Pseudomonas aeruginosa moduliert die inflammatorische Antwort des Atemwegsepithels auf Rhinovirus-Infektionen

Chronische pulmonale Infektionen mit Pseudomonas aeruginosa (PA) betreffen die überwiegende Mehrheit der erwachsenen Mukoviszidose (Cystische Fibrose, CF) Patienten. Diese Infektionen führen gesichert zu einer Abnahme der Lungenfunktion und Zunahme der Mortalität der Patienten. Atemwegsviren stehen im Verdacht pulmonale Exazerbationen bei CF-Patienten auszulösen. Unklar ist jedoch, welchen Einfluss eine chronische Infektion mit PA auf die Anfälligkeit und Reaktion des Atemwegsepithels auf virale Infektionen hat. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, die Interaktionen zwischen PA, humanen Rhinoviren (HRV) und primären bronchialen Epithelzellen zu untersuchen. Hierfür wurden Zellen von jeweils drei Patienten mit CF und mit Lungenemphysem aus Lungenexplantaten isoliert und in einem speziellen Air- Liquid-Interface Zellkulturmodell zu einem mukoziliär differenzierten mehrreihigen Flimmerepithel kultiviert. Chronische Infektionen wurden mit klinischen PA Isolaten für einen Gesamtzeitraum von 16 Tagen durchgeführt. Anschließend wurden die Zellen mit HRV infiziert. Schlüsselzytokine, Interferone und virale RNA wurden mittels Cytometric bead array, ELISA und qPCR bestimmt. Rein virale Infektionen mit HRV führten zu einem Anstieg von IL-1, -6, -8, TNF- α, IP10 und IFN-b, IFN-l1 sowie ISGs und in ähnlichem Ausmaß konnte dies auch bei Coinfektionen mit einem mukoiden PA-Isolat beobachtet werden. Coinfektionen mit einem nicht-mukoiden PA-Isolat führten im Vergleich zu rein viralen Infektionen zu vermehrter Expression von IL-1β und IL-6 mRNA. Während es unter diesen Bedingungen auch auf Proteinebene zu einem Anstieg der IL-1β Konzentration kam, lag die Konzentration von freiem IL-6 Protein in nahezu allen Proben unter der Nachweisgrenze. Zellkulturmedium aus Coinfektionen mit diesem nicht-mukoiden PA-Isolat führten zudem zu einem Abbau oder einer Bindung von extern zugegebenen rekombinantem IL-6. IL-8, IP-10, TNF-α Protein und mRNA von IFN-β, -λ1 und ISGs, sowie die Viruslast waren vergleichbar zwischen rein viralen Infektionen und bakteriell- viralen Coinfektionen. Ebenfalls keine Unterschiede wurden zwischen Zellen von Emphysem und CF-Spendern gefunden. Insgesamt zeigen diese Daten, dass eine PA-Infektion die Antwort differenzierter bronchialer Epithelzellen auf eine Virusinfektion verändern kann. Die hierdurch veränderte Immunantwort und möglicherweise eingeschränkten epithelialen Reparaturmechanismen könnten eine Ursache aggravierter viraler Infektionen in P. aeruginosa-infizierten Atemwegen darstellen. Ein besseres Verständnis der Interaktionen zwischen chronisch-bakteriellen und viralen Atemwegsinfektionen könnte potenziell die Behandlung virus-induzierter Exazerbationen bei PA-infizierten CF-Patienten verbessern.Chronic pulmonary Pseudomonas aeruginosa (PA) infections affect the majority of adult cystic fibrosis (CF) patients. PA infections lead to a decrease in lung function and increase in mortality. Respiratory viruses are suggested to trigger pulmonary exacerbations in CF, yet it is unclear if chronic PA infections affect the susceptibility of the airway epithelium and response to viruses. The aim of this study was to investigate interactions between PA, human rhinovirus (HRV) and primary bronchial epithelial cells. Therefore, cells from three CF and three emphysema patients were isolated and cultured as air-liquid interface cultures to achieve a mucociliary differentiated pseudostratified epithelium. Chronic infection with clinical PA isolates was carried out for a total period of 16 days. Subsequently, cells were infected with HRV. Key cytokines and viral RNA were quantified by cytometric bead array, ELISA and qPCR. HRV infection alone increased the concentration of IL-1,-6,-8, TNF- α, IP10, IFN- β, -λ1, ISGs and to a similar extent in cells co-infected with a mucoid PA isolate. Coinfection with a non-mucoid PA isolate increased IL-1β and IL-6 mRNA expression compared to pure virus infection. While this lead to increased IL-1β protein concentrations, we found drastically decreased IL-6 protein in coinfections with this isolate. Cell culture medium obtained from coinfections with this non-mucoid PA isolate was able to degrade or bind recombinant IL-6 in a heat-sensitive manner. IL-8, IP-10 and TNF-α protein, as well as IFN-β, -λ1 and ISGs mRNA and viral load did not differ between virus-infected and co-infected cells. We could not detect significant differences in these readouts between emphysema and CF-cells. These data show that PA infection can change the response of pBECs to viral infection. The changed immune response and possibly impaired epithelial repair could cause an aggravated outcome of viral infection in PA-infected airways. Understanding the interactions between chronic bacterial infection and respiratory viruses could potentially improve management of virus-induced exacerbations in PA-infected CF-patients