Die Erforschung von Differenzierung und Aktivierung verschiedener Zelltypen, die sich in normalem Darm aber auch entzündetem Darm bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen finden, stellt eine Basis für die Entwicklung neuer Therapieansätze dar. Sie kann allerdings auch Hinweise auf pathophysiologische Besonderheiten liefern.

Im Kompetenznetz wird vor allem die Aktivierung und Differenzierung intestinaler Monozyten/Makrophagen untersucht. Weiterer Schwerpunkt ist die Isolierung und Charakterisierung primärer Epithelzellen und mesenchymaler Zellen aus dem Darm.

Intestinale Monozyten/Makrophagen bei Patienten mit chronisch entzündlicher Darmerkrankung unterscheiden sich von der residenten Population normaler Darmschleimhaut. Beispielsweise findet sich eine Hochregulation T-Zell Co-stimulatorischer Moleküle auf der Zelloberfläche, aber auch der Toll-like Rezeptoren 2 und 4. Desweiteren ist die Fähigkeit zur Produktion von reaktiven Sauerstoffradikalen erhöht, einhergehend mit einer Hochregulation von NADPH-Oxidase mRNA. Diese Befunde sind funktionell relevant, erklären sie doch potentiell die Perpetuierung der Entzündungsreaktion durch luminale Bakterien bzw. deren Bestandteile.

Die an isolierten Monozyten/Makrophagen beobachtete Hochregulation von Cathepsin D fand sowohl immunhistochemisch in der entzündeten Darmschleimhaut von Patienten als auch in entzündetem Darm bei Tiermodellen chronisch entzündlicher Darmerkankungen Korrelat. Somit hat die Untersuchung von Zellkulturen in diesem Falle zur Entdeckung einer möglichen pathophysiologischen Rolle von Cathepsin D geführt.

Die intestinale Epithelzelle, aber auch mesenchymale Zellen beeinflussen das Entzündungsgeschehen im Darm. Beide können Zytokine sezernieren. Auf Fibroblasten lässt sich zudem CD40 induzieren, wodurch Zell-Zell-Interaktionen mit T-Zellen ermöglicht werden. Dabei sind intestinale Fibroblasten bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen tatsächlich auch funktionell verändert und zeigen eine reduzierte Migration im Vergleich zu Kontrollfibroblasten.

Es gibt Anhaltspunkte, dass diese Veränderungen in Reaktion auf proinflammatorische Zytokine vor sich gehen. Auch isolierte intestinale Epithelzellen reagieren auf das umgebende Zytokinmilieu.

Eine Besonderheit der Zellkulturforschung des Kompetenznetzes ist die Untersuchung von Zell-Zell-Interaktionen. So konnte in einem Sphäroidmodell belegt werden, dass die Monozytendifferenzierung in intestinale Makrophagen durch intestinale Epithelzellen induziert wird. Während der Differenzierung kommt es zur Induktion von Glykoprotein (gp) 96, dem eine verbindende Rolle zwischen erworbenen und angeborenem Immunsystem zugeschrieben wird.

Diese Induktion fehlt bei Patienten mit Morbus Crohn. Möglicherweise hat dies Bedeutung für die fehlende Toleranz gegenüber bakteriellen Antigenen wie sie bei diesen Patienten vorgefunden wird.

Desweiteren findet sich eine Induktion der Expression von MIP-3? während der Makrophagendifferenzierung. Dies geht einher mit der Chemoattraktion von CD45R0(+)-T-Zellen. Entsprechende Makrophagen/T-Zell-Kontakte lassen sich auch am histologischen Schnitt normaler Darmschleimhaut nachweisen.

In einem weiteren Forschungsansatz des Kompetenznetzes konnte gezeigt werden, dass die Therapie des Morbus Crohn mit dem TNF-? bindenden Antikörper Infliximab eine spezifische, paradoxe Aktivierung der p38MAPK über Ligation von mTNF-? hervorruft.

Diese Aktivierung konnte nicht durch das TNFR2:Fc Fusionsprotein Etanercept hervorgerufen werden, welches in Therapiestudien bei MC-Patienten keine Wirkung gezeigt hatte. Durch Analyse der Aktivierungsmuster von p38-abhängigen Zielproteinen in IFX-behandelten MC-Patienten wurde gezeigt, dass der klinische Phänotyp des IFX-Responders mit einer spezifischen Aktivierung von hsp70 und ATF-2 über p38-MAPK gekoppelt ist.

Die weiterführenden Studien zum Wirkmechanismus von TNF-?-bindenden Proteinen zeigte, dass die Ligation von mTNF in aktivierten Monozyten über eine autokrine Sekretion von TGF-? zu einer Todesrezeptor-unabhängigen Form von Apoptose führen kann.
In weiterführenden zur Bedeutung des im Kompetenznetz entdeckten Risikogens für den Morbus Crohn (NOD2/CARD15) wurde die Expression von NOD2 in verschiedenen intestinalen Epithelzelllinien und primären Epithelzellen untersucht. Durch die Behandlung mit TNF-a konnte in den intestinalen Epithelzelllinien (HT-29, SW620, SW948) ein zeit- und dosisabhängiger Anstieg der NOD2- mRNA und Proteinexpression hervorgerufen werden.

Unter basalen Bedingungen lag nur eine sehr geringe NOD2 Expression vor. Die Gabe von IFN-g zeigte alleine nur einen geringen Einfluß, bei einer Kostimulation mit TNF-a wurde die NOD2 mRNA Expression synergistisch hochreguliert. Dieses Ergebnis konnte in Kulturen primärer humaner IECs, die aus Biopsien gewonnen wurden, bestätigt werden. Auch in vivo zeigte sich in entzündeter Schleimhaut eine Hochregulation von NOD2 Protein in IECs.

Die Überexpression von NOD2 in IECs führte zu einer Hochregulation der IL-8 mRNA und IL-8 Sekretion nach Stimulation mit verschiedenen kommerziellen LPS-Präparationen. In parentalen Zellen oder Zellen, die mit der krankheitsassoziierten NOD2 Variante L1007fs transfiziert wurden, war diese erhöhte Sekretion nicht nachweisbar.

Diese Arbeiten konnte erstmals die Regulation und Funktion eines NOD Proteins in IECs zeigen.

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