Albrecht v. Graefes Arch. klin. exp. 0phthal. 197, 269--272 (1975) 9 by Springer-Verlag 1975

Experimentelle Chorioretinitis des Kaninchens durch homologe und heterologe Photoreceptor-AuBensegmente S. Tilgner, E. Hempel, F.-J. Sych, W. Meyer und K.-D. SchrSder Universit/~ts-Augenklinik Jena (Direktor: Prof. Dr. A. Heydenreich) Eingegangen am 21. Juni 1975 Experimental Chorioretinitis in Rabbits Induced by Homologous and Heterologous Photoreeeptor Outer Segments Summary. Experiments with 73 GrCh rabbits showed, that both homologous and heterologous (bovine) photoreceptor outer segments (ROS) induce chorioretinitic diseases of the same kind. The findings refer to questions of localization end efficiency of homologous and heterologous (bovine) pathogenic l~0S antigens. Zusammen/assung. Durch Versuche an 73 GrCh-Kaninchen wird belegt, dab homologe und heterologe (bovine) Photoreceptor-Aul3ensegmente (ROS) klinisch gleichartige Chorioretinitiden induzieren. Die Befunde vermitteln Hinweise zur Lokalisation und zum Wirkungsgrad des homologen und heterologen (bovinen) pathogenen Antigens. gomologe, nicht fraktionierte Retina induziert bei Versuchstieren allergische Chorioretinitiden bzw. Uveitiden, wenn sie mit komplettem Freundschen Adjuvans intraeutan injiziert wird (Aronson, 1968; Lerner et al., 1968; Kalsow u. Waeker, 1973; Macdonald, 1971; yon Sallmann et al., 1969; SchrSder et al., 1974; Tilgner et al., 1973, 1974; Wacker u. Lipton, 1965--1971 ; Wacker et al., 1969). Heterologe, nicht fraktionierte Retina wirkt, abgesehen yon einigen negativen Befunden (Aronson, 1968; Lerner etal., 1968), ganz /~hnlich (Wacker u. Lipton, 1968a; Faure et al., 1972; Wacker u. Kalsow, 1973), aber anscheinend etwas schw/~eher (Waeker u. Lipton, 1968a). Als pathogenes Antigen gewannen Waeker u. Lipton (1968b, 1971) aus der Retina eine 15sliehe Fraktion und nannten sie ,,S-Antigen". Dieses ist im Neuroepithel der Netzhant, also im Bereich des I. Neurons, konzentriert und reiehlich, aber nicht ausschliel31ich in den AuSensegmenten der Photoreceptoren nachzuweisen. Isolierte Photoreeeptor-AuSensegmente (ROS) sind in der pathogenetischen Wirksamkeit dem extrahierten S-Antigen grunds/~tzlich vergleichbar (gahi, 1970 ; Faure et al., 1973 ; Kalsow u. Wacker, 1973). Homologes extrahiertes S-Antigen erwies sieh in Experimenten an Meerschweinchen als hochpathogen (Wacker u. Lipton, 1971). Homologe isolierte ROS zeigten im Kaninchen-Versuch starke krankmachende Potenz (Hempel et al., 1974). Die Wirkung heterologer ROS von Rind, Sehaf und Menseh auf Meerschweinchen untersuchten Faure et al. (1973). Wir verglichen im folgenden unsere Beobachtungsresultate an Kaninchen nach Applikation homologer und heterologer (boviner) I~OS.

270

S. Tilgner et al.

Material und Methoden Als Versuchstiere dienten 73 GrCh-Kaninchen (KSrpergewicht 1,5--2,1 kg), die ophthalraoskopisch untersucht sowie in bew~hrter Weise gehalten und erniihrt wurden (SchrSder et al., 1974). Frische Retinae pr/~parierten wir aus Augen yon Rindern und Kaninchen, die wir in SchlaehthSfen erhielten. Aus frischen oder gefroren aufbewahrten Retinae (--25 ~C) wurden in Anlehnung an die Methode yon Hubbard et al. (1971) 2 Fraktionen gewonnen. Fraktion A: Praktisch reine Photoreeeptor-AuSensegraente (ROS). Fraktion B: Praktisch ROS-freie l~est-Retina. Fraktion A oder Fraktion B yore Kaninchen bzw. vora Rind wurden nach folgendera Schema als Antigen rait koraplettera Freundschen Adjuvans (KFA) zusamraen intracutan injiziert. Gruppe I: Einraalige ic. Injection yon 2 rag lyophilisierter Kaninehen-ROS in 0,4 ral KFA. Gruppe I I : Einraalige ic. Injektion von 45 rag (NaSgewicht) praktisch ROS-freier RestRetina yon Kaninchen. Gruppe I I I a: Einraalige ic. Injektion yon 15,3 rag (Nal~gewicht, entspreehend etwa 2 rag lyophilisierten Materials) Rinder-ROS in 0,4 ral KFA. Gruppe I I I b : Einraalige ic. Injektion yon 7,7 rag (NaSgewieht, entsprechend etwa 1 rag lyophilisierten Materials) l~inder-ROS in 0,4 ral KFA. Gruppe IV: Einraalige ie. Injection -con 45 rag (Naggewicht) praktisch ROS-freier RestRetina vora Rind in KFA. Alle Tiere wurden bis zura 40. Tag post injectionera t~glich und bis zura 62. Tag in grSSeren Abst~nden rait dera Augenspiegel untersucht. Nur in 4 Fi~llen erschien eine histologische Kontrolle des klinischen Befundes geraten und erfolgte fr~iheren Angaben entsprechend (Tilgner et al., 1974).

Ergebnisse und SchluBfolgerungen Die H s d e r Chorioretinitis-F/~lle sowie d e r Beginn u n d die D a u e r der o p h t h a ] m o s k o p i s c h f e s t s t e l l b a r e n P r o z e ~ - A k t i v i t ~ t in den 5 Versuchsgruppen sind in T a b e l l e 1 z u s a m m e n g e s t e l l t . H o m o l o g e wie hetero]oge R O S i n d u z i e r t e n bei etwa 2/3 d e r Tiere Chorioretinitiden. Bis z u m A u s b r u c h d e r E r k r a n k u n g v e r s t r i c h e n wenigstens 10 Tage, meistens j e d o c h etwa 3 W o c h e n u n d in E x t r e m f~llen sogar m e h r als 6 Wochen, ohne dub die L a t e n z z e i t e n eine klare Beziehung zur R O S - S p e z i f i t s e r k e n n e n liel~en. GrSBere U n t e r s c h i e d e sahen wir n u r in der D a u e r d e r E n t z i i n d u n g s a k t i v i t s Diese hielt nach A p p l i k a t i o n homologer I~0S in d e r Regel etwas ls an. D a g e g e n k l a n g e n E n t z i i n d u n g e n nach I n j e k t i o n d e r niedrigen Dosis hetero]oger R O S im D u r c h s c h n i t t a m r a s c h e s t e n ab. H o m o l o g e u n d heterologe R e s t - R e t i n a e i n d u z i e r t e n n u r bei 1 y o n 18 bzw. 1 y o n 19 Tieren eine leichte Chorioretinitis. L a t e n z z e i t e n u n d A k t i v i t ~ t s d a u e r lagen i n n e r h a l b d e r nach R O S - G a b e n b e o b a c h t e t e n Grenzen, K l i n i s c h u n t e r s c h i e d e n wit leichte u n d schwere E r k r a n k u n g e n . L e i c h t e E n t ziindungen (solit~re H e r d e < l / s P a p i l l e n d u r c h m e s s e r in p e r i p h e r e n F u n d u s Bezirken) w a r e n nach l ~ O S - A p p l i k a t i o n n u r im F a l l niedrig d o s i e r t e n heterologen M a t e r i a l s s t a r k e r v e r t r e t e n als schwere E n t z i i n d u n g e n . Die schweren Chorioretinitiden zeigten die regul~re Vielfalt klinischer Details, a b e r keine g r u n d l e g e n d e n U n t e r s c h i e d e zwischen d e r G r u p p e I u n d den b e i d e n G r u p p e n I I I . Das B i l d war b e s t i m m t durch v a r i a b l e K o m b i n a t i o n e n von m u l t i p l e n chorioretinitischen H e r d e n m i t H y p e r ~ m i e der Papille, oedena~tSsen Arealen, GlaskSrper-Trtibungen, E x s u d a t - A u f l a g e r u n g e n auf d e r R e t i n a , A b l a t i o (exs u d a t i v e A., T r a k t i o n s - A b l a t i o ) u n d B l u t u n g e n in d e n Gl~skSrper.

Chorioretinitis durch Photoreceptoren

271

Tabelle 1. H~ufigkeit der beobachteten Chorioretinitis-Fglle insgesamt sowie der schweren Verlaufsformen, Beginn der Krankheitssymptome am Augenhintergrund und Dauer der ophthMmoskopiseh feststellbaren ProzeB-Aktivitgt in den verschiedenen Versuchsgruppen. Zahlen in ( ) sind Durchschnittswerte. KFA = Komplettes Freundsehes Adjuvans Gruppe

AntigenMaterial

ChorioretinitisMorbiditS~t

Tiere mit ]3eginnder Dauer der sehwerer Erkrankung Prozeg-AktiChorioretinitis (Tag post inj.) vit/~t (Tage)

I

Homologe ROS und KFA

13/18

11

16.--28. (21.)

1/19

--

15.

II

Homologe

7--42 (17) 10

Rest-P~etina und KFA IIIa

Heterologe (bovine)

5/9

3

1 I.--30. (18.)

3--35 (ii)

2

11.~46. (20.)

4--17 (8)

28.

9

ROS und KFA (15,3 mg ROS) IIib

Heterologe (bovine) 1%0 S und KFA (7.7 mg ROS)

6/9

IV

Heterologe (bovine)

1/18

--

Rest~Retina und KFA

Die in den vorstehenden Abschnitten mitgeteilten Befunde sind insofern yon allgemeinerem Interesse, als sie Fragen der Lokalisation des pathogenen Antigens und seiner Artspezifits sowie seinen pathogenen Wirkungsgrad betreffen. Die Resultate unterstreichen die Lokalisation des krankmachenden Antigens im Neuroepithel, und zwar in dessen ganzer Ausdehnung (I. retinales Neuron; KMsow n. Waeker, 1973). In die Fraktion isolierter 1%08 geht zwar ein groger Tell, aber nicht der gesamte Vorrat pathogenen Antigens ein. Eine bisher nicht bestimmte Menge bleibt mit inneren Teilen der Photoreceptoren in der Fraktion, die wir hier als Rest-Retina bezeichnet haben. Darauf fiihren wir die vereinzelten Erkrankungsf~lle nach Injektion ROS-freier Rest-Retina (Gruppen I I und IV) zurSek. Die Befunde unterstreichen ferner, dab das pathogene Antigen aueh in einem heterologen System wirksam und in diesem Sinne nicht artspezifiseh ist. SchlieBlich sprechen die Befunde daffir, dab die pathogene Antigenitfit einer ~ormM gleiehen Dosierung abnimmt, wenn man homologes durch heterologes gOS-MateriM ersetzt. Literatur Aronson, S. ]3. : Experimental allergic uveitis. Uveitis following immunization to homologous and heterologous uveat and retinovitreous preparations. Arch. Ophthal. (Chic.) 80, 235--242 (1968) Faure, J.~P., de Kozak, u Dorey, C., Torres, 1%.: Production of retino-uveitis in guinea pigs by immunization with outer segments of heterologous photoreceptor cells. Biomedicine Express 19, 403--407 (1973)

272

S. Tilgner et al.

Faure, J.-P., Torres, t~., de Kozak, Y., Bloch-Michel, E.: L6sions chorio-r~tiniennes exp6rimentales chez le cobuye par immunisation con tre l'antiggne r6tinien. Bull. Soc. frang. Ophtal. 85 (1972) Hempcl, E., Tilgner, S., Sych, F.-J., Meyer, W., SchrSder, K.-D.: Experimentelle Homoimmunuveitis (Chorioretinitis) durch PhotorezeptorauBensegmente. Klin. Mbl. Augenheilk. 165,630--632 (1974) Kalsow, C. M., Wacker, W. B. : Localization of a uveitogenic soluble retinal antigen in the normal guinea pig eye by an indirect fluorescent antibody technique. Int. Arch. Allergy 44, 11~20 (1973) Lerner II, E. M., Stone, S. H., Meyers, R. E., von Sallmann, L. : Autoimmune chorioretinitis in rhesus monkeys. Science 162,561--562 (1968) Macdonald, 1~., Jr.: Correlative studies on experimental allergic uveo-retinal disease. Trans. Amer. ophthal. Soc. 69, 397--439 (1971) ~ahi, A. It.: Autoimmunity and the retina. I. Antigenic specificity of photoreceptor cells. Brit. J. Ophthal. 54, 441--444 (1970) yon Sallmann, L., 5{eyers, R. E., Stone, S. H., Lerner II, E. M. : l~etinal and uveal inflammation in monkeys following inoculation with homologous retinal antigen. Arch. Ophthal. (Chic.) 81, 374--382 (1969) SchrSder, K.-D., Meyer, W., Hempel, E., Tilgner, S.: Experimentell allergische Chorioretinitis bei K~ninchen durch Immunisierung mit homologer Retina in Adjuvans. I. Klinische Untersuchuugen. Albrecht v. Graefes Arch. klin. exp. Ophthal. Igl, 239--246 (1974) Tilgner, S., Hempel, E., Meyer, W., Schr5der, K.-D. : Experimentell allergische Chorioretinitis bei Kaninchen durch Immunisierung mit homologer t~etina in Adjuvans. II. Histologische Untersuchungen. Albrecht v. Graefes Arch. klin. exp. Ophthal. 191, 285--298 (1974) Tilgner, S., Meyer, W., Hempel, E., SchrSder, K.-D. : Experimental allergic chorioretinitis in rabbits following immunization to homologous retina. Exp. Eye Res. 15, 71--73 (1973) Wacker, W. B. : Experimental allergic uveitis. Studies on characterization and isolation of the pathogenic retina antigen. Int. Arch. Allergy 45,639--656 (1973) Wacker, W. B., Barbee, J., Macdonald, R., Jr. : Experimental allergic uveitis. III. Manifestations produced in the guinea pig by immunization with homologous retina. Invest. Ophthal. 8, 381--392 (1969) Wacker, W. B., Kalsow, C. M. : Autoimmune uveo-retinitis in the rat sensitized with retina photoreceptor cell antigen. Int. Arch. Allergy 45,582--592 (1973) Wacker, W. B., Lipton, ~ . M.: Experimental allergic uveitis. Homologous retina as uveitogenic antigen. Nature (Lond.) 206, 253--254 [1965) Wacker, W. B., Lipton, M. M. : Experimental allergic uveitis. I. Production in the guinea pig and rabbit by immunization with retina in adjuvant. J. Immunol. 101, 151--156 (1968u) Wacker, W. B., Lipton, M. M. : Experimental allergic uveitis. II. Serologic and hypersensitive responses of the guinea pig following immunization with homologous retina. J. Immunol. 101, 157--165 (1968b) Wacker, W. B., Lipton, M. M. : The role of two retina antigens in production of experimental allergic uveitis and its suppression by mycob~cteria. Int. Arch. Allergy 41,370--380 (1971) Dr. rer. nat. habil. S. Tilgner Universit~ts-Augenklinik DDP~-6900 Jenu Bachstral~e 18 Deutsche Demokratische Republik