recruitment and tolerogenic modulation of T cells within the liver

Die Rekrutierung von T-Zellen spielt eine entscheidende Rolle für die Kompartimentalisierung des Immunsystems: Antigenpräsentation und Aktivierung finden in sekundären lymphatischen Organen statt, im entzündlich veränderten Gewebe werden Effektorfunktionen ausgeübt. In der Mukosa, und vermutlich auch in der Leber, werden immunmodulatorische Vorgänge vermittelt. Da Einwanderung in die Leber damit eine Vorraussetzung für konsekutive Modulation darstellt, wurde im ersten Abschnitt der Arbeit das Wanderungsverhalten von CD4+ T-Zellen analysiert. Wir konnten in der Intravitalmikroskopie und im Homing-Versuch mit radioaktiver Markierung zeigen, dass aktivierte CD4+ T-Zellen in die Leber einwandern, während naive CD4+ T-Zellen in die sekundären lymphatischen Organe rezirkulieren. Dabei akkumulierten aktivierte CD4+ T-Zellen, vermutlich bedingt durch eine differentielle endotheliale Rezeptorausstattung im Leberläppchen, nahezu ausschließlich im Periportalfeld. Auch Th1-Zellen und Th2-Effektor-Zellen fanden sich anders als naive CD4+ T-Zellen präferentiell in der Leber. Sie verteilten sich allerdings überall im Leberläppchen. Th1-Zellen wurden dabei stärker als Th2-Zellen zurückgehalten, was die Bedeutung des Zytokinphänotyps für die Rekrutierung unterstreicht. Neben der Aktivierung, der Differenzierung in Effektor/Memory-Zellen und dem Zytokinphänotyp spielt auch die Präsenz des Antigens selbst zumindest für die Rekrutierung von CD8+ T-Zellen in der Leber eine Rolle. Allerdings ist die TCR-MHC-Bindung alleine nicht ausreichend. Die zusätzliche Interaktion von LFA-1 und ICAM-1 stellt eine notwendige Voraussetzung dar. Im Gegensatz zu CD8+ T-Zellen ist es uns dagegen nicht gelungen, für die Rekrutierung von aktivierten oder CD4+ Effektor-T-Zellen in die gesunde Leber essentielle Adhäsionsmoleküle zu identifizieren. Ein möglicher Grund ist, dass viele Rezeptor-Ligand-Paare redundant oder im Leberläppchen differentiell exprimiert sind. Insgesamt zeigten T-Zellen, die in der intrahepatischen Lymphozytenpopulation stark repräsentiert sind, eine präferentielle Rekrutierung. Wir formulierten daher das Modell der Balancierten Rekrutierung. Es postuliert, dass die intrahepatische Lymphozytenpopulation kontinuierlich durch Immigration, Emigration und intrahepatische Modulation bzw. Deletion geformt wird. Es ist noch nicht abschließend geklärt, ob und durch welche Signale Antigen-erfahrene Zellen moduliert werden können. Im zweiten Teil der Arbeit wurde daher untersucht, welches in vivo Schicksal Effektor-Zellen spontan, unter immunoger oder tolerogener Antigenzufuhr haben. Adoptiv transferierte in vitro-polarisierte Th1-Zellen zeigten spontan eine zeitabhängige Abnahme des Prozentsatzes IFNγ+ Zellen. Da Populationen mit höherer (90%) und niedrigerer (50%) IFNγ+ Zytokinproduzentenfrequenz in vivo identisch überlebten und Nicht-Produzenten keine stärkere Zellteilung aufwiesen, nehmen wir an, dass die Zytokinsynthese auf Einzelzellebene herunterreguliert wird und die Zellen zu einem „quasi-naiven“ Phänotyp zurückkehren. Mittels adoptivem Transfer IFNγ+ ex vivo-sortierter Th1-Zellen konnten wir darüber hinaus nachweisen, dass diese Zellen in der Lage sind, Immunität gegen einen Tumor zu vermitteln. Das TCM/TEM-Paradigma postuliert eine Memory-Zellgeneration aus IFNγ- Effektor-Zellen bzw. TCM wogegen IFNγ+ Zellen als TEM terminal differenziert sind und in vivo zugrunde gehen. Unsere Daten sprechen eher für die Alternativhypothese die besagt, dass Effektor- Zellen temporär ihre Zytokinsynthese einstellen und zu Memory-Zellen differenzieren können. Nach adoptivem Transfer von Th1- und Th2-Zellen und tolerogener Antigenapplikation erfolgte nach einer Expansionsphase eine Zunahme apoptotischer Zellen in der Leber, die für eine intrahepatische Deletion spricht. Während Th1-Zellen eine Abnahme der IFNγ+ Subpopulation zeigten, persistierten IL-4+ Th2-Zellen vor allem in der Leber. Eine Immundeviation ließ sich in diesem Modell nicht induzieren. Die in vitro-Ko- Kultur erbrachte Hinweise, dass die Leber möglicherweise aktiv partizipiert: LSEC förderten das Wachstum von Th2-Zellen, wogegen Th1-Zellen weniger stark expandierten. Die Akkumulation von Zellen, die Zeichen der Apoptose zeigen, in der Leber hat zu der Vermutung Anlass gegeben, dass die Leber passiv sterbende Zellen abräumt. Dagegen gibt es Evidenzen, dass in der Leber selbst auch Apoptose bei aktivierten T-Zellen über Fas/Fas-Ligand-Interaktion induziert werden kann. Unserer Daten legen zudem die Annahme nahe, dass die Leber möglicherweise sogar Antigen-spezifisch T-Zellen modulieren kann. Zusammenfassend formulieren wir ein Modell, das eine Kompartimentalisierung des Immunsystems zugrunde legt: während naive CD4+ T-Zellen in lymphatische Organe migrieren und dort immunogene bzw. tolerogene Signale empfangen, werden Antigen-erfahrenen CD4+ T-Zellen in die Leber rekrutiert, wo sie durch Interaktion mit APC moduliert oder deletiert werden. Man könnte spekulieren, dass eine gestörte hepatische Deletion von Effektor-Zellen beispielsweise über eine Aktivierung von tolerogenen Leber-APC zu einem immunogenen Phänotyp zu einem hepatischen Priming von naiven T-Zellen führen könnte. Diese Vorgänge könnten relevant sein für die Entstehung oder fehlende Suppression von Autoimmunität z.B. bei Autoimmunhepatitis oder systemischer Entzündungsvorgänge.The recruitment of T cells is crucial fort the compartmentalization of the immune system: antigen presentation and activation is induced in secondary lymphoid organs. Effector functions are exerted within inflamed tissues. The mucosa and presumably also in the liver have immunomodulatory functions. By intravital microscopy and in vivo-homingassay we demonstrated that activated CD4+ T cells are preferentially recruited into the liver whereas naive CD4+ T cells recirculate through secondary lymphoid organs. Due to distinct receptor expression within the liver vasculature, activated CD4+ T cells accumulated within the periportal area of the liver lobulus. Th1 and Th2 cells that were also retained at higher numbers compared to naive CD4+ T cells, displayed a scattered distribution within the liver lobulus. More Th1 cells as Th2 cells migrated into the liver underlining the influence of the cytokine phenotype. Apart from activation, memory cell differentiation and cytokine phenotype, the antigen plays a role for recruitment into the liver as demonstrated for CD8+ T cells. However, interaction of the MHC-antigen-complex and the T cell receptor also is not sufficient, LFA-1 and ICAM-1 seem to be mandatory. In contrast to CD8+ T cells, no liver-homing molecules could be identified for CD4+ T cells under homeostatic conditions which might be due to redundant receptor/ligand pairs or differential expression within the lobulus. In summary, T cells that are highly represented within the intraheptic lymphoid population became preferentially recruited suggesting that the intrahepatic T cell pool is shaped by immigration, emigration and intrahepatic modulation, described as “balanced recruitment”. It is still elusive to what extent and by which mechanisms antigen-experienced T cells can be modulated in vivo. Adoptively transferred in vitro-polarized Th1 cells displayed a spontaneous decrease in IFNγ+ cells. Since Th1 cells with a high or a low IFNγ-expression displayed equal survival and proliferation, Th1 cells seem to downregulate their cytokine synthesis. We could also demonstrate that ex vivo-sorted IFNγ+ Th1 cells could reject tumors suggesting that cytokine-producing effector cells can fully differentiate into memory cells instead of undergoing apoptosis as terminal differentiation state. Adoptively transferred Th1 cells underwent apoptosis within the liver after tolerogenic antigen administration whereas Th2 cells preferentially survived suggesting that the liver might participate in systemic tolerance induction by deletion of effector cells. Taken together, the immune system is compartimentalized: naive CD4+ T cells recirculate through secondary lymphoid organs receiving tolerogenic or immunogenic signals whereas effector/memory cells become recruited into parenchymal organs such as the liver undergoing modulation or deletion by interaction with local antigen- presenting cells. It is tempting to speculate that lacking intrahepatic deletion of effector cells might contribute to the pathogenesis of autoimmunity