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The human epithelium represents the interface between the body and the environment. The epithelial cell-derived cytokine milieu has been discussed as a “master switch” in the development of allergic disease. Prebiotics, probiotics or active microbial structures are assumed to not only influence host microbial homeostasis but also directly affect epithelial and immune cells. The aim of this study was to isolate and culture primary nasal epithelial cells (HNECs) from well characterized non-atopic and atopic donors and to subsequently characterize their innate immune receptor repertoire, physical and immunological barrier function and response. Secondly, it should be tested if short-chain galacto- and long chain fructo-oligosaccharides (scGOS/lcFOS) and lactic acid bacteria (LAB) or lactocepin have a direct effect on epithelial cell physical and immunological barrier function and response. A method to isolate and culture HNECs from clinically and immunologically well characterized patients was established and cells derived from atopic or non-atopic donors were compared with respect to their barrier integrity, expression of toll-like receptors (TLRs), inflammasome components as well as immune responses in steady state and after stimulation. Moreover, human primary KCs and HNECs from non-atopic or atopic (eczema) donors were stimulated in different cell culture systems and treated with lactocepin or a specific mixture of non-digestible scGOS/lcFOS and lactic acid bacteria. HNECs showed all characteristics of epithelial cells.Unstimulated HNECs expressed TLR1-6 and 9 while TLR-9 protein expression was lower in cells of atopic donors than in cells of non-atopic donors. Chemokine responses after stimulation were similar between HNECs of atopic and non-atopic donors. However, secretion of IL-18 and IL-33 was elevated under steady state and after stimulation in HNECs of AR donors as compared to controls. Similarly, activation of the inflammasome resulted in higher IL-1ß levels in HNECs of atopics. scGOS/lcFOS, both alone, or in combination with LABs decreased the IFN-?- and TNF-a-induced secretion of pro-inflammatory CXCL-10 and CCL-5 while this effect was only reproducible for CCL-5 in atopic (eczema) donor derived cells. Stimulation with the bacterial endopeptidase lactocepin, significantly decreased the IFN-?- and TNF-a-induced secretion of CXCL-10 and CCL-5 in HNECs and KCs, irrespective of the donor atopy status. CCL-2 levels were only decreased in KCs from non-atopic donors. The combination of scGOS/lcFOS and LAB induced a temporary significant rise in TER in ALI cultures derived from non-atopic donors. Results of this study indicate differences in expression levels of innate immune components and responses in cells derived from atopic donors when compared to non-atopic donors. Thus, different expression patterns of innate immune components may be predisposing factors skewing the development of immune function away from tolerance towards allergy susceptibility. Direct immune-modulatory properties of prebiotics and probiotics were observed but affected by atopy status. Das humane Epithel stellt die Schnittstelle zwischen dem menschlichen Körper und der Umwelt dar. Das von Epithelzellen produzierte Zytokinmilieu wird als sogenannter „Hauptschalter“ in Allergieentwicklung bezeichnet. Es wird vermutet, dass Präbiotika, Probiotika und aktive mikrobielle Strukturen hier Einfluss nehmen können, indem sie einer Dysbiose der Mikrobiota entgegenwirken oder direkten Einfluss auf Epithel- und Immunzellen ausüben. Das erste Ziel der vorliegenden Studie war humane nasale Epithelzellen (HNECs) von charakterisierten nicht-atopischen und atopischen Probanden zu isolieren und zu kultivieren und anschließend deren innates Immunrepertoire, deren physikalische und immunologische Barrierefunktion und -antwort zu charakterisieren. Außerdem wurde untersucht, ob kurzkettige Galakto- und langkettige Fruktooligosaccharide (scGOS/lcFOS) und Milchsäurebakterien oder Laktozepin einen direkten Effekt auf die Immunantwort von Epithelzellen sowie auf deren Barrierefunktion haben können Es wurde eine schnelle und minimalinvasive Isolations- und Expansionsmethode entwickelt und resultierende Zellen nicht-atopischer und atopischer Spender wurden im Hinblick auf deren Barrierefunktion, Expression von Toll-like Rezeptoren und Inflammasomkomponenten sowie deren Immunantwort im Kontrollzustand und nach Stimulation verglichen. Außerdem wurden humane primäre Keratinozyten (KCs) und HNECs von gesunden Spendern sowie Patienten mit Heuschnupfen oder Neurodermitis stimuliert und gleichzeitig mit Laktozepin oder einer speziellen Mischung von scGOS/lcFOS oder behandelt. HNECs zeigten alle Charakteristika epithelialer Zellen. Im unstimulierten Zustand exprimierten HNECs TLR-1 bis -6 und -9 wobei TLR-9 Protein weniger in nicht-atopischen Spendern vorzufinden war. Allgemein zeigte die Stimulation mit TLR Liganden ähnliche Chemokinantworten bei HNECs beider Spendertypen. Unterschiede wurden hingegen bei den Zytokinen IL-18 und IL-33 beobachtet, die sowohl im Kontrollzustand als auch unter Stimulation in Heuschnupfen Spendern erhöht waren. Stimulation des Inflammasoms resultierte außerdem in erhöhten IL-1ß Werten in Heuschnupfen Spendern im Vergleich zu Kontrollen verringert waren. In mit IFN-? und TNF-a vorstimulierten Zellen von nicht-allergischen Spendern konnte die Präsenz von scGOS/lcFOS und deren Kombination mit LABs die Ausschüttung von CXCL-10 und CCL-5 verringern, was in Heuschnupfen und Neurodermitis Spendern nur auf CCL-5 zutraf. Laktozepin verringerte die IFN-?- und TNF-a-induzierte Sekretion von CXCL-10 und CCL5, sowohl in HNECs und KCs von nicht-allergischen und Heuschnupfen oder Neurodermitis Spendern. CCL-2 wurde nur in KCs gesunder Spender reduziert. Die Kombination von scGOS/lcFOS und LAB bewirkte außerdem einen temporären signifikanten TER Anstieg, allerdings nur in HNECs und KCs von nicht-atopischen Spendern. Zusammenfassend weisen die Ergebnisse der hier beschriebenen Studie darauf hin, dass Unterschiede im Expressionslevel von innaten Immunkomponenten aber auch der Immunantwort in Spendern mit Heuschnupfen im Vergleich zu deren Kontrollen bestehen. Unterschiede in der Expression von innaten Immunkomponenten könnten also zu einer Neigung zur Allergieentwicklung führen und durch unterschiedliche Ausbildung des Immunsystems zurück zu führen sein. Präbiotika und Probiotika hatten direkte immunmodulatorische Effekte, die allerdings abhängig vom Atopiestatus ist. |
