Interleukiini-6:n monet kasvot: IL-6:n rooli tulehduksessa, vaskuliopatiassa ja fibroosissa systeemisessä skleroosissa

Abstract

Interleukiini-6 herättää tällä hetkellä merkittävää kiinnostusta mahdollisena hoitokohteena systeemisessä skleroosissa (SSc). Tässä artikkelissa tarkastellaan interleukiini-6:n biologiaa ja tutkitaan näyttöä interleukiini-6:n säätelyhäiriöstä SSc:ssä. Keskustellaan inteleukiini-6:n klassisten ja trans-signalointireittien roolista SSc:n kannalta merkityksellisissä ilmiöissä, kuten kroonisessa tulehduksessa, autoimmuniteetissa, endoteelisolujen toimintahäiriössä ja fibrogeneesissä. Arvioidaan olemassa olevaa näyttöä siitä, että interleukiini-6-signalointia estävillä toimenpiteillä on terapeuttista merkitystä SSc:ssä.

1. Johdanto

Systeeminen skleroosi (SSc) on sidekudossairaus, jolle on ominaista fibroosi, vaskuliopatia ja immunologiset poikkeavuudet. Viime vuosina on käynyt selväksi, että tulehduksella on ratkaiseva merkitys SSc:n taustalla olevan patofysiologisen prosessin välittäjänä, erityisesti taudin alkuvaiheessa. Endoteelisolujen aktivoituminen ja toimintahäiriöt ovat keskeisiä taudin patogeneesissä, ja ne voivat johtua tulehdusta edistävästä ympäristöstä ja johtaa profibroottisen fenotyypin syntymiseen.

Interleukiini-6 (IL-6) on pleiotrooppinen sytokiini. Sen lisäksi, että IL-6:lla on rooli akuutin vaiheen vasteessa, sillä on moninaisia rooleja kroonisen tulehduksen, autoimmuniteetin, endoteelisolujen toimintahäiriön ja fibrogeneesin ohjaamisessa. Siksi se herättää tällä hetkellä suurta kiinnostusta reumatologian piirissä mahdollisena terapeuttisena aineena SSc-taudissa, jonka taustalla olevaan patogeneesiin kohdistuvat hoidot puuttuvat tällä hetkellä.

Uudemmat todisteet ovat viitanneet siihen, että IL-6:lla voi olla tärkeä rooli endoteelisolujen toimintahäiriössä ja fibrogeneesissä tässä taudissa, ja parhaillaan suunnitellaan kliinisiä tutkimuksia, joissa selvitetään tarkemmin, voisiko IL-6-reseptoria vastaan suunnatusta monoklonaalisesta vasta-aineesta, tosilitsumabista, olla terapeuttista hyötyä SSc-potilaille.

2. Interleukiini-6:n biologia

Interleukiini-6:n biologia on monimutkainen. Harvat solut ilmentävät interleukiini-6-reseptoria (IL-6R, gp80). Tätä reseptoria ilmentävät ihmisillä hepatosyytit, monosyytit, B-solut ja neutrofiilit. Sitä on myös osajoukossa T-soluja, mutta on näyttöä siitä, että T-solut reagoivat IL-6:een pääasiassa trans-signalisaatioksi kutsutun prosessin kautta.

Endoteelisolut ja fibroblastit eivät ilmentä IL-6R:ää, ja niiden uskotaan myös reagoivan IL-6:een trans-signalisaation kautta.Seerumissa on sIL-6R:iä, ja ne sitoutuvat IL-6:een muodostaen IL-6/sIL-6R-kompleksin. Liukoista IL-6R:ää (sIL-6R) tuotetaan kahdella erillisellä mekanismilla, ensinnäkin pilkkomalla proteolyyttisesti neutrofiilien pinnalta ja toiseksi erittämällä neutrofiileistä ja monosyyteistä vaihtoehtoisesti splikoitunut versio .

Vaikka sIL-6R:n proteolyyttisen pilkkomisen säätelyä ei ole täysin selvitetty, tiedetään, että C-reaktiivinen proteiini (C-reaktiivinen proteiini, CRP) stimuloi sitä. Neutrofiilien, mutta ei monosyyttien, pinnalta tapahtuvaa pilkkoutumista stimuloivat myös kemoattraktantit (interleukiini-8 (IL8), C5a, leukotrieeni B4 (LTB4) ja verihiutaleita aktivoiva tekijä (PAF)) . Proteolyyttinen pilkkoutuminen voi tapahtua TNFα:ta konvertoivan entsyymin kaltaisen entsyymin välityksellä, vaikka tämä ei selitä kaikkea proteolyyttistä pilkkoutumista .

Me ja muut olemme osoittaneet, että SSc-seerumissa on lisääntynyt neutrofiilien kemoattraktantti IL-8:n konsentraatio, mikä saattaa stimuloida sIL-6R:n vapautumista neutrofiileistä. Lisäksi kirjallisuudessa on raportoitu, että LTB4-pitoisuudet ovat koholla SSc-keuhkosairautta sairastavien potilaiden bronkoalveolaarisessa huuhtelunesteessä , mikä voi myös osaltaan edistää sIL-6R:n muodostumista.

IL6/sIL6R-kompleksi voi sitoutua gp130-reseptoriin, jota ilmentyy kaikkialla soluissa, mukaan lukien endoteelisoluissa ja fibroblasteissa, ja se voi näin ollen aktivoida signaalinsiirtoproteiini 3:n signaalinsiirto- ja aktivaatioproteiinin 3:n signaalitransduktorien ja -aktivaattoreiden signaalitiedonsiirtoväylän (STAT3) . Endoteelisolujen aktivoituminen trans-signaalin välityksellä johtaa adheesiomolekyylien (solujen välinen adheesiomolekyyli-1 (ICAM-1), verisuonisolujen adheesiomolekyyli-1 (VCAM-1)) ilmentymisen lisääntymiseen, kemokiinien (IL-8 ja monosyyttien kemotaktinen proteiini-1 (MCP-1)) vapautumiseen ja IL-6:n vapautumiseen (kuva 1).

Kuva 1

Interleukiini-6:n trans-signalointi. IL-6-reseptorit ilmentyvät leukosyyteissä, mukaan lukien neutrofiilit, mutta ne eivät ilmenty kudoksessa asuvissa soluissa, esimerkiksi endoteelisoluissa. Endoteelisolut voivat reagoida IL-6:een gp130-reseptorin kautta vain silloin, kun IL-6 on sitoutunut liukoiseen IL-6-reseptoriin (sIL-6R). sIL-6R:t muodostuvat reseptorin vaihtoehtoisesti splikoidun version erittymisestä tai proteolyyttisestä pilkkoutumisesta neutrofiilien pinnalta. On myös olemassa liukoisen gp130:n varasto (sgp130), joka voi sitoa IL-6/sIL6R-komplekseja ja estää niiden sitoutumisen solun gp130:een. Näin ollen IL-6:n, sIL-6R:n ja sgp130:n paikalliset pitoisuudet säätelevät IL-6-signalointia.

3. Interleukiini-6 systeemisessä skleroosissa

IL-6 on sytokiini, jolla on useita mahdollisesti tärkeitä rooleja SSc:n patogeneesissä. Se on koholla seerumissa systeemistä skleroosia sairastavilla potilailla, erityisesti niillä, joilla on diffuusi ihosairaus, ja taudin varhaisessa vaiheessa . Immunosytokemialliset tutkimukset ovat myös osoittaneet, että IL-6 voi olla koholla vaurioituneessa kudoksessa taudin myöhemmässä vaiheessa, kun muut proinflammatoriset sytokiinit ovat hävinneet.

Monet muut havainnot tukevat edelleen tämän interleukiinin merkitystä SSc:ssä. SSc-potilaiden vaurioituneesta ihosta eristetyt ja viljellyt fibroblastit tuottavat konstitutiivisesti korkeampia IL-6-pitoisuuksia kuin ei-lesiolliset tai terveet luovuttajien fibroblastit . Tämä osoittaa, että on tärkeää ottaa huomioon sytokiinien paikalliset pitoisuudet sairaudessa. Seerumipitoisuudet eivät välttämättä kuvasta kyseisen sytokiinin paikallisia pitoisuuksia leesiokohdassa. Näin ollen in vitro -mallien käyttö fibroblastien, endoteelisolujen ja immuunisolujen välisten paikallisten vuorovaikutusten tutkimiseksi paikallisesti kohonneiden sytokiinipitoisuuksien vallitessa on erityisen tärkeää. Vaurioituneen ihon stimuloitujen ja stimuloimattomien fibroblastien on myös osoitettu tuottavan kohonneita IL-8-pitoisuuksia, mikä voi olla osallisena sIL-6R:n paikalliseen vapautumiseen neutrofiileistä .

Varhaisemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että SSc-potilaiden perifeerisen veren mononukleaariset solut tuottavat in vitro viljeltyinä suurempia määriä IL-6:ta ja sIL-6R:ää viljelmän ylijäämässä kuin kontrolloidut perifeerisen veren mononukleaariset solut, vaikkakin sgp130:n pitoisuudet olivat yhtä suuret . Lisäksi IL-6R-pitoisuudet olivat suurentuneet seerumissa potilailla, joilla oli rajoittunutta ihon SSc:tä (lcSSc), verrattuna kontrolleihin .

IL-6:n transkriptio on hypoksisen vaste-elementin valvonnassa hypoksia-indusoituvan tekijän-1-α (HIF-1-α) kautta. Potilaiden vaurioituneesta ihosta tehdyt mittaukset ovat osoittaneet, että happijännitys laskee pysyvästi , 3 %:n O2:ta vastaavaan tasoon, mikä riittää indusoimaan HIF-1α-signalointia .

On lisäksi tärkeää huomata, että hemodynaaminen virtaus voi tukahduttaa IL-6:n indusoiman signaloinnin endoteelisoluissa . Koska tällainen virtaus on häiriintynyt SSc:ssä, tällä voi olla tärkeä rooli IL-6:n vaikutusten moduloinnissa endoteelisoluihin tässä taudissa.

4. Interleukiini-6:n vaikutukset B-soluihin

IL-6:lla on myös syvällinen vaikutus B-soluihin edistämällä plasmasolujen erilaistumista ja vasta-ainetuotantoa. Tämä saattaa selittää polyklonaalisen B-solujen laajenemisen ja hypergammaglobulinemian, joita SSc:ssä usein nähdään.

B-solujen poisto rituksimabilla (CD20:tä vastaan suunnattu monoklonaalinen vasta-aine) yhdeksällä potilaalla, joilla oli etenevä SSc-ihosairaus ja jotka olivat refraktorisia syklofosfamidihoidolle, johti kliiniseen paranemiseen ihopistemäärässä kolmen kuukauden kuluttua, joka säilyi 36 kuukauteen asti. Samanaikaisesti seerumin IL-6-pitoisuus laski .

5. Interleukiini-6 ja vaikutukset tulehdukseen

IL-6:n on katsottu olevan osallisena kroonisen tulehduksen synnyssä ja leviämisessä. Aluksi akuutissa tulehduksessa proinflammatoriset sytokiinit edistävät neutrofiilien kertymistä ja IL-6:n vapautumista. Neutrofiilit irrottavat sitten IL-6R:nsä vastauksena kemokiineihin, kuten IL-8:aan. Tämä edistää endoteelisolujen kemokiinituotannon erilaista säätelyä edistämällä MCP-1:n tuotantoa ja vähentämällä IL-8:n tuotantoa, mikä suosii monosyyttien kertymistä. IL-6 trans-signalointi lisää myös endoteelin leukosyyttien adheesiomolekyylien (VCAM-1, ICAM-1) ilmentymistä, mikä edelleen edistää leukosyyttien kertymistä. Lisäksi IL-6:lla voi olla merkitystä neutrofiilien apoptoosin edistämisessä ja siten akuutin (epäspesifisen) tulehduksen häviämisessä . Toiset ovat kuitenkin raportoineet IL-6:n antiapoptoottisesta vaikutuksesta neutrofiileihin , kun taas Biffl ym. ovat osoittaneet, että vaikutus riippuu neutrofiilien pitoisuudesta . Emme ole pystyneet toistamaan IL-6:n spesifistä vaikutusta neutrofiilien apoptoosiin laboratoriossamme IL-6:n pitoisuuksilla, jotka vaihtelevat 0,1-100 ng/ml (henkilökohtainen tiedonanto Helen Wright).

Käänteisesti IL-6 pelastaa tiettävästi T-solut apoptoosilta, mikä edistää kroonista tulehdussolujen infiltraattia . IL-6 trans-signalointi edistää myös IL-6:n vapautumista fibroblasteista ja endoteelisoluista positiivisessa autokriinisessä palautejärjestelmässä. Näin ollen voidaan ajatella, että IL-6:lla voi olla rooli kroonisen tulehduksen levittämisessä, kuten SSc:ssä. Tämä on sopusoinnussa immunosytokemiallisten kokeiden kanssa, jotka osoittavat, että IL-8 ja IL-6 yli-ilmentyvät SSc-potilaiden vaurioituneessa ihossa, vaikkakin eri tavoin: IL-8:n yli-ilmentyminen liittyy varhaiseen tautiin (<1 v), kun taas IL-6:n yli-ilmentyminen liittyy myöhempään tautiin .

IL-6:n on myös epäilty liittyvän autoimmuniteettiin. Crohnin tautia sairastavilta potilailta saadut todisteet viittaavat siihen, että autoreaktiiviset T-solut ovat vastustuskykyisiä apoptoosille STAT3-signalointireitin kautta tapahtuvan IL-6 trans-signaalin antaman suojan vuoksi . IL-6 estää Na2+/K+-ATPaasia, joka säätelee dendriittisten solujen antigeenin internalisaatiota ja antigeenin esittämistä T-soluille, mikä voi edistää autoantigeenien esittämistä . Lopuksi Matzingerin ”vaarateorian” mukaan naiivit T-solut kuolevat, jos ne saavat signaalin asianmukaisesta antigeenin esittelystä, jota ei seuraa CD40:n ligaatio . On näyttöä siitä, että IL-6/sIL-6R-kompleksi voi epäasianmukaisesti korvata tämän toisen signaalin ja siten johtaa autoreaktiivisten T-solujen pysyvyyteen . Lisäksi autoimmuuni-ilmiöt lisääntyvät iän myötä yhdessä ikään liittyvän sIL-6R:n irtoamisen lisääntymisen kanssa . Lissilaa ja muut tutkivat IL-6:n roolia kollageeni-indusoidisessa niveltulehduksessa (CIA) ja antigeeni-indusoidussa niveltulehduksessa (AIA). Käyttämällä vasta-aineita, jotka estivät spesifisesti klassisia IL-6-signalointi- ja trans-signalointireittejä, he havaitsivat, että klassinen IL-6-reitti oli sekä välttämätön että riittävä patogeenisten Th17-T-solujen kehittymiselle, jotka ovat osallisina autoimmuniteetissa, ja antityyppi II -kollageenin IgG-vasteiden syntymiselle, jotka liittyvät taudin ilmenemiseen CIA-mallissa. He osoittivat myös AIA-mallissa, että IL-6 trans-signalointi oli vastuussa paikallisten tulehdusvasteiden ohjaamisesta. SSc on tauti, johon liittyy autoimmuuni-ilmiöitä. SSc:ssä esiintyy monia erilaisia autovasta-aineita (ks. taulukko 1), ja monissa tapauksissa autovasta-aineprofiili korreloi kliinisten oireiden kanssa. Autovasta-aineiden suorasta roolista patogeneesissä ei kuitenkaan ole vakuuttavaa näyttöä, vaikka jotkut tutkijat ovatkin raportoineet, että endoteelisoluvasta-aineet, joita löytyy osalla potilaista, liittyvät endoteelisolujen aktivoitumiseen .

6. Interleukiini-6 ja vaikutukset fibrogeneesiin

SSc-potilaiden fibroblastit ovat fenotyyppisesti ainutlaatuisia. Kun ne eristetään ja viljellään in vitro, ne tuottavat edelleen liikaa kollageenia . IL-6 on profibrogeeninen sytokiini. Sen on osoitettu joko lisäävän tai vähentävän fibroblastien proliferaatiota, lisäävän fibroblastien kollageenin, glykosaminoglykaanin ja metalloproteinaasi-1:n (TIMP-1) synteesiä sekä lisäävän MCP-1:n ja IL-6:n tuotantoa . IL-6 säätelee verisuonten endoteelin kasvutekijän (VEGF) ilmentymistä, joka on tärkeä angiogeneesin ja fibroosin välittäjä ja joka on koholla SSc-potilailla .

Yksi tapausseloste on osoittanut, että IL-6:n trans-signalointia estävän tosilitsumabin käyttö kahdella potilaalla, joilla oli diffuusi ihon SSc (dcSSc), joista toisella oli munuaisvaurio ja toisella keuhkofibroosi, johti ihon paksuuntumisen vähenemiseen Rodnan-ihopistemäärän ja Vesmeter-mittarin avulla mitattuna (joka mittaa ihon viskoelastisuutta tai kovuutta). Lisäksi ennen ja jälkeen tosilitsumabihoidon otetut ihobiopsiat osoittivat kollageenin vähenemistä .

7. Interleukiini-6 ja vaikutukset endoteelisolujen aktivoitumiseen

Endoteelin aktivoitumisen ajatellaan olevan keskeinen osa SSc:n patogeneesiä. On myös näyttöä lisääntyneestä endoteelisolujen apoptoosista, vaikka vahvistava in vivo -näyttö tästä puuttuu . Kalifornian yliopiston Davisin linjan 200 kana, SSc:n eläinmalli, osoittaa näyttöä varhaisesta endoteelisolujen apoptoosista, joka edeltää tulehdussolujen infiltraatiota ja fibroosin kehittymistä .

Seerumin endoteelisolujen aktivaation merkkiaineet, esimerkiksi von Willebrand -tekijä (von Willebrand factor, vWF), sICAM-1 ja sE-selektiini, ovat koholla SSc-potilaiden seerumissa, ja ne näyttävät korreloivan taudin aktiivisuuden kanssa .

Varhemmissa tutkimuksissa on osoitettu IL-6:n rooli endoteelisolujen aktivaatiossa. Endoteelisolujen aktivoituminen trans-signaalin välityksellä johtaa adheesiomolekyylien (ICAM-1, VCAM-1) ilmentymisen lisääntymiseen, kemokiinien (IL-8 ja MCP) vapautumiseen ja IL-6:n vapautumiseen .

Olemme hiljattain osoittaneet, että SSc-seerumi pystyy neutrofiilien läsnä ollessa lisäämään endoteelisolujen aktivoitumista ja apoptoosia IL-6-riippuvaisella tavalla . On oletettu, että tässä tilanteessa neutrofiilit toimivat IL-6R:n luovuttajina. Tutkimuksissamme yhdistetyn kontrolliseerumin lisääminen IL-6:lla lisäsi endoteelisolujen apoptoosia ja E-selektiinin ilmentymistä neutrofiilien läsnä ollessa, mikä jäljitteli SSc-seerumin vaikutuksia. Komplementin inaktivointi ei kumonnut SSc-seerumin vaikutuksia, kuten ei myöskään katalaasin lisääminen reaktiivisten happilajien poistamiseksi. Seriiniproteaasin estäjä AEBSF esti osittain SSc-seerumin vaikutukset endoteelisolujen apoptoosiin, mutta ei vaikuttanut merkittävästi SSc-seerumin aiheuttamaan endoteelisolujen aktivoitumiseen. Strategiat SSc-seerumin IL6:n vaikutusten poistamiseksi tai estämiseksi, mukaan lukien IL6:n immunodepletio ja IL6:ta estävän vasta-aineen lisääminen, kumosivat SSc-seerumin vaikutukset endoteelisolujen aktivoitumiseen ja apoptoosiin . Merkittävintä kuitenkin oli, että sgp130, joka estää spesifisesti IL6:n trans-signalointia, kumosi SSc-seerumin vaikutukset .

8. Johtopäätökset

IL-6:n esto ja erityisesti IL-6:n trans-signaloinnin esto voi olla hyödyksi SSc:n hoidossa, sairauden, jonka patogeeniseen mekanismiin suoraan kohdistuvia hoitovaihtoehtoja ei toistaiseksi ole. IL-6:n trans-signalointi on erityisesti osallisena paikallisen tulehduksen synnyttämisessä ja endoteeli- ja fibroblastivasteiden indusoimisessa, ja siksi tämän IL-6-signalointireitin kohdentaminen voi olla kannattavinta SSc:ssä. SSc:hen liittyy kuitenkin myös tärkeitä ja mahdollisesti patogeenisia autoimmuuni-ilmiöitä, ja klassisen IL-6-signalointireitin kohdentaminen voi olla tarpeen, jotta voidaan vaikuttaa tähän taudin tärkeään osa-alueeseen. Tällä hetkellä saatavilla oleva lääke totsilitsumabi kohdistuu sekä klassiseen että trans-signalointireittiin. Kehitteillä on muitakin aineita, jotka estävät erityisesti trans-signalointia, ja niistä voi olla hyötyä SSc:n hiirimalleissa sen selvittämiseksi, mikä signalointireitti on taudin kannalta tärkein.

IL-6 on lisääntynyt SSc-potilaiden seerumissa, erityisesti varhaisessa dcSSc:ssä. Lisäksi sitä esiintyy immunohistokemiallisissa näytteissä sekä varhaisessa että myöhäisessä taudissa ja sekä dcSSc:ssä että lcSSc:ssä. SSc-potilaista eristetyt fibroblastit ja monosyytit tuottavat itsenäisesti IL-6:ta in vitro.

Varhaiset, pienimuotoiset ei-satunnaistetut kontrolloidut tutkimukset viittaavat IL6:n tärkeään rooliin SSc:ssä. B-solujen köyhdyttäminen johtaa seerumin IL-6-pitoisuuksien laskuun, mikä näkyy samanaikaisena ihopisteiden vähenemisenä. Vielä tärkeämpää on, että IL-6:n trans-signaalin estäminen toksilitsumabilla on parantanut ihopistemäärää kahdella potilaalla, joilla oli diffuusi tauti. Nämä tiedot vakiinnuttavat IL-6:n houkuttelevaksi hoitokohteeksi erityisesti fibroosin estämisen kannalta.

Mutta lisäksi uudet ja jännittävät tiedot viittaavat siihen, että IL-6:lla on merkitystä tämän taudin endoteeliperäisissä ja tulehduksellisissa ilmenemismuodoissa, mikä voi tehdä siitä potentiaalisen vaikutuskohteen paljon laajemmalle joukolle SSc-potilaita, joilla on aktiivinen verisuonitauti tai tulehduksellinen (esim. nivelten) sairaus mutta suhteellisen vähän fibroosia. Näiden tärkeiden kysymysten selvittämiseksi suunnitellaan parhaillaan tutkimuksia, joiden tuloksia odotetaan innolla.