Plastizität von Plättchenfaktor 4-differenzierten Makrophagen
Final Report Abstract
Entzündungen unterliegen einer komplexen Regulation aus sich wechselseitig beeinflussenden pro- und antiinflammatorischen Prozessen welche von unterschiedlichen Typen von regulatorischen Immunzellen koordiniert werden. Eine besondere Rolle in diesen Vorgängen kommt dabei verschiedenen Populationen regulativ wirkenden Makrophagen zu, welche als klassische (INF-γ oder LPS-aktivierte) Makrophagen (M1-Typ) oder als alternativaktivierte Makrophagen (M2-Typ) sowohl die angeborene wie auch die erworbene Immunantwort beeinflussen. Diesem Konzept liegt eine hohe Flexibilität in der Differenzierung bzw. Polarisierung der Zellpopulationen zu Grunde: Regulatorische Makrophagen entstehen nicht als terminal differenzierte Zellen sondern werden, je nach Situation, erst in einem durch bestimmte regulatorische Zytokine charakterisierten inflammatorischen Kontext gebildet. Art und Quellen dieser Zytokine sind jedoch gerade zu Beginn einer akuten Entzündung weitgehend unbekannt. Das thrombozytäre Chemokin Plättchenfaktor 4 (PF-4; CXCL4) vermittelt die Differenzierung von Monozyten in einen Zelltyp, der heute als M4-Makrophagen bezeichnet wird. Ziel des vorliegendem Projektes war es zu klären, ob, wie bereits für CXCL4/IL-4 gezeigt, in der Vaskulatur in Zusammenspiel von CXCL4 mit regulatorischen Zytokinen distinkte Populationen von Makrophagen mit spezifischen regulatorischen Funktionen entstehen können. Als potentielle Quelle dieser Zytokine sollte die Rolle von Mastzellen und Endothelzellen geklärt werden. In unserer Studie wurden humane Monozyten mit CXCL4 in Kombination verschiedener regulatorischer Zytokine wie IL-3, IL-10, IL13 aber auch IFN-γ oder GM-CSF kultiviert und die entstehenden Zellpopulationen sowohl phänotypisch als auch hinsichtlich ihrer Funktion charakterisiert. Entgegen unserer Hypothese wiesen die durch CXCL4 induzierten Makrophagen nur eine geringe Plastizität auf. Der außerordentlich stabile und dominante Zelltyp ließ sich weder in Phänotyp noch Funktion durch regulatorische Zytokine relevant modulieren. Wie wir weiter zeigen konnten, verlieren diese Makrophagen interessanterweise ihre Fähigkeit zur gerichteten Migration gegenüber proinflammatorischen CC-Chemokinen. Dies deutet darauf hin, dass CXCL4-differenzierte Makrophagen resident im Fokus einer Entzündung verbleiben. Unsere Untersuchungen erbrachten keinen Hinweis, dass aktivierte Mastzellen im Rahmen einer akuten entzündlichen Reaktion die Differenzierung oder Polarisierung von Makrophagen beeinflussen. Überraschenderweise zeigte sich in korrespondierende Ansätzen mit Endothelzellen, dass CXCL4-aktivierte (nicht jedoch GM- CSF-stimulierte) Monozyten über die Freisetzung von Sauerstoffradikalen eine Apoptose in den Gefäßzellen induzieren. Zusammengefasst zeigen unsere Ergebnisse, dass das Konzept der hohen Plastizität und Flexibilität in der Polarisierung und Differenzierung von regulatorischen Makrophagen zumindest hinsichtlich der durch CXCL4-generierten Population revidiert werden muss. Ein Grund für deren Stabilität könnte der evolutive Vorteil der schnellen Generierung eines residenten, langlebigen proinflammatorischen Makrophagen im Beginn einer Entzündungsreaktion sein. Erst mit zunehmenden Fortschreiten des Entzündungsprozesses entsteht die Notwendigkeit einer komplexeren Regulation und damit der Bedarf nach den entsprechenden regulatorischen Makrophagen.
Publications
- 2007. Platelet-derived chemokines in vascular biology. Thromb. Haemost. 97:704-713
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- 2012. CXC chemokine ligand 4 (CXCL4) down-regulates CC chemokine receptor expression on human monocytes. Innate. Immun. 18:124-139
Schwartzkopff, F., F. Petersen, T. A. Grimm, and E. Brandt
(See online at https://doi.org/10.1177/1753425910388833)
