Role of regulatory T cells, cytotoxic T cells and interleukin-10 in Theiler's murine encephalomyelitis virus infection

Zahlreiche weit verbreitete Viren weisen ein neurovirulentes Potential auf und können strukturelle oder funktionelle Schädigungen des zentralen Nervensystems verursachen. Neben akuten und oft lebensbedrohlichen entzündlichen Erkrankungen können auch vorübergehende oder subklinische Infektionen tiefgreifende Langzeitfolgen für die neurologische Funktion haben. Zytopathische Effekte, die sich aus der Virusreplikation ergeben, können zum Tod infizierter Neuronen führen. Andererseits können Gewebeverletzungen jedoch auch durch eine übermäßige Immunantwort vermittelt werden. Langzeitkomplikationen von viralen Enzephalitiden umfassen Epilepsie sowie Beeinträchtigung der kognitiven Funktionen wie Lern- und Gedächtnisstörungen. Darüber hinaus können Virusinfektionen dazu führen, dass das Immunsystem Selbstantigene angreift und eine Autoimmunität verursacht. Das Theiler‘sche Murine Enzephalomyelitis Virus (TMEV) ist ein einzelsträngiges RNS-Virus der Picornaviridae-Familie, das experimentell für Modelle humaner Erkrankungen verwendet wird. Nach einer intrazerebralen Infektion befällt das Virus hauptsächlich Neuronen und zeigt einen besonderen Tropismus für limbische Strukturen einschließlich des Hippokampus. Die weiteren Folgen der Infektion hängen vom genetischen Hintergrund der verwendeten Mäuse ab. In SJL Mäusen persistiert das Virus lebenslang und löst eine chronisch-entzündliche demyelinisierende Erkrankung in der weißen Substanz von Rückenmark und Gehirn aus. Viele Aspekte der Pathogenese ähneln der progressiven Form der Multiplen Sklerose (MS) und machen die Theilervirus-Infektion zu einem wertvollen Modell für die menschliche Erkrankung. Im Gegensatz dazu sind Mäuse mit einem C57BL/6-Hintergrund in der Lage, das Virus mittels einer wirksamen antiviralen zytotoxischen T-Zellantwort innerhalb weniger Wochen zu eliminieren. Viele Tiere zeigen jedoch einen erheblichen Verlust von hippokampalen Neuronen, die mit akuten Krampfanfällen und kognitiver Beeinträchtigungen einhergehen. Außerdem entwickeln betroffene Mäuse häufig wiederkehrende, chronische Krampfanfälle. Daher hat die TMEV-Infektion auch als virales Modell für Epilepsie an Bedeutung gewonnen. Die Gründe für die unterschiedliche Anfälligkeit sind noch nicht vollständig bekannt. Im Frühstadium der Infektion weisen C57BL/6-Mäuse eine signifikant höhere Anzahl von ZNS-infiltrierenden CD8+ zytotoxischen T-Zellen im Vergleich zu SJL-Tieren auf. Im Gegensatz dazu wird in SJL-Mäusen eine initiale Expansion von regulatorischen T-Zellen (Treg) beobachtet, die mit einer erhöhten Produktion des entzündungshemmenden Zytokins Interleukin (IL)-10 einhergeht. Treg sind eine Untergruppe von CD4+ T-Zellen mit immunmodulierenden und tolerogenen Eigenschaften. IL-10 ist ein pleiotropes Zytokin, das hauptsächlich als negativer Regler von Entzündungsreaktionen angesehen wird. Treg und IL-10 tragen zur Aufrechterhaltung der Immunhomöostase bei und hemmen schädliche Entzündungsreaktionen. Im Zusammenhang mit viralen Infektionen kann diese Hemmung negative Auswirkungen auf die antivirale Immunität haben. Daher wurden erhöhte Treg-Zahlen und die verstärkte IL-10-Sekretion mit der TMEV-Persistenz von SJL-Mäusen in Verbindung gebracht. Im ersten Teil der Studie lag der Fokus auf den Wechselwirkungen von zytotoxischen T-Zellen und Treg in C57BL/6-Mäusen. Gruppen von TMEV- oder Mock-infizierten C57BL/6-Mäusen wurden entweder mit IL-2/-Anti-IL-2-Antikörper-Komplexen behandelt, um regulatorische T-Zellen zu expandieren (Treg-Expansion), oder bekamen Anti-CD8-Antikörper um zytotoxischen T-Zellen zu depletieren (CD8-Depletion). Eine dritte Gruppe erhielt eine Kombination aus Treg-Expansion und CD8-Depletion (kombinierte Behandlung). In Übereinstimmung mit früheren Studien hatte die alleinige Treg-Expansion, trotz einer verstärkten Infiltration von Foxp3+ Treg in das Gehirn, keinen Einfluss auf die Viruselimination und Demyelinisierung. Im Gegensatz dazu führte die kombinierte Behandlung zu einer verlängerten und verstärkten hippokampalen Infektion, die mit einer lokalen Hochregulierung von pro- und antiinflammatorischen Zytokinen einherging. Darüber hinaus führte die Kombination von Treg-Expansion und CD8-Depletion zu einem Myelinverlust sowie Axonschäden im Rückenmark. Durchflusszytometrische und immunhistologische Analysen des systemischen T-Zell Gleichgewichts zeigten, dass die Treg-Expansion die Regeneration der CD8+ T-Zellpopulation erheblich verzögerte. Der Einfluss von IL-10 auf die antivirale Immunität und die hippokampale Protektion wurde im zweiten Teil der Studie untersucht. Zunächst wurde die Expressionskinetik von Genen, die an der IL-10-Signalgebung beteiligt sind, in TMEV infizierten SJL-Mäusen analysiert. Im Einklang mit früheren Ergebnissen wurde eine vorübergehende Hochregulierung von Il10-mRNS nachgewiesen. Darüber hinaus zeigten die Transkripte von Il10rα, Jak1, Socs3 und Stat3 eine ähnliche Hochregulierung, während bei der Expression von Il10rβ und Tyk2 keine Unterschiede festgestellt wurden. Anschließend wurden SJL-Mäusen blockierende Anti-IL-10-Rezeptor(IL-10R)-Antikörper injiziert und die Auswirkungen auf die hippokampale Viruslast, pathologischen Läsionen und Entzündung ausgewertet. Die IL-10R-Blockade löste einen ausgeprägten neuronalen Verlust im Hippokampus aus, der mit einer verstärkten Rekrutierung von CD3+ T-Zellen, CD45R+ B-Zellen und einer Hochregulierung von Il1α-mRNA einherging. Der Schweregrad der Neurodegeneration war vergleichbar mit den bei C57BL/6-Mäusen beobachteten Läsionen. Trotz der verstärkten Entzündungsreaktion konnte die IL-10R-Blockade die Viruselimination nicht beschleunigen. Parallel zu den proinflammatorischen Reaktionen zeigten IL-10R-blockierte Tiere eine erhöhte Anzahl von Foxp3+ Treg und Arginase-1+ Makrophagen/Mikroglia sowie eine erhöhte Expression von Tgfβ und Foxp3 im Hippocampus und Chi3l3 in der Milz. Die verstärkten immunmodulatorischen Reaktionen stellen einen potenziellen kompensatorischen Mechanismus dar, der darauf abzielt, den immunvermittelten Schaden in Abwesenheit eines IL-10-Signals zu begrenzen. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass erhöhte Treg-Zahlen und eine verstärkte IL-10-Expression die Unterschiede in der Empfindlichkeit für TMEV-Persistenz nicht vollständig erklären können. Die immunsuppressive Wirkung von Treg hängt vom genetischen Hintergrund und der Intensität der zytotoxischer T-Zell-Antwort ab. In einem CD8-defizienten Wirt kann eine übermäßige Treg-Funktion tiefgreifende Auswirkungen auf die antivirale Immunität haben und zu einer Viruspersistenz führen. Während gezeigt wurde, dass eine Treg-Depletion die antivirale Immunität in SJL-Mäusen verstärkt, führte eine Blockade des IL-10 Rezeptors nicht zu einer verminderten Viruslast, was darauf hindeutet, dass andere Mechanismen an der Treg-vermittelten Suppression in diesem Mäusestamm beteiligt sind. Der ausgeprägte nachteilige Effekt der IL-10R Blockade auf die Integrität des Hippokampus zeigt, dass IL-10 im TMEV-Modell zur Neuroprotektion beiträgt. Die Ergebnisse beider Studien verdeutlichen potentielle Risiken und Nutzen einer therapeutischen Manipulation von Treg und IL-10.