Dissertation

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

Anna Wagner

Immunhistochemische Phänotypisierung intestinaler Makrophagen bei Hunden mit chronischentzündlichen Darmerkrankungen

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-111693

title (eng.)

Immunohistochemical phenotyping of intestinal macrophages in dogs with chronic inflammatory enteropathies

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2018

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/wagnera_ss18.pdf

abstract (deutsch)

Intestinale Makrophagen sind für die Aufrechterhaltung der Homöostase (Steady State) von großer Bedeutung. Durch ihre inflammatorische Anergie und die Produktion anti-inflammatorischer Zytokine unterdrücken sie im Zusammenspiel mit anderen Immunzellen die Entstehung einer persistenten Entzündungsreaktion auf die im Darm in großen Mengen vorhandenen Antigene. Störungen der intestinalen Makrophagenpopulation werden mit der Pathogenese chronisch-entzündlicher Darmerkrankungen des Menschen, inklusive inflammatory bowel disease (IBD), in Zusammenhang gebracht. Bislang ist wenig über die Phänotypen und Funktionen von Makrophagen bei Hunden mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen, wie IBD und histiocytic ulcerative colitis (HUC), bekannt. Insbesondere die Herkunft der für die kanine HUC typischen Periodic acid-Schiff (PAS)+-Makrophagen ist ungewiss. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, intestinale Makrophagen bei Hunden mit IBD und HUC mittels immunhistochemischer Methoden zu phänotypisieren.

Hierfür wurden Biopsien aus dem Magen, Duodenum und Kolon von 21 Hunden mit IBD sowie Kolonbiopsien von 11 Hunden mit HUC unter Verwendung der Marker cluster of differentiation (CD)64, CD163, CD204, L1 Antigen, ionized calcium-binding adapter molecule-1 (Iba-1) und major histocompatibility complex (MHC) II untersucht. Bei den HUC-Fällen wurden zusätzlich eine immunhistochemische Untersuchung mittels Lysozym und inducible nitric oxide synthase (iNOS) sowie eine Gegenfärbung mit PAS-Reaktion durchgeführt. Als Kontrolle diente unverändertes Gewebe aus dem Magen, Duodenum, Jejunum, Ileum und Kolon von 10 Hunden, die aufgrund extraintestinaler Erkrankungen euthanasiert worden waren. Die Anzahl der positiven Makrophagen wurde für jeden Marker quantitativ ausgewertet und mittels statistischer Methoden analysiert. Bei Fällen von kaniner HUC erfolgte außerdem eine Unterscheidung zwischen PAS+- und PAS--Makrophagen.

Im Steady State exprimierten zahlreiche Zellen Iba-1 und MHC II. Daneben fanden sich viele Makrophagen, die durch die Expression von CD163 bzw. CD204 charakterisiert waren. Des Weiteren wurden geringere Zahlen an L1 Antigen+- und nur wenige CD64+-, iNOS+- und Lysozym+-Makrophagen festgestellt.

Bei Hunden mit IBD wurde eine reduzierte Anzahl an Iba-1+-, MHC II+-, CD163+- und CD204+-Zellen beobachtet. Darüber hinaus wiesen diese Hunde gegenüber den Kontrollhunden kaum Unterschiede in der Anzahl an L1 Antigen+-Makrophagen, jedoch eine leicht erhöhte Anzahl an CD64+-Makrophagen auf. Hingegen fand sich bei Hunden mit HUC im Vergleich zu den Kontrollhunden eine Zunahme der Iba-1+-, MHC II+-, Lysozym+- und L1 Antigen+-Zellen sowie eine reduzierte Anzahl an CD163+-Makrophagen. Die PAS+-Makrophagenpopulation zeichnete sich dabei durch die Expression von Lysozym, CD204 und iNOS aus, während L1 Antigen und CD64 überwiegend von PAS--Makrophagen exprimiert wurden.

Die Expression von CD163 und CD204 in der gesunden Darmschleimhaut des Hundes deutet auf eine anti-inflammatorisch geprägte intestinale Makrophagenpopulation hin, die vermutlich an der Aufrechterhaltung der Homöostase beteiligt ist. Sowohl bei Hunden mit IBD als auch mit HUC kommt es zu einer Reduktion dieser Zellen, so dass ein Verlust des anti-inflammatorischen Milieus in der Lamina propria mucosae eine Rolle bei der Pathogenese beider Erkrankungen spielen könnte. Im Gegensatz zu den entsprechenden Erkrankungsformen des Menschen wird bei Hunden mit IBD keine massive Infiltration der Darmschleimhaut mit pro-inflammatorischen Makrophagen beobachtet. Hingegen weist die Kolonschleimhaut von an HUC erkrankten Hunden eine heterogene Infiltration mit PAS+- und PAS--Makrophagen auf. Bei den für diese Erkrankung typischen PAS+-Makrophagen handelt es sich vermutlich um ausgereifte Zellen, die von neu rekrutierten, unreifen PAS--Makrophagen abstammen und durch phagozytotische und bakterizide Eigenschaften charakterisiert sind. Aufgrund der unterschiedlichen Beteiligung von Makrophagen am Entzündungsgeschehen sind beide Formen der chronisch-entzündlichen Enteropathien des Hundes nur bedingt als spontanes Tiermodell für die IBD des Menschen geeignet.

abstract (englisch)

Intestinal macrophages play a pivotal role in maintaining homeostasis (steady state). Together with other cells of the immune system they suppress the development of persistent inflammation despite high intestinal antigenic load by performing inflammatory anergy and production of anti-inflammatory cytokines. Disbalances of intestinal macrophage populations are supposed to be involved in the pathogenesis of human chronic enteropathies including inflammatory bowel disease (IBD). Little is known about phenotypes and functions of macrophages in canine chronic enteropathies, like IBD and histiocytic ulcerative colitis (HUC). Especially, the origin of periodic acid-Schiff (PAS)+ macrophages, which are a hallmark of canine HUC, is vague. Therefore, the aim of the present work was to characterize intestinal macrophages of dogs with IBD and HUC by means of immunohistochemistry.

Tissue biopsies from stomach, duodenum and colon of 21 dogs with IBD and colon of 11 dogs with HUC were examined by use of different markers such as cluster of differentiation (CD)64, CD163, CD204, L1 antigen, ionized calcium-binding adapter molecule-1 (Iba-1) and major histocompatibility complex (MHC) II. In addition, the markers lysozyme and inducible nitric oxide synthase (iNOS), as well as counterstaining by PAS reaction, were used in cases of canine HUC. Tissue samples from stomach, duodenum, jejunum, ileum and colon of 10 non-IBD/HUC dogs, euthanized for extra-intestinal disorders, served as controls. For each marker, numbers of positive macrophages were analyzed quantitatively and statistical analysis was performed. In canine HUC, macrophages were differentiated into PAS+ and PAS- subtypes.

In the steady state intestine, numerous cells expressed Iba-1 and MHC II. Besides, many macrophages were characterized by expression of CD163 and CD204, respectively. Furthermore, low numbers of L1 antigen+ and only few CD64+, iNOS+ and lysozyme+ macrophages were found.

In dogs with IBD numbers of Iba-1+, MHC II+, CD163+ and CD204+ cells were remarkably reduced. In addition, these dogs showed almost same numbers of L1 antigen+ macrophages and only mildly increased numbers of CD64+ macrophages compared to non-IBD dogs. In contrast, dogs with HUC exhibited an increase of numbers of Iba-1+, MHC II+, lysozyme+ and L1 antigen+ cells as well as reduced numbers of CD163+ macrophages. PAS+ macrophages were characterized by expression of lysozyme, CD204 and iNOS, while L1 antigen and CD64 were mainly expressed by PAS- macrophages.

The expression of CD163 and CD204 in the healthy intestinal mucosa of dogs represents an anti-inflammatory phenotype of intestinal macrophages, which are probably involved in maintaining homeostasis. In dogs with both IBD and HUC, numbers of these macrophages are reduced which implicates a loss of anti-inflammatory environment in the lamina propria mucosae to be relevant to the pathogenesis of both canine entities. In contrast to human IBD, a massive infiltration of pro-inflammatory macrophages is not a feature of canine IBD. However, the colonic mucosa of dogs with HUC shows heterogeneous infiltration of PAS+ and PAS- macrophages. The generic PAS+ macrophages of canine HUC most likely represent mature cells originating from freshly recruited, immature PAS- macrophages and are characterized by phagocytic as well as bactericidal properties. Canine chronic inflammatory enteropathies are supposed to be a spontaneous model for human IBD, but some limitations of this model have to be considered, because of differences in macrophage involvement.

keywords

Makrophagen, Hund, Darm , macrophages, dog, intestine

kb

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