Die Rolle von Interferon-beta bei der Influenza Virus-Pneumonie : Regulationswege und proapoptotische Effektormechanismen

Abstract

Influenzaviren verursachen Lungenentzündungen im Menschen, die zu ALI/ARDS führen können. In der Literatur wurde eine überschießende Immunantwort mit einer erhöhten Freisetzung von Zytokinen, wie auch Typ I Interferonen, mit der Schwere des Verlaufes einer Influenzapneumonie in Verbindung gebracht. In der vorliegenden Arbeit konnte in in vitro und in vivo Infektionsmodellen unter Nutzung knochenmarkschimärer Mäuse gezeigt werden, dass Alveolarmakrophagen eine primäre Quelle von IFN-beta darstellen, welches auto-/parakrin über der Typ I Interferon-Rezeptor (IFNAR) die Expression des proapoptotischen Liganden TNF-Related Apoptosis Inducing Ligand (TRAIL) induziert. TRAIL vermittelt die Apoptose von Alveolarepithelzellen und trägt damit zur Ausbildung des Influenzavirus-induzierten Lungenschadens bei. TRAIL konnte außerdem in bronchoalveolären Lavagen und oberflächenexprimiert auf Alveolarmakrophagen von invasiv beatmeten ARDS Patienten nachgewiesen werden, die im Rahmen der H1N1 Pandemie 2009/10 an einer primären Influenzavirus Pneumonie erkrankten. Die Proteinkinase R (PKR) und PKR-abhängig aktiviertes NF-kappaB wurden als zentrale Signalmoleküle identifiziert, die die Sekretion von IFN-beta in Alveolarmakrophagen nach Infektion induzieren. TRAIL induzierte Apoptose sowohl in nicht-infizierten sowie in In-fluenzavirus-infizierten Alveolarepithelzellen in in vitro Kokulturmodellen, wobei die Induktion von Apoptose in Alveolarepithelzellen durch virusinfizierte Alveolarmakrophagen strikt von der PKR/IFN-beta/TRAIL Achse abhängig ist. Der TRAIL-Rezeptor DR5 ist konstitutiv auf Alveolarepithelzellen exprimiert und wird in mit Influenzavirus infiziertem Alveolarepithel IFN-beta-unabhängig hochreguliert. In knochenmarkschimären Mäusen, die diese Signalmoleküle weder in Alveolarmakrophagen noch in rekrutierten Exsudatmakrophagen exprimieren sowie nach Neutralisation von alveolär sezerniertem IFN-beta und TRAIL war die Anzahl von apoptotischen Alveolarepithelzellen in vivo reduziert und der Lungenschaden nach Influenzavirus-Infektion signifikant attenuiert. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass von Alveolarmakrophagen sezernierte Typ I Interferone neben ihrer in der Literatur beschriebenen antiviralen Aktivität durch die TRAIL vermittelte Induktion von Apoptose in Alveolarepithelzellen zur Ausbildung des akuten Lungenschadens bei schwerer Influenzavirus Pneumonie beitragen. Therapeutisches Eingreifen in die IFN-beta-TRAIL Achse könnte deshalb eine vielversprechende Strategie sein, um Influenzavirus-induziertes ARDS zu behandeln.

Influenza viruses cause pneumonia in humans with progression to lung failure and fatal outcome. Dysregulated release of cytokines including type I interferons (IFNs) has been attributed a crucial role in immune-mediated pulmonary injury during severe IV infection. Using ex vivo and in vivo IV infection models we demonstrated that alveolar macrophage-expressed IFN-beta significantly contributes to IV-induced alveolar epithelial cell injury by autocrine induction of the pro-apoptotic TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL). Importantly, TRAIL was highly upregulated in AM of patients with pandemic H1N1 IV-induced lung failure. Elucidating the cell-specific underlying signalling pathways revealed that IV infection induced IFN-beta release in AM in a protein kinase R- (PKR-) and NF-kappaB-dependent way. Autocrine signalling via the macrophage type I IFN receptor (IFNAR) resulted in increased expression and release of TRAIL which induced apoptosis of IV-infected and non-infected AEC in ex vivo co-cultures, and AEC apoptosis induction was shown to be strictly dependent on the macrophage PKR/IFNAR/TRAIL axis. The TRAIL receptor DR5 was constitutively expressed on alveolar epithelial cells and upregulated upon IV infection in an IFN-beta-independent way. Bone marrow chimeric mice lacking the involved signalling mediators in resident and lung-recruited AM and mice subjected to alveolar neutralization of IFN-beta and TRAIL displayed reduced alveolar epithelial cell apoptosis and inhibiting TRAIL even an attenuated lung injury during severe IV pneumonia. Together, we demonstrated that macrophage-released type I IFNs, apart from their well-known antiviral properties, contribute to IV-induced AEC damage and lung injury by autocrine induction of the proapoptotic factor TRAIL. Therapeutic targeting of the macrophage IFN-beta-TRAIL axis might therefore represent a promising strategy to attenuate IV-induced acute lung injury.