Helicobacter pylori
1984 entdeckten die australischen Forscher Robin Warren und Barry
Marshall einen Zusammenhang zwischen der Entwicklung einer Gastritis
und der Präsenz eines spiral-förmigen Bakteriums. Dieses Bakterium
wurde als Campylobacter pylori identifiziert und später umbenannt in
Helicobacter pylori (H.pylori). Diese Entdeckung war von solch
immenser Bedeutung, dass die beiden Wissenschaftler 2005 mit dem
Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet wurden.
H.pylori ist ein gramnegatives Bakterium, dessen natürliches
Habitat die menschliche Magenschleimhaut ist. Für ein optimales
Wachstum benötigt es daher mikroaerophile Wachstumsbedingungen bei
einer Temperatur von etwa 37°C. Aufgrund seiner polar inserierten
Flagellen, kann sich H.pylori aktiv fortbewegen, was für sein Überleben
im sauren Magenmilieu sehr wichtig ist.
Die Infektion mit H.pylori ist sehr weit verbreitet. In
Entwicklungsländern sind etwa 80% der Menschen mit H.pylori
infiziert, während es in den Industrieländern nur noch etwa 20-30%
sind. Die Infektion mit H.pylori ist demnach also abhängig von
den vorherrschenden hygienischen Bedingungen. Es wird ein oral und/oder
oral-fäkaler Übertragungsweg postuliert, wobei der genaue Weg der
Übertragung allerdings unbekannt ist. Es wird vermutet, dass die
Infektion mit H.pylori in der Kindheit stattfindet.
Die Infektion mit H.pylori führt immer zur Ausbildung einer
Gastritis. Interessanterweise verläuft diese Erkrankung in den meisten
Fällen symptomlos. Bei 10-20% der infizierten Patienten kommt es
allerdings zur Entwicklung von Dünndarm- oder Magengeschwüren und bei
2% sogar zur Entstehung von Magenkrebs. Bei frühzeitiger Erkennung ist
eine Behandlung bzw. Eradikation des Bakteriums mittels einer
Antibiotika-Therapie möglich. Ohne eine solche Behandlung kann
H.pylori ein Leben lang in seinem Wirt persistieren.
Seit Entdeckung von H.pylori als Krankheitserreger vor etwa 24
Jahren, wurden viele Informationen über das Bakterium selbst, aber auch
seine im Wirt induzierten Immunantworten gewonnen. Für die Untersuchung
von H.pylori und seinen assoziierten Erkrankungen wurde ein
Mausmodell entwickelt, das dem Krankheitsbild der H.pylori
induzierten Gastritis im Menschen sehr ähnlich ist. Anhand dieses
Modells konnten essentielle Informationen über die Infektion gewonnen
werden.
Forschungsprojekte
1. Untersuchung des Ortes und des Zeitpunkts der primären systemischen Immunantwort bei einer H.pylori Infektion.
Es wird bei einer H.pylori Infektion zwischen einer lokalen und
einer systemischen Immunantwort unterschieden. Die lokale Immunantwort
führt zur Infiltration von Immunzellen (insbesondere von neutrophilen
Granulocyten und Makrophagen) in die Lamina propria, was zur Ausbildung
einer Gastritis führt. Die systemische Immunantwort führt zur
Produktion H.pylori spezifischer Antikörper und T-Zellen. Diese
Aufgabe wird vom lymphoiden Gewebe wahrgenommen. Allerdings ist solches
Gewebe in der Magenschleimhaut primär nicht vorhanden. Damit stellt
sich die Frage, in welchem Organ oder Gewebe im Gastrointestinaltrakt
und zu welchem Zeitpunkt nach der Infektion diese systemische
Immunantwort induziert wird. Hierbei ist auch zu berücksichtigen, dass
im Verlauf der Immunantwort bei manchen Patienten lymphoides Gewebe im
Magen neu entsteht, was dann ein potentieller Kristallisationspunkt für
die Entstehung von Tumoren sein kann.
2. Bedeutung des Transkriptionsfaktors IRF-1 für die Entstehung der Gastritis während einer H.pylori Infektion
Im Tiermodell konnte gezeigt werden, dass die CD4-positiven T-Zellen
eine essentielle Rolle bei der Entwicklung der Gastritis spielen.
CD4-positive T-Zellen können anhand ihrer sezernierten Zytokine weiter
unterteilt werden in Th1- und Th2-Zellen. Th1-Zellen produzieren
IFN- und kein IL-4, während Th2- Zellen IL-4 und kein IFN-g bilden.
Bei einer H.pylori Infektion kommt es vornehmlich zur Ausbildung
einer Immunantwort durch Th1-Zellen. Allerdings schaffen es diese
Zellen nicht, die Infektion zu klären, sondern tragen möglicherweise
sogar zur Ausbildung der Gastritis bei.
Für die Entwicklung einer Th1- oder Th2-Immunantwort sind bestimmte
Transkriptionsfaktoren und Zytokine von Bedeutung. Einer dieser
Transkriptionsfaktoren ist der so genannte Interferon-Regulator-Faktor
(IRF)-1. IRF-1 gehört zu einer Familie von Transkriptionsfaktoren, die
Interferon-induzierbare Gene kontrollieren. Bei der Differenzierung in
Th1-Zellen spielt IRF-1 eine essentielle Rolle, indem es in die
Expression verschiedener Produkte eingreift, die als Co-Faktoren für
die Differenzierung von Th1-Zellen wichtig sind (z.B. IL-12- und
iNOS-Produktion von Antigen-präsentierenden Zellen, Expression des
IL-12 Rezeptors, von Caspase, von IL-4) und IRF-1-abhängig in
verschiedenen Zellen hergestellt werden.
In unserem Labor steht eine IRF-1 Knock-out-Maus zur Verfügung. Diese
kann aufgrund der fehlenden Co-Faktoren nicht mit einer Th1 Antwort
reagieren. Infiziert man IRF-1 defiziente Mäuse mit H.pylori, so
kommt es zu keinerlei pathologischen Veränderungen der
Magenschleimhaut. Dennoch können sich die Bakterien auf der
Magenschleimhaut ansiedeln. Interessant ist weiterhin der Befund, dass
diese Mäuse auch keine Antikörper gegen H.pylori entwickeln (1).
Mittels des Tiermodells wollen wir nun untersuchen, wie IRF-1 in die
Antikörperproduktion bei der H.pylori Infektion eingreift und warum
H.pylori Infektionen zu einer ausgeprägten Th1-Antwort führen. Für
diese Versuche ist die Zucht der bereits vorhandenen IRF-1 defizienten
Mäuse eine Voraussetzung. Weiterhin soll eine konditionelle
IRF-1–defiziente Maus hergestellt werden, um die jeweilige Bedeutung
dieses Transkriptionsfaktors in verschiedenen Geweben für Th1-Antwort
und Gastritis zu untersuchen.
3. Untersuchung der immunmodulatorischen Wirkung von H.pylori auf Immunzellen
H.pylori kann ohne entsprechende Behandlung ein Leben lang in
seinem Wirt persistieren. Das Bakterium muss also Mechanismen
entwickelt haben, die es ihm ermöglichen, dem Immunsystem des Wirtes zu
entkommen. In Makrophagen und Lymphocyten induziert H.pylori
beispielsweise Apoptose und verhindert so seine Elimination.
Wir konnten vor kurzem allerdings zeigen, dass H.pylori murine
CD4+ T-Zellen in Abwesenheit von Antigen-präsentierenden Zellen
stimulieren kann (2). Diese Stimulationsfähigkeit ist jedoch nur bei
ganzen und Formaldehyd-fixierten H.pylori vorhanden. Peptidase
verdaute H.pylori Suspensionen haben ebenfalls die Fähigkeit
verloren, T-Zellen zu stimulieren. Daraus folgern wir, dass es sich
höchstwahrscheinlich bei den stimulierenden Molekülen um auf der
Zelloberfläche lokalisierte Proteine handelt. In weiteren Versuchen
soll das Protein genauer charakterisiert und identifiziert werden. Auf
T-Zellseite wollen wir weiterhin den Rezeptor charakterisieren und
identifizieren.
4. Untersuchung der Bedeutung von Th17-Zellen bei der H. pylori induzierten Gastritis
Über die Rolle von IL-17 und damit von Th17-Zellen bei Infektion mit
enteropathogenen Bakterien ist noch wenig bekannt. In Biopsieproben H.
pylori positiver Patienten konnten erhöhte Mengen des Zytokins IL-17
gemessen werden, wobei die Produktion dieses Zytokins an Stellen mit
Ulzerationen besonders erhöht ist. Die Anwesenheit des Th17
Zytokins IL-17 in H. pylori infizierten Patienten lässt eine
Rolle der Th17-Zellen bei der H. pylori Infektion vermuten.
Durch Infektion spezifischer Knock-out Mäuse wollen wir die Bedeutung
der Th17-Zellen im Rahmen der H. pylori Infektion untersuchen
und die Fragen beantworten, welche Funktion haben Th17-Zellen und wann
spielen die Th17-Zellen eine Rolle, in der akuten oder der chronischen
Phase der Infektion? Im Labor steht mit der IRF-4 defizienten Maus,
eine Maus zur Verfügung, die keine Th17-Zellen ausbildet (3).
Publikationen:
- Lohoff, M., M. Röllinghoff and F. Sommer. 2000, Helicobacter pylori
gastritis: a Th1 mediated disease?,
J. Biotechnol. 83:33-36.
- F. Sommer, G. Faller, M. Röllinghoff, T. Kirchner, T.W. Mak, and M.
Lohoff. 2001.Lack of gastritis and of an adaptive immune response in
IRF-1 deficient mice infected with Helicobacter pylori. Eur.J.Immunol.
31:396-402.
- C. Rosenplänter, F. Sommer, P. Kleemann, A. Belkovets, A. Schmidt,
and M. Lohoff. 2007. Helicobacter pylori polyclonally activates murine
CD4(+) T cells in the absence of antigen-presenting cells. Eur J
Immunol. 37:1905-15.
- A. Brüstle, S. Heink, M. Huber, C. Rosenplänter, C. Stadelmann, P.
Yu, E. Arpaia, T.W. Mak, T. Kamradt, and M. Lohoff. 2007. The
development of inflammatory T(H)-17 cells requires
interferon-regulatory factor 4. Nat Immunol. 8:958-66.
Beteiligte Wissenschaftler:
Nadine Bollig,
Doktorandin
Prof. Dr.
Michael Lohoff
