Základy neuroimunologie Eva Havrdová Neurologická klinika a Centrum klinických neurověd Universita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze
Klíčová podmínka existence buňky i organismu: příjem zpracování logické využití informací 3 informační systémy: endokrinní, imunitní, nervový příbuzné molekulární mechanismy komunikačních interakcí: působky jednoho systému mají své receptory na buňkách ostatních dvou systémů, společné signální molekuly: peptidové hormony, neurotransmitery a cytokiny
imunitní a neuroendokrinní systém:! společně v různých orgánech, tkáních! obranně-adaptační úloha! příjem, zpracování, odevzdání množství signálů! přizpůsobivost! paměť! schopnost učit se z předchozí zkušenosti adaptace v zájmu přežití
Imunitní systém: zajišťuje přežití organismu v zevním prostředí k tomu potřebuje schopnost rozpoznat vlastní a cizí Imunita nespecifická x specifická buněčná x humorální Specifická:! rozpoznání Ag po jeho zpracování APC! pomnožení Ag-specifických buněk! výkonná část reakce zaměřená k likvidaci škůdce! útlum imunitní reakce
Model aktivace T- lymfocytů Ag-MHC APC ligand Ag-MHC APC APC ligand TcR CoR T-lymfo TcR CoR T-lymfo TcR T-lymfo CoR signál I signál II signál I signál II klon. expanze efektor. funkce anergie apoptóza žádný efekt
Autoimunita = normální součást imunity patologická reakce vůči vlastnímu je až reakcí, kdy v důsledku přehnané autoimunitní reakce dojde k orgánovému poškození imunopatologický zánět je komplexní reakce těla na prolomení autotolerance porucha rozpoznání porucha útlumu imunitní reakce nadměrná tvorba zánětlivých cytokinů výchova T buněk v thymu antigenní mimikry vliv infekcí superantigeny
Signalizace z IS do CNS! cytokiny (TNF alfa, IL-1, IL-6) IL-1 ovlivnění hypotalamu indukce horečky aktivace stresové osy n. vagus - receptory pro IL-1 receptory pro PGE2 TGF-beta - blokuje uvolňování CRH vzorec zánětlivé odpovědi najdeme i u těžších traumat ( IL-12) IL-6 růstový faktor pro cholinergní neurony TNF brání arborizaci neuronů
Cesta cytokinů do CNS CVO ovlivnění metabolismu endotelu transportní systémy senzorická aferentní vlákna
Zpracování signálu v CNS regulace produkce neuroendokrinních hormonů některé cytokiny - regulace diferenciace neuronů a indukce NF látek
Stres krátkodobý počtu cytotoxických ly aktivity NK buněk Chronický stres suprese imunitní odpovědi odpověď ly na mitogeny počtu ly v periferní krvi aktivity NK buněk produkce IFN gama
Zánět v CNS dogma o imunoprivilegovanosti NS padlo EAE : aktivní sensitizace vnímavých zvířat tkání CNS zánětlivá demyelinizující odpověď genetický background zevní faktory: " způsob podání Ag " dávka Ag " aktuální stav zvířete
Perivaskulární zánět v CNS
Demyelinizace v CNS
Iontová dysbalance demyelinizovaného neuronu Aktas, Trends in Neurosci 2010
Axonal Transection in active MS lesions SMI-32 (non-phosphorylated neurofilament) -demyelinated axons and swellings Trapp et al., NEJM 338, 278 (1998)
Macrophage and microglial association with axonal loss (D) Macrophages (Ferritin positive) and (E) Microglia (Ferritin positive) surround and engulf terminal ovoids (large arrow) but no consistent association with non-transected axons (small arrow). Axons stained with SMI-32 for nonphosphorylated neurofilaments Trapp et al., NEJM 338, 278 (1998)
Interleukin 1b způsobuje apoptózu oligodendrocytů Takahashi, Ann Neurol 2003
Vliv TNF alfa na růst neuritů Normální neurony Neurony po přidání TNF alfa Neumann, J Neurosci 2002
Rozdíl v morfologických charakteristikách aktivované mikroglie v zánětlivých lézích v kortexu a v bílé hmotě
Zničená tkáň musí být odstraněna rychle a efektivně jinak nemohou probíhat žádné reparační pochody (remyelinizace) zánět musí být utlumen, je překážkou reparace
Dvojí tvář mikroglie Goldman T, Prinz M. Clin Dev Immunology 2013
OPC jsou přitahovány do léze M1, jejich diferenciace a efektivní remyelinizace je zajištěna pomocí M2 OPCs Miron et al. Nat Neurosci Sep 2013
Osud oligodendrocytárních prekursorů M1 conditioned media M2 conditioned media Miron et al. Nat Neurosci Sep 2013
Neurodegenerace: Železo Hametner S et al. Ann Neurol. 2013 Jul 19
Lassmann, van Horssen. FEBS Lett. 2011;585(23):3715-23.
Lassmann, van Horssen. FEBS Lett. 2011;585(23):3715-23.
Volné radikály v zánětlivé lézi Hlavní zdroj: Mi/MΦ 2 cesty: aktivace enzymů produkujících ROS mitochondriální dysfunkce (přechodná, pak zmnožení mitochondrií, nakonec delece mitochondriální DNA) Důsledky: oxidace lipidů oxidace DNA
Zánět a neurodegenerace Patel J, Balabanov R. Int. J. Mol. Sci. 2012, 13, 10647-10659
Zánět v PNS krevně-nervová bariéra není zcela nepropustná - místy zcela chybí Mφ - těsně kolem endoneurálních cév APC Schwannova buňka: role všech typů glie, tedy i mikroglie " pod vlivem cytokinů - exprese MHC II. " konstituční exprese MHC I. " schopnost fagocytózy " účast v ADCC (receptory pro C, Fc rec.)
Mechanismy tkáňového poškození T buňkami zprostředkovaná cytotoxicita makrofágy účast protilátek bystander demyelinizace a destrukce ODC axonální ztráta Na axonu se objevuje exprese MHC I. při přerušení elektrické aktivity Glutamátová excitotoxicita Influx Ca++ Fe a volné radikály
Principy terapeutického ovlivnění autoimunitních onemocnění potlačení imunitní reakce (imunosuprese): potlačení proliferace imunitních buněk kortikosteroidy protinádorové léky, užívané hlavně v léčbě leukémií plasmaferéza fingolimod, teriflunomid Imunomodulace (IFNB, GA, natalizumab, rituximab) přeswitchování reakce imunitního systému antigen-specifická terapie (GA) imunoablace
Steroidy zásady správného použití a ochrany pacienta před vedlejšími účinky léčby vyplývají ze znalosti mechanismu účinku, efektů v organismu, znalosti vedlejších účinků
GSRE R HSP 90 mrna lipokortiny transkripce, translace GCS
_ NFкB AP-1 R GCS + GSRE HSP 90 transkripce mrna translace Lipokortin, β2 adrenoreceptory, IL-1R Protizánětlivé aktivity Transkripce prozánětlivých cytokinů (IL-1, IL-2, IL-12, IFN-γ, TNF-α, etc.) blokována
fosfolipidy buněčných membrán GCS fosfolipáza A2 NSAID kyselina arachidonová cykloxygenáza prostaglandiny leukotrieny
Protizánětlivé a imunosupresivní účinky # současné působení na různých stupních zánětlivého procesu # více ovlivněna buněčná imunitní odpověď # ovlivnění produkce mediátorů zánětlivých bb. (cytokinů) # prevence zvýšené kapilární permeability # redukce adheze Mφ a neutrofilů k endotelu (inhibicí chemotaktických faktorů)
# interference se zpracováním antigenu (pohlcení a procesování) # inhibice fosfolipázy A2 a vzniku kyseliny arachidonové a jejích produktů # inhibice neutrálních proteáz (tkáňový aktivátor plasminogenu, kolagenázy, elastázy) # inhibice tvorby kininů
Pravidla klinického použití 1. kortikoidy podáváme v ranních hodinách, vysoké dávky v akutní fázi nemoci lze rozložit do několika dávek, snižujeme od večerních 2. vysoké dávky aplikujeme i.v. či p.o, lékem volby je methylprednisolon 3. hydrocortizon jako imunosupresivum nepoužíváme vůbec neúnosné vedl. účinky + nedostatečný efekt (neposkytuje žádnou ochranu před lipidovou peroxidací) HCT vyhrazen pro substituci
4. rizikoví pacienti: aplikace pomalá za kontrol EKG, kontrola iontů a glykemie 5. SPRÁVNÉ DÁVKOVÁNÍ se řídí tíží stavu (úvodní dávka 500-1000mg v 1-3 denních dávkách) po několik dnů, pak přechod na p.o. podávání s pozvolným snižováním 6. náhlé vysazení vede k rebound fenomenu 7. při nedostatečném efektu neponecháváme dlouhodobě vysoké dávky, ale přidáme další imunosupresivum ( snížení dávek i vedl. účinků obou preparátů)
8. suplementace kalia 9. chir. zákrok u pacienta na dlouhodobé kortikoterapii nutno nahradit aktivaci HHA osy 10. gravidita
Pravidla bezpečné kortikoterapie 1. ochrana žaludeční sliznice a GIT 2. prevence osteoporosy 3. steroidní diabetes 4. správné dávkování 5. katarakta 6. ICHS, hypertenze, tachykardie
7. kortikosteroidy u dětí 8. leukocytóza, kortikosteroidy a současná infekce 9. detekce a léčba deprese, psychotické stavy 10. dispenzarizace Nedodržení těchto pravidel je důvodem dosavadního strachu z podávání kortikoidů u velké části pacientů i odborné veřejnosti. nedostatečný efekt ACTH
n # Kortikosteroidy v neurologii Akutní stavy poranění mozku a míchy Mozkový edém při nádorovém onemocnění Neuroimunologická onemocnění
Vývoj MTR v lézi : při léčbě steroidy, IFNB-1b a bez léčby MP Bez terapie Rychlé užití vysokých dávek MP vede ke sníženému poškození tkáně v místě léze, které je patrné 19 měsíců! Richert, MS 2001
IMUNOSUPRESE Antimetabolity: Azathioprin inhibice syntézy purinových bazí inhibice aktivity T i B ly dávka: 50-150mg/d KO, JT Idiosynkrasie, enzym TPMT Methotrexát - antagonista kyseliny listové narušena tvorba DNA, RNA, proteinů potlačení humorální i bb. imunitní odpovědi dávka: 2,5 mg 3x týdně vysoké dávky i.v.
Alkylační látky (radiomimetika): přenesení alkylových skupin na různé buň. složky (alkylace DNA smrt buňky) CPA ničí proliferující imunitní buňky B ly jsou citlivější než T ly Harvardské schéma: 800mg/m2 + 1g SM 1. rok: 1x měsíčně, 2. rok: a 6 tý 3. rok: a 2 měsíce 1x ročně prevent. onkol. prohlídka pitný režim vyloučení uroinfekcí
Mitoxantron vazba na DNA zlomy v jejím řetězci inhibice syntézy DNA, RNA počty Th a B ly funkce supresorických ly kardiotoxicita - kumulativní dávka 140mg/m 2 TRAL 1:333 případů, 25% fatálních Protinádorová ATB Cyklosporin A peptidové ATB rozpustné v tucích blokuje aktivaci T ly protilátkovou odpověď působí na Mø - snižuje prezentaci Ag nemá cytotoxický ani antimitotický účinek
Plasmaferéza u onemocnění s předpokládanou účastí protilátek: MG, NMO, těžké akutní demyelinizace syndrom Guillain-Barré protilátkami zprostředkované neuropatie Vyšetření před PE, sledování pacienta, prevence traumat Thymectomie - MG
Fingolimod Modulátor S1P receptorů: neničí lymfocyty, ale zadržuje je v uzlinách, neuroprotektivní efekt Remitentní RS, lék druhé volby Teratogenní, nutnost kardiomonitorace při první dávce Zvýšené nebezpečí herpetické infekce Teriflunomid Inhibuje mitochondriální enzym dihydroorotát dehydrogenázu (účastní se de novo syntézy pyrimidinu) remitentní RS Dlouhý eliminační proces, vysadit nutno 2 roky před plánovanou graviditou
Alemtuzumab Monoklonální protilátka proti CD52, podávaná jednou ročně ve 2 cyklech a dále on demand Remitentní RS, lék druhé volby Zvýšené nebezpečí herpetické infekce profylaxe aciklovirem Rituximab Monoklonální protilátka proti CD20, likvidace B lymfocytů (nástupcem bude ocrelizumab, humanizovaná protilátka) remitentní a primárně progresivní? RS, NMO, anti-nmda encefalitida, MG Podávání jednou za 6 měsíců
Imunomodulace Ag-nespecifická interferon beta - RS syntézu a působení IFN-gama syntézu a působení TNF-alfa expresi MHC II. expresi adhezivních molekul inhibice IL-1, stimulace IL-1RA zlepšení funkce supresorických buněk expresi IL2R usnadnění apoptózy aktivovaných T buněk vliv na NOS produkce TG-beta produkce IL-10 potenciální trofický efekt (oddálení atrofie CNS, zlepšení neuropsychologických testů)
interferon beta mechanismus účinku
Indikace: CIS, RS - forma remitentní, relabující Vedlejší účinky: flu-like sy lokální reakce únava deprese česká kriteria pro výběr pacientů na DMD (disease modifying drugs) dána úhradovými pravidly x Standard diagnostiky a léčby RS a NMO V ČR Studie SET možnost podat IFNB-1a po 1. atace od r. 2005, oficiálně od 2008
IVIG - GB, RS, MG, ADEM protilátkami zprostředkované neuropatie obnova porušené imunomodulace: přítomností přirozených Ab vůči autoantigenům a antiidiotypů vůči autoab funkční blokádou Fc receptorů na Mø a Mi a tím modulací Fc zprostředkované fagocytózy snížením produkce cytokinů, neutralizací prozánětlivých cytokinů a jejich receptorů
IVIG inhibicí škod způsobených aktivací C interferencí s proliferací B i T ly indukcí apoptózy ly a monocytů přítomností Ab proti TCR, cytokinům a cytokinovým R, molekulám důležitým pro imunomodulační efekt normálních imunoglobulinů v organismu podpora remyelinizace??? protektivní efekt před cytotoxickým TNF-α zvýšení IL-1RA přítomnost TGF-beta Zařazen mezi DMD byl v r. 2004-9, proti atakám po graviditě zřejmě nechrání
2 1,75 before study placebo active medication 1,5 1,27 1,2 1,5 1,28 1,45 1,36 1,26 1 0,84 0,9 0,86 0,84 0,5 0,61 0,59 0,52 0 IFNß-1b* IFNß-MS Study (n=227) IFNß-1a MSCRG (n=172) IFNß-1a* PRISMS (n=371) Glatiramer Johnson et al. (n=215) IVIG AIMS (n=147) * high dose treatment groups Osa x: srovnávané preparáty: IFNB-1b=Betaferon, IFNB-1a=Avonex, IFNB-1a *=Rebif, Glatiramer= Copaxone, IVIG= intravenozní imunoglobuliny Osa y: relapse rate = počet atak nemoci za rok
Dimethyl fumarát Směs esterů fumarátu velmi efektivní u psoriázy Efekt protizánětlivý I neuroprotektivní cestou ovlivnění NFkB a stimulace Nrf2 (startuje antioxidační procesy) Remitentní RS Efektivita mezi IFNB a natalizumabem
Natalizumab registrován FDA 11/04, podávání zastaveno kvůli výskytu 3 případů PML 28.2.05, registrace obnovena 2006, v ČR úhrada od konce 2008 Protilátky proti alfa4 integrinům (TYSABRI) Klinické studie: RS, Crohnova choroba Proběhlo bezpečnostní šetření u všech pacientů, kteří kdy dostali jakoukoli dávku natalizumabu, Neobjevil se žádný další případ infekce JCV, proto registrace 2006 s risk management plan V současnosti léčeno >120 000 pacientů s RS na světě + 400 PML, většinou lék druhé volby
Integrins Play a Central Role in Endothelial and Leukocyte Adhesion Tissue Chemoattractant Source Endothelium Blood Leukocyte Basement Membrane Rolling Attachment Activation Selectins Transendothelial Migration Arresting and Adhesion Strengthening Chemoattractants Integrins Springer TA. Cell. 1994;76:301 314.
AM Inhibition: Implications for MS Therapy Leukocyte α4β1 (VLA-4) Blood Vessel Lumen Endothelial Cells Chemoattractant signal Leukocyte Infiltration and Brain Inflammation Tissue VCAM-1 α4β1 (VLA-4) Blood Vessel Lumen Leukocyte Chemoattractant Signal Reduced Leukocyte Infiltration and Brain Inflammation Endothelial Cells Tissue VCAM-1
Přeswitchování imunitního systému: 1. Imunomodulace Ag-specifická v praxi: RS (glatirameracetát) experimentálně: MG, SLE, uveitis Glatirameracetát polymer: L-alanin, L-glutamát, L-lysin, L-tyrozin efekt u EAE, zkoušen klinicky od 1977 MRI studie 1997-1999
BDNF
2. Experimentální terapie autoimunitních onemocnění vysokodávkovanou imunoablací s podporou autologních hematopoetických kmenových buněk (CD34+) likvidace autoimunitních buněk přeswitchování imunitního systému cílenější by byla heterologní transplantace - zatím neúnosné riziko (ale možná cesta pro intraktabilní NMO)
Intenzivní imunoablace s podporou autologních kmenových buněk RS Po HSCT CD34+ kmenové buňky Vlivy během vývoje imunitního systému Autoagresivní T lymfocyty Jiné vlivy během vývoje imunitního systému
PROGRESSION-FREE SURVIVAL pts treated with ASTIMS protocol (BEAM+ATG) n=53 PFS time 6.72 years in 61% patients! 1,0,9,8,7,6,5,4,3,2,1 0,0 0 2 4 6 8 10 Years from transplantation
Prediktivní faktory úspěchu BMT u RS kratší než 5 let u Kurtzke EDSS méně než 6 u vysoká zánětlivá aktivita choroby u nečištěný štěp kmenových buněk Co je třeba do budoucna? neuroprotekce
Nervové buňky, které se vyvinuly z kmenových buněk při heterologní BMT u lidí transplantovaných pro leukemii Purkyňova buňka (značená luciferázou) vzniklá z kmenové buňky (myš)
# Progression-free survival 6.7 let u 61% pacientů nelze očekávat od přirozeného průběhu choroby u pacientů s rychle progredující RS. n Intenzivní čištění buněk nevede k lepšímu výsledku. n Použití HSCT u RS má lepší prognózu, trvá-li choroba kratší dobu. n Nelze vyloučit podíl HSC na vzniku neuronů a ODC v CNS, spíš ale krátkodobé působení produktů kmenových buněk nutno doložit dalším výzkumem. Další výzkum v této oblasti je obhajitelný (?) Probíhá porovnání s natalizumabem v databázi MSBase