title: Charakterisierung von Monozytensubpopulationen im Liquor cerebrospinalis
Creators: name: Neidlinger, Tim
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024

description: Abstract Objectives: The immune system is essential to protect the body against diseases. Monocytes are an important part of this system and are known as regulators of immune responses. Human Monocytes are composed of three subpopulations, which can be distinguished based upon CD14 and CD16 expression: classical, intermediate and non-classical monocytes. While the function of peripheral blood monocytes in health and disease has been extensively studied in the recent past, little is known about monocyte subsets in cerebrospinal fluid and how they contribute to the maintenance of the immune balance or neuroinflammatory diseases. This study intends to further our understanding of monocyte subsets, their phenotype and functions in the cerebrospinal fluid and their potential role at the blood-brain barrier in neuroinflammatory processes. Design &amp; Methods: Monocyte phenotype and functions were analyzed in vitro and ex vivo. Paired cerebrospinal fluid and blood samples derived from patients (n=41) with different neurological diseases were analyzed by flow cytometry. The adhesion to endothelial monolayers and the migratory behavior of different monocyte subsets was assessed in a model of the blood-brain-barrier based on human brain microvascular endothelial cells (hCMEC). Therefore, blood samples were obtained from healthy donors (n=23) and processed for isolation of mononuclear cells. Observations &amp; Results: Analysis of monocyte subsets in the cerebrospinal fluid demonstrated an increased proportion of CD16+ monocyte subpopulations compared to the peripheral blood. Cerebrospinal fluid monocytes were found to express higher levels of immunomodulatory molecules B7-H1, B7-H3, CD80 and CD83 on their surfaces. Flow cytometric analysis of peripheral blood monocytes confirmed a differential expression of these B7 molecules between non-classical, intermediate and classical monocyte subsets. Using an in vitro model of the blood brain-barrier a strong adhesion of classical monocytes to endothelial monolayers pretreated with inflammatory stimuli could be demonstrated. Following transendothelial migration, increased levels of CD83 could be demonstrated on CD16+ monocytes. Conclusions: CD16+ monocytes dominate the monocyte population in cerebrospinal fluid. The high expression of immunoregulatory molecules from the B7 family underlines the potential of these cells to present antigens and participate in the immune surveillance of the CNS. Especially, the coinhibitory molecule B7-H3 on the surface of CD16+ cerebrospinal fluid monocytes may play an important role in this context. Classical monocytes adhering to the blood-brain barrier may contribute to the invasion of pathogenic cells and thereby promote the loss of its barrier function. The upregulation of CD83 by monocytes that have mastered the transendothelial passage and its biological significance for immune responses within CSF-filled spaces will be addressed in further studies.
description: Zusammenfassung in deutscher Sprache Hintergrund und Ziele: Monozyten spielen eine wichtige Rolle für unsere Immunabwehr. Innerhalb der im peripheren Blut zirkulierenden Monozytenpopulation werden drei Subpopulationen anhand der Expression der Oberflächenantigene CD14 und CD16 unterschieden: klassische, intermediäre und nicht-klassische Monozyten. Jede dieser Subpopulationen übernimmt unterschiedliche Funktionen in unserem Immunsystem und trägt so zur Aufrechterhaltung des Immungleichgewichts bei. Während die Monozyten des peripheren Blutes und ihre Bedeutung für physiologische sowie pathologische Prozesse durch Forschungsbemühungen der letzten Jahre zunehmend besser verstanden werden, ist das Wissen um den Phänotyp und die Funktion von Monozyten in der Zerebrospinalflüssigkeit sehr begrenzt. Diese Untersuchung soll zu einem besseren Verständnis des Zusammenspiels unterschiedlicher Monozytensubpopulationen im Liquor beitragen und neue Erkenntnisse über die potentielle Bedeutung von Monozyten bei neuroinflammatorischen Erkrankungen bringen. Methoden (Patienten, Material und Untersuchungsmethoden): In dieser Studie wurden der Phänotyp und die Funktion von Monozyten in vitro und ex vivo analysiert. Hierzu wurden gepaarte Liquor und venöse Blutproben von 41 Patienten mit unterschiedlichen neurologischen Erkrankungen untersucht. Die Monozytensubpopulationen wurden mittels Durchflusszytometrie hinsichtlich ihres Phänotyps charakterisiert. Weiterhin wurde das Adhäsions- und Migrationsverhalten unterschiedlicher Monozytenpopulationen in einem Modell der Blut-Hirn-Schranke betrachtet. Hierzu wurden mononukleäre Zellen des peripheren Blutes 23 gesunder Spender isoliert. Ergebnisse und Beobachtungen: Im Vergleich zum peripheren Blut konnte eine Anreicherung CD16+ Monozyten im Liquor cerebrospinalis beobachtet werden. Dabei wiesen die Monozyten im Vergleich zum peripheren Blut eine verstärkte Expression der immunmodulatorischen Moleküle B7-H1, B7-H3, CD80 und CD83 auf Ihrer Oberfläche auf. Gegenüber den CD16- Monozyten zeichneten sich die CD16+ Monozyten des Liquors durch eine sehr starke Expression des B7 Moleküls B7-H3 aus. Eine differentielle Expression der oben angeführten immunmodulatorischen Moleküle konnte auch im peripheren Blut innerhalb der zirkulierenden Monozytenpopulation zwischen klassischen, intermediären und nicht-klassischen Monozyten dokumentiert werden. In einem Modell der Blut-Hirn-Schranke unter Verwendung humaner zerebraler mikrovaskulärer Endothelzellen (hCMEC) zeigte sich unter entzündlichen Bedingungen eine verstärkte Adhärenz klassischer Monozyten. (Praktische) Schlussfolgerungen und Diskussion: CD16+ Monozyten dominieren die Monozytenpopulation des Liquors. Die hohe Expression immunregulatorischer Moleküle der B7 Familie auf diesen Zellen unterstreicht ihre potentielle Bedeutung für die Antigenpräsentation und die Immunüberwachung des Zentralnervensystems. Hervorzuheben ist hier insbesondere die kräftige Expression des koinhibitorischen Moleküls B7-H3 auf CD16+ Zellen des Liquors. An der Blut-Hirn-Schranke könnte die Adhärenz klassischer Monozyten an endothelialen Zellen zu einem Zusammenbruch der Barrierefunktion beitragen und so das Einwandern pathogener Zellen unter entzündlichen Bedingungen begünstigen. In wieweit die Hochregulation von CD83 durch transendotheliale Migration von Bedeutung für die Funktion monozytärer Zellen im Liquor ist, wird in weiterführenden Studien thematisiert.