Die vielen Gesichter von Interleukin-6: Die Rolle von IL-6 bei Entzündung, Vaskulopathie und Fibrose bei systemischer Sklerose

Abstract

Interleukin-6 stößt derzeit auf großes Interesse als potenzielles therapeutisches Ziel bei systemischer Sklerose (SSc). In diesem Beitrag wird die Biologie von Interleukin-6 besprochen und die Hinweise auf eine Interleukin-6-Dysregulation bei SSc untersucht. Die Rolle der klassischen und trans-Signalwege von Interleukin-6 bei SSc-relevanten Phänomenen wie chronischer Entzündung, Autoimmunität, Dysfunktion der Endothelzellen und Fibrogenese wird diskutiert. Es werden die vorhandenen Beweise dafür bewertet, dass Interventionen, die auf die Blockierung des Interleukin-6-Signalwegs abzielen, bei SSc von therapeutischer Bedeutung sind.

1. Einleitung

Systemische Sklerose (SSc) ist eine Bindegewebserkrankung, die durch Fibrose, Vaskulopathie und immunologische Anomalien gekennzeichnet ist. In den letzten Jahren wurde deutlich, dass Entzündungen eine entscheidende Rolle bei der Vermittlung des pathophysiologischen Prozesses spielen, der der SSc zugrunde liegt, insbesondere in der Frühphase der Erkrankung. Endothelzellaktivierung und -dysfunktion sind von zentraler Bedeutung für die Pathogenese der Krankheit, werden möglicherweise durch ein proinflammatorisches Umfeld angetrieben und können zur Entstehung eines profibrotischen Phänotyps führen.

Interleukin-6 (IL-6) ist ein pleiotropes Zytokin. Neben seiner Rolle bei der Akutphasenreaktion spielt IL-6 auch bei chronischen Entzündungen, Autoimmunität, Endothelzelldysfunktion und Fibrogenese eine wichtige Rolle. Daher stößt es derzeit in der Rheumatologie auf großes Interesse als potenzielles Therapeutikum bei SSc, einer Krankheit, für die es derzeit keine auf die zugrunde liegende Pathogenese ausgerichtete Behandlung gibt.

Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass IL-6 bei dieser Krankheit eine wichtige Rolle bei der Dysfunktion der Endothelzellen und der Fibrogenese spielen könnte, und es werden derzeit klinische Studien konzipiert, um weiter zu erforschen, ob Tocilizumab, ein gegen den IL-6-Rezeptor gerichteter monoklonaler Antikörper, für Patienten mit SSc von therapeutischem Nutzen sein könnte.

2. Biologie von Interleukin-6

Die Biologie von Interleukin-6 ist komplex. Nur wenige Zellen exprimieren den Interleukin-6-Rezeptor (IL-6R, gp80). Beim Menschen wird dieser Rezeptor auf Hepatozyten, Monozyten, B-Zellen und Neutrophilen exprimiert. Er ist auch auf einer Untergruppe von T-Zellen zu finden, aber es gibt Hinweise darauf, dass T-Zellen auf IL-6 vorwiegend durch einen Prozess reagieren, der als Trans-Signalisierung bekannt ist.

Endothelzellen und Fibroblasten exprimieren den IL-6R nicht und reagieren vermutlich ebenfalls durch Trans-Signalisierung auf IL-6. sIL-6Rs existieren im Serum und binden an IL-6 und bilden einen IL-6/sIL-6R-Komplex. Lösliches IL-6R (sIL-6R) wird durch zwei getrennte Mechanismen gebildet, erstens durch proteolytische Spaltung von der Oberfläche von Neutrophilen und zweitens durch Sekretion einer alternativ gespleißten Version aus Neutrophilen und Monozyten.

Obwohl die Regulierung der proteolytischen Spaltung von sIL-6R noch nicht vollständig geklärt ist, ist bekannt, dass es durch C-reaktives Protein (CRP) stimuliert wird. Die Spaltung von der Oberfläche neutrophiler Granulozyten, nicht aber von Monozyten, wird auch durch Chemoattraktoren (Interleukin-8 (IL8), C5a, Leukotrien B4 (LTB4) und plättchenaktivierender Faktor (PAF)) stimuliert. Die proteolytische Spaltung kann durch ein TNFα-konvertierendes enzymähnliches Enzym erfolgen, obwohl dies nicht für die gesamte proteolytische Spaltung verantwortlich ist.

Wir und andere haben gezeigt, dass es eine erhöhte Konzentration des neutrophilen Chemoattraktivums IL-8 im SSc-Serum gibt, das die Freisetzung von sIL-6R aus Neutrophilen stimulieren kann. Darüber hinaus wird in der Literatur berichtet, dass die LTB4-Konzentration in der bronchoalveolären Lavageflüssigkeit von Patienten mit SSc-Lungenerkrankung erhöht ist, was ebenfalls zur Bildung von sIL-6R beitragen kann.

Der IL6/sIL6R-Komplex kann an den gp130-Rezeptor binden, der ubiquitär auf Zellen, einschließlich Endothelzellen und Fibroblasten, exprimiert wird, um den Signalübertragungsweg STAT3 (Signal Transducers and Activators of Transcription Protein 3) zu aktivieren. Die Aktivierung von Endothelzellen über den Signalweg führt zu einer erhöhten Expression von Adhäsionsmolekülen (interzelluläres Adhäsionsmolekül-1 (ICAM-1), vaskuläres Zelladhäsionsmolekül-1 (VCAM-1)), zur Freisetzung von Chemokinen (IL-8 und monozytenchemotaktisches Protein-1 (MCP-1)) und zur Freisetzung von IL-6 (Abbildung 1).

Abbildung 1

Interleukin-6 Trans-Signalisierung. IL-6-Rezeptoren werden auf Leukozyten, einschließlich Neutrophilen, exprimiert, nicht aber auf gewebeansässigen Zellen, z. B. Endothelzellen. Endothelzellen können nur dann über den gp130-Rezeptor auf IL-6 reagieren, wenn das IL-6 an einen löslichen IL-6-Rezeptor (sIL-6R) gebunden ist. sIL-6Rs werden durch Sekretion einer alternativ gespleißten Version des Rezeptors oder durch proteolytische Spaltung von der Oberfläche von Neutrophilen gebildet. Es gibt auch einen Pool von löslichem gp130 (sgp130), der IL-6/sIL6R-Komplexe binden und deren Bindung an zelluläres gp130 verhindern kann. Daher regulieren die lokalen Konzentrationen von IL-6, sIL-6R und sgp130 die IL-6-Signalübertragung.

3. Interleukin-6 bei systemischer Sklerose

IL-6 ist ein Zytokin mit mehreren potenziell wichtigen Rollen in der Pathogenese von SSc. Es ist im Serum von Patienten mit systemischer Sklerose erhöht, insbesondere bei Patienten mit diffuser Hautbeteiligung und zu Beginn des Krankheitsverlaufs. Immunzytochemische Studien haben auch gezeigt, dass IL-6 in läsionalem Gewebe im späteren Krankheitsverlauf erhöht sein kann, wenn andere proinflammatorische Zytokine abgeklungen sind.

Eine Reihe weiterer Beobachtungen unterstützt die Rolle dieses Interleukins bei SSc. Fibroblasten, die aus der läsionalen Haut von Patienten mit SSc isoliert und kultiviert wurden, produzieren konstitutiv höhere Mengen an IL-6 als nicht läsionale oder gesunde Spenderfibroblasten. Dies zeigt, wie wichtig es ist, die lokalen Konzentrationen von Zytokinen bei Krankheiten zu berücksichtigen. Die Serumkonzentrationen spiegeln nicht unbedingt die lokalen Konzentrationen eines relevanten Zytokins an der Läsionsstelle wider. Daher ist die Verwendung von In-vitro-Modellen zur Untersuchung lokaler Interaktionen zwischen Fibroblasten, Endothelzellen und Immunzellen in Gegenwart lokal erhöhter Zytokinspiegel von besonderer Bedeutung. Stimulierte und unstimulierte Fibroblasten aus läsioneller Haut produzieren nachweislich erhöhte Mengen an IL-8, das möglicherweise mit der lokalen Freisetzung von sIL-6R aus Neutrophilen in Verbindung gebracht wird.

Vorangegangene Untersuchungen haben gezeigt, dass periphere mononukleäre Blutzellen von SSc-Patienten, wenn sie in vitro kultiviert werden, höhere Mengen an IL-6 und sIL-6R im Kulturüberstand produzieren als periphere mononukleäre Blutzellen der Kontrollgruppe, obwohl die Mengen an sgp130 gleich hoch waren. Darüber hinaus waren die IL-6R-Konzentrationen im Serum von Patienten mit begrenzter kutaner SSc (lcSSc) im Vergleich zu Kontrollen erhöht.

Die Transkription von IL-6 unterliegt der Kontrolle eines hypoxischen Response-Elements über den hypoxie-induzierbaren Faktor-1-α (HIF-1-α). Messungen an der läsionalen Haut von Patienten haben eine anhaltende Abnahme der Sauerstoffspannung auf das Äquivalent von 3 % O2 gezeigt, die ausreicht, um die HIF-1-α-Signalisierung zu induzieren.

Darüber hinaus ist es wichtig festzustellen, dass der hämodynamische Fluss die IL-6-induzierte Signalisierung in Endothelzellen unterdrücken kann. Da dieser Fluss bei SSc gestört ist, könnte dies eine wichtige Rolle bei der Modulation der Auswirkungen von IL-6 auf Endothelzellen bei dieser Krankheit spielen.

4. Wirkungen von Interleukin-6 auf B-Zellen

IL-6 hat auch eine tiefgreifende Wirkung auf B-Zellen, indem es die Differenzierung der Plasmazellen und die Antikörperproduktion fördert. Dies könnte die polyklonale B-Zell-Expansion und die Hypergammaglobulinämie erklären, die bei SSc häufig zu beobachten sind.

Die B-Zell-Depletion mit Rituximab (monoklonaler Antikörper gegen CD20) bei 9 Patienten mit fortschreitender SSc-Hauterkrankung, die auf eine Cyclophosphamid-Therapie nicht ansprachen, führte nach 3 Monaten zu einer klinischen Verbesserung des Hautscores, die bis zu 36 Monate anhielt. Parallel dazu sank die IL-6-Konzentration im Serum.

5. Interleukin-6 und Auswirkungen auf die Entzündung

IL-6 ist an der Entstehung und Ausbreitung chronischer Entzündungen beteiligt. Zu Beginn einer akuten Entzündung fördern proinflammatorische Zytokine die Anhäufung von Neutrophilen und die Freisetzung von IL-6. Neutrophile setzen dann als Reaktion auf Chemokine wie IL-8 ihre IL-6Rs frei. Dies fördert eine differenzierte Regulierung der Chemokinproduktion durch Endothelzellen, wodurch die MCP-1-Produktion gefördert und die IL-8-Produktion verringert wird, was wiederum die Ansammlung von Monozyten begünstigt. Die IL-6-Trans-Signalisierung erhöht auch die Expression endothelialer Leukozyten-Adhäsionsmoleküle (VCAM-1, ICAM-1), was die Leukozytenakkumulation weiter fördert. Darüber hinaus spielt IL-6 möglicherweise eine Rolle bei der Förderung der neutrophilen Apoptose und damit beim Abklingen einer akuten (unspezifischen) Entzündung. Andere haben jedoch über eine antiapoptotische Wirkung von IL-6 auf Neutrophile berichtet, während Biffl et al. gezeigt haben, dass diese Wirkung von der Neutrophilenkonzentration abhängt. Wir konnten in unserem Labor keine IL-6-spezifische Wirkung auf die Neutrophilen-Apoptose bei IL-6-Konzentrationen von 0,1 bis 100 ng/mL nachweisen (persönliche Mitteilung Helen Wright).

Umgekehrt rettet IL-6 Berichten zufolge T-Zellen vor der Apoptose, was ein chronisches Infiltrat von Entzündungszellen fördert. Die IL-6-Trans-Signalisierung fördert auch die Freisetzung von IL-6 aus Fibroblasten und Endothelzellen in einem positiven autokrinen Rückkopplungssystem. Daher kann davon ausgegangen werden, dass IL-6 eine Rolle bei der Ausbreitung chronischer Entzündungen, wie sie bei SSc auftreten, spielen kann. Dies steht im Einklang mit immunzytochemischen Experimenten, die zeigen, dass IL-8 und IL-6 in der läsionalen Haut von Patienten mit SSc überexprimiert werden, wenn auch in unterschiedlichen Mustern: Die Überexpression von IL-8 wird mit einer frühen Erkrankung (<1 Jahr) in Verbindung gebracht, während die Überexpression von IL-6 mit einer späteren Erkrankung einhergeht.

IL-6 wurde auch mit der Autoimmunität in Verbindung gebracht. Bei Patienten mit Morbus Crohn wurde nachgewiesen, dass autoreaktive T-Zellen aufgrund des Schutzes durch IL-6 über den STAT3-Signalweg resistent gegen Apoptose sind. IL-6 hemmt eine Na2+/K+-ATPase, die die Antigeninternalisierung und Antigenpräsentation durch dendritische Zellen an T-Zellen reguliert, was die Präsentation von Autoantigenen fördern kann. Nach der „Gefahrentheorie“ von Matzinger schließlich sterben naive T-Zellen ab, wenn sie ein Signal der richtigen Antigenpräsentation erhalten, auf das keine Ligatur von CD40 folgt. Es gibt Hinweise darauf, dass der IL-6/sIL-6R-Komplex dieses zweite Signal in unangemessener Weise ersetzen kann und somit zum Fortbestehen autoreaktiver T-Zellen führt. Darüber hinaus nehmen Autoimmunphänomene mit dem Alter zu, und zwar in Übereinstimmung mit einer altersbedingten Zunahme der sIL-6R-Abgabe. Lissilaa et al. untersuchten die Rolle von IL-6 in den Modellen der Kollagen-induzierten Arthritis (CIA) und der Antigen-induzierten Arthritis (AIA) der autoimmunen entzündlichen Arthritis. Unter Verwendung von Antikörpern, die spezifisch die klassischen IL-6-Signalwege und die Trans-Signalwege blockierten, entdeckten sie, dass der klassische IL-6-Signalweg sowohl für die Entwicklung pathogener Th17-T-Zellen, die in die Autoimmunität involviert sind, als auch für die Erzeugung von Antityp-II-Kollagen-IgG-Reaktionen, die mit den Krankheitsmanifestationen im CIA-Modell in Verbindung stehen, notwendig und ausreichend ist. Im AIA-Modell konnte außerdem gezeigt werden, dass die IL-6-Trans-Signalisierung für die Auslösung lokaler Entzündungsreaktionen verantwortlich ist. SSc ist eine Krankheit, die mit Autoimmunphänomenen einhergeht. Bei SSc werden viele verschiedene Autoantikörper gefunden (siehe Tabelle 1), und das Autoantikörperprofil korreliert in vielen Fällen mit den klinischen Manifestationen. Es gibt jedoch keine überzeugenden Beweise für eine direkte Rolle von Autoantikörpern in der Pathogenese, obwohl einige Forscher berichtet haben, dass Antiendothelzell-Antikörper, die bei einem Teil der Patienten gefunden werden, mit einer Endothelzellaktivierung verbunden sind.

6. Interleukin-6 und Auswirkungen auf die Fibrogenese

Fibroblasten von Patienten mit SSc sind phänotypisch einzigartig. Wenn sie isoliert und in vitro kultiviert werden, produzieren sie weiterhin einen Überschuss an Kollagen. IL-6 ist ein profibrogenes Zytokin. Es hat sich gezeigt, dass es die Fibroblastenproliferation entweder steigert oder senkt, die Synthese von Kollagen, Glykosaminoglykan und TIMP-1 (Tissue Inhibitor of Metalloproteinases-1) in den Fibroblasten erhöht und die Produktion von MCP-1 und IL-6 steigert. IL-6 reguliert die Expression des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors (VEGF), eines wichtigen Mediators der Angiogenese und Fibrose, der bei Patienten mit SSc erhöht ist .

Eine Fallserie hat gezeigt, dass der Einsatz von Tocilizumab, das die IL-6-Signalübertragung blockiert, bei zwei Patienten mit diffuser kutaner SSc (dcSSc), von denen einer eine Nierenbeteiligung und der andere eine Lungenfibrose aufwies, zu einem Rückgang der Hautverdickung führte, die mit dem Rodnan-Hautscore und dem Vesmeter (das die Viskoelastizität oder Härte der Haut misst) gemessen wurde. Darüber hinaus zeigten Hautbiopsien, die vor und nach der Behandlung mit Tocilizumab entnommen wurden, eine Verringerung des Kollagens.

7. Interleukin-6 und Auswirkungen auf die Aktivierung von Endothelzellen

Es wird angenommen, dass die Aktivierung von Endothelzellen eine zentrale Rolle in der Pathogenese von SSc spielt. Es gibt auch Hinweise auf eine erhöhte Apoptose der Endothelzellen, obwohl es dafür keine bestätigenden In-vivo-Nachweise gibt. Die Hühnerlinie 200 der University of California in Davis, ein Tiermodell für SSc, zeigt Hinweise auf eine frühe Endothelzell-Apoptose, die dem Infiltrat von Entzündungszellen und der Entwicklung einer Fibrose vorausgeht.

Serummarker der Endothelzellaktivierung, z. B. von Willebrand-Faktor (vWF), sICAM-1 und sE-Selektin, sind im Serum von Patienten mit SSc erhöht und scheinen mit der Krankheitsaktivität zu korrelieren.

Vorangegangene Studien haben eine Rolle von IL-6 bei der Endothelzellaktivierung gezeigt. Die Aktivierung der Endothelzellen durch Trans-Signalisierung führt zu einem Anstieg der Expression von Adhäsionsmolekülen (ICAM-1, VCAM-1), der Freisetzung von Chemokinen (IL-8 und MCP) und der Freisetzung von IL-6.

Wir haben kürzlich gezeigt, dass SSc-Serum in Gegenwart von Neutrophilen die Aktivierung der Endothelzellen und die Apoptose in einer IL-6-abhängigen Weise steigern kann. Es wird angenommen, dass die Neutrophilen unter diesen Umständen als Spender von IL-6R fungieren. In unseren Studien führte das Aufstocken eines gepoolten Kontrollserums mit IL-6 in Gegenwart von Neutrophilen zu erhöhter Endothelzell-Apoptose und E-Selektin-Expression, was die Auswirkungen des SSc-Serums nachahmt. Die Komplementinaktivierung hob die Wirkungen des SSc-Serums nicht auf, ebenso wenig wie die Zugabe von Katalase zur Beseitigung reaktiver Sauerstoffspezies. Der Serinproteaseinhibitor AEBSF blockierte teilweise die Auswirkungen des SSc-Serums auf die Apoptose von Endothelzellen, hatte jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die Aktivierung von Endothelzellen durch SSc-Serum. Strategien zur Entfernung oder Blockierung der Wirkungen von IL6 im SSc-Serum, einschließlich der Immunodepletion von IL6 und der Zugabe eines Anti-IL6-Blocker-Antikörpers, kehrten die Wirkungen des SSc-Serums auf die Endothelzellaktivierung und Apoptose um. Vor allem aber hob sgp130, das spezifisch den IL6-Trans-Signalweg blockiert, die Wirkungen des SSc-Serums auf.

8. Schlussfolgerung

Die Blockade von IL-6 und insbesondere die Blockade des IL-6-Trans-Signalwegs könnte für die Behandlung von SSc von Nutzen sein, einer Krankheit, für die es bisher keine Behandlungsmöglichkeiten gibt, die direkt auf den pathogenen Mechanismus abzielen. Der IL-6-Trans-Signalweg ist speziell für die lokale Entzündung und die Auslösung von Endothel- und Fibroblastenreaktionen verantwortlich, so dass eine gezielte Beeinflussung dieses IL-6-Signalwegs bei SSc sehr vorteilhaft sein könnte. Allerdings treten bei SSc auch wichtige und möglicherweise pathogene Autoimmunphänomene auf, so dass eine gezielte Beeinflussung des klassischen IL-6-Signalwegs notwendig sein könnte, um diesen wichtigen Aspekt der Krankheit zu beeinflussen. Das derzeit verfügbare Medikament Tocilizumab zielt sowohl auf den klassischen als auch auf den trans-Signalweg ab. Andere Wirkstoffe, die speziell den trans-Signalweg blockieren, befinden sich in der Entwicklung und könnten in Mausmodellen von SSc nützlich sein, um herauszufinden, welcher Signalweg für diese Krankheit am wichtigsten ist.

IL-6 ist im Serum von Patienten mit SSc erhöht, insbesondere im frühen Stadium der dcSSc. Darüber hinaus wird es auch in immunhistochemischen Proben sowohl im Früh- als auch im Spätstadium der Erkrankung und sowohl bei dcSSc als auch bei lcSSc gefunden. Fibroblasten und Monozyten, die von SSc-Patienten isoliert wurden, produzieren in vitro eigenständig IL-6.

Kleine, nicht-randomisierte kontrollierte Studien weisen auf eine wichtige Rolle von IL6 bei SSc hin. Die Depletion von B-Zellen führt zu einem Rückgang der IL-6-Konzentration im Serum, was sich in einer gleichzeitigen Verringerung des Hautscores widerspiegelt. Noch wichtiger ist, dass die Blockierung der IL-6-Trans-Signalisierung mit Tocilizumab bei zwei Patienten mit diffuser Erkrankung zu einer Verbesserung des Hautscores geführt hat. Diese Daten machen IL-6 zu einem attraktiven therapeutischen Ziel, insbesondere im Hinblick auf die Verhinderung von Fibrose.

Außerdem deuten neue und aufregende Daten darauf hin, dass IL-6 eine Rolle bei den endothelialen und entzündlichen Manifestationen dieser Krankheit spielt, was es zu einem potenziellen Ziel bei einem viel breiteren Spektrum von SSc-Patienten mit aktiver vaskulärer oder entzündlicher (z. B. Gelenk-) Erkrankung, aber relativ geringer Fibrose machen könnte. Derzeit werden Studien zur Klärung dieser wichtigen Fragen durchgeführt; die Ergebnisse werden mit Spannung erwartet.