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Treatment of Relapsing Paralysis in Experimental Encephalomyelitis by Targeting Th1 Cells through Atorvastatin
Statins, known as inhibitors of 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A (HMG-CoA) reductase, exhibit numerous functions related to inflammation, such as MHC class II down-regulation, interference with T cell adhesion, and induction of apoptosis. Here we demonstrate that both subcutaneous and oral administration of atorvastatin inhibit the development of actively induced chronic experimental autoimmune encephalomyelitis in SJL/J mice and significantly reduce the inflammatory infiltration into the central nervous system (CNS). When treatment was started after disease onset, atorvastatin reduced the incidence of relapses and protected from the development of further disability. Both the reduced autoreactive T cell response measured by proliferation toward the encephalitogenic peptide PLP139–151 and the cytokine profile indicate a potent blockade of T helper cell type 1 immune response. In in vitro assays atorvastatin not only inhibited antigen-specific responses, but also decreased T cell proliferation mediated by direct TCR engagement independently of MHC class II and LFA-1. Inhibition of proliferation was not due to apoptosis induction, but linked to a negative regulation on cell cycle progression. However, early T cell activation was unaffected, as reflected by unaltered calcium fluxes. Thus, our results provide evidence for a beneficial role of statins in the treatment of autoimmune attack on the CNS
The influence of activated Th1 and Th2 lymphocytes on neuroregeneration after CNS injuries
Titelblatt und Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Material
Methoden
Ergebnisse
Diskussion
Zusammenfassung
AbkĂĽrzungsverzeichnis
Literaturverzeichnis
Publikationsverzeichnis
Danksagung
Eidesstattliche ErklärungT-Lymphozyten können eine entscheidende Rolle bei Verletzungen oder
Erkrankungen des ZNS spielen und dabei sowohl neurodegenerative als auch
neuroprotektive Effekte vermitteln. So fĂĽhren T-Zellen im Rahmen
neuroinflammatorischer Erkrankungen, wie der Multiplen Sklerose, zur
Demyelinisierung der Axone und sind somit an der Ausbildung der sekundären
Degeneration beteiligt. Nach einer mechanischen Schädigung des ZNS können
T-Zellen verletzte Neurone jedoch auch vor einer Ausbreitung des
Primärschadens schützen und die Ausbildung eines sekundären Zellschadens
verhindern. In der letzten Zeit haben sich zunehmend Hinweise ergeben, daĂź
diese konträren Wirkungsweisen auf die verschiedenen Subtypen von
T-Helferzellen, Th1 und Th2, zurĂĽckzufĂĽhren sind. Dabei werden die
schädigenden Effekte eher den Th1- Zellen und die protektiven Effekte eher den
Th2-Zellen zugeschrieben. Ausgehend von diesen Befunden wurde in der
vorliegenden Arbeit untersucht, ob T-Zellen akut verletzte Neurone nicht nur
vor einer Ausbreitung des Primärschadens schützen, sondern sogar das
Auswachsen von Axonen aus dem geschädigten Hirngewebe im Sinne einer
Neuroregeneration oder reaktivem Sprouting beeinflussen können. Unter Einsatz
von in unserer Arbeitsgruppe entwickelten axonalen Auswachsassays sowie der
organotypischen entorhino-hippokampalen Gewebeschnittkultur wurde bestätigt,
daĂź akut verletzte Hirnschnitte in vitro axonales Wachstum aufweisen. DarĂĽber
hinaus konnte in verschiedenen Kokulturexperimenten erstmals gezeigt werden,
daĂź sowohl antigenspezifisch als auch unspezifisch aktivierte Th1-Zellen
axonales Wachstum inhibieren und Th2-Zellen axonales Wachstum stimulieren.
Weiterhin konnte sogar in vivo am Modell der entorhinalen Kortex-Läsion ein
vermehrtes Auswachsen im Beisein von Th2-Zellen beobachtet werden.
AnschlieĂźend wurde mit der Analyse der an der Modulation des axonalen
Auswachsens beteiligten sezernierten Faktoren begonnen. Die in vitro
Untersuchungen haben ergeben, daĂź das beobachtete axonale Wachstum sowie die
Th2-induzierte Stimulation dieses axonalen Wachstums Neurotrophin-abhängig
sind. Die ELISA-Analyse des Kokulturmediums zeigte jedoch keine Veränderungen
der Neurotrophinkonzentration im Verleich zur Kontrolle. Im Gegensatz dazu
ergab die immunhistochemische Analyse der verletzten Hirnschnitte eine
gesteigerte neuronale Neurotrophin-Rezeptor-Expression unter dem EinfluĂź von
Th2-Zellen. Somit kann davon ausgegangen werden, daĂź axonales Auswachsen nach
einer Verletzung ĂĽber die Bindung der Neurotrophine an ihre spezifischen
Rezeptoren vermittelt wird und daĂź die Th2-induzierte Stimulation des axonalen
Wachstums auf eine Hochregulation dieser Neurotrophin-Rezeptor-Expression
zurĂĽckzufĂĽhren ist. Welche sezernierten T-Zell-Faktoren letztendlich an den
beschriebenen Effekten beteiligt sind, ist bisher noch nicht geklärt. Im
Rahmen dieser Arbeit zeigten weder das Th1-Zytokin IFN-Îł noch das Th2-Zytokin
IL-4 die erwartete Beeinflussung des axonalen Wachstums bzw. der Neurotrophin-
Rezeptor-Expression. Die Ergebnisse dieser Arbeit stellen einen
vielversprechenden Ansatzpunkt in der Therapie neurologischer Erkrankungen,
insbesondere nach einer akuten Verletzung des ZNS, dar. Die Identifikation und
funktionelle Charakterisierung der an axonalen Auswachsvorgängen beteiligten
sezernierten Faktoren wird daher auch Gegenstand zukĂĽnftiger Untersuchungen
sein.T lymphocytes play a significant role in CNS injuries and diseases, where they
are involved in both neurodegenerative and neuroprotective processes. During
neuroinflammatory diseases, such as multiple sclerosis, T cells lead to
demyelination and secondary degeneration. At the same time, T cells can
protect damaged neurons in the primary stage from progressing to secondary
damage after mechanical lesion of the CNS. It has been supposed that
differential T helper cell subtypes (Th1 and Th2) are responsible for these
opposite mechanisms. Whereas Th1 cells seem to be harmful, Th2 cells may exert
beneficial effects. However, the role of T helper cells in axonal outgrowth in
the context of neuroregeneration and reactive sprouting is not yet clear. To
investigate the influence of activated T cells on axonal outgrowth, modified
classical neurobiological outgrowth assays combined with organotypic
entorhino-hippocampal slice cultures were used. In this study it was confirmed
that damaged brain slices show neuronal outgrowth in vitro. While Th1 cells
suppressed this axonal outgrowth, Th2 cells significantly stimulated axonal
outgrowth compared to controls. The Th2-induced stimulation of axonal
outgrowth could also be reproduced in vivo by using entorhinal cortex lesion.
Furthermore, the identification of secreted factors and mechanisms responsible
for these modulation of axonal outrowth started. In vitro investigations
demonstrated that Th2 cells stimulate axonal outgrowth in a neurotrophin-
dependent manner. ELISA analyses revealed, however that Th2 cells did not
substantially modulate neurotrophin levels in T cell/brain slice cocultures.
In contrast, immunhistochemical analyses of damaged brain slices resulted in
an upregulation of neuronal neurotrophin receptor expression by these Th2
cells. The described data suggest that axonal outgrowth is mediated by the
binding of neurotrophins to their specific neurotrophin receptors. Moreover,
Th2 cells might induce axonal outgrowth via neurotrophin receptor
upregulation. The secreted T cell factors responsible for the observed effects
have not yet been identified. Within this study neither the Th1 cytokine IFN-Îł
nor the Th2 cytokine IL-4 showed the expected influence on axonal outgrowth
and neurotrophin receptor expression. Nevertheless, these results demonstrate
the important role of Th2 cells and their soluble factors in neuroprotection
and neuroregeneration after mechanical CNS lesion. It is therefore important
that the identification and functional characterization of these factors be
the subject of future investigations