Einleitung: Das Probiotikum E. coli Nissle 1917 (EcN) wird seit einigen Jahren erfolgreich in der Behandlung chronisch entzündlicher Darmerkrankungen angewendet, der zugrunde liegende Wirkmechanismus ist jedoch nur unzureichend geklärt. T-Zellen spielen in der intestinalen Immunhomöostase und der Pathogenese von CED eine zentrale Rolle. Ziel: Den Einfluss von EcN auf humane T-Zellen weitergehend zu charakterisieren. Methoden: CD3-stimulierte periphere und Lamina propria T-Zellen wurden mit verschiedenen Konzentrationen eines E. coli Nissle 1917 konditionierten Mediums (EcN-CM) oder aber hitzeinaktivierten E. coli Nissle 1917 (hi-EcN) kultiviert. Die Expression von zellzyklus- und apoptoseassoziierten Regulationsproteinen sowie DNA-Gehalt, Zellzykluskinetik, Apoptoserate und Zellexpansion wurden durchflusszytometrisch und im Western Blot bestimmt. Die Sekretion von Cytokinen wurde mit dem Cytometric Bead Assay bestimmt. Ergebnisse: EcN-CM, nicht aber hitzeinaktivierte E. coli Nissle 1917 hemmt die Zellzyklusprogression und die Expansion von stimulierten, humanen peripheren T-Zellen. Ursächlich hierfür ist eine verminderte Expression der Cykline A, B1, D2 und E mit einer konsekutiv verminderten Phosphorylierung des Retinoblastomaproteins. Periphere T-Zellen sezernieren unter EcN-CM vermindert IL-2, IFN-gamma und TNF-alpha, während die Sekretion des antiinflammatorischen IL-10 durch EcN-CM heraufreguliert wird. Im Gegensatz zur potenten Beeinflussung des Zellzyklus, wurde die Apoptose von PBT durch E. coli Nissle 1917 nicht moduliert. Während periphere T-Zellen durch EcN-CM in ihrer Zellzyklusprogression und Expansion gehemmt wurden, zeigte sich kein derartiger Effekt auf ortständige Lamina propria T-Lymphozyten. Diskussion: Bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen kommt es zu einer Rekrutierung und Aktivierung von peripheren T-Zellen in die intestinale Mukosa. Durch die differenzielle Beeinflussung des Immunsystems, bei der aktivierte periphere T-Zellen inhibiert, die ortsständigen T-Zellen jedoch in ihrer Funktion nicht gestört werden, könnte E. coli Nissle 1917 dazu beitragen, die mukosale Entzündungsreaktion zu limitieren, während die intestinale Immunhomöostase gewahrt bleibt. Als wirksames Agens kommen kleine, hitzestabile bakterielle Produkte wie Lipopolysaccharide, bakterielle Lipoproteine, CPG-DNA, Lipoteichonsäuren und Peptidoglykane in Frage. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit liefern weitere Hinweise, dass Probiotika einen breiten Einfluss auf das humane Immunsystem haben und decken zugrundeliegende Mechanismen auf. / Introduction: Although probiotic Escherichia coli strain Nissle 1917 (EcN) has been proven to be efficacious for the treatment of inflammatory bowel diseases, the underlying mechanisms of action still remain elusive. T cells play a major role in the pathogenesis of inflammatory bowel disease. Aims: To analyze the effects of E. coli Nissle 1917 on cell cycling and apoptosis of peripheral blood and lamina propria T cells. Methods: Anti-CD3-stimulated peripheral or lamina propria T cells were treated with E. coli Nissle 1917-conditioned medium (EcN-CM) or heat-inactivated E. coli Nissle 1917. Expression of cell cycle or apoptosis related proteins was determined by immunoblotting, DNA content, cell cycle kinetics, cell expansion and apoptosis were measured by flow cytometry. Cytokine levels in culture supernatants were assessed by cytometrc bead array. Results: EcN-CM but not heat-inactivated EcN inhibits cell cycling and expansion of peripheral T cells. EcN-CM decreases expression of Cyclin A, B1, D2 and E and thus reduces phosphorylation of retinoblastomaprotein in CD3-stimulated peripheral T cells. Further, secretion of proinflammatory cytokines IL-2, IFN-gamma and TNF-alpha is reduced while antiinflammatory IL-10 is increased under treatment with EcN-CM. In contrast to peripheral T cells, expansion and cell cycle progression of lamina propria T cells was not affected by EcN-CM. Apoptosis of was not modulated by EcN-CM. Discussion: The differential reaction of circulating and tissue-bound T cells towards E. coli Nissle 1917 may explain the beneficial effect of EcN in intestinal inflammation. EcN may downregulate the expansion of newly recruited T cells into the mucosa and thus limit intestinal inflammation, while already activated tissue-bound T cells may eliminate deleterious antigens in order to maintain immunological homeostasis. Possible agents, for which immunomodulatory effects are known, include heat-stable bacterial products like lipopolysaccharids, bacterial lipoproteins or bacterial DNA-motifs.

In zahlreichen Studien konnte an Mausmodellen gezeigt werden, dass dendritische Zellen eine wichtige Rolle im Rahmen der mukosalen Immunabwehr spielen. Eine unkontrollierte Aktivierung immunologischer Effektorzellen durch antigenpräsentierende Zellen ist die Folge, welche die Antigene der luminalen Flora folglich falsch erkennen und damit zu einer Schädigung des Gewebes führen. In der Arbeit wurden humane CD1c+CD11c+CD14-CD19- myeloide dendritische Zellen (mDCs) aus dem peripheren Blut und der intestinalen Mukosa von CED Patienten sowie von gesunden Probanden phänotypisch und funktionell näher charakterisiert. mDCs von Patienten reagieren auf LPS im Gegensatz zu DCs von Gesunden mit der Ausbildung eines aktivierten Phänotyps und der Sekretion pro-inflammatorischer Zytokine. Die Daten lassen vermuten, dass ihre tolerogene Rolle gestört ist und die Zellen so möglicherweise aktiv zum Entzündungsgeschehen durch eine Fehlreaktion auf die kommensale Flora beitragen. Es konnte gezeigt werden, dass zirkulierende mDCs von Erkrankten mehr LPS aufnehmen. Des Weiteren ist die Häufigkeit von mukosalen und aktivierten mDCs bei CED Patienten signifikant erhöht. Die vermehrte Häufigkeit von aktivierten mDCs in der entzündeten Mukosa ist ein Hinweis auf intestinales „homing“, also ein Wiedereinwandern der gereiften Lymphozyten in die Darmwand. Es ist bekannt, dass die Hefe Saccharomyces boulardii (Sb) eine Wirksamkeit bei entzündlichen sowie infektiösen Erkrankungen des Gastrointestinaltraktes hat. Kulturexperimente von mDCs mit Zellkulturüberständen von Sb (SbS) und LPS zeigten eine deutliche Reduzierung in der Expression von CD40 und CD80 sowie des Reifemarkers CD197. SbS reduzierte die Sekretion von TNF- und IL-6. Während es die Sekretion von IL-10 bei gesunden Probanden erhöhte, konnte bei CED Patienten eine leichte Abnahme verzeichnet werden. SbS vermindert die Proliferation von naïven T-Zellen in einer gemischten Lymphozytenreaktion mit gesunden mDCs signifikant. / Various animal studies have provided insights that mucosal dendritic cells play a key role in this process. However, the specific function of certain dendritic cells in IBD is still unknown. Primary CD1c+CD11c+CD14-CD19- myeloid blood (mDCs) and mucosal DCs from IBD patients and healthy controls were compared. More mDCs from IBD patients exhibited an activated phenotype shown by expression of co-stimulatory molecules. mDCs from patients secrete higher levels of pro- and anti-inflammatory cytokines. Circulating mDCs from IBD patients take up more LPS and the frequency of mucosal mDCs and the number of activated, i.e. CD40 and CD80 expressing mucosal mDCs, is significantly greater in CED. The increased frequency of activated mDCs in the inflamed mucosa suggests intestinal homing of mDCs in acute stages of IBD. Further, the data suggests an aberrant LPS response of mDCs in patients suffering from IBD which results in an inflammatory phenotype. The most widely accepted hypothesis for the cause of IBD is a disturbed interaction of the host immune system with commensal microflora and other luminal antigens. The well controlled balance of the intestinal immune system is disturbed and luminal antigens like LPS gain access to the underlying mucosal tissue via the leaky barrier. It was investigated whether the yeast preparation Saccharomyces boulardii (Sb) modulates dendritic cell function which has shown efficacy in inflammatory and infectious disorders of the gastrointestinal tract. Culture experiments of mDCs in the presence of Sb culture supernatant (SbS) significantly reduced the expression of CD40 and CD80 as well as the DC maturation marker CD197 (CCR7) induced by the prototypical microbial antigen LPS. SbS reduced secretion of TNF- and IL-6, while the secretion of anti-inflammatory IL-10 increased. IBD patients showed also a reduction in their secretion level of IL-10. SbS inhibited proliferation of naïve T cells in a mixed lymphocyte reaction with healthy mDCs.