Interleukin-18 verschlimmert Hautentzündungen und beeinflusst Mikroabszesse und Schuppenbildung in einem Mausmodell Imiquimod-induzierter Psoriasis
Psoriasis ist eine chronisch entzündliche Hauterkrankung, die 2 % bis 3 % der Weltbevölkerung betrifft. Trotz umfangreicher Forschung bleibt die genaue Ätiologie der Psoriasis unklar, obwohl allgemein angenommen wird, dass ein komplexes Zusammenspiel von Zytokinen und Chemokinen, die von verschiedenen Immun- und Gewebezellen produziert werden, eine Rolle spielt. Unter diesen Zytokinen wurde Interleukin-18 (IL-18), ein potentes pro-inflammatorisches Zytokin der IL-1-Familie, in die Pathogenese der Psoriasis involviert. Frühere Studien haben gezeigt, dass die IL-18-Spiegel in frühen aktiven und progressiven Plaque-typischen psoriatischen Läsionen erhöht sind und dass die Serum- oder Plasmaspiegel von IL-18 mit dem Psoriasis Area and Severity Index (PASI) korrelieren. Die spezifischen Mechanismen, durch die IL-18 die psoriatische Entzündung verschlimmert, sind jedoch noch weitgehend unverstanden. Diese Studie zielte darauf ab, die Rolle von IL-18 in einem Mausmodell der Imiquimod (IMQ)-induzierten Psoriasis zu untersuchen, wobei IL-18-Knockout (KO)-Mäuse und Wildtyp (WT)-Mäuse verwendet wurden, um die Auswirkungen des Zytokins auf Hautentzündungen, pathologische Merkmale und Zytokinprofile zu klären.
Einleitung
Psoriasis ist durch eine abnormale Keratinozytenproliferation, Immunzellinfiltration und die Produktion pro-inflammatorischer Zytokine gekennzeichnet. Es wird angenommen, dass die Krankheit von T-Helfer-1 (Th1)- und T-Helfer-17 (Th17)-Zellen getrieben wird, die Zytokine wie Interferon-gamma (IFNγ) und Interleukin-17 (IL-17) sezernieren. IL-18, ein strukturell und funktionell IL-1β ähnliches Zytokin, spielt eine kritische Rolle bei der Aktivierung von Th1-Zellen und fördert die Entwicklung von Th17-Zellen in Zusammenarbeit mit IL-23. Es ist bekannt, dass IL-18 mit IL-23 synergiert, um die psoriasiforme epidermale Hyperplasie und Entzündung zu verstärken. Trotz dieser Erkenntnisse bleiben die genauen Mechanismen, durch die IL-18 zur Pathogenese der Psoriasis beiträgt, unklar. Diese Studie versuchte, diese Lücke zu schließen, indem die Auswirkungen von IL-18 in einem IMQ-induzierten Psoriasis-Mausmodell untersucht wurden, wobei der Schwerpunkt auf Hautentzündungen, Zytokinprofilen und pathologischen Merkmalen wie Mikroabszessen und Schuppenbildung lag.
Methoden
Mausmodell und Behandlung
C57BL/6-Mäuse und IL-18-KO-Mäuse (C57BL/6-Hintergrund) wurden in dieser Studie verwendet. Die Mäuse wurden in vier Gruppen eingeteilt: WT-Kontrollgruppe (n=12), IL-18-KO-Kontrollgruppe (n=12), WT + IMQ-Gruppe (n=13) und IL-18-KO + IMQ-Gruppe (n=11). Die dorsale Haut der Mäuse wurde rasiert, um eine Fläche von 2 cm x 3 cm freizulegen. IMQ-behandelte Mäuse erhielten eine tägliche Applikation von 62,5 mg 5%iger IMQ-Creme, während Kontrollmäuse ein äquivalentes Volumen Vaseline-Creme erhielten. Hautproben wurden am Tag 8 nach der Behandlung von allen Mäusen entnommen.
Bewertung der Hautentzündung
Der Schweregrad der IMQ-induzierten Hautentzündung wurde anhand eines Bewertungssystems basierend auf dem klinischen PASI bewertet. Erythem, Schuppung und Verdickung wurden unabhängig von 0 bis 4 bewertet, wobei die kumulativen Scores von 0 bis 12 reichten. Die Bewertung wurde von drei unabhängigen Untersuchern durchgeführt.
Histopathologische Analyse
Hautproben wurden mit Hämatoxylin und Eosin (H&E) gefärbt, um pathologische Merkmale wie Akanthose, dermale Zellinfiltration, Munro-Mikroabszesse und Schuppenbildung zu bewerten. Messungen der Akanthosedicke, der Schuppenfläche und der Mikroabszessfläche wurden mit der Image-Pro Plus-Software durchgeführt. Zellzählungen in der dermalen Schicht wurden ebenfalls durchgeführt.
Zytokinprofilierung
Gesamt-RNA wurde aus Hautbiopsien extrahiert und in cDNA revers transkribiert. Die Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (PCR) wurde verwendet, um die Expressionsniveaus psoriasiserelatierter Zytokine, einschließlich IL-1β, IL-4, IL-12, IL-15, IL-17, IL-23, IL-27 und IFNγ, zu quantifizieren. Die Immunhistochemie (IHC) wurde durchgeführt, um die Proteinniveaus von IL-1β, IL-27, CXCL1 und Ly6g zu bewerten.
Ergebnisse
IL-18 verschlimmert IMQ-induzierte Hautentzündungen
IMQ-behandelte WT-Mäuse entwickelten Erythem, epidermale Verdickung und silbrige Schuppen, während IL-18-KO-Mäuse mildere Hautläsionen zeigten. PASI-Scores zeigten, dass IMQ-induzierte WT-Mäuse von Tag 2 bis Tag 7 signifikantes Erythem, Schuppung und Verdickung aufwiesen, mit einer Rückbildung am Tag 8. Im Gegensatz dazu zeigten IL-18-KO-Mäuse eine kontinuierliche Zunahme der Symptome über den 8-tägigen Zeitraum. Die kumulativen PASI-Scores waren bei IL-18-KO-Mäusen von Tag 3 bis Tag 7 signifikant niedriger als bei WT-Mäusen, was darauf hindeutet, dass IL-18 die IMQ-induzierte Hautentzündung verschlimmert.
Histopathologische Befunde
Die H&E-Färbung zeigte, dass IMQ-induzierte IL-18-KO-Mäuse mildere Akanthose (98,46 ± 14,12 μm vs. 222,68 ± 71,10 μm) und dermale Zellinfiltration (572,25 ± 47,45 Zellen/Feld vs. 762,47 ± 59,59 Zellen/Feld) im Vergleich zu WT-Mäusen aufwiesen. Kontrollmäuse zeigten keine signifikante Entzündung oder epidermale Verdickung.
IL-18 beeinflusst Munro-Mikroabszesse und Schuppenbildung
IMQ-induzierte IL-18-KO-Mäuse hatten signifikant größere Flächen von Munro-Mikroabszessen (11.467,83 ± 5.112,09 μm² vs. 4.093,19 ± 2.591,88 μm²) und Schuppen (100.935,24 ± 41.167,77 μm² vs. 41.604,41 ± 14.184,10 μm²) im Vergleich zu WT-Mäusen. Diese Befunde deuten darauf hin, dass IL-18 eine Rolle bei der Bildung dieser pathologischen Merkmale spielen könnte.
Zytokinprofile
Die Echtzeit-PCR-Analyse ergab, dass IMQ-induzierte IL-18-KO-Mäuse signifikant höhere mRNA-Spiegel von IL-1β (343,04 vs. 54,99), IL-27 (1.360,68 vs. 373,15) und IL-4 (6.276,45 vs. 1.312,03) im Vergleich zu WT-Mäusen aufwiesen. Im Gegensatz dazu waren die IL-17-mRNA-Spiegel bei IL-18-KO-Mäusen verringert (89,29 vs. 188,34). Die IHC bestätigte erhöhte Proteinniveaus von IL-1β und IL-27 bei IL-18-KO-Mäusen, was mit den mRNA-Befunden übereinstimmte.
Neutrophileninfiltration und CXCL1-Expression
Die immunhistochemische Analyse zeigte, dass IMQ-induzierte IL-18-KO-Mäuse signifikant niedrigere Expressionsniveaus von CXCL1 (0,19 ± 0,01 vs. 0,75 ± 0,14), einem Chemokin, das an der Rekrutierung von Neutrophilen beteiligt ist, aufwiesen. Ly6g, ein Marker für Neutrophile, war jedoch signifikant in der Epidermis von IL-18-KO-Mäusen erhöht (0,23 vs. 0,01), was auf eine potenzielle Rolle von IL-18 bei der Neutrophileninfiltration hinweist.
Diskussion
Diese Studie liefert überzeugende Beweise dafür, dass IL-18 die IMQ-induzierte psoriasiforme Hautentzündung bei Mäusen verschlimmert. Die Befunde zeigen, dass ein IL-18-Mangel zu milderen Hautläsionen, reduzierter Akanthose und verringerter dermaler Zellinfiltration führt. IL-18-KO-Mäuse wiesen jedoch größere Flächen von Munro-Mikroabszessen und Schuppen auf, was darauf hindeutet, dass IL-18 diese pathologischen Merkmale beeinflussen könnte. Die Zytokinprofilierungsdaten legen nahe, dass IL-18 pro-inflammatorische Zytokine wie IL-17 hochreguliert, während schützende Zytokine wie IL-4 und IL-27 herunterreguliert werden, wodurch die psoriatische Entzündung verschlimmert wird. Darüber hinaus scheint IL-18 die Neutrophileninfiltration zu fördern, wie die erhöhte Ly6g-Expression in der Epidermis von IL-18-KO-Mäusen zeigt.
Die erhöhten IL-1β-Spiegel bei IL-18-KO-Mäusen könnten einen kompensatorischen Mechanismus aufgrund der strukturellen und funktionellen Ähnlichkeiten zwischen IL-18 und IL-1β widerspiegeln. Beide Zytokine gehören zur IL-1-Familie und teilen Signalwege, einschließlich der Aktivierung von Nuclear Factor-kappa B (NF-κB). Die erhöhte Expression von IL-4 und IL-27 bei IL-18-KO-Mäusen legt nahe, dass IL-18 diese schützenden Zytokine hemmen könnte, wodurch die Entzündung verschlimmert wird. IL-4 ist bekannt für seine anti-inflammatorischen Eigenschaften, während IL-27 die IL-18-Aktivität hemmen kann, indem es das IL-18-bindende Protein (IL-18BP) verstärkt.
Die Rolle von Neutrophilen bei Psoriasis bleibt umstritten. Obwohl Neutrophile eine Schlüsselkomponente von Munro-Mikroabszessen sind, ist ihr genauer Beitrag zur Krankheitsschwere unklar. Die erhöhte Ly6g-Expression bei IL-18-KO-Mäusen deutet darauf hin, dass Neutrophile in der Epidermis häufiger vorkommen könnten, obwohl dies nicht mit schwereren Hautläsionen korrelierte. Diese Diskrepanz erfordert weitere Untersuchungen.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend unterstreicht diese Studie die kritische Rolle von IL-18 bei der Verschlimmerung der IMQ-induzierten psoriasiformen Hautentzündung bei Mäusen. Ein IL-18-Mangel führt zu milderen Hautläsionen, reduzierter Akanthose und verringerter dermaler Zellinfiltration, aber größeren Flächen von Munro-Mikroabszessen und Schuppen. Die Zytokinprofilierungsdaten legen nahe, dass IL-18 pro-inflammatorische Zytokine hochreguliert und schützende Zytokine herunterreguliert, wodurch die psoriatische Entzündung verschlimmert wird. Darüber hinaus könnte IL-18 die Neutrophileninfiltration und die Bildung pathologischer Merkmale wie Mikroabszesse und Schuppen beeinflussen. Diese Erkenntnisse bieten wertvolle Einblicke in die Mechanismen, durch die IL-18 zur Pathogenese der Psoriasis beiträgt, und könnten die Entwicklung neuartiger therapeutischer Strategien zur Zielrichtung von IL-18 bei der Psoriasisbehandlung informieren.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000000140