Die Rolle von Adhäsionsmolekülen (AMs) bei der Pathogenese der primär sklerosierenden Cholangitis - Analyse mithilfe von experimentellen Cholangitismodellen in der Maus

Seeger, Agnes; Wagner, Norbert; Blank, Lars M.; Fyta, Maria

doi:HT031513154

Die Rolle von Adhäsionsmolekülen (AMs) bei der Pathogenese der primär sklerosierenden Cholangitis - Analyse mithilfe von experimentellen Cholangitismodellen in der Maus = The role of adhesion molecules (Ams) in the pathogenesis of primary sclerosing cholangitis - analysis using experimental cholangitis models in mice

Seeger, Agnes^RWTH*

2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Agnes Seeger, M. Sc.

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2026

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, RWTH Aachen University, 2026

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Blank, Lars M. (Thesis advisor)^RWTH* ; Wagner, Norbert (Thesis advisor)^RWTH* ; Fyta, Maria (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2026-06-16

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-06049
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1037443/files/1037443.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
3,5-Diethoxycarbonyl-1,4-dihydrocollidin (DDC) (frei) ; Darm-Leber-Achse (frei) ; Mikrobiota-Dysbiose (frei) ; Zellmigration (frei) ; primär sklerosierende Cholangitis (PSC) (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Die primär sklerosierende Cholangitis (PSC) ist eine chronisch fortschreitende Erkrankung der intra- und extrahepatischen Gallengänge, die zu Leberzirrhosen, portaler Hypertension, Leberinsuffizienz und in etwa 1/3 der Patienten zu einem Cholangiokarzinom führt. Eine wirksame medikamentöse Behandlung der PSC ist bisher nicht möglich, so dass es als einzige kurative Therapie letztlich nur die Lebertransplantation gibt.Die Pathogenese der PSC ist noch unklar, aber die enge Assoziation der PSC mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) legt nahe, dass sowohl Leber als auch Darm an der Krankheitsentstehung beteiligt sind. Da PSC-Patienten eine erhöhte Expression von MAdCAM-1 (engl. Mucosal addressin cell adhesion molecule-1) auf dem hepatischen Sinusoidalendothel aufweisen, welches unter homöostatischen Bedingungen fast ausschließlich im Darm exprimiert wird, ist eine Hypothese, dass die PSC durch eine fehlgeleitete Migration von Immunzellen verursacht wird.Ziel dieser Studie war es herauszufinden, ob die Leukozytenadhäsionsmoleküle β7-Integrin und L-Selektin, beides Bindungspartner von MAdCAM-1, an der Pathogenese der PSC beteiligt sind. Hierfür wurden die Auswirkungen des Fehlens dieser Adhäsionsmoleküle in zwei experimentellen Mausmodellen untersucht, die Aspekte der humanen PSC widerspiegeln, dem Mausmodell der DDC-induzierten Cholangiopathie und dem genetischen Cholangiopathie-Modell der Mdr2-defizienten Maus. Das Ausmaß der Pathologie wurde anhand von Serumparametern, Histologie, Durchflusszytometrie und der Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion für die Expression von Entzündungsmediatoren quantifiziert. Zusätzlich wurden Zelltransferexperimente durchgeführt, um die Bedeutung von β7+/+ CD8+ T-Zellen für die Pathogenese der Cholangiopathie zu bewerten. Außerdem wurden Veränderungen der fäkalen Mikrobiota mittels 16S rRNA-Amplikon-Sequenzierung und die intestinale Permeabilität mittels FITC-Dextran-Assay gemessen.Im Modell der DDC-induzierten Cholangiopathie zeigten Adhäsionsmolekül-defiziente Mäuse eine deutlich geringere Krankheitsausprägung. Die Verbesserung der Pathologie spiegelte sich in verringerten Cholestaseparametern (Bilirubin und alkalischen Phosphatase), einer verringerten Fibrose (reduzierte Siriusrot-positive Fläche auf Leberschnitten) und einer verminderten Produktion von proinflammatorischen und profibrotischen Genen wider. Obwohl die CD8⁺ T-Zell-Infiltration in die Leber von β7-Integrin-defizienten Tieren sogar höher war als im Wildtyp, verursachte der adoptive Transfer von β7-/- CD8⁺ T-Zellen bei DDC-behandelten β7-Integrin-defizienten Mäusen einen signifikant geringeren Leberschaden als der Transfer von β7+/+ CD8⁺ T-Zellen. Dies verdeutlicht die krankheitsfördernde Rolle funktioneller β7+/+ CD8⁺ T-Zellen und zeigt zugleich, dass die in β7-Integrin-defizienten Tieren vermehrt vorhandenen CD8⁺ T-Zellen offenbar nicht mehr funktionell zur Krankheitsprogression beitragen können. Die DDC-Fütterung führte außerdem zu einem starken Anstieg der intestinalen Permeabilität, die bei β7-Integrin-defizienten Mäusen signifikant geringer war als bei Wildtyptieren und zu erheblichen Veränderungen der fäkalen Mikrobiota-Profile, die sich zwischen den Mäusestämmen signifikant unterschieden. Bei der Etablierung und Charakterisierung des Mdr2-Mausmodells zeigte sich, dass die Cholangiopathie bei Weibchen erheblich stärker ausgeprägt war als bei Männchen. Dieses manifestierte sich in erhöhten Serumwerten der alkalischen Phosphatase, Alanin-Aminotransferase und Aspartat-Aminotransferase, einer verstärkten Leberfibrose sowie einer erhöhten Expression von proinflammatorischen Mediatoren wie Tumornekrosefaktor-alpha (Tnf-α) und Plasminogen-Aktivator-Inhibitor-1 (Pai-1) bei weiblichen Tieren. Aus diesem Grund wurden die aus weiblichen und männlichen Tieren gewonnenen Ergebnisse getrennt bewertet. Mit zunehmendem Alter kam es bei allen Mdr2-defizienten Tieren zu einer Zunahme des Körper- und Lebergewichts und des Leber-zu-Körpergewicht-Verhältnisses, während die Serumparameter einen hyperbolischen Verlauf aufwiesen. Mdr2-defiziente Mäuse mit zusätzlicher β7-Integrin-Defizienz zeigten insgesamt ein abgeschwächtes Krankheitsbild, welches sich in einer Reduktion der Serumparameter, einer verminderten Fibrose (reduzierte Siriusrot und „alpha-smooth muscle actin" (α-SMA) gefärbte Fläche) sowie einer reduzierten duktulären Reaktion (weniger Cytokeratin 19 (CK19) Färbung) manifestierte. Zudem war die Genexpression proinflammatorischer und profibrotischer Marker wie Tnf-α, dem transformierenden Wachstumsfaktor beta (Tgf-β), den Gewebeinhibitoren der Metalloproteinasen Typ 1 (Timp1) und der Adhäsionsmoleküle interzelluläres Zelladhäsionsmolekül 1 (engl. intracellular cell adhesion molecule 1 [Icam-1]) und des vaskuläre Zelladhäsionsmolekül 1 (engl. vascular cell adhesion molecule 1 [Vcam-1]) im Lebergewebe der Mdr2/β7-Integrin doppelt-defizienten Tiere im Vergleich zu den Mdr2-defizienten Kontrollen verringert. Während es keine offensichtlichen Unterschiede in der in die Leber eingewanderten Menge von CD4+ T-Zellen gab, war die Menge von CD8+ T-Zellen in männlichen Mdr2 / β7-Integrin doppelt defizienten Tieren etwas erhöht. Außerdem ließ sich insgesamt eine signifikante Reduktion von plasmazytoiden dendritischen Zellen und Monozyten im Lebergewebe von Mdr2-defizienten Mäusen mit zusätzlicher β7-Integrin-Defizienz beobachten, was mit einer verminderten Expression des Chemokins „monocyte chemoattractant protein-1“ (Mcp-1) einherging. Insgesamt weist diese Studie in zwei Mausmodellen eine Beteiligung von Adhäsionsmolekülen an PSC-ähnlichen Cholangiopathien nach. β7-Integrin und L-Selektin fördern die DDC-induzierte Cholangiopathie und es konnte hier gezeigt werden, dass β7+/+ CD8+ T-Zellen eine entscheidende Rolle spielen. β7-Integrin ist auch an der Pathogenese im Modell der Mdr2-defizienten Maus beteiligt. Hier wird die krankheitsfördernde Rolle allerdings nicht über die hepatische Immigration β7+/+ CD8+ T-Zellen, sondern über andere Mechanismen gefördert. Hierbei könnte es sich z.B. um die Einwanderung inflammatorischer Monozyten handeln, was in Folgeexperimenten bestätigt werden sollte. Darüber hinaus ist es möglich, dass Adhäsionsmolekül-abhängige Interaktionen von Immunzellen, die im DDC-Modell beobachteten ungünstigen Mikrobiota-Verschiebungen und eine Destabilisierung der Darmbarriere, ebenfalls PSC-ähnliche Entzündungsprozesse fördern. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen somit zu einem besseren Verständnis des Beitrags von Adhäsionsmolekülen an der PSC, einer inflammatorischen Erkrankung innerhalb der Darm-Leber-Achse, bei und sollten in künftigen Forschungsprojekten weiter untersucht werden.

Primary sclerosing cholangitis (PSC) is a chronic progressive disease of the intra- and extrahepatic bile ducts that leads to biliary cirrhosis, portal hypertension, liver failure and, in 1/3 of patients, cholangiocarcinoma. Drug treatment of PSC is not yet possible, so that ultimately the only curative therapy is liver transplantation.The pathogenesis of PSC is still unclear, but the close association of PSC with chronic inflammatory bowel disease (IBD) suggests that both the liver and the intestine are involved in the development of the disease. Since PSC patients show increased expression of MAdCAM-1 (mucosal addressin cell adhesion molecule-1) on the hepatic sinusoidal endothelium, which is almost exclusively expressed in the intestine under homeostatic conditions, one hypothesis is that PSC is caused by misdirected migration of immune cells.The aim of this study was to determine whether the leukocyte adhesion molecules β7-integrin and L-selectin, both binding partners of MAdCAM-1, are involved in the pathogenesis of PSC. Here, the effects of the absence of these adhesion molecules were investigated in two experimental mouse models reflecting aspects of human PSC, the mouse model of DDC-induced cholangiopathy and the genetic cholangiopathy model of the Mdr2-deficient mouse. The extent of pathology was quantified using serum parameters, histology, flow cytometry and real-time polymerase chain reaction for inflammatory mediator expression. In addition, cell transfer experiments were performed to assess the importance of β7+/+ CD8+ T cells in the pathogenesis of cholangiopathy. Furthermore, changes in the fecal microbiota were measured by 16S rRNA amplicon sequencing and intestinal permeability by FITC dextran assay. In the model of DDC-induced cholangiopathy, adhesion molecule-deficient mice showed significantly less severe disease. The improvement in pathology was reflected in reduced cholestasis parameters (bilirubin and alkaline phosphatase), reduced fibrosis (reduced Sirius red-positive area on liver sections), and reduced production of proinflammatory and profibrotic genes. Although CD8⁺ T cell infiltration into the liver of β7-integrin-deficient animals was even higher than in wild type animals, adoptive transfer of β7-/- CD8⁺ T cells in DDC-treated β7-integrin-deficient mice caused significantly less liver damage than transfer of β7+/+ CD8⁺ T cells. This highlights the disease-promoting role of functional β7+/+ CD8⁺ T cells and shows that the increased number of CD8⁺ T cells present in β7-integrin-deficient animals apparently no longer contribute functionally to disease progression. DDC feeding also led to a sharp increase in intestinal permeability, which was significantly lower in β7-integrin-deficient mice than in wild type animals, and to significant changes in fecal microbiota profiles, which differed significantly between mouse strains. The establishment and characterization of the Mdr2-deficient mouse model revealed that the cholangiopathy was considerably more pronounced in females than in males. This manifested itself in increased serum levels of alkaline phosphatase, alanine aminotransferase and aspartate aminotransferase, increased liver fibrosis and increased expression of proinflammatory mediators such as tumor necrosis factor-alpha (Tnf-α) and plasminogen activator inhibitor-1 (Pai-1) in female animals. For this reason, the results obtained from female and male animals were evaluated separately. With increasing age, all Mdr2-deficient animals showed an increase in body and liver weight and liver-to-body weight ratio, while serum parameters showed a hyperbolic course. Mdr2-deficient mice with additional β7-integrin-deficiency showed an overall attenuated disease pattern, which manifested in a reduction of serum parameters, reduced fibrosis (reduced Sirius red and alpha-smooth muscle actin (α-SMA) stained area) and reduced ductular response (less cytokeratin 19 (CK19) staining). In addition, gene expression of proinflammatory and profibrotic markers such as Tnf-α, transforming growth factor beta (Tgf-β), tissue inhibitors of metalloproteinases type 1 (Timp1) and the adhesion molecules intracellular cell adhesion molecule 1 [Icam-1] and vascular cell adhesion molecule 1 [Vcam-1] were decreased in liver tissue of Mdr2 / β7-integrin double deficient animals compared to Mdr2-deficient controls. While there were no obvious differences in the amount of CD4+ T cells infiltrating the liver, the amount of CD8+ T cells was slightly increased in male Mdr2 / β7-integrin double deficient animals. Furthermore, an overall significant reduction of plasmacytoid dendritic cells and monocytes was observed in the liver tissue of Mdr2-deficient mice with additional β7-integrin deficiency, which was associated with a decreased expression of the chemokine “monocyte chemoattractant protein-1” (Mcp-1). Overall, this study demonstrates the involvement of adhesion molecules in PSC-like cholangiopathies in two mouse models. β7-integrin and L-selectin promote DDC-induced cholangiopathy and it was shown here that β7+/+ CD8+ T cells play a crucial role. β7-integrin is also involved in pathogenesis in the Mdr2-deficient mouse model. Here, however, the disease-promoting role is not promoted via hepatic immigration of β7+/+ CD8+ T cells, but via other mechanisms. This could be, for example, the immigration of inflammatory monocytes, which should be confirmed in follow-up experiments. Furthermore, it is possible that adhesion molecule-dependent interactions of immune cells, the unfavorable microbiota shifts observed in the DDC model, and the destabilization of the intestinal barrier also promote PSC-like inflammatory processes. The findings thus contribute to a better understanding of the contribution of adhesion molecules to PSC, an inflammatory disease within the gut-liver axis, and should be further investigated in future research projects.

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