Defensine: Können wir sie in der Therapie einsetzen?

Transkript

1 Defensine: Können wir sie in der Therapie einsetzen? Dr. Jan Wehkamp, Dr. Julia Beisner und Prof. Dr. Eduard F. Stange Defensine sind körpereigene Antibiotika des angeborenen Immunsystems, die die Darmschleimhaut und andere Oberflächen des Körpers (z.b. Haut) vor der Besiedlung durch Bakterien schützen. Über die Rolle der Defensine bei den Krankheitsmechanismen und Ihre Bedeutung für die Therapie hat der Bauchrender in den letzen Jahren mehrfach berichtet. Eine ausführliche Einführung finden Sie im BR 1/2006: Die zentrale Rolle der Bakterienabwehr bei der Entstehung chronisch entzündlicher Darmerkrankungen (besonders J. Wehkamp, K. Fellermann: Defensin-Defekte bei Morbus Crohn, S ). Ursachen, nicht Symptome therapieren Eine primäre/kausale Therapie sollte keine Sekundär-Reaktionen, wie die bisher üblichen, sondern die Ursache der Entzündung behandeln und damit erstmals das Problem an der Wurzel packen. Die berechtigte Hoffnung ist, dass man bei einer Stärkung der Schleimhautbarriere (Defensine) mit weniger Nebenwirkungen Krankheitsschübe im Vorfeld verhindern kann. Störung der Darmbarriere Das pathophysiologische Verständnis zur Erklärung chronisch entzündlicher Darmerkrankungen, insbesondere 71

2 von Morbus Crohn, hat sich in den letzten Jahren radikal verändert. Nachdem über Jahrzehnte angenommen wurde, dass chronisch entzündliche Darmerkrankungen ausschließlich über ein fehlgesteuertes spezifisches Immunsystem zu erklären sind, rückt nun immer mehr die Rolle der Bakterien, ihre Erkennung und ihre Abwehr in den Mittelpunkt des Interesses. Bei beiden Krankheitsentitäten, Morbus Crohn und Colitis ulcerosa, geht man mittlerweile von einer zentralen Störung der Darmbarrierefunktion aus. Zu dieser Barriere, die das Eindringen von Mikroorganismen verhindert, gehören neben einer Vielzahl von wichtigen Komponenten die Defensine. Was sind Defensine? Defensine sind Antibiotika, die der Körper selbst bildet, um so an seinen Oberflächen Bakterien und andere Mikroorganismen bekämpfen zu können. Defensine sind relativ kleine Peptide mit antimikrobieller Wirksamkeit gegen eine große Vielzahl von gramnegativen und grampositiven Bakterien, säurefesten Stäbchen (Mykobakterien), Pilze, umhüllte Viren und Protozoen. Defensine, von denen man bisher etwa 20 verschiedene Stoffe kennt, werden von den Oberflächen-Zellen des Darms (Epithelzellen: 1. Verteidigungslinie), aber auch in der Lunge, in der Haut, im Knochen und in Blutzellen gebildet. Sie zählen zum angeborenen unspezifischen Immunsystem. Wie kommt es zur Entzündung? Es ist mittlerweile unter den Experten dieser Erkrankung unbestritten, dass ohne die normalen Darmbakterien keine Entzündung stattfindet. Unterstützt wird die zentrale Bedeutung der Bakterien durch die Fortschritte der Genetik. Die bisher wichtigste bekannte Mutation, aber auch weitere betroffenen Gene, die in den letzten Jahren identifiziert wurden, ist ausgerechnet in einem Gen gefunden worden, das für die Erkennung von Bakterien verantwortlich ist (NOD2, siehe unten). Gleichzeitig finden sich bei Patienten mit Morbus Crohn auf der Dünndarmschleimhaut anhaftende Bakterien, die es bei Gesunden dort nicht gibt. Das Immunsystem richtet sich auch nicht primär gegen die eigenen Körperzellen, es richtet sich gegen die ganz normalen Darmbakterien. Wir gehen im Wesentlichen davon aus, dass die Zerstörung der eigenen Gewebestrukturen im Laufe der Entzündung sozusagen als eine Art friendly fire oder Kollateral-Schaden verstanden werden kann. Das Immunsystem scheint die Abwehr von Bakterien für so wichtig zu halten, dass es dabei bereit ist, die Zerstörung der eigenen Darmschleimhaut in Kauf zu nehmen. Mit dieser Erkenntnis rückt die Frage, warum das Immunsystem gegen die Bakterien reagiert, in den Vordergrund. Ist das Immunsystem primär fehlgesteuert? Leider gibt es hierfür trotz 20 Jahren intensiver Forschung keine wirklich überzeugenden Daten, die für Patienten zutreffen (vielleicht für einige Mäuse mit künstlich herbeigeführter Entzündung aber all diese Mäuse haben keinen Morbus Crohn). Vieles spricht dafür, dass durch eine Störung der Oberflächenzellen (Epithel) Darm-Bakterien verstärkt mit dem Immunsystem in Kontakt kommen und die Entzündung demnach als normale Reaktion auf Bakterien, die dann außer Kontrolle gerät, zu verstehen ist. In diese Interaktion zwi- 72

3 schen Mikroflora und Wirtsorganismus greifen körpereigene Antibiotika, zu denen die Defensine gehören, regulatorisch ein. Eine Vielzahl von Studien unserer und anderer Arbeitsgruppen der letzten Jahre an Patienten belegen umschriebene, spezifische Defensindefekte, die mit jeweiligen Krankheitslokalisationen/- orten (Dünn- und Dickdarm) von Morbus Crohn assoziiert sind. Verschiedene Defensin-Defekte sind mit verschieden Krankheits lokalisationen assoziiert Wir wissen mittlerweile, dass bei Morbus Crohn des Dünndarms ein Mangel an Panethzell-Defensinen, die in den Darmkrypten des Dünndarms gebildet werden, vorliegt. Patienten mit einer NOD2-Genmutation haben einen zusätzlichen Defekt in der Bakterienerkennung und produzieren dadurch noch weniger Defensine. Ein weiterer, nach unserer Meinung zentraler Mechanismus, ist die gestörte (Aus-)Differenzierung von epithelialen Stammzellen (zu spezialisierten Körperzellen). Zurzeit versuchen wir, die Bedeutung der Stammzelldifferenzierungswege für die protektive Immunantwort bei CED weiter zu entschlüsseln. Im Gegensatz zum Dünndarmbefall ist Morbus Crohn des Dickdarms mit einer verminderten Bildungsfähigkeit von anderen, sogenannten -Defensinen (HBD2-4), gekennzeichnet. Dieser Defekt hat eine genetische Ursache: Morbus Crohn-Patienten mit Dickdarmbefall haben weniger Kopien der entsprechenden Defensingene, was die verminderte Bildungsfähigkeit erklärt. Neben diesen relativ gut verstandenen Defekten gibt es noch eine Vielzahl weiterer Faktoren, die jedoch in ihren Mechanismen und biologischen Bedeutungen noch genauer untersucht werden müssen. Als Konsequenz dieser Defekte durch die abgeschwächte antimikrobi el le Darmbarriere gehen wir davon aus, dass dann kommensale oder pathoge ne (natürlich im Darm vorkommende oder krankheitserregende) Keime in der Lage sind, die Darmwand zu durchdringen und eine sekundäre Entzündungsreaktion auszulösen. Therapeutische Konsequenzen Die zentrale Rolle des angeborenen Immunsystems, insbesondere der antibakteriellen Defensine, wurde lange Zeit zugunsten der adaptiven Immunität (die aus abgewehrten Angriffen lernen kann) ignoriert. Neuere molekularbiologische, zellbiologische und klinische Untersuchungen belegen die hohe Relevanz dieses Systems auch für andere Bereiche der klinischen Medizin. Wir sind überzeugt, dass das detaillier te Verständnis der Wirkweise, Interaktion und Regulation der einzelnen Komponenten der körpereigenen Oberflächenverteidigung in der Zukunft neue therapeutische Wege eröffnen wird. Leider ist die Umsetzung der grundlagenwissenschaftlichen Erkenntnisse in direkte Therapien doch viel langsamer, als wir erwartet haben. Kritisch betrachtet lässt sich fast tragisch sogar eine Diskrepanz zwischen aktuell neu entwickelten Substanzklassen und Forschritten im Bereich des Krankheitsverständnisses feststellen: Während 73

4 die Rolle der Barrierefunktion immer deutlicher wird, werden Antikörper (z.b. anti- TNF) in großer Zahl getestet, die auch wie die anderen neuen die Reaktion des adäquat-reaktiven Immunsystems und nicht die Ursache (Barrieredefekt) behandeln. Wir hoffen also, dass sich diese Lücke in den nächsten Jahren schließt und ein besseres Verständnis der Krankheitsentstehung in der erfolgreichen Entwicklung von n mündet. Für diesen Ansatz gibt es zwei denkbare Konzepte, von denen eines bereits erfolgreich im Einsatz zu sein scheint. Stärkung der Abwehr direkte Substitutionstherapie Der einfachste Gedanke wäre die direkte Gabe und Substitution (Ersetzung) der bei der Erkrankung fehlenden Substanzen. Somit halten wir eine direkte Gabe verschiedener Defensine für vielversprechend und unbedingt einen Versuch wert. Leider ist dieses so einfach klingen de Vorhaben bisher aus verschiedenen Gründen gescheitert. Der Hauptgrund ist die Gewinnung der Substanz. Es ist uns und anderen bisher nicht gelungen, Defensine in ausreichenden Mengen herzustellen. Vor einigen Jahren haben wir deshalb versucht, bestimmte Defensine in genetisch verändertem Reis herzustellen. Anfänglich waren die Versuche erfolgreich. Nach großen Investitionen in Zeit und Geld ist es der Firma jedoch nicht gelungen, die Defensine wieder aktiv aus den Reiskörnern herauszubekommen und das Projekt wurde Anfang dieses Jahres beendet. Andere Produktionsmethoden der genetischen Herstellung in Bakterien haben bisher nur in kleinen Maßstäben, nicht aber in höheren Mengen funktioniert. Wir testen zurzeit verschiedene weitere Strategien und hoffen hier zusammen mit industriellen Partnern in absehbarer Zeit diesen ersten Schritt für zumindest einige der Defensine schaffen zu können. Stärkung der Abwehr indirekter Weg über die Gabe stimulierender Substanzen Die andere Grundidee ist die Gabe einer Substanz, die den Körper zur Bildung von Defensinen anregt: also die Stärkung der Abwehr und Barrierefunktion über vorhandene Produktionsmechanismen in der menschlichen Schleimhaut. Interessanterweise ist diese Möglichkeit bereits etabliert. Wie wir zeigen konnten, machen das probiotische Bakterien. Da der Dickdarm viele E. coli Bakterien enthält, erscheint es sinnvoll, dass normale E. coli Bakterien das System der Bildung bestimmter (induzierbarer) Defensine nicht aktivieren können. Hierzu passend werden die meisten beta-defensine im gesunden Dickdarm normalerweise nicht gebildet. Wir konnten aber zeigen, dass E. coli Nissle (Mutaflor ), im Gegensatz zu 74

5 über 50 getesteten normalen Bakterien, ein ausgezeichneter Stimulator für ein bestimmtes beta-defensin (HBD2) ist. Interessanterweise konnten andere probiotische Stämme, wie Laktobazillen (z.b. VSL#3), wenn auch schwächer, ebenfalls HBD2 induzieren. Neuere Daten zeigen, dass ein anderes Probiotikum mit E. coli (Symbioflor 2) ebenfalls die Defensinbildung anregt und dass diese Defensinbildung nicht nur im Labor, in der Zellkultur, sondern auch bei Menschen funktioniert. Interessanterweise wirken diese Bakterien in der Remissionserhaltung der Colitis ulcerosa, kaum bei Morbus Crohn. Der Wirkmechanismus der Defensin bildung liefert hierfür einen möglichen Erklärungsansatz: Da bei Morbus Crohn-Patienten die Bildungsfähigkeit der Defensine primär gestört ist, ist auch die Gabe eines Stimulators weniger erfolgreich und damit nicht so gut wirksam. Neben den Probiotika hoffen wir, in der Zukunft durch systematische Suche weitere Substanzen, welche einen positiven Einfluss auf die antibakterielle Schutzfunktion haben, zu finden. Dr. med. Jan Wehkamp leitet eine Emmy Noether-Arbeitsgruppe im Institut für klinische Pharmakologie (IKP), Stuttgart, und ist Assistenzarzt in der Gastroenterologie, wo er unter anderem die CED Ambulanz mitbetreut. Dr. rer. nat. Julia Beisner ist wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe von Dr. Wehkamp. Prof. Dr. med. Eduard F. Stange ist Chefarzt der Abteilung für Gastroenterologie, Hepatologie, Endokrinologie des Robert-Bosch-Krankenhauses in Stuttgart. Danksagung: Wir danken all unseren Patienten für ihre Unterstützung, insbesondere bei der Einwilligung, Gewebe und Blutproben für Forschungszwecke untersuchen zu dürfen.?! Wie die Gabe von Phosphatidylcholin/Lecithin, das in der Dickdarmschleimhaut von Colitis-Patienten vermindert ist, zur Stärkung der Darmbarriere dienen soll, versucht der Therapieansatz mit Defensinen, körpereigenen Antibiotika, die bei Crohn-Patienten mit Dünndarmbefall vermindert vorkommen, einen kausalen, also an den Ursachen der Erkrankung ansetzenden Therapieweg. Leider ist die praktische Umsetzung der theoretischen Erkenntnisse in Arzneimittel und Therapiestrategien langwierig und aufwendig, so dass bis zu praktisch nutzbaren Ergebnissen der direkten Beeinflussung der Immunabwehr noch Zeit vergehen wird. 75