Abstract
Interleukin-6 staat momenteel sterk in de belangstelling als potentieel therapeutisch doelwit bij systemische sclerose (SSc). In dit artikel wordt de biologie van interleukine-6 besproken en wordt het bewijs voor ontregeling van interleukine-6 in SSc onderzocht. De rol van de klassieke en trans signaalwegen van interleukine-6 in voor SSc relevante verschijnselen zoals chronische ontsteking, auto-immuniteit, disfunctie van endotheelcellen en fibrogenese wordt besproken. Het bestaande bewijs dat interventies gericht op het blokkeren van interleukine-6 signalering van therapeutisch belang zijn bij SSc wordt geëvalueerd.
1. Inleiding
Systemische sclerose (SSc) is een bindweefselziekte die gekenmerkt wordt door fibrose, vasculopathie, en immunologische afwijkingen. De laatste jaren is duidelijk geworden dat ontsteking een cruciale rol speelt in het mediëren van het pathofysiologische proces dat ten grondslag ligt aan SSc, vooral in een vroeg stadium van de ziekte. Activering en disfunctie van endotheelcellen staan centraal in de pathogenese van de ziekte, kunnen worden aangedreven door een pro-inflammatoire omgeving, en kunnen resulteren in het genereren van een profibrotisch fenotype.
Interleukine-6 (IL-6) is een pleiotrope cytokine. Naast zijn rol in de acute fase respons, heeft IL-6 diverse rollen in het aansturen van chronische ontsteking, auto-immuniteit, endotheel celdisfunctie, en fibrogenese. Daarom trekt het momenteel veel belangstelling in de reumatologische gemeenschap als een potentieel therapeutisch middel bij SSc, een ziekte die momenteel geen behandelingen heeft die gericht zijn op de onderliggende pathogenese.
Nieuw bewijs heeft gesuggereerd dat IL-6 een belangrijke rol kan spelen bij endotheeldisfunctie en fibrogenese bij deze ziekte, en er worden momenteel klinische trials opgezet om verder te onderzoeken of Tocilizumab, een monoklonaal antilichaam gericht tegen de IL-6 receptor, van therapeutisch voordeel kan zijn voor patiënten met SSc.
2. Interleukine-6 biologie
Interleukine-6 biologie is complex. Slechts weinig cellen brengen de interleukine-6 receptor (IL-6R, gp80) tot expressie. Deze receptor komt tot expressie op hepatocyten, monocyten, B-cellen, en neutrofielen bij de mens. Hij wordt ook aangetroffen op een subset van T-cellen, maar er zijn aanwijzingen dat T-cellen voornamelijk op IL-6 reageren via een proces dat bekend staat als trans-signalering.
Endotheelcellen en fibroblasten brengen de IL-6R niet tot expressie en worden ook geacht op IL-6 te reageren via trans-signalering. sIL-6R’s komen voor in het serum en binden zich aan IL-6, waarbij een IL-6/sIL-6R complex wordt gevormd. Oplosbare IL-6R (sIL-6R) wordt geproduceerd door twee afzonderlijke mechanismen, ten eerste door proteolytische splitsing van het oppervlak van neutrofielen en ten tweede door secretie van neutrofielen en monocyten van een alternatief gesplicte versie
Hoewel de regulering van de proteolytische splitsing van sIL-6R niet volledig is opgehelderd, is bekend dat deze wordt gestimuleerd door C-reactief proteïne (CRP). Splitsing van het oppervlak van neutrofielen, maar niet van monocyten, wordt ook gestimuleerd door chemoattractanten (interleukine-8 (IL8), C5a, leukotriene B4 (LTB4), en bloedplaatjesactiverende factor (PAF)). Proteolytische splitsing kan plaatsvinden via een TNFα, converterend enzym-achtig enzym, hoewel dit niet verantwoordelijk is voor alle proteolytische splitsing.
Wij en anderen hebben aangetoond dat er een verhoogde concentratie is van de neutrofiele chemoattractant IL-8 in SSc-serum , die de afgifte van sIL-6R door neutrofielen kan stimuleren. Bovendien wordt in de literatuur melding gemaakt van verhoogde LTB4-niveaus in de bronchoalveolaire lavagevloeistof van patiënten met SSc-longaandoeningen, die ook kunnen bijdragen tot het ontstaan van sIL-6R.
Het IL6/sIL6R-complex kan zich binden aan de gp130-receptor, die alomtegenwoordig is in cellen, waaronder endotheelcellen en fibroblasten, om de signaaltransductoren en activatoren van transcriptie-eiwit 3 (STAT3)-signaleringsroute te activeren. Activering van endotheelcellen via STAT3-signalering leidt tot een toename van de expressie van adhesiemoleculen (intercellulaire adhesiemolecule-1 (ICAM-1), vasculaire celadhesiemolecule-1 (VCAM-1)), het vrijkomen van chemokinen (IL-8 en monocyte chemotactic protein-1 (MCP-1)), en het vrijkomen van IL-6 (figuur 1).
Interleukine-6 transsignalering. IL-6-receptoren komen tot expressie op leukocyten, waaronder neutrofielen, maar niet op weefselbewonende cellen, bijvoorbeeld endotheelcellen. Endotheelcellen kunnen alleen op IL-6 reageren via de gp130-receptor wanneer het IL-6 gebonden is aan een oplosbare IL-6-receptor (sIL-6R). sIL-6R’s worden gevormd door secretie van een alternatief gesplicte versie van de receptor of door proteolytische splitsing van het oppervlak van neutrofielen. Er is ook een pool van oplosbaar gp130 (sgp130) dat IL-6/sIL6R complexen kan binden en voorkomen dat deze zich binden aan cellulair gp130. Daarom regelen de lokale concentraties van IL-6, sIL-6R en sgp130 de IL-6-signalering.
3. Interleukine-6 in systemische sclerose
IL-6 is een cytokine met verschillende, mogelijk belangrijke rollen in de pathogenese van SSc. Het is verhoogd in het serum van patiënten met systemische sclerose, vooral die met diffuse huidbetrokkenheid en vroeg in het ziektebeloop. Immunocytochemische studies hebben ook aangetoond dat IL-6 verhoogd kan zijn in lesionaal weefsel later in de ziekte, wanneer andere proinflammatoire cytokinen zijn verdwenen.
Verschillende andere waarnemingen ondersteunen een rol voor dit interleukine in SSc. Fibroblasten geïsoleerd en gekweekt uit de lesionale huid van patiënten met SSc produceren constitutief hogere niveaus van IL-6 dan niet-lesionale of gezonde donorfibroblasten. Dit toont aan hoe belangrijk het is rekening te houden met lokale concentraties van cytokines bij ziekte. Serumconcentraties weerspiegelen niet noodzakelijk de lokale niveaus van een relevant cytokine op de plaats van de laesie. Daarom is het gebruik van in vitro modellen om lokale interacties tussen fibroblasten, endotheelcellen en immuuncellen te onderzoeken, in aanwezigheid van lokaal verhoogde cytokineniveaus, van bijzonder belang. Gestimuleerde en niet-gestimuleerde fibroblasten van de lesionale huid blijken ook verhoogde niveaus van IL-8 te produceren, die betrokken kunnen zijn bij het lokaal vrijkomen van sIL-6R uit neutrofielen. Uit eerder onderzoek is gebleken dat perifere bloedmononucleaire cellen van SSc-patiënten, wanneer zij in vitro worden gekweekt, hogere niveaus van IL-6 en sIL-6R in de kweeksupernatanten produceren dan controle-perifere bloedmononucleaire cellen, hoewel de niveaus van sgp130 gelijk waren. Bovendien waren de IL-6R niveaus verhoogd in het serum van patiënten met beperkte cutane SSc (lcSSc) in vergelijking met controles.
IL-6 transcriptie staat onder controle van een hypoxisch respons-element via hypoxie-induceerbare factor-1-α (HIF-1-α). Metingen van de lesionale huid van patiënten hebben een aanhoudende daling van de zuurstofspanning aangetoond , tot het equivalent van 3% O2, voldoende om HIF-1α signalering te induceren .
Daarnaast is het belangrijk op te merken dat hemodynamische flow IL-6-geïnduceerde signalering in endotheelcellen kan onderdrukken . Aangezien deze stroming ontregeld is bij SSc, kan dit een belangrijke rol spelen bij het moduleren van de effecten van IL-6 op endotheelcellen bij deze ziekte.
4. Interleukine-6 Effecten op B-cellen
IL-6 heeft ook een diepgaand effect op B-cellen, door de differentiatie van plasmacellen en de produktie van antilichamen te bevorderen. Dit kan een verklaring zijn voor de polyklonale B-cel expansie en hypergammaglobulinaemie die frequent wordt gezien bij SSc.
B-cel depletie met behulp van rituximab (monoklonaal antilichaam gericht tegen CD20) bij 9 patiënten met progressieve SSc huidziekte, refractair voor cyclofosfamide therapie, resulteerde in een klinische verbetering van de huidscore na 3 maanden, die aanhield tot 36 maanden. Dit ging gepaard met een daling van de serum IL-6-concentratie .
5. Interleukine-6 en effecten op ontsteking
IL-6 is betrokken bij het ontstaan en de verspreiding van chronische ontsteking. Aanvankelijk in acute ontsteking, bevorderen de proinflammatory cytokines neutrofiele accumulatie en de versie van IL-6. Neutrofielen werpen dan hun IL-6 af. Neutrofielen geven vervolgens hun IL-6Rs af in reactie op chemokines zoals IL-8. Dit bevordert de differentiële regulering van de chemokineproductie door endotheelcellen, waarbij de productie van MCP-1 wordt bevorderd en de productie van IL-8 wordt verminderd, hetgeen de accumulatie van monocyten bevordert. IL-6 transsignalering verhoogt ook de expressie van endotheliale leukocytaire adhesiemoleculen (VCAM-1, ICAM-1), wat de accumulatie van leukocyten verder bevordert. Bovendien kan IL-6 een rol spelen bij de bevordering van apoptose van neutrofielen en daardoor bij het oplossen van acute (aspecifieke) ontstekingen. Anderen hebben echter een anti-apoptotisch effect van IL-6 op neutrofielen gerapporteerd , terwijl Biffl et al. hebben aangetoond dat het effect afhangt van de neutrofielenconcentratie . Wij hebben in ons laboratorium geen IL-6-specifiek effect op neutrofiele apoptose kunnen reproduceren bij concentraties van IL-6 variërend van 0,1 tot 100 ng/mL (persoonlijke mededeling Helen Wright).
Omgekeerd zou IL-6 T-cellen van apoptose redden, hetgeen een chronisch ontstekingscel infiltraat bevordert. IL-6 trans signalering bevordert ook de afgifte van IL-6 door fibroblasten en endotheelcellen in een positief autocrien terugkoppelingssysteem. Derhalve kan worden aangenomen dat IL-6 een rol kan spelen bij de voortplanting van chronische ontsteking, zoals die welke bij SSc wordt waargenomen. Dit is in overeenstemming met immunocytochemische experimenten die aantonen dat IL-8 en IL-6 tot overexpressie komen in de lesionele huid van patiënten met SSc, zij het in verschillende patronen: de overexpressie van IL-8 wordt geassocieerd met vroege ziekte (<1 jaar), terwijl de overexpressie van IL-6 wordt geassocieerd met latere ziekte.
IL-6 is ook betrokken bij auto-immuniteit. Bewijsmateriaal van patiënten met de ziekte van Crohn wijst erop dat autoreactieve T-cellen resistent zijn tegen apoptose als gevolg van bescherming door IL-6 trans signalering via de STAT3 signaleringsroute . IL-6 remt een Na2+/K+ ATPase dat de antigeeninternalisatie en antigeenpresentatie door dendritische cellen aan T-cellen reguleert, hetgeen de presentatie van auto-antigenen kan bevorderen . Ten slotte sterven volgens de “gevaartheorie” van Matzinger naïeve T-cellen als zij een signaal ontvangen van een juiste antigeenpresentatie dat niet wordt opgevolgd door ligatie van CD40 . Er zijn aanwijzingen dat het IL-6/sIL-6R complex dit tweede signaal op ongepaste wijze kan vervangen en daardoor kan leiden tot de persistentie van autoreactieve T-cellen . Bovendien nemen auto-immuunverschijnselen toe met de leeftijd, in samenhang met een leeftijdsgebonden toename van de sIL-6R-afgifte . Lissilaa et al. onderzochten de rol van IL-6 in de collageen-geïnduceerde artritis (CIA) en antigeen-geïnduceerde artritis (AIA) modellen van auto-immune inflammatoire artritis. Met behulp van antilichamen die specifiek de klassieke IL-6 signaalwegen en de trans-signaalwegen blokkeerden, ontdekten zij dat de klassieke IL-6 signaalweg zowel noodzakelijk als voldoende was voor de ontwikkeling van pathogene Th17 T-cellen die betrokken zijn bij auto-immuniteit en voor het opwekken van antitype II collageen IgG-reacties die geassocieerd zijn met ziekteverschijnselen in het CIA-model. Zij toonden in het AIA-model ook aan dat IL-6 trans-signalering verantwoordelijk was voor het aansturen van lokale ontstekingsreacties. SSc is een ziekte die gepaard gaat met auto-immuunverschijnselen. Bij SSc worden veel verschillende auto-antilichamen gevonden (zie tabel 1), en het auto-antilichaamprofiel correleert in veel gevallen met klinische manifestaties. Er is echter geen overtuigend bewijs voor een directe rol van auto-antilichamen in de pathogenese, hoewel sommige onderzoekers hebben gemeld dat antiendotheelcelantilichamen, die bij een deel van de patiënten worden aangetroffen, geassocieerd zijn met endotheelcelactivering.
|
||||||||||||||||||||
6. Interleukine-6 en Effecten op Fibrogenese
Fibroblasten van patiënten met SSc zijn fenotypisch uniek. Wanneer zij geïsoleerd en in vitro gekweekt worden, blijven zij een overmaat aan collageen produceren. IL-6 is een profibrogene cytokine. Er is aangetoond dat het de proliferatie van fibroblasten verhoogt of verlaagt, de collageen-, glycosaminoglycaan- en weefselinhibitor van metalloproteïnasen-1 (TIMP-1) synthese van fibroblasten verhoogt, en de productie van MCP-1 en IL-6 verhoogt. IL-6 reguleert de expressie van vasculaire endotheliale groeifactor (VEGF), een belangrijke mediator van angiogenese en fibrose die verhoogd is bij patiënten met SSc .
Een case serie heeft aangetoond dat het gebruik van tocilizumab, dat IL-6 transsignalering blokkeert, bij 2 patiënten met diffuse cutane SSc (dcSSc), één met nierbetrokkenheid en de andere met longfibrose, resulteerde in een afname van de huidverdikking zoals gemeten met Rodnan skin score en Vesmeter (die visco-elasticiteit of hardheid van de huid meet). Bovendien toonden huidbiopten genomen voor en na de behandeling met tocilizumab een vermindering van collageen aan.
7. Interleukine-6 en effecten op endotheelcelactivering
Endotheelactivering wordt geacht een centrale rol te spelen in de pathogenese van SSc. Er zijn ook aanwijzingen voor een verhoogde apoptose van endotheelcellen, hoewel bevestigend in vivo bewijs hiervoor ontbreekt. De kip van lijn 200 van de Universiteit van Californië in Davis, een diermodel voor SSc, vertoont bewijs van vroege endotheelcelapoptose, voorafgaand aan het ontstekingscelinfiltraat en de ontwikkeling van fibrose .
Serummarkers van endotheelcelactivering, bijvoorbeeld von Willebrand factor (vWF), sICAM-1, en sE-selectine zijn verhoogd in het serum van patiënten met SSc en lijken te correleren met ziekteactiviteit .
Vorige studies hebben een rol aangetoond voor IL-6 bij endotheelcelactivering. Activering van endotheelcellen via trans-signalering resulteert in een toename van de expressie van adhesiemoleculen (ICAM-1, VCAM-1), het vrijkomen van chemokines (IL-8 en MCP), en het vrijkomen van IL-6.
Wij hebben onlangs aangetoond dat SSc-serum, in aanwezigheid van neutrofielen, in staat is de activering van endotheelcellen en apoptose te verhogen op een IL-6-afhankelijke wijze . Er wordt verondersteld dat in deze omstandigheid de neutrofielen optreden als donors van IL-6R. In onze studies resulteerde het toedienen van IL-6 aan gepoold controleserum in verhoogde endotheelcelapoptose en E-selectine expressie in aanwezigheid van neutrofielen, waarmee de effecten van SSc-serum werden nagebootst. Complement inactivatie verhinderde de effecten van SSc serum niet, evenmin als de toevoeging van catalase om reactieve zuurstofspecies op te ruimen. De serine protease inhibitor AEBSF blokkeerde gedeeltelijk de effecten van SSc serum op endotheelcel apoptose, maar had geen significante invloed op de activatie van endotheelcellen door SSc serum. Strategieën om de effecten van IL6 in SSc-serum te verwijderen of te blokkeren, waaronder immunodepletie van IL6 en de toevoeging van een anti-IL6 blokkerend antilichaam, keerden de effecten van SSc-serum op endotheelcelactivering en apoptose om. Het meest significant is echter dat sgp130, dat specifiek IL-6 trans signalering blokkeert, de effecten van SSc serum teniet deed. Conclusie
IL-6 blokkade en specifiek de blokkade van IL-6 trans signalering kan waardevol zijn bij de behandeling van SSc, een ziekte die tot nu toe geen behandelingsopties heeft die direct gericht zijn op het pathogene mechanisme. IL-6 trans-signalering is specifiek betrokken bij het aansturen van lokale ontsteking en het induceren van endotheel- en fibroblastreacties, en daarom zou het richten van deze IL-6-signaleringsroute het meest winstgevend kunnen zijn bij SSc. SSc kent echter ook belangrijke en mogelijk pathogene auto-immuunverschijnselen, en het aanpakken van de klassieke IL-6 signaaltransductieroute kan noodzakelijk zijn om dit belangrijke aspect van de ziekte te beïnvloeden. Het momenteel beschikbare geneesmiddel Tocilizumab is gericht tegen zowel de klassieke als de trans-signaleringsroute. Andere middelen zijn in ontwikkeling die specifiek de trans-signalering blokkeren, en zij kunnen nuttig zijn in muismodellen van SSc om te bepalen welke signaleringsroute het belangrijkst is voor deze ziekte.
IL-6 is verhoogd in het serum van patiënten met SSc, vooral in vroege dcSSc. Bovendien wordt het ook gevonden in immunohistochemische monsters in zowel vroege als late ziekte en in zowel dcSSc als lcSSc. Fibroblasten en monocyten geïsoleerd uit SSc-patiënten produceren autonoom IL-6 in vitro.
Erge, kleinschalige niet-gerandomiseerde gecontroleerde trials wijzen op een belangrijke rol voor IL6 bij SSc. Depletie van B-cellen resulteert in een daling van de serum IL-6 niveaus, hetgeen wordt weerspiegeld in een gelijktijdige vermindering van de huidscore. Nog belangrijker is dat het blokkeren van IL-6 transsignalering met Tocilizumab heeft geleid tot een verbetering van de huidscore bij 2 patiënten met diffuse ziekte. Deze gegevens bevestigen duidelijk dat IL-6 een aantrekkelijk kandidaat therapeutisch doelwit is, vooral wat betreft het voorkomen van fibrose.
Maar daarnaast wijzen nieuwe en opwindende gegevens erop dat IL-6 een rol speelt in de endotheel- en ontstekingsmanifestaties van deze ziekte, waardoor het een potentieel doelwit kan worden in een veel bredere groep SSc-patiënten met actieve vasculaire of ontstekingsziekte (bijv. gewrichtsziekte) maar relatief weinig fibrose. Er worden studies opgezet om deze belangrijke vragen te beantwoorden; naar de resultaten wordt reikhalzend uitgekeken.
