Schrittmacherfunktion zirkulierender Monozyten für die inflammatorische Rekrutierung polymorph-kerniger neutrophiler Granulozyten in die Lunge

Abstract

Charakteristikum der akuten pulmonalen Inflammation ist die frühe massive Rekrutierung neutrophiler Granulozyten in das alveoläre Kompartiment, welche regelhaft gefolgt wird von einer verzögerten alveolären Monozytenrekrutierung. Untersuchungen der vergangenen Jahre konnten zeigen, dass es bei der schweren Verlaufsform der akuten pulmonalen Inflammation, klinisch repräsentiert durch das septische akute Atemnotsyndrom (ARDS), neben einer frühen Neutrophilenrekrutierung zu einer massiven, verzögerten alveolären Monozytenrekrutierung mit konsekutiver Expansion des residenten Alveolarmakrophagen-Pools kommt. Gesteigerte Monozytenrekrutierung in die Lungen von ARDS-Patienten korreliert mit einer massiv gesteigerten alveoläre Liberierung des Monozyten-rekrutierenden Chemokins CCL2 (MCP1) und mit dem lung-injury-score .Diese Daten deuteten auf eine proinflammatorische Steuerfunktion alveolär rekrutierterMonozyten in der akuten pulmonalen Inflammation hin. In der vorliegenden Arbeitwurde gezielt die Rolle zirkulierender Monozyten und residenterAleveolarmakrophagen in einem Mausmodell der akuten pulmonalen Inflammationuntersucht. Sowohl Wildtypmäusen als auch CCR2-defizienten Mäusen, sowieWildtypmäusen und CCR2-defizienten Mäuse nach letaler Bestrahlung und reziprokerKnochenmarktransplantation (sogenannte chimäre Wildtypmäuse bzw chimäre CCR2-defiziente Mäuse) wurde intratracheal CCL2 in Anwesenheit bzw Abwesenheit von E.coli Endotoxin appliziert. Die Analyse des alveolären Leukozytenrekrutierungsmustersin den verschiedenen Behandlungsgruppen zeigte, dass die CCR2-Expressionzirkulierender Blutmonozyten eine essentielle Voraussetztung für die alveoläreMonozytenrekrutierung sowohl unter nicht-entzündlichen Bedingungen (alleinigeCCL2-Applikation), wie auch unter akut entzündlichen Bedingungen (CCL2 plus LPSApplikation)ist. Demzufolge zeigten CCR2-defiziente Mäuse gegenüberWildtypmäusen eine vollständig attenuierte alveoläre Monozytenrekrutierung unternicht entzündlichen und akut entzündlichen Bedingungen. Diese Schlussfolgerungkonnte maßgeblich durch die Verwendung chimärer Wildtypmäuse bzw chimärerCCR2-defizienter Mäuse erhärtet werden. Chimäre Wildtypmäuse zeigten nachRekonstitution mit CCR2-defizientem Knochenmark gegenüber Wildtypmäusen einenahezu vollständig attenuierte alveoläre Monozytenrekrutierung unter nichtentzündlichenwie auch unter akut-entzündlichen Bedingungen. Demgegenüber zeigtenchimäre CCR2-defiziente Mäuse, welche nach letaler Bestrahlung mitWildtypknochenmark rekonstituiert wurden, eine mit Wildtypmäusen vergleichbarausgeprägte alveoläre Monozytenrekrutierung. Interessanterweise war sowohl in CCR2-defizienten Mäusen als auch in chimären Wildtypmäusen mit CCR2-defizientemhämatopoetischen System neben der erwarteten Attenuierung der alveolärenMonozytenrekrutierung auch eine hochsignifikante Reduktion der alveolärenNeutrophilenrekrutierung zu beobachten, obwohl zirkulierende und alveolär rekrutierteneutrophile Granulozyten kein CCR2 exprimierten. Diese Daten weisen auf eineInterdependenz der alveolären Neutrophilen- und Monozytenrekrutierung im Kontextpulmonaler Inflammation hin. Weiterführende Experimente mit CCR2-defizientenMäusen, welche mit gemischten Knochenmarktransplantationen rekonstituiert wurden(50:50 bzw 75:25 CCR2-defziente versus Wildtyp-Knochenmarkstammzellen) konntenklar belegen, dass die Rekonstitution des hämatopoetischen Systems CCR2-defizienterMäuse mit lediglich 25% Wildtyp-Knochenmarkzellen ausreichend war, um die inCCR2-defizienten Mäusen vollständig attenuierte alveoläre Neutrophilenrekrutierungnach CCL2 plus LPS-Applikation auf das in Wildtypmäusen beobachtete Ausmaß deralveolären Neutrophilenrekrutierung zu revertieren. Parallel hierzu konnte gezeigtwerden, dass die alveoläre Monozytenrekrutierung nach CCL2 plus LPS-Applikationproportional mit dem Anteil CCR2-positiver Zellen im hämatopoetischen System vonCCR2-defizienten Mäusen nach Rekonstitution mit gemischten Knochenmarkzellenanstieg. Schließlich bestätigten Untersuchungen mit CCR2-defizienten Mäusen, welcheeine Transfusion von hochaufgereinigten Wildtyp-mononukleären Zellen erhielten, dieRolle zirkulierender CCR2-exprimierender Zellen für die alveoläreNeutrophilenrekrutierung nach CCL2 plus LPS-Applikation: die Transfusionmononukleärer Zellen von Wildtypmäusen in CCR2-defiziente Mäuse war ausreichend,um die alveoläre Neutrophilenrekrutierung nach CCL2 plus LPS-Applikation, welche inCCR2-defizienten Mäusen per se vollständig fehlt, auf das in Wildtypmäusenbeobachtete Niveau zu steigern. Aus diesen Daten kann klar abgeleitet werden, dassCCR2-positive Zellen der mononukleären Zellfraktion des peripheren Blutes einewichtige Regulatorfunktion für die alveoläre Neutrophilenrekrutierung in der akutenpulmonalen Inflammation der Maus haben. Demgegenüber konnte residentenAlveolarmakrophagen keine über CCR2 vermittelte Funktion in der Regulation deralveolären Neutrophilenrekrutierung zugeordnet werden. Da die ebenfalls in dermononukleären Zellfraktion enthaltenen Lymphozyten kaum CCR2 exprimieren undnach CCL2/LPS-Gabe nicht alveolär rekrutiert werden, erscheint es wahrscheinlich,dass CCR2-positive zirkulierende Blutmonozyten das Ausmaß der alveolärenNeutrophilenrekrutierung in der akuten pulmonalen Inflammation der Maus aktivregulieren. Weiterführende Untersuchungen sind erforderlich, um die molekularenMechanismen zu klären, welche diese Regulatorfunktion zirkulierender Blutmonozytenfür den alveolären Leukozytenverkehr vermitteln. Local tissue inflammatory responses to microbial challenge are characterized by early neutrophil attraction and subsequent prolonged monocyte accumulation. Although chemokine release and cell surface display of complementary leukocyte and endothelial/epithelial adhesion molecules are centrally involved in these processes, the underlying mechanisms that shape the kinetics and extent of neutrophil and monocyte recruitment is unclear. In recent investigations, in which a mouse model of acute lung inflammation provoked by intratracheal application of combined LPS and CCL2 was used to mimic elevated intra-alveolar levels of CCL2 observed in septic adult respiratory distress syndrome patients, the successive waves of early alveolar neutrophil and delayed alveolar monocyte recruitment were resolved in detail. It was not surprising that induced monocyte recruitment to the lungs would be blocked by treatment with Abs against CCR2, the major receptor for the potent monocyte chemoattractant CCL2, or in mice deficient in CCR2. However, it was completely unexpected that the accumulation of neutrophils, which do not express CCR2, is depended on the activity of CCR2. To define the CCR2-bearing cells that promote the neutrophil accumulation in mouse lungs challanged by CCL2 and LPS, bone marrow transplantation and adoptive transfer of mononuclear cells was used to generate chimeric mice with disparate expression of CCR2 on circulating cells versus sessile lung cells. The ability to distinguish between CCR2-bearing monocytes and alveolar macrophages allowed to assemble additional evidence that blood-borne monocytes are the facilitators of neutrophil recruitment in this model of inflammation. The strong synergistic contribution of monocytes to the burst of neutrophil emigration broadens the scope of cellular communication that underlies pulmonary inflammatory responses and has implications for anti-inflammatory therapeutic strategies aimed at interfering with the CCL2-CCR2 axis.