Myeloid-derived suppressor cells restrain Natural Killer cell activity in CVB3 myocarditis

Das Mausmodell der Coxsackievirus B3 (CVB3) Myokarditis spiegelt die unterschiedlichen Krankheitsverläufe der humanen Infektion von subklinischen Verläufen bis hin zur Entwicklung einer Herzinsuffizienz infolge einer chronischen Myokarditis wider. Hierbei gelingt es resistenten C57BL/6J Mäusen das Virus in der akuten Phase zu eliminieren, bei permissiven A.BY/SnJ Mäusen entwickelt sich jedoch eine chronische kardiale Inflammation auf Basis einer Viruspersistenz. In früheren Arbeiten konnten wir zeigen, dass Natürliche Killerzellen (NK Zellen) den Verlauf der murinen CVB3 Myokarditis positiv beeinflussen. Bei verschiedenen Virusinfektionen wurden Myeloid-derived suppressor cells (MDSC) als potente Inhibitoren der angeborenen und erworbenen Immunantwort identifiziert. Da sich CVB3-infizierte suszeptible A.BY/SnJ Mäuse von resistenten C57BL/6J Mäusen in Reifungsgrad und Funktionsfähigkeit der NK Zellen unterscheiden, wurde die Interaktion zwischen MDSC und NK Zellen untersucht. In der Ko-Kultur CVB3-infizierter RAW Zellen mit NK Zellen und MDSC konnte eine signifikante Reduktion der CD107a und NKG2D Rezeptorexpression sowie der Expression von Granzym B in NK Zellen beobachtet werden, was auf eine durch MDSC verminderte Degranulationsfähigkeit der NK Zellen und folglich gestörte zytotoxische NK Zellfunktion hinweist. In vivo konnten wir in Milzen und Herzen suszeptibler A.BY/SnJ Mäuse sowohl im naiven Zustand als auch 4 und 8 Tage p.i. signifikant mehr MDSC nachweisen als bei C57BL/6J Mäusen, die keine chronische CVB3 Myokarditis entwickeln. Weiterhin konnte bei A.BY/SnJ Mäusen im Verlauf der CVB3 Infektion im Myokard eine große Anzahl S100A8 und S100A9 exprimierender MDSC verbunden mit einer signifikanten Expressionszunahme von IL 1β und IL 6 mRNA beobachtet werden. Diese proinflammatorischen Zytokine fördern die Akkumulation und Aktivierung von MDSC und begünstigen gleichzeitig die Entstehung kardialer entzündlicher Läsionen. Eine in vivo Depletion von MDSC durch anti Ly6G Antikörper führte im Myokard CVB3-infizierter A.BY/SnJ Mäuse während der akuten Myokarditis zur Reduktion von S100A8, S100A9, IL 1β, IL 6 und TNFα, verbunden mit einer reduzierten Einwanderung von inflammatorischen CD3+ T Lymphozyten und Mac3+ Makrophagen sowie einer Verminderung der Viruslast. Hieraus lässt sich folgern, dass MDSC sowohl die zytotoxischen als auch die immunregulatorischen Funktionen von NK Zellen während der Enterovirusinfektion beeinflussen. Im Mausmodell der CVB3 Myokarditis hemmen MDSC in der frühen Phase der Infektion NK Zellen und tragen damit bei permissiven A.BY/SnJ Mäusen zu einem schwereren akuten Verlauf sowie der Entwicklung einer chronischen Myokarditis bei. Diese Erkenntnisse könnten durch die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien helfen Ansätze zu finden eine chronische Myokarditis und deren Konsequenz, die dilatative Kardiomyopathie, zu verhindern.Murine models of coxsackievirus B3 (CVB3) induced myocarditis (with host specific outcomes), represent different outcome of myocarditis, ranging from virus elimination and complete recovery in resistant C57BL/6J mice to virus persistence and chronic myocarditis in susceptible A.BY/SnJ mice. In previous experiments, we found that Natural Killer cells (NK cells) positively influence the outcome of CVB3 myocarditis in mice. Myeloid-derived suppressor cells (MDSC) are potent inhibitors of the innate and adaptive immune response in different viral infections. Based on the findings that CVB3 infected susceptible A.BY/SnJ mice differ from C57BL/6 mice being resistant to chronic myocarditis, in their NK maturation profile, function and activation of NK cells, we investigated the molecular interplay between MDSC and NK cells. Co culturing experiments of CVB3 infected RAW cells, NK cells and MDSC revealed a significant decrease of CD107a and NKG2D receptor expression as well as granzyme B expression on NK cells suggesting a disturbed cytotoxic NK cell function with reduction of NK degranulation by MDSC. In vivo, we observed significantly higher cell numbers of MDSC in spleens and hearts of A.BY/SnJ mice susceptible to chronic myocarditis compared to resistant C57BL/6 mice not only in naïve mice, but also day 4 and day 8 post infection (pi). Regarding the underlying mechanisms of MDSC attraction to the infected heart we identified S100 proteins, as well as IL 1β and IL-6, as important proinflammatory factors. The numbers of S100A8 and S100A9 expressing MDSC in the heart as well as the levels of cardiac IL 1β and IL6 mRNA were significantly higher in A.BY/SnJ mice than in resistant C57BL/6 mice. Depletion of MDSC by anti Ly6G antibodies in CVB3 infected mice resulted in a downregulation of S100A8, S100A9, IL 1β, IL 6 and TNFα in the heart which was accompanied by a significant decrease of infiltrating inflammatory CD3+ T lymphocytes and Mac3+ macrophages as well as a reduced viral load in A.BY/SnJ mice during acute myocarditis. Here, we show that MDSC influence the cytotoxic activity along with the immune regulatory function of NK cells in enterovirus infection. In the murine model of CVB3 myocarditis MDSC obviously contribute to the suppression of NK cell function early in infection, thus leading to a severe acute CVB3 myocarditis and chronic course in ABY/SnJ mice. By developing new therapeutic strategies these observations might help to prevent chronic myocarditis and, thus dilated cardiomyopathy as a consequence of ongoing inflammation