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Immunprivileg im Auge

Das Auge ist ein ganz besonderes und faszinierendes Organ. Die extrem gute Prognose von HH-Transplantationen zeigt, daß das Auge auch immunologisch einige Besonderheiten aufweist. Die Rate von kornealen Transplantatreaktion liegt in der Literatur bei etwa 10%. In unserer Studie im Rahmen des IZKF sahen wir bei Patienten mit nicht-vaskularisierten Hornhäuten eine Rate von nur etwa 2%.

Im Folgenden möchte ich über regionale Besonderheiten des okulären Immunsystems sprechen. Dazu werde ich das Immunprivileg definieren, die Notwendigkeit eines Immunprivilegs deutlich machen und verschiedene Mechanismen des Immunprivilegs aufzeichnen.

Die erste Beschreibung eines Immunprivilegs stammt von Medawar aus dem Jahre 1948. Er charakterisierte Immunprivileg als das deutlich verlängerte Überleben von in das Auge transplantierten allogenen Zellen im Vergleich zu einer subkutanen Transplantation der selben Zellen.

Vor einigen Jahren konnte gezeigt werden, daß auch allogene Tumorzellen nach einer Injektion in die Vorderkammer des Auges ein deutlich verlängertes Überleben zeigen. Bei Kontrollexperimenten am Schepens Eye Research Institute in Boston sahen wir, daß allogene P815 Tumorzellen nach subkutaner Injektion unter die Haut von BALB/c Mäusen nach etwa einer Woche abgestoßen wurden. Im Gegensatz dazu wuchsen diese Zellen in der Vorderkammer ungehemmt und führten schließlich zum Tod der Tiere durch intrakranielle Ausbreitung.
Natürlich wüschen wir uns nach einer HH-Transplantation ein verlängertes Überleben der transplantierten allogenen Zellen.

Warum aber gibt es diese physiologisch reduzierte Immunantwort im Auge?

Im Auge würde jede Entzündung mit nachfolgender Narbenbildung zu einer Trübung der optischen Achse von Hornhaut, Vorderkammer und Linse und damit zu einer Einschränkung des Sehvermögens führen. Außerdem sind die neuronalen Elemente im Auge nicht regenerationsfähig hier der hintere Augenabschnitt mit Sehnervenkopf, Makula und gesamter Netzhaut. Eine unspezifische Zerstörung von Nachbargewebe bei einer intraokularen Entzündung würde also deletäre Folgen haben. Hier muß ein Kompromiß zwischen Abwehr von Erregern und dem Erhalt der Funktion des Auges gefunden werden.
Ich möchte zwei Beispiel für die spezielle Vulnerabilität okulärer Strukturen zeigen. Die Hornhautrückfläche wird von dem einschichtigen HH-Endothel begrenzt, welches durch seine Pumpfunktion den Wassergehalt der Hornhaut konstant hält und somit eine Quellung des Hornhautstromas verhindert.

Das HH-Endothel, hier eine Endothelmikroskopische Aufnahme, ist unter normalen Umständen nicht regenerationsfähig und bei einer starken Reduktion dieser Zellen kommt zur irreversiblen Eintrübung der Hornhaut. Für den Patienten bedeutet dies eine starke Reduktion der Sehkraft und Schmerzen wegen der starken HH-Quellung.

An der Netzhaut ist eine Entzündung ähnlich zerstörerisch. Es kommt zur Vernarbung der neurosensorischen Netzhaut mit dem Pigmentepithel und der Aderhaut. Bei die Entzündung im Bereich der Fovea, führt das zu einem irreversiblen Verlust der zentralen Sehschärfe.
Ein Immunprivileg wurde bisher hauptsächlich für den vorderen Abschnitt des Auges mit HH und Vorderkammer beschrieben. Bei Untersuchungen im Labor von Dr. Streilein am Schepens Eye Research Institute in Boston konnten wir aber zeigen, daß sich auch im hinteren Augenabschnitt mit Glaskörperraum und Netzhaut ein Immunprivileg findet.

Mein besonderes Interesse gilt dem subretinalen Raum zwischen neurosensorischer Netzhaut - hier bei der Maus- mit seinen unterschiedlichen Schichten und dem retinalen Pigmentepithel. Der subretinale Raum ist ein potentieller Spaltraum der sich zum Beispiel bei einer Netzhautablösung wieder öffnet. Dies ist der Raum der Retinatransplantate aufnehmen soll und deshalb unsere besondere Aufmerksamkeit genießt. Mit Hilfe mikrochirurgischer Techniken lassen sich Proteine oder Zellen, hier P815 Tumorzellen in diesen Raum injizieren. Auf diesen Teil meiner Untersuchungen werde ich heute aber nicht gezielt eingehen.

Welche Charakteristika zeigt nun das Immunprivileg um das Auge vor einer Entzündung und deren Folgen zu schützen?

Medawar sah als Hauptgrund für das Immunprivileg im Auge die praktisch fehlende Lymphdrainage an. Antigene verlassen das Auge hauptsächlich durch das Trabekelwerk direkt in das Blutsystem und erreichen als erstes Lymphorgan die Milz. Damalige Versuche hatten gezeigt, daß bei Entfernung der drainierenden Lymphknoten an der Haut eine subkutane Antigeninjektion nicht zu einer Immunisierung führt. Man folgerte daß Antigen im Auge sequestriert werden und das Immunsystem nicht erreichen.
Zusätzlich gibt es im Auge nur sehr wenige antigenpräsentierenden Zellen die Antigen aufnehmen und dem Immunsystem darbieten könnten. Im zentralen Hornhautepithel zum Beispiel fehlen Langerhanszellen vollständig, die im Epithel von Haut oder Bindehaut in großer Anzahl vorhanden sind. Wichtig für das spezielle Milieu im Auge sind natürlich auch die Blut-Augen-Schranken welche das Auge vom Rest des Körpers separieren. Im vorderen Abschnitt des Auges sind die iridalen Gefäße ungefenstert und erlauben keine Austritt von Plasmaproteinen. Im Ziliarkörper finden sich gefensterte Kapillaren aber die tight junctions im nicht-pigmentierten Ziliarepithel dienen als Barriere.

Im hinteren Augenabschnitt gibt es im Prinzip die selbe Aufteilung. Die retinalen Kapillaren sind ungefenstert. Die choroidalen sind gefenstert und die Verhoefsche Membran des retinalen Pigmentepithels bildet die äußere Blut-Retina-Schranke. Im Gegensatz zu früheren Anschauungen spielen im Auge außer den genannten passiven Mechanismen aber noch andere aktive Mechanismen eine Rolle bei der Aufrechterhaltung des Immunprivilegs.

Wenn man wie im ersten geschilderten Versuch P815 Zellen in BALB/c Mäuse injizierte, kann man nach 14 Tagen bestrahlte P815 Zellen in das Ohrläppchen injizieren und anhand der Ohrschwellung die verspätete Überempfindlichkeitsreaktion gegen P815 Antigene messen. Nach einer Erstinjektion unter die Haut kommt es erwartungsgemäß zu einer massiven Schwellung. Nach Injektion in die Vorderkammer oder den subretinalen Raum zeigt sich eine signifikante Suppression der verspäteten Überempfindlichkeitsreaktion. Als Negativkontrolle wurde P815 in das Ohrläppchen von naiven BALB/c Mäusen injizierte.

Diese Unterdrückung der Antigen spezifischen verspäteten Überempfindlichkeitsreaktion läßt sich auch auf naive Tiere übertragen. Dazu werden eine Woche nach der Injektion von P815 Zellen Splenozyten der Tiere gewonnen und in naive Tiere injizierte. Unmittelbar danach erfolgt eine subkutane Immunisierung mit P815 Zellen. Eine solche Immunisierung führt normalerweise zu einer starken verspäteten Überempfindlichkeitsreaktion nach Injektion von P815 Zellen in das Ohrläppchen. Bei den Mäusen, die Milzzellen von Tieren nach intraokulärer Injektion erhalten haben findet sich dagegen eine signifikante Suppression der verspäteten Überempfindlichkeitsreaktion. Eine Injektion von Antigenen in das Auge führt also zu einer aktiven Veränderung der systemischen Immunantwort.
Diese veränderte Immunreaktion wurde von Dr. Streilein's Arbeitsgruppe als ACAID bezeichnet.

Anhand einer Skizze möchte ich die unterschiedlichen Mechanismen der afferente Phase der Immunantwort im Auge beschreiben. Im Tierversuch konnte gezeigt werden, daß eine Antigeninjektion in die Vorderkammer des Auges zu einer Aktivierung von ortsständigen antigenpräsentierenden Zellen führt. Unter dem Einfluß von Kammerwasser, besonders dem Faktor TGF-ß2 erhalten diese Zellen besondere Fähigkeiten. Antigenpräsentierende Zellen mit den selben Eigenschaften lassen sich unter dem Einfluß von Kammerwasser oder TGF-beta auch im Reagenzglas erzeugen. Wenn diese Zellen über den Blutkreislauf in die Milz dem drainierenden Lymphorgan des Auges gelangen kommt es zu einer Aktivierung von T Zellen. Im Gegensatz zu einer typischen Immunreaktion werden T Zellen expandiert, die spezifisch die verspätete Überempfindlichkeitsreaktion unterdrücken, B-Zellen werden zu Produktion von nicht Komplement-bindenden Antikörpern angeregt und cytotoxische T Zellen expandieren. Auch das Zytokinmuster dieser Reaktion ähnelt einer Th2 Reaktion. Zusätzlich zu diesen Veränderungen der Induktion einer Immunantwort, gibt es auch in der Effektor-Phase spezifische Besonderheiten.

Die Blut-Augen-Schranken als Barrieren hemmen zuallererst den Eintritt von Immuneffektoren. Die produzierten Vorläufer cytotoxischen T Zellen werden im Auge nicht aktiviert und können ihr Wirkung nicht entfalten. Kammerwasser hemmt zusätzlich die Proliferation und die Aktivierung von Makrophagen und Lymphozyten und die Aktivierung von Komplement im Auge.
Im Auge findet sich eine hohe Expression von FAS-ligand welche bei FAS exprimierenden Lymphozyten zu einer Apoptose führen.
Das Zusammenspiel der genannten Faktoren und zahlreicher anderer bekannter und noch nicht bekannter Faktoren, ermöglicht das spezielle Immunprivileg im Auge und damit das hervorragende Überleben von Hornhauttransplantaten.
Im Tierversuch konnte gezeigt werden, daß eine Aufhebung des Immunprivilegs im Auge zu einer deutlich verkürzten Überlebenszeit kornealer Transplantate führt.
Als klinisches Beispiel für den Kompromiß zwischen Infektabwehr und Erhalt der okulären Funktion noch ein paar Worte zur Herpes Infektion der Hornhaut.

Herpes simplex Infektionen der Hornhaut zeigen verschiedene Mechanismen kornealer Schädigung. Viren führen meist zu einer epithelialen Entzündung, gelegentlich aber auch zu HH-Trübungen und einer Persistenz des Virus im Auge. Zusätzlich kann es zu ausgeprägten disziformen stromalen Narben kommen, welche durch die immunologische Reaktion gegen Viruspartikel ausgelöst sind. Studien von Prof. Holbach aus unserem Hause konnten zeigen, daß im Gegensatz zu leichten HH-Trübungen in reich vaskularisierten dichten Narben keine viralen Partikel mehr nachweisbar sind, was auf die immunologische Genese der Veränderungen hinweist. Im Tierversuch konnte gezeigt werden, daß nur Tiere mit systemischer verspäteter Überempfindlichkeitsreaktion gegen HSV eine stromale Narbe mit Trübung der optischen Achse nach Injektion des Virus in die HH zeigen.

Zusammenfassend besitzt das Auge Charakteristika eines Immunprivilegierten Organs. Transplantierte allogenen Zellen und Tumorzellen zeigen ein deutlich verlängertes Überleben und die Beeinflussung des Immunsystems geschieht auf lokaler sowie auf systemischer Ebene. Ein Immunprivileg besteht für verschiedene Kompartemente des Auges wie die Vorderkammer oder den subretinalen Raum.
Das erste Lymphorgan des Auges ist die Milz in der die veränderte Immunreaktion in Gang gesetzt wird.
Eine weitere Charakterisierung des okulären Immunprivilegs könnte helfen Schutzmechanismen gegen überschießende immunologische Reaktion zu entwickeln und zum Beispiel das Überleben von Organtransplantaten an anderen Stellen des Körpers zu verlängern. Dies gilt besonders, da das Auge in der Lage ist immunprivilegierte Eigenschaften auf einzelne okuläre Strukturen aber auch auf in das Auge injizierte Zellen zu übertragen. Zum Abschluß möchte ich mich in erster Linie bei meinem Mentor Prof. Dr. Naumann bedanken, der mir die Möglichkeit gab Untersuchungen zum okulären Immunprivileg durchzuführen. Des weiteren gilt mein Dank Prof. Streilein von der Harvard Universität in Boston bei dem ich meine eigenen Versuche durchführte und seinen gesamten Mitarbeitern, besonders Prof. Ksander, Dr. Chen und Dr. Young.

Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit.