Multiple Sklerose und Guillain-Barré Syndrom Autoimmunentzündliche Erkrankungen des zentralen und peripheren Nervensystems

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1 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 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 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. Die MOG-spezifische Antwort von peripheren T-Lymphozyten war bei MS- Patienten im Vergleich zu der Antwort auf andere mögliche Autoantigene gesteigert, so dass auch MOG als T-Zell- Antigen 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 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 zytotoxische 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- 2 Universität des Saarlandes

2 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 regulatorische 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 demyelinisierende 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). 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. 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 himagazin forschung 1/2003 3

3 naus ist aus immunhistochemischen Analysen von Nervenbiopsien von GBS- Patienten bekannt, dass infiltrierende T- Zellen 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. 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 Adoptiv- Transfer-EAE (AT-EAE) bezeichnet. Abb.3: Semidünn- Schnitte 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. 4 Universität des Saarlandes

4 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 T- Zellen, 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 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 magazin forschung 1/2003 5

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 CD8- positiven 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 P2- induzierte 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 Ratten- Stamms, 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 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 Gangliosid- Ausstattung 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 T- Zellen 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. Interleukin- 1, 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-Mikroglia- Interaktion nahe legen. Analog dazu steigt die Anzahl der MHC Klasse-II-po- 6 Universität des Saarlandes

6 zusammengesetzt Anzeigen ganzseitig magazin forschung 1/2003 7

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. 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. 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 Konzentrationen 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 sicherlich 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-Zell- Apoptose und Ausschüttung von antiinflammatorischen Zytokinen zur Beendigung der Entzündung beizutragen. Durch Ausschüttung von Wachstumsfaktoren können Makrophagen nach dem Abklingen einer Entzündung die 8 Universität des Saarlandes

8 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 T- Zell- 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 T- Zellen, die gegen andere ZNS-Antigene und nicht mehr gegen das potentiell initiale Antigen reagieren. Es kommt also zu einer Verbreiterung der Antigenpalette. 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 T- Lymphozyten 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. 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. Sanata Schmerztherapiezentrum 90 x 128 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 Lewis- EAE 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 9