The Many Faces of Interleukin-6: The Role of IL-6 in Inflammation, Vasculopathy, and Fibrosis in Systemic Sclerosis

Abstract

L’interleuchina-6 sta attirando un notevole interesse come potenziale bersaglio terapeutico nella sclerosi sistemica (SSc). In questo articolo, la biologia dell’interleuchina-6 viene rivista e vengono esplorate le prove della disregolazione dell’interleuchina-6 nella SSc. Viene discusso il ruolo delle vie di segnalazione classiche e trans dell’interleuchina-6 in fenomeni rilevanti per la SSc come l’infiammazione cronica, l’autoimmunità, la disfunzione delle cellule endoteliali e la fibrogenesi. Viene valutata l’evidenza esistente che gli interventi progettati per bloccare la segnalazione dell’interleuchina-6 sono di rilevanza terapeutica nella SSc.

1. Introduzione

La sclerosi sistemica (SSc) è una malattia del tessuto connettivo caratterizzata da fibrosi, vasculopatia e anomalie immunologiche. Negli ultimi anni, è diventato chiaro che l’infiammazione gioca un ruolo cruciale nel mediare il processo fisiopatologico alla base della SSc, soprattutto nelle fasi iniziali della malattia. L’attivazione e la disfunzione delle cellule endoteliali sono centrali nella patogenesi della malattia, possono essere guidate da un ambiente proinfiammatorio e possono portare alla generazione di un fenotipo profibrotico.

L’interleuchina-6 (IL-6) è una citochina pleiotropica. Oltre al suo ruolo nella risposta alla fase acuta, IL-6 ha diversi ruoli nel guidare l’infiammazione cronica, l’autoimmunità, la disfunzione delle cellule endoteliali e la fibrogenesi. Pertanto, attualmente sta attirando molto interesse nella comunità reumatologica come potenziale agente terapeutico nella SSc, una malattia che al momento manca di trattamenti diretti alla patogenesi sottostante.

Prove recenti hanno suggerito che l’IL-6 può svolgere un ruolo importante nella disfunzione delle cellule endoteliali e nella fibrogenesi in questa malattia, e sono in corso studi clinici per esplorare ulteriormente se il Tocilizumab, un anticorpo monoclonale diretto contro il recettore dell’IL-6, può essere di beneficio terapeutico per i pazienti con SSc.

2. Biologia dell’interleuchina-6

La biologia dell’interleuchina-6 è complessa. Poche cellule esprimono il recettore dell’interleuchina-6 (IL-6R, gp80). Questo recettore è espresso su epatociti, monociti, cellule B e neutrofili negli esseri umani. Si trova anche su un sottogruppo di cellule T, ma ci sono prove che le cellule T rispondono a IL-6 prevalentemente attraverso un processo noto come segnalazione trans.

Le cellule endoteliali e i fibroblasti non esprimono l’IL-6R e si pensa anche che rispondano a IL-6 attraverso la segnalazione trans. sIL-6R esistono nel siero e si legano a IL-6 formando un complesso IL-6/sIL-6R. IL-6R solubile (sIL-6R) è prodotto da due meccanismi separati, in primo luogo dalla scissione proteolitica dalla superficie dei neutrofili e in secondo luogo dalla secrezione da neutrofili e monociti di una versione con splicing alternativo.

Anche se la regolazione della scissione proteolitica di sIL-6R non è stata completamente chiarita, è nota per essere stimolata dalla proteina C-reattiva (CRP). La scissione dalla superficie dei neutrofili, ma non dei monociti, è anche stimolata dai chemioattrattori (interleuchina-8 (IL8), C5a, leucotriene B4 (LTB4) e fattore di attivazione piastrinica (PAF)). La scissione proteolitica può avvenire tramite un TNFα, enzima convertitore simile al TNFα, anche se questo non è responsabile di tutta la scissione proteolitica.

Noi e altri hanno dimostrato che c’è una maggiore concentrazione del chemoattrattore neutrofilo IL-8 nel siero SSc, che può stimolare il rilascio di sIL-6R dai neutrofili. Inoltre, ci sono rapporti in letteratura che i livelli di LTB4 sono elevati nel liquido di lavaggio broncoalveolare dei pazienti con malattia polmonare SSc, che può anche contribuire alla generazione di sIL-6R.

Il complesso IL6/sIL6R può legarsi al recettore gp130, che è espresso ubiquitariamente sulle cellule tra cui le cellule endoteliali e fibroblasti, per attivare i trasduttori di segnale e attivatori della proteina di trascrizione 3 (STAT3) via di segnalazione. L’attivazione delle cellule endoteliali attraverso la segnalazione trans provoca un aumento dell’espressione delle molecole di adesione (molecola di adesione intercellulare-1 (ICAM-1), molecola di adesione cellulare vascolare-1 (VCAM-1)), il rilascio di chemochine (IL-8 e proteina chemiotattica monocitaria-1 (MCP-1)), e il rilascio di IL-6 (Figura 1).

Figura 1

La trans segnalazione dell’interleuchina-6. I recettori dell’IL-6 sono espressi sui leucociti, compresi i neutrofili, ma non sono espressi sulle cellule residenti nei tessuti, per esempio le cellule endoteliali. Le cellule endoteliali possono rispondere a IL-6 attraverso il recettore gp130 solo quando l’IL-6 è legata a un recettore IL-6 solubile (sIL-6R). sIL-6R sono formati dalla secrezione di una versione con splicing alternativo del recettore o dalla scissione proteolitica dalla superficie dei neutrofili. Esiste anche un pool di gp130 solubile (sgp130) che può legare i complessi IL-6/sIL6R e impedirne il legame con il gp130 cellulare. Pertanto, le concentrazioni locali di IL-6, sIL-6R e sgp130 regolano la segnalazione di IL-6.

3. Interleuchina-6 nella sclerosi sistemica

L’IL-6 è una citochina con diversi ruoli potenzialmente importanti nella patogenesi della SSc. È elevata nel siero dei pazienti con sclerosi sistemica, specialmente quelli con coinvolgimento cutaneo diffuso e all’inizio del decorso della malattia. Studi di immunocitochimica hanno anche dimostrato che IL-6 può essere elevata nel tessuto lesionale più tardi nella malattia, quando altre citochine proinfiammatorie si sono dissipate.

Diverse altre osservazioni supportano ulteriormente un ruolo per questa interleuchina nella SSc. I fibroblasti isolati e coltivati dalla pelle lesionale dei pazienti con SSc producono costitutivamente livelli più alti di IL-6 rispetto ai fibroblasti non lesionali o dei donatori sani. Questo dimostra l’importanza di considerare le concentrazioni locali di citochine nella malattia. Le concentrazioni nel siero non riflettono necessariamente i livelli locali di una citochina rilevante nel sito lesionale. Quindi, l’uso di modelli in vitro per esplorare le interazioni locali tra fibroblasti, cellule endoteliali e cellule immunitarie, in presenza di livelli localmente elevati di citochine, è di particolare importanza. È stato anche dimostrato che i fibroblasti stimolati e non stimolati della pelle lesionata producono livelli aumentati di IL-8 che possono essere implicati nel rilascio locale di sIL-6R dai neutrofili.

Ricerche precedenti hanno dimostrato che le cellule mononucleate del sangue periferico di pazienti SSc, quando coltivate in vitro, producono livelli più elevati di IL-6 e sIL-6R nei surnatanti di coltura rispetto alle cellule mononucleate del sangue periferico di controllo, sebbene i livelli di sgp130 fossero equivalenti. Inoltre, i livelli di IL-6R erano aumentati nel siero dei pazienti con SSc cutanea limitata (lcSSc) rispetto ai controlli.

La trascrizione di IL-6 è sotto il controllo di un elemento di risposta ipossica attraverso il fattore 1-α inducibile dall’ipossia (HIF-1-α). Misure prese dalla pelle lesionale dei pazienti hanno dimostrato una diminuzione persistente della tensione di ossigeno, fino all’equivalente del 3% di O2, sufficiente a indurre la segnalazione di HIF-1α. Poiché tale flusso è disregolato nella SSc, questo può giocare un ruolo importante nel modulare gli effetti di IL-6 sulle cellule endoteliali in questa malattia.

4. Effetti dell’interleuchina-6 sulle cellule B

IL-6 ha anche un profondo effetto sulle cellule B, promuovendo la differenziazione delle plasmacellule e la produzione di anticorpi. Questo può spiegare l’espansione delle cellule B policlonali e l’ipergammaglobulinemia che si vedono frequentemente nella SSc.

La deplezione delle cellule B usando rituximab (anticorpo monoclonale diretto contro CD20) in 9 pazienti con malattia progressiva della pelle SSc, refrattaria alla terapia con ciclofosfamide, ha portato a un miglioramento clinico del punteggio della pelle dopo 3 mesi, che è persistito fino a 36 mesi. Questo è stato accompagnato da una diminuzione della concentrazione sierica di IL-6.

5. Interleuchina-6 ed effetti sull’infiammazione

L’IL-6 è stata implicata nella generazione e propagazione dell’infiammazione cronica. Inizialmente nell’infiammazione acuta, le citochine proinfiammatorie promuovono l’accumulo di neutrofili e il rilascio di IL-6. I neutrofili poi rilasciano i loro IL-6R in risposta a chemochine come l’IL-8. Questo promuove la regolazione differenziale della produzione di chemochine da parte delle cellule endoteliali, promuovendo la produzione di MCP-1 e diminuendo la produzione di IL-8, favorendo quindi l’accumulo di monociti. La segnalazione di IL-6 trans aumenta anche l’espressione delle molecole di adesione dei leucociti endoteliali (VCAM-1, ICAM-1), promuovendo ulteriormente l’accumulo di leucociti. Inoltre, IL-6 può avere un ruolo nel promuovere l’apoptosi dei neutrofili e quindi la risoluzione dell’infiammazione acuta (aspecifica). Altri però hanno riportato un effetto antiapoptotico di IL-6 sui neutrofili, mentre Biffl et al. hanno dimostrato che l’effetto dipende dalla concentrazione di neutrofili. Non siamo stati in grado di riprodurre alcun effetto IL-6-specifico sull’apoptosi dei neutrofili nel nostro laboratorio a concentrazioni di IL-6 che vanno da 0,1 a 100 ng/mL (comunicazione personale Helen Wright).

Inversamente, l’IL-6, secondo quanto riferito, salva le cellule T dall’apoptosi, che promuove un infiltrato di cellule infiammatorie croniche. La segnalazione di IL-6 trans promuove anche il rilascio di IL-6 dai fibroblasti e dalle cellule endoteliali in un sistema di feedback autocrino positivo. Pertanto, si può prevedere che IL-6 possa avere un ruolo nella propagazione dell’infiammazione cronica, come quella vista nella SSc. Questo è in linea con gli esperimenti immunocitochimici che dimostrano che IL-8 e IL-6 sono sovraespresse nella pelle lesionata dei pazienti con SSc, anche se in modelli diversi: la sovraespressione di IL-8 è associata alla malattia precoce (<1 anno), mentre la sovraespressione di IL-6 è associata alla malattia più avanzata.

IL-6 è stata anche implicata nell’autoimmunità. Prove da pazienti con malattia di Crohn indicano che le cellule T autoreattive sono resistenti all’apoptosi a causa della protezione da IL-6 trans segnalazione attraverso la via di segnalazione STAT3. IL-6 inibisce una Na2+/K+ ATPasi che regola l’internalizzazione dell’antigene e la presentazione dell’antigene da parte delle cellule dendritiche alle cellule T, che può promuovere la presentazione di autoantigeni. Infine, secondo la “teoria del pericolo” di Matzinger, le cellule T naïve muoiono se ricevono un segnale di presentazione corretta dell’antigene che non è seguito dalla legatura di CD40 . Ci sono prove che il complesso IL-6/sIL-6R può sostituire in modo inappropriato questo secondo segnale e quindi portare alla persistenza di cellule T autoreattive. Inoltre, i fenomeni autoimmuni aumentano con l’età, di concerto con un aumento legato all’età dello spargimento di sIL-6R. Lissilaa et al. hanno esplorato il ruolo di IL-6 nei modelli di artrite indotta da collagene (CIA) e da antigene (AIA) di artrite infiammatoria autoimmune. Usando anticorpi che bloccavano specificamente la segnalazione classica dell’IL-6 e le vie di segnalazione trans, hanno scoperto che la via classica dell’IL-6 era necessaria e sufficiente per lo sviluppo di cellule T patogene Th17, implicate nell’autoimmunità, e per la generazione di risposte IgG anti-collagene II, associate alle manifestazioni della malattia nel modello CIA. Hanno anche dimostrato nel modello AIA che la segnalazione IL-6 trans era responsabile della guida delle risposte infiammatorie locali. La SSc è una malattia associata a fenomeni autoimmuni. Molti diversi autoanticorpi si trovano nella SSc (vedi Tabella 1), e il profilo autoanticorpale in molti casi è correlato alle manifestazioni cliniche. Non ci sono, tuttavia, prove convincenti di un ruolo diretto degli autoanticorpi nella patogenesi, anche se alcuni ricercatori hanno riferito che gli anticorpi contro le cellule endoteliali, trovati in una parte dei pazienti, sono associati all’attivazione delle cellule endoteliali.

6. Interleuchina-6 ed effetti sulla fibrogenesi

I fibroblasti dei pazienti con SSc sono fenotipicamente unici. Quando isolati e coltivati in vitro continuano a produrre un eccesso di collagene. IL-6 è una citochina profibrogena. È stato dimostrato che aumenta o diminuisce la proliferazione dei fibroblasti, aumenta la sintesi di collagene, glicosaminoglicano e inibitore tissutale delle metalloproteinasi-1 (TIMP-1), e aumenta la produzione di MCP-1 e IL-6. IL-6 regola l’espressione del fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF), un importante mediatore di angiogenesi e fibrosi che è elevato nei pazienti con SSc.

Una serie di casi ha indicato che l’uso di tocilizumab, che blocca la segnalazione di IL-6 trans, in 2 pazienti con SSc cutanea diffusa (dcSSc), uno con coinvolgimento renale e l’altro con fibrosi polmonare, ha portato a una diminuzione dell’ispessimento della pelle misurato dal punteggio cutaneo Rodnan e dal Vesmeter (che misura la viscoelasticità o durezza della pelle). Inoltre, le biopsie della pelle prese prima e dopo il trattamento con tocilizumab hanno indicato una riduzione del collagene.

7. Interleuchina-6 ed effetti sull’attivazione delle cellule endoteliali

L’attivazione endoteliale si pensa sia centrale nella patogenesi della SSc. C’è anche l’evidenza di un aumento dell’apoptosi delle cellule endoteliali anche se mancano prove corroboranti in vivo per questo. L’Università della California a Davis linea 200 pollo, un modello animale per SSc, mostra prove di apoptosi delle cellule endoteliali precoce, precedendo l’infiltrato di cellule infiammatorie e lo sviluppo della fibrosi.

I marcatori sierici di attivazione delle cellule endoteliali, per esempio, il fattore von Willebrand (vWF), sICAM-1, e sE-selectin sono elevati nel siero dei pazienti con SSc e sembrano correlare con l’attività della malattia.

Studi precedenti hanno dimostrato un ruolo per IL-6 nell’attivazione delle cellule endoteliali. L’attivazione delle cellule endoteliali attraverso la segnalazione trans comporta un aumento dell’espressione delle molecole di adesione (ICAM-1, VCAM-1), il rilascio di chemochine (IL-8 e MCP), e il rilascio di IL-6 .

Abbiamo recentemente dimostrato che il siero SSc, in presenza di neutrofili, è in grado di aumentare l’attivazione delle cellule endoteliali e l’apoptosi in un modo dipendente da IL-6 . Si postula che in questa circostanza i neutrofili agiscano come donatori di IL-6R. Nei nostri studi, l’aggiunta di IL-6 al siero di controllo ha portato ad un aumento dell’apoptosi delle cellule endoteliali e dell’espressione della E-selectina in presenza di neutrofili, imitando gli effetti del siero SSc. L’inattivazione del complemento non ha abrogato gli effetti del siero SSc, né l’aggiunta di catalasi per pulire le specie reattive dell’ossigeno. L’inibitore della serina proteasi AEBSF ha parzialmente bloccato gli effetti del siero SSc sull’apoptosi delle cellule endoteliali, ma non ha influenzato significativamente l’attivazione delle cellule endoteliali da parte del siero SSc. Le strategie per rimuovere o bloccare gli effetti di IL6 nel siero SSc, compresa l’immunodepurazione di IL6 e l’aggiunta di un anticorpo bloccante anti-IL6, hanno invertito gli effetti del siero SSc sull’attivazione delle cellule endoteliali e l’apoptosi. Più significativamente, tuttavia, sgp130 che blocca specificamente IL6 trans segnalazione abrogato gli effetti del siero SSc .

8. Conclusione

IL-6 blocco e specificamente il blocco di IL-6 trans-segnalazione può avere merito nel trattamento della SSc, una malattia che finora manca opzioni di trattamento direttamente mirando il meccanismo patogenetico. La trans-segnalazione di IL-6 è specificamente implicata nel guidare l’infiammazione locale e nell’indurre risposte endoteliali e fibroblastiche, e quindi prendere di mira questa via di segnalazione di IL-6 può essere più vantaggioso nella SSc. Tuttavia, la SSc presenta anche importanti e forse patogeni fenomeni autoimmuni, e prendere di mira la classica via di segnalazione dell’IL-6 potrebbe essere necessario per influenzare questo importante aspetto della malattia. Il farmaco attualmente disponibile Tocilizumab ha come bersaglio sia la via di segnalazione classica che quella trans. Altri agenti sono in fase di sviluppo che bloccano specificamente la segnalazione trans, e possono essere utili in modelli murini di SSc per delineare quale via di segnalazione è più importante per questa malattia.

IL-6 è aumentata nel siero dei pazienti con SSc, soprattutto nei primi dcSSc. Inoltre, si trova anche in campioni immunoistochimici sia nella malattia precoce che in quella tardiva e sia nella dcSSc che nella lcSSc. I fibroblasti e i monociti isolati da pazienti SSc producono autonomamente IL-6 in vitro.

I primi studi controllati non randomizzati su piccola scala indicano un ruolo importante per l’IL6 nella SSc. La deplezione delle cellule B si traduce in una diminuzione dei livelli sierici di IL-6, che si riflette in una simultanea riduzione del punteggio cutaneo. Ancora più importante, il blocco della segnalazione di IL-6 trans con Tocilizumab ha portato a un miglioramento del punteggio cutaneo in 2 pazienti con malattia diffusa. Questi dati stabiliscono fermamente IL-6 come un attraente bersaglio terapeutico candidato, soprattutto in termini di prevenzione della fibrosi.

Tuttavia, in aggiunta, nuovi ed entusiasmanti dati implicano che IL-6 ha un ruolo nelle manifestazioni endoteliali e infiammatorie di questa malattia, il che potrebbe renderla un potenziale bersaglio in una gamma molto più ampia di pazienti SSc con malattia vascolare o infiammatoria attiva (ad esempio, le articolazioni) ma relativamente poca fibrosi. Sono in corso studi per affrontare queste importanti domande; i risultati sono attesi con impazienza.