Autoantigenspezifische CD4+ T-Zellen in ihrer kardioprotektiven Rolle nach Myokardinfarkt im Mausmodell

Einleitung: Jeder sechste Mann und jede siebte Frau in der westlichen Welt werden am Myokardinfarkt und seinen Folgepathologien sterben. Nach einem Infarkt ist das Herz nicht fähig die nekrotisierten Kardiomyozyten zu regenerieren, es findet lediglich eine Defektheilung statt. Das entstehende Platzhaltergewebe besteht aus Bindegewebe und ist Ziel fortlaufender Heilungs- und Umbauprozesse. Ob diese in einer stabilen funktionalen Narbe oder in einem Herzwandaneurysma mit sich verschlechternder Herzfunktion enden, hängt im Wesentlichen von dem physiologischen Abschluss des Entzündungsprozesses ab. Den ersten Schritt der Heilung stellt die sterile Entzündung dar, welche durch Proteolyse und Phagozytose die strukturelle Grundlage für die Proliferation des Narbengewebes schafft. Doch auch in späteren Heilungsphasen steuern immunologische Prozesse den regenerativen Ablauf und kommen im besten Fall mit der Ausheilung der Narbe zum Erliegen. Es kann allerdings auch zu einem pathologischen Persistieren dieser Entzündungsantwort kommen, was meist zu einer chronischen Verschlechterung der Organfunktion führt. In welche Richtung sich diese Entzündungsantwort entwickelt, scheint maßgeblich von der Art der Reaktivität des adaptiven Immunsystems auf das ausheilende Gewebe abzuhängen. Nachdem Autoimmunität lange Zeit nur in ihrem pathologischen Kontext untersucht wurde, zeigten mehrere Wundheilungsmodelle die notwendige Beteiligung des adaptiven Immunsystems für eine physiologische Regeneration. Dabei reagieren heilungsförderliche Lymphozyten auf gewebespezifische Autoantigene. Dies zeigte sich auch durch die Aktivierung regulatorischer T-Helfer-Zellen nach einem experimentellen Myokardinfarkt (EMI) in Mäusen, die ihrerseits myokardiale Entzündungsprozesse, Heilung und Remodeling positiv modulieren. Ein Autoantigen, welches in diesem Kontext diskutiert wird, ist das Kardiomyosin. Es wird ausschließlich herzrestriktiv exprimiert und ist in der Lage immunstimulierend zu wirken. Ziele der Untersuchung: In der vorliegenden Arbeit wurde die Relevanz der Antigenspezifität bezüglich Kardiomyosin in immunologischen Heilungsprozessen untersucht. Dabei wurde im Speziellen auf die Beeinflussung der T-Zell-Reaktivität durch das Milieu des infarzierten Herzens eingegangen. Tiere, Material und Methoden: Es wurden Kardiomyosin-spezifische Thy1.1+ CD4+ T- Helfer-Zellen (TCR-M) in gesunde Thy1.2+ Wildtyp-BALB/c- und transgene Do11.10- Empfängermäuse transferiert. Einen Tag später wurde durch die Ligatur eines Herzkranzgefäßes ein permanenter Infarkt ausgelöst. An Tag 7 post operationem wurden die Qualität des Heilungsvorganges und die Herzfunktion mittels Echokardiographie beurteilt. An Tag 7 und 49 post operationem wurden die Organe (Herz, Mediastinallymphknoten, Kniefaltenlymphknoten und Milz) entnommen und das T-Zellkompartiment, sowie dessen organspezifische Abundanz mittels Durchflusszytometrie und Light-Sheet Flourescence Microscopy (LSFM) charakterisiert. Die Experimente wurden mit 3-23 Mäusen pro Gruppe jeweils 2-5 Mal unabhängig voneinander durchgeführt. Für die statischen Analysen wurden die Mittelwerte der Variablen mittels ungepaarter t-Tests (Vergleich zweier Mittelwerte) oder two-way ANOVA gefolgt durch die Šidák Korrektur (Vergleich von mehr als zwei Mittelwerten) verglichen. Wahrscheinlichkeitswerte von p < 0,05 wurden als statistisch signifikant angesehen. Ergebnisse: Durchflusszytometrie und LSFM Analysen stellten eine erhöhte Akkumulation und Aktivierung der TCR-M in Herzen infarzierter Mäuse zur Hochphase des Heilungsprozesses (Tag 7) im Vergleich zur Sham-Gruppe (Kontroll-operierte Mäusen ohne Infarkt) dar. Dieses Phänomen konnte nicht an anderen untersuchten Orten im Körper (Milz, Kniefaltenlymphknoten) festgestellt werden. In den Mediastinallymphknoten kam es sowohl unter Kontroll-, als auch Infarktbedingungen zu einer Akkumulation und Aktivierung der TCR-M, was auf konstitutiv ablaufende autoimmune Prozesse hindeutet. In der chronischen Heilungsphase (Tag 49) verteilte sich diese Zellpopulation gleichmäßig auf die untersuchten Organe, was für eine selbstlimitierende Autoreaktivität post-EMI der T-Zellen spricht. Bemerkenswerterweise differenzierten transferierte TCR-M, die in ihren Spendertieren pathogen wirken und eine letale Autoimmunmyokarditis auslösen, in infarzierten Mäusen zu regulatorischen T-Zellen. Dort agieren sie kardioprotektiv, was letztendlich zum Erhalt der echokardiographisch erhobenen Herzfunktionsparameter führte. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern Evidenz für die ursächliche Rolle des herzspezifischen Antigens Kardiomyosin in der postinfarziellen T-Zell-Reaktivität. Weiterhin wird der determinierende Einfluss des Infarktkontextes unabhängig von Antigenspezifität demonstriert. Dieser polarisiert T-Helfer-Zellen in ihrer Funktion zu regulatorischen T-Zellen und führt zu einer protektiven und heilungsförderlichen Autoimmunantwort. :1. Einleitung - 1 2. Literaturübersicht und Zielstellung - 3 2.1. Der Myokardinfarkt - 3 2.2. Pathophysiologie des Myokardinfarktes - 4 2.3. T-Zellen - 10 2.3.1. Die funktionelle Rolle der T-Zellen - 10 2.3.2. Konventionelle T-Zellen - 11 2.3.3. Regulatorische T-Zellen - 14 2.3.4. Der T-Zell-Rezeptorkomplex - 16 2.3.5. Genesis und Toleranz des T-Zell Kompartiments - 19 2.3.6. T-Zellen im Myokardinfarkt - 22 2.4. Antigenspezifität und Autoimmunität im Myokardinfarkt - 23 2.5. Zielstellung der Studie - 24 3. Material und Methoden - 25 3.1. Versuchsaufbau - 25 3.2. Versuchstiere - 25 3.3. Organentnahmen - 26 3.4. Adoptiver CD4+ T-Zell Transfer - 26 3.5. Fluorescence-Activated Cell Sorting - 27 3.6. Experimenteller Herzinfarkt - 31 3.7. Echokardiographie - 33 3.8. Light-Sheet Fluorescence Microscopy - 35 3.9. Statistische Analysen - 35 4. Ergebnisse - 36 4.1. TCR-M Akkumulation post-EMI in med-LN und Herz - 36 4.2. TCR-M Aktivierung und Differenzierung zu Tregs post-EMI - 40 4.3. Kardioprotektion post-EMI durch TCR-M in DO11.10-Empfängertieren - 43 5. Diskussion - 46 5.1. Wahl des Kandidatenantigens - 46 5.2. Kritische Betrachtung der Analysemethoden - 47 5.3. Interpretation der Daten - 48 5.4. Vergleich der Tiermodelle - 52 5.5. Vergleich der chirurgischen Modelle - 53 5.6. Belastungseinschätzung - 54 6. Zusammenfassung - 56 7. Summary - 58 8. Literaturverzeichnis - 60 9. Danksagung - 7