Stadien der Inselinfiltration korrelieren zu Genexpressionssignaturen mononukleärer Zellen im peripheren Blut im LEW.1AR1-iddm Rattenmodell des Autoimmundiabetes

Fragestellung: Die LEW.1AR1-iddm Ratte ist ein Tiermodell des Autoimmundiabetes mit einem progredienten Betazellverlust zwischen dem 40. (d40) und 60. Lebenstag (d60). Ziel dieser Studie war es, das Geneexpressionsprofil mononukleärer Zellen des Blutes (PBMC) während der Betazellzerstörung mit histologisch verifizierbaren Stadien der Inselinfiltration zu korrelieren.

Methodik: Von LEW.1AR1-iddm Ratten wurde im Alter von 40–60 Tagen Blut und Pankreasproben asserviert. Das Geneexpressionsprofil proinflammatorischer Cytokine (TNFα, IFNγ, IL-1β), antiinflammatorischer Cytokine (IL-4, IL-10), T-Zellmarker (CD25, CTLA-4, Neuropilin), L-Selectin, TGF-β und FoxP3 wurde mittels Taqman-Sonden und RT-PCR Arrays (Rat Inflammatory Response and Autoimmunity, Qiagen) von aufgereinigten PBMCs des Blutes bestimmt. Der Infiltrationsprozess (CD4⁺, CD8⁺ T-Zellen, Makrophagen) und die Betazellmasse (Insulinfärbung, HE-Färbung) wurde in Serienschnitten des Pankreas quantifiziert.

Ergebnisse: Zum Zeitpunkt der Organentnahme waren alle Ratten normoglykämisch mit Blutglucosewerten zwischen 5 und 7,5mmol/l. 27% der Tiere zeigten leichtgradige Inselinfiltrationen am d40 mit einem Anstieg von 50% an d60 mit massiven Inselinfiltrationen. Zum Zeitpunkt d40 zeigten Tieren mit Inselinfiltration in den PBMCs signifikant höhere Expressionsraten der Gene TNFα, IFNγ, IL-4, IL-10, CTLA-4, Neuropilin, L-Selectin, TGF-β und FoxP3 im Vergleich zu Tieren ohne Insulitis. In der frühen Phase des Autoimmunprozesses war in PBMCs auch die Expression von Chemokinen, Chemokinrezeptoren (Ccl17, Ccl3, Ccl6, Ccr1) und regulatorischen Genen (Cebpb, Ripk2, Nfkb1) signifikant erhöht. Zum Zeitpunkt d40 wiesen infiltrierte Inseln nur einen minimalen Verlust von Betazellmasse (10–20%) mit einer deutlichen Reduktion der Insulinexpression (Insulin/Dapi: 3,8±0,4 vs. 0,6±0,1) auf. Die Expressionslevel der proinflammatorischen Cytokine und Chemokine nahm mit Progression der Inselinfiltration am Tag 50 signifikant ab. Zum Zeitpunkt 55d stieg die Expression regulatorischer Gene wie CTLA-4, CD25 und FoxP3 an. Mit Progression der Beta-Zellzerstörung am Tag 60 konnte ein erneuter Anstieg der Cytokine TNFα, IFNγ und IL-10 festgestellt werden.

Schlussfolgerungen: Der Beginn der Inselinfiltration korreliert mit einem signifikanten Anstieg der Expression von proinflammatorischen Cytokinen und Chemokinen in PBMCs. Die Genexpressionslevel der untersuchten Gene verlaufen dann zweigipflig mit einem Maximum in der frühen Infiltrationsphase und während der progredienten Betazellzerstörung um Tag 60. Die Genexpressionsprofile von Cytokinen/Chemokinen in aufgereinigten PBMCs können daher als Marker für unterschiedliche Stadien der Betazell-Autoimmunität dienen. Die verwendete Methode eröffnet unter Anwendung systembiologischer Algorithmen eine Prädiktion und Modellierung des Infiltrationsprozesses bei erhöhtem Typ 1 Diabetes Risiko und Erstmanifestation mit erhaltener Beta-Zell Restmasse.