Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Histologische und immunhistochemische Untersuchungen zur Entwicklung des Schleimhautassoziierten Immunsystems im bovinen Respirationstrakt und zum Vorkommen von dendritischen Zellen im Respirationstrakt von Kälbern mit respiratorischer Mycoplasma bovis-Infektion

Thomasmeyer, Anne

Until now, there are no reports on the occurrence and development of trachea-associated (TALT) and bronchus-associated lymphatic tissue (BALT) or about the number and topography of antigen presenting dendritic cells in the healthy bovine respiratory tract or in lungs of Mycoplasma (M.) bovis infected calves and cattle. The aim of this study was to investigate the development of TALT and BALT by applying histological and immunhistochemical methods, and to characterise the incidence and numbers of dendritic cells in pathomorphologically healthy cattle by using monoclonal antibodies against MHC class II, CD11c, CD80, CD86 and CD1. Furthermore, the results in pathomorphologically healthy animals were compared to findings in M. bovis infected calves. The animals originated from different infection or vaccination experiments and had been inoculated intratracheally or by aerosol with different M. bovis strains or with a clonal variant of M. bovis type strain PG45. In order to study the development of TALT and BALT, trachea and lung samples from 34 pathomorphologically healthy calves and cattle, respectively, of different origin were divided into three age groups (neonatal to 4-months-old calves, 6- or 7-months-old cattle, adult cattle). The first appearance of lymphoid tissue in trachea and lung of pathomorphologically healthy cattle was already observed in calves at two weeks of age. An age-associated increase could be asserted in TALT as well as  BALT occurrence. The majority of MALT in all age groups was classified as lymphoid aggregates and not as lymphoid nodules. In the lungs of healthy cattle BALT occurred especially in the cranial lobes. In the present study, MHC class II- and CD11c-positive dendritic cells were already found in the bronchial and tracheal mucosa of healthy newborn calves. Furthermore, CD80-, CD86- and CD1-positive DCs were found in these locations. The first  appearance of MALT in pathomorphologically healthy, two-week-old calves correlated with a conspicuous increase of MHC class II dendritic cells forming a dense subepithelial network in the lamina propria at the age of 4 months. With regard to the numbers of dendritic cells, statistically significant differences were found in the trachea by comparing all age groups with each other. Within the group of neonatal to 4-months-old calves no statistically significant differences concerning the numbers of dendritic cells were found. DCs in lungs of 6- or 7-months-old cattle were already as numerous as in adult animals, without statistically significant differences between these two age groups. In spite of missing knowledge about possible functions of these dendritic cells, the results of this study repeat the view that early stimulus of the innate respiratory immune system of calves occur after being confronted with different antigens.   For this study, paraffin-embedded tissue samples of lungs from calves infected with different M. bovis field strains (n= 20), with a clonal variant of M. bovis type strain PG45 (n= 8) or  from a vaccination experiment (n= 14) were available. In lungs from calves with M. bovis infection, a distinct proliferation of BALT was considerably more severe in comparison to healthy animals of similar age. In infected animals, increase of BALT and occurrence of lymphoid follicles was noticed with increasing duration of infection. Both, infected animals from the vaccination experiment and animals inoculated with a french M. bovis field strain, showed statistically significant differences concerning the numbers of dendritic cells when being compared to healthy animals of similar age. It can be assumed that the specific strain, dose of infection and the point of examination p.i. influence the influx or the number of dendritic cells being present, because an increase of dendritic cell numbers was not found in all of the M. bovis experiments of this study. In lungs of all M. bovis infected animals a marked infiltration with CD68-positive macrophages was found. Thus it seems that macrophages also play a role in antibody-mediated phagocytosis and as antigen-presenting cells during the immune response in the course of respiratory infections with M. bovis in calves.

Über das Vorkommen und die Entwicklung des Trachea-assoziierten (TALT) und Bronchus-assoziierten lymphatischen Gewebes (BALT) sowie Anzahl und Topographie von Antigen-präsentierenden dendritischen Zellen (DCs) im normalen bovinen Respirationstrakt oder im Respirationstrakt von mit Mycoplasma (M.) bovis infizierten Kälbern und Rindern waren bislang keine publizierten Erkenntnisse verfügbar. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, mittels histologischer und immunhistologischer Methoden die Entwicklung des TALTs und BALTs sowie das Vorkommen und die Anzahl DCs unter Verwendung von monoklonalen Antikörpern gegen MHC Klasse II, CD11c, CD80, CD86 und CD1 bei pathomorphologisch lungengesunden Rindern unterschiedlichen Alters zu untersuchen. Die Ergebnisse sollten mit Befunden bei mit M. bovis infizierten Kälbern verglichen werden. Die infizierten Tiere stammten aus verschiedenen Infektionsversuchen und einem Vakzinationsversuch und waren mit verschiedenen M. bovis-Feldstämmen oder einer klonalen Variante des M. bovis Typ-Stammes PG45 inokuliert worden. Für die Untersuchungen zur Entwicklung des TALTs bzw. BALTs wurde die Trachea bzw. die Lunge von insgesamt 34 pathomorphologisch lungengesunden Kälbern bzw. Rindern unterschiedlicher Herkunft untersucht, die in drei Altersgruppen (neonatale bis 4 Monate alte Kälber, 6 bis 7 Monate alte Rinder, adulte Schlachtrinder) eingeteilt wurden. Das erstmalige Auftreten von lymphatischem Gewebe in der Trachea und Lunge von lungengesunden Rindern konnte bereits in der zweiten Lebenswoche nachgewiesen werden. Eine altersassoziierte Zunahme wurde sowohl für das TALT als auch für das BALT festgestellt. Das MALT lag häufiger in Form von lymphoidzelligen als in Form von lymphfollikelähnlichen Aggregaten vor. In der Lunge von lungengesunden Rindern war das BALT bevorzugt in den Spitzenlappen nachzuweisen. In der vorliegenden Studie konnten MHC Klasse II- und CD11c-positive dendritische Zellen bereits beim neugeborenen lungengesunden Kalb in der Bronchial- und Trachealschleimhaut nachgewiesen werden. Des Weiteren waren CD80-, CD86- und CD1-positive dendritische Zellen in diesen Lokalisationen zu erkennen. Das erstmalige Auftreten von MALT in Trachea und Lunge von zwei Wochen alten Kälbern korrelierte mit einer deutlichen Zunahme von MHC Klasse II-positiven dendritischen Zellen, die mit einem Alter von etwa 4 Monaten ein dichtes, subepithelial ausgeprägtes Netzwerk in der Lamina propria bildeten. In der Trachea wurden zwischen allen Altersgruppen statistisch signifikante Unterschiede bezüglich der Anzahl von dendritischen Zellen festgestellt. Innerhalb der Gruppe der neonatalen bis 4 Monate alten Kälber waren bezüglich der Anzahl von DCs in der Lunge statistisch keine Signifikanzen zu beobachten. Bei 6 bis 7 Monate alten Rindern hatte sich die Zahl der DCs in der Lunge bereits derjenigen bei den adulten Tieren angenähert, so dass ebenfalls keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen diesen beiden Altersgruppen festgestellt werden konnten. Obwohl über die mögliche Funktion dieser DCs nichts bekannt ist, lassen die Ergebnisse vermuten, dass es beim Kalb bereits relativ frühzeitig zu einer Stimulation des angeborenen respiratorischen Immunsystems durch Konfrontation mit Antigenen unterschiedlicher Art kommt. Für die Untersuchungen an mit M. bovis infizierten Kälbern standen paraffineingebettete Lungengewebeproben von mit verschiedenen M. bovis-Feldstämmen infizierten Kälbern (n= 20), von  mit einer klonalen Variante des M. bovis Typ-Stammes PG45 inokulierten Kälbern (n= 8) und von  aus einem Vakzinationsversuch mit dem M. bovis-Stamm 1067 stammenden Kälbern (n= 14) zur Verfügung. Die Proliferation des BALTs bei den mit M. bovis infizierten Tieren war im Vergleich zu gleichaltrigen lungengesunden Tieren wesentlich stärker ausgeprägt, wobei mit zunehmender Infektionsdauer eine Zunahme von BALT und eine vermehrte Lymphfollikelbildung auftrat. Sowohl die infizierten Tiere aus dem Vakzinationsversuch als auch die mit einem französischen M. bovis-Feldstamm infizierten Tiere wiesen statistisch signifikante Unterschiede bezüglich der Anzahl von DCs im Vergleich zu gleichaltrigen lungengesunden Tieren auf. Es ist zu vermuten, dass Erregerstamm, Infektionsdosis und der gewählte Untersuchungszeitpunkt p.i. einen Einfluss auf den Influx bzw. die im Gewebe festgestellte DCs Anzahl haben, da nicht bei allen M. bovis-Infektionsversuchen ein Anstieg der Zellzahl auftrat. In den untersuchten Lungen aller mit M. bovis infizierten Tiere konnte eine starke Infiltration mit CD68-positiven Makrophagen festgestellt werden. Möglicherweise kommt auch Makrophagen eine Rolle als phagozytierenden und Antigen-präsentierenden Zellen im immunologischen Abwehrgeschehen im Rahmen respiratorischer M. bovis Infektionen beim Kalb zu.

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Thomasmeyer, Anne: Histologische und immunhistochemische Untersuchungen zur Entwicklung des Schleimhautassoziierten Immunsystems im bovinen Respirationstrakt und zum Vorkommen von dendritischen Zellen im Respirationstrakt von Kälbern mit respiratorischer Mycoplasma bovis-Infektion. Hannover 2006. Tierärztliche Hochschule.

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