Multiple Sklerose und Guillain-Barré Syndrom

Multiple Sklerose und Guillain-Barré Syndrom –
Autoimmunentzündliche Erkrankungen
des zentralen und peripheren Nervensystems
Thomas Korn, Tim Magnus und Stefan Jung
Neurologie
Die Multiple Sklerose als organspezifische Autoimmunerkrankung
Es besteht kaum Zweifel daran, dass es
sich bei der Multiplen Sklerose (MS) um
eine organspezifische Autoimmunerkrankung handelt, wobei die myelinisierenden Zellen des zentralen Nervensystems – die Oligodendrozyten – die
Zielzellen der Immunattacke sind. Unklar hingegen ist, ob es ein bestimmtes
„universelles“ Zielantigen der Oligodendrozyten-Membran gibt, gegen das
sich der Immunangriff richtet. Befunde
aus dem Tiermodell der MS – der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE) – weisen auf das myelinbasische Protein (MBP) oder das
Myelin Oligodendrozyten Glykoprotein
(MOG) als mögliche Zielantigene hin.
MBP spezifische T-Zellen wurden auch
beim Menschen gefunden und hinsichtlich ihrer Frequenz und ihres Aktivierungsniveaus in Zusammenhang mit
MS-Schüben gebracht. Zudem fanden
sich in entzündlichen ZNS-Herden von
MS-Patienten T-Zell-Rezeptorsequenzen MBP spezifischer T-Lymphozyten
(Oksenberg et al., 1993).
Die MOG-spezifische Antwort von peripheren T-Lymphozyten war bei MSPatienten im Vergleich zu der Antwort
auf andere mögliche Autoantigene gesteigert, so dass auch MOG als T-ZellAntigen bei MS eine Rolle zu spielen
scheint (Kerlero et al., 1993). MOGspezifischen T-Zellen kommt darüber
hinaus deshalb eine wichtige Bedeutung zu, weil sie B Zell-Hilfe leisten und
die Produktion MOG-spezifischer Antikörper ermöglichen, deren demyelinisierende Wirkung (sofern es sich um
konformationsabhängige Antikörper
handelt) im Tiermodell klar gezeigt ist.
Die Spezifität der Immunreaktion beruht darauf, dass autoreaktive T-Zellen
bestimmte organselektiv exprimierte
Selbst-Epitope erkennen. Diese T-Zellen
werden unter bestimmten Umständen
2
Die Multiple Sklerose (MS) ist eine entzündliche Erkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS), die meist im frühen Erwachsenenalter beginnt und ganz unterschiedlich verlaufen kann. Sie wird auch Enzephalomyelitis disseminata genannt, was mit “eine im Gehirn und Rückenmark verstreut auftretende Entzündung” übersetzt werden kann. MS ist die in unseren Breiten häufigste entzündliche Erkrankung des Nervensystems. 100 pro 100.000 Einwohner leiden daran.
Der wesentliche Pathomechanismus ist die Zerstörung der Myelinscheide im zentralen Nervensystem durch zeitlich und räumlich breit gestreute entzündliche
Herde. Grundsätzlich funktioniert das Gehirn als eine Art Schaltzentrale,
in der Signale über das Rückenmark zum Körper gesendet oder von dort empfangen werden. Diese Signale werden von verschiedenen Nervenfasern geleitet,
die ähnlich elektrischen Kabeln von einer Schutz- bzw. Isolierschicht umgeben
sind. Entsteht nun ein Entzündungsherd im Bereich dieser Schutzschicht, können
die Botschaften nicht mehr effektiv übertragen werden und es kommt zu Ausfallerscheinungen wie Kribbelmissempfindungen, Koordinierungsschwierigkeiten
beim Gehen oder Schwierigkeiten beim Sehen.
Da sich die neurologischen Ausfallerscheinungen im Verlauf der Erkrankung
oft häufen, ist etwa die Hälfte der Patienten nach einer Erkrankungsdauer von
15 Jahren auf eine Gehhilfe oder den Rollstuhl angewiesen (Ebers et al., 2000).
Das Guillain-Barré Syndrom (akute Polyradikulitis) ist eine seltene Nervenerkrankung, bei der die isolierende Myelinschicht des peripheren Nervensystems
durch eine Autoimmunreaktion – praktisch von körpereigenen Abwehrzellen zerstört wird. Dadurch kommt es zu Lähmungserscheinungen der Gliedmaßen
(Tetraparese) und in einzelnen Fällen zu Atemstörungen.
in der Peripherie aktiviert, sind dann in
der Lage, die Blut-Hirn-Schranke zu
überwinden und in das zentrale Nervensystem einzuwandern. Prinzipiell
trifft das für alle aktivierten T-Zellen zu.
Jedoch werden nur die T-Zellen, deren
T-Zell-Rezeptoren ZNS-ständige Antigene erkennen, im Gehirn reaktiviert,
verbleiben in situ und stoßen eine organspezifische Immunkaskade an (Abb.
1). In der Folge orchestrieren die antigenspezifischen T-Zellen die Effektormechanismen der autoimmunen Entzündung wie etwa die Antikörper vermittelte, komplementabhängige oder
die durch Makrophagen bedingte Demyelinisierung und Axonschädigung.
Im Verlauf des autoimmunen Prozesses
kommt es zum Untergang oligodendroglialer Zellen. Dabei stehen zytotoxi-
sche neben apoptotischen Mechanismen des Zelltodes (Raine, 1997). Über
die direkte T-Zell vermittelte Zellschädigung hinaus findet die Veränderung
des extrazellulären Milieus wie beispielsweise pH-Abfall und Akkumulation zytotoxischer Neurotransmitter als
Ursache für die Nekrose von Oligodendrozyten zunehmende Beachtung. Untermauert wird diese Sichtweise durch
die von Lucchinetti, Brück und Lassmann eingeführte Klassifikation von
MS-Plaques (Lucchinetti et al., 1996),
wo neben den Läsionstypen, die durch
Immunotoxine und zellvermittelte Zytotoxizität bedingt sind, Läsionsmuster
hervorgehoben werden, die nur ein
geringes inflammatorisches Infiltrat aufweisen, sich aber durch möglicherweise
primäre Funktionsstörungen der Oligodendrozyten auszeichnen. Die Vermu-
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tung liegt nahe, dass hier auch Störungen der Homöostase (Pitt et al., 2000)
und der Mangel an trophischen Faktoren (FGF-2 und PDGF-A für Oligodendrozytenproliferation und TGF-b für
Oligodendrozytendifferenzierung) von
großer Bedeutung sind.
T-Zell-Regulation
Nachdem sich herausgestellt hatte, dass
auch gesunde Individuen einen gewissen Pool an autoreaktiven T-Zellen im
peripheren Blut tragen, rückten Untersuchungen zur Funktionsweise der sogenannten „peripheren Toleranz“ gegen diese T-Lymphozyten in den Fokus
des Interesses. Theoretisch können potenziell autoaggressive T-Zellen in peripheren Lymphorganen bei viralen oder
bakteriellen Infektionen im Rahmen
von molekularem Mimikry durch bakterielle Superantigene oder durch einfache Bystander-Aktivierung aktiviert
werden. In diesem Fall gibt es Mechanismen der peripheren Toleranz, die
die Aktivierung autoaggressiver T-Zellen verhindern, eindämmen oder dazu
führen, dass derart aktivierte T-Zellen
ihr Ziel-Autoantigen nicht sehen. Es
handelt sich hier um die Phänomene
des aktivierungsinduzierten Zelltodes,
der Anergie, der Suppression durch re-
gulatorische T-Zellen oder der immunologischen Ignoranz (Van de Keere und
Tonegawa, 1998; Pender, 1999; Racke
et al., 2000; Mirshahidi et al., 2001).
Die Störung dieser Mechanismen kann
zu Autoimmunerkrankungen führen.
Umgekehrt erwachsen daraus Möglichkeiten zur therapeutischen Intervention. Ein prominentes Beispiel der Immundeviation durch ein therapeutisches Agens ist der Einsatz von Glatiramer-Acetat. Dieses heute unter dem
Namen Copaxone® zur MS-Behandlung verwandte Medikament ist ein Polytetrapeptid, das verschiedene Eigenschaften von MBP imitiert und in der
Peripherie die Aktivierung regulatorischer T-Zellen bewirkt, die im entzündeten ZNS eine positive Wirkung
entfalten können.
Pathogenese
des Guillain-Barré Syndroms
Das Guillain-Barré Syndrom (GBS) ist
eine monophasische immunvermittelte
Polyradikuloneuropathie. Bei der in
Mitteleuropa am häufigsten auftretenden Variante richtet sich die zelluläre
und humorale Komponente der Immunantwort gegen die Myelinscheide
peripherer Nerven. Diese Variante wird
auch als akute inflammatorische demy-
Abb. 1: Die Pathogenese T-Zell vermittelter organspezifischer Autoimmuniät:
potentiell autoreaktive T-Zellen werden in peripheren Lymphknoten
beispielsweise durch ein kreuzreaktives exogenes Antigen aktiviert, das
im Kontext von MHC-Molekülen von sogenannten antigen-präsentierenden Zellen (APC) präsentiert wird (1). Aktivierte T Zellen sind
prinizipiell in der Lage, Adhäsionsmoleküle zu exprimieren und am
Gefäßendothel anzudocken (2). Im Rahmen eines sequentiell ablaufenden Prozesses überwinden diese T-Zellen (im späteren Verlauf der Entzündung einem Chemokin-Gradienten folgend) die Blut-Hirn-Schranke
(3). Im Hirnparenchym kommt es zur Reaktivierung der T- Zellen durch
Myelin-Antigene (My), die von ortsständigen ZNS-APCs (z. B. Mikrogliazellen) präsentiert werden (4). Die T-Zellen verbleiben dann in situ
und stoßen eine organspezifische autoimmune Entzündung an.
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elinisierende Polyradikuloneuropathie
(AIDP) bezeichnet. Das klinische Bild ist
charakterisiert durch ein Syndrom symmetrisch aufsteigender schlaffer Paresen (Lähmung von Muskeln), nicht
selten begleitet von Hirnnervenstörungen und autonomen Funktionsstörungen, die ein Hauptgrund der immer
noch bei 5-10 % liegenden Mortalität
dieser Erkrankung sind (Zur Übersicht
siehe (Hughes, 1990)).
Aspekte zur Pathogenese
Die Entstehung des GBS ist bemerkenswerterweise für die bei uns weitaus selteneren Varianten der akuten motorischen axonalen Neuropathie (AMAN)
und des Miller-Fischer-Syndroms (MFS)
besser geklärt als für die AIDP. Wahrscheinlich als Folge von Ähnlichkeiten
(molecular mimicry) zwischen Oberflächenstrukturen von Bakterien, etwa
bestimmter Stämme von Campylobacter jeiuni, Mykoplasma pneumoniae
oder von Haemophilus influenzae, und
Gangliosiden des Axolemms oder der
präsynaptischen Axonterminale reagieren die Antikörper, die im Laufe der Immunantwort gegen die genannten
Krankheitserreger gebildet werden,
schließlich gegen die axonale Membran
körpereigener peripherer Nerven. Wegen der im Bereich der Axonterminalen
und der Nervenwurzeln besonders
durchlässigen Blut-Nerven-Schranke
finden sich hier die ersten Angriffspunkte dieser Antikörper. Die im Falle
von MFS nachweisbaren anti-GQ1b
Antikörper (IgG) reagieren gegen ein
Gangliosid (GT1a), welches angereichert im Axolemm von Hirnnerven vorkommt. Daher lässt sich die für das MFS
typische Okulomotorikstörung gut
erklären (Hartung et al., 2002).
Eine zentrale Rolle antigen-spezifischer
T-Zellen ist beim GBS ähnlich wie bei
der MS anzunehmen. Anders als für die
erwähnten Antikörper, deren Epitop bei
AMAN und MFS identifiziert werden
konnte, ist bislang noch kein diskretes
T-Zell-Epitop identifiziert worden. Dass
autoaggressiven T-Zellen dennoch eine
hohe Bedeutung bei der Pathogenese
des GBS zugeschrieben wird, beruht auf
Ergebnissen aus dem Tiermodell des
GBS, der experimentellen autoimmunen Neuritis (EAN) und auf Untersuchungen von GBS-Patienten, die erhöhte Spiegel von löslichem Interleukin-2 im Serum aufweisen, was für eine
T-Zell-Aktivierung spricht. Darüber hi-
3
naus ist aus immunhistochemischen
Analysen von Nervenbiopsien von GBSPatienten bekannt, dass infiltrierende TZellen ein charakteristisches Repertoire
an Chemokinrezeptoren besitzen, was
auf die funktionelle Relevanz dieser Zellen hinweist (Kieseier et al., 2002).
Die Tiermodelle für MS und GBS
– Alte Erkenntnisse und neue Herausforderungen
Mit der experimentellen autoimmunen
Enzephalomyelitis (EAE) und der experimentellen autoimmunen Neuritis
(EAN) stehen Modelle zur Verfügung,
um pathogenetische Mechanismen der
MS und des GBS zu simulieren.
Experimentelle Autoimmune Enzephalomyelitis (EAE)
Etwa 14 Tage nach subkutaner Immunisierung mit einem ZNS-Autoantigen
(wie MBP oder MOG) in Adjuvans entwickeln Lewis-Ratten und verschiedene
suszeptible Maus-Stämme eine demyelinisierende Entzündung des ZNS
mit klinisch gut graduierbaren Paresen,
die Schwanz und Hinterläufe, später
auch die Vorderbeine erfassen. Der
Krankheitsverlauf variiert bei verschiedenen Spezies zwischen monophasisch,
schubförmig und progredient. Je nach
Antigen und Nager-Stamm ist die
Histopathologie entlang eines Spektrums mit den Extremen Inflammation
und Demyelinisierung unterschiedlich
akzentuiert. Zehn bis vierzehn Tage
nach Immunisierung können aus Lymphknoten oder Milz T-Zellen präpariert
werden, die durch das Antigen, mit
dem immunisiert wurde, in vitro stimulierbar sind. Nach mehreren Stimulationszyklen entstehen so stabile antigen-spezifische T-Zelllinien. Werden
derartige T-Linienzellen unmittelbar
nach in vitro-Aktivierung in naive syngene Tiere übertragen (adoptiver Transfer), so erzeugen sie nach vier bis fünf
Tagen eine Erkrankung (AT-EAE), die
der EAE nach aktiver Immunisierung
vergleichbar ist. Somit sind die Induktionsphase (aktive Immunisierung)
und die Effektor-Phase (AT-EAE) getrennt untersuchbar (Abb. 2). Die Methodik erlaubt die Analyse einzelner
Stadien organspezifischer Autoimmunität. Dies ist bezüglich pathogenetischer
Fragestellungen, aber auch mit Blick auf
mögliche therapeutische Interventionen
von großem Vorteil.
4
Abb. 2: Das Tiermodell der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis
(EAE). Etwa 14 Tage nach subkutaner Immunisierung mit einem ZNS-Autoantigen (beispielsweise einem Myelin-Protein) in komplettem Freundschen Adjuvans (CFA) entwickeln Tiere suszeptibler Ratten- oder Mausstämme Lähmungen als Folge einer T-Zell-vermittelten Enzündung des Gerhirns und des Rückenmarks. Aus der Milz oder aus Lymphknoten immunisierter Tiere lassen sich
diese T-Zellen isolieren und in vitro nach Zugabe des Immunisierungs-Autoantigens (AG) zusammen mit antigen-präsentierenden Zellen (APCs) expandieren. Werden die in vitro gezüchteten T-Zellen intravenös auf ein naives
Tier übertragen, so entwickelt dieses bereits nach etwa 4 Tagen dieselben Symptome wie bei aktiver Immunsierung. Diese Form der EAE wird als AdoptivTransfer-EAE (AT-EAE) bezeichnet.
Abb.3: SemidünnSchnitte einer mit
peripherem Myelin
induzierten experimentellen autoimmunen Neuritis
(EAN). Quergeschnittener Nervus
ischiadicus bei
fortgeschrittenem
Stadium der EAN
(A): Aufgeweitete
Myelinlamellen
(kurzer Pfeil) finden sich neben bereits deutlich demyelinisierten
Axonen (langer
Pfeil). Einer der Effektoren der Demyelinisierung ist
hier in Form eines
lipidbeladenen
Makrophagen zu
sehen (Pfeilkopf).
Ganglionitis (B): In
einem früheren
Stadium der Entzündung sind in
diesem Tiermodell
entzündliche Rundzellinfiltrate (kurzer Pfeil) im Bereich der großen Spinalganglienzellen (langer Pfeil) zu identifizieren.
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wesentlichen Stützen der Autoimmunitätshypothese dieser Erkrankungen
darstellt.
Neue Anforderungen
Beide Modell-Erkrankungen sind durch
autoantigen-spezifische T-Zellen vermittelt, die ausschließlich dem CD4
Kompartiment angehören. Das hängt
mit der Art und Weise zusammen, wie
die antigen-spezifischen T-Zellen „geprimt“ werden. Die Immunisierung erfolgt mit einem nicht zellgebundenen,
entweder löslichen oder emulgierten,
Antigen. Dieses wird den T-Zellen in
den Lymphknoten, die die Immunisierungsstelle drainieren, durch sogenannte Antigen-präsentierende Zellen
(APC) präsentiert. Der T-Zell-Rezeptor
erkennt sein Epitop nur nach Prozessierung im Kontext von MHC Klasse
I oder MHC Klasse II Molekülen (Abb.
4). Da nun exogene Antigene über
MHC II präsentiert werden, sind es die
MHC II restringierten CD4-positiven TZellen, die bei passendem T-Zell-Rezeptor dagegen reagieren, Zytokine sezernieren und klonal expandieren. Die
EAE und die EAN basieren demnach auf
der Existenz autoreagibler CD4-positiver T-Zellen.
Abb. 4: MHC-abhängige Präsentation von T-Zell-Antigenen. T-Zellen erkennen
keine löslichen Antigene, sondern nur solche, die von antigen-präsentierenden
Zellen (APC) im Kontext von MHC-Molekülen an deren Zelloberfläche präsentiert werden. MHC-Moleküle haben eine “Rinne”, in die das antigene Peptid hineinpassen muss, um präsentiert zu werden. Grundsätzlich sind CD8 positive (zytotoxische) T-Zellen (CTL) MHC-Klasse I-restringiert, und CD4 positive
T-Zellen (T-Helfer-Zellen) MHC-Klasse II-restringiert.
Experimentelle autoimmune Neuritis
(EAN)
Ganz analog funktioniert die experimentelle autoimmune Neuritis (EAN).
Die Immunisierung erfolgt hier aber mit
Autoantigenen des peripheren Nervensystems (PNS). Peripheres Myelin enthält P0, P1, das dem zentralen myelinbasischen Protein (MBP) entspricht und
im PNS in alternativen Splice-Varianten
vorkommt, und das quantitativ dominierende P2 als wichtige Myelin-Proteine. Daneben existieren noch andere
periphere Myelinproteine wie etwa
PMP22, auf die hier aber nicht im einzelnen eingegangen werden soll. Werden Lewis-Ratten mit einem Gemisch
aus peripherem Myelin oder mit dem
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neuritogenen Epitop des P2 Proteins in
komplettem Freundschen Adjuvans
sensitisiert, so entwickeln sie nach einer
guten Woche aufsteigende Lähmungen, die sehr gut die Entwicklung von
GBS-Symptomen des Menschen widerspiegeln. Histopathologisch handelt es
sich um eine Radikuloneuritis ohne Befall des ZNS (Abb. 3). Ähnlich wie das
GBS verläuft die Lewis-EAN streng monophasisch. Genau wie bei der EAE ist
es auch bei der EAN möglich, antigenspezifische T-Zelllinien aus immunisierten Tieren zu generieren, durch die die
Erkrankung auf naive Lewis Ratten
übertragbar ist (AT-EAN). Sowohl bei
der EAE als auch bei der EAN sind durch
dieses Manöver die Koch-Witebskyschen Postulate erfüllt, was eine der
Aus der Untersuchung pathologischer
Schnitte von Gehirnen MS-kranker
Personen wurden jüngst zwei Aspekte
besonders hervorgehoben. In MS-Läsionen fanden sich zum einen überraschend viele CD8-positive T-Zellen,
die zudem noch klonal expandiert waren. Dies verweist auf eine pathogenetische Bedeutung dieser Zellen.
Möglicherweise spielen sie ein Rolle bei
der zytotoxisch vermittelten frühen
axonalen Schädigung bei der MS. Zum
anderen wurde klar, dass sich MS-Plaques ganz grundsätzlich voneinander
unterscheiden. Dominiert in einer
Gruppe die Inflammation und Demyelinisierung, scheint in einer anderen
eine vielleicht primäre Störung der Oligodendroglia vorzuliegen. Der Begriff der Oligodendropathie wurde geprägt.
Eine große Herausforderung besteht
darin, diese histopathologisch-morphologischen Befunde auf funktioneller
Ebene zu verstehen, und dies kann aus
heutiger Sicht nur durch eine Modifikation der vorgestellten Tiermodelle
erfolgen. Erste Ansätze, eine „Oligodendropathie“ zu simulieren, waren
5
bereits erfolgreich durch den Einsatz
von CNTF-knock-out Mäusen, denen
ein glialer Wachstumsfaktor fehlt und
die sich nach einer MOG-induzierten
EAE schlechter erholen als ein entsprechendes Wildtyp-Kollektiv (Linker et al.,
2002). Von großem immunologischen
Interesse sind die Versuche, ein Tiermodell für eine autoimmune Entzündung
des ZNS zu entwickeln, das auf CD8positiven antigen-spezifischen T-Zellen
beruht. Überzeugend ist dies bislang
nur in einem bestimmten Mausstamm
gelungen (Huseby et al., 2001).
Zwischen dem GBS und seinem Tiermodell – der EAN – besteht eine gute
Übereinstimmung was den klinischen
Verlauf angeht. Es ist aber immer noch
eine offene Frage, wie exakt die Immunpathologie des GBS durch die EAN
abgebildet wird. Zweifellos ist die P2induzierte Lewis-EAN eine CD4 T-Zellvermittelte primär inflammatorische
und allenfalls sekundär demyelinisierende Neuropathie, bei der Antikörper-mediierte Demyelinisierung wahrscheinlich keine entscheidende Rolle
spielt. Es herrscht aber Einigkeit darüber, dass humorale Mechanismen für
humane immunvermittelte Neuropathien eine wichtige Rolle spielen. Gerade beim MFS oder bei den Varianten
des GBS, die nach einer gastrointestinalen Infektion mit bestimmten Campylobacter jejuni-Stämmen auftreten,
sind Antikörper gegen Ganglioside als
pathogenetisches Prinzip identifiziert
worden. Dies ist auch der Grund,
warum die Plasmapherese als therapeutische Intervention bei GBS
außerordentlich wirksam ist. Diese pathogenetische Diskrepanz zwischen den
Nager-Modellen und den humanen
immunvermittelten Neuropathien gilt
es durch eine Optimierung der Modelle
zu verringern.
Erste Versuche der Simulation radikelnaher Demyelinisierung gelangen in
unserer Arbeitsgruppe durch Immunisierung eines speziellen RattenStamms, der Dark-Agouti-Ratten, mit
einer Suspension aus peripherem Myelin (vgl. Abb. 3). Die Arbeitsgruppe um
John Griffin in Baltimore verfolgt einen
interessanten Ansatz zur Entschlüsselung der Bedeutung von hochaffinen, komplement-bindenden IgG
anti-Gangliosid-Antikörpern. Knock-out
Mäuse, die selbst eine bestimmte Art
von komplexen Gangliosiden nicht besitzen, werden mit verschiedenen – in
6
Neuroimmunologische Arbeitsgruppe: Hintere Reihe von links nach rechts:
Dr. Gerhard Holzer, Dr. Tim Magnus, Dr. Thomas Korn, Priv.-Doz. Dr. Stefan
Jung (Leiter der neuroimmunologischen Arbeitsgruppe). Vordere Reihe: Andrea
Jerges, Anja Sabo, Silvia Seubert.
Wildtyp Tieren wenig, in den genannten Knock-out Tieren aber stark immunogenen – Gangliosiden immunisiert,
um B Zell-Hybridome zu gewinnen, die
monoklonale anti-Gangliosid-Antikörper produzieren (Lunn et al., 2000).
Diese Hybridome werden dann in Wildtyp Mäuse mit normaler GangliosidAusstattung implantiert, wo somit die
Wirkung der anti-Gangliosid-Antikörper studiert werden kann.
Besonderheiten der immunologischen
Aktivierung und Regulation im
Nervensystem
Zentrales Nervensystem
Das Gehirn wurde aufgrund der Bluthirnschranke lange zu den „immunprivilegierten“ Organen des Menschen
gezählt. Eine Einschätzung, die sich insbesondere auf die Beobachtung stützte,
dass transplantierte Gewebe eine deutlich verminderte Abstoßungsreaktion
hervorriefen. Seit längerem weiß man
aber, dass das Gehirn von patroullierenden T-Zellen durchwandert wird.
Da eine überschießende Entzündungsreaktion im Gehirn jedoch verheerende
Konsequenzen haben kann, muss sich
das ZNS durch verschiedene Mechanismen wie etwa durch frühzeitige
Apoptose-Induktion eindringender TZellen oder allgemeiner durch die
Schaffung eines anti-inflammatorischen
Milieus vor einer solchen Situation
schützen.
Im zentralen Nervensystem dominieren
vier Zelltypen: Neurone, Oligodendrozyten, Astrozyten und Mikrogliazellen.
Für die immunologische Interaktion
sind dabei die letzten beiden die
wichtigsten. Mikrogliazellen sind die
residenten Immunzellen des zentralen
Nervensystem, die im Ruhezustand
primär ramifiziert mit geringer Expression von immunologischen Oberflächen-Markern vorkommen. Jedoch
sind sie in der Lage, innerhalb kurzer
Zeit in ein Gebiet lokaler Entzündung
einzuwandern (Kreutzberg, 1996).
Kommt es zu einer Entzündung, sezernieren sie große Mengen inflammatorischer Zytokine (z. B. Interleukin1, TNF-a, Interleukin-12), können aber
durch die Sekretion anti-inflammatorischer Zytokine (TGF-b, Interleukin-10
oder Interleukin-1-Rezeptor-Antagonist) auch an der Beendigung einer Entzündungsreaktion mitwirken. Es ist
möglich, Mikroglia in vitro zu kompetenten antigen-präsentierenden Zellen zu differenzieren (Aloisi, 2001).
Auch in vivo können Mikrogliazellen
MHC Klasse II Moleküle exprimieren
und sind damit in der Lage, mit CD4
positiven T-Zellen zu interagieren.
Bei der MS zeigt sich in den entzündlichen Plaques eine deutliche MHC
Klasse-II-Expression auf Mikrogliazellen, die eine enge T-Zell-MikrogliaInteraktion nahe legen. Analog dazu
steigt die Anzahl der MHC Klasse-II-po-
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zusammengesetzt Anzeigen
ganzseitig
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7
sitiven Mikrogliazellen im Verlauf einer
chronisch schubförmigen EAE an. Hinzu
kommt, dass sich Hinweise für die Expression von co-stimulatorischen Faktoren (z. B. B7-1, B7-2 und CD40) durch
Mikrogliazellen häufen, so dass eine
adäquate T-Zell-Aktivierung durch Mikrogliazellen möglich ist. Es scheint,
dass Mikrogliazellen als antigen-präsentierende Zellen in der initialen Phase
einer Entzündung in situ den Kontakt
mit antigen-spezifischen T-Zellen herstellen und im Weiteren entscheidend
an der Steuerung der Entzündung beteiligt sind. Untersuchungen an in
vitro-Kulturen haben gezeigt, dass es
sich hierbei nicht um einen „Alles oder
Nichts“-Mechanismus handelt, sondern
dass eine Gradation der T-Zell-Stimulation durch Mikrogliazellen wahrscheinlich ist. Auch die Phagozytose
apoptotischer Zellen verändert das immunologische Verhalten von Mikrogliazellen.
Es gibt Hinweise dafür, dass Mikrogliazellen undifferenzierte Vorläuferzellen unreifer dendritischer Zellen
(DCs) oder unreifer Makrophagen sind.
Dendritische Zellen sind nach heutigem
Wissen die potentesten antigen-präsentierenden Zellen, die im Immunsystem vorkommen. Mikrogliazellen
exprimieren Rezeptoren für Stammzellfaktoren und lassen sich durch gezielte Stimulation in Richtung eines DCähnlichen Phänotyps verändern. Im
Maus-Modell gelang es, CD11c-positive „brain DCs“ zu isolieren, die im
Laufe eines zentralnervösen Enzündungsprozesses möglicherweise eine
funktionelle Reifung durchmachen
(Fischer and Reichmann, 2001). Auch
in vitro konnten Mikrogliazellen durch
Zugabe von GM-CSF und CD40-Ligand funktionell ausdifferenziert werden. Dabei fiel auf, dass die alleinige
Stimulation mit GM-CSF zu einem
unreifen Phänotyp und erst die zusätzliche Gabe von CD40-Ligand zu einer
vollständigen Reifung führte.
Astrozyten sind die Hauptgaranten der
Homöostase – dem Gleichgewicht der
physiologischen Körperfunktionen – sowohl bezüglich des Ionenmilieus als
auch der Versorgung der Neurone und
Oligodendrozyten mit Metaboliten
(Pellerin et al., 1998) sowie der Entsorgung von Stoffwechselprodukten
und toxischen Sauerstoffspezies. Zudem gewährleisten Astrozyten die Aufrechterhaltung physiologischer Konzen-
8
Abb. 5: Hypothese zur Rolle von Astrozyten im Verlauf einer T-Zell-getriggerten
autoimmunen Entzündung im Gehirn. Astrozyten sind in der Lage, spezifisch mit
T-Zellen zu interagieren. Eine wichtige Frage ist, wie sich dies auf die originären
Astrozyten-Funktionen der Versorgung von anderen Zellen des ZNS mit Substraten und der Entsorgung von toxischen Metaboliten und Neurotransmittern
auswirkt.
trationen von Neurotransmittern (Rothstein et al., 1996) (Abb. 5). Darüber
hinaus sind Astrozyten in der Lage,
MBP und MOG in Verbindung mit
MHC Klasse-II-Molekülen zu präsentieren und antigen-spezifische T-Zellen in
situ zu reaktivieren. Astrozyten wirken
dabei immunregulatorisch, indem sie
T-Zell-Antworten in Richtung Th2 modulieren. Mehr als andere Zellen des
ZNS stehen Astrozyten an der Schnittstelle zwischen dem immunologisch
angestoßenen Angriff auf das ZNS und
den Effektormechanismen, die bei MS
und EAE die Läsionen erzeugen (Meinl
et al., 1994).
Peripheres Nervensystem
Das Pendant der ZNS-ständigen Mikrogliazellen sind im peripheren Nerven
residente Makrophagen (zur Übersicht
siehe (Kiefer et al., 2001)). Im Gegensatz zu Mikrogliazellen werden residente Makrophagen des peripheren Nervensystems (PNS) ständig durch hämatogene Makrophagen ausgetauscht.
Bei einer Entzündung des Nervens sind
Markophagen bei jedem Schritt der
Entzündungsentwicklung involviert,
wobei die residenten Makrophagen bei
der Initiierung einer Entzündung sicher-
lich die wesentliche Rolle spielen. Hierbei fungieren sie durch die MHCabhängige Präsentation von Autoantigenen in Kombination mit co-stimulatorischen Molekülen als antigen-präsentierende Zellen. Im Verlauf der
Entzündung sind es gerade die Makrophagen (residente wie auch hämatogene), die durch Ausschüttung von
toxischen Mediatoren wie beispielsweise von reaktiven Radikalen, NO
oder proinflammatorischen Zytokinen
zur Schädigung von Markscheide
und Axon beitragen. Antikörper und
Komplementbindung führen zur gesteigerten Phagozytose von Myelin und
Axonen durch Markophagen. Die zentrale Rolle der Markophagen in der
EAN zeigt sich durch die Tatsache, dass
die Depletion von Makrophagen zu
einem deutlich reduzierten Schweregrad der Erkrankung führt (Jung et al.,
1993).
Anderseits sind Markophagen auch in
der Lage, durch Induktion von T-ZellApoptose und Ausschüttung von antiinflammatorischen Zytokinen zur Beendigung der Entzündung beizutragen.
Durch Ausschüttung von Wachstumsfaktoren können Makrophagen nach
dem Abklingen einer Entzündung die
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Proliferation von Schwannzellen anregen und die Remyelinisierung fördern.
Möglichkeiten spezifischer
Immuntherapeutika
Viele innovative Therapieansätze stammen aus Untersuchungen in der EAE
und der EAN. Frühzeitig erkannte man
in den T-Zell-Rezeptoren, die gegen
Autoantigene reagierten, ein therapeutisches Ziel. Theoretisch sollte es
möglich sein, durch Immunisierung mit
dem T-Zell-Rezeptor pathogener T-Zellen selbst regulatorische T-Zellen zu
aktivieren, die die pathogenen Zellen
eliminieren könnten. Entsprechende Behandlungsstrategien mit Hilfe von TZell- oder T-Zell-Rezeptor-Vakzination
waren in der EAE sehr erfolgreich, hatten bei der MS aber nicht die erhoffte
Wirkung. Die Probleme dieses Ansatzes
liegen darin begründet, dass wahrscheinlich nicht ein einziger oder wenige T-Zellklone, die gegen ein „dominierendes“ Autoantigen reagieren, zur
Entstehung von MS führen. Zudem beobachtet man im Laufe der Erkrankung
das Phänomen des „Epitope spreading“, d. h. man findet immer mehr TZellen, die gegen andere ZNS-Antigene
und nicht mehr gegen das potentiell
initiale Antigen reagieren. Es kommt also zu einer Verbreiterung der Antigenpalette.
Große Anstrengungen wurden unternommen, um die therapeutische Beeinflussbarkeit von Molekülen zu untersuchen, die stärker konserviert sind
als der T-Zell-Rezeptor und die dennoch
direkt in die Immunpathogenese eingebunden sind. Es handelt sich hier zum
Beispiel um co-stimulatorische Moleküle wie B7-1, CD40 oder ICAM1, die
entweder in entsprechenden Knock-out
Mäusen oder durch gegen sie gerichtete monoklonale Antikörper hinsichtlich
ihrer therapeutischen Modulierbarkeit
analysiert wurden.
Aber nicht nur Immuntherapien im engeren Sinn, sondern auch niedermolekulare Pharmaka werden in der Regel
zunächst in den Tiermodellen untersucht. Im Rahmen einer Eskalationstherapie muss bei immunvermittelten Neuropathien und bei MS immer noch zu
antiproliferativ wirksamen Medikamenten gegriffen werden, deren Nebenwirkungsspektrum leider oft beträchtlich ist. Wir konnten zeigen, dass das
Immunsuppressivum Leflunomid –
wenngleich ein Hemmstoff der Pyrimidin-Nukleotid-Synthese – nicht eine
generell immunsuppressive Wirkung
hat, sondern semi-selektiv auf Lymphozytenpopulationen wirkt, die auf die de
novo-Pyrimidin-Synthese angewiesen
sind. Darüber hinaus konnte eine Tyrosin-Kinase-Hemmung mit der Folge
eines verminderten T-Zell-Rezeptorgetriggerten Calcium-Einstroms in TLymphozyten demonstriert werden
(Korn et al., 2001).
Schlussfolgerung
In der Vergangenheit haben uns die
Tiermodelle neuroimmunologischer Erkrankungen erlaubt, viele Aspekte der
Pathogenese dieser Erkrankungen besser zu verstehen. Sie waren unverzichtbar bei der Entwicklung und Erprobung neuer Behandlungsstrategien,
wenngleich wir bei der Anwendung auf
die entsprechenden humanen Erkrankungen gelegentlich Enttäuschungen
erleben mussten. Wir stehen aktuell vor
der Notwendigkeit, immer selektiver
wirksame Immuntherapien zu entwickeln, welche die Autoimmunität verhindern, protektive Immunantworten
aber nicht stören. Derzeit sehen wir uns
auch mit dem weiten Feld der regenerativen Therapien konfrontiert, für deren Weiterentwicklung ebenso optimale Tiermodelle erforderlich sind.
Ein detailliertes Literaturverzeichnis ist
auf Wunsch bei den Autoren erhältlich.
Sanata Schmerztherapiezentrum
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Die dritte Gruppe von Ziel-Molekülen
sind Zytokine und Chemokine beziehungsweise ihre Rezeptoren. Das wichtigste Beispiel in dieser Gruppe ist Interferon-b, welches zunächst in der LewisEAE getestet wurde und sich später in
einer Reihe großangelegter Studien bei
der MS als wirksam erwies. Beta-Interferone stellen heute ein Hauptstandbein der immunprophylaktischen
Therapie der MS dar.
magazin forschung 1/2003
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