Einfluss der Chemokinrezeptoren CXCR4 und CXCR7 auf zelluläre Adhäsionsprozesse an der Gefäßwand in vivo : Untersuchungen mit der Hilfe der Intravitalmikroskopie an zwei Verletzungsmodellen der Maus

Abstract

Die Adhäsion von Thrombozyten, Monozyten und Progenitorzellen an die Gefäßwand beeinflusst die Entwicklung und den Verlauf der Atherosklerose, Thrombose und Geweberegeneration. Das Chemokin SDF-1 (stromal cell-derived factor-1), welches bei einem Gewebeschaden wie beispielsweise dem akuten Myokardinfarkt freigesetzt wird, gilt als starkes Chemoattraktant für Thrombozyten, Progenitorzellen und Leukozyten. Thrombozyten spielen bei der Pathophysiologie der Thrombose und Inflammation eine maßgebliche Rolle. Dabei wird die Aktivierung, Aggregation, Adhäsion und Migration von Thrombozyten durch das bei Entzündung freigesetzte SDF-1 induziert. Die Gewebe- sowie die Gefäßregeneration erfordern die feste Bindung von im Körper zirkulierenden Progenitorzellen an die Gefäßwand und deren nachfolgende Differenzierung in Endothelzellen. Hierbei steuern Thrombozyten gemeinsam mit SDF-1 den Prozess der Rekrutierung von CD34+ Progenitorzellen an verletzte Gefäßwandbereiche. Zunächst galt CXCR4 als alleiniger Chemokinrezeptor für den Chemokinliganden SDF-1. Vor einiger Zeit wurde jedoch ein zweiter SDF-1-Rezeptor namens CXCR7 entdeckt.Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der differenziellen Rolle der Chemokinrezeptoren CXCR7 und CXCR4 für die Adhäsion humaner Thrombozyten, Monozyten und Progenitorzellen an Gefäßdefekte in vivo. Die Untersuchungen erfolgten mit Hilfe der Intravitalen Fluoreszenzmikroskopie. Es kamen zwei unterschiedliche Verletzungsmodelle an C57Bl/6J Mäusen zum Einsatz: Ein ligaturinduziertes Verletzungsmodell der Arteria carotis communis und ein Ischämie-/Reperfusionsmodell des Dünndarms. Vor der intravenösen Applikation wurden die fluoreszenzmarkierten Zellen mit einem blockierenden Antikörper gegen CXCR7 oder CXCR4 beziehungsweise mit der entsprechenden Isotypkontrolle IgG1/IgG2B vorinkubiert.Der Einfluss von CXCR7 auf die Adhäsion von Thrombozyten: Die Vorinkubation von Thrombozyten mit einem blockierenden Antikörper gegen CXCR7, nicht jedoch eine Vorbehandlung mit anti-CXCR4 oder der entsprechenden Isotypkontrolle IgG1/IgG2B, führte zu einer signifikant verminderten Adhäsion transient und fest adhärenter Thrombozyten an die verletzte Gefäßwand der Arteria carotis (p<0.05). Im Ischämie-Reperfusionsmodell hatte die Vorinkubation mit anti-CXCR7, nicht jedoch mit anti-CXCR4 oder mit einer der Isotypkontrollen IgG1/IgG2B, eine herabgesetzte Adhäsion fest adhärenter Thrombozyten in den mesenterialen Gefäßen des Dünndarms zur Folge.Der Einfluss von CXCR7 auf die Adhäsion von Monozyten: Eine Vorbehandlung von Monozyten mit anti-CXCR7, nicht jedoch mit anti-CXCR4 oder mit einer der entsprechenden Isotypkontrollen IgG1/IgG2B, führte zu einer verminderten Adhäsion transient und fest adhärenter Monozyten an die verletzte Gefäßwand der Arteria carotis. Dagegen hatte im Ischämie-/Reperfusionsmodell die Vorinkubation sowohl mit anti-CXCR7 als auch mit anti-CXCR4, nicht jedoch mit einer der Isotypkontrollen IgG1/IgG2B, eine herabgesetzte Adhäsion von Monozyten in den mesenterialen Gefäßen des Dünndarms zur Folge.Der Einfluss von CXCR7 auf die Adhäsion von Progenitorzellen: Eine signifikant verminderte Adhäsion fest adhärenter Progenitorzellen an die verletzte Gefäßwand der Arteria carotis konnte nach Vorinkubation sowohl mit anti-CXCR7 als auch mit anti-CXCR4, jedoch nicht unter Einsatz einer der entsprechenden Isotypkontrollen IgG1/IgG2B, beobachtet werden (p<0.05 für beide). Ein ähnliches Ergebnis ergab sich in den mesenterialen Gefäßen des Dünndarms nach Ischämie/Reperfusion, wobei eine verminderte Adhäsion von Progenitorzellen nach Vorinkubation mit anti-CXCR4 oder anti-CXCR7 zustande kam, nicht jedoch nach Vorbehandlung mit IgG1 oder IgG2B (p<0.05 für beide). Zusammenfassend liefern die Untersuchungen dieser Arbeit folgendes neues Ergebnis: Der CXCR7-Rezeptor stellt einen Regulator der SDF-1 vermittelten Adhäsion humaner Thrombozyten, Monozyten und CD34+ Progenitorzellen an Gefäßwanddefekte in vivo dar. Dieser Mechanismus ist vermutlich an der Pathophysiolgie von inflammatorischen Gefäßwandveränderungen und bei der Gefäßregeneration beteiligt. Zukünftig können auf Grundlage dieser Erkenntnisse möglicherweise neue Strategien entwickelt werden, um die Adhäsion humaner Thrombozyten, Monozyten und Progenitorzellen zu beeinflussen und somit modulierend in die Pathophysiologie von entzündlichen Krankheiten einzugreifen. The adhesion of platelets, monocytes and progenitor cells on vascular wall initiates and promotes atherosclerosis, thrombosis and tissue regeneration. The chemokine SDF-1 (stromal cell-derived factor-1), expressed during tissue damage such as myocardial infarcation, is a powerful chemoattractant for platelets, progenitor cells and leukocytes. Platelets play a pivotal role in both thrombosis and inflammation, and SDF-1 released at sites of inflammation induces platelet activation, aggregation, adhesion and migration. Tissue healing and vascular regeneration require firm adhesion of circulating progenitor cells to the vascular wall and their further differentiation into endothelial cells. Platelets and SDF-1 regulate domiciliation of CD34+ progenitor cells at areas of vascular injury. Until recently, CXCR4 was thought to be a canonical chemokine receptor for the SDF-1 ligand. However, a second SDF-1 receptor, the CXCR7, has been recently discovered.In this work we investigated the differential role of CXCR7 and CXCR4 on human platelet/monocyte/progenitor cell adhesion in areas of vascular injury with the help of intravital fluorescence microscopy in vivo. Two different injury models in C57Bl/6J mice were used: a ligature induced carotid artery injury model and an ischemia/reperfusion model of the small intestine. The fluorescence labelled cells were preincubated with a blocking mAb either to CXCR7 or CXCR4 or control- IgG1/IgG2B and injected intravenously.Role of CXCR7 on platelet adhesion: Preincubation of platelets with a blocking mAb to CXCR7, but not with control-IgG1/IgG2B or anti-CXCR4, resulted in a significantly decreased adhesion of transient and firm adherent platelets to the injured vessel wall of the carotid artery (p<0.05). Preincubation of platelets with a neutralizing anti-CXCR7, but not with control-IgG1/IgG2B or anti-CXCR4, resulted in decreased adhesion of firm adherent platelets in the microvasculature of the small intestine after ischemia/reperfusion injury.Role of CXCR7 on monocyte adhesion: Preincubation of monocytes with a blocking mAb to CXCR7, but not with control-IgG1/IgG2B or anti-CXCR4, resulted in a decreased adhesion of transient and firm adherent monocytes to the injured vessel wall of the carotid artery. Preincubation of monocytes with either anti-CXCR7 or anti-CXCR4, but not with control IgG1 or IgG2B, respectively, resulted in decreased adhesion of monocytes in the microcirculation of the small intestine after ischemia/reperfusion injury.Role of CXCR7 on progenitor cell adhesion: Preincubation of CD34+ cells either with anti-CXCR7 or anti-CXCR4, but not with control IgG1 or IgG2B, respectively, resulted in significantly decreased adhesion of firm adherent progenitor cells to the injured vessel wall of the carotid artery (p<0.05 for both). In a similar manner, preincubation of CD34+ cells with either anti-CXCR7 or anti-CXCR4, but not with control IgG1 or IgG2B, respectively, resulted in decreased adhesion of progenitor cells in the microcirculation of the small intestine after ischemia/reperfusion injury.The major novel finding of the present study is: CXCR7 expressed on human platelets, monocytes and CD34+ progenitor cells regulates SDF-1 mediated cell adhesion in areas of vascular injury in vivo, a mechanism which may be involved in vascular inflammation and regeneration. Based on these insights new strategies could be developed in the future to influence the adhesion of human platelets, monocytes and progenitor cells via CXCR7 modulating the pathophysiologie of inflammatory diseases.