Experimentelle Beeinflussung von Virus-induzierten Rückenmarksläsionen bei der Maus als Modell für demyelinisierende Erkrankungen

Demyelinisierende Erkrankungen im zentralen Nervensystem treten sowohl bei Tieren als auch bei Menschen auf. Die Untersuchung der Pathogenese dieser Erkrankungen beim Menschen ist häufig limitiert, da kein geeignetes Probenmaterial aus Verlaufsuntersuchungen zur Verfügung steht. Deshalb werden regelmäßig Tiermodelle wie die experimentelle, murine Theilervirus-Enzephalomyelitis (TME) verwendet, um Teilaspekte von humanen Erkrankungen zu untersuchen. Ziel der vorliegenden Arbeiten war es, die Gemeinsamkeiten und Unterschiede hinsichtlich der Rückenmarkspathologie bei Patienten mit progredienter Multipler Sklerose (MS) und Mäusen während der demyelinisierenden Phase der TME herauszuarbeiten. Weiterhin wurde der Einfluss unterschiedlicher Faktoren wie der Depletion von Astrozyten, dem Fehlen von Matrix-Metalloproteinase 12 (MMP12) und der Transplantation von mesenchymalen Stammzellen (MSC) auf den Verlauf der TME klinisch und morphologisch untersucht. Darüber hinaus wurde ein intraspinales Infektionsmodell entwickelt und in diesem sowohl die Rückenmarkspathologie als auch die peripheren Nervenschäden untersucht. Wesentliche Gemeinsamkeiten zwischen den progredienten Formen der MS und der demyelinisierenden Phase der TME bestehen in einer progressiven, klinischen Verschlechterung der Patienten und Tiere. Hinsichtlich der Rückenmarkspathologie treten bei beiden Erkrankungen ein zunehmender Axonverlust, eine Rückenmarksatrophie sowie eine Demyelinisierung auf. Der Schwerpunkt der Demyelinisierung im Rückenmark bei den MS-Patienten lag in der grauen Substanz während bei der TME überwiegend die weiße Substanz betroffen war. Darüber hinaus stellt die Entzündung im Rückenmark einen wesentlichen Bestandteil für die Pathogenese der Demyelinisierung bei der TME dar, während in der zum Vergleich herangezogenen MS Studie entzündliche Veränderungen im Rückenmark aufgrund ihres chronisch-inaktiven Charakters eine untergeordnete Rolle spielten. Inwiefern und zu welchem Zeitpunkt die Entzündung einen wesentlichen Bestandteil für die Entstehung von Rückenmarksläsionen bei MS darstellt, muss im Rahmen weiterer Studien ermittelt werden. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen wurde ein intraspinales TMEV Infektionsmodell entwickelt und genutzt, um die Pathogenese von demyelinisierenden Rückenmarksveränderungen sowie peripheren Nervenschäden zu untersuchen. Sowohl SJL als auch C57BL/6 Mäuse zeigten nach der intraspinalen Infektion eine klinische Verschlechterung einhergehend mit entzündlichen und demyelinisierenden Veränderungen im Rückenmark sowie einem Axonschaden. Die Zeitdauer bis zum Auftreten von klinischen Veränderungen nach intraspinaler Infektion verkürzte sich um ca. 12 Wochen und die Zeitdauer bis zum Auftreten von entzündlichen Veränderungen im Rückenmark um ca. 6 Wochen im Vergleich zur intrazerebralen Infektion von SJL Mäusen. Darüber hinaus wiesen die intraspinal infizierten Tiere eine periphere Neuropathie auf. Bei den intraspinal infizierten SJL Mäusen wurde regelmäßig, bei den C57BL/6 Mäusen nur sehr selten TMEV Protein in den peripheren Nerven nachgewiesen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, dass nach intraspinaler TMEV-Infektion sowohl empfängliche als auch resistente Mausstämme zur Untersuchung von demyelinisierenden Rückenmarksläsionen verwendet werden können. Darüber hinaus bietet das intraspinale Infektionsmodell die Möglichkeit, die Pathogenese von peripheren Neuropathien, ähnlich dem Guillain-Barré Syndrom, zu untersuchen. Die in vivo Charakterisierung von MSC ergab, dass kanine, murine und humane MSC nach intraventrikulärer Applikation dreidimensionale Zell-Cluster im Ventrikelsystem von Mäusen bilden. Die transplantierten MSC besaßen eine begrenzte Lebensdauer und wiesen kein neoplastisches Wachstum auf. Die begrenzte Lebensdauer der MSC war unter anderem auf eine von T Lymphozyten dominierte Transplantatabstoßungsreaktion zurückzuführen. Hinsichtlich des Einflusses von transplantierten MSC auf den klinischen Verlauf sowie die Rückenmarkspathologie bei der TME zeigte sich, dass die intravenöse, xenogene Transplantation von kaninen MSC zu einer klinischen Verschlechterung einhergehend mit einer vermehrten Entzündung und Demyelinisierung im Rückenmark führt. Intraventrikulär applizierte MSC hatten keinen signifikanten Einfluss auf den klinischen Verlauf der TME, sie führten jedoch zu einer Verminderung des Axonschadens im Rückenmark. Weiterhin wiesen die intravenös transplantierten Tiere follikuläre Lymphozytenaggregate in der Lunge auf. Dieser Befund spricht dafür, dass die Lunge wahrscheinlich eine wichtige Lokalisation für das Priming von T Lymphozyten, vor ihrer Einwanderung in das ZNS, bei der TME darstellt. Eine Astrogliose tritt häufig bei entzündlichen und demyelinisierenden Erkrankungen des ZNS auf. Um die Bedeutung von Astrozyten bei der Pathogenese der TME zu untersuchen, wurde bei TMEV infizierten SJL Mäusen eine Astrozytendepletion durchgeführt. Die Astrozyten-depletierten Mäuse zeigten eine verminderte Entzündungsreaktion sowie eine geringere Anzahl an TMEV positiven Zellen im Rückenmark. Diese Befunde hatten keinen Einfluss auf das Ausmaß der axonalen Schädigung sowie den Grad der Demyelinisierung. Interessanterweise zeigten die Tiere eine signifikante Verschlechterung der Klinik einhergehend mit einer Herunterregulation und dysorganisierten Expression von Aquaporin 4 (AQP4) in den perivaskulären Astrozyten im Rückenmark. Die verminderte und dysorganisierte Expression von AQP4 war wahrscheinlich für eine Veränderung der Zusammensetzung der extrazellulären Matrix verantwortlich und führte dadurch direkt oder indirekt zu der klinischen Verschlechterung der Tiere. Darüber hinaus wurde der Einfluss des Fehlens von MMP12 (MMP12 knockout) auf die Entwicklung einer Astrogliose, die Anzahl der ins ZNS infiltrierenden Makrophagen sowie auf den Phänotyp von Mikroglia und Makrophagen während der TME untersucht. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass das Fehlen von MMP12 zu einer Verminderung der Astrozytendichte im Rückenmark während der TME führt. Infolgedessen fand eine verminderte Aktivierung, Migration und Proliferation von Mikroglia im Rückenmark statt, was eine verminderte Demyelinisierung zur Folge hatte. Weiterhin kam es durch das Fehlen von MMP12 zu einer Verminderung der Anzahl an Mikroglia, die in den proinflammatorischen M1 Typ differenzieren. Hieraus ergibt sich, dass MMP12 einen Einfluss auf die Astrozytenproliferation hat und eine wesentliche Rolle bei der Mikroglia Aktivierung, Polarisierung und Migration spielt. Die Ergebnisse dieser Arbeit leisten einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Pathogenese von demyelinisierenden Erkrankungen. Die neuen Erkenntnisse hinsichtlich der Funktion von Astrozyten und ihrer Interaktion mit Mikroglia stellen eine Grundlage für die Entwicklung von zukünftigen Therapiestrategien dar.