Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Jessica Freundt Revilla

Investigation of a Th17 skewed immune response and the potential role of the

endocannabinoid system in the pathogenesis of canine Steroid-Responsive Meningitis-

Arteritis

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-108990

title (ger.)

Th17 dominierte Immunantwort und Einfluß von Endocannabinoiden in der Pathogenese der steril-eitrigen Meningitis-Arteriitis

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/freundt-revillaj_ws16.pdf

abstract (deutsch)

Die steril-eitrige Meningitis-Arteriitis (SRMA) ist eine immun bedingte Erkrankung, die sich vornehmlich durch entzündliche Stenosen der Gefäße im Bereich der zervikalen Meningen sowie eine neutrophile Pleozytose manifestiert. Glukokortikoide spielen eine wichtige Rolle in der Behandlung und in den meisten Fällen wird eine komplette Remission erreicht. Allerdings finden häufig Rezidiven während oder nach der Therapie statt. Bei diesen Patienten wird eine nachhaltige Verbesserung nicht erreicht und/oder die erforderliche Dosierung von Glukokortikoiden führt zu inakzeptablen schweren Nebenwirkungen.

Das Ziel der vorliegenden Studie war, den wissenschaftlichen Kenntnisstand der Pathogenese von SRMA zu erweitern, um neue therapeutische Ansätze in bestimmten Aspekten der Immunantwort zu erschließen. Hierzu untersuchten wir eine eventuell  Th17 dominierte Immunantwort und die Rolle des Endocannabinoidsystems in der Pathogenese von SRMA.

Der erste Teil der Studie konzentrierte sich auf die Rolle von IL-17 produzierenden Th17-Lymphozyten in der Pathogenese der SRMA. In früheren Studien wurden erhöhte Konzentrationen von IL-6 und TGF-ß1 im Liquor cerebrospinalis von Hunden mit SRMA gefunden. Beide Proteine sind wichtig für die Differenzierung von naiven CD4+ Zellen  in Th17 Zellen. Wir konnten die Hypothese beweisen, dass SRMA mit einer Th17 Immunantwort verbunden ist. Mittels enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) wurde  IL-17 in Liquor und Serum untersucht und durch einen ELISPOT assay  konnte die Produktion von IL-17 auf Einzelzellebene bestätigt werden. In diesen Untersuchungen fielen deutlich erhöhte intrathekale Konzentrationen von IL-17 bei Patienten mit SRMA in der akuten Phase und während eines Rezidivs auf. IL-17 Konzentrationen im Liquor cerebrospinalis zeigten zudem eine starke positive Korrelation mit dem Grad der Pleozytose. Dies deutet darauf hin, dass IL-17 an der massiven Migration von neutrophilen Granulozyten in den Liquor und der Induktion von Gefäßschäden beteiligt sein könnte. Diese Ergebnisse ergänzen den Kenntnisstand über die  Charakterisierung des Zytokinprofils von SRMA und erschließen neue therapeutische Strategien für spezifische Zytokin-Modulationen. Zusätzlich wurden erhöhte Konzentrationen von löslichem CD40L  in Liquorproben von Patienten mit SRMA in der akuten Phase und während eines Rezidivs gemessen. Solche erhöhten Konzentrationen können ursächlich an der Pathogenese der Vaskulitis und Meningitis  beteiligt sein, was ebenfalls  neue Behandlungsmöglichkeiten eröffnen kann.

Der zweite Teil dieser Studie beschäftigte sich mit dem Einfluss des Endocannabinoid-Systems in SRMA. Endocannabinoide können vermutlich mit Th17-Zellen interagieren. Daher sollten beide Systeme in dieser Arbeit untersucht werden. Viele Autoimmunerkrankungen, wie SRMA, zeigen spontane Exazerbationen und Remissionen, welche auf eine instabile Beziehung zwischen positiven und negativen Regulationsmechanismen hindeuten. Das Endocannabinoid-System entwickelt  eine gewisse endogene Schutzreaktion, um Entzündungen zu kontrollieren. Doch eine spätere Dysregulation dieses Systems resultiert in einer Verschlimmerung der Entzündung. Die beiden wichtigsten Endocannabinoide, Anandamid (AEA) und 2-arachidonoyl glycerol (2AG) wurden durch Massenspektrometrie in Liquor und Serum-Proben quantifiziert.  Die Werte dieser Endocannabinoide (AEA und 2AG) waren bei Patienten mit SRMA in der akuten Phase im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe und SRMA Patienten unter Glukokortikosteroidbehandlung deutlich erhöht. Darüber hinaus wurden CB2-Rezeptor-Expressionen in entzündlichen Läsionen von SRMA mittels Immunhistochemie demonstriert. CB2 wurde vor allem an der Zelloberfläche  von infiltrierenden Leukozyten exprimiert. Beide Ergebnisse heben  die Bedeutung  des Endocannabinoidsystems als potentielles Ziel für die Behandlung von entzündlichen ZNS-Erkrankungen hervor.

abstract (englisch)

Steroid-Responsive Meningitis-Arteritis (SRMA) is an immune-mediated disorder, characterized by inflammatory stenotic lesions of the vessels particularly in the cervical meninges and a neutrophilic pleocytosis. Glucocorticosteroids play a major role in its treatment and in most cases a complete remission is achieved. However, relapses during or following therapy are frequent. In these patients a lasting improvement is not achieved and/or the required dosage of glucocorticosteroids leads to unacceptable severe side effects.

The aim of the current study was to increase the knowledge of the pathogenesis of SRMA that could lead to the application of new therapeutic approaches targeting specific aspects of the immune response. For this purpose, we evaluated a possible Th17 skewed immune response and the potential role of the endocannabinoid system in the pathogenesis of SRMA. Both responses are described to interact with each other.

In the first part of the study, we focused on evaluating the role of IL-17 producing Th17 lymphocytes in the pathogenesis of SRMA, since in former studies increased levels of IL-6 and TGF-ß1 in the cerebrospinal fluid (CSF) of dogs with SRMA were found. Both proteins are essential for the differentiation of naïve CD4+ cells to become Th17 cells. We proved the hypothesis that SRMA is associated with a Th17 skewed immune response using an Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) for measurement of IL-17 in CSF and serum and an Enzyme-Linked ImmunoSpot (ELISpot) assay to confirm IL-17 production on a single cell level. Markedly increased intrathecal levels of IL-17 in patients with SRMA in the acute stage and during relapses were detected. Moreover, IL-17 CSF levels showed a strong positive correlation with the degree of pleocytosis suggesting that IL-17 might be involved in the massive migration of neutrophils in the CSF and the induction of vascular damage. These findings add to the knowledge of the characterization of the cytokine profile of SRMA and open possible novel therapeutic strategies targeting specific cytokine modulation.  Additionally, increased levels of soluble CD40L were measured in CSF of patients with SRMA in the acute phase and during relapses. Such elevated concentrations may be one of the causes for the vasculitis and the inflammation of the meninges and may open new treatment possibilities to be considered in the management of vasculitis. 

The second part of this study focused on investigating the influence of the endocannabinoid system in SRMA. Anandamide was shown to interact with Th17 cells in mice and a similar reaction might occur in dogs. Therefore, the described two mechanisms should be evaluated in the current study. Many autoimmune diseases, like SRMA, show spontaneous exacerbations and remissions, suggesting an unstable relationship between positive and negative regulatory mechanisms.  The endocannabinoid system has been proven to have an endogenous protective response attempting to control inflammation. However, a later dysregulation results in exacerbation of inflammation. The two main endocannabinoids, Anandamide (AEA) and 2-arachidonoyl glycerol (2AG), were quantified by mass spectrometry in CSF and serum samples. Our findings show increased levels of endocannabinoids (AEA and 2AG) in patients with SRMA in the acute phase compared with healthy controls and SRMA patients under treatment. Moreover, cannabinoid receptor type 2 (CB2) expression was demonstrated in inflammatory lesions of SRMA. CB2 was strongly expressed on the cellular surface of infiltrating leukocytes, highlighting the endocannabinoid system as an additional potential target for treatment of inflammatory CNS diseases.

keywords

Steroid-Responsive Meningitis-Arteritis, Endocannabinoid system, lymphocytes Th17/ Steril-eitrigen Meningitis-Arteriitis, Endocannabinoid-System, Lymphozyten Th17

kb

7.965