Role of monocyte subsets in chronic liver injury and liver fibrosis

Karlmark, Karlin Raja; Tacke, Frank

doi:910016710

Role of monocyte subsets in chronic liver injury and liver fibrosis = Die Funktion von Monozyten-Subpopulationen in der chronischen Leberschädigung und Leberfibrose

Karlmark, Karlin Raja

2009

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Karlin Raja Karlmark

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2009

UmfangXIV, 97 Bl. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Tacke, Frank (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2009-12-07

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-30942
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51502/files/Karlmark_Karlin.pdf

Einrichtungen

Fachgruppe Biologie (160000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Monozyt (Genormte SW) ; Leberfibrose (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; monocyte (frei) ; liver fibrosis (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Monozyten sind essentielle Komponenten der angeborenen Immunabwehr und modulieren entscheidend die Entzündungsreaktion nach einer Gewebsschädigung. Monozyten von Säugetieren bestehen aus zwei unterschiedlichen Subpopulationen. Beide Subpopulationen weisen eine unterschiedliche Expression verschiedener Chemokinrezeptoren auf. Beim Menschen wird auf den sogenannten „klassischen“ Monozyten (CD14++CD16-) CCR2, CD62, CD62L und in geringem Maße der Fractalkin-Rezeptor CX3CR1 exprimiert. „Nicht-klassische“ CD14lowCD16+ Monozyten hingegen zeichnen sich durch die fehlende Expression von CCR2 und eine erhöhte Expression von CX3CR1 aus. Die entsprechenden Subpopulationen in der Maus werden als CCR2+Gr-1hi und CCR2-Gr-1low bezeichnet. Leberfibrose ist die Folge chronischer Leberentzündungen. Kennzeichnend hierfür ist die Akkumulation extrazellulärer Matrixproteine wie Kollagen-I. Patienten mit Leberfibrose haben ein erhöhtes Risiko, eine Leberzirrhose oder hepatozelluläre Karzinome zu entwickeln. Die Funktion der unterschiedlichen Monozyten-Subpopulationen in chronischen Leberentzündungen ist bis heute nicht ausreichend geklärt.In dieser Arbeit wird daher die funktionelle Rolle von Monozyten-Subpopulationen in Leberentzündung und Leberfibrose anhand des gut etablierten Tiermodells einer Tetrachlorkohlenstoff (CCl4)-induzierten toxischen Leberschädigung in C57Bl/6 Mäusen untersucht. Die akute Leberschädigung mittels CCl4 resultierte in einer massiven Infiltration von Gr-1hi Monozyten in die Leber von Wildtyp (WT)-Tieren nach 24 und 48 Stunden. Sowohl im akuten als auch im chronischen Modell der Leberschädigung war die Rekrutierung von Gr-1hi Monozyten in Ccr2-/- und Ccr2-/-Ccr6-/- verglichen mit WT-Tieren deutlich reduziert. Genauere Analysen chronisch durch CCl4 geschädigter Lebern zeigten, dass die erhöhte Anzahl an CCR2+Gr-1hi Monozyten mit einer verringerten Aktivierung hepatischer Sternzellen, verminderten Kollagen-I Akkumulation und reduzierter Leberfibrose in Ccr2-/- und Ccr2-/-Ccr6-/- Mäusen einherging. Der adoptive Transfer von WT-Monozyten in Ccr2-/-Ccr6-/- oder WT-Mäuse verstärkte erheblich das Ausmaß der hepatischen Fibrose. Verglichen mit Kontrollzellen, wie Knochenmarks-Monozyten, CD8+ T-Zellen oder CD19+ B-Zellen, konnten hepatische Sternzellen in vitro nur durch aus geschädigter Leber isolierte Gr-1hi Monozyten aktiviert werden. Die Inhibition von TGFbeta1 in Ko-Kultur blockierte das Potential der hepatischen Monozyten, HSCs zu aktivieren. Dies lässt darauf schließen, dass infiltrierende Gr-1hi Monozyten hepatische Sternzellen durch eine TGFβ1-vermittelte Interaktion aktivieren. Diese Ergebnisse zeigen, dass der Chemokinrezeptor CCR2 eine entscheidende Rolle bei der Rekrutierung von Gr-1hi Monozyten in die entzündete Leber spielt. Monozyten-Subpopulationen fördern das Fortschreiten der Leberfibrose durch die Aktivierung hepatischer Sternzellen via TGFbeta1. Die Regulierung der Infiltration von Gr-1hi Monozyten in chronischen Leberentzündungen könnte daher einen neuartigen therapeutischen Ansatz zur Behandlung von Patienten mit Leberfibrose darstellen.

Monocytes are key players of the innate immune system and crucially modulate tissue inflammation after injury. Mammalian monocytes consist of two principle subsets that display different chemokine receptor expression levels. In humans, the classical monocyte CD14++CD16- subset expresses CCR2, CD64, CD62L and low levels of the fractalkine receptor CX3CR1, whereas the non-classical CD14lowCD16+ monocyte subset expresses high levels of CX3CR1 and lack CCR2. Their counterparts in mice are CCR2+Gr-1hi and CCR2-Gr-1low monocytes, respectively. Liver fibrosis is the consequence of chronic liver inflammation, which is characterized by the accumulation of extracellular matrix proteins such as collagen-I. Patients with liver fibrosis are at high risk of developing liver cirrhosis or hepatocellular carcinoma. The functional contribution of monocyte subsets to chronic liver inflammation and liver fibrosis are as of yet not well understood. This study addresses the role of monocyte subsets in liver inflammation and fibrosis, using the well established model of carbon tetrachloride (CCl4)-induced toxic liver injury in C57Bl/6 mice. Acute CCl4-mediated liver injury resulted in the massive infiltration of Gr-1hi monocytes into the liver of WT animals, which peaked at 24h and 48h. Intrahepatic recruitment of the Gr-1hi monocyte subset was markedly reduced in Ccr2-/- and Ccr2-/-Ccr6-/- mice, when compared to WT animals in the model of acute as well as chronic liver injury. In chronic CCl4-mediated liver injury, detailed analysis showed that the reduced amount of CCR2+Gr-1hi monocytes in the inflamed liver coincides with reduced activation of hepatic stellate cells, less collagen-I accumulation and reduced liver fibrosis in the Ccr2-/- and Ccr2-/-Ccr6-/- mice. Adoptive transfer of WT monocytes into the Ccr2-/-Ccr6-/- or WT animals massively aggravates hepatic fibrosis. Isolated liver-derived Gr-1hi monocytes, but not control cells such as bone marrow-derived monocytes, CD8+ T-cells or CD19+ B-cells, directly activate hepatic stellate cells in vitro. Inhibition of TGFbeta1 in a co-culture blocked the HSC activation potential of liver-derived inflammatory monocytes, suggesting that liver infiltrating Gr-1hi monocytes activate hepatic stellate cells in a TGFβ1-dependent manner. These findings provide evidences, that the chemokine receptor CCR2 is involved in recruiting the Gr-1hi monocytes to the inflamed liver and suggest an important role of these monocyte subsets for liver fibrosis progression by activating hepatic stellate cells via TGFbeta1. Thus, modulating Gr-1hi monocyte infiltration during chronic liver inflammation could possibly be a novel therapeutic approach to control liver fibrosis in humans.

Fulltext:
PDF