B cellular regulation of allergen tolerance during specific immunotherapy of IgE-mediated respiratory allergies

In this project the following hypotheses will be addressed:I) During the course of specific immunotherapy (SIT), allergen-specific B cells serve as mediators of allergen tolerance by - producing allergen-blocking antibodies- secreting regulatory cytokines- and showing increased regulatory activity in the nasal mucosa.II) Different modes of allergen application (subcutaneous vs. sublingual SIT) result in distinctly different immune alterations.III) Long term allergen tolerance depends on the induction of an allergen-specific memory B cell response, which can be stimulated by allergen booster injections.

Die bislang einzige ursächliche Behandlungsform IgE-vermittelter Soforttypallergien ist die allergenspezifische Immuntherapie (AIT). Hierbei wird das Immunsystem über einen Zeitraum von drei Jahren regelmäßig kleinsten Allergenmengen ausgesetzt mit dem Ziel, bei den Patienten eine langfristige Toleranz gegenüber dem krankheitsauslösende Allergen zu induzieren. Nach erfolgreicher Therapie treten bei einem erneuten Allergenkontakt somit keine bzw. nur noch deutlich abgeschwächte Beschwerden auf. Es ist allerdings bekannt, dass Patienten ihre Allergentoleranz ca. fünf bis acht Jahre nach dem Ende einer AIT wieder verlieren können, was sich in einer Verschlechterung der allergischen Symptome bspw. während der Pollenflugzeit äußert. Um die nach dem Ende einer AIT induzierte Allergentoleranz längerfristig aufrechtzuerhalten, wurde daher in der vorliegenden Studie (hier am Beispiel der Birkenpollenallergie) eine einmalige Booster-Injektion mit Birkenpollenextrakt bei Patienten durchgeführt, deren AIT bereits mehrere Jahre zurücklag. Grundlage dafür ist die aus Impfstudien bekannte Beobachtung, dass durch eine wiederholte Antigeninjektion – auch Jahrzehnte nach erfolgter Impfung – die Produktion schützender antigenspezifischer Antikörper mit hoher Effizienz wieder angestoßen („geboostert“) werden kann. Im Kontext der Allergentoleranz richtet sich dabei ein Hauptaugenmerk auf die Induktion allergenspezifischer IgG-Antikörper, vor allem des IgG4-Isotyps. Für diese Antikörperklasse wurde gezeigt, dass sie in der Lage ist, dass ursächliche Allergen zu binden. Damit wird eine Aktivierung von Mastzellen und Basophilen „blockiert“ und die Ausschüttung der Botenstoffe verhindert, die letztendlich zu den klinischen Beschwerden wie bspw. einer Rhinokonjunktivitis allergica („Heuschnupfen“) oder eines allergischen Asthma führen. Um die Veränderungen, die durch eine AIT oder Booster-Injektion hervorgerufen werden, verfolgen zu können, wurden sensitive Testsysteme entwickelt, welche die Detektion sehr geringer Zellpopulationen auf Einzelzellebene ermöglichten. Mit deren Hilfe war es u.a. möglich, die Frequenzen allergenspezifischer IgG-sezernierender Gedächtnis-B-Zellen, Bet v 1-positiver Plasmazellen sowie IL-10-produzierender B-Zellen zu detektieren. Sowohl während der AIT als auch nach einer Booster-Injektion konnte schließlich unter Verwendung der etablierten Assays eine Zunahme dieser drei Zellsubtypen beobachtet werden, denen auf B-zellulärer Ebene jeweils eine wesentliche Rolle bei der Induktion und Aufrechterhaltung der Allergentoleranz zugesprochen wird. Damit einhergehend wurde auch ein Anstieg der allergenspezifischen IgG4-Antikörper im Serum der Patienten verzeichnet. Anhand unterschiedlicher Testmethoden konnte zudem die Blockadekapazität der Patientenseren bestimmt werden. Die Resultate dieses funktionellen Ansatzes scheinen dabei eher den klinischen Toleranzstatus eines Allergikers gegenüber dem auslösenden Allergen widerzuspiegeln als die rein quantitative Messung von IgG- und IgG4-Konzentrationen. Bemerkenswerterweise waren die im Blut bzw. Serum der Patienten detektierten humoralen Veränderungen nicht in der Nase als Effektororgan einer Soforttypreaktion nachweisbar, was als Hinweis darauf verstanden werden könnte, dass hier andere protektive Mechanismen vorrangig zum Tragen kommen oder durch eine Booster-Injektion lokale B-Zellmechanismen nicht ausreichend adressiert werden. Zusammenfassend konnten in diesem Projekt erstmalig immunologische Daten generiert werden, die darauf hindeuten, dass eine einmalige präsaisonale Booster-Injektion mit Birkenpollenextrakt neben der Zunahme IgG-produzierender Gedächtnis-B-Zellen bzw. IL-10- sezernierender B-Zellen zu einer wesentlichen Induktion allergenblockierender IgG4-Antikörper führt. Diese Resultate legen nahe, dass Booster-Injektionen somit einen positiven Effekt auf die Langzeittoleranz nach abgeschlossener AIT haben. Die aktuelle Relevanz dieser Forschung zeigte sich zudem durch die Würdigung der Arbeit anhand von zwei Posterpreisen im Rahmen des 15. Deutschen Allergiekongresses in Wiesbaden 2020, bei dem die Daten der mit einer Booster-Injektion behandelten Patienten erstmalig während einer Fachtagung vorgestellt wurden.