Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Wirts-Erreger-Interaktionen im Respirationstrakt von Kälbern nach experimenteller aerogener Infektion mit Chlamydia psittaci

Möhle, Katja

Experimental intrapulmonary inoculation of calves with C. psittaci causes acute fibrinopurulent bronchopneumonia with multifocal necrosis that regresses completely within 5 weeks. The objective of the present study was to characterize local cellular reactions in the course of acute inflammation and regeneration. Samples of lung, mediastinal lymph node and pharyngeal tonsil were collected at consecutive days (2, 3, 4, 7, 10, 14 and 35/37 days post inoculation (dpi) from calves that had intrabronchially received 108 inclusion forming units of C. psittaci (strain DC15). Number and distribution of neutrophils, macrophages, CD1b+ dendritic cells (DCs), CD4+, CD8+, γδ+ T-lymphocytes as well as IgM+, IgA+ and IgG1+ B-lymphocytes/plasma cells and chlamydia were determined in these tissues by immunohistochemistry. Six calves that had received non infected medium served as controls (necropsy at 2, 3, 4, 7, 14 and 35 dpi). Transmission electron microscopy and immune electron microscopy were performed on selected pulmonary samples collected at 2, 3, 4, 7 and 10 dpi to investigate the cellular tropism and replication of C. psittaci. At days 2 and 3 pi, the pneumonic exsudate in the calves inoculated with C. psittaci consisted predominantly of neutrophils. Increasing numbers of alveolar macrophages were seen at 3 and 4 dpi. Chlamydiae were seen initially in alveolar epithelial cells and increasingly in neutrophils and alveolar macrophages especially in areas of necrosis. Ultrastructural investigation revealed chlamydial inclusions with reticular bodies, intermediate bodies and elementary bodies in alveolar epithelial cells type 1, while intermediate and elementary bodies were seen free in the cytoplasm or in phagolysosomes of neutrophils and alveolar macrophages. A close association between chlamydia and CD1b+ DC was seen in areas of necrosis at 7 dpi. The areas of necrosis were partially demarcated by hyperplastic epithelial cells of type 2 and dense infiltrates of macrophages. The zones of regeneration became confluent at 10 dpi and were infiltrated by CD1b+ DC, macrophages, CD4+, CD8+ and γδ+ T-lymphocytes, IgM+ and IgA+ B-lymphocytes/plasma cells. Numbers of CD4+, CD8+ and γδ+ T-lymphocytes were significantly increased at 10 dpi compared to 7 dpi. At day 14 pi, the areas of necrosis were infiltrated by macrophages, DC, CD4+, CD8+ and γδ+ T-lymphocytes and the number of chlamydia was markedly reduced. Ectopic lymphoid follicles formed by IgM+ B-lymphocytes and parafollicular CD4+ T-lymphocytes and CD1b+ DC were located within interlobular interstitium. At days 35/37 pi, chlamydia had been eliminated from most parts of the lungs and pulmonary tissue had regenerated. Number and distribution of unorganized immune cells were as seen in control calves, but BALT was more pronounced and the number of sites with BALT/cm² pulmonary tissue was significantly increased compared to the controls. Only in one pulmonary lobe of one calf, there was an area of granulomatous inflammation and few chlamydia with atypical morphology (large, weakly stained by immunohistochemistry) were seen in macrophages. In the presented investigation the initial infection of alveolar epithelial cells with C. psittaci was followed by a rapid influx of neutrophils most likely mediated by chemotactic inflammatory cytokines produced by the infected alveolar epithelial cells. Degranulation and decay of neutrophils caused extensive damage of the pulmonary tissue and necrosis. Numerous chlamydia were seen in association with disintegrating neutrophils and alveolar macrophages. The host’s cellular reactions were initially dominated by antigen presenting cells and later increasingly by T- and B-lymphocytes as well as plasma cells. This cellular reaction resulted in an almost complete elimination of C. psittaci and allowed regeneration of the pulmonary tissue. The few atypical chlamydia found at 35 dpi may be indicative for the formation of aberrant reticular bodies and chlamydial persistence.

Die experimentelle intrapulmonale Inokulation von Kälbern mit C. psittaci verursacht eine akute eitrig-fibrinöse Bronchopneumonie mit Nekroseherden, die innerhalb von 5 Wochen weitgehend abheilt. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, die zellulären Reaktionen im Verlauf der akuten Entzündung und der Abheilung zu charakterisieren. Von Kälbern, die intrabronchial 108 EBE C. psittaci (Stamm DC 15) erhalten hatten, wurden Lungenproben, Nl. mediastinalis und Tonsilla pharyngea an konsekutiven Zeitpunkten 2, 3, 4, 7, 10, 14 und 35/37 Tage nach der Inokulation (dpi) entnommen. In den Organen wurde die Anzahl und Verteilung von Immunzellen ermittelt. Untersucht wurden neutrophile Granulozyten, Makrophagen, dendritische Zellen (DC), CD4+, CD8+ und γδ+ T-Lymphozyten, IgA+, IgM+, IgG1+ Plasmazellen/B-Lymphozyten, sowie Chlamydien. Weitere sechs Kälber, die nicht infiziertes Medium erhalten hatten, dienten als Kontrollen (Sektionszeitpunkt 2, 3, 4, 7, 14 und 35/37 dpi). Neben der immunhistologischen Untersuchung wurde zu ausgewählten Zeitpunkten eine transmissionselektronenmikroskopische Untersuchung der Lungenproben durchgeführt, um Hinweise auf Wirtszellen, Zielzellen und die Replikation von C. psittaci zu erhalten. Bei den mit C. psittaci inokulierten Kälbern war die Bronchopneumonie an den Tagen 2 und 3 durch ein Exsudat aus neutrophilen Granulozyten gekennzeichnet. An den Tagen 3 und 4 pi waren vermehrt Alveolarmakrophagen zu finden. Chlamydien ließen sich initial in Alveolarepithelzellen und zunehmend in neutrophilen Granulozyten und Alveolarmakrophagen, besonders in Nekrosebereichen nachweisen. Ultrastrukturell waren chlamydiale Einschlüsse mit Elementarkörperchen, Retikularkörperchen und Intermediärkörperchen in Alveolarepithelzellen Typ I und Intermediär- und Elementarkörperchen frei im Zytoplasma oder in Phagolysosomen von neutrophilen Granulozyten und Alveolarmakrophagen darstellbar. Am Tag 7 pi war eine enge Assoziation von Chlamydien und CD1b+ DC in Nekroseherden zu beobachten. Die Nekrosen wurden teilweise durch hyperplastische Alveolarepithelzellen Typ II und Makrophagen begrenzt. Am Tag 10 pi war die Regenerationszone konfluent und von CD1b+ DC, Makrophagen, CD4+, CD8+ und γδ+ T-Lymphozyten, IgA+ und IgM+ Plasmazellen/B-Lymphozyten infiltriert. Im Vergleich zu Tag 7 pi wurden am Tag 10 pi signifikant erhöhte Zellzahlen von CD4+, CD8+ und γδ+ T-Lymphozyten ermittelt. Am Tag 14 pi waren die Nekrosen von Makrophagen, DC, CD4+, CD8+ und γδ+ T-Lymphozyten infiltriert und die Anzahl der Chlamydien war deutlich geringer. Ektopische Lymphfollikel aus IgM+ B-Lymphozyten, die parafollikulär von CD4+ T-Lymphozyten und CD1b+ DC umgeben waren, traten entlang der interlobulären Interstitien auf. Am Tag 35/37 pi waren die Chlamydien weitgehend aus der Lunge eliminiert und das Lungengewebe hatte sich regeneriert. Die Anzahl und Verteilung der nicht organisierten Immunzellen entsprach der bei den Kontrollkälbern, aber das BALT war ausgeprägter und die Anzahl der Anschnitte von BALT/cm² Lungengewebe war signifikant erhöht. Lediglich in einer Lungenlokalisation eines Kalbes waren wenige Chlamydien mit atypischer Morphologie (besonders groß und immunhistologisch schwach markiert) in Makrophagen nachweisbar. In der vorliegenden Untersuchung führte die initiale Infektion von Alveolarepithelzellen mit C. psittaci über die Freisetzung chemotaktischer proinflammatorischer Zytokine zu einem Einstrom zahlreicher neutrophiler Granulozyten. Die Freisetzung der Granula und der Zerfall der neutrophilen Granulozyten verursachte ausgedehnte Schäden des Lungengewebes mit Nekrosen. Zahlreiche Chlamydien waren zwischen untergehenden neutrophilen Granulozyten und Alveolarmakrophagen zu finden. Die zelluläre Wirtsantwort war initial durch antigenpräsentierende Zellen und im weiteren Infektionsverlauf zunehmend von T- und B- Lymphozyten bzw. Plasmazellen dominiert. Diese zelluläre Abwehreaktion bedingt eine weitgehende Elimination von C. psittaci und ermöglicht die Regeneration des Lungengewebes. Die wenigen am Tag 35 pi vorhandenen atypischen Chlamydien geben möglicherweise Hinweise auf die Bildung von aberranten Retikularkörperchen und die Entstehung von Persistenz.

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Möhle, Katja: Wirts-Erreger-Interaktionen im Respirationstrakt von Kälbern nach experimenteller aerogener Infektion mit Chlamydia psittaci. Hannover 2011. Tierärztliche Hochschule.

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