Abstract
Interleukin-6 tiltrækker i øjeblikket stor interesse som et potentielt terapeutisk mål i systemisk sklerose (SSc). I denne artikel gennemgås interleukin-6’s biologi, og beviserne for interleukin-6-dysregulering i SSc undersøges. Den rolle, som klassiske og trans-signalveje for interleukin-6 spiller i SSc-relevante fænomener som kronisk inflammation, autoimmunitet, endotelcelledysfunktion og fibrogenese, diskuteres. De eksisterende beviser for, at interventioner, der er designet til at blokere interleukin-6-signalering, er af terapeutisk relevans i SSc, vurderes.
1. Indledning
Systemisk sklerose (SSc) er en bindevævssygdom, der er karakteriseret ved fibrose, vaskulopati og immunologiske abnormiteter. I de seneste år er det blevet klart, at inflammation spiller en afgørende rolle i formidlingen af den patofysiologiske proces, der ligger til grund for SSc, især tidligt i sygdomsforløbet. Endothelcelleaktivering og -dysfunktion er centrale for sygdomspatogenesen, kan være drevet af et proinflammatorisk miljø og kan resultere i dannelsen af en profibrotisk fænotype.
Interleukin-6 (IL-6) er et pleiotropisk cytokin. Ud over sin rolle i det akutte faserespons har IL-6 forskellige roller som drivkraft for kronisk inflammation, autoimmunitet, endothelcelle-dysfunktion og fibrogenese. Derfor tiltrækker det i øjeblikket stor interesse i det reumatologiske samfund som et potentielt terapeutisk middel i SSc, en sygdom, hvor der på nuværende tidspunkt mangler behandlinger rettet mod den underliggende patogenese.
Den seneste dokumentation har antydet, at IL-6 kan spille en vigtig rolle i endotelcelledysfunktion og fibrogenese i denne sygdom, og der er i øjeblikket ved at blive udarbejdet kliniske forsøg for yderligere at undersøge, om Tocilizumab, et monoklonalt antistof rettet mod IL-6-receptoren, kan være til terapeutisk gavn for patienter med SSc.
2. Interleukin-6-biologi
Interleukin-6-biologien er kompleks. Kun få celler udtrykker interleukin-6-receptoren (IL-6R, gp80). Denne receptor udtrykkes på hepatocytter, monocytter, B-celler og neutrofile hos mennesker. Den findes også på en delmængde af T-celler, men der er tegn på, at T-celler reagerer på IL-6 overvejende gennem en proces, der kaldes trans-signalering.
Endothelceller og fibroblaster udtrykker ikke IL-6R og menes også at reagere på IL-6 gennem trans-signalering . sIL-6R’er findes i serum og binder sig til IL-6 og danner et IL-6/sIL-6R-kompleks. Opløseligt IL-6R (sIL-6R) produceres ved to separate mekanismer, for det første ved proteolytisk spaltning fra neutrofilernes overflade og for det andet ved sekretion fra neutrofiler og monocytter af en alternativt splejset version .
Og selv om reguleringen af den proteolytiske spaltning af sIL-6R ikke er blevet fuldt ud opklaret, er det kendt, at den stimuleres af C-reaktivt protein (CRP). Spaltning fra overfladen af neutrofiler, men ikke monocytter, stimuleres også af kemoattraktanter (interleukin-8 (IL8), C5a, leukotrien B4 (LTB4) og platelet activating factor (PAF)) . Proteolytisk spaltning kan ske via et TNFα, konverterende enzymlignende enzym, selv om dette ikke tegner sig for hele den proteolytiske spaltning .
Vi og andre har vist, at der er en øget koncentration af den neutrofile kemoattraktor IL-8 i SSc-serum , hvilket kan stimulere frigivelsen af sIL-6R fra neutrofile. Desuden er der rapporter i litteraturen om, at LTB4-niveauet er forhøjet i bronkoalveolær lavagevæske hos patienter med SSc-lungesygdom , hvilket også kan bidrage til dannelsen af sIL-6R.
IL6/sIL6R-komplekset kan binde til gp130-receptoren, som udtrykkes ubiquitært på celler, herunder endotelceller og fibroblaster, for at aktivere signal transducers and activators of transcription protein 3 (STAT3)-signalvejen . Endothelcelleaktivering via trans-signalering resulterer i en stigning i ekspressionen af adhæsionsmolekyler (intercellulært adhæsionsmolekyle-1 (ICAM-1), vaskulært celleadhæsionsmolekyle-1 (VCAM-1)), frigivelse af kemokiner (IL-8 og monocyte kemotaktisk protein-1 (MCP-1)) og frigivelse af IL-6 (figur 1).
Interleukin-6 trans-signalering. IL-6-receptorer udtrykkes på leukocytter, herunder neutrofile, men de udtrykkes ikke på vævsresidente celler, f.eks. endothelceller. Endothelceller kan kun reagere på IL-6 gennem gp130-receptoren, når IL-6 er bundet til en opløselig IL-6-receptor (sIL-6R). sIL-6R’er dannes ved sekretion af en alternativt splejset version af receptoren eller proteolytisk spaltning fra overfladen af neutrofile celler. Der findes også en pulje af opløseligt gp130 (sgp130), som kan binde IL-6/sIL6R-komplekser og forhindre, at de binder sig til cellulært gp130. Derfor regulerer de lokale koncentrationer af IL-6, sIL-6R og sgp130 IL-6-signalering.
3. Interleukin-6 i systemisk sklerose
IL-6 er et cytokin med flere potentielt vigtige roller i patogenesen af SSc. Det er forhøjet i serum hos patienter med systemisk sklerose, især hos patienter med diffus hudinvolvering og tidligt i sygdomsforløbet . Immunocytokemiske undersøgelser har også vist, at IL-6 kan være forhøjet i læsionsmæssigt væv senere i sygdomsforløbet, når andre proinflammatoriske cytokiner er forsvundet.
Flere andre observationer støtter yderligere en rolle for dette interleukin i SSc. Fibroblaster isoleret og dyrket fra den læsionelle hud hos patienter med SSc producerer konstitutivt højere niveauer af IL-6 end ikke-læsionelle eller raske donorfibroblaster . Dette viser, hvor vigtigt det er at tage hensyn til lokale koncentrationer af cytokiner i forbindelse med sygdom. Serumkoncentrationer afspejler ikke nødvendigvis de lokale niveauer af et relevant cytokin på det læsionelle sted. Derfor er det særlig vigtigt at anvende in vitro-modeller til at undersøge lokale interaktioner mellem fibroblaster, endothelceller og immunceller ved tilstedeværelse af lokalt forhøjede cytokinniveauer. Stimulerede og ustimulerede fibroblaster fra læsionel hud har også vist sig at producere forhøjede niveauer af IL-8, som kan være involveret i lokal frigivelse af sIL-6R fra neutrofiler .
Tidligere forskning har vist, at perifere mononukleære blodceller fra SSc-patienter, når de dyrkes in vitro, producerer højere niveauer af IL-6 og sIL-6R i kultursupernatanterne end kontrolperifere mononukleære blodceller, selv om niveauerne af sgp130 var tilsvarende . Endvidere var IL-6R-niveauerne forhøjet i serum fra patienter med begrænset kutan SSc (lcSSc) sammenlignet med kontroller .
IL-6-transkription er under kontrol af et hypoxisk responselement via hypoxia-inducible factor-1-α (HIF-1-α) . Målinger foretaget fra den læsionelle hud hos patienter har vist et vedvarende fald i iltspænding , ned svarende til 3% O2, tilstrækkeligt til at inducere HIF-1α-signalering .
Det er desuden vigtigt at bemærke, at hæmodynamisk flow kan undertrykke IL-6-induceret signalering i endothelceller . Da et sådant flow er dysreguleret i SSc, kan dette spille en vigtig rolle i modulering af virkningerne af IL-6 på endothelceller i denne sygdom.
4. Interleukin-6’s virkninger på B-celler
IL-6 har også en dybtgående virkning på B-celler, idet det fremmer plasmacelledifferentiering og antistofproduktion. Dette kan forklare den polyklonale B-celleekspansion og hypergammaglobulinæmi, som ofte ses ved SSc .
B-celleudtømning ved hjælp af rituximab (monoklonalt antistof rettet mod CD20) hos 9 patienter med progressiv SSc-hudsygdom, der var refraktær over for cyklofosfamidbehandling, resulterede i en klinisk forbedring af hudscoren efter 3 måneder, som varede i op til 36 måneder. Dette blev fulgt op af et fald i serum IL-6 koncentrationen .
5. Interleukin-6 og virkninger på betændelse
IL-6 er blevet impliceret i generering og udbredelse af kronisk inflammation. I første omgang i akut inflammation fremmer proinflammatoriske cytokiner ophobning af neutrofile og frigivelse af IL-6. Neutrofile frigør derefter deres IL-6R’er som reaktion på kemokiner som f.eks. IL-8. Dette fremmer differentiel regulering af endothelcellernes produktion af kemokiner, hvilket fremmer produktionen af MCP-1 og mindsker produktionen af IL-8 og dermed fremmer monocytakkumulering. IL-6 trans-signalering øger også ekspressionen af endotheliale leukocyt-adhæsionsmolekyler (VCAM-1, ICAM-1), hvilket yderligere fremmer leukocytakkumulering . Desuden kan IL-6 spille en rolle i forbindelse med fremme af neutrofil apoptose og dermed afvikling af akut (uspecifik) inflammation . Andre har imidlertid rapporteret om en antiapoptotisk virkning af IL-6 på neutrofile , mens Biffl et al. har vist, at virkningen afhænger af koncentrationen af neutrofile . Vi har ikke været i stand til at reproducere nogen IL-6-specifik virkning på neutrofil apoptose i vores laboratorium ved koncentrationer af IL-6 på mellem 0,1 og 100 ng/mL (personlig meddelelse Helen Wright).
Og omvendt redder IL-6 angiveligt T-celler fra apoptose, hvilket fremmer et kronisk inflammatorisk celleinfiltrat . IL-6 trans-signalering fremmer også frigivelsen af IL-6 fra fibroblaster og endothelceller i et positivt autokrint feedback-system. Man kan derfor forestille sig, at IL-6 kan spille en rolle i udbredelsen af kronisk inflammation, som den, der ses i SSc. Dette er i overensstemmelse med immuncytokemiske forsøg, der viser, at IL-8 og IL-6 overudtrykkes i læsioner i huden hos patienter med SSc, men i forskellige mønstre: overudtryk af IL-8 er forbundet med tidlig sygdom (<1 år), mens IL-6 overudtryk er forbundet med senere sygdom .
IL-6 er også blevet impliceret i autoimmunitet. Bevis fra patienter med Crohns sygdom tyder på, at autoreaktive T-celler er resistente over for apoptose på grund af beskyttelse af IL-6 trans-signalering via STAT3-signalvejen . IL-6 hæmmer en Na2+/K+ ATPase, som regulerer antigeninternalisering og antigenpræsentation fra dendritiske celler til T-celler, hvilket kan fremme præsentationen af autoantigener . Endelig dør naive T-celler ifølge Matzingers “fareteori”, hvis de modtager et signal fra en korrekt antigenpræsentation, som ikke følges op af en ligering af CD40 . Der er tegn på, at IL-6/sIL-6R-komplekset på uhensigtsmæssig vis kan erstatte dette andet signal og derfor føre til persistens af autoreaktive T-celler . Endvidere øges autoimmune fænomener med alderen i takt med en aldersrelateret stigning i sIL-6R-udskillelsen . Lissilaa et al. undersøgte IL-6’s rolle i modellerne kollageninduceret arthritis (CIA) og antigeninduceret arthritis (AIA) af autoimmun inflammatorisk arthritis. Ved hjælp af antistoffer, der specifikt blokerede den klassiske IL-6-signalering og trans-signalveje, opdagede de, at den klassiske IL-6-vej var både nødvendig og tilstrækkelig til udvikling af patogene Th17-T-celler, som er involveret i autoimmunitet, og til generering af antitype II kollagen IgG-responser, som er forbundet med sygdomsmanifestationer i CIA-modellen. De påviste også i AIA-modellen, at IL-6 trans-signalering var ansvarlig for at drive lokale inflammatoriske reaktioner . SSc er en sygdom, der er forbundet med autoimmune fænomener. Der findes mange forskellige autoantistoffer i SSc (se tabel 1), og autoantistofprofilen korrelerer i mange tilfælde med de kliniske manifestationer. Der er imidlertid ingen overbevisende beviser for, at autoantistoffer spiller en direkte rolle i patogenesen, selv om nogle forskere har rapporteret, at antiendothelialcelleantistoffer, der findes hos en del af patienterne, er forbundet med endothelcelleaktivering .
|
||||||||||||||||||||||
6. Interleukin-6 og virkninger på fibrogenese
Fibroblaster fra patienter med SSc er fænotypisk unikke. Når de isoleres og dyrkes in vitro, fortsætter de med at producere et overskud af kollagen . IL-6 er et profibrogent cytokin. Det har vist sig enten at øge eller mindske fibroblastproliferationen, øge fibroblastkollagen-, glykosaminoglykan- og vævsinhibitor af metalloproteinaser-1 (TIMP-1)-syntese og øge MCP-1- og IL-6-produktionen . IL-6 regulerer ekspressionen af VEGF (vascular endothelial growth factor), en vigtig mediator for angiogenese og fibrose, som er forhøjet hos patienter med SSc .
En case-serie har vist, at brugen af tocilizumab, som blokerer IL-6 trans-signalering, hos 2 patienter med diffus kutan SSc (dcSSc), den ene med nyreinvolvering og den anden med lungefibrose, resulterede i et fald i hudfortykkelse som målt ved Rodnan hudscore og Vesmeter (som måler viskoelasticitet eller hårdhed i huden). Desuden viste hudbiopsier taget før og efter tocilizumabbehandling en reduktion i kollagen .
7. Interleukin-6 og virkninger på endotelcelleaktivering
Endotelaktivering menes at være central for patogenesen af SSc. Der er også beviser for øget endothelcelleapoptose, selv om der mangler bekræftende in vivo beviser for dette . University of California at Davis line 200 kylling, en dyremodel for SSc, viser tegn på tidlig endotelcelleapoptose, der går forud for det inflammatoriske celleinfiltrat og udviklingen af fibrose .
Serummarkører for endothelcelleaktivering, f.eks. von Willebrand-faktor (vWF), sICAM-1 og sE-selectin er forhøjet i serum hos patienter med SSc og synes at korrelere med sygdomsaktivitet .
Tidligere undersøgelser har vist en rolle for IL-6 i endothelcelleaktivering. Endothelcelleaktivering via trans-signalering resulterer i en stigning i ekspressionen af adhæsionsmolekyler (ICAM-1, VCAM-1), frigivelse af kemokiner (IL-8 og MCP) og frigivelse af IL-6 .
Vi har for nylig vist, at SSc-serum, i tilstedeværelse af neutrofiler, er i stand til at øge endothelcelleaktivering og apoptose på en IL-6-afhængig måde . Det er postuleret, at neutrofilerne under disse omstændigheder fungerer som donorer af IL-6R. I vores undersøgelser resulterede en tilsætning af IL-6 til et pulje af kontrolserum i øget endotelcelleapoptose og E-selectinekspression i tilstedeværelse af neutrofile, hvilket efterligner virkningerne af SSc-serum. Komplementinaktivering ophævede ikke virkningerne af SSc-serum, og det samme gjaldt tilføjelsen af katalase til at opsuge reaktive oxygenarter. Serinproteaseinhibitoren AEBSF blokerede delvist virkningerne af SSc-serum på apoptose af endothelceller, men havde ingen væsentlig indflydelse på aktiveringen af endothelceller ved SSc-serum . Strategier til at fjerne eller blokere virkningerne af IL6 i SSc-serum, herunder immundepletion af IL6 og tilsætning af et anti-IL6-blokerende antistof, vendte virkningerne af SSc-serum på endothelcelleaktivering og apoptose . Det mest betydningsfulde er dog, at sgp130, som specifikt blokerer IL6 trans-signalering, ophævede virkningerne af SSc-serum .
8. Konklusion
IL-6-blokering og specifikt blokering af IL-6 trans-signalering kan have en fordel i behandlingen af SSc, en sygdom, som hidtil har manglet behandlingsmuligheder, der er direkte rettet mod den patogene mekanisme. IL-6 trans-signalering er specifikt involveret i at drive lokal inflammation og inducere endotel- og fibroblastresponser, og derfor kan målretning af denne IL-6-signalvej være mest rentabel i SSc. SSc har imidlertid også vigtige og muligvis patogene autoimmune fænomener, og det kan være nødvendigt at målrette den klassiske IL-6-signalvej for at kunne påvirke dette vigtige aspekt af sygdommen. Det i øjeblikket tilgængelige lægemiddel Tocilizumab er rettet mod både den klassiske og den trans-signalvej. Der er andre midler under udvikling, som specifikt blokerer trans-signalering, og de kan være nyttige i musemodeller af SSc for at afgrænse, hvilken signalvej der er vigtigst for denne sygdom.
IL-6 er forhøjet i serumet hos patienter med SSc, især i tidlig dcSSc. Desuden findes det også i immunohistokemiske prøver i både tidlig og sen sygdom og i både dcSSc og lcSSc. Fibroblaster og monocytter, der er isoleret fra SSc-patienter, producerer autonomt IL-6 in vitro.
Førlige, små, ikke-randomiserede kontrollerede forsøg i lille skala peger på en vigtig rolle for IL6 i SSc. B-celle-depletion resulterer i et fald i serum IL-6-niveauet, hvilket afspejles i en samtidig reduktion i hudscoren. Endnu vigtigere er det, at blokering af IL-6 trans-signalering med Tocilizumab har resulteret i en forbedring af hudscoren hos 2 patienter med diffus sygdom. Disse data bekræfter, at IL-6 er et attraktivt terapeutisk kandidatmål, især med hensyn til forebyggelse af fibrose.
Dertil kommer imidlertid, at nye og spændende data antyder, at IL-6 spiller en rolle i de endotheliale og inflammatoriske manifestationer af denne sygdom, hvilket kan gøre det til et potentielt mål i et meget bredere spektrum af SSc-patienter med aktiv vaskulær eller inflammatorisk (f.eks. led) sygdom, men relativt lidt fibrose. Undersøgelser er ved at blive udformet for at løse disse vigtige spørgsmål; resultaterne af dem afventes med spænding.
