Background and objectives: Rheumatoid arthritis (RA) is characterized by a high level of chronicity and a failure to spontaneously resolve inflammation despite the absence of further trigger. It has been generally considered that RA is Th1 and (or) Th17 mediated disease. Infection with helminth triggers strong Th2 immune response, which modulates the development of systemic autoimmune diseases. Up to date, the role of Th2 immune response in RA was not clear. The aim of this study was to investigate whether infection with Nippostrongylus brasiliensis (Nb) influence RA outcome as well as the molecular mechanisms from Th2 cells and eosinophils in this effect. Materials and Methods: wild-type (WT), complete IL-4/IL-13-deficient mice (4-13ko), T cell-specific IL-4/IL-13-deficient mice (4-13Tko), STAT6-/- mice were infected with Nb subcutaneously 6 days before induction of experimental arthritis through injection of 200µl K/BxN serum intraperitoneally. 5 to 7 weeks old human TNF transgenic (hTNFtg) mice were infected with Nb and followed up to 9 weeks old. ΔdblGATA mice and IL-5tg mice were injected with 200µl K/BxN serum intraperitoneally. WT=>STAT6-/- chimera and WT=>WT sham chimera mice were generated by irradiating STAT6-/- and WT recipient mice (CD45.2) and reconstitute with bone marrow from WT donor mice (CD45.1). The proportion of Th1, Th2, Th17 cells in the spleen and mesenteric lymph node (mLN), neutrophils, eosinophils, macrophages in the joint, circulating monocytes and peritoneal macrophages were evaluated by flow cytometry. Eosinophils in inflamed paw of mice and human synovium as well as GATA3+ Th2 cells in human synovium were detected by immunohistochemistry. Results: Infection with Nb significantly alleviated arthritis development in arthritic K/BxN serum transfer or hTNFtg mice. The proportion of Th2 cells was significantly elevated in Nb infected mice compared with non-infected control whereas Th1 and Th17 cells were comparable between two groups. Accordingly, synovial neutrophils and MHC II+ macrophages were reduced whereas eosinophils and MHC II- macrophages were increased in Nb infected mice. The alleviation of arthritis by Nb was dependent of IL-4/IL-13 signaling, since no difference of arthritis score between 4-13ko infected mice and WT non-infected control in the initial and propagation phase could be found. However, a mild effect could be detected in 4-13Tko mice infected with Nb. Additionally, although Nb infected STAT6-/- mice developed comparable arthritis than WT non-infected control, WT=>STAT6-/- chimera mice displayed a significantly lower arthritis score than WT non-infected mice. Notably, arthritis in 4-13ko infected mice resolved earlier than WT non-infected control accompanied with hypereosinophilia both in circulation and in the inflammatory joint. Interestingly, an inverse correlation between arthritis score and peripheral eosinophil frequency was observed. Furthermore, both IL-5tg mice and mice received recombinant IL-5 injection developed strikingly reduced arthritis score than the WT whereas eosinophil-deficient ΔdblGATA mice have enhanced inflammation and bone erosion in K/BxN serum transfer arthritis. The proportion of neutrophils and pro-inflammatory MHC II+ macrophages were increased whereas MHC II- macrophages were decreased in the joint of ΔdblGATA arthritic mice. Finally, we observed increased infiltration of GATA3+ Th2 cells and eosinophils in the synovium of patients with RA. Conclusions: Th2 responses induced by Nb promote an active resolution of inflammatory arthritis. Mechanistically, IL-4/IL-13-STAT6 signaling pathway in hematopoietic cells induced the recruitment of anti-inflammatory macrophages in the inflamed joint. In addition, IL-5 and IL-5 triggered eosinophilia contribute to the resolution of arthritis by decreasing neutrophil traffic and increasing anti-inflammatory macrophages recruitment.

Hintergrund und Zielsetzung: Die Rheumatoide Arthritis (RA) ist eine chronische Erkrankung die trotz fehlender inflammatorischer Signale nicht spontan abheilt. Bisher wurde angenommen, dass die RA durch Th1 und (oder) Th17 Zellen vermittelt wird. Helmintheninfektionen lösen eine starke Th2 Antwort aus, die unter anderem die Entwicklung systemischer Autoimmunerkrankungen beeinflussen kann. Bislang ist über die Th2 Immunantwort in RA wenig bekannt. Das Ziel dieser Arbeit war es daher zu überprüfen, ob eine Infektion mit Nippostrongylus brasiliensis (Nb) die Ausprägung der RA beeinflussen kann. Des Weiteren sollten die molekularen Mechanismen von Th2 Zellen und eosinophilen Granulozyten in diesem Zusammenhang untersucht werden. Material und Methoden: Wildtyp (WT), vollständig IL-4/IL-13 defiziente Mäuse (4-13ko), T Zell spezifische IL-4/IL-13 defiziente Mäuse (4-13Tko), STAT6-/- Mäuse wurden 6 Tage vor der Induktion der Serum induzierten Arthritis (SIA), durch die intraperitoneale Injektion von 200µl K/BxN Serum, mit Nb subkutan infiziert. 5 bis 7 Wochen alte humanisierte TNF transgene (hTNFtg) Mäuse wurden mit Nb infiziert und standen bis zur neunten Lebenswoche unter Beobachtung. ΔdblGATA Mäusen und IL-5tg Mäusen wurde 200µl K/BxN Serum intraperitoneal verabreicht. WT=>STAT6-/- chimäre und WT=>WT scheinchimäre Mäuse wurden generiert, indem das Knochenmark der STAT6-/- und WT Empfängermäuse (CD45.2) durch Bestrahlung zerstört und mit dem Knochenmark von WT Spendermäusen (CD45.1) ersetzt wurde. Mit Hilfe der Durchflusszytometrie wurde die Anzahl der Th1, Th2 sowie der Th17 Zellen in der Milz und den Mesenteriallymphknoten (mLK) bestimmt. Des Weiteren wurde hiermit die Anzahl der Neutrophilen, Eosinophilen und Makrophagen in den Gelenken ermittelt und die Anzahl der zirkulierenden Monozyten sowie der peritonealen Makrophagen untersucht. Eosinophile in der entzündeten Pfote sowie in der menschlichen Synovia, als auch GATA3+Th2 Zellen in der menschlichen Synovia wurden mittels Immunhistochemie detektiert.
Ergebnisse: Die Infektion mit Nb verringerte signifikant die Entwicklung der K/BxN Serum induzierten Arthritis in WT Mäusen sowie auch der spontanen chronischen Arthritis in hTNFtg Mäusen. Die Anzahl der Th2 Zellen in den Nb infizierten Mäusen war im Vergleich zu den nicht infizierten Mäusen signifikant erhöht, wobei der Anteil der Th1 und Th17 Zellen in beiden Gruppen gleich blieb. Dementsprechend sank auch die Zahl der neutrophilen Granulozyten und der MHC II+ Makrophagen in der Synovia der Nb infizierten Tiere, wohingegen die Anzahl der Eosinophilen und MHC II- Makrophagen anstieg. Die Linderung der Arthritis durch Nb ist von dem IL-4/IL-13 Signalweg abhängig, da bei der Bestimmung des Arthritis Scores zwischen den 4-13ko infizierten Mäusen und den nicht infizierten WT Kontrolltieren während der Anfangsphase als auch der fortgeschrittenen Erkrankung kein Unterschied festgestellt werden konnte. Jedoch zeigten 4-13Tko Mäuse nach Infektion mit Nb einen leicht verminderten Krankheitsverlauf. Obwohl mit Nb infizierte STAT6-/- Mäuse vergleichbar starke Arthritis entwickelten wie nicht infizierte WT Kontrollen, zeigten die WT=>STAT6-/- chimären Tiere einen signifikant verringerten Arthritis Score. Interessanterweise nahm die Arthritis in 4-13ko infizierten Mäusen im Vergleich zu nicht infizierten WT Kotrolltieren schneller ab. Zudem äußerte sich bei den 4-13ko infizierten Tieren eine Hypereosinphilie in der Blutbahn als auch in den entzündeten Gelenken. Insbesondere konnte eine inverse Korrelation zwischen dem Arthritis Score und der Anzahl peripherer eosinophiler Granulozyten beobachtet werden. Außerdem wiesen IL-5tg Mäuse als auch die mit rekombinantem IL-5 behandelten Tiere im Vergleich zu den WT Mäusen einen reduzierten Arthritis Score auf, während Eosinophil-defiziente ΔdblGATA Mäuse im K/BxN SIA Modell eine gesteigerte Inflammation und Knochenerosion entwickelten. Die Anzahl der Neutrophilen und MHC II+ Makrophagen war in den Gelenken der ΔdblGATA Arthritis Mäuse erhöht. Gleichzeitig sank die Zahl der MHC II- Makrophagen in den Gelenken dieser Tiere. Abschließend konnte auch in RA Patienten eine verstärkte Einwanderung GATA3+ Th2 Zellen und eosinophiler Granulozyten in die Synovia beobachtet werden. Fazit: Eine durch Nb Infektion vermittelte Th2 Antwort leitet den aktiven Rückgang der inflammatorischen Arthritis ein. Mechanistisch bewirkt der IL-4/IL-13-STAT6 Signalweg in den hämatopoetischen Zellen die Rekrutierung der antiinflammatorischen Makrophagen in das entzündete Gelenk. Zusätzlich trägt IL-5 und die durch IL-5 eigeleitete Eosinophilie zu der Resolution der Arthritis bei, indem die Migration der neutrophinen Granulozyten vermindert wird und es zu einer verstärkten Rekrutierung der antiinflammatorischen Makrophagen kommt.