Die Wirkung von bakteriellen extrazellulären Vesikeln aus dem Stuhl Neu- und Frühgeborener auf den Phänotyp von T-Zellen und Monozyten

Abstract

Das intestinale Mikrobiom spielt eine wesentliche Rolle bei Gesunderhaltung und Krankheitsentstehung. Es ist bekannt, dass verschiedene perinatale Einflüsse wie der Geburtsmodus oder eine frühe Antibiotikatherapie zu Veränderungen des Darm-Mikrobioms führen, welche wiederum mit der Entstehung von chronischen Erkrankungen wie Asthma oder Adipositas assoziiert sind (Hufnagl et al., 2020). Die Mikroorganismen des Mikrobioms produzieren extrazelluläre Vesikel (BEVs), die immunmodulatorisch wirken können (Díaz-Garrido et al., 2021). Bisher ist nicht untersucht, wie sich BEVs Neugeborener und Frühgeborener aus dem Stuhl in vitro auf Immunzellen auswirken und ob es Unterschiede zur Wirkung von BEVs Erwachsener gibt. In der hier vorliegenden Arbeit wurden Stuhlproben reifer, per Kaiserschnitt entbundener Neugeborene mit einem Gestationsalter >37 Schwangerschaftswochen (SSW) jeweils an den Lebenstagen eins bis vier, sieben bis zehn und in der fünften Lebenswoche oder Stuhlproben Frühgeborener mit einem Gestationsalter von <32 SSW und einem Lebensalter von zehn bis 20 Lebenstagen mit und ohne Antibiotikaexposition in der ersten Lebenswoche gewonnen. Es erfolgte dann eine Extraktion von BEVs aus dem Stuhl mit Hilfe des Polymers ExoQuick-TCÔ. Die gewonnenen BEVs wurden mittels Nanopartikel-Tracking-Analyse quantifiziert und vermessen. Es erfolgte der Nachweis bakterieller Proteine mittels ELISA. Außerdem wurde eine RTqPCR auf wichtigste im menschlichen Mikrobiom vorkommenden Bakterien- Phyla durchgeführt. Als Kontrolle dienten BEVs aus dem Stuhl gesunder Erwachsener. Um die Wirkung der BEVs aus dem Stuhl auf Immunzellen zu untersuchen wurden die isolierten BEVs für 24 h zu frisch isolierten mononukleären Zellen (PBMC) gesunder erwachsener Spender gegeben. Der Phänotyp von Monozyten und T-Zellen ohne und mit BEV-Stimulation wurde daraufhin durchflusszytometrisch analysiert. Bei Monozyten zeigten sich sowohl pro- als auch antiinflammatorische Effekte durch die Stimulation mit BEVs. Die meisten der beobachteten Effekte wurden gleichermaßen durch BEVs Erwachsener und Neugeborener hervorgerufen. Als für BEVs Neugeborener spezifischer Effekt zeigte sich eine Suppression der Expression von TLR4 im Vergleich zur unstimulierten Kontrolle und zu mit BEVs aus dem Stuhl Erwachsener stimulierten PBMC. Außerdem zeigte sich im Vergleich zur Stimulation mit Erwachsenen-BEVs eine fehlende Induktion des coinhibitorischen Moleküls PD-L2 durch BEVs Neugeborener. Auf Seiten der TZellen zeigte sich eine Suppression von pro-inflammatorischen TH1-Zellen und eine Induktion von regulatorischen T-Zellen durch BEVs aller Gruppen. Neugeborenen-spezifische Effekte waren hier nicht zu beobachten. Auch wurden nur sehr geringe Unterschiede in der Wirkung von BEVs aus dem Stuhl Frühgeborener verglichen mit der Wirkung von BEVs von reifen Neugeborenen auf den Immunzell-Phänotyp beobachtet. Eine frühe Antibiotikaexposition hatte in unseren Versuchen keinen Effekt auf die immunologische Wirkung der BEVs. Zusammenfassend konnte mit der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass BEVs aus dem Stuhl immunologisch wirksam sein können. Eine Suppression der Expression von TLR4 durch BEVs aus dem Stuhl Neugeborener könnte ein Mechanismus sein, wie BEVs vor überschießenden Immunreaktionen im Rahmen der Mikrobiometablierung schützen. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um die Bedeutung von BEVs auf die Immunadaptation des Neugeborenen detaillierter zu untersuchen.