title: Immunregulatorische Effekte von Eisen bei der kutanen Leishmaniose
Creators: name: Obermeyer, Stephanie
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2023
Subjects: subject: DDC Classification::5 Naturwissenschaften und Mathematik :: 50 Naturwissenschaften :: 500 Naturwissenschaften und Mathematik

description: Chronische Entzündungsprozesse gehen oft mit einer erhöhten Eisenspeicherung in myeloiden Zellen einher. Eine Eisenüberladung kann zu einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber bestimmten Erregern führen, die zu Grunde liegenden Mechanismen sind jedoch weitestgehend unklar. Hier untersuchten wir, ob und wie eine Eisenüberladung die Funktion von Makrophagen in vitro und den klinischen Phänotyp und die Immunantwort von Mäusen in vivo nach Infektion mit dem intrazellulären Erreger Leishmania (L.) major beeinflusst. Leishmanien replizieren und überleben typischerweise im phagolysosomalen Kompartment von Phagozyten. Die Kontrolle einer Infektion mit Leishmania erfordert eine Th1-basierte Immunantwort, die zur Expression der induzierbaren oder Typ 2 Stickstoffmonoxid (NO) - Synthase (iNOS oder NOS2) führt. NOS2 wandelt L-Arginin zu Citrullin und leishmanizidem NO um. NOS2 konkurriert dabei mit Arginase (Arg) 1 um das gemeinsame Substrat L-Arginin. Zugabe von FeCl3 oder FeSO4 verhinderte die Abtötung von intrazellulären L. major Parasiten in IFN-γ/ LPS-aktivierten Knochenmarksmakrophagen (BMM). Derselbe Effekt konnte beobachtet werden, wenn der Kill durch Zugabe eines exogenen NO-Donors in NOS2-defizienten BMM ausgelöst wurde. Außerdem führte eine Eisenbeladung von BMM und Peritoneal-Exsudat-Makrophagen (PEM), im Gegensatz zu J774A.1 Makrophagen, nicht zu einer Suppression der NOS2 mRNA-Expression, sondern nur zu einer Reduktion von NOS2 Protein und Aktivität. Die Überprüfung der Hypothese, dass NO dem Parasiten durch Hochregulation des Eisenexporters Ferroportin (Fpn) 1 Eisen entziehen könnte, ergab, dass NO die Fpn1 mRNA oder Proteinexpression wider Erwarten nicht steigerte. Schließlich wiesen Fpn1-defiziente BMM keine reduzierte Abtötungsfähigkeit gegenüber Leishmanien nach Stimulation mit IFN-γ/ LPS auf. Allerdings führte Eisen in L. major-infizierten, stimulierten BMM zu einer Reduktion der glykolytischen Aktivität, während die Mitochondrienaktivität gleichblieb. L. major-infizierte C57BL/6 Mäuse zeigten nach Eisenbeladung eine Krankheitsverschlimmerung mit verstärkter Läsionsdicke und erhöhter Parasitenlast in der Läsion. Gleichzeitig konnte in der infizierten Haut eine größere Anzahl toter Zellen und ein gesteigerter Influx von Neutrophilen ohne Suppressoraktivität detektiert werden, während der prozentuale Anteil an Eosinophilen, Makrophagen und dendritischen Zellen reduziert war. Weiterhin erhöhte die Eisenüberladung die mRNA-Expression der Zytokine IFN-γ, TNF, IL-17, IL-1β, IL-4, TGF-β und des Effektormoleküls NOS2, während die NOS2-Proteinexpression und die NO-Produktion supprimiert wurden. Interessanterweise kam es im Gegenzug zu einer Hochregulation von Arg1 mRNA und Protein. Im Vergleich zu Arg1-kompetenten Kontrolltieren zeigten Arg1-defiziente Mäuse nach Eisenüberladung eine deutlich geringere Krankheitsverschlimmerung mit teilweise wiederhergestellter NO-Produktion in der Läsion. Noch stärker war der Effekt ausgeprägt, wenn eisenbeladene C57BL/6 Mäuse mit einem anti-IL-4-Antikörper behandelt wurden: Die Krankheitsverschlimmerung, die Arg1-Induktion, die NOS2-Suppression und die verstärkte Einwanderung von Neutrophilen blieben aus. Schließlich führte eine Eisenzugabe zu naiven T-Zellen zu einer ROS-abhängigen verstärkten Th2-Differenzierung und zu der erhöhten IL-4-Produktion. Eisenüberladung bewirkte sowohl in vitro als auch in vivo eine verminderte Kontrolle der L. major-Infektion. Die in Anwesenheit von Eisen verminderte Abtötung von Leishmanien durch stimulierte BMM war weder auf eine reduzierte NOS2-Expression noch auf eine Kompensation einer NO-abhängigen Erhöhung des Eisenexports zurückzuführen. Die Verminderung der glykolytischen Aktivität der Makrophagen könnte dagegen eine Erklärung für den beobachteten Effekt sein, da die Abtötung verschiedener intrazellulärer Erreger durch eine Blockade der Glykolyse gehemmt werden konnte. Die Ursache für die Krankheitsverschlimmerung nach Eisenüberladung in vivo war auf eine erhöhte IL-4 Produktion auf Grund verstärkter Th2-Differenzierung in T-Zellen zurückzuführen. IL-4 wiederum führte zu einer erniedrigten NOS2-Proteinexpression und -Aktivität, einer erhöhten Arg1-Expression und einem verstärkten Influx von Neutrophilen in die Hautläsion.