Bakterielle Pneumonien sind weltweit eine der häufigsten Todesursachen und S. pneumoniae ist das häufigste klinische Isolat. Neutrophile Granulozyten gehören zur Klasse der myeloiden Zellen und sind eine wichtige Komponente der angeborenen Immunität gegen bakterielle Infektionen. Krüppel-like factor 4 (KLF4) spielt dabei nicht nur eine Rolle in der Differenzierung der Zellen des Immunsystems, sondern auch während der Infektion bei der Vermittlung inflammatorischer Signale in unterschiedlichen Zelltypen. Diese Studie zeigt zum ersten Mal in vivo, dass myeloides KLF4 Einfluss auf den Krankheitsverlauf hat und die mit einer bakteriellen Pneumonie einhergehende Entzündungsreaktion reguliert. Die hier aufgeführten Ergebnisse demonstrieren, dass der Transkriptionsfaktor KLF4 während einer Pneumokokken Pneumonie in humanen und murinen neutrophilen Granulozyten induziert wird. Diese Induktion ist Zeit- und Dosisabhängig. Außerdem wird die Expression von myeloidem KLF4 durch die Autolyse von S. pneumoniae reguliert, aber nicht über Toll-like Rezeptor 2 (TLR2), TLR4 oder TLR9 vermittelt. Studien in einem Maus-Pneumonie Modell zeigen, dass myeloides KLF4 einen proinflammatorischen Phänotyp bewirkt. Mäuse mit einem KLF4 knockout (KLF4-/-) in myeloiden Zellen haben im Vergleich zu Wildtyp (KLF4+/+) Mäusen eine höhere Bakterienlast in Lunge, Blut und Milz. Obwohl die Produktion proinflammatorischer Zytokine (wie TNF-α, IL-1β und KC) in BALF und Plasma von KLF4-/- Mäusen geringer war, gab es keine Unterschiede bei der Zellrekrutierung in der BALF von KLF4-/- und KLF4+/+ Mäusen. Allerdings war die Zellrekrutierung im Blut der KLF4-/- Mäuse geringer als bei den KLF4+/+ Mäusen. Außerdem wurde eine erhöhte vaskuläre Permeabilität verbunden mit perivaskulären Ödemen und Pleuritis bei KLF4-/- Mäusen während der S. pneumoniae-induzierten Infektion beobachtet. Diese Mäuse erreichten auch eher die humanen Endpunkte als die vergleichbaren KLF4+/+ Mäuse. / Bacterial pneumonia is one of the leading causes of death worldwide. Streptococcus pneumoniae is the most frequently isolated pathogen from clinical pneumonia samples. Neutrophils belong to the class of myeloid cells and forms an important component of this innate immune system against bacterial infections. Krüppel-like factor 4 (KLF4) has been reported to not only play a role in differentiation of cells of the immune system but also in mediating inflammatory signals in different kinds of host cells during infection. This study shows myeloid KLF4 has an impact on pneumococcal pneumonia outcome and regulates the inflammation associated with bacterial pneumonia in vivo in mice. The results presented in the work show that the transcription factor KLF4 is induced in human and mice neutrophils during pneumococcal pneumonia. The induction of KLF4 is time and dose dependent. Additionally, the expression of myeloid KLF4 is regulated by the autolysis of S. pneumoniae but is not mediated via Toll-like receptor (TLR) 2, TLR4 or TLR9. Studies using a mouse pneumonia model showed that myeloid KLF4 exhibits a pro-inflammatory phenotype. Mice with KLF4 knockout (KO) or KLF4-/- in myeloid cells had higher bacterial load in their lungs, blood and spleen in comparison to wildtype (WT) or KLF4+/+ mice. Although there was less pro-inflammatory cytokine (such as TNF-α, IL-1β and KC) production in the broncho-alveolar lavage fluid (BALF) and plasma of KLF4-/- mice yet there no differences in cell recruitment in the BALF of the KLF4-/- and KLF4+/+ mice. There was however less cell recruitment in the blood of KLF4-/- mice in comparison to KLF4+/+ mice. Additionally, an increased vascular permeability associated with perivascular edema and pleuritis was seen during Streptococcus pneumoniae-induced infection in KLF4-/- mice, which also reached earlier the human endpoints than the KLF4+/+ mice.

Mit zunehmendem Alter verringert sich die Fähigkeit des menschlichen Organismus Infektionen erfolgreich zu bekämpfen und, z.B. nach Impfung, einen protektiven Schutz aufzubauen. Es wird vermutet, dass die Alterung des Immunsystems eine Rolle dabei spielt. Wichtige Ergebnisse liefern dazu vor allem tierexperimentelle Studien, welche jedoch die Komplexität menschlicher Immunität nur bedingt abbilden. Nur ansatzweise erforscht ist der Einfluss immunologischer Alterungsprozesse auf die primäre Immunantwort im Menschen. Um ein besseres Verständnis über primäre Immunantworten im Alter zu erlangen, haben wir junge (n=11, Med=26 Jahre) und ältere (n=12, Med=60 Jahre) Erwachsene mit einem viralen Erreger experimentell infiziert und die akute Immunreaktion und Entwicklung langlebiger Protektion eingehend untersucht. Dafür verwendeten wir den attenuierten Lebendimpfstoff gegen Gelbfieber, der ein hervorragendes Modelsystem darstellt um anti-virale Primärantworten im Menschen zu erforschen. Wir konnten zeigen, dass ältere Impflinge weniger Gelbfiebervirus-(GFV)-neutralisierende Antikörper produzierten, schwächere GFV-spezifische CD8+ T-Zellantworten erzeugten und quantitativ als auch qualitativ veränderte GFV-spezifische CD4+ T-Zellantworten generierten. Zudem wiesen ältere Impflinge häufiger eine vergleichsweise späte Virämie auf. Unsere systembiologische Untersuchungen zeigten, dass die niedrige Zahl von frisch aus dem Thymus ausgewanderten naiven CD4+ T Zellen, sogenannten CD4+ Recent thymic emigrants, sowie der Mangel an dendritischen Zellen vor bzw. am Beginn der Infektion ausschlaggebend für die schlechtere Immunreaktion und niedrigere Langzeit-Immunität bei Älteren war. Daraus schließen wir, dass in älteren Menschen die Verfügbarkeit eines breiten Repertoires naiver CD4+ T-Zellen und eine effektive Induktion des angeborenen Immunsystems in der frühen Phase einer primären Infektion kritisch für die akute Abwehr viraler Erreger und die Ausbildung protektiver Immunität ist. / The immunological competence to fight infections and to generate protective immunity, for example upon vaccination, progressively declines with advancing age. Although the aged immune system has been extensively studied at steady state and in aged animal models, there is only rudimentary understanding on how aging affects the immune response to a primary infection in humans. Involving complex individual systemic immune properties, such investigations have been very challenging particularly with the given restrictions of experimental infections in humans. In our study, we explored age-related changes in human immunity during experimental, primary immunization with live-attenuated yellow fever (YF) vaccine. In 11 young (median age: 26 years) and 12 elderly (median age: 60 years) vaccinees, we assessed individual viral burden and compared humoral and cellular immunity by advanced flow cytometric analysis over the entire course of the acute infection and up to 3 years after it. We discovered that aged subjects developed fewer neutralizing antibodies, mounted diminished YF-specific CD8+ T-cell responses and showed quantitatively and qualitatively altered YF-specific CD4+ T-cell immunity. A comparatively late peak in YF viremia suggested impaired infection control and viral clearance in the elderly. Among numerous immune signatures, low in vivo numbers of naive CD4+ recent thymic emigrants (CD4+ RTE) prior immunization and peripheral dendritic cells (DCs) in the early phase of the innate response phase were indicative for reduced acute responsiveness and altered long-term persistence of human cellular immunity to YF vaccination in the elderly. Thus, we reveal by this study that essential elements of immune responses such as CD4+ RTEs and DCs affect productive immunity in the elderly, explaining conclusively diminished responsiveness to vaccination with neo-antigens and infection with de novo pathogens in aged people.