Open Access

Franziska Gisela Thiel

• Die Pankreatitis ist gekennzeichnet durch den Selbstverdau des Organs. Dabei werden pankreatische Proteasen aktiviert und es entstehen lokale Entzündungsherde. Diese aktivieren die Immunantwort durch Ausschüttung pro- inflammatorischer Mediatoren und der Rekrutierung von Immunzellen in das geschädigte Gewebe. Als erste Schutzinstanz reagiert das angeborene Immunsystem inklusive der Neutrophilen, Granulozyten und Makrophagen. Es ist bekannt, dass diese Immunzellen Mustererkennungsrezeptoren nutzen, um die Infektion zu erkennen. Zu diesen gehören die Toll-like Rezeptoren, welche u.a. über den MyD88/IRAK Signalweg den Transkriptionsfaktor NF-κB aktivieren können. In dieser Signalkaskade existiert ein negativer Feedback Regulator IRAK-M, auch bekannt als IRAK-3. Dieser ist in der Lage die Signalweiterleitung zu inhibieren. In dieser Arbeit wurde untersucht ob und inwieweit IRAK-M Einfluss auf den Verlauf einer experimentell induzierten Pankreatitis in Mäusen hat. Bisherige Studien zeigten die Expression von IRAK-M in verschiedenen Zelltypen und Geweben, jedoch nicht im Pankreas sowie den Azinuszellen. In dieser Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass IRAK-M in Pankreasgewebe sowie isolierten Azini von C57BL/6 Mäusen exprimiert wird. Die Stimulation von isolierten C57BL/6-Azinuszellen mit CCK hatte eine Expressionserhöhung von IRAK-M zur Folge. Es konnte zudem gezeigt werden, dass Toll-like Rezeptoren (TLR), insbesondere 2, 3, 4 und 9, in bzw. auf Azini exprimiert werden. Die TLR1, 2, 3, 7 und 9 zeigten ein höheres Expressionslevel in den Azinuszellen der defizienten Tiere. Die Caerulein induzierte akute Pankreatitis zeigte einen milderen Verlauf in Bezug auf die Schweregradmarker Amylase und Lipase im Serum der IRAK-M -/- Tiere sowie einen geringen lokalen pankreatischen Schaden. Die Entzündungsreaktion erhöhte die MPO-Aktivität in der Lunge der defizienten Tiere. Zudem zeigten die Tiere eine erhöhte T-Zellaktivierung und Sekretion pro-inflammatorischer Zytokine wie TNFα und IL12 sowie des anti-inflammatorischen Zytokins IL10. Tendenziell wanderten mehr Neutrophile, M1- sowie M2- Makrophagen in das Pankreasgewebe während der Entzündung. Der Transkriptionsfaktor NF-κB konnte nach 8h akuter Pankreatitis, transloziert im Zellerkern, vermehrt in den IRAK-M defizienten Tieren nachgewiesen werden. Die Untersuchung von IRAK-M -/- BMDM zeigte, dass das Zytokin Milieu zur Differenzierung des M1 -Phänotyps dominierend war. Zudem lag eine verstärkte Phagozytose vor und die Makrophagen wiesen eine verstärkte Sekretion und Expression von TNFα, IL6, IL10 und IL12 auf. Nach 3d schwerer akuter Pankreatitis (SAP) wurde eine höhere Konzentration an Serumlipase sowie ein stärkerer pankreatischer Schaden beobachtet. Die MPO-Aktivität in der Lunge der defizienten Tiere war vermindert. Dennoch konnten vermehrt pro-inflammatorische Zytokine wie TNFα, IL6, IL12 und MCP1 im Serum gemessen werden. Die T-Zellen der defizienten Tiere zeigten zudem eine erhöhte Aktivierung. Die Visualisierung von infiltrierten Zellen im Pankreas zeigte keine Unterschiede. Der Vergleich der beiden experimentellen Pankreatitis-Modelle zeigte, dass die Caerulein induzierte Pankreatitis bei den IRAK-M -/- Tieren zu einer lokal begrenzten Entzündung im Pankreas führte. Wohingegen die Pankreatitis nach Gangligatur einen deutlich stärkeren Schaden aufwies und in einer signifikant erhöhten Zytokinsekretion resultierte. Der Vergleich von IL6 zeigte, dass die defizienten Tieren das 14-fache ins Serum sekretieren nach SAP, während die Kontrolltiere nur einen Anstieg um das 4,5- fache zeigten. Somit lässt sich zusammenfassen, dass eine kontrollierte und in Maßen ablaufende Immunantwort protektiv bzw. förderlich für den Krankheitsverlauf ist. Andererseits kann eine überschießende Immunantwort zu systemischen Komplikationen sowie Multiorganversagen führen. IRAK-M nimmt dabei eine regulierende Rolle ein und verhindert u.a., dass die Immunreaktion überschießt.
• Acute pancreatitis is characterized by premature intracellular activation of digestive enzymes which leads to cell death of acinar cells and a systemic inflammation. Therefore, pro-inflammatory mediators are released and immune cells infiltrate the damaged tissue. These immune cells, including neutrophils, granulocytes and macrophages reacts as the first protective instance. The cells recognize the infection by using pattern recognition receptors. One kind of these receptors are the toll-like receptors, which can activate the transcription factor NF-κB via the MyD88 /IRAK signal pathway. The signal pathway also includes the negative feedback regulator IRAK-M, also known as IRAK-3. The regulator inhibits the signal transduction downstream. We want to investigate whether IRAK-M has an influence during experimental induced pancreatitis in mice. Previous studies showed the expression of IRAK-M in different cell types and tissues, but not in pancreas nor acinar cells. The expression of IRAK-M in pancreatic tissue and isolated acini from C57BL/6 mice was observed. The stimulation of isolated C57BL/6 acinar cells with CCK led to an increase in IRAK-M expression. IRAK-M is regulated by different receptors, for instance toll- like receptors. Acinar cells showed expression of the toll-like receptors (TLR) 2, 3, 4 and 9. TLR1, 2, 3, 7 and 9 showed a higher expression level in acinar cells of the deficient animals. The caerulein-induced acute pancreatitis led to a milder progress of the disease. The severity marker amylase and lipase were decreased in the deficient animals. The histology showed a minor local pancreatic damage. During the inflammation the MPO activity increased in the lungs of the deficient animals. In addition, the IRAK-M-/- showed an increased T-cell activation. The secretion of pro-inflammatory cytokines such as TNFα and IL12 as well as the anti-inflammatory cytokine IL10 was increased. The IRAK-M-/- animals tended to have more migrated neutrophils, M1 and M2 macrophages in the pancreatic tissue during inflammation. The transcription factor NF-κB was increased in the cell nucleus in the deficient animals after 8 hours of inflammation. The investigation of bone marrow derived macrophages (BMDM) from IRAK-M-/- showed an increased phagocytosis and cytokine release of TNFα, IL6, IL10 and IL12. The severe acute pancreatitis (SAP) model induced by partial duct ligation (PDL) showed a higher concentration of serum lipase and major pancreatic damage after 3d. The MPO activity in lungs was reduced in the deficient animals. The cytokines TNFα, IL12 as well as IL6 and MCP1 were increased in the serum. The T- cell activation was increased in the deficient animals after 3d of disease. Visualization of infiltrated immune cells showed no differences in the pancreas. The comparison of the two experimental pancreatitis models showed that caerulein-induced pancreatitis in the IRAK-M -/- animals leads to a localized inflammation in the pancreas. In contrast, pancreatitis after duct ligation showed significantly more damage and resulted in significantly increased cytokine secretion. The comparison of IL6 between the two pancreatic models showed, a much higher serum concentration of the cytokine after SAP in the deficient animals. Summarized, on one hand a controlled and moderate immune response is protective or beneficial for the progress of the disease. On the other hand, an excessive immune response can lead to systemic complications and multiple organ failure. IRAK-M acts as a regulator and can prevent that the immune reaction to become excessive.