Hepcidin-vermittelte Hypoferrämie stört Immunreaktionen auf Impfung und Infektion, Teil 1

ZUSAMMENFASSUNG

Hintergrund:

Wie bestimmte Nährstoffe die adaptive Immunität beeinflussen, ist von großem Interesse. Eisenmangel ist weltweit der häufigste Mikronährstoffmangel und führt zu einer erheblichen globalen Krankheitslast; Die Auswirkungen auf die Immunität bleiben jedoch unklar.

Unter Immunität versteht man in der Medizin die Fähigkeit des menschlichen Immunsystems, sich selbst zu schützen. Eine der Hauptaufgaben des Körpers ist die Abwehr von Infektionen wie Bakterien oder Viren. Kurz gesagt, der gesamte Prozess der Erkennung und Entfernung antigener Fremdkörper durch den Körper wird als Immunität bezeichnet. Wir müssen auch die Immunität in unserem täglichen Leben verbessern, beispielsweise durch gesunde Ernährung oder Bewegung. In der Forschung wurde festgestellt, dass Cistanche auch die Immunität verbessern kann. Cistanche wird eine immunstärkende Wirkung zugeschrieben.

Das Prinzip umfasst im Wesentlichen die folgenden drei Aspekte: 1. Cistanche ist reich an verschiedenen Nährstoffen wie Polysacchariden, Aminosäuren, Spurenelementen usw., die die Immunität des Körpers verbessern können.

2. Cistanche enthält einige entzündungshemmende Inhaltsstoffe wie Cistanche, Cistanche-Alkaloide usw., die Entzündungen lindern, das Immunsystem entlasten und die Immunität verbessern können.

3. Cistanche enthält auch einige antioxidative Substanzen wie Flavonoide, Vitamin C usw., die dabei helfen können, freie Radikale im Körper zu entfernen und oxidative Schäden an Zellen zu reduzieren, wodurch indirekt die Immunität verbessert wird.

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Methoden:

Wir verwendeten ein Hepcidin-Mimetikum und mehrere genetische Modelle, um die Auswirkungen einer geringen Eisenverfügbarkeit auf T-Zellen in vitro und die Immunreaktionen auf Impfstoffe und Virusinfektionen bei Mäusen zu untersuchen. Wir untersuchten die humorale Immunität bei menschlichen Patienten mit erhöhtem Hepcidin und niedrigem Serumeisen, verursacht durch die Mutante TMPRSS6. Wir haben die Wirkung einer Eisenergänzung auf die durch Impfung induzierte humorale Immunität bei Ferkeln getestet, einem natürlichen Modell für Eisenmangel.

Ergebnisse:

Wir zeigen, dass ein niedriger Serumeisenspiegel (Hypoferrämie), der durch einen erhöhten Hepcidin-Anteil verursacht wird, die Effektor- und Gedächtnisreaktionen auf Impfungen stark beeinträchtigt. Der verstärkte Stoffwechsel aktivierter Lymphozyten erfordert die Unterstützung einer verbesserten Eisenaufnahme, die durch IRP1/2 und TFRC erleichtert wird. Dementsprechend verbesserte die Bereitstellung von zusätzlichem Eisen die Reaktion auf die Impfung bei subkutanen Mäusen und Ferkeln, während subkutane Menschen mit chronisch erhöhtem Hepcidin eine verringerte Konzentration an Antikörpern aufwiesen, die spezifisch gegen bestimmte Krankheitserreger sind. Durch die Einführung einer Hypoferrämie wurden die T- und B-Zellen abgeschwächt und die Antikörperreaktionen auf eine Influenzavirus-Infektion bei Mäusen neutralisiert, wodurch das Virus persistieren konnte und die Lungenentzündung und Morbidität verschlimmerte.

Schlussfolgerungen:

Hypoferrämie, eine gut erhaltene physiologische angeborene Reaktion auf eine Infektion, kann der Entwicklung einer adaptiven Immunität entgegenwirken. Dieser Nährstoff-Kompromiss ist relevant für das Verständnis und die Verbesserung der Immunantwort auf Infektionen und Impfstoffe im weltweit verbreiteten Kontext von Eisenmangel und entzündlichen Erkrankungen.

Finanzierung:

Medical Research Council, Großbritannien

EINFÜHRUNG

Adaptive Immunität ist für den Schutz vor Infektionskrankheiten und die Erhaltung der Gesundheit unerlässlich. Nach der Aktivierung vermehren sich antigenspezifische Lymphozyten schnell, differenzieren und übernehmen Effektorfunktionen, was einen beschleunigten Stoffwechsel und eine makromolekulare Synthese erforderlich macht.1 Eisen ist für viele grundlegende zelluläre Prozesse notwendig, einschließlich der DNA-Synthese, des Tricarbonsäurezyklus und der oxidativen Phosphorylierung2 und a Eine seltene Mutation im Transferrinrezeptor, die die Fähigkeit der Zellen zur Eisenaufnahme stört, führt zu einer Immunschwäche.3

Die weltweit hohe Prävalenz von Eisenmangel und Anämie resultiert aus einer Kombination aus ernährungsbedingtem Eisenmangel, Blutverlust und entzündungsbedingtem Hepcidin.4 Das Haupteisenregulationshormon Hepcidin unterdrückt die Eisenabsorption über die Nahrung und das Eisenrecycling der Makrophagen, indem es das Eisenexportprotein hemmt. Ferroportin, das Eisen in das Serum freisetzt.5,6 Die Hepcidin-Expression wird sowohl durch Eisen als Teil homöostatischer Mechanismen5,7 als auch durch Entzündungen als Teil der angeborenen Immunantworten reguliert, die versuchen, eindringenden Krankheitserregern Eisen zu verweigern.8 Hepcidin senkt schnell die Eisenkonzentration im Serum, und anhaltend hohe Hepcidin- und Hypoferrämie-Werte können zu Anämie führen.9 Wir fanden bei gambischen Säuglingen sehr niedrige Serumeisenkonzentrationen und hohe Hepcidinspiegel (durch Entzündungen verursacht).10,11

Es gab viele Studien, die einen Zusammenhang zwischen Eisenmangel und geschwächter Immunität herstellten, aber die Ergebnisse waren inkonsistent, und die zur Definition von Eisenmangel und zur Analyse von Immunreaktionen verwendeten Methoden variierten erheblich, was zu Unsicherheit führte.12,13 Neuere Berichte deuten darauf hin, dass Eisen die Krankheit verschlimmern kann Die Aktivität autoimmuner T-Zellen14 und ein schwerer Eisenmangel in der Nahrung können die B-Zell-Proliferationsreaktionen beeinträchtigen.15 Es ist jedoch nicht bekannt, ob Hepcidin als eisenregulierendes Hormon die adaptive Immunität gegen Impfungen und Infektionen beeinflusst. In dieser Studie zeigen wir, wie physiologische Schwankungen der Serumeisenkonzentrationen, die durch Hepcidin oder Eisenergänzung kontrolliert werden, die Lymphozytenbiologie und Immunantworten tiefgreifend beeinflussen.

ERGEBNISSE

Hepcidin-Aktivität hemmt Reaktionen auf Immunisierung durch Hypoferrämie

Um zu testen, wie sich Änderungen im Serumeisenspiegel auf die adaptive Immunantwort auswirken, wurden Mäuse auf eine eisenarme Diät (2 ppm Fe) gesetzt, um eine niedrige Eisenversorgung zu simulieren. Drei Tage nach der Immunisierung wurde den Mäusen täglich Mini-Hepcidin (ein Mimetikum von Hepcidin mit dem gleichen Wirkmechanismus16) injiziert, das die Eisenkonzentration im Serum vorübergehend auf ~5 mmol/l senkt (Abbildungen 1A und S1A). Mäuse in der Behandlungsgruppe mit niedrigem Eisengehalt hatten einen niedrigen Serumeisenspiegel und eine verringerte endogene Hepcidin-mRNA-Expression in der Leber (Abbildung 1A, was auf niedrige Eisenspeicher hinweist) und zeigten eine stark unterdrückte Antigen-spezifische CD8-T-Zellantwort auf die Immunisierung mit rekombinantem Adenovirus, das für Ovalbumin kodiert (AdHu{ {8}}Ovalbumin [OVA]) und an OVA-Protein im Adjuvans (Abbildungen 1B und 1C).

Darüber hinaus waren die Reaktionen der T-Follikel-Helferzellen, der B-Zellen des Keimzentrums (GC) und der Plasmazellen deutlich reduziert und die Anti-OVA-IgG-Titer wurden unterdrückt (Abbildung 1D). Wir haben die Schlüsselaspekte der veränderten Eisenhomöostase untersucht, die die adaptive Immunantwort beeinflussten. Bei Mäusen, die 4 Wochen lang eine eisenarme Diät erhielten, war der Eisengehalt in der Leber und die Hepcidin-mRNA in der Leber erheblich verringert, was auf niedrige Eisenvorräte hindeutet. Das Serumeisen blieb jedoch unverändert und die antigenspezifischen CD8-plus-T-Zell- und GC-B-Zell-Reaktionen auf die Immunisierung blieben unverändert (Abbildungen). S1B und S1C). Die fehlende Wirkung einer 4-wöchigen eisenarmen Diät auf die Veränderung des Serumeisens, aber auf den Eisenabbau in der Leber war auch ohne Immunisierung reproduzierbar (Abbildung S1D), und eine eisenarme Diät veränderte die Wachstumsrate der Mäuse nicht (Abbildung). S1E). Darüber hinaus führte eine 4-wöchige eisenarme Diät nur zu einer leichten mikrozytären hypochromen Anämie (Abbildung S1F).

Bei Mäusen, die eine normale Eisendiät (188 ppm Fe) erhielten, verursachte eine einzelne Injektion von Mini-Hepcidin 3 Stunden vor der Immunisierung mit OVA im Adjuvans einen niedrigen Eisenspiegel im Serum für ca. 24 Stunden bei gleichzeitiger Wechselwirkung zwischen dendritischen Zellen (DC) und T-Zellen. Dies war jedoch nicht der Fall verändern das Ausmaß nachfolgender OT-I-Reaktionen (OVA-spezifisches CD8 plus T-Zellen) (Abbildung S1G).

Allerdings reichten 2 Injektionen von Mini-Hepcidin an den Tagen 3 und 4 nach der Immunisierung aus, um die Expansion der OT-I-Zellen zu unterdrücken, und die weniger reagierenden Zellen wiesen eine erhöhte Expression des Transferrinrezeptors (TFRC) auf, was auf einen relativen zellulären Eisenmangel und Leber-Hepcidin-mRNA hinweist verringert, was mit Hypoferrämie vereinbar ist (Abbildung 1E). Die Injektion von Eisen(III)-Ammoniumcitrat rettete die durch Mini-Hepcidin induzierte Unterdrückung der OT-I-Expansion, verringerte die TFRC-Expression auf reagierenden T-Zellen und erhöhte die Leber-Hepcidin-mRNA (Abbildung 1E). Weder das Hepcidin-Peptid noch das Mini-Hepcidin veränderten die T-Zell-Proliferation oder die TFRC-Expression in vitro direkt (Abbildungen S2A–S2C), was darauf hindeutet, dass die In-vivo-Wirkung von Mini-Hepcidin über die Eisenumverteilung während der Expansionsphase der Immunantwort vermittelt wird. Hepcidin verursacht Hypoferrämie teilweise durch die Sequestrierung von Eisen in Milzmakrophagen.

Allerdings hemmte die Injektion von Eisen-Dextran bei Mäusen, das eine Eisenakkumulation in Milzmakrophagen ohne Verringerung des Serumeisens induziert, nicht (im Gegensatz zu Mini-Hepcidin) die OT-I-Reaktion auf die Immunisierung (Abbildungen S2D–S2G). Daher ist ein durch Mini-Hepcidin verursachter verringerter Serumeisenspiegel notwendig und ausreichend, um die Reaktion aktivierter und proliferierender Antigen-spezifischer Lymphozyten auf die Immunisierung zu beeinträchtigen.

Hypoferrämie hemmt die T-Zell-Zytokinproduktion als Reaktion auf virale Vektoren

Bei der eingehenderen Untersuchung dieses Konzepts stellten wir fest, dass Mini-Hepcidin-Injektionen die endogene CD8-T-Zell-OVA-spezifische Reaktion auf AdHu5-OVA in der Milz und im peripheren Blut, die OT-I-Reaktion der Milz auf die für OVA kodierende modifizierte Vaccinia Ankara, verringerten (MVA-OVA), die Milz-OT-I-Reaktion auf OVA im Adjuvans und die endogene CD8-T-Zell-Milz-Vaccinia-spezifische (B8R-Peptid)-Reaktion auf MVAOVA, alle bei Mäusen mit einer Standard-Eisendiät (Abbildungen 2A und 2B). Über die Auswirkungen auf die Proliferation hinaus sezernierten OT-I-CD8-Zellen von mit Mini-Hepcidin behandelten Mäusen weniger der Effektorzytokine Interferon g (IFNg) und Tumornekrosefaktor-a (TNF-a) und weniger dieser Zellen produzierten Interleukin{{16 }} (IL-2), bei Ex-vivo-Restimulation (Abbildung 2C). Minihepcidin unterdrückte auch die Reaktion der endogenen zytokinproduzierenden Effektor-CD4-T-Zellen auf MVA-OVA und die Reaktion der follikulären CD4-OT-II-T-Helferzellen auf OVA im Adjuvans; Darüber hinaus sezernierten weniger Milz-OT-II-CD4-Effektorzellen IL-2 oder TNF-a bei Restimulation mit Peptid ex vivo, und die Antworten von Milz-GC-B-Zellen wurden unterdrückt (Abbildungen 2D und 2E). Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Hypoferrämie mehrere Elemente der Immunantwort über mehrere Impfplattformen und verschiedene Antigene hinweg hemmt.

Die Eisenaufnahme ist eine zelleigene Voraussetzung für Lymphozytenreaktionen

Um die zellintrinsische Natur eisenabhängiger Reaktionen zu untersuchen, haben wir getestet, wie die Y20H-Mutation in TFRC, die die zelluläre Eisenaufnahme beeinträchtigt und beim Menschen eine Immunschwäche verursacht,3 die Lymphozytenreaktionen auf die Immunisierung beeinflusst. Es wurden kompetitive Knochenmarktransplantationsexperimente durchgeführt, bei denen Knochenmark von Wildtyp-Mäusen (WT) und TfrcY20H/Y20H-Mäusen gemischt und in letal bestrahlte WT-Empfängermäuse übertragen wurden, und sowohl die Lymphopoese als auch die Reaktion auf die Immunisierung analysiert wurden (Abbildung 3A). Das TfrcY20H/Y20H-Allel hatte keinen Einfluss auf die Rekonstitution von T-Zellen oder B-Zellen in den Kreislauf (Abbildung 3B), aber nach der Immunisierung mit MVA-OVA reagierten antigenspezifische CD8-T-Zellen, follikuläre T-Helferzellen und GC-B-Zellen Das TfrcY20H/Y20H-Allel war im Vergleich zu seinen WT-Gegenstücken unterrepräsentiert, was darauf hindeutet, dass die TfrcY20H/Y20H-Mutation den proliferativen Lymphozytenreaktionen speziell nach der Immunisierung zellintrinsische Defekte verleiht (Abbildung 3C).

Eine beeinträchtigte Eisenaufnahme beeinträchtigt die Physiologie der T-Zellen

Um die Grundlage der Empfindlichkeit von T-Zellen gegenüber Eisenmangel zu verstehen, haben wir die Expression wichtiger Eisenverarbeitungsproteine5 in den ersten 24 Stunden nach der Aktivierung von CD8-T-Zellen in Standard-Zellkulturmedien anhand veröffentlichter Datensätze untersucht.17 TFRC war stark hochreguliert und eisenhaltig Die Ionenimporteure DMT1 (Slc11a2) und ZIP14 (Slc39a14) und die intrazellulären Eisensensoren18 IRP1 und IRP2 (eisenresponsive elementbindende Proteine ​​1 und 2) waren ebenfalls erhöht, während die Werte des Eisenspeicherproteins Ferritin (FTL und FTH) nicht erhöht waren deutlich verändert; Das Eisenexportprotein Ferroportin (Slc40a1) wurde nicht nachgewiesen, aber die Ferroportin-mRNA-Expression war nach der Aktivierung stark verringert (Abbildungen S3A und S3B). Diese Veränderungen deuten auf einen Drang hin, Eisen nach der Aktivierung zu spüren, zu erwerben und zu behalten.

IRP1 und IRP2 kontrollieren die zelluläre Eisenhomöostase.18 Um die funktionelle Bedeutung dieser Regulatoren in CD8-plus-T-Zellen zu testen, verwendeten wir gefloxte Irp1- und Irp2-Allele, die über eine Tamoxifen-aktivierte Cre-ERT2-Rekombinase herausgeschnitten wurden (Abbildung S3C). Stimulierte CD8-plus-T-Zellen, die zur Löschung von Irp1 und Irp2 induziert wurden, regulierten TFRC nicht im gleichen Ausmaß hoch wie Kontrollzellen und vermehrten sich relativ schlecht; Allerdings wurde die Proliferation durch die Zugabe von anorganischem FeSO4, das unabhängig von TFRC aufgenommen wird, erheblich verbessert (Abbildungen 4A, 4B und S3D). Daher ist für die Proliferation nach der Aktivierung eine Irp1/2-Kontrolle der TFRC-vermittelten Eisenaufnahme durch T-Zellen erforderlich.

Abbildung 2. Minihepcidin-vermittelter Serumeisenmangel hemmt die CD8-T-Zell-Reaktion auf eine Vielzahl von Immunisierungen und beeinträchtigt die Qualität der CD4-T-Zell-Reaktionen.

(A) Experimentelles Schema zur Untersuchung der Wirkung einer Mini-Hepcidin-Injektion auf die Immunisierung. (B) Antigenspezifische T-Zellpopulationen, quantifiziert durch Durchflusszytometrie 7 Tage nach der Immunisierung. Von links nach rechts: Anzahl endogener OVA-spezifischer CD8 T-Zellen der Milz nach AdHu5-OVA-Immunisierung, Häufigkeit endogener OVA-spezifischer CD8 T-Zellen als Prozentsatz der gesamten CD8s im peripheren Blut nach AdHu5-OVA Immunisierung, Anzahl der OT-I-OVA-spezifischen CD8-T-Zellen der Milz nach MVA-OVA-Immunisierung, Anzahl der OT-I-OVA-spezifischen CD8-T-Zellen der Milz nach OVA- und Adjuvans-Immunisierung und Häufigkeit von endogenem Vaccinia (B8R-Epitop)-spezifischem CD8 T-Zellen als Prozentsatz der gesamten CD8s, aufgelöst durch IFNg-Produktion nach Ex-vivo-Peptid-Restimulation, induziert durch MVA-OVA-Immunisierung. Bedeutet G SDs. T-Test. Studentischer 2-tailed t-Test, ungepaart.

(C) Von links nach rechts: relativer MFI von IFNg und TNF-a für OT-I-Effektorzellen, die das jeweilige Zytokin produzieren, MFI normalisiert auf den Durchschnitt der Vehikelgruppe; Prozentsatz der OT-I-Effektorzellen, die IL-2 absondern. Zytokin-produzierende Zellen wurden durch intrazelluläre Zytokinfärbung nach ex vivo-Restimulation von Splenozyten von Mäusen mit SIINFEKL-Peptid 7 Tage nach der MVA-OVA-Immunisierung aufgelöst. Bedeutet G SDs. T-Test. Studentischer 2-tailed t-Test, ungepaart. (D) Häufigkeit von endogenem Vaccinia-spezifischem IFNg, TNF-a oder IL-2, das CD40L plus CD4 Th1-Effektor-T-Zellen produziert, als Prozentsatz der gesamten CD4s, aufgelöst durch intrazelluläre Zytokinfärbung nach Ex-vivo-Restimulation von Splenozyten mit MVA -OVA-gepulste dendritische Zellen. Bedeutet G SDs. T-Test. Studentischer 2-tailed t-Test, ungepaart.

(E) Anzahl der follikulären OT-II-T-Helferzellen der Milz, die durch OVA und adjuvante Immunisierung induziert wurden. Häufigkeit von Milz-TNF-a-plus- und IL-2-plus-OT-II-Effektorzellen, die durch OVA und adjuvante Immunisierung induziert wurden, als Prozentsatz der gesamten OT-II-CD4-T-Zellen nach ex vivo-Restimulation mit Peptid. Häufigkeit von Milz-GC-B-Zellen als Prozentsatz der B-Zellen nach OVA und adjuvanter Immunisierung. Alle 7 Tage nach der Impfung. Bedeutet G SDs. T-Test. Studentischer 2-tailed t-Test, ungepaart.

Um die Auswirkung einer geringen Eisenverfügbarkeit auf Aspekte der T-Zell-Physiologie weiter zu untersuchen, haben wir WT-CD8-T-Zellen in vitro über einen Bereich von Transferrin-Eisen-Konzentrationen aktiviert. Ein niedriger Eisengehalt veränderte die frühe CD69-Hochregulation nicht, führte jedoch innerhalb von 24 Stunden zu weniger Zellen mit mehr als 2N DNA-Gehalt und verringerte die Proliferation über 3 Tage (Abbildung S3E). Eisenmangel verringerte den gesamten zellulären ATP-Gehalt 24 Stunden nach der Aktivierung und verringerte die ATP-Produktion aufgrund einer geringeren mitochondrialen ATP-Erzeugung, während die glykolytische ATP-Produktion unverändert blieb und nach 72 Stunden eisendefiziente T-Zellen relativ depolarisierte Mitochondrien aufwiesen (Abbildung 4C). Insbesondere sind die DNA-Synthese und die mitochondriale ATP-Synthese eisenabhängige Prozesse, während im Gegensatz dazu keines der zehn Enzyme, die die Glykolyse vermitteln, Eisen zu benötigen scheint.

Das Säugetierziel des Rapamycin-Komplexes 1 (mTORC1) erkennt verschiedene Umweltsignale und ist ein wichtiger Regulator der T-Zell-Differenzierung17,19; Während die eisenabhängige Regulierung von mTORC1 die erythroide Reaktion auf Eisenmangel regulieren kann,20 ist das Vorhandensein dieser Signalachse in anderen primären Zelltypen unbekannt. Wir fanden heraus, dass ein niedriger Eisengehalt auch die mTORC1-Aktivität von CD8 plus T-Zellen (gemessen durch intrazelluläres phosphoryliertes ribosomales S6-Protein) und die Expression des Aminosäuretransporters CD98 verringerte und die Zellgröße verringerte (Abbildung S3F). Darüber hinaus waren die Konzentrationen von Granzym B und dem IL-2-Rezeptor (CD25) verringert, was auf einen beeinträchtigten Effektor-Phänotyp hinweist (Abbildung S3G). In ergänzenden Experimenten erhöhten wir die Eisenverfügbarkeit für aktivierte CD8-T-Zellen von TfrcY20H/Y20H-Mäusen, indem wir Eisen in Formen bereitstellten, die das defekte Y20H-TFRC-Protein umgehen (Abbildung S4A). Die schnelle Hochregulierung von CD69 blieb davon unberührt, aber FeSO4 verbesserte den ATP-Gehalt von TfrcY20H/Y20H-CD8-T-Zellen, die mitochondriale Gesundheit, erhöhte die Zellgröße und den Prozentsatz an Phosphor-S6-plus-Zellen und rettete die Proliferation (Abbildungen S4B–S4D). Zusammenfassend lässt sich sagen, dass CD8-T-Zellen nach der Aktivierung ihre Fähigkeit zur Eisenaufnahme verändern und Eisen für die Mitochondrien- und Effektorfunktionen der T-Zellen, eine optimale Stoffwechselaktivität und das Fortschreiten des Zellzyklus benötigt wird.

Vorübergehende Hypoferrämie hat langfristige Auswirkungen auf das T-Zell-Gedächtnis

Der In-vitro-Bedarf von T-Zellen an Eisen und die starken Auswirkungen von Hypoferrämie auf primäre Immunantworten veranlassten uns zu testen, ob eine niedrige Eisenverfügbarkeit längerfristige Auswirkungen auf die Bildung des immunologischen Gedächtnisses hatte. Wir übertrugen OT-I-Zellen in Empfängermäuse, injizierten OVA-Protein in Adjuvans und behandelten die Mäuse dann 4 Tage lang täglich mit Mini-Hepcidin; 28 Tage später, als sich das Serumeisen normalisierte, gab es eine leicht verminderte Gesamtzahl der OT-I-Gedächtniszellen der Milz und eine deutliche signifikante Verringerung der Häufigkeit von Gedächtniszellen mit einem zentralen gedächtnisähnlichen Phänotyp (CD62L plus; oder CD27 plus, CD43). ; oder CX3CR1) 21,22 von Mäusen, die während des Primings Mini-Hepcidin erhalten hatten (Abbildung S5A).

Nach der In-vitro-Restimulation wurden bei Mäusen, die während der primären Immunantwort einen niedrigen Serumeisenspiegel aufwiesen, weniger Milzgedächtniszellen nachgewiesen, die in der Lage waren, IL-2, IFNg und TNF-a (einzeln oder kombiniert) zu synthetisieren; Antwortende Zellen produzierten auch weniger von jedem Zytokin (Abbildungen S5B–S5E). Um schließlich die Erinnerungsreaktionen in einem separaten Experiment zu testen, wurden Mäuse, denen an den Tagen 3–6 nach der Immunisierung OVA als Adjuvans mit oder ohne Mini-Hepcidin injiziert worden war, am Tag 35 nach der Immunisierung erneut subkutan mit OVA und der sekundären Reaktion herausgefordert analysiert am Tag 40. Hypoferrämie während des Primings reduzierte die OVA-spezifische CD8-T-Zell-Recall-Reaktion und den Prozentsatz der IFNg-produzierenden CD8-plus-T-Zellen (Abbildung 5A). Daher beeinträchtigt eine vorübergehende Hypoferrämie während primärer Reaktionen die Qualität und Quantität des nachfolgenden T-Zell-Gedächtnis- und Erinnerungsvermögens bei Mäusen.

Beeinträchtigte Antikörperreaktionen bei Ferkeln und Menschen mit Eisenmangel

Um zu verstehen, ob ähnliche Prinzipien eisenlimitierender Immunantworten bei Arten mit unterschiedlichen Stoffwechselbedürfnissen gelten, haben wir uns die natürliche Physiologie von Ferkeln zunutze gemacht, bei der die Eisenreserven bei der Geburt aufgrund der großen Wurfgröße, des schnellen postnatalen Wachstums und des Eisenmangels gering sind - Schlechte Sauenmilch erfordert die zusätzliche Bereitstellung von Eisen, um das schnelle Auftreten einer Anämie zu verhindern.23 Bei Ferkeln, die nur mit Sauenmilchersatz ohne Eisenzusatz aufgezogen wurden, war das Serumeisen relativ niedrig und der Hämoglobinspiegel sank in den 4 Wochen nach der Geburt stetig; Die Anzahl der roten Blutkörperchen war ebenfalls verringert, während die Blutplättchen erhöht waren, was auf eine Eisenmangelanämie (IDA) hinweist (Abbildungen 6A, S6A und S6B). Im Alter von 2 Wochen wurden die Ferkel geimpft.

Mycoplasma hyopneumoniae (eine Standardimmunisierung gegen einen wichtigen Ferkelpathogen24), zu diesem Zeitpunkt gab es keinen signifikanten Unterschied im Antikörpertiter (Abbildung S6C). Zwei Wochen später war die impfstoffspezifische Antikörperreaktion bei den Ferkeln, die Eisen erhalten hatten, relativ erhöht (Abbildungen 6B und S6C). Vor dem Hintergrund der IDA sorgt eine Eisenergänzung daher nicht nur für die Aufrechterhaltung des Hämoglobins, sondern kann auch die Reaktion auf die Impfung verbessern.

Eine seltene Form der eisenrefraktären IDA (IRIDA) beim Menschen wird durch erhöhtes Hepcidin bei Patienten mit Mutationen in TMPRSS6 verursacht, einer Protease, die normalerweise Hepcidin unterdrückt.25 Die Qualität der adaptiven Immunität bei IRIDA-Patienten wurde bisher nicht untersucht. Wir untersuchten Antikörper, die für verschiedene Krankheitserreger spezifisch sind, auf die Impfstoffe abzielen, bei einer Gruppe von 12 IRIDA-Patienten, die im Vergleich zu Kontrollpersonen erhöhte Hepcidinspiegel, Hypoferrämie (~5 mmol/L Serum-Fe) und hämatologische Parameter aufwiesen, die auf IDA hinweisen (Abbildung S6D). Ähnliches Alter, gesammelt in derselben Klinik (Abbildung 6C). Keiner der IRIDA-Patienten (und Kontrollpersonen) hatte ein erhöhtes C-reaktives Protein (alle IRIDA-Patienten).<0.5 mg/L), indicating a lack of systemic inflammation (Figure S6D). Compared to the control group, the IRIDA group had lower serum immunoglobulin G (IgG) concentrations against rubella, Hib, and anti-Streptococcus pneumoniae serotype 1 (PS1), a leading cause of invasive pneumococcal disease globally26 (Figure 6D). 

Für Anti-PS1 erreichte keiner der IRIDA-Patienten eine Antikörperkonzentration über dem Schutzschwellenwert der Weltgesundheitsorganisation (WHO) von 0,35 mg/ml (Abbildung 6D), und insgesamt war die Wahrscheinlichkeit, dass IRIDA-Patienten dies erreichten, geringer schützende Konzentrationen gegenüber S. pneumoniae-Serotypen (Abbildung S6E). Unter Berücksichtigung von Alter und Geschlecht fanden wir Genotypeffekte auf AntiPS1 (p=0.005), Anti-PS18C (p=0.048) und Anti-Hib (p=0.066 ) Serum-IgG (alle niedriger in der IRIDA-Gruppe). Diese Daten zeigen, dass ein anhaltend hoher Hepcidinspiegel mit geringeren Antikörperspiegeln gegen einige wichtige Krankheitserreger beim Menschen einhergeht.

Hypoferrämie verschlimmert Influenzavirus-Infektionen und Lungenentzündungen

Angeborene Immunantworten auf eine Infektion erhöhen Hepcidin und tragen so zur Hypoferrämie der Infektion bei.8 Wir untersuchten, wie eine Mini-Hepcidin-Behandlung zur Erzwingung einer längeren Hypoferrämie die Immunantwort auf eine respiratorische Virusinfektion (Influenza-A-Virus) bei Mäusen beeinflusste (Abbildung 7A). Wir beobachteten weniger virusspezifische CD8-T-Zellen in Milz und Lunge; weniger Granzym B-exprimierende Milz-CD8-T-Zellen; und weniger T-follikuläre Helferzellen, Antigen-erfahrene CD44-plus-CD4-Zellen und GC-B-Zellen in den mediastinalen Lymphknoten am Tag 8 nach der Infektion (Abbildungen 7B und 7C); Allerdings war die Lungen-mRNA-Expression der proinflammatorischen Zytokine IL-6 und TNF-a höher (Abbildung S7A). Auch die zellulären Immunantworten in der Milz waren am Tag 10 nach der Infektion reduziert (Abbildung S7B), zirkulierende Influenza-neutralisierende Antikörper waren nicht nachweisbar (Abbildung 7D) und die Viruslast der Lunge (gemessen als Influenza-Nukleoprotein-RNA) war deutlich höher (Abbildung 7E). .

Histologisch war bei allen infizierten Mäusen eine fokale Atemwegsentzündung vorhanden, aber trotz unterdrückter Lymphozytenreaktionen war die perivaskuläre/peribronchioläre Entzündung in der Lunge der mit Mini-Hepcidin behandelten infizierten Mäuse schwerwiegender und erstreckte sich deutlich bis in das Alveolarparenchym (Abbildungen 7F und 7G). ). Die erhöhten Entzündungszellinfiltrate bei mit Mini-Hepcidin behandelten Mäusen umfassten sowohl mononukleäre Zellen als auch Neutrophile, wobei größere Bereiche der Lunge gestörte Alveolarstrukturen aufwiesen (Abbildungen 7F, 7G S7C und S7D); Es wurde jedoch keine Veränderung des Nicht-Häm-Eisengehalts in der Lunge beobachtet (Abbildung S7E). Zusätzlich zu dieser erhöhten Gewebeschädigung erholten sich mit Mini-Hepcidin behandelte Mäuse nicht vom infektionsbedingten Gewichtsverlust (Abbildung S7F). Daher hatten Mäuse mit anhaltender Hypoferrämie eine unterdrückte adaptive Immunantwort, waren weniger in der Lage, das Virus zu beseitigen und litten unter schwereren Lungenerkrankungen und anhaltender Morbidität.

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