Pathogenese epileptiformer Krämpfe nach neurotroper BoDV1-Infektion: Rolle des TNF-Systems und aktivierter Mikroglia

Pathogenese epileptiformer Krämpfe nach neurotroper BoDV1-Infektion: Rolle des TNF-Systems und aktivierter Mikroglia

Ann-Kathrin Kühling

Die Arbeit hatte zum Ziel, den Einfluss der Mikroglia und von TNF sowie insbesondere seiner Rezeptoren auf die Pathogenese epileptiformer Krämpfe nach BoDV1-Infektion zu analysieren und gleichzeitig mögliche prädispositionierende Faktoren von proinflammatorischen Leveln als low level inflammation während einer Adipositas zu untersuchen.
Mikroglia spielen bei infektiös bedingten Enzephalitiden und Epilepsie eine große Rolle. Sie ändern bei Aktivierung ihre Morphologie und exprimieren eine Reihe von Zytokinen. So kann TNF sowohl prokonvulsive und neurodegenerative (TNFR1) als auch antikonvulsive und neuroprotektive (TNFR2) Eigenschaften aufweisen, je nachdem über welchen seiner beiden Rezeptoren es aktiviert wird. Von TNF-Tg-Mäusen ist bekannt, dass sie nach BoDV1-Infektion epileptiforme Krämpfe bzw. neurologische Symptome sowie eine Meningoenzephalitis mit Mikrogliaaktivierung zeigen. Des Weiteren beeinflussen Adipokine neuroinflammatorische Zustände. So hat Leptin proinflammatorische Eigenschaften, während Adiponektin eher antiinflammatorische Effekte hat.
In dieser Arbeit wurden in vivo und in vitro verschiedene Mäusstämme mit modifi-ziertem TNF-System (TNF-Tg-, TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäuse) sowie WT-Mäuse untersucht. Die funktionellen Aspekte der Mikrogliaaktivierung sollten an-hand von in vitro Untersuchungen bestimmt werden. Zur Untersuchung des Adipo-kin-Einflusses wurden Mikrogliakulturen der verschiedenen Mausstämme mit Leptin oder Adiponektin behandelt.

In den in vivo Untersuchungen der TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäuse wurde von der ursprünglichen Hypothese ausgegangen, dass TNFR1-KO-Mäuse auch nach BoDV1-Infektion eine geringe Anfälligkeit für epileptiforme Krämpfe und klinische Symptome aufweisen sowie eine verminderte Mikrogliaaktivierung aufweisen, wäh-rend diese Anfälligkeit und die Mikrogliaaktivierung bei TNFR2-KO-Mäusen erhöht ist.
Insgesamt hatte vor allem die BoDV1-Infektion in den klinischen Untersuchungen einen Einfluss auf feststellbare Abweichungen und die Entstehung eines Krampf-geschehens. Es traten zudem vermehrt Abweichungen bei den TNFR1-KO-Mäusen auf, entgegen der ursprünglichen Hypothese. Diese können möglicherweise auf Wechselwirkungen zwischen den Signalwegen der TNF-Rezeptoren zurückgeführt werden.
Die Tiere mit Symptomen/Krämpfen wiesen die deutlichste Mikrogliaaktivierung von den TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäusen auf. Bei allen Mausstämmen war die Mikrogliaaktivierung nach BoDV1-Infektion, verglichen zur Mock-Infektion, hoch-signifikant erhöht. Insgesamt war die Mikrogliaaktivierung bei den TNF-Tg-Mäusen am stärksten ausgeprägt, die WT-Tiere wiesen hingegen die geringste Aktivierung auf. Somit stehen diese Ergebnisse in Einklang mit den Ergebnissen vorangegan-gener Untersuchungen. Die Aktivierung der Mikroglia bei TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäusen lag in dieser Studie ungefähr auf dem gleichen Level. Die vermehrten Auffälligkeiten der TNFR1-KO-Mäuse in den klinischen Tests konnten somit nicht durch Ergebnisse der immunhistologischen Untersuchung der Mikroglia untermau-ert werden. Somit scheint eine Wechselwirkung zwischen den Signalwegen der beiden TNF-Rezeptoren wahrscheinlich zu sein. Der Einfluss der BoDV1-Infektion zeigte sich hingegen sowohl in den klinischen als auch in den immunhistologi-schen Untersuchungen zum Nachweis der Mikrogliaaktivierung. Die Aktivierung der Mikroglia betraf auch Tiere, bei denen keine epileptiformen Krämpfe beobachtet wurden. Dies zeigt, dass die BoDV1-Infektion auch ohne klinische Veränderungen zu einer Mikrogliaaktivierung führen kann. Die nachhaltige Aktivierung der Mikrog-lia durch die BoDV1-Infektion kann erklären, warum Virusinfektionen einen Trigger für epileptiforme Krämpfe und eine Epilepsie darstellen und warum unmittelbar oder auch erst Monate oder Jahre nach der eigentlichen Infektion und Erkrankung eine Epilepsie auftreten kann.

In den in vitro Untersuchungen konnte eine Mikrogliaaktivierung, wie die in vivo, nicht festgestellt werden. Es konnte bei keiner Behandlung eine morphologische und funktionelle deutliche Aktivierung erreicht werden. Die pro- bzw. antiinflamma-torischen Marker CD16/32 und CD206 wurden nachgewiesen, dies zum Teil in denselben Zellen. Bei den TNF-Tg-Kulturen ist die rein neuronale TNF-Überexpression als Ursache der fehlenden Aktivierung, im Gegensatz zu den in vivo Untersuchungen, anzunehmen. Den Neuronen scheint dabei eine Schlüssel-rolle in der Aktivierung der Mikroglia nach BoDV1-Infektion zuzukommen. Hinsicht-lich der Entstehung epileptiformer Krämpfe bedeutet dies, dass der Zellzusammen-halt und die Interaktion zwischen den Zellen ein wichtiger Punkt in der Pathogene-se ist und Untersuchungen im Gewebe, z.B. an organotypischen Slice-Kulturen, für weitere Untersuchungen besser geeignet sind.
Im Gegensatz zu der fehlenden Mikrogliaaktivierung durch die verschiedenen BoDV1-Behandlungen in vitro, zeigten die Mikroglia nach Behandlung mit Leptin oder Adiponektin eine hochsignifikant stärker aktivierte Morphologie als nach Mock-Behandlung. Auch die Zytokinwerte im Überstand waren nach der Behandlung mit Leptin oder Adiponektin signifikant erhöht. Die bisherigen Untersuchungen zeich-nen insgesamt ein gemischtes Bild der Eigenschaften dieser Adipokine, da es bei beiden Substanzen ebenfalls Hinweise auf die jeweils entgegengesetzte Reaktion gibt. Diese scheinbar gegensätzlichen Ergebnisse können auch in Zusammenhang mit den unterschiedlichen Eigenschaften der Mikroglia und ihrer Aktivierungszu-stände stehen, die ebenfalls nicht immer klar in pro- und antiinflammatorisch ge-trennt werden können. So wurden in dieser Studie auch hier sowohl CD206 als auch CD16/32 nachgewiesen, zum Teil dies in denselben Zellen. Aufgrund der Er-gebnisse der vorliegenden Studie kann jedoch von einer starken Aktivierung der Mikroglia auf allen Ebenen durch die Behandlung mit Leptin oder Adiponektin aus-gegangen werden. Nach Adipokin-Behandlung konnten zwar auch immer wieder signifikante Unterschiede zwischen den Kulturen aus verschiedenen Mausstäm-men festgestellt werden, jedoch waren diese zwischen den untersuchten Parame-tern sehr unterschiedlich. Daher sind hier zu den Mausstämmen nach Adipokin-Behandlung weitere Untersuchungen nötig, um die genauen Wechselwirkungen aufzuklären.

Abschließend kann festgehalten werden, dass sich epileptiforme Krämpfe und neurologische Symptome nach einer BoDV1-Infektion bei TNFR1-KO- und TNFR2-KO-Mäusen in Grenzen halten. Auf (immun)histologischer Ebene ist davon auszugehen, dass die Mikrogliaaktivierung zu der Entstehung von epileptiformen Krämpfen in dem hier untersuchten Mausmodell beiträgt, obwohl in den in vitro Untersuchungen bestätigt werden konnte, dass diese nicht von BoDV1 infiziert werden. Durch die fehlende Reaktion der Mikroglia nach den verschiedenen Behandlungen in vitro ist die Wechselwirkung zwischen Neuronen und Astrozyten als Hauptauslöser der Mikrogliaaktivierung bei einer BoDV1-Infektion anzunehmen. Die hier untersuchten verschiedenen TNF-Systeme unterscheiden sich nahezu nur in vivo, wobei das knockout eines TNF-Rezeptors nicht den erwarteten Effekt hervorrief. Dahingegen wurden die Mikroglia durch Behandlung mit Leptin oder Adiponektin sehr stark stimuliert, was auf eine Wechselwirkung zwischen Mikrogliaaktivierung, möglicherweise Krämpfen, und einer systemischen low level inflammation, zum Beispiel bei einer Adipositas, hinweisen kann. Ein Einfluss des geänderten TNF-Systems ließ sich hier ebenfalls nicht nachweisen. Die möglichen Wechselwirkungen der Adipokine mit Mikroglia sollten weiter untersucht werden, möglicherweise an organotypischen Slice-Kulturen, wo der Zusammenhalt des Gewebes weiterhin gegeben ist, oder in vivo. Auch Modelle mit mikroglialer TNF-Überexpression könnten zur weiteren Aufklärung ihrer Rolle bei epileptiformen Krämpfen beitragen. Jedoch zeigt diese Studie, dass die Vernetzung der Signalwege komplexer zu sein scheint als bisher angenommen.