The role of interleukin.6 (IL-6) and the interaction between IL-6 and interleukin-17 (IL-17) in the development of vascular inflammation and vascular dysfunction

• Applicant: Privatdozentin Dr. Susanne Helena Karbach
• Subject Area: Cardiology, Angiology ; Immunology
• Term: from 2014 to 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 254025187

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Das Hauptziel meines Antrages war es, den Einfluss sowohl von Interleukin-6 und Interleukin-17A auf die Entstehung der vaskulären Dysfunktion zu untersuchen mit Augenmerk auf die Interleukin-6 und Interleukin-17 Interaktion, ihrer Wirkung auf das Rekrutieren von Makrophagen und Neutrophilen im Gefäßsystem und deren vaskuläre Infiltration. Im Einzelnen sollten die Hypothesen getestet werden, dass 1. systemische und konditionale IL-6 Überexpression zu vaskulärer Dysfunktion führt (Hypothese 1). 2. die Auswirkung von IL-6 auf die Gefäßfunktion abhängig ist von einem intakten IL-17A Signalweg (Hypothese 2). 3. systemische und konditionale IL-6 Überexpression die Angiotensin II induzierte vaskuläre Dysfunktion aggraviert und dass Angiotensin II induziertes IL-6 bei seiner Wirkung auf die Gefäßfunktion ebenfalls abhängig ist von einem intakten IL-17A Signalweg (Hypothese 3). Mäuse mit einer systemischen IL-6 Überexpression waren nicht lebensfähig – es resultierten keine Nachkommen aus der Verpaarung der homozygoten IL-6OE/OE Maus mit der Deleter Cre-Rekombinase Mauslinie. Wir gehen davon aus, dass dies in dem überschießenden IL-6 Effekt begründet liegt. Da myeloide Zellen als eine wesentliche Quelle von IL-6 beschrieben sind, haben wir uns dazu entschlossen, entlang zu untersuchen, wie sich die Überexpression von IL-6 in myelomonozytären Zellen (neutrophilen Granulozyten und Makrophagen sowie Monozyten) auf die Gefäßfunktion auswirkt. Wir verpaarten also LysM-Cre-Rekombinase positive Mäuse mit der IL-6ind/ind Maus, und erhielten resultierend in LysM-IL6OE/+ Tieren und IL6OE/+ Kontrolltieren. In der Tat zeigten die LysM-IL6OE/+ Mäuse neben einem generell gesteigerten inflammatorischen Phänotyp einen deutlichen kardiovaskulären Phänotyp: So konnten wir eine relevante vaskuläre Dysfunktion nachweisen sowie erhöhte oxidative Stress-Level. Wir sehen eine Infiltration von myeloiden Zellen und eine vermehrte Fibrose Bildung. In den LysM-IL6OE/+ Mäusen fanden sich sowohl erhöhte IL-6 als auch IL-17A Spiegel im peripheren Blut (IL-6 in LysM-IL6OE/+ Tieren 456 +/-82,7 pg/ml versus nicht nachweisbar in Kontrolltieren; IL-17A in LysM-IL6OE/+ Tieren 70,67 +/- 14,07 pg/ml versus 0,86 +/- 0,4 pg/ml in Kontrolltieren). Die vaskulären Effekte waren abhängig von der Höhe der peripheren IL-6 und IL-17A Spiegel, was wir durch Knochenmarkstransplantations-Experimente herausfanden, in denen wir unterschiedliche Mengen an LysM-IL6OE/+ Knochenmark transferierten. Interessanterweise – und v.a. unerwarteterweise – wiesen die Mäuse einen deutlichen Blutungsphänotyp sowie Zeichen einer inflammatorischen Kolitis auf (Abbildung 2A und B). Bei Patienten, mit einem Kolitis-Schub, sehen wir ebenfalls ein erhöhtes peripheres IL-6 sowie verlängerte Gerinnungsparameter INR und aPTT. Diese Erkenntnisse untersuchen wir aktuell weiter im Rahmen meiner BMBF geförderten Juniorgruppe „Systemic inflammation and vascular disease“ am CTH in Mainz. Mittlerweile gehen wir davon aus, dass die verminderte Thrombosebildung sowie die Blutungsneigung mit einer IL-6 getriebenen alpha-2Makroglobulin-Erhöhung zusammenzuhängen scheint. Da die Erkenntnisse bezüglich der Gerinnungssituation komplett neu und initial unklar waren und z.T. auch mit der Gefäßfunktion zusammenzuhängen schienen, bearbeiteten wir beide Themen parallel. Parallel dazu konnten wir bereits aus basis-inflammatorischer Sicht publizieren, dass die IL-6 getriebene Immun-Dysregulation (also die gesteigerte inflammatorische Situation unter IL-6 Überexpression) komplett von der IL-6R alpha-chain Expression abhängt.

Publications

• Antagonization of il-17a attenuates skin inflammation and vascular dysfunction in mouse models of psoriasis. J Invest Dermatol. 2019;139:638-647
  Schuler R, Brand A, Klebow S, Wild J, Veras FP, Ullmann E, Roohani S, Kolbinger F, Kossmann S, Wohn C, Daiber A, Munzel T, Wenzel P, Waisman A, Clausen BE, Karbach S
  
• T cell-derived il-17a induces vascular dysfunction via perivascular fibrosis formation and dysregulation of (.)no/cgmp signaling. Oxidative medicine and cellular longevity. 2019;2019:6721531
  Schuler R, Efentakis P, Wild J, Lagrange J, Garlapati V, Molitor M, Kossmann S, Oelze M, Stamm P, Li H, Schafer K, Munzel T, Daiber A, Waisman A, Wenzel P, Karbach SH
  
• Thromboinflammation and vascular dysfunction. Hamostaseologie. 2019;39:180-187
  Karbach S, Lagrange J, Wenzel P
  
• Cutting edge: Il-6-driven immune dysregulation is strictly dependent on il-6r alpha-chain expression. J Immunol. 2020;204:747-751
  Mufazalov IA, Andruszewski D, Schelmbauer C, Heink S, Blanfeld M, Masri J, Tang Y, Schuler R, Eich C, Wunderlich FT, Karbach SH, Bluestone JA, Korn T, Waisman A
  
• Innate immune mechanisms of arterial hypertension and autoimmune disease. Am J Hypertens. 2020
  Jung R, Wild J, Ringen J, Karbach S, Wenzel P
  
• Myeloid cells to the rescue: Improving thrombus resolution. Thromb Haemost. 2020;120:197-198
  Knopp T, Karbach S, Wenzel P.