Modulation der angeborenen Immunantwort durch mikrobielle Metaboliten

Zahlreiche Untersuchungen belegen, dass kurzkettige Fettsäuren (SCFA) eine wichtige Rolle sowohl beim Erhalt der Gesundheit als auch bei der Entstehung von Krankheiten spielen. Wir konnten zeigen, dass sich durch die Überexpression des antimikrobiellen Peptids hReg3α in transgenen Mäusen die bakterielle Zusammensetzung von gram-positiven Firmicutes hin zu gram-negativen Verrucomicrobia verändert. Die meisten Spezies aus dem Stamm der Firmicutes sind als Butyrat-Produzenten bekannt, wohingegen zum Beispiel Akkermansia muciniphila aus dem Stamm der Verrucomicrobia zu den Propionat-Produzenten gehört. Die Abnahme des Stammes der Firmicutes und die Zunahme des Stammes der Verrucomicrobia korreliert mit der Abnahme der Butyratkonzentration und der Zunahme der Propionatkonzentration im Kot von hReg3α transgenen Mäusen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit erfolgte zunächst die Untersuchung der immunmodulatorischen Eigenschaften von Propionat. Hierbei konnte gezeigt werden, dass eine erhöhte Propionat Konzentration, zu einer signifikant erhöhten Induktion der Expression von Interferon Stimulierten Genen (ISG) führt. Wir konnten zeigen, dass in murinen Kolonepithelzellen (CMT-93), humanen Lungenepithelzellen (A549), humanen monozytären Zellen (THP-1), sowie in primären, peripheren Blutmakrophagen (PBM) Propionat und Butyrat die Expression von Mitgliedern der IFIT-Genfamilie induzieren. Unsere Daten zeigen, dass die Induktion von ISG durch Propionat über den Gαq/11 Signalweg des G-Protein gekoppelten Rezeptors FFAR2 in einer IFN Typ I (IFNα) und IFN Typ III (IFN lambda) abhängigen Weise (JAK/STAT-Signalweg) vermittelt werden. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass durch die Stimulation mit Propionat oder dem IFNAR2 Agonisten RO8191 eine Kreuztoleranz gegenüber der Stimulierung mit TLR1/2 (Pam3CSK4) und TLR4 (LPS) Agonisten induziert werden konnte. Nach der Restimulation mit LPS oder Pam3CSK4 kam es zu einer signifikanten Reduktion von proinflammatorischen Zytokinen und Chemokinen (z.B. TNF und CXCL2) sowohl in den untersuchten Epithelzelllinien (CMT-93) als auch in der monozytären Zelllinie THP-1 und den primären PBM. A549 Zellen zeigen eine Propionat-induzierte Kreuztoleranz gegenüber der Stimulierung mit LPS. Interessanterweise scheint die durch Propionat induzierte Expression einzelner Mitglieder der IFIT-Genfamilie ausreichend zu sein, die proinflammatorische Zytokinproduktion als Reaktion auf eine nachfolgende PRR-Stimulation zu hemmen. Darüber hinaus zeigen unsere Daten, dass die Propionat-induzierte IFIT-Expression die MHC-Klasse-II Expression nach erfolgter TLR4 Stimulation hemmt, was zeigt, dass Propionat vermittelte Signale eine Toleranz bezüglich der TLR-induzierten MHC-Klasse-II Expression zu induzieren scheint. Zur Bestimmung einer Relevanz dieser Ergebnisse in vivo sind noch weitere Experimente notwendig. Da nicht nur die IFIT-Genfamilie in den Epithelzellen und in den Zellen myeloiden Ursprungs durch Propionat induziert wurde, sondern auch weitere ISG wie ISG15, MX1 oder OASL2, wurde die antivirale Aktivität in diesen Zellen nach Propionat Stimulierung genauer untersucht. Wir konnten in Infektionsexperimenten mit dem VSV*DeltaG(Luc)-Replikon Partikeln zeigen, dass eine Vorstimulation mit Propionat die Infektion und Replikation des VSV*DeltaG(Luc) Replikon in vitro signifikant verringert. Um die erhaltenen Ergebnisse in vivo zu verifizieren und möglicherweise translational weiter zu entwickeln müssen noch weiterführende Untersuchungen durchgeführt werden, um die Bedeutung von Propionat in der antiviralen Immunantwort in vivo genauer zu bestimmen