Immunomodulation by Endotoxin Tolerance in Murine Models of Inflammation and Bacterial Infection

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Datum
2001
Autor:innen
Lehner, Martin Dominik
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Immunmodulation durch Endotoxintoleranz in Entzündungs- und bakteriellen Infektionsmodellen der Maus
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Dissertation
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Zusammenfassung

Lipopolysaccharide (LPS) is a potent immune stimulator which induces many of the pathological sequelae observed during systemic Gram-negative infection. The term endotoxin tolerance describes the phenomenon that the toxicity of LPS is attenuated upon repeated LPS-stimulation. Selective downregulation of certain macrophage activities is considered one of the mechanisms underlying LPS tolerance. In the present thesis it was investigated whether lipoteichoic acid, a component of Gram-positive bacteria, induced similar tolerance in vivo and macrophage refractoriness in vitro. In the second part of the thesis the effect of acquired LPS tolerance on host defense against virulent bacteria was studied.


1. TNF release by murine macrophages in response to lipoteichoic acid (LTA) is independent of Toll like receptor (TLR) 4 but requires functional TLR2.

2. LTA induced macrophage refractoriness similar to LPS in vitro and in vivo.

3. LTA and LPS induced cross-desensitization of macrophages in vitro and cross-tolerance in galactosamine-sensitized mice in vivo.

4. Paracrine mediators did not suffice to induce cross-desensitization of macrophages in vitro.

5. Cytokine production in response to viable Salmonella typhimurium was attenuated in LPS-tolerant mice.

6. Induction of LPS tolerance prior to Salmonella typhimurium infection was associated with decreased bacterial load and a prolongal of survival.

7. Early but not late phase reduction of bacteria in LPS-tolerant mice depended on the accumulation of PMN in the peritoneal cavity in response to intraperitoneal LPS injections.

8. LPS-tolerance was associated with increased PMN counts in blood and tissues and enhanced oxidative burst capacity of the individual PMN. Depletion of PMN prior to infection partially abrogated the survival benefit associated with LPS-tolerance.

9. LPS-tolerant mice displayed improved clearance of systemically injected Salmonella typhimurium and enhanced phagocytic activity of the liver.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Lipopolysaccharid (LPS) ist ein potenter Immunstimulus und viele Symptome einer systemischen bakteriellen Entzündung können durch LPS-Gabe experimentell induziert werden. Diese Symptome sind stark vermindert, wenn mit einer niedrigen LPS-Dosis
vorbehandelt wurde. Dieses Phänomen der Desensitivierung gegenüber der immunstimulatorischen Aktivität von LPS durch wiederholte Gabe wird als "Endotoxintoleranz" bezeichnet. Eine selektive Modulierung der Makrophagenaktivität mit
verminderter Produktion proinflammatorischer Zytokine wird als ein zentraler Mechanismus
der Endotoxintoleranz postuliert. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob ähnliche
Formen der Desensitivierung oder Toleranz auch durch Bestandteile Gram-positiver Bakterien wie Lipoteichonsäure (LTA) induziert werden können. Im zweiten Teil der Arbeit sollte der Einfluss verminderter Zytokinproduktion nach Induktion von LPS-Toleranz auf den
Immunstatus in einem zytokinabhängigen bakteriellen Infektionsmodell charakterisiert
werden.

1. Die TNF-Freisetzung aus murinen Makrophagen nach Stimulation mit LTA erforderte die Beteiligung von Toll like receptor (TLR) 2, nicht aber von TLR4.

2. Wiederholte Gabe von LTA induzierte eine Desensitivierung von Makrophagen in vitro
und in vivo.

3. LTA und LPS verursachten eine Kreuzdesensitivierung von Makrophagen in vitro und
von Galactosamin-sensitivierten Mäusen in vivo.

4. Die Kreuzdesensitivierung von Makrophagen in vitro wurde nicht von parakrinen Mediatoren verursacht.

5. Die Zyokinfreisetzung nach Infektion mit Salmonella typhimurium war in LPS-toleranten
Mäusen reduziert.

6. Salmonella typhimurium-infizierte LPS-tolerante Mäuse wiesen eine geringere
Bakterienlast auf und zeigten verlängertes Überleben.

7. Die verbesserte Inaktivierung von Bakterien in LPS-toleranten Mäusen in der Frühphase
der Infektion war von der Akkumulation neutrophiler Granulozyten während der
intraperitonealen LPS-Vorbehandlung abhängig, während die Reduktion der
Bakterienzahlen zu späten Zeitpunkten auch bei intravenöser LPS-Vorbehandlung auftrat.

8. LPS-tolerante Mäuse zeigten erhöhte Zahlen von neutrophilen Granulozyten in Blut,
Leber und Milz, sowie einer gesteigerten Fähigkeit der einzelnen Neutrophilen zum
oxidativen Burst. Durch Depletion der Neutrophilen vor der Infektion konnte der Überlebensvorteil partiell aufgehoben werden.

9. LPS-tolerante Mäuse wiesen eine stark verbesserte Clearance systemisch applizierter
Bakterien und eine erhöhte Phagozytoseleistung der Leber auf. Dieser Effekt war assoziiert mit einer ca. dreifachen Erhöhung der Kupfferzellen. Durch Depletion der
Kupfferzellen mittels Chlodronatliposomen konnten sowohl die erhöhte Leberphagozytose als auch die verbesserte Clearance systemischer Salmonella typhimurium in LPS-toleranten Mäusen aufgehoben werden.

Fachgebiet (DDC)
570 Biowissenschaften, Biologie
Schlagwörter
Immunmodulation, Endotoxintoleranz, Lipopolysaccharid, LPS, LTA
Konferenz
Rezension
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Zitieren
ISO 690LEHNER, Martin Dominik, 2001. Immunomodulation by Endotoxin Tolerance in Murine Models of Inflammation and Bacterial Infection [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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March 6, 2001
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