Prof. Rolf Marschalek

Prof. Rolf Marschalek

Institut für Pharmazeutische Biologie Goethe-Universität Frankfurt/Main

Immunpathologie -

Autoimmunerkrankungen pharmazieforum

Wissenschaftliche

2010

Vorträge und Seminare für Apotheker und Ärzte

23./24. Januar 2010

f

f

Einladung

Im Rahmen der

„Frankfurter Winterschule“

lädt die Frankfurter Pharmazieschule e.V.

gemeinsam mit Herba Chemosan

am

23. + 24. Januar 2010 zum Pharmazieforum

ins Hotel Pichlmayrgut in Pichl bei Schladming ein.

Eine Initiative der Hochschullehrer

HOTEL PICHLMAYRGUT

PICHL BEI SCHLADMING

Das Wellness- und Relax-Resort Pichlmayrgut präsentiert sich Ihnen als Hoteldorf auf einem riesigen Anwesen in Pichl bei Schladming.

Sie verbringen hier Ihren Urlaub oder Seminaraufenthalt inmitten einer sehenswerten Landschaft im Ennstal. Das Hotel Pichlmayrgut blickt auf eine jahrhundertealte Geschichte zurück. Die umfangreichen Reno- vierungsarbeiten und Baumaßnahmen haben ein Gut entstehen lassen, das sich in Sachen modernem Komfort und Freizeitangebot auf höchstem Niveau bewegt.

Der Charme des Pichlmayrguts liegt in seinem besonderen Ambien- te. Sie spüren den alpinen Lifestyle. Das Pichlmayrgut ist in seiner Gesamtheit eine moderne Interpretation von traditionellen Werten.

Anreise: Das Sport- und Seminarhotel Pichlmayrgut liegt in der

Vortragsübersicht

• Einführung in Immunologie

• Hypersensitivitäten und Autoimmunerkrankungen

• Therapeutische Behandlung

Megakaryocyte

Platelets

Hämatopoese

Megakaryocyte

Platelets

Hämatopoese

2500/ml 4-5.000.000/ml 400/ml 4500/ml

150-400.000/ml

Normwerte

Leukozyten des Immunsystems und ihre Funktion

G

Granulozyten

NK

natürliche Killerzellen

naive B

naive B-Zellen

CD4 T

Helfer T-Zellen

CD8 T

Killer T-Zellen

M

Makrophagen

D

dendritische Zelle peripheres Blut

Mucosen Gewebe

peripheres Blut peripheres Blut lymphatische

Gewebe

Thymus peripheres Blut

lymphatische Gewebe

Thymus peripheres Blut

lymphatische Gewebe

Gewebe verschiedene

Gewebe lymphatische

Gewebe

Zellen des angeborenen Immunsystems

Zellen des adaptiven Immunsystems

Bei allen höheren Lebewesen gibt es zwei Formen der Immunität:

angeborene und erworbene Immunabwehr

Angeborene und adaptive Immunabwehr

* 800 verschiedene Defensine und Komplementsystem

• angeboren

• teilweise induzierbar

• unspezifisch

• kein Gedächtnis

• nur in Vertebraten

• induzierbar

• spezifisch

• Gedächtnis

• selbst <--> nicht-selbst

*

Angeborene Immunität

Freßzellen

Natürliche Killerzellen

„Bakterizide“ Proteine *

Adaptive, spezifische

Immunität

Spez. Immunzellen Antikörper

Zytokine, Lymphotoxine

-7

Das angeborene Immunsystem gibt dem adaptiven Immun- system den zeitlichen Vorsprung, den es benötigt, um eine

spezifische Reaktionen einzuleiten

Zellen des Immunsystems und ihre Funktion

3 zentrale, mechanische Barrieren Immunologische Barrieren im Körper

Fettsäuren, pH-Wert Hautflora

Haarfollikel

Cilien Mucus

Magensäure

bakterielle Darmflora

2/3 der täglichen

Immunreaktionen

Phagocytose

• Makrophagen und neutrophile Granulozyten - jagen chemotaktisch Bakterien

- binden spezifisch an Mikroben und eliminieren diese durch Phagocytose

- senden Signale an Zellen des adaptiven Immunsystems (IL-12)

- schütten pro-inflammatorische Zytokine aus

Zell-vermittelte Abwehr

• Natürliche Killerzellen

- besitzen Sensoren zum Aufspüren von bakteriellen Komponenten (Toll-like Rezeptoren)

- nach ihrer Stimulierung werden cytotoxische

Eigenschaften ausgelöst (für pro- und eukaryonte Zellen)

Mechanismen der angeborenen Immunabwehr

G

NK

M

Zellen des Immunsystems und ihre Funktion

Phagocytose

• Makrophagen und neutrophile Granulozyten - jagen chemotaktisch Bakterien

- binden spezifisch an Mikroben und eliminieren diese durch Phagocytose

- senden Signale an Zellen des adaptiven Immunsystems (IL-12)

- schütten pro-inflammatorische Zytokine aus

Zell-vermittelte Abwehr

• Natürliche Killerzellen

- besitzen Sensoren zum Aufspüren von bakteriellen Komponenten (Toll-like Rezeptoren)

- nach ihrer Stimulierung werden cytotoxische

Eigenschaften ausgelöst (für pro- und eukaryonte Zellen)

Mechanismen der angeborenen Immunabwehr

G

NK

M

Zellen des Immunsystems und ihre Funktion

Mechanismen der adaptiven Immunabwehr

humorale Immunabwehr

• Hauptkomponente der humoralen Immunabwehr sind Antikörper

• binden spezifisch an Mikroben oder Gifte und eliminieren diese

• sie lösen weitere Reaktionen aus:

- stimulieren Phagozytose-Leistung von Makrophagen

- stimulieren die Ausschüttung von pro-inflammatorischen Zytokinen - stimulieren das Komplement-System

Zell-vermittelte Immunabwehr

• Einige Mikroben und Viren sind in der Lage weiße Blutkörperchen zu infizieren und sich in Ihnen zu vermehren; dort sind sie für Anti- körpern nicht erreichbar.

• Deshalb gibt es die Zell-vermittelte Immunabwehr der T-Zellen

• sie führt dazu, dass die intrazellulären Mikroben oder Viren abgetötet werden, oder aber, dass die infizierte Zellen abgetötet werden.

naive

B CD4 T

CD8 T

Zellen des Immunsystems und ihre Funktion

Mechanismen der adaptiven Immunabwehr

humorale Immunabwehr

• Hauptkomponente der humoralen Immunabwehr sind Antikörper

• binden spezifisch an Mikroben oder Gifte und eliminieren diese

• sie lösen weitere Reaktionen aus:

- stimulieren Phagozytose-Leistung von Makrophagen

- stimulieren die Ausschüttung von pro-inflammatorischen Zytokinen - stimulieren das Komplement-System

Zell-vermittelte Immunabwehr

• Einige Mikroben und Viren sind in der Lage weiße Blutkörperchen zu infizieren und sich in Ihnen zu vermehren; dort sind sie für Anti- körpern nicht erreichbar.

• Deshalb gibt es die Zell-vermittelte Immunabwehr der T-Zellen

• sie führt dazu, dass die intrazellulären Mikroben oder Viren abgetötet werden, oder aber, dass die infizierte Zellen abgetötet werden.

naive

B CD4 T

CD8 T

Zellen des Immunsystems und ihre Funktion

B- und T-Zell-Reifung erzeugen das naive Repertoire

2.4 x 10 ¹⁰ verschiedene B-Zellen (täglich, lebenslang) 1 x 10 ¹¹ verschiedene T-Zellen (juvenile Phase)

B Th2

Reifung und Funktion von Lymphozyten

D

B- und T-Zell-Reifung erzeugen das naive Repertoire

2.4 x 10 ¹⁰ verschiedene B-Zellen (täglich, lebenslang) 1 x 10 ¹¹ verschiedene T-Zellen (juvenile Phase)

B Th2

Reifung und Funktion von Lymphozyten

MHC Komplexe

MHC I MHC II

auf allen Körperzellen

3 verschiedene Klassen (A-C) ererbt: 3 + 3

Varianz/Mensch: 1 : 1,3 x 10

5 x 10

- 1 x 10

/Zelle

nur auf APCs und B-Zellen 12 verschiedene Klassen

ererbt: 12 + 12

Varianz/Mensch: 1 : 2 x 10

5 x 10

- 1 x 10

/Zelle

MHC Komplexe

Funktionen der MHC Präsentation

MHC I Präsentation von Fremdpeptiden ist für zwei Bereiche von Bedeutung:

Virus- oder Bakterien-infizierte Körperzellen können so von T- Killerzellen erkannt und aktiv zerstört werden (Induktion der Apoptose, Granzyme B-Sekretion, Porin-Sekretion), wenn sie entsprechende Fremdantigene zeigen

Überalterte und dysfunktionale Zellen werden ebenso erkannt und aus dem System entfernt. Dadurch wird Alterungsprozessen vorgebeugt !!

MHC II Präsentation von Fremdpeptiden ist für zwei Teilreaktionen von Bedeutung:

APC‘s werden so von T

-Helferzellen zur aktiven Zerstörung der phagozytierten Mikroben aufgefordert.

B-Zellen können so von T

-Helferzellen dazu aktiviert werden,

Antikörper gegen ein bestimmtes Antigen herzustellen.

T_H T_K

B NK M

Receptors

"naive"

BZR (IgM & IgD)

CD19 Receptors

"effector"

no BZR CD19 CD40

TZR (αβ, γδ) CD3

CD4

TZR (αβ, γδ) CD3, CD4

CD40L IL-2R

TZR (αβ, γδ) CD3

CD8

TZR (αβ, γδ) CD3, CD8

FasL IL-2R

Fcγ CD16 Toll-like R

Fcγ CD33 CD83

MHC class

MHC II MHC II

bind MHC II

bind MHC I

recognize MHC I negative Function antibody

production:

soluble IgA, IgG or

IgG

phagocytosis Fcγ

CD33 CD86

MHC I

MHC-Cross-Talk zwischen Immun- und Körperzellen

T_H T_K

B NK M

Receptors

"naive"

BZR (IgM & IgD)

CD19 Receptors

"effector"

no BZR CD19 CD40

TZR (αβ, γδ) CD3

CD4

TZR (αβ, γδ) CD3, CD4

CD40L IL-2R

TZR (αβ, γδ) CD3

CD8

TZR (αβ, γδ) CD3, CD8

FasL IL-2R

Fcγ CD16 Toll-like R

Fcγ CD33 CD83

MHC class

MHC II MHC II

bind MHC II

bind MHC I

recognize MHC I negative Function antibody

production:

soluble IgA, IgG or

IgG

phagocytosis Fcγ

CD33 CD86

MHC I

MHC-Cross-Talk zwischen Immun- und Körperzellen

Periphere lymphatische Organe: Initiation von Immunreaktion

HEV

Lymphknoten Milz MALT

Filtration der Lymphflüssigkeit Filtration von Blut komplexer Sensor für Darmflora

Periphere lymphatische Organe: Initiation von Immunreaktion

HEV

Lymphknoten Milz MALT

Filtration der Lymphflüssigkeit Filtration von Blut komplexer Sensor für Darmflora

FD

naive

B D

CD4 T

Keimzentrum Paracortex

unprozessierte Antigene

prozessierte Antigene

Periphere lymphatische Organe: Initiation von Immunreaktion

HEV

Lymphknoten Milz MALT

Filtration der Lymphflüssigkeit Filtration von Blut komplexer Sensor für Darmflora

FD

naive

B D

CD4 T

Keimzentrum Paracortex

unprozessierte Antigene

prozessierte Antigene

Antigen

Periphere lymphatische Organe: Initiation von Immunreaktion

HEV

Lymphknoten Milz MALT

Filtration der Lymphflüssigkeit Filtration von Blut komplexer Sensor für Darmflora

FD

naive

B D

CD4 T

Keimzentrum Paracortex

unprozessierte Antigene

prozessierte Antigene

Antigen

FD

D CD4 T

Keimzentrum Paracortex

naive B

Periphere lymphatische Organe: Initiation von Immunreaktion

HEV

Lymphknoten Milz MALT

Filtration der Lymphflüssigkeit Filtration von Blut komplexer Sensor für Darmflora

FD

naive

B D

CD4 T

Keimzentrum Paracortex

unprozessierte Antigene

prozessierte Antigene

Antigen

FD

D CD4 T

Keimzentrum Paracortex

naive B

Ablauf einer Immunreaktion

wenige B wenige T 10⁶ Zellen

wenige B wenige T

Zentrale Toleranz

keine T-Zell- Hilfe (kein CD40L)

MHC Selektion

Periphere Toleranz

Reaktion auf körpereigene Antigene nach Hypermutation: keine T-Zell- Hilfe (kein CD40L)

MHC-TZR Interaktion ohne B7- CD28: ANERGIE

MHC-TZR Interaktion mit B7- CTLA4: ANERGIE

schlechte MHC-TZR Interaktion, aber mit B7-CD28: ANERGIE

repetitive MHC-TZR Interaktion, mit B7-CD28: APOPTOSE

regulatorische T-Zellen:

Zytokine -> ANERGIE IL4, IL10, TGFß

Toleranzmechanismen:

• Mangel an CD40L

• Menge an B7

• Expression von CTLA4

• Expression von FAS und FASL regulatorische T-Zellen:

• Sezernierung von IL10, TGFß und IL4

Toleranzmechanismen: Aktive Inhibierung der Immunfunktion

Zentrale Toleranz

keine T-Zell- Hilfe (kein CD40L)

MHC Selektion

Periphere Toleranz

Reaktion auf körpereigene Antigene nach Hypermutation: keine T-Zell- Hilfe (kein CD40L)

MHC-TZR Interaktion ohne B7- CD28: ANERGIE

MHC-TZR Interaktion mit B7- CTLA4: ANERGIE

schlechte MHC-TZR Interaktion, aber mit B7-CD28: ANERGIE

repetitive MHC-TZR Interaktion, mit B7-CD28: APOPTOSE

regulatorische T-Zellen:

Zytokine -> ANERGIE IL4, IL10, TGFß

Toleranzmechanismen:

• Mangel an CD40L

• Menge an B7

• Expression von CTLA4

• Expression von FAS und FASL regulatorische T-Zellen:

• Sezernierung von IL10, TGFß und IL4

Toleranzmechanismen: Aktive Inhibierung der Immunfunktion

• Diese Mechanismen halten überschiessende Immun- reaktionen unter Kontrolle

• Fehler in diesen Systemen führen i.d.R. zu schweren

• Einführung in Immunologie

• Hypersensitivitäten und Autoimmunerkrankungen

• Therapeutische Behandlung

Cross-Talk zwischen angeborenem und adaptivem Immunsystem

D

G M

NK CD8 T

CD4 T ThP

CD4 T Th2 CD4 T

Th1

Viruses, Bacteria Fungi, Protozoa

IL12 INFϒ

IL12 IL12

TNFα INFϒ

INFϒ INFϒ

INFϒ

IL4

pro-inflam- matorische Moleküle

IL2, IL12 INFϒ, TNFα, TNFß, GM-CSF

IL4, IL5, IL10, IL13, IL25, IL31 GM-CSF

Immunsystem aus dem Gleichgewicht

Immunsystem aus dem Gleichgewicht

3 Möglichkeiten 1. genetische Disposition

2. chronisch virale oder bakterielle Infektion

3. (fehlende) Umwelteinflüsse

D

G M

NK CD8 T

CD4 T ThP

CD4 T Th2 CD4 T

Th1

Viruses, Bacteria Fungi, Protozoa

IL12 INFϒ

IL12 IL12

TNFa INFϒ

INFϒ INFϒ

IL2, IL12 INFϒ, TNFα, TNFß, GM-CSF

INFϒ

IL4, IL5, IL10, IL13, IL25, IL31 GM-CSF

IL4

Allergie

Klasse I

Cross-Talk zwischen angeborenem und adaptivem Immunsystem

pro-inflam- matorische Moleküle

D

G M

NK CD8 T

CD4 T ThP

CD4 T Th2 CD4 T

Th1

Viruses, Bacteria Fungi, Protozoa

IL12 INFϒ

IL12 IL12

TNFa INFϒ

INFϒ INFϒ

IL2, IL12 INFϒ, TNFα, TNFß, GM-CSF

INFϒ

IL4, IL5, IL10, IL13, IL25, IL31 GM-CSF

IL4

Allergie

Klasse I

Cross-Talk zwischen angeborenem und adaptivem Immunsystem

CD4 T Th17

CD4 T

IL17 IL17 Th17

längerfristig pro-inflam- matorische Moleküle

längerfristig pro-inflam- matorische Moleküle pro-inflam-

matorische Moleküle

D

G M

NK CD8 T

CD4 T ThP

CD4 T Th2 CD4 T

Th1

Viruses, Bacteria Fungi, Protozoa

IL12 INFϒ

IL12 IL12

TNFa INFϒ

INFϒ INFϒ

IL2, IL12 INFϒ, TNFα, TNFß, GM-CSF

INFϒ

IL4, IL5, IL10, IL13, IL25, IL31 GM-CSF

IL4

Allergie

Klasse I

chronisch endzündliche Erkrankungen

Klasse III

permanente Zerstörung von

Geweben

Klasse IV abhängig von MHC

und Virus-Infektion

chronisch endzündliche Erkrankungen

Klasse II

Cross-Talk zwischen angeborenem und adaptivem Immunsystem

CD4 T Th17

CD4 T

IL17 IL17 Th17

längerfristig pro-inflam- matorische Moleküle

längerfristig pro-inflam- matorische Moleküle pro-inflam-

matorische Moleküle

Hypersensitivitäten und Autoimmunerkrankungen

Über- trag-

bar

Klasse I Klasse II Klasse III Klasse IV

IgG oder IgM gegen Gewebe

oder ECM

Zirkulierende Immunkomplexe

und Antigenen

Autoimmun- erkrankung Allergie

CD4 oder CD8 MHC-abhängig Zellen des angeboren Immunsystems

basophile Granulozyten

Blutserum

TH2

CD4

TH1

IgE, IL4

permanente Gewebezerstörung chronisch entzündliche

Erkrankungen CD4 CD8

TH2

IL12

TH1

Hypersensitivitäten und Autoimmunerkrankungen

Über- trag-

bar

Klasse I Klasse II Klasse III Klasse IV

IgG oder IgM gegen Gewebe

oder ECM

Zirkulierende Immunkomplexe

und Antigenen

Autoimmun- erkrankung Allergie

CD4 oder CD8 MHC-abhängig Zellen des angeboren Immunsystems

basophile Granulozyten

Blutserum

TH2

CD4

TH1

IgE, IL4

permanente Gewebezerstörung chronisch entzündliche

Erkrankungen CD4 CD8

TH2

entzündungsbedingte

Autoimmunerkrankungen

IL12

TH1

Autoantigen

>> Immunkomplexe

Komplement-Reaktion Lokale oder systemische

Entzündungsreaktion

> Autoantikörper

Phagozytose

Komplement-Reaktion Zytolyse

Klasse II Klasse III

• Persistierende Viren-Infektion (Viren sind idR latent)

• Persistierende mikrobielle Infektionen (Chlamydien) Erhöhte Apoptose lösen eine Entzündung aus

• Kreuzreaktion nach Infektion = Mimotope durchbrechen die Toleranz

Als Folge resultieren dramatische Gewebeschäden

Beispiel 1: Coxsackie-Virus B oder ß-hämolysierende Streptokokken:

Zerstörung von Herzmuskelzellen,

Beispiel 2: Borrelien-Infektion -> OspA Peptide:

chronische Gelenkentzündungen,

Beispiel 2: Genetische Disposition:

juveniler, insulin-abhängiger Diabetis mellitus (Typ I) B. CD8-vermittelte Erkrankungen

Hypersensitivität Klasse IV

EBV HSV1 HSV2 VZ Borna

95%

95%

25%

90%

30-40%

Latent-Infektion

Heutzutage sind etwa 60 Autoimmunkrankheiten bekannt, und das Spektrum der erkrankten Organe ist groß.

Man kann diese Krankheiten grob in drei Gruppen aufteilen:

1. Einzelorgan-spezifische Krankheiten:

2. Systemische Krankheiten oder nicht-organspezifische Krankheiten:

Vaskulitiden, Kollagenosen, Rheumatoider Formenkreis 3. Intermediäre Krankheiten: Sie sind Mischformen oder

Übergangsformen.

Klassifikation von Autoimmunerkrankungen

Erkrankung Betroffenes Gewebe

Autoimmunenteropathie Autoimmunhepatitis APECED

Bullöses Pemphigoid Chronische Gastritis Churg-Strauss-Syndrom Colitis ulcerosa

Dermatomyositis

Diabetes mellitus Typ 1

Dermatitis herpetiformis Duhring Epidermolysis bullosa acquisita Glomerulonephritis

Goodpasture-Syndrom Guillain-Barré-Syndrom Hashimoto-Thyreoiditis Lichen sclerosus

Lineare IgA-Dermatose Lupus erythematodes

Mikroskopische Polyangiitis Morbus Adamantiades-Behçet Morbus Basedow

Morbus Bechterew Morbus Crohn Multiple Sklerose Myasthenia gravis PANDAS

Pemphigus foliaceus Pemphigus seborrhoicus Pemphigus vulgaris

Polychondritis Polymyositis

Rheumatisches Fieber Rheumatoide Arthritis

Sarkoidose (Morbus Boeck) Sjögren-Syndrom

Sklerodermie

Stiff-Man-Syndrom

Sympathische Ophthalmie

Systemischer Lupus erythematodes

Enterozyten des Dick- und Dünndarmes Leber

Bauchspeicheldrüse, Nebennierenrinde, Thymus

Hemidesmosomen basaler Keratinozyten der Haut zusätzlich oft Mundschleimhaut Magen

Gefäße

Dickdarm oder Mastdarm Muskeln und Haut

Betazellen der Bauchspeicheldrüse Haut, Dünndarm

HautNieren

Basalmembranen von Nieren und Lungen

Myelinschicht der Nerven des peripheren Nervensystems Schilddrüse

HautHaut

Innere Organe und Haut Haut, Niere, Lunge

Haut, Iris

TSH-Rezeptoren der Schilddrüse

Wirbelsäule, Iris (Spondylitis ankylosans)

Gesamter Verdauungstrakt, v. a. aber Dünn- und Dickdarm Myelinscheiden im zentralen Nervensystem

Acetylcholinrezeptoren an der motorischen Endplatte Basalganglien des Gehirns

HautHaut

Keratinozyten der Mundschleimhaut, v. a. aber Haut Gelenkknorpel sowie Ohr- und Nasenknorpel

Muskeln

Bindegewebe der Gelenke, Herzgewebe, Basalganglien des Gehirns, Haut Bindegewebe der Gelenke, Sehnen

Lymphknoten, Lunge, Bindegewebe Speicheldrüsen, Tränendrüsen

Bindegewebe unter der Haut

Nervenzellen des zentralen Nervensystems Augen

Haut, Gelenke, Niere, ZNS, Gefäße 0,1%

0,4%

0,8%

1,2%

0,2%0,1%

1,0%

2,2%

0,1%

rH

Autoimmunerkrankungen sind an bestimmte MHCs gekoppelt Erkrankung MHC-Allel

Rheumatoide Arhritis

Insulin-abhängiger Diabetes mellitus

Multiple Sklerose Sytemischer Lupus erythrematodes

Pemphigus vulgaris Spondylitis ankylosans Akute anteriore Uveitis Myasthenia gravis

Psoriasis

Rel. Risiko Ratio ♀/♂

DR4 DRB1*0401,0404

DR3 DR4

DR3/DR4 DR2

DR2/DR3

DR4 B27 B27 DR3 Cw6

4,2 %

>10,0 % 5,0 % 6,0 % 25,0 % 4,8 % 5,8 %

14,4 % 87,4 % 10,1 % 2,5 % 8,5 %

3 : 1

1 : 1

10 : 1 10-20 : 1

? 1 : 3 1 : 2-3

1 : 1

1 : 1

• Einführung in Immunologie

• Hypersensitivitäten und Autoimmunerkrankungen

• Therapeutische Behandlung

Immunsuppressiva / Chemotherapie IVIG

Therapeutische Modifikation von Antikörpern

Behandlung mit Parasiten

Therapeutische Behandlung

Man unterscheidet zwischen Akuttherapie (bei aktuellem Krankheitsschub) und der Erhaltungstherapie (Prophylaxe vor einem neuem Schub):

•! Akuttherapie mit Glucocorticoide, da Autoimmunerkrankungen nahezu ausnahmslos glukocorticoidesensibel sind.

•! Bei schwereren Verläufen potentiell lebensbedrohlicher Erkrankungen (Vaskulitiden) wird auch Immunsuppressiva Cyclosporin A verwendet.

•! Erhaltungstherapie mit „low dose“ Glucocorticoidbedarf in Kombination mit Methotrexat und Azathioprin.

•! Bei SLE mit Nierenbeteiligung und bei Vaskulitiden wird Cyclophosphamid eingesetzt.

•! Monoklonale Antikörper gegen verschiedene Mechanismen der Entzündung (z.B. gegen TNFα bei RA/Morbus Bechterew) oder der Zellmigration (z.B.

gegen Integrin α4β7) richten.

•! Caveat: Immunsuppresive Therapie kann zu gefährlichen, bakteriellen Infektion und dem Ausbruch latenter Viren führen (z.B. Polyoma, CMV, EBV)

Immunsuppressive und chemotherapeutische Behandlung

IVIG: Intravenöse Gabe von Hochdosis-IgG‘s

gepoolte IgG‘s hemmen effizient verschiedene Entzündungserkrankungen

Lizensierte Behandlung für

Idiopathische Thrombozytopänie (ITP) Guillain-Barré Syndrom

Morbus Kawasaki

chronisch inflammatorische

demyelinisierende Polyneuropathy

Off-label Gabe für

Autoimmune Neutropänie

Autoimmune hämolytische Anämie Anti-Faktor VIII Autoimmunerkrankung

Multiple Sklerose Myesthenia gravis Stiff persone Syndrom Multifocale Neuropathy

Systemische Vasculitis Polymyositis

Dermatomyositis Rheumatoide Arthritis

Systemischer Lupus erythrematosis Antiphospholipid Syndrom

Toxische epidermale Necrolyse GVHD

Sepsis Syndrom kann nicht verwendet werden für

akute Asthma-Patienten

Warum zeigen gepoolte Spender- Immunglobuline überhaupt eine

therapeutische Funktion ?

Balance zwischen aktivierenden und inhibierenden FcγR

aussen innen

LPS

Interleukine TNFα

aFcγR iFcγR C5a

ITAM ITAM ITIM ITIM

SIGNAL

Makrophagen, Neutrophile:

Eosinophile, Basophile:

Makrophagen, DC‘s:

Bildung von pro-inflammatorischen Zytokinen

Antikörper-abhängige zelluläre Zytotoxizität (ADCC)

Phagozytose, Sauerstoff-Radikale Degranulation

MHC II Antigenpräsentation

TGFß

Fcγ-Rezeptoren auf menschlichen Zellen

common γ-chain *

* common

aFcγ- und iFcγ Rezeptoren: entscheiden über Immunreaktion

Funktion der 8 Fcγ-Rezeptoren (Chrom 1q21)

IgG1*

IgG1

mg/ml

1 Woche

Fc γ Ia,b,c Fc γ n/ß2M

binden an IgG/Antigen Komplexe reguliert Serum-

spiegel aller IgG

Maus

Mensch

Rezeptor**

Konzentration im Blutserum Halbwertszeit

Aufgabe

IgG2 IgG2a mg/ml

Fc γ IIa,c 1 Woche

IgG3*

IgG2b mg/ml

Fc γ IIb 1 Woche

IgG4 IgG3 mg/ml

Fc γ IIIa,b 1 Woche

Aktivierung Aktivierung Hemmung Aktivierung

Toleranz-Induktion gegen Auto-Antikörper

CD64 CD32A CD32B CD16 CD64

* IgG1 und IgG3 binden besser an FcγR

** werden ko-exprimiert

Evidenz für die wichtige Funktion des FcγIIb Rezeptors

1. Patienten ohne FcγIIb Rezeptor entwickeln Autoimmunerkrankungen

2. Der FcγIIb Rezeptor verhindert die Expansion von auto-reaktiven B-Zellen 3. DC mit FcγIIb Rezeptor in Epithelien: verantwortlich für die notwendige

Toleranzinduktion gegenüber Allergenen in Luft und Nahrung; supprimieren die Aktivität von CD8-positiven T-Zellen

4. Mangel an FcγIIb Rezeptor:

• führt zu Hypersensitivität der Klasse II und III

Vorgehensweise von IVIG

1. IgG-Anreicherung erfolgt aus gepoolten Blutseren

2. Zur entzündungshemmenden Therapie wird ein high-dose-treatment empfohlen (1-3 g/kg Körpergewicht alle 3-4 Wochen)

3. wird für entzündungshemmenden Therapien eingesetzt, denn die Fremd- IgGs binden die Komplementfaktoren C3b und C4b und verhindern dadurch Ablagerungen im Geweben

4. Sialinsäure-angreicherte IgG haben eine potentere Wirkung

5. Antikörper von Autoimmunpatienten haben weniger Sialinsäure-Reste

Wichtiger Befund

Struktur von IgG Antikörpern

F c-An te il F ab -An te il

Struktur von IgG Antikörpern

F c-An te il F ab -An te il

Struktur von IgG Antikörpern

F c-An te il F ab -An te il

Fehlende Sialinsäure Fehlende Fucose Keine Zucker

keine Bindung an Fc γ RIIb schlechte Bindung an Fc γ ^RIIb keine Bindung an Fc γ ^R

> inflammatorische Signale

< FcγRIIB

< Sialinsäure/Fucose

Mechanismen

Beispiel 2: Behandlung von Autoimmunerkrankungen mit EndoS

Albert et al., 2008. Proc Natl Acad Sci 105, 15005-15009.

• Endoglykosidase S (EndoS) aus Streptococcus pyrogens, i.v. appliziert, entfernt die Zuckerseitenketten und führt zur Blockade von Auto-Antikörper-vermittelten Entzündungsprozessen (am Beisp. der Antikörper-induzierten Thrombozytopänie)

amounts of purified EndoS resulted in a rapid and complete hydrolysis of the IgG associated sugar moiety after 45 min as determined by lectin blot analysis with Lens culinaris agglutinin (LCA). Injection of as few as 10 ! g of purified EndoS was sufficient to induce an efficient removal of the sugar moiety of serum IgG (Fig. 1B). Of great importance for the use of EndoS as an antiinflammatory agent is the duration of the response and how fast the deglycosylated IgG is replaced by newly made immunoglobulins. For this, we followed the levels of IgG glyco- sylation for 2 weeks after treating mice with one single dose of 10 ! g of EndoS. Consistent with the serum half-life of IgG, which is in the range of 8–12 days, LCA-positive serum IgG reappeared after 1 week and reached normal levels !2 weeks after EndoS injection (15).

IgG Subclass-Specific Effects of EndoS-Mediated Glycan Hydrolysis.

Our previous experiments showed that EndoS-mediated hydro- lysis of the IgG-associated sugar moiety resulted in a strong reduction of the affinity for cellular Fc " Rs. Interestingly, how- ever, some of the mouse and human IgG subclasses, such as mouse IgG2a and human IgG2, still showed significant affinities for activating Fc " Rs (7, 10). This important point remained open in our earlier studies because we used an arthritis model system in which the induction of autoimmune disease was crucially dependent on coinjection of active IgG2a and IgG2b subclasses specific for type II collagen (16). Injection of the individual IgG subclasses is not sufficient to induce disease in this model, indicating that we could not differentiate whether the function of only one (IgG2a or IgG2b) or both IgG subclasses was abrogated in our previous study. To analyze this in detail, we turned to a model of antibody-induced thrombocytopenia (ITP).

In this model, injection of small amounts of individual IgG subclass variants of the platelet-specific 6A6 antibody results in a rapid induction of thrombocytopenia in a subclass specific manner within 4 h (13, 17). The IgG3 switch variant shows no activity in this model and was therefore not investigated in this work. As before, incubation of the different 6A6 subclass variants with EndoS resulted in an efficient hydrolysis of the Fc-associated sugar moiety (Fig. 2A). Upon injection of the EndoS-treated or untreated IgG subclasses, however, there was a differential impact of EndoS treatment with respect to the different IgG subclasses in vivo (Fig. 2 B). Whereas the capacity of IgG1 and IgG2b to deplete 50% or 80% of platelets within 4 h was basically abrogated, IgG2a retained its activity, indicating

and one branching fucose residue (Fig. 1 A) is sufficient to keep this IgG subclass in a functional state. These results are consis- tent with our previous affinity measurements in which IgG2a retained its affinity for the activating Fc " RIV, which is crucially involved in mediating the effects of this subclass in this model system (10, 13, 17). To investigate whether IgG2a molecules with this minimal sugar moiety are still dependent on activating Fc"Rs, we injected wild-type C57BL/6 or FcR "-deficient mice

( " -chain

), lacking all activating Fc " Rs, with untreated or

Asn²⁹⁷

Gal Man

Fuc Sial

GlcNAc GlcNAc

β1,4 α1,6

+ EndoS

Asn²⁹⁷

Fuc α1,6

A

10 20 40 5

0

LCA

coomassie EndoS (μµg) EndoS treatment (T:45min)

45 min 1 day 7 days 14 days

before

LCA EndoS treatment (10μµg)

coomassie

B

C

Fig. 1. EndoS-mediated hydrolysis of the IgG-associated glycan moiety in mice. (A) Shown is the fully processed Asn-297 attached sugar moiety of IgG. EndoS cleaves after the first GlcNAc, resulting in the generation of a minimal sugar moiety containing only one GlcNAc with or without a branching fucose residue.

(B) Recombinant EndoS was injected i.v. at the indicated amounts followed by detection of the sugar moiety by blotting with LCA. (C) Mice were injected once with 10!g of purified EndoS, and serum IgG was purified at the indicated time points and analyzed for the presence of the intact sugar moiety by lectin blotting with LCA.

0 25 50 75 100

IgG1 IgG2a IgG2b 6A6 IgG subclass

platelet depletion (%)

untreated EndoS

0 25 50 75 100

B6- untreated g-/- untreated g-/- EndoS

platelet depletion (%)

6A6-IgG1 6A6-IgG2a 6A6-IgG2b

- + - + - +

A

B C

*

*

6A6-IgG2a

n.s.

coomassie

LCA

Fig. 2. IgG subclass-specific effects of EndoS-mediated hydrolysis of the IgG-associated sugar side chain. (A) IgG subclass switch variants of the platelet- specific 6A6 antibody were digested with EndoS and analyzed for the removal of the IgG-associated sugar moiety by lectin blotting with LCA and Coomassie staining. (B) Equal amounts of untreated or EndoS-treated 6A6-IgG subclass switch variants were injected into C57BL/6 mice, and platelet counts were determined before and 4 h after antibody injection. *^{, P #} 0.05. (C) EndoS- treated or untreated 6A6-IgG2a was injected into C57BL/6 (B6) or FcR common

"-chain (g"/")-deficient mice, and platelet counts were determined as be- fore. Shown is one representative result of two experiments with at least five

anti-dsDNA or ANA-specific autoantibodies, and mice showed

either constant or sometimes slightly increasing autoantibody levels during the course of treatment. In contrast, none of the untreated mice survived the presence of such high autoantibody levels longer than 35 weeks (Fig. 5D).

Consistent with this observation, blood urea nitrogen levels as a marker for kidney function remained low in EndoS-treated mice even in the presence of high levels of autoantibodies, suggesting that EndoS-mediated hydrolysis of the IgG- associated sugar domain limits the interaction of autoantibodies with cellular Fc ! Rs (data not shown). With respect to overall survival, the control mice rapidly died after 20 weeks of age, with 80% of the mice being dead after 30 weeks. In contrast, mice treated only twice with EndoS survived much longer, with all mice being alive at 30 weeks of age. After the abrogation of treatment the mice started succumbing to disease although 40%

of the animals were still alive after 55 weeks of age. Interestingly, BXSB mice deficient in the common FcR ! -chain (BXSB- !

), which lack all functional activating Fc ! Rs and therefore repre- sent the maximal effects that can be achieved by interfering with antibody–Fc ! R interactions, showed a similar survival pattern, with the first mice dying at 30 weeks of age (27).

Taking into consideration that EndoS injection results in an only transient removal of the IgG sugar moiety, it might be possible that other effects beyond the interference of IgG–Fc ! R interactions contribute to the observed antiinflammatory phe- notype. Possible explanations include a time window between 18 and 26 weeks of age in which interference with autoantibody- mediated inflammation results in long-term effects. Thus, highly pathogenic autoantibody species might be produced at this stage, whereas later during life other specificities with a lower patho- genic potential dominate. Indeed, we have observed a change in autoantibody specificities as determined by ANA analysis de-

pending on the age of the animals (Fig. 5B). Moreover, EndoS treatment might interfere with the functional activity of cell surface IgG on memory B cells and plasma blasts. Future studies will be necessary to address this point in greater detail.

A potential drawback of any foreign enzyme that is adminis- tered as a therapeutic agent is the development of neutralizing antibodies by the host that might interfere with protein activity.

In the BXSB model, two i.v. injections of 10 " g of recombinant EndoS were not sufficient to induce a significant IgG response against EndoS, although a low-level IgM response could be detected (data not shown). Importantly, it was shown in previous studies that these anti-EndoS antibodies did not interfere with enzymatic activity, consistent with the results of our work (9).

Taken together, the use of pathogen-derived immunomodu- latory molecules holds great promise for future applications in human therapy. Besides EndoS, another enzyme (IdeS) from

pyogenes

was recently used successfully to interfere with auto- antibody-induced tissue inflammation (28). In contrast to the modulation of the sugar moiety by EndoS, the protease IdeS is a cysteine endopeptidase that dissociates IgG it into one F(ab")

and two monomeric Fc fragments thereby uncoupling innate from adaptive immune responses (28–30). Despite the foreign nature and potential immunogenicity of these molecules, their use as first-line therapies should be very useful, and approaches aiming at a reduction of their immunogenicity will further increase their potential applicability in humans.

Materials and Methods

Mice. C57BL/6 and BXSB mice were purchased from the Jackson Laboratory.

FcR!^!/! mice (!^!/!) were generated in Jeffrey Ravetch’s laboratory and back- crossed for 12 generations to the C57BL/6 background. KRN TCR transgenic mice on a C57BL/6 background (K/B) were gifts from D. Mathis and C. Benoist (Harvard Medical School, Boston, MA) and were bred to NOD mice to generate

A B

+ EndoS

16 24 32 40

age (weeks)

#

C D

100 80 60 40 20

10 20 30 40 50

Age of BXSB mice (weeks)

Survivingmice(%)

EndoS untreated

60 0

0,5 1 1,5 2 2,5 3

Mock 1 Mock 2 Mock 3 EndoS 1 EndoS 2 EndoS 3

IgG2b anti-dsDNA (OD450nm)

16 24 32 40

0 20 40 60 80 100 120

IgG IgM

Mean signal intensity

untreated EndoS

*

Fig. 5. Treatment of autoimmune disease in BXSB mice. (A) Serum IgG and IgM of BXSB mice before (T0) and 24 h after (T24) injection with 10 "g of EndoS was quantified for the presence of the intact IgG sugar moiety by lectin blotting with LCA. (BandC) Serum of untreated and EndoS-treated animals was analyzed for the presence of autoantibodies specific for nuclear antigens (B) and dsDNA (C). Shown are representative results of groups of untreated or EndoS-treated animals (n#10). Animals that died in the course of the experiment are indicated (#). (D) Survival of untreated mice (n#10) or animals that received two injections of 10"g of EndoS at 18 and 26 weeks of age (n # 10).

15008 ! www.pnas.org"cgi"doi"10.1073"pnas.0808248105 Albert et al.

10 µg EndoS i.v.

BXSB Mäuse: ITP Autoimmun-Modell

Tod durch innere Blutungen

• Gleicher Effekt in einem Mausmodel, in dem rheumatoide Arthritis durch Serum- Transfer von K/BxN Mäusen ausgelöst wird: eine einmalige EndoS-Behandlung des Serums führte zu einer 60%igen Reduktion des Krankheitsbildes.

Sonntag, 24. Januar 2010

> inflammatorische Signale

< FcγRIIB

< Sialinsäure/Fucose

Mechanismen

IVIG

Manipulation von Antikörpern

Strachan DP. Hay fever, hygiene, and household size. BMJ 1989; 299:1259–60.

Hygiene Hypothese

„…reduced exposure to microorganisms failed to prime the Th1 response,

which then led to overcompensating Th2 activity and resulted in allergies.“

Therapie bei Autoimmunerkrankungen: Helminthen

Schweinepeitschenwurm Trichuris suis

adultes Tier Trichuris suis ova

1 cm

• Studie mit Einnahme von Trichuris suis ova an der Charité (

).

Ausgangspunkt: Bei Entwurmungskuren in Südamerika war nach erfolgreicher Behandlung ein starker Anstieg von allergischen Reaktionen beobachtet worden, woraus ein Ansatz für klinische Phase II-Studien entwickelt wurde.

Nebenwirkung: weicheren Stuhl oder leichte Durchfälle; verringerte Wirkungen von

D M

CD4 T Th2 CD4 T

Th1 CD4 T

Th17

IL17

chronisch endzündliche Erkrankungen

IL-1, IL-6, TNFα

IL-12, IL-18, IL-27

INFγ, IL-2, IL-12

IL-4, IL-5, IL-10, IL-13 IL-25, IL-31

Progression entzündlicher

Prozesse

+ + + +

+

Klasse II

Klasse III

Induktion entzündlicher Prozesse

Dämpfung entzündlicher Prozesse in Gegenwart von TSO

CD4 T Th2

IL-10 TGFß IL-4, IL-5, IL-10, IL-13 IL-25, IL-31

+ +

IgE, IgG1, IgG4

Eosinophile Basophile

TSO Therapie

Treg

Blockierung entzündlicher Reaktionen (DC,

Makrophagen) Block von CD4 Th1

FOXP3 CD25 CTLA4

+

alle 3 Wochen per os 2500 Eier

IL-4

Dämpfung entzündlicher Prozesse in Gegenwart von TSO

CD4 T Th2

IL-10 TGFß IL-4, IL-5, IL-10, IL-13 IL-25, IL-31

+ +

IgE, IgG1, IgG4

Eosinophile Basophile

TSO Therapie

Treg

Blockierung entzündlicher Reaktionen (DC,

Makrophagen) Block von CD4 Th1

FOXP3 CD25 CTLA4

+

alle 3 Wochen per os 2500 Eier

IL-4

Dämpfung entzündlicher Prozesse in Gegenwart von TSO

CD4 T Th2

IL-10 TGFß IL-4, IL-5, IL-10, IL-13 IL-25, IL-31

+ +

IgE, IgG1, IgG4

Eosinophile Basophile

TSO Therapie

Treg

Blockierung entzündlicher Reaktionen (DC,

Makrophagen) Block von CD4 Th1

FOXP3 CD25 CTLA4

+

alle 3 Wochen per os 2500 Eier

zur Erinnerung:

regulatorische T-Zellen:

Zytokine -> ANERGIE IL4, IL10, TGFß