Open Access

Anja Kolbinger

• Inflammation is a crucial host defense mechanism activated in response to injury or infection. Its primary goal is to eliminate the source of the disturbance, repair the damaged tissue, and restore homeostasis. Inflammatory processes can be recognized through increased blood flow, higher vascular permeability, and the recruitment of leukocytes and plasma proteins to the tissue. A pathogen-induced inflammation triggers various pro- and anti-inflammatory processes. Local tissue cells and Toll-like receptors call upon innate immune cells like neutrophils, dendritic cells (DCs), and monocytes to respond to the intruder. They move across the endothelium and respond to local signals by releasing mediators or cytotoxic compounds, phagocytosing, or polarizing. To study local pathogen-induced inflammation, a zymosan-induced inflammation model was used in the hind paws of mice, which caused a Toll-like receptor 2 mediated inflammation. Multi-Epitope-Ligand-Cartography (MELC) was used for multiple sequential immunohistochemistry with 40 different antibodies on the same tissue. Bioinformatic analysis and graphical representation revealed a specific inflammatory architecture consisting of three major areas based on macrophage polarization and their cellular neighborhoods: a core region containing the pathogen, a pro-inflammatory region containing M1-like macrophages, and a region containing anti-inflammatory cells. This discovery highlights the coexistence of pro- and antiinflammatory processes during an ongoing inflammation and challenges the concept of a gradual temporal transition from pro- to anti-inflammation. Flow cytometry of the whole paw was performed to support and refine the MELC results. Eosinophils were used as a specific immune cell population to investigate their role in the inflammatory structure. They were found to be present in all three inflammatory regions, adapting their cytokine profile according to their localization. Depleting eosinophils reduced Interleukin 4 (IL-4)- levels, increased edema formation, and mechanical and thermal hypersensitivities during inflammation resolution. In the absence of eosinophils, pro- and anti-inflammatory region could not be determined in the inflammatory architecture, neutrophil numbers increased, and efferocytosis and M2-macrophage polarization were reduced. IL-4 administration restored these regions, normalized neutrophil numbers, efferocytosis, M2-macrophage polarization, and resolution of zymosan-induced hypersensitivity. The results show that eosinophils expressing IL-4 support the resolution of inflammation by enabling the development of an anti-inflammatory framework that encloses pro-inflammatory regions.
• Eine Entzündung ist ein wichtiger Abwehrmechanismus des Immunsystems, der bei Verletzung oder Infektion aktiviert wird. Hauptziel ist es, die Störungsquelle zu eliminieren, geschädigtes Gewebe zu reparieren und die Homöostase wiederherzustellen. Beginnende Entzündungsprozesse sind durch erhöhten Blutfluss, höhere vaskuläre Permeabilität und die Rekrutierung von Leukozyten und Plasmaproteinen in das Gewebe gekennzeichnet. Eine durch Pathogene induzierte Entzündung löst verschiedene pro- und antiinflammatorische Prozesse aus. Als Reaktion auf den Eindringling werden Immunzellen des angeborenen Immunsystems wie Neutrophile, dendritische Zellen und Monozyten durch residente Gewebezellen und Toll-like-Rezeptoren rekrutiert. Nach dem Übergang vom Blut ins Gewebe reagieren sie auf lokale Signale mit der Freisetzung unterschiedlicher Mediatoren, zytotoxischer Verbindungen, Phagozytose oder Polarisation. Um lokale durch Pathogene induzierte Entzündungen zu untersuchen, wurde ein Zymosan-induziertes Entzündungsmodell verwendet. Durch Injektion des Pathogens in die Hinterpfoten von Mäusen ensteht eine Toll-like-Rezeptor-2vermittelte Entzündung. Multi-Epitope-Ligand-Cartography (MELC) wurde verwendet, um sequenzielle Immunhistochemie mit 40 verschiedenen Antikörpern auf dem gleichen Gewebe durchzuführen. Die anschließende bioinformatische Analyse und grafische Darstellung der Ergebnisse zeigten eine spezifische Entzündungsarchitektur, die auf der Polarisation der Makrophagen und ihren zellulären Nachbarschaften basiert. Die Struktur enthält eine Kernregion mit dem Pathogen, eine proinflammatorische Region mit M1 Makrophagen und eine Region mit antiinflammatorischen Zellen. Diese Entdeckung hebt die Koexistenz von pro- und antiinflammatorischen Prozessen während einer laufenden Entzündung hervor und korrigiert das Konzept eines allmählichen zeitlichen Übergangs von proentzündlichen- zu antientzündlichen Vorgängen. Die Durchführung von Durchflusszytometrie mit der gesamten Pfote unterstützte die MELC-Ergebnisse. Anhand von Eosinophilen wurde die Rolle einer spezifischen Immunzellpopulation in der Entzündungsstruktur zu untersucht. Sie waren in allen drei entzündlichen Regionen zu finden und passten ihr Zytokinprofil entsprechend ihrer Lokalisation an. Eine Depletion von Eosinophilen mit einem Anti-Siglec F Antikörper reduzierte den Interleukin 4 (IL-4) -Spiegel und erhöhte die Ödembildung sowie mechanische und thermische Hypersensitivitäten während der Entzündungsauflösung. In Abwesenheit von Eosinophilen lösten sich die pro- und anti-entzündliche Region in der Architektur auf, die Anzahl der Neutrophilen erhöhte sich, und sowohl die Efferozytose als auch die M2-Makrophagenpolarisation wurden reduziert. Die Verabreichung von IL-4 stellte die Architektur vollständig wieder her, normalisierte die Anzahl der Neutrophilen, die Efferozytose und die M2-Makrophagenpolarisation sowie die Auflösung der durch Zymosan verursachten Hypersensitivität. Die Ergebnisse zeigen, dass Eosinophile, die IL-4 exprimieren, die Auflösung der Entzündung unterstützen, indem sie die Entwicklung eines anti-entzündlichen Rahmens ermöglichen, der die pro-entzündliche Region umschließt.