Progressoren... 104
5.2.1 Langzeitüberlebende waren durch höhere bindende Antikörpertiter gegen SIVgag im ELISA gekennzeichnet ... 104
5.2.2 Die SIV-spezifische IFN-γ-Sekretion von T-Zellen der Langzeitüberlebenden gegen SIVgag lag signifikant über der von Progressoren ... 106
5.2.3 Deutliche positive Korrelation zwischen viralen RNA-Kopien im Plasma und Höhe der Neutralisationstiter ... 107
5.2.5 Keine Korrelation zwischen Titern der bindenden Antikörper und SIV-
spezifischen ASC ... 110
5.2.6 Ohne vorherige Stimulation konnten keine SIV-spezifischen IgG- sezernierenden Zellen im Blut der Langzeitüberlebenden nachgewiesen werden. ... 111
5.2.7 Der Anteil SIVenv-spezifischer Gedächtnis-B-Zellen im Blut der Langzeitüberlebende entsprach dem 6,5fachen des Anteils der SIVgag- spezifischen Gedächtnis-B-Zellen ... 113
5.2.8 Der Nachweis von SIV-spezifischen ASC in der BAL sowie der Nachweis von IgA-sezernierenden Zellen im Blut der Langzeitüberlebenden fielen negativ aus ... 115
5.3 Phänotypische Charakterisierung der B-Zellsubpopulationen im Blut ... 117
5.3.1 Eingeschränkte Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Studien ... 117
5.3.2 SIV-negative Rhesusaffen besaßen einen höheren Anteil von CD27+B-Zellen als Menschen, nur ein kleiner Teil davon entsprach allerdings der Definition von ruhenden Gedächtnis-B-Zellen ... 119
5.3.3 Der Anteil der B-Zellen an den Lymphozyten war bei chronisch infizierten Tieren mit mittlerer und hoher SIV-Beladung signifikant erhöht ... 121
5.3.4 Eine hohe SIV-Last führte zu einer übersteigerten Aktivierung von B-Zellen 122 5.3.5 Elite controllers unterschieden sich nur hinsichtlich der ruhenden Gedächtnis-B- Zellen und der T-Helferzellen signifikant von den SIV-negativen Tieren ... 124
5.3.6 Die SIV-Infektion bei Rhesusaffen hatte einen anderen Einfluss auf die untersuchten atypischen B-Zellsubpopulationen als die HIV-Infektion bei Menschen ... 127
5.3.7 Die Anteile der CD20+Zellen an den Lymphozyten und der CD10-IgD-Zellen an den B-Zellen normalisierten sich innerhalb von 4 Wochen nach SIV- Infektion ... 128
5.4 Abschließende Bewertung und Ausblick ... 130
6. ZUSAMMENFASSUNG ... 133
7. SUMMARY ... 136
8. LITERATURVERZEICHNIS ... 139
9. ABBILDUNGSVERZEICHNIS ... 164
11.2 ELISA-Protokoll ... 173
11.3 Protokoll für Neutralisationstest auf TZM-bl mit Luziferase Read-out ... 174
11.4 Protokoll für B-Zell-ELISpot ... 176
11.5 Protokoll für IFN-γ-ELISpot ... 179
Abt. Abteilung
AIDS acquired immunodeficiency syndrome
(erworbenes Immundefizienz-Syndrom )
Ak Antikörper
ASC antibody-secreting cells (Antikörper-
sezernierende Zellen)
Aqua dest. Aqua destillata
BAL Bronchioalveoläre Lavage
BSA Bovines Serumalbumin
bzw. beziehungsweise
°C Grad Celsius
ca. circa
CCR CC-Motiv-Chemokin-Rezeptor
CD cluster of differentiation
(Differenzierungsgruppen)
CD 40L CD40 Ligand
CMV Cytomegalievirus
CpG Cytosin-Phosphat-Guanin
CXCR CXC-Motiv-Chemokinrezeptor
DMSO Dimethylsulfoxid
DNA deoxyribonucleic acid (Desoxyribonukleinsäure)
DPZ Deutsches Primatenzentrum
dt. deutsch
EBV Eppstein-Barr-Virus
EDTA Ethylendiamintetraacetat
ELISA enzyme linked immunosorbent assay (Enzym-
gekoppelter Immunabsorbationstest)
ELISpot enzyme linked immunospot assay (Enzym-
gekoppelter Immunpunkttest)
Fa. Firma
Fab fragment antigen binding (Antigen-bindendes
Fragment)
Fc fragment crystallizable (kristallinisierbares
Fragment)
FCS fetal calf serum (fetales Kälberserum)
FSC forward-scatter (Forwärtsstreubereich)
g Gramm
G Gauge
gag group specific antigen (Gruppen-spezifisches
Antigen)
GM II Göttinger Mischung II
gp glycoprotein (Glykoprotein)
h hour (Stunde)
HAART highly active antiretroviral therapy
(hochwirksame antiretrovirale Therapie)
HIV Humanes Immundefizienz-Virus
Ig Immunglobulin
IL Interleukin
IFN Interferon
i.v. intravenös
kg Kilogramm
KGW Körpergewicht
l Liter
log Logarithmus
LPS Lipopolysaccharide
LTNP long-term nonprogressor
M Molare Lösung
min Minute
ml Milliliter
n Probengröße
nAk neutralisierende Antikörper
nef negative effective factor (negativer Effekt-Faktor)
NHP nicht-humane Primaten
NIBSC National Institute for Biological Standards and
Control
NK-Zellen Natürliche Killer-Zellen
nm Nanometer
ns nicht signifikant
OD Optische Dichte
p Protein
p Signifikanzniveau
PBMC peripheral blood mononuclear cells (periphere
mononukleäre Zellen des Blutes)
PBS phosphat buffered saline solution (Phosphat-
gepufferte isotonische Kochsalzlösung)
PPR pattern recognition receptors
(Mustererkennungsrezeptoren)
pol Polymerase
PWM pokeweed mitogen (Mitogen der Kermesbeere)
r Korrelationskoeffizient nach Pearson
rev regulator of expression of viral proteins
(Expressionsregulator viraler Proteine)
RLU relative luminescence units (relative
Lumineszenzeinheiten)
RNA ribonucleic acid (Ribonukleinsäure)
Kettenreaktion)
s. siehe
SD Standardabweichung
SHIV simian-human immunodeficiency virus (Affen-
Menschen Immundefizienz-Virus)
SIV simian immunodeficiency virus (Affen-
Immundefizienz-Virus)
SIVcpz simian immunodeficiency virus chimpanzee
(Affen-Immundefizienz-Virus der Schimpansen)
SIVmac simian immunodeficiency virus macaque (Affen-
Immundefizienz-Virus der Makaken)
SIVsm simian immunodeficiency virus sooty mangabe
(Affen-Immundefizienz-Virus der Rauchmangaben)
SSC side-scatter (seitlicher Streubereich)
STLV simian T cell leukemia virus (Affen-T-Zell-
Leukämie-Virus)
tat transactivator of transcription (Auslöser der
Transkription)
TCID50 tissue culture infectious dose 50 (Gewebekultur- infektöse Dosis 50)
TGF transforming growth factor (transformierender
Wachstumsfaktor)
TLR toll-like receptor (Toll-ähnlicher Rezeptor)
TMB Tetramethylbenzidin
TNF Tumor-Nekrose-Faktor
u.a. und andere
usw. und so weiter
wpi weeks post infection
z.B. zum Beispiel
z.T. zum Teil
µg Mikrogramm
µl Mikroliter
µm Mikrometer
1. EINLEITUNG
Mehr als 20 Jahre nach seiner Entdeckung war das Humane Immundefizienzvirus (HIV) 2009 immer noch für ca. 1,8 Millionen Tote weltweit (Global Report 2010, UNAIDS) verantwortlich. Trotz intensivster Bemühungen konnte bisher kein effektiver und sicherer Impfstoff entwickelt werden. Eine vollständige Heilung kann auch mit den heute verfügbaren wirksamen antiretroviralen Therapeutika nicht erzielt werden. Darüber hinaus sind letztere mit zahlreichen Nachteilen behaftet, wie starken Nebenwirkungen, Resistenzbildung und nicht zuletzt hohen Kosten, die ihren flächendeckenden Einsatz in wirtschaftlich schwachen Ländern unmöglich machen.
Weitere Forschung, nicht nur klinisch-angewandter Natur, sondern auch im Bezug auf HIV- /AIDS-Pathogenese, ist insofern unentbehrlich. Klinische Studien am Menschen weisen allerdings zahlreiche Hürden auf. Allen voran ethische Bedenken, aber auch praktische Gründe erschweren eine systematische Arbeit. Der genaue Infektionszeitpunkt eines Patienten ist selten bekannt, die latente Phase der HIV-Infektion erstreckt sich unter Umständen über mehrere Jahre und invasive Eingriffe zur Gewinnung von Probenmaterial, die über eine Blutentnahme hinausgehen, sind nur äußerst schwer realisierbar.
Die Infektion von asiatischen Makaken mit dem Affenimmundefizienzvirus (engl.: simian immunodeficiency virus, SIV) stellt aufgrund der ähnlichen Immunreaktion und nahezu identischer, aber wesentlich kürzerer Krankheitsverläufe ein überaus wertvolles Modell dar, zumal sich kleine Labortiere wie Nager oder Kaninchen nicht mit HIV infizieren lassen (MORROW et al., 1987; FILICE et al., 1988). Durch die Arbeit mit diesem Tiermodell konnten bisher viele wertvolle Erkenntnisse über die AIDS-Pathogenese und Ansätze zur Entwicklung einer erfolgreichen Vakzine gewonnen werden. So ließen sich durch mehrere T- Zell-basierte Immunisierungsstrategien, die während des letzten Jahrzehnts im Fokus der wissenschaftlichen Anstrengungen standen, die Höhe der Viruslast in der akuten und chronischen Phase der Infektion senken und die Überlebenszeit verlängern, wenngleich die Infektion an sich nicht abgewendet werden konnte (BAROUCH et al., 2000; SHIVER et al., 2002; CASIMIRO et al., 2005; WILSON et al., 2006). Der passive Transfer von
neutralisierenden Antikörpern kurz vor oder zum Zeitpunkt einer experimentellen Infektion blockierte diese aber und bewies damit auch die Relevanz der humoralen Immunantwort für die Bekämpfung der Immundefizienzviren (BABA et al., 2000; MASCOLA et al., 2000;
PARREN et al., 2001; BURTON et al., 2011). Bisher getestete Impfstoffe erzielten jedoch nur ineffiziente oder schwach wirksame Antikörper, deren Titer rasch sanken.
Im Rahmen dieser Dissertation sollte deswegen die Bildung und Ausprägung der humoralen Immunantwort nach SIV-Infektion während mehrerer Vakzineexperimente an Rhesusaffen analysiert werden, wobei das Hauptaugenmerk auf solche Tiere gerichtet wurde, die ohne jede Therapie über mehrere Jahre lang klinisch gesund blieben. Üblicherweise wird der Umfang der humoralen Immunantwort lediglich über eine Titration bindender oder neutralisierender SIV-spezifischer Antikörper mittels ELISA oder Neutralisationstest eingeschätzt. In dieser Arbeit soll darüber hinaus eine Methode etabliert werden, mit der das SIV-spezifische immunologische Gedächtnis beurteilt werden kann, da das Erzielen eines robusten immunologischen Gedächtnisses naturgemäß Ziel eines jeden Impfstoffes sein sollte. Die dafür nutzbare Technik des B-Zell-ELISpot, mit dem virus-spezifische Antikörper- sezernierende Zellen und Gedächtnis-B-Zellen quantifiziert werden können, war zu Beginn der Dissertation noch nicht im SIV-Makakenmodell angewandt worden.
Ergänzt wurden diese Untersuchungen durch die phänotypische Charakterisierung von Gedächtnis-B-Zellen und anderen für die Funktion der Antikörper-vermittelten Immunantwort wichtigen B-Zellsubpopulationen mittels Durchflusszytometrie. Daten in diesem Umfang existieren dazu weder von SIV-negativen Rhesusaffen noch von Tieren in unterschiedlichen Infektionsstadien. Dabei haben B-Zelldysfunktionen einen wesentlichen Anteil an AIDS-assoziierten Symptomen, wie z.B. Hypergammaglobulinämie (SHIRAI et al., 1992) und Anfälligkeit für bakterielle Infektionen (MIEDEMA et al., 1988; CHONG et al., 2004a). Darüber hinaus ist zu erwarten, dass sich eine Beeinträchtigungen des B- Zellkompartiments durch die HIV-/SIV-Infektion negativ auf die Wirksamkeit von Impfstoffen auswirkt, die auf dem Schutz durch Antikörper beruhen. Zusätzliche Kenntnisse über die B-Zellphysiologie und –pathologie sind somit dringend notwendig, sowohl für die Vakzineentwicklung als auch die AIDS-Therapie.
2. LITERATURÜBERSICHT
2.1
Das Immunsystem
Die Fähigkeit eines Organismus, zwischen “körpereigen” und “körperfremd” zu unterscheiden und sich vor letzterem zu schützen, wird im Allgemeinen als Immunsystem definiert.
Bei Vertebraten unterscheidet man zwischen dem angeborenen und dem erworbenen Immunsystem. Das angeborene oder auch unspezifischen Immunsystem wird häufig als erste Verteidigungslinie des Körpers bezeichnet, da es innerhalb von Minuten bis Stunden auf eine eindringendes Pathogen reagiert, ohne dass diese Reaktion speziell auf das betreffende Antigen abgestimmt ist. Das erworbene oder auch spezifische Immunsystem hingegen antwortet deutlich gezielter und damit effizienter auf ein Antigen. Dafür sind beim ersten Kontakt mit einem neuen Antigen allerdings mehrere Tage bis Wochen erforderlich. Beim zweiten Kontakt erfolgt eine Reaktion dagegen viel schneller und stärker. Dies ist einer weiteren Eigenart des adaptiven Immunsystems zu verdanken, dem immunologischen Gedächtnis.
Darüber hinaus erfolgt eine funktionelle Unterteilung in zelluläre und humorale Immunantwort. Es darf aber nicht vergessen werden, dass eine effiziente Immunreaktion immer aus dem komplexen Zusammenspiel aus unspezifischer und spezifischer Immunantwort besteht, die sowohl von den Zellen des Immunsystems als auch durch Komplementfaktoren, Antikörper und Zytokine geformt wird. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich jedoch vornehmlich auf das erworbene Immunsystem mit besonderem Fokus auf die humorale Immunantwort.
2.1.1 T-Zell-vermittelte Immunantwort
Die Bekämpfung von Pathogenen, die im Zellinneren replizieren, wie alle Viren, aber auch einige Bakterien und Parasiten, ist die Hauptaufgabe der T-Lymphozyten. Trifft eine naive T- Zelle auf eine Antigen-präsentierende Zelle, die ihr spezielles Antigen als Peptid:MHC- Komplex auf ihrer Oberfläche exprimiert, beginnt die T-Zelle zu proliferieren und zu Effektor-T-Zellen zu differenzieren. Dabei können zwei Hauptklassen von Effektorzellen
unterschieden werden, die beide auf Wirtszellen, die das entsprechende Antigen per MHC- Komplex präsentieren, reagieren, nicht auf das Pathogen selbst:
Die zytotoxischen T-Zellen, welche das Oberflächenprotein CD8 (engl.: Cluster of Differentiation) tragen und befallene Wirtszellen abtöten, und die T-Helferzellen mit dem Oberflächenprotein CD4, welche infizierte Makrophagen dazu stimulieren, das intrazelluläre Pathogen zu zerstören (Th1-Zellen) und die Antikörperproduktion spezifischer B-Zellen (Th2- Zellen) aktivieren (JANEWAY, 2008).
In der Anfangsphase einer Infektion findet eine explosionsartige Vermehrung antigenspezifischer T-Effektorzellen statt. Innerhalb der nächsten 7-30 Tage begehen die meisten der aktivierten T-Zellen in Reaktion auf den schwindenden Antigenstimulus Apoptose, nur ein kleiner Teil überlebt als inaktive Gedächtnis-T-Zellen, die ohne erneuten Antigenkontakt keine Effektorfunktion ausführen (AHMED u. GRAY, 1996).
2.1.2 Humorale Immunantwort
Ein wesentlicher Bestandteil der adaptiven Immunantwort ist die Bildung von Antikörpern, die im Blut und extrazellulären Flüssigkeiten vorkommen und deren Entstehung und Wirkungsweise als humorales Immunsystem bezeichnet wird (lat. humor: Flüssigkeit). Dass die Wirksamkeit aller klinisch eingesetzten Vakzinen zumindest zum Teil auf der Erzeugung protektiver Antikörper basiert, macht die Relevanz der humoralen Immunantwort für die Infektionsforschung deutlich. Bevor auf die Antikörper als solche näher eingegangen werden kann, muss die Differenzierung von B-Zellen zu Plasmazellen erläutert werden, die für die Produktion von Antikörpern verantwortlich sind. Dieser Vorgang macht deutlich, wie eng zelluläre und humorale Immunantwort miteinander verzahnt sind.
2.1.2.1 B-Zellen
Man unterscheidet eine antigenunabhängige Entwicklung zur naiven, reifen B-Zelle im Knochenmark und einer terminalen Differenzierung zu Gedächtnis-B-Zellen oder Antikörper- produzierenden Plasmazellen nach Antigenkontakt in sekundären lymphatischen Organen.
Abbildung 1 veranschaulicht den Reifungsprozess schematisch.
B-Zellentwicklung
Aus hematopoetischen Stammzellen entstehen im Knochenmark pro- und anschließend prä- B-Zellen, deren Entwicklung durch die Umgruppierung der Gensegmente, die für die schweren und leichten Ketten eines Immunglobulins (Ig) kodieren, gekennzeichnet ist. In jenem Vorgang liegt der Grundstein für die weitreichende Diversität der B-Zellrezeptoren.
Die Vorläufer der humanen B-Zellen tragen nicht nur den Oberflächenrezeptor CD10, der auch von T-Zell-Vorstufen exprimiert wird, sondern außerdem schon die B-Zell-typischen Oberflächenmarker CD19 und CD20, die erst bei der terminalen Differenzierung zur Plasmazelle verloren gehen.
Schließlich entsteht eine unreife B-Zelle, die ein intaktes Immunglobulin der Klasse M (IgM) mit einzigartiger Spezifität auf der Oberfläche trägt, den sogenannten B-Zellrezeptor. Der letzte Entwicklungsschritt im Knochenmark besteht aus der Testung auf Autoreaktivität, nur wenn der B-Zellrezeptor nicht an körpereigene Strukturen bindet, kann die unreife B-Zelle das Knochenmark verlassen (HARDY et al., 2000; LEBIEN, 2000). Unreife B-Zellen in der Peripherie werden als Übergangs-B-Zellen (engl.: transitional B cells) bezeichnet, da sie noch CD10 tragen, aber auch schon den Komplementrezeptor CD21 exprimieren, der auf allen späteren Entwicklungsstufen der B-Zellen vorkommt (SURYANI et al., 2010). Es ist erstaunlich, dass letztlich nur 3% der im Knochenmark gebildeten unreifen B-Zellen die peripheren sekundären lymphatischen Organe erreichen und sich zur reifen B-Zelle mit längerer Lebensdauer differenzieren. Dabei verlieren sie CD10 und bilden zusätzlich zu IgM noch membrangebundenes Immunglobulin D (IgD) aus (CAMPANA et al., 1985). Der Rest fällt der negativen Selektion auf Autoreaktivität zum Opfer oder der Tatsache, dass sie nicht innerhalb ihrer relativ kurzen Lebensspanne von 3 Tagen in der Lage sind, in Lymphfollikel einzutreten (RAJEWSKY, 1996; JANEWAY, 2008).
Antigen-abhängige Aktivierung von B-Zellen
Der B-Zell-Rezeptor-Komplex ist ein Transmembranprotein auf der Oberfläche von B-Zellen und setzt sich aus zwei funktionalen Teilen zusammen: Der Antigen-bindende Teil entspricht
Abbildung 1: B-Zellreihe (von B. Neumann; mod. nach MOIR u. FAUCI 2009).
dem Antigen-spezifischen Immunglobulin (im Falle einer naiven B-Zelle immer IgM), das abgesehen von seiner in die Zellmembran intergierten Bereich identisch mit seiner löslichen Form ist. Er ist mit dem Signal-vermittelnden Teil assoziiert, der aus zwei Antigen- unspezifischen Molekülen, Igα und Igβ, besteht (SCHAMEL u. RETH, 2000). Jede B-Zelle trägt zahlreiche, identische B-Zell-Rezeptoren mit einer einzigartigen Spezifität auf ihrer Oberfläche.
Trifft nun eine naive, reife B-Zelle im Lymphfollikel auf das Antigen, für das sie spezifisch ist, bindet dieses an den B-Zell-Rezeptor-Komplex und die B-Zelle erhält das erste für die Aktivierung notwendige Signal. Innerhalb von 24 Stunden beginnt sie zu proliferieren und teilt sich alle 6-8 Stunden (RUSH u. HODGKIN, 2001; DONAHUE u. FRUMAN, 2003).
Man unterscheidet zwei Varianten der B-Zellaktivierung: Für die Aktivierung durch Proteinantigene ist die zusätzliche Hilfe von CD4+-T-Zellen notwendig, man spricht deshalb von Thymus-abhängigen Antigenen. Die andere Variante besteht in der Aktivierung durch Thymus-unabhängige Antigene. Ein Beispiel für letzteres sind bakterielle Polysaccharide und Lipopolysaccharide (LPS), die durch ihre Struktur gleichzeitig an mehrere B-Zell-Rezeptoren einer Zellen binden oder in hohen Konzentrationen zu einer polyklonalen B-Zellaktivierung führen und so das zweite notwendige Signal liefern. Die entstehenden Plasmazellen sind allerdings meist kurzlebig und produzieren Antikörper niedriger Affinität (FELDMANN u.
EASTEN, 1971; SLOWE u. WALDMANN, 1975; DINTZIS et al., 1983).
Um T-Zell-Hilfe zu erhalten, muss das an den B-Zell-Rezeptor gebundene Antigen vom Signal-vermittelnden Teil des Rezeptors internalisiert und als Peptid:MHC-Komplex wieder auf der Zelloberfläche präsentiert werden. Erkennt eine CD 4+-Zelle die dargebotenen Peptidfragmente, wird sie dadurch veranlasst, mehrere Effektormoleküle zu synthetisieren:
Allen voran den Membran-gebundenen CD40 Liganden (CD 40L), der an den CD40 auf den B-Zellen bindet und einen wesentlichen Faktor für die B-Zell-Proliferation darstellt (RUSH u.
HODGKIN, 2001; DONAHUE u. FRUMAN, 2003). Außerdem schützt die simultane Aktivierung von CD40 durch CD40L und des B-Zell-Rezeptors durch ein passendes Antigen die B-Zelle vor Apoptose (ROTHSTEIN et al., 1995). Weiterhin werden von der CD4+-T- Zelle die Zytokine Interleukin 4 (IL-4), IL-5 und IL-6 sezerniert. Auf diese Weise wird die B-
Zelle zu Proliferation, somatischer Hypermutation und zum Immunglobulin-Klassenwechsel angeregt (PARKER, 1993; MCHEYZER-WILLIAMS et al., 2009).
Die Effizienz der B-Zell-Antwort auf ein Antigen kann durch die gleichzeitige Aktivierung des B-Zell-Korezeptor-Komplexes um das 10- bis 100-fache gesteigert werden (CARTER u.
FEARON, 1992). Letzterer besteht aus drei Proteinen: Dem Komplementrezeptor CD21 und den signalvermittelnden Glykoproteinen CD19 und CD81. Ist das Antigen, welches vom B- Zell-Rezeptor erkannt wird, bereits komplementmarkiert, bindet auch CD21 und löst durch CD19 und CD81 eine intrazelluläre Signalkaskade aus. So wird die Differenzierung und Antikörperproduktion beschleunigt und die Produktion von ko-stimulierenden Molekülen eingeleitet, die wiederum T-Helfer-Zellen anregen (ENGEL et al., 1995; DEMPSEY et al., 1996; BARRINGTON et al., 2009).
Proliferation, Genkonversion, Klassenwechsel und somatische Hypermutation der B-Zelle Die erste Phase der für die Diversität der B-Zellrezeptoren verantwortlichen Genumgruppierung erfolgt während der B-Zellentwicklung im Knochenmark und ist Antigen- unabhängig. In der Proliferationsphase nach Antigen-abhängiger Aktivierung von reifen B- Zellen kann die Spezifität von Immunglobulinen und deren Effektorkapazität weiter gesteigert werden. Die dafür maßgeblichen Vorgänge nennt man somatische Hypermutation, Genkonversion und Klassen- oder Isotypenwechsel. Alle beinhalten Rekombination der DNA und sind deshalb irreversibel.
Somatische Hypermutation geschieht durch Punktmutationen in den Genen, die die variable Region der schweren und leichten Ketten des Immunglobulins kodieren, und verändert die Affinität des Antikörpers für ein Antigen. Durch Genkonversion wird zusätzliche Antigen- Spezifität erreicht, indem neue Gensequenzen in die variable Region eingefügt werden. Die Bedeutung der Genkonversion ist von Spezies zu Spezies unterschiedlich und dort besonders ausgeprägt, wo während der B-Zellentwicklung kaum Genumgruppierung stattfindet, wie zum Beispiel bei Vögeln, Kaninchen oder Rindern und Schafen. Führen die beschriebenen Mechanismen dazu, dass die mutierten B-Zellklone das Antigen besser binden als der ursprüngliche B-Zellrezeptor, werden diese bevorzugt dafür selektiert, zu Antikörper-
sezernierenden Zellen auszureifen. Ergebnis ist die Affinitätsreifung von Antikörpern im Laufe einer Immunantwort (RAJEWSKY, 1996).
Während naive B-Zellen immer IgD und IgM exprimieren und die ersten sezernierten Antikörper einer Immunreaktion immer vom Typ IgM sind, kann nach der B-Zellaktivierung die Immunglobulinklasse gewechselt werden. Die ursprüngliche konstante Region der schweren Kette des Moleküls wird gegen eine andere ausgetauscht, die Antigen- Bindungsstelle bleibt aber erhalten. So können die produzierten Antikörper andere Effektorfunktionen ausführen und/ oder wie z.B. im Falle von IgA andere Kompartimente des Körpers erreichen. Im Gegensatz zur somatischen Hypermutation und Genkonversion geschieht der Klassenwechsel nicht willkürlich, sondern wird durch von T-Zellen sezernierte Zytokine oder mitogene Signale bestimmter Pathogene gesteuert. IL-4 induziert vor allem einen Wechsel zu IgG1 und IgE, während die Bildung von IgG2 und IgA vor allem durch TGF-β (engl.: transforming growth factor) gesteigert wird. Interferon-γ (IFN-γ) wiederum verursacht einen Isotypenwechsel zu IgG2 und IgG3 (STAVNEZER, 1996; PONE et al., 2010).
Die Anwesenheit von T-Helferzellen ist aber nicht nur für die Affinitätssteigerung der B-Zelle notwendig. Proliferierende B-Zellen bedürfen ständiger Stimulation durch CD40 und den B- Zell-Rezeptor, um nicht der Apoptose zu erliegen (ARPIN et al., 1995).
Die Plasmazelle
Schon in der führen Phase der Immunantwort differenzieren einige der proliferienden B- Zellen in den Primärfoci zu Plasmablasten, welche schon begonnen haben, Antikörper zu sezernieren, sich aber immer noch teilen, Antigen aufnehmen und präsentieren können und empfänglich für Stimulation durch T-Zellen sind. Plasmablasten sind für die erste Welle gebildeter Antikörper als Reaktion auf ein neues Pathogen verantwortlich und stellen eine Art Übergangsform zu den ausdifferenzierten Plasmazellen dar. Letztere sind wegen niedriger Spiegel von membrangebunden Immunglobulinen und dem Fehlen von MHC-Klasse II- Molekülen nicht mehr in der Lage dazu, mit T-Helfer-Zellen zu interagieren. Dafür haben somatische Hypermutation und Klassenwechsel bereits stattgefunden und führen in der Regel dazu, dass die sezernierten Antikörper eine höhere Affinität zum Antigen aufweisen. Die
funktionale Gemeinsamkeit beider Zelltypen besteht in der Fähigkeit, Antikörper zu sezernieren, weswegen sie häufig als Antikörper-sezernierende Zellen (engl. antibody secreting cells, ASC) zusammengefasst werden.
Phänotypisch stellen sich Plasmazellen durch eine im Vergleich zu Gedächtnis-B-Zellen höhere Expression von CD27 (CD27hi) dar, während die Ausbildung des B-Zell-typischen Oberflächenmoleküls CD20 gesenkt wird (CD20-/low). Weiterhin ist der Großteil IgD-negativ und 60-80% der humanen Plasmazellen expremieren das Oberflächenmolekül CD38 (AVERY et al., 2005; CARAUX et al., 2010). Da der Chemokinrezeptor CXCR5 in Plasmazellen herabgesetzt, dafür aber die Expression von CXCR4 gesteigert wird, verlassen die ausdifferenzierten Plasmazellen die Keimzentren in Lymphknoten oder Milz und wandern ins periphere Gewebe oder ins Knochenmark (MEDINA et al., 2002). Weiterhin finden sich besonders IgA-sezernierende Plasmazellen in der Lamina propria von Epithelien des Verdauungs- und Respirationstraktes (MEDINA et al., 2003; PEREZ-ANDRES et al., 2010).
Während der überwiegende Teil der Plasmazellen eine Lebensspanne von 2-4 Tagen hat, persistieren einige über Monate oder Jahre und werden als Ursache für das Vorhandensein von Antikörpertitern lange nach erfolgreicher Elimination des Erregers angesehen. Auf diese Weise leisten auch Plasmazellen einen wesentlichen Beitrag zum immunologischen Gedächtnis. Ob dieser Pool langlebiger Plasmazellen durch gelegentliche, aber kontinuierliche Differenzierung von Gedächtnis-B-Zellen aufrecht erhalten wird und ob letztere von polyklonaler Stimulation durch unspezifische Antigene angeregt wird oder auf ungeklärte Weise persistierendes spezifisches Antigen von Nöten ist, ist eine aktuell diskutierte Hypothese (BERNASCONI et al., 2002; RADBRUCH et al., 2006).
Die Gedächtnis-B-Zelle
Selbst wenn einige Zeit nach überstandener Infektion keine Antikörper mehr gegen das verantwortliche Pathogen nachgewiesen können, kann bei einer erneuten Infektion ein umgehender Anstieg spezifischer Immunglobuline beobachtet werden. Dieser Effekt wird durch sogenannte Gedächtnis- oder memory-B-Zellen verursacht, die ca. 40% der B- Zellpopulation im Blut eines erwachsenen Menschen ausmachen (KLEIN et al., 1998). Es handelt sich um langlebige Abkömmlinge von B-Zellen, die einst durch ein Antigen stimuliert wurden (KUROSAKI et al., 2010). Sie teilen sich, wenn überhaupt, sehr langsam und obwohl sie Oberflächenimmunglobulin exprimieren, sezernieren sie dieses nicht oder kaum. Da genetische Veränderungen wie die somatische Hypermutation und der Klassenwechsel stattgefunden haben, zeichnen sie sich, im Unterschied zu naiven B-Zellen, durch hochspezifische B-Zellrezeptoren aus und tragen in den meisten Fällen kein IgD, sondern vornehmlich IgG oder IgA (AHMED u. GRAY, 1996; ANDERSON et al., 2006). Sobald nachgewiesen worden war, dass das Transmembranprotein CD27, welches der TNF- Rezeptorfamilie angehört, und zuerst auf T-Zellen beschrieben wurde (VAN LIER et al., 1987), auch auf den ausdifferenzierten B-Zellabkömmlingen vorkommt, wurde die Beschreibung von Gedächtnis-B-Zellpopulationen vereinfacht (KLEIN et al., 1998;
TANGYE et al., 1998). Von reifen B-Zellen unterscheiden sie sich durch eben dieses Protein, während sie im Gegensatz zu Plasmazellen noch positiv für den B-Zellmarker CD20 sind.
Darüber hinaus bilden die Gedächtnis-B-Zellen größere Mengen von MHC-Klasse II- Molekülen auf ihrer Oberfläche aus und sind somit auch bei geringen Antigenkonzentrationen in der Lage, erfolgreich T-Zellhilfe zu erwirken. Eine kräftigere und schnellere Generation von Plasmazellen als nach der Primärantwort ist die Folge (TANGYE et al., 2003).
Verantwortliche Stimuli sind, neben T-Zell-Hilfe, die Zytokine IL-2, IL-10 und IL-21 (AGEMATSU et al., 1999; AVERY et al., 2005; KUCHEN et al., 2007), wobei in vitro auch eine polyklonale Aktivierung durch mikrobielle Produkte, wie LPS oder CpG-Dinukleotide erreicht werden konnte (BERNASCONI et al., 2002).
2.1.2.2 Antikörper
Die Bildung von Immunglobulinen ist die Hauptaufgabe der B-Zellen. In den vorangegangen Kapiteln wurden die Entwicklungsschritte der B-Zelle bis hin zur Antikörper-sezernierenden Plasmazelle dargestellt und die verschiedenen Erscheinungsformen von Immunglobulinen angedeutet: Sie können entweder als membrangebundener Bestandteil einer B-Zelle vorliegen und übernehmen damit die Aufgabe eines Antigen-Rezeptors, oder als lösliche Bestandteile im extrazellulären Raum, wo sie eine Fülle von Funktionen ausüben. Auf diese soll im Folgenden näher eingegangen werden. Des Weiteren werden Struktur und Vorkommen der verschiedenen Immunglobulinklassen erläutert.
Aufbau eines Immunglobulins
Ein Immunglobulinmolekül kann in zwei funktionelle Abschnitte unterteilt werden (s. Abb.
2): Der Antigen-bindende Teil ist Grundlage der Spezifität der humoralen Immunantwort und weist dementsprechend eine große Vielfalt auf. Er wird deshalb auch als variable bzw. V- Region bezeichnet. Der Effektor-vermittelnde Teil hat hingegen nur fünf Hauptformen entsprechend der Immunglobulinisotypen und wird folglich auch C-Region genannt (von engl.: constant region).
Strukturell lässt sich das Molekül in je zwei Paar leichte und schwere Polypeptidketten (engl.:
light-/ heavy-chains) gliedern. Die zwei schweren Ketten sind in der C-Region über eine Disulfid-Brücke miteinander verbunden, in der V-Region bindet jede schwere Kette eine leichte und formt damit zwei identische Antigen-Bindungsstellen.
Jede Kette besteht aus einer Serie ähnlicher Aminosäuresequenzen, die zusammen eine bestimmte, festgepackte Proteinstruktur bilden, die Immunglobulin-Domäne. Die leichte Kette besteht aus zwei, die schwere aus vier Domänen. Die erste Domäne einer Kette ist sehr variabel und repräsentiert die V-Region eines Antikörpermoleküls (VH und VL, entsprechend der Domänen der schweren und leichten Ketten), der Rest entspricht der C-Region (CH und CL). Die drei konstanten Domänen der schweren Kette werden vom N-terminalen Ende her nummeriert: CH1-3.
Abbildung 2: Struktur eines Antikörpers (mod. nach JANEWAY, 2008). Zwei schwere Ketten (grün) und zwei leichte Ketten (gelb) bilden ein Immunglobulinmolekül. Die N-terminalen Domänen der Ketten bilden die konstante C-Region (blau), die ersten Domänen die variable V-Region (rot).
Insgesamt entspricht das komplett gefaltete Molekül einer Y-ähnlichen Struktur mit drei ähnlich großen Teilen. Die zwei identischen Arme bestehen jeweils aus einer leichten Kette mit dem N-terminalen Ende einer schweren Kette und sind über die sogenannte hinge region (dt.: Scharnierregion) mit dem Stamm, bestehend aus dem C-terminalen Ende der beiden schweren Ketten, verbunden.
Durch proteolytischen Verdau kann ein Antikörpermolekül in verschiedene Fragmente unterteilt werden: Die zwei Arme werden als Fab-Fragment (engl.: fragment antigen binding) bezeichnet und entsprechen dem Antigen-bindenden Teil des Immunglobulin, denn sie können zwar an das Antigen binden, vermitteln aber keine Effektorfunktion, während der Stamm Fc-Fragment genannt wird (engl.: fragment crystallizable) und über die Bindung an Fc-Rezeptoren unterschiedlicher Zellen die für die entsprechende Klasse typischen Immunreaktionen auslöst. Des Weiteren ist das Fc-Fragment verantwortlich für die Bindung von Komplementfaktoren und den aktiven Transport von Antikörpern in mukosale Sekrete, Milch oder über die Plazentaschranke (JANEWAY, 2008; SCHROEDER u. CAVACINI, 2010).
Immunoglobulinklassen und ihre Verteilung und Rollen im Körper
Wie zuvor erläutert, wird die Klasse – und damit die Effektorfunktion – eines Antikörpers von der Struktur seiner schweren Kette definiert. Es gibt fünf Hauptklassen oder Isotypen, die zum Teil noch weiter in Unterformen eingeteilt werden: Immunglobulin M (IgM), Immunglobulin D (IgD), Immunglobulin G (IgG), beim Menschen mit den vier Sub-Klassen IgG 1-4, Immunglobulin A (IgA), mit den zwei Subklassen IgA 1-2, und Immunglobulin E (IgE). Ihre unterschiedlichen funktionalen Eigenschaften werden vom C-terminalen Ende der schweren Kette definiert, dort wo sie nicht an die leichte Kette bindet. Eine Übersicht über Vorkommen und Funktion der Immunglobulinklassen findet sich in Tabelle1.
Die ersten Antikörper, die während einer Immunreaktion gebildet werden, sind immer vom Typ IgM, da für dessen Produktion kein Klassenwechsel erforderlich ist. Ihre Affinität ist normalerweise recht gering, da zu diesem Zeitpunkt noch keine somatische Hypermutation stattgefunden hat. Die Avidität insgesamt ist, bedingt durch die Struktur, aber relativ hoch:
IgM formt normalerweise Pentamere, so dass 10 identische Antigen-Bindungsstellen vorliegen und die Bindungsstärke erhöht wird. Dies prädestiniert IgM für sich wiederholende Epitope, wie zum Beispiel die Polysaccharide bakterieller Zellwände. Durch die daraus resultierende Größe des Moleküls kommt es vornehmlich im Blut vor (RACINE u.
WINSLOW, 2009).
IgG ist das dominante Immunglobulin im menschlichen Körper und erreicht die höchste Konzentration in Serum und Lymphe. IgG-Antikörper besitzen gewöhnlich eine hohe Affinität. Sie sind in der Lage, Mikroorganismen effektiv zu neutralisieren, sie für die Phagozytose zu opsonisieren und die Komplementkaskade zu aktivieren (SCHROEDER u.
CAVACINI, 2010).
IgA liegt im Plasma als Monomer vor, während für den Transport durch Epithelien die dimerische Form notwendig ist. IgA ist vor allem an den Epithelien von Lunge und Verdauungstrakt zu finden. Zusammen mit der hohen Neutralisationskapazität lässt dies auf die Wichtigkeit von IgA als erste Verteidigungslinie gegen aus der Umwelt eindringende Pathogene schließen (SCHROEDER u. CAVACINI, 2010).
IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 IgM IgA IgD IgE Serumlevel
(in mg/ml-1)
9 3 1 0,5 1,5 2,1 0,03 5x10-5
Halbwertszeit im Serum (in Tagen)
21 20 7 21 10 6 3 2
Transport über Epithelien - - - - + +++ - -
Diffusion in den extravaskulären Raum
+++ +++ +++ +++ -/+ ++ - +
Komplementaktivierung ++ + +++ - ++++ - - -
Aktivierung von Mastzellen und Basophilen Granulozyten
- - - +++
Neutralisation ++ ++ ++ ++ + ++ - -
Opsonisierung +++ -/+ ++ + + + - -
Sensibilisierung von NK-Zellen ++ - ++ - + - - - Tab. 1: Immunglobulinklassen des Menschen (mod. nach JANEWAY, 2008; SCHROEDER u.
CAVACINI, 2010)
IgE schließlich kommt in sehr geringen Konzentrationen frei in Blut oder extrazellulären Flüssigkeiten vor. Es wird rasch von Mastzellen in der Haut oder Mukosa gebunden und hat in dieser Konfiguration eine weitaus höhere Halbwertszeit, als in Tabelle1 angegeben. Dort veranlasst es Mastzellen zur Chemokinausschüttung, die neben Inflammationsreaktionen auch Abwehrmaßnahmen des Körpers wie Husten, Niesen und Erbrechen auslösen können (STONE et al., 2010).
Da IgD während der B-Zell-Ontogenese zusammen mit IgM der gleichen Spezifität exprimiert wird und reife B-Zellen nach Antigenkontakt die Ausbildung von IgD als Oberflächenmolekül herunterfahren, wurde der physiologischen Bedeutung dieses Isotypen lange Zeit wenig Beachtung geschenkt. Weil aber lösliches IgD in messbaren Konzentrationen im Serum vorhanden ist und in jüngerer Vergangenheit der Nachweis von reifen und Gedächtnis-B-Zellen gelang, die den Klassenwechsel von IgM zu IgD vollzogen
haben (KLEIN et al., 1998), liegt die Annahme nah, dass IgD vor allem in Geweben des oberen Respirationstraktes eine bedeutendere Rolle für das Immunsystem einnimmt, als ursprünglich angenommen. Diese Frage ist Thema gegenwärtiger Forschung (K. CHEN u.
CERUTTI, 2010).
Wirkungsweisen von Antikörpern
Ebenso vielfältig wie die Pathomechanismen der Mikroorganismen, die den Körper bedrohen, sind auch die Strategien, mit denen das Immunsystem ihnen mit Hilfe von Antikörpern begegnet. Neben der Initiierung der Komplementkaskade und der Aktivierung von unterschiedlichsten Effektorzellen über deren Fc-Rezeptoren spielt die Neutralisation von Pathogenen eine große Rolle bei der Bekämpfung von Infektionskrankheiten.
Klassische neutralisierende Antikörper (nAk) werden durch ihr Vermögen definiert, das schädliche Potential eines Agens ohne die Hilfe eines anderen Mitstreiters in vitro aufzuheben (BURTON, 2002). Zwar zeigen zahlreiche Studien in vivo, dass der passive Transfer von in vitro-neutralisierenden Antikörpern Schutz gegen intravenöse und mukosale Infektion mit SIV vermittelt (SHIBATA et al., 1999; MASCOLA et al., 2000; PARREN et al., 2001), nur darf nicht vergessen werden, dass im komplexen Immunsystem viele weitere Faktoren eine Rolle spielen können. Die antivirale Kapazität eines Antikörpers kann über viele verschiedene Mechanismen vermittelt werden, die sowohl virus- als auch antikörper- bzw. wirtsspezifisch sind. Abbildung 3 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung der im Folgenden erläuterten Methoden.
Vor dem Eintritt in die Zielzelle (Abb. 3 a) können nAk, die an mehrere Viruspartikel zugleich binden, zu einer Agglutination dieser führen und so die Fusion mit der Wirtszelle verhindern. Durch das Imitieren der Struktur von Zellrezeptoren, die normalerweise die Fusion mit der Zellmembran bewirken, können die Bindungsstellen blockiert werden. Mittels Fc-Rezeptor-vermittelter Phagozytose oder Aktivierung des Komplementsystems werden diese Virus-Antikörper-Komplexe entfernt. Einige nAk sind in der Lage, die Fusion auch nach der Bindung an die Zellrezeptoren zu verhindern, indem sie deren Konformation ändern.
Konnte die Infektion der Zelle nicht verhindert werden (Abb. 3 b), können nAk und nicht- neutralisierende Antikörper an virale Proteine auf der Zelloberfläche binden und durch weitere Mechanismen die Ausbreitung des Virus verhindern: Auch in diesem Fall kann eine
Fc-vermittelte Lyse der infizierten Zelle stattfinden. Für einige Viren, zum Beispiel HIV-1, ist gezeigt worden, dass eine Bindung von nAk an den CD4-Rezeptor die reverse Transkriptase hemmen kann, obwohl der genaue Mechanismus noch nicht klar ist. Schließlich können nAk den Zusammenbau und die Freisetzung von neugebildeten Viruspartikeln an der Zelloberfläche unterbinden (BURTON, 2002; READING u. DIMMOCK, 2007).
Abbildung 3: Wirkungsmechanismen von Antikörpern (modifiziert nach BURTON, 2002).
2.2 Humane und simiane Immundefizienzviren
2.2.1 HIV und AIDS
Nach dem ersten Auftreten des Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS, engl. für Erworbenes Immunschwäche Syndrom) 1981 herrschten einige Jahre verschiedene Spekulationen für den Grund dieser Erkrankung, die sich durch das Auftreten von Lymphopenie, opportunistischen Infektionen wie z.B. Pneumocystis jirovecii -Pneumonien oder mukosalen Kandidosen und der Neigung zum Kaposi-Sarkom äußerte (GOTTLIEB et al., 1981; SIEGAL et al., 1981). 1983 wurde ein sich auf T-Zellen vermehrendes Retrovirus von Patienten isoliert, die an einem „Pre-AIDS-Syndrom“ litten (Barré-Sinoussi et al, 1983;
Gallo et al, 1984). Bis 1986 wurde nicht nur das Humane Immundefizienz Virus Typ 1 (HIV- 1) isoliert, benannt und in Zellkultur vermehrt, sondern auch eine zweite Variante in westafrikanischen Patienten entdeckt, die als HIV-2 bezeichnet wurde (Alizon et al., 1984;
Clavel et al., 1986).
Gemäß dem Report über die gobale AIDS Epidemie UNAIDS von 2010 (ANONYMUS, 2010) ist die Rate der weltweiten Neuinfektionen mit HIV gegenüber 1997, welches als das Jahr angesehen wird, in dem die HIV-Epidemie ihren Höchststand erreichte, um 21% auf ca.
2,6 Millionen gesunken. In 33 Ländern ist die HIV-Inzidenz in den letzten Jahren um über 25% gefallen. Ein Großteil dieser Länder liegt in der Region südlich der Sahara, welche am stärksten von der HIV-Epidemie betroffen ist. Allerdings gibt es auch gegenläufige Trends. In sieben Ländern, davon fünf in Osteuropa und Zentralasien, stieg die Inzidenz um mehr als 25%.
Dank antiretroviraler Therapie (ART) ist auch die Mortalität rückläufig, was aber im Gegenzug zu einer höheren Prävalenz führt: 2009 lebten weltweit 33,3 Millionen HIV- infizierte Menschen, 68% davon im südlichen Afrika.
Beide Geschlechter sind nahezu gleich stark betroffen, der Anteil der weiblichen Infizierten ist leicht höher. Risikogruppen sind vor allem in den Industriestaaten intravenös Drogenabhängige, homosexuelle Männer und Prostituierte.
HIV wird hauptsächlich über sexuellen Kontakt übertragen und kann sowohl in infizierten mononukleären Zellen als auch zellfrei im Ejakulat, im Sekret der Vagina und in Zellen der Cervix gefunden werden. Dies bedeutet, dass eine Infektion durch heterosexuellen Geschlechtsverkehr sowohl von Mann zur Frau als auch umgekehrt möglich ist, wobei ersteres deutlich häufiger vorkommt (PADIAN et al., 1991). Das größte Risiko einer HIV- Übertragung besteht allerdings beim rezeptiven Analverkehr, wo die Wahrscheinlichkeit bei 1:20 – 1:300 pro Exposition liegt, verglichen mit 1:200 – 1:2000 bei der Übertragung von Mann zu Frau bei vaginalem Verkehr (HLADIK u. MCELRATH, 2008).
Weiterhin ist eine Übertragung durch Blut und Blutprodukte möglich, wobei letzteres durch inzwischen standardmäßig ausgeführtes Screening seltener geworden ist (SCHREIBER et al., 1996; GLYNN et al., 2000). Epidemiologisch bedeutend ist hingegen immer noch die Übertragung durch gemeinsames Benutzen von Injektionsbestecken in der Drogenszene. Es konnte aber gezeigt werden, dass auch in diesem Bereich die Verbreitung von HIV durch Aufklärung und die Bereitstellung von kostenlosen Kanülen gemindert werden kann (DES JARLAIS, 1999).
Obwohl das Risiko einer vertikalen Übertragung in den Industriestaaten durch entsprechende Vorsorge während der Schwangerschaft und Geburt stark verringert werden kann, stellte diese Infektionsroute in Drittweltländern fortwährend ein großes Problem dar, da antiretrovirale Therapie während der Schwangerschaft oder die Möglichkeit einer Sectio caesarea kaum in Anspruch genommen werden können. Zudem kann aus finanziellen und hygienischen Gründen kaum auf das Stillen verzichtet werden, um das Neugeborene vor einer Virusübertragung durch die Muttermilch zu schützen (CAVARELLI u. SCARLATTI, 2011).
2.2.2 SIV
Es gibt viele deutliche Anhaltspunkte dafür, dass sich Affenimmundefizienzviren (engl.:
simian immunodeficiency virus, SIV) nach einer Übertragung von ihren ursprünglichen Wirtsspezies auf den Menschen an diesen adaptiert haben und somit die Vorfahren von HIV-1 und HIV-2 darstellen. HIV-1 ist verwandt mit SIVcpz der Schimpansen (engl.: chimpanzee), während HIV-2 dem SIVsm entspringt, einem Virus der Rauchmangaben (engl.: sooty mangabey). Die drei Hauptgruppen von HIV-1 sind auf nur drei voneinander unabhängigen
Übertragungsereignissen von Schimpanse auf Mensch zurückzuführen. Diese geringe Zahl ist verwunderlich in Anbetracht dessen, dass mehr als 35 afrikanische Affenarten mit SIV- Varianten infiziert sind und Menschen deshalb zahllosen Expositionen ausgesetzt gewesen sein müssen. Es scheint also so, als ob entscheidende Adaptionen stattfinden müssen, die zum einen die Infektion eines Menschen und darüber hinaus die Übertragbarkeit von diesem auf weitere Menschen ermöglichen. Die exakten Mechanismen sind noch nicht endgültig geklärt (HEENEY et al., 2006). Interessanterweise führt eine SIV-Infektion im natürlichen Wirt in den seltensten Fällen zu AIDS (MULLER-TRUTWIN et al., 1996; REY-CUILLE et al., 1998). In jüngster Vergangenheit wurden allerdings Hinweise auf einen möglichen pathogenen Verlauf der SIVcpz-Infektion wilder Schimpansen entdeckt (KEELE et al., 2009).
2.2.3 Klassifikation
HIV und SIV gehören zu einer Untergruppe der Retroviridae, den Lentiviren. HIV-1 und HIV-2 sind die einzigen bekannten humanen Lentiviren. HIV-1 wird in 4 Gruppen klassifiziert: M (engl.: main, dt.: Haupt-), O (engl: outlier, dt.: Sonderfall), N (nicht M oder O) und die kürzlich identifizierte Gruppe P (PLANTIER et al., 2009). Die Hauptgruppe M wird weiter in die Stämme A bis K unterteilt. Die verschiedenen Stämme unterscheiden sich in ihrer geographischen Verbreitung. In Westeuropa, Nordamerika und Australien dominiert zum Beispiel Stamm B, während in Osteuropa sowohl A als auch B stark vertreten sind.
Subtyp C herrscht in Südafrika, Indien und Brasilien vor (THOMSON u. NAJERA, 2005).
HIV-2 wurde in zwei Gruppen unterteilt, Subtyp A, welcher fast ausschließlich in Westafrika anzutreffen ist, und Subtyp B, der in Frankreich, Portugal und der Elfenbeinküste vorkommt.
Während die meisten HIV-1-Infektionen weltweit der Gruppe M zuzuordnen sind und vor allem bei Stamm C sowohl die Übertragungsrate als auch die Morbidität am höchsten ist, liegt die Transmission von HIV-2 deutlich niedriger. Diese Tatsache ist vermutlich auf niedrigere Virusreplikation und den geringeren Gehalt infektiöser Partikel in Körperflüssigkeiten zurückzuführen. Zusammen mit dem weniger pathogenen Verlauf der Erkrankung scheint die HIV-2-Infektion näher an der apathogenen Infektion der natürlichen Wirte zu liegen (LEVY, 2009).
2.2.4 Vergleich von SIVsm, HIV-1 und HIV-2
Virusstämme, die ursprünglich aus SIVsm entstanden sind, haben viele Ähnlichkeiten mit HIV-1 und -2. Insgesamt haben SIV und HIV ein sehr ähnliches Genom; tatsächlich
unterscheidet sich HIV-1 nicht mehr von SIVsm als von HIV-2. Alle drei Viren tendieren zu einer eher langen Inkubationszeit und sind durch die Immunantwort des Wirtes einem starken Selektionsdruck unterworfen, der sich in verschiedenen Antigenvariationen äußert. Der bedeutendste Unterschied ist aber, dass SIVsm-infizierte Mangaben kein AIDS entwickeln.
Eine experimentelle Infektion von asiatischen Makaken führt hingegen zu einem Infektionsverlauf sehr ähnlich der humanen HIV-Infektion. Sowohl HIV als auch SIV nutzen hauptsächlich CD4+T-Zellen als Zielzellen und CCR5 als Ko-Rezeptoren für den Eintritt in diese (Z. CHEN et al., 1997). Beide Viren werden über den Reproduktionstrakt übertragen, allerdings findet in freier Wildbahn eine SIV-Verbreitung auch über Bisse statt. Ebenfalls ist der bei der HIV-Infektion typische initiale Verlust der CD4+ T-Zellen in der Darmmukosa, welcher den im Blut weit übertrifft, nach SIV-Infektion zu beobachten, genauso wie die Zunahme der aktivierten T-Zellen im Gastrointestinaltrakt, selbst wenn der natürliche Wirt keine AIDS-ähnlichen Symptome entwickelt (GORDON et al., 2007; GAUFIN et al., 2009).
2.2.5 Struktur von HIV/SIV
Das komplette HIV-Virion misst ungefähr 100-120 nm im Durchmesser und enthält zwei identische Kopien von Ribonukleinsäure (engl. ribonucleic acid, RNA), die aus neun Genen besteht:Gag (engl.: group specific antigen), pol (engl.: polymerase), env (engl.: envelope), tat (engl.: transactivator of transcription), rev (engl.: regulator of expression of viral proteins), nef (engl.: negative effective factor), vif (engl.: virion ineffectivity factor), vpr und vpu (engl.: viral protein r/u) bei HIV-1 bzw. vpx (engl.: viral protein x) bei HIV-2 und SIV. Diese sind in einem kegelförmigen Kapsid aus p24 (respektive p27 bei SIV) eingeschlossen.
Ebenfalls darin befindlich ist eine kleine Gruppe von Enzymen für die Virusreplikation, die virale Protease, die Reverse Transkriptase und die Integrase (GELDERBLOM, 1991).
Die Lipid-Doppelmembran, die die gag-kodierte Matrix umgibt, entstammt der Membran der Wirtszelle und hat nach allen Seiten hervorstehende virale Glykoproteine, das transmembrane gp41 und das äußere gp120 (bzw. gp130 bei SIV). Diese werden von env kodiert. Da diese die einzigen vom Virus kodierten Proteine an der Oberfläche des Virions sind, sind sie entscheidend für die Fusion mit der Wirtszellmembran und wichtige Ziele für die Immunantwort des Wirtes (KWONG et al., 1998).
Abbildung 4: SIV-Partikel (modifiziert nach S. Norley).
2.2.6 Die Replikation von HIV/ SIV
Sobald das Virus die physikalischen Barrieren an der Eintrittspforte überwunden hat, ist der erste Schritt zur Virusvermehrung der Eintritt in die Zielzelle. Dieser wird, sowohl im Falle von HIV-1/-2 als auch SIV, durch die Bindung des CD4-Rezeptors, welcher vor allem auf T- Lymphozyten, aber auch Makrophagen und Dendritischen Zellen zu finden ist, und dem viralen gp120 initiiert (SATTENTAU, 1988). Die Bindung verursacht konformative Änderungen innerhalb des gp120 und führt daraufhin zu einer Interaktion mit Korezeptoren, von denen die bedeutendsten Chemokinrezeptoren wie CCR5 und CXCR4 sind (BJORNDAL et al., 1997). Dies wiederum führt zu einer Konformationsänderung von gp41 und dadurch zu einer Fusion von Virion- und Wirtszellmembran (FREED et al., 1992). Innerhalb der Zelle wandelt die Reverse Transkriptase die virale RNA in provirale DNA um, die von der Integrase in die Wirts-DNA eingebaut wird. In diesem Stadium handelt es sich vorerst um eine latente Infektion, die, zumindest in T-Zellen, erst nach Aktivierung der Zelle produktiv
wird, aber auch, je nach Zelltyp, über Jahre verdeckt bestehen bleiben kann (WILLIAMS u.
GREENE, 2007). Nach erfolgter Aktivierung wird die provirale DNA in messenger-RNA umgeschrieben und für die Translation ins Zytoplasma transportiert. Die Hüllproteine, die später auf der Virusoberfläche sitzen, gruppieren sich außen an der Zellmembran der Wirtszelle, und die Viruspartikel schnüren sich von der Zellmembran ab, während sich im Inneren viralen Proteine, Enzyme und RNA befinden. Das Virus reift, indem Gag- und Gag- Pol-Vorläuferproteine von der viralen Protease in funktionale Proteine gespalten werden (FREED, 2001).
Für die Transmission greift das Virus nicht nur auf die Freisetzung von freien Viruspartikeln zurück, ein bedeutender Mechanismus ist die Bildung von sog. „virologischen Synapsen“
zwischen infizierter und uninfizierter Zielzelle über gp120 und den CD4-Rezeptor und damit eine direkte Übertragung von Zelle zu Zelle (JOLLY et al., 2004).
2.2.7 SIV-Infektion von Makaken als in vivo-Modell für die HIV-Infektion
Die Ähnlichkeit bezüglich Physiologie und Immunsystem von nicht-humanen Primaten (NHP) und Menschen macht erstere zu einem wertvollen Modell für Infektionskrankheiten.
Auch wenn die Nutzung von NHP in der Forschung aus ethischen Gründen nach Möglichkeit vermieden werden sollte, gibt es in der HIV-Forschung und Impfstoffentwicklung bisher keine vollwertige Alternative. Versuche, kleinere Labortiere wie Kaninchen oder Nager mit HIV zu infizieren, scheiterten oder waren nicht reproduzierbar (MORROW et al., 1987;
FILICE et al., 1988).
Für die Pathogeneseforschung sind Modelle mit natürlichen Wirtsspezies interessant, die keine AIDS-Symptomatik entwickeln. So könnten zum Beispiel Unterschiede in der Immunantwort des natürlichen Wirtes bei einer apathogenen SIV-Infektion im Vergleich zu der HIV-Infektion im Menschen wertvolle Hinweise für neue Vakzine- oder Therapieansätze bieten (PANDREA et al., 2008). Eine andere Herangehensweise stellt das SIV- Makakenmodell dar. Angesichts der Tatsache, dass Makaken nicht mit HIV-1 infiziert werden können (STREMLAU et al., 2004), wird das SIV-Model häufig genutzt, um die Immunantwort auf potentielle Impfstoffe einzuschätzen und ihren Effekt bei Virusexposition zu beurteilen oder die Wirksamkeit von antiretrovirale Therapien zu testen. Experimentelle
Infektionen mit SIVmac, einer Virusvariante, die durch Passage von SIVsm in asiatischen Makaken entstanden ist (APETREI et al., 2005), führen bei diesen Spezies zu einer AIDS- ähnlichen Erkrankung. SIV-infizierte Makaken erreichen wesentlich schneller als HIV- infizierte Menschen das AIDS-Stadium, üblicherweise innerhalb von sechs Monaten bis zwei Jahren (GERETTI, 1999). Um ähnliche Verhältnisse wie im Menschen zu schaffen, sind im Makakenmodell verschiedene Infektionsrouten etabliert, angefangen mit einer intravenösen Virusgabe bis hin zu rektaler, vaginaler oder oraler Applikation (CRANAGE et al., 1997;
MILLER et al., 1997; STAHL-HENNIG et al., 1999). So können nicht nur lokale Immunreaktionen an der Eintrittspforte des Virus erforscht werden, wo bei menschlichen Patienten die Probengewinnung schwierig bis gar nicht durchführbar ist; es ist auch eine Verlaufskontrolle von Beginn an möglich, während die Charakteristik der frühen HIV- Infektion im Menschen selten untersucht werden kann, da der eigentliche Infektionszeitpunkt meistens unbekannt ist.
Unlängst wurde damit begonnen, neuartige Hybridviren aus SIV und HIV (engl.: simian- human immunodeficiency virus, SHIV) zu entwickeln und einzusetzen, um auch die letzten Unterschiede in der Biologie und Pathogenese von HIV-1 und SIVmac zu überbrücken (NOMAGUCHI et al., 2008).
2.3 Pathophysiologie der Immundefizienzviren
2.3.1 Krankheitsverlauf
Sowohl beim Menschen als auch bei der pathogenen SIV-Infektion von nicht-humanen Primaten verläuft die Erkrankung generell in drei Stadien. Während der kurzen, akuten Phase findet eine Immunaktivierung statt. Außerdem ist die akute Phase gekennzeichnet durch eine hohe Viruslast (engl.: peak viremia) und einen initialen, massiven Verlust von CD4+-T-Zellen vor allem in der Darmmukosa, aber auch in geringerem Maße im Blut. Es können Grippe- ähnliche Symptome auftreten (BARRE-SINOUSSI et al., 1983; COOPER et al., 1985). Daran schließt sich eine lange, klinisch asymptomatische, chronische Phase an, in der die CD4+- Zahlen im Blut wieder ansteigen und sich auf einem leicht erniedrigten Spiegel stabilisieren.
Die Menge der CD4+-Zellen im Darm bleibt hingegen dauerhaft niedrig. Trotz Abnahme der Viruslast stoppt die Replikation nicht völlig und auch die Immunaktivierung bleibt messbar.
Obwohl häufig von der Latzenzphase gesprochen wird, darf das Fehlen von klinischen
Symptomen nicht für eine Stagnation der Erkrankung gehalten werden. Zuletzt folgt die finale Phase, in der sich die AIDS-Symptomatik manifestiert. Das Immunsystem ist durch die chronische Belastung erschöpft, die Viruslast steigt rasant an. Die CD4+-Zahlen fallen dadurch bedingt ab und opportunistische Erreger können nicht mehr beherrscht werden (GROSSMAN et al., 2006). Abbildung 5 zeigt den Krankheitsverlauf schematisch.
Abbildung 5: Schematischer Verlauf der HIV-Infektion (mod. nach GROSSMAN et al., 2006).
Die linke y-Achse stellt die relativen Veränderungen der Parameter des Immunsystems dar, die rechte y-Achse die logarithmische HIV-Last. Auf der x-Achse sind die Phasen der Infektion schematisch aufgetragen.
PANTALEO u. FAUCI (1996) unterschieden vier mögliche Verlaufsformen der HIV- Erkrankung, die sowohl bei HIV-infizierten Menschen als auch bei SIV-infizierten Makaken beobachtet wurden:
Typische Progressoren
Zu dieser Gruppe gehören gut Dreiviertel der Erkrankten. Die Phase der klinischen Latenz dauert bei der HIV-1-Infektion 6-8 Jahre, im SIV-Makakenmodell progredieren die Tiere innerhalb von 6 Monate bis 2 Jahren zum klinisch manifesten Stadium (GERETTI, 1999). Die Zahl der CD4+-T-Zellen im Blut korreliert hierbei mit dem Auftreten von AIDS-Symptomen.
Fällt sie unter 500 Zellen/µl, steigt das Risiko.
Schnelle Progressoren
Bei ca. 10-15% der HIV-infizierten kann ein sehr schneller voranschreitender Krankheitsverlauf (engl.: rapid progression) beobachtet werden, bei der die Phase der Latenz und der damit verbundene Abfall der peripheren Viruslast kaum oder gar nicht eintritt. Auch die spezifische Immunantwort ist kaum ausgeprägt, bei einigen Individuen gar nicht messbar.
Makaken mit einem derartigen Krankheitsverlauf erliegen innerhalb von 12 bis 26 Wochen der Infektion (SAUERMANN et al., 1997; DYKHUIZEN et al., 1998).
Long-Term Nonprogressors (LTNP)
Auch wenn die dafür verantwortlichen Mechanismen für dieses Phänomen noch nicht ermittelt werden konnten, gibt es Personen, deren Immunsystem trotz nachweislicher HIV- Infektion kaum pathologische Veränderungen aufweist. Nach der akuten Infektion pendelt sich die Virusbeladung knapp oberhalb der Nachweisgrenze ein, gelegentlich fällt sie sogar darunter. Die T-Zellzahlen liegen stabil in einem annähernd physiologischen Bereich und die Funktion des Immunsystems bleibt erhalten, es treten folglich keine AIDS-assoziierten Erkrankungen auf. Mit einer Häufigkeit von höchstens 5% der beobachteten Kohorte, in Abhängigkeit vom Virusstamm, stellen diese Individuen eine Ausnahme dar.
Langzeitüberlebende
Im Unterschied zu den LTNP zeigt diese Gruppe sehr wohl eine deutlich verringerte CD4+- Zahl und erhöhte Virusreplikation, ist aber in der Lage, diese über einen verlängerten Zeitraum hinweg zu kontrollieren (engl.: controllers).
2.3.2 Immunantwort gegen HIV/ SIV
Obwohl das angeborenene Immunsystem deutlich auf die Infektion reagiert, indem es das Virus über bestimmte Strukturmerkmale, sog. PRR (engl.: pattern recognition receptors), erkennt, schützt dies den Körper nur unzureichend. Dadurch, dass die ausgeschütteten Chemokine neben NK-Zellen auch Virus-empfängliche Zellen wie Makrophagen, dendritische Zellen und T-Zellen an die Viruseintrittspforte locken, wird im Gegenteil die Ausbreitung des Virus noch erleichtert (BORROW et al., 2010).
Wesentlich effizienter, wenn auch nicht ausreichend, wird die Infektion durch das adaptive Immunsystem bekämpft.
2.3.2.1 Die zelluläre Immunantwort
Virus-spezifische zytotoxische T-Zellen lassen sich bereits etwa eine Woche nach Infektion nachweisen und ihr Anstieg korreliert mit dem Abfall der Viruslast (REIMANN et al., 1994).
SCHMITZ et al. (1999) konnten die essenzielle Bedeutung von CD8+-T-Lymphozyten für die Kontrolle der SIV-Infektion mit einem Depletionsversuch beweisen: Nicht nur Rhesusaffen, deren zytotoxische T-Zellen vor der Infektion mit SIV depletiert wurden, zeigten einen rasanten Krankheitsverlauf ohne nennenswerten Abfall der Virusbeladung nach der primären Virämie, auch in Tieren, die sich schon in der chronischen Phase befanden, stieg die SIV- Last nach der Depletion wieder an.
Obwohl CD4+-T-Zellen die Zielzellen von HIV/ SIV sind, konnte auch hier ein Depletionsexperiment die Relevanz dieser Zellpopulation deutlich machen. Der typische Abfall nach der Peak-Virämie trat bei CD4+-depletierten Tieren nicht ein und sie zeigten das klinische Bild eines rapid progressors (ORTIZ et al., 2011). Der positive Effekt der T-Helfer- Zellen auf die Bildung von zytotoxische T-Zellen und spezifischen B-Zellen überwiegt also ihre Kehrseite als Virusreplikator.
2.3.2.2 Die humorale Immunantwort
Zwei bis drei Wochen nach erfolgter Infektion lassen sich die ersten Antikörper gegen HIV/
SIV nachweisen, die hauptsächlich gegen die Hüllproteine gerichtet sind. Ihre Titer steigen bei klassischem Krankheitsverlauf kontinuierlich an (REIMANN et al., 1994). Die Serokonversion korreliert also ebenfalls mit dem Abfall der initialen Spitzenvirämie. Da die in der frühen Phase der Infektion gebildeten Antikörper zwar von beträchtlicher Menge sind, ihre qualitativen Eigenschaften wie Spezifität, Avidität und Neutralisationskapazität sich aber erst in den folgenden Monaten steigern, wird die Bedeutung spezifischer Immunglobuline in der akuten Phase der Infektion kontrovers diskutiert (COLE et al., 1997; COLE et al., 1998;
BAUM, 2010; MASCOLA u. MONTEFIORI, 2010).
2.3.3 Pathogenese der Immundefizienzviren
Die Symptomatik von AIDS ähnelt sich bei Mensch und NHP stark. Häufig zu beobachten sind: Lymphadenopathie, chronische Diarrhoe und Auszehrung, opportunistische Infektionen (z.B. Pneumocystis jirovecii-Pneumonie, Candidiasis, Mycobakterium-Infektionen, Cytomegalievirus-[CMV]-Erkrankung), Enzephalitiden, Anämie und B-Zell-Lymphome. Bei
SIV-infizierten Makaken tritt außerdem die SIV-typische Riesenzellerkrankung auf (GERETTI, 1999). Allen klinischen Manifestationen liegen die Auswirkungen, die die Immundefizienzviren auf das Immunsystem des Wirtes haben, zu Grunde.
2.3.3.1 Auswirkungen auf das zelluläre Immunsystem
Die deutlichste Konsequenz der HIV-/SIV-Infektion ist die massive Eliminierung von CD4+- T-Zellen vor allem in den mukosalen Geweben. Als wichtigste Wirtszellen der Viren erfolgt einerseits eine Zerstörung durch Virusreplikation, zum anderen wird eine indirekte Induktion von Apoptose nicht-infizierter T-Zellen als Ursache für die CD4+-Zelldepletion verantwortlich gemacht (FINKEL et al., 1995). Obwohl sich zumindest die Population der Gedächtnis-T-Zellen im Blut nach der akuten Phase annähernd erholt, können die Verluste nur teilweise durch Proliferation und Differenzierung naiver T-Zellen ausgeglichen werden (SOPPER et al., 2003; GROSSMAN et al., 2006). Da auch CD4+-T-Zellen mit Spezifität gegen andere Antigene verloren gehen, wie z.B. gegen das CMV oder Tuberkulose (KOMANDURI et al., 2001; GELDMACHER et al., 2010), wirkt sich dieses Defizit der T- Zell-Hilfe für die Bekämpfung diverser Infektionskrankheiten als Immundefizienz aus.
2.3.3.2 Auswirkung auf das humorale Immunsystem
Die abnorme B-Zellfunktion ist ein weiteres wichtiges Kennzeichen der HIV-/SIV-Infektion.
Hierbei ist zu unterscheiden zwischen direkten Schäden, ausgelöst durch das Virus, und indirekten Schäden durch die T-Helferzellendysfunktion und –depletion.
Obwohl es kaum Hinweise dafür gibt, dass die Immundefizienzviren in der Lage sind, effektiv in B-Zellen zu replizieren, konnte gezeigt werden, dass Komplement-markierte HIV- Virionen an CD21 des B-Zell-Korezeptors binden. Auf diese Weise tragen B-Zellen zur Verbreitung des Virus bei, während der stimulatorische Effekt als eher gering einzuschätzen ist (MOIR et al., 2000; MALASPINA et al., 2002).
Früh wurde ersichtlich, dass HIV in vitro eine direkte polyklonale Stimulation von B-Zellen verursacht (SCHNITTMAN et al., 1986). Entscheidend für die Hyperaktivierung der B-Zellen sind aber vor allem Zytokine wie INF-α, TNF, CD40-L und IL-6 und -10 (RIECKMANN et al., 1991; MULLER et al., 1998). Dies hat eine ausgeprägte Hypergammaglobulinämie, sowohl HIV-spezifischer als auch polyklonaler Antikörper zur Folge (SHIRAI et al., 1992).
