Quantitative Veränderungen Dendritischer Zellen in Ganglien der Atemwegsinnervation des Meerschweinchens nach Sensibilisierung und Allergenprovokation

Abstract

Wechselwirkungen zwischen Immun- und Nervensystem sind für die Regulation der Atemwege unter normalen Bedingungen und bei allergischen Entzündungen wie zum Beispiel dem Asthma bronchiale von wesentlicher Bedeutung. Am Beginn der Immunantwort stehen DC, die für die Antigenpräsentation wesentlich sind. DC sind nicht nur für die Reaktion vom Soforttyp, sondern auch für die Spätreaktion, die nach max. 24 Stunden beginnt, mitverantwortlich (Lambrecht et al. 1998). Es ist bekannt, dass DC in enger räumlicher Nähe zu Nervenzellen vorkommen. Aus den Perikaryen sensibler Neurone werden Neuropeptide wie CGRP freigesetzt, die DC anlocken können (Dunzendorfer et al. 2001; Huang et Neher 1996). In der hier vorliegenden Studie wurde untersucht, ob auch in den Atemwegen eine enge Beziehung zwischen DC und Nervensystem besteht und ob DC in den Ganglien der Atemwegsinnervation unter allergisch-entzündlichen Bedingungen ähnlichen Veränderungen unterworfen sind wie die DC der Schleimhaut.Als Modell des Asthma bronchiale dienten gegen Ovalbumin sensibilisierte und einmalig inhalativ Allergen-provozierte Meerschweinchen. An Gefrierschnitten der Lunge und sensibler Vagusganglien wurden die DC mit einem monoklonalen Antikörper gegen den major histocompatibility complex der Klasse II und Nervenzellen mit einem Antiserum gegen protein gene product 9.5 mittels indirekter Immunfluoreszenz dargestellt. Die Zahl der DC wurde in der Schleimhaut, in den lokalen Atemwegsganglien und in den sensiblen Ganglien des Nervus vagus nach intraperitonealer Ovalbumin-Injektion und inhalativer Ovalbumin-Exposition (Versuchsgruppe 1), nach inhalativer Ovalbumin-Exposition ohne vorherige Sensibilisierung (Versuchsgruppe 2) und nach intraperitonealer Ovalbumin-Injektion ohne nachfolgende inhalative Allergenprovokation (Versuchsgruppe 3) bestimmt. Die Allergen-Provokation nach Sensibilisierung führte an diesem Meerschweinchenmodell annähernd zu einer Verdopplung der Anzahl DC pro definiertem Schleimhautareal. In den lokalen Atemwegsganglien wurden erstmals DC mit einer Häufigkeit von circa 0,5 DC pro Nervenzelle beschrieben. Diese Relation verändert sich nach Sensibilisierung oder Sensibilisierung und Allergenprovokation nicht signifikant. Im weiter entfernt unterhalb der Schädelbasis liegenden sensiblen Ganglion des Nervus vagus (Ganglion nodosum) dagegen liegt die relative Zahl der DC mit circa 0,1 pro Nervenzelle niedriger als in den lokalen Atemwegsganglien. Sensibilisierung und inhalative Allergenprovokation führen hier zu einem Anstieg der DC auf Werte von circa 0,3 DC pro Neuron. Der Anstieg der DC in der Mucosa der Atemwege sensibilisierter Tier nach Allergenprovokation entspricht den von anderen Autoren angegebenen Werten (Lawrence et al. 1997). Beim Meerschweinchen war das Vorkommen von DC in sensiblen Ganglien bislang nicht bekannt. Neuroanatomische Tracing-Techniken haben Mitte der 90er Jahre gezeigt, dass beim Meerschweinchen 10 % der Neurone des die Atemwege versorgenden sensiblen Ganglion nodosum nach Sensibilisierung und Allergenprovokation Tachykinine und auch CGRP enthalten. Nach Vehikelbehandlung und Allergenexposition kommen jedoch ebenso wie bei normalen Kontrolltieren in den die Lunge versorgenden Fasern des Ganglion nodosum keine Tachykinine und kein CGRP vor (Kummer et Fischer 1995). Die vermehrte CGRP-Synthese im Ganglion nodosum nach Sensibilisierung und Allergenprovokation mit konsekutiver CGRP-Freisetzung aus dem Perikaryon könnte somit für das vermehrte Vorkommen von DC in Gruppe 1 verantwortlich sein. Bisher gab es keine Informationen über das Vorkommen von DC in lokalen, parasympathischen Ganglien der Atemwege des Meerschweinchens. Hier enthalten die Nervenzellkörper jedoch im Unterschied zum Ganglion nodosum kein CGRP. Zwar kommen auch in den lokalen Atemwegsganglien CGRP-haltige Nervenfasern vor (Kummer 1992), diese entstammen jedoch dem Ganglion jugulare, dessen afferente Atemwegsfasern sich sowohl funktionell als auch anatomisch von den Fasern des Ganglion nodosum unterscheiden (Riccio et al. 1996). Für die Neurone des Ganglion jugulare, deren CGRP-haltige Nervenfasern die peribronchialen Ganglien erreichen, ist eine Aktivierung im Sinne gesteigerter Neuropeptid-Immunreaktivität bei Allergie wie für die Irritanzienrezeptoren des Ganglion nodosum nicht gefunden worden (Kummer et Fischer 1995). Zudem handelt es sich bei der CGRP-Freisetzung aus Nervenendigungen in den peribronchialen Ganglien um einen grundsätzlich anderen Prozess als die Zellkörper-nahe Ausschüttung im Ganglion nodosum (Huang et Neher 1996). Obwohl die funktionelle Bedeutung der DC in den Ganglien der Atemwegsinnervation bisher weitgehend unklar ist, weisen die hier für das Ganglion nodosum beschriebenen quantitativen Veränderungen von DC nach Sensibilisierung und Allergen-Provokation auf eine Verknüpfung im Rahmen des allergischen Entzündungsgeschehen hin. Interactions between the immun- and nervous system are important for the regulation of the airways under normal conditions and for allergic inflammatory diseases like bronchial asthma. DC stand at the beginning of the immune response, they are necessary for presentation of antigens. DC are not only responsible for the direct allergic reaction but also for the late onset reaction that begins after a maximum of 24 hours (Lambrecht et al. 1998). It is well known that DC are located in close spatial relationship to neurons. Sensory neurons release from their perikarya neuropeptides such as CGRP (Huang et Neher 1996) that can attract DC (Dunzendorfer et al. 2001). This study investigates if such a close spatial relationship between DC and nervous system exists for the airways, too, and if DC in ganglia of the airway innervation underly similar changes as mucosal DC in the course of allergic-inflammatory disease. As a model for bronchial asthma we used guinea pigs that were sensitized against ovalbumin and were challenged once with ovalbumin inhalation. Using frozen sections of the lung and sensory ganglia of vagus, DC were labelled by indirect immunohistochemistry with a monoclonal antibody against major histocompatibility complex class II, and neurons with a polyclonal antiserum against protein gene product 9.5. DC were quantified in the bronchial mucosa, in local ganglia of the airways and in sensory ganglia of the vagus nerve (ganglion nodosum) in each experimental group. These groups included: intraperitoneal injection and ovalbumin challenge (experimental group 1), inhalative ovalbumin exposition without sensitisation (group 2), and intraperitoneal ovalbumin injection without challenge (group 3). In this guinea pig model, allergen challenge after sensitisation leads nearly to a doubling of DC number per defined mucosal area. This investigation is the first to identify DC in local airway ganglia with a number of 0.4 DC per neuron. This relation does not change significantly after sensitisation or sensitisation and allergen provocation. In the sensory nodose ganglion, however, that is located in the course of the vagus nerve below the base of the skull, the relative number of DC is less than in local ganglia, accounting to about 0.1 per neuron. In contrast to local airway ganglia, sensitisation and inhalative allergen challenge lead to an increase of DC to a level of about 0.3 DC per neuron in this sensory vagal ganglion. The increase of DC in the bronchial mucosa of sensitised and challenged animals after provocation by allergen is in accord to values reported by other authors (Lawrence et al. 1997). By now, the existence of DC in guinea pig sensory ganglia was unknown. Neuroanatomical tracing techniques have shown in the 90th that, in guinea pig, 10 % of nodose neurons projecting to the airways contain tachykinins as well as CGRP after sensitisation and antigen challenge whereas this peptide is absent in these neurons under control conditions and after allergen exposure following prior vehicle instead of antigen injection (Kummer et Fischer 1995). The increase of CGRP synthesis in the nodose ganglion after sensitisation and provocation with allergen and the following release of CGRP from neuronal perikaryon could be responsible for the increased occurrence of DC in group 1. Until now, there was no report on the occurrence of DC in guinea pig local parasympathetic ganglia of the airways where acetylcholine is the main transmitter. Here, in contrast to the nodose ganglion, neuronal perikarya do not contain CGRP. There are, however, CGRP containing nerve fibres in these local airway ganglia (Kummer 1992), but they originate from the jugular or spinal ganglia whose airway afferents differ functionally anatomically from those of the nodose ganglion (Riccio et al. 1996). An increase in immunoreactivity for neuropeptides during allergic airway inflammation, as seen for the irritant receptors of the nodose ganglion, has not been observed in jugular neurons (Kummer et Fischer 1995). Moreover, CGRP release from nerve endings is an entirely different process compared to the release from cell bodies in the nodose ganglion (Huang et Neher 1996). Whereas the functional meaning of DC in ganglia of airway innervation is still unclear, the quantitative changes in the nodose ganglion after sensitisation and allergen challenge point to their involvement in the allergy-induced alterations that occur in the vagal sensory ganglia.