Abstract
Interleukin-6 väcker för närvarande stort intresse som en potentiell terapeutisk måltavla vid systemisk skleros (SSc). I den här artikeln granskas interleukin-6:s biologi och bevisen för interleukin-6-dysreglering vid SSc undersöks. Den roll som interleukin-6:s klassiska och trans-signalvägar spelar för SSc-relaterade fenomen som kronisk inflammation, autoimmunitet, endotelcellsdysfunktion och fibrogenes diskuteras. De befintliga bevisen för att interventioner utformade för att blockera interleukin-6-signalering är av terapeutisk relevans vid SSc utvärderas.
1. Introduktion
Systemisk skleros (SSc) är en bindvävssjukdom som kännetecknas av fibros, vaskulopati och immunologiska avvikelser. Under de senaste åren har det blivit tydligt att inflammation spelar en avgörande roll för att förmedla den patofysiologiska process som ligger till grund för SSc, särskilt tidigt i sjukdomsförloppet. Endotelcellsaktivering och dysfunktion är centrala för sjukdomspatogenesen, kan drivas av en proinflammatorisk miljö och kan leda till att en profibrotisk fenotyp skapas.
Interleukin-6 (IL-6) är en pleiotropisk cytokin. Förutom sin roll i akutfasresponsen har IL-6 olika roller i att driva kronisk inflammation, autoimmunitet, endotelcellsdysfunktion och fibrogenes. Därför väcker IL-6 för närvarande stort intresse inom reumatologin som ett potentiellt terapeutiskt medel vid SSc, en sjukdom som för närvarande saknar behandlingar som är inriktade på den underliggande patogenesen.
Nyligen framkomna bevis tyder på att IL-6 kan spela viktiga roller i endotelcellsdysfunktion och fibrogenes i denna sjukdom, och kliniska prövningar utformas för närvarande för att ytterligare utforska om Tocilizumab, en monoklonal antikropp riktad mot IL-6-receptorn, kan vara till terapeutisk nytta för patienter med SSc.
2. Interleukin-6-biologi
Interleukin-6-biologin är komplex. Få celler uttrycker interleukin-6-receptorn (IL-6R, gp80). Denna receptor uttrycks på hepatocyter, monocyter, B-celler och neutrofiler hos människor. Den finns också på en delmängd T-celler, men det finns bevis för att T-celler reagerar på IL-6 främst genom en process som kallas trans-signalering.
Endotelceller och fibroblaster uttrycker inte IL-6R och tros också reagera på IL-6 genom trans-signalering.
SIL-6R finns i serum och binder till IL-6 och bildar ett IL-6/sIL-6R-komplex. Lösligt IL-6R (sIL-6R) produceras genom två separata mekanismer, för det första genom proteolytisk klyvning från neutrofilernas yta och för det andra genom sekretion från neutrofiler och monocyter av en alternativt splicad version .
Och även om regleringen av den proteolytiska klyvningen av sIL-6R inte har klarlagts helt och hållet, är det känt att den stimuleras av C-reaktivt protein (CRP). Klyvning från ytan av neutrofiler, men inte monocyter, stimuleras också av kemoattraktorer (interleukin-8 (IL8), C5a, leukotrien B4 (LTB4) och trombocytaktiverande faktor (PAF)) . Proteolytisk klyvning kan ske via ett TNFα-konverterande enzymliknande enzym, även om detta inte står för all proteolytisk klyvning.
Vi och andra har visat att det finns en ökad koncentration av den neutrofila kemoattraktanten IL-8 i SSc-serum , vilket kan stimulera frisättningen av sIL-6R från neutrofiler. Dessutom finns det rapporter i litteraturen om att LTB4-nivåerna är förhöjda i bronkoalveolär lavagevätska hos patienter med SSc-lungsjukdom , som också kan bidra till generering av sIL-6R.
IL6/sIL6R-komplexet kan binda till gp130-receptorn, som uttrycks allestädes närvarande på celler, bland annat endotelceller och fibroblaster, för att aktivera signalöverföringsvägen signal transducers and activators of transcription protein 3 (STAT3) . Aktivering av endotelceller via trans-signalering resulterar i en ökning av uttrycket av adhesionsmolekyler (intercellulär adhesionsmolekyl-1 (ICAM-1), vaskulär celladhesionsmolekyl-1 (VCAM-1)), frisättning av kemokiner (IL-8 och monocytkemotaktiskt protein-1 (MCP-1)) och frisättning av IL-6 (figur 1).
Interleukin-6 trans-signalering. IL-6-receptorer uttrycks på leukocyter, inklusive neutrofiler, men de uttrycks inte på vävnadsresistenta celler, t.ex. endotelceller. Endotelceller kan reagera på IL-6 genom gp130-receptorn endast när IL-6 är bundet till en löslig IL-6-receptor (sIL-6R). sIL-6R bildas genom sekretion av en alternativt splicad version av receptorn eller proteolytisk klyvning från neutrofilernas yta. Det finns också en pool av lösligt gp130 (sgp130) som kan binda IL-6/sIL6R-komplex och förhindra att de binder till cellulärt gp130. Därför reglerar de lokala koncentrationerna av IL-6, sIL-6R och sgp130 IL-6-signalering.
3. Interleukin-6 i systemisk skleros
IL-6 är ett cytokin med flera potentiellt viktiga roller i patogenesen av SSc. Det är förhöjt i serum hos patienter med systemisk skleros, särskilt de med diffus hudpåverkan och tidigt i sjukdomsförloppet . Immunocytokemiska studier har också visat att IL-6 kan vara förhöjt i lesionell vävnad senare i sjukdomsförloppet, när andra proinflammatoriska cytokiner har försvunnit.
Flera andra observationer stöder ytterligare en roll för detta interleukin i SSc. Fibroblaster som isolerats och odlats från den lesionella huden hos patienter med SSc producerar konstitutivt högre nivåer av IL-6 än icke-lesionella eller friska donatorfibroblaster . Detta visar hur viktigt det är att ta hänsyn till lokala koncentrationer av cytokiner vid sjukdom. Serumkoncentrationer återspeglar inte nödvändigtvis de lokala nivåerna av en relevant cytokin på den skadade platsen. Därför är det särskilt viktigt att använda in vitro-modeller för att utforska lokala interaktioner mellan fibroblaster, endotelceller och immunceller i närvaro av lokalt förhöjda cytokinnivåer. Stimulerade och ostimulerade fibroblaster från lesionell hud har också visat sig producera förhöjda nivåer av IL-8, vilket kan vara inblandat i lokal frisättning av sIL-6R från neutrofiler .
Preventionell forskning har visat att mononukleära celler i perifert blod från SSc-patienter, när de odlas in vitro, producerar högre nivåer av IL-6 och sIL-6R i odlingssupernatanten än mononukleära celler i perifert blod från kontrollpersoner, även om nivåerna av sgp130 var likvärdiga . Dessutom var IL-6R-nivåerna ökade i serumet hos patienter med begränsad kutan SSc (lcSSc) jämfört med kontroller .
IL-6-transkriptionen står under kontroll av ett hypoxiskt responselement via hypoxi-inducerbar faktor-1-α (HIF-1-α). Mätningar från patienternas hud har visat på en ihållande minskning av syrgasspänningen , ner till motsvarande 3 % O2, som är tillräcklig för att inducera HIF-1α-signalering .
Det är dessutom viktigt att notera att det hemodynamiska flödet kan undertrycka IL-6-inducerad signalering i endotelceller . Eftersom sådant flöde är dysreglerat vid SSc kan detta spela en viktig roll för att modulera effekterna av IL-6 på endotelceller vid denna sjukdom.
4. Interleukin-6:s effekter på B-celler
IL-6 har också en djupgående effekt på B-celler och främjar plasmacellsdifferentiering och antikroppsproduktion. Detta kan förklara den polyklonala B-cellsexpansion och hypergammaglobulinemi som ofta ses vid SSc .
B-celldepletion med rituximab (monoklonal antikropp riktad mot CD20) hos 9 patienter med progressiv SSc-hudsjukdom, refraktär mot cyklofosfamidbehandling, resulterade i en klinisk förbättring av hudpoängen efter 3 månader, som kvarstod upp till 36 månader. Detta åtföljdes av en minskning av IL-6-koncentrationen i serum .
5. Interleukin-6 och effekter på inflammation
IL-6 har involverats i generering och spridning av kronisk inflammation. Initialt vid akut inflammation främjar proinflammatoriska cytokiner neutrofil ackumulering och frisättning av IL-6. Neutrofiler släpper sedan sina IL-6Rs som svar på kemokiner som IL-8. Detta främjar differentiell reglering av endotelcellernas produktion av kemokiner, vilket främjar produktionen av MCP-1 och minskar produktionen av IL-8, vilket gynnar ackumulering av monocyter. IL-6 trans-signalering ökar också uttrycket av endoteliala adhesionsmolekyler för leukocyter (VCAM-1, ICAM-1), vilket ytterligare främjar leukocytackumulering . Dessutom kan IL-6 spela en roll när det gäller att främja neutrofil apoptos och därmed upplösningen av akut (ospecifik) inflammation . Andra har dock rapporterat en antiapoptotisk effekt av IL-6 på neutrofiler , medan Biffl et al. har visat att effekten beror på neutrofilkoncentrationen . Vi har inte kunnat reproducera någon IL-6-specifik effekt på neutrofil apoptos i vårt laboratorium vid koncentrationer av IL-6 från 0,1 till 100 ng/ml (personlig kommunikation Helen Wright).
Tvärtom rapporteras IL-6 rädda T-celler från apoptos, vilket främjar ett kroniskt inflammatoriskt cellinfiltrat . IL-6 trans-signalering främjar också frisättning av IL-6 från fibroblaster och endotelceller i ett positivt autokrint återkopplingssystem. Därför kan man tänka sig att IL-6 kan spela en roll i spridningen av kronisk inflammation, som den som förekommer vid SSc. Detta stämmer överens med immunocytokemiska experiment som visar att IL-8 och IL-6 överuttrycks i den lesionella huden hos patienter med SSc, om än i olika mönster: överuttryck av IL-8 är förknippat med tidig sjukdom (<1 år), medan överuttryck av IL-6 är förknippat med senare sjukdom .
IL-6 har också involverats i autoimmunitet. Bevis från patienter med Crohns sjukdom tyder på att autoreaktiva T-celler är resistenta mot apoptos på grund av skydd av IL-6 trans-signalering via STAT3-signalvägen . IL-6 hämmar ett Na2+/K+ ATPas som reglerar antigeninternalisering och antigenpresentation från dendritiska celler till T-celler, vilket kan främja presentationen av autoantigener . Slutligen, enligt Matzingers ”fareteori”, dör naiva T-celler om de får en signal från korrekt antigenpresentation som inte följs upp av ligering av CD40 . Det finns belägg för att IL-6/sIL-6R-komplexet på ett olämpligt sätt kan ersätta denna andra signal och därför leda till att autoreaktiva T-celler kvarstår . Dessutom ökar autoimmuna fenomen med åldern, i samklang med en åldersrelaterad ökning av sIL-6R-avgivningen . Lissilaa et al. undersökte IL-6:s roll i modellerna för kollageninducerad artrit (CIA) och antigeninducerad artrit (AIA) av autoimmun inflammatorisk artrit. Med hjälp av antikroppar som specifikt blockerade klassisk IL-6-signalering och trans-signalvägar upptäckte de att den klassiska IL-6-signalvägen var både nödvändig och tillräcklig för utvecklingen av patogena Th17-T-celler som är inblandade i autoimmunitet och för genereringen av antityp II-kollagen IgG-svar som är förknippade med sjukdomsmanifestationer i CIA-modellen. De visade också i AIA-modellen att IL-6 trans-signalering var ansvarig för att driva lokala inflammatoriska reaktioner. SSc är en sjukdom som är förknippad med autoimmuna fenomen. Många olika autoantikroppar förekommer vid SSc (se tabell 1), och autoantikroppsprofilen korrelerar i många fall med de kliniska manifestationerna. Det finns dock inga övertygande bevis för en direkt roll för autoantikroppar i patogenesen, även om vissa forskare har rapporterat att antikroppar mot endotelceller, som finns hos en del av patienterna, är förknippade med aktivering av endotelceller .
|
||||||||||||||||||||||
6. Interleukin-6 och effekter på fibrogenesen
Fibroblaster från patienter med SSc är fenotypiskt unika. När de isoleras och odlas in vitro fortsätter de att producera ett överskott av kollagen . IL-6 är en profibrogen cytokin. Det har visat sig antingen öka eller minska fibroblastproliferationen, öka fibroblasternas kollagen-, glykosaminoglykan- och vävnadsinhibitor av metalloproteinaser-1 (TIMP-1)-syntes samt öka MCP-1- och IL-6-produktionen . IL-6 reglerar uttrycket av vascular endothelial growth factor (VEGF), en viktig mediator för angiogenes och fibros som är förhöjd hos patienter med SSc .
En fallserie har visat att användningen av tocilizumab, som blockerar IL-6 trans-signalering, hos två patienter med diffus kutan SSc (dcSSc), en med njurpåverkan och den andra med lungfibros, resulterade i en minskning av hudförtjockning som mättes med Rodnan skin score och Vesmeter (som mäter viskoelasticitet eller hårdhet i huden). Dessutom visade hudbiopsier tagna före och efter tocilizumabbehandling på en minskning av kollagen .
7. Interleukin-6 och effekter på endotelcellsaktivering
Endotelaktivering tros vara central för patogenesen av SSc. Det finns också bevis för ökad endotelcellsapoptos även om bekräftande in vivo bevis för detta saknas . University of California at Davis linje 200 kyckling, en djurmodell för SSc, visar tecken på tidig endotelcellsapoptos som föregår den inflammatoriska cellinfiltraten och utvecklingen av fibros.
Serummarkörer för aktivering av endotelceller, till exempel von Willebrand factor (vWF), sICAM-1 och sE-selectin är förhöjda i serumet hos patienter med SSc och tycks korrelera med sjukdomsaktivitet .
Premiärstudier har visat på en roll för IL-6 i aktivering av endotelceller. Aktivering av endotelceller via trans-signalering resulterar i en ökning av uttrycket av adhesionsmolekyler (ICAM-1, VCAM-1), frisättning av kemokiner (IL-8 och MCP) och frisättning av IL-6 .
Vi har nyligen visat att SSc-serum, i närvaro av neutrofiler, kan öka endotelcellsaktivering och apoptos på ett IL-6-beroende sätt . Det antas att neutrofilerna i denna situation agerar som givare av IL-6R. I våra studier resulterade en tillsats av IL-6 i poolat kontrollserum i ökad apoptos av endotelceller och ökat E-selectinuttryck i närvaro av neutrofiler, vilket efterliknar effekterna av SSc-serum. Komplementinaktivering upphävde inte effekterna av SSc-serum, inte heller tillsats av katalas för att ta bort reaktiva syrearter. Serinproteashämmaren AEBSF blockerade delvis effekterna av SSc-serum på apoptos av endotelceller, men påverkade inte signifikant aktiveringen av endotelceller av SSc-serum . Strategier för att avlägsna eller blockera effekterna av IL6 i SSc-serum, inklusive immunodepletion av IL6 och tillsats av en anti-IL6-blockerande antikropp, vände effekterna av SSc-serum på endotelcellsaktivering och apoptos . Mest betydelsefullt är dock att sgp130, som specifikt blockerar IL6 trans-signalering, upphävde effekterna av SSc-serum.
8. Slutsats
IL-6-blockering och specifikt blockering av IL-6 trans-signalering kan ha fördelar vid behandling av SSc, en sjukdom som hittills saknar behandlingsalternativ som är direkt inriktade på den patogena mekanismen. IL-6 trans-signalering är specifikt inblandad i att driva lokal inflammation och inducera endotel- och fibroblastresponser, och därför kan det vara mest lönsamt att rikta in sig på denna IL-6-signalväg vid SSc. SSc har dock också viktiga och eventuellt patogena autoimmuna fenomen, och det kan vara nödvändigt att rikta in sig på den klassiska IL-6-signalvägen för att påverka denna viktiga aspekt av sjukdomen. Det för närvarande tillgängliga läkemedlet Tocilizumab riktar sig mot både den klassiska och trans-signalvägen. Andra medel är under utveckling som specifikt blockerar trans-signalering, och de kan vara användbara i musmodeller av SSc för att fastställa vilken signalväg som är viktigast för denna sjukdom.
IL-6 är förhöjt i serumet hos patienter med SSc, särskilt i tidig dcSSc. Dessutom återfinns det också i immunohistokemiska prover i både tidig och sen sjukdom och i både dcSSc och lcSSc. Fibroblaster och monocyter isolerade från SSc-patienter producerar autonomt IL-6 in vitro.
Från början pekar småskaliga, icke-randomiserade kontrollerade studier på en viktig roll för IL6 vid SSc. B-celldepletion resulterar i en minskning av IL-6-nivåerna i serum, vilket återspeglas i en samtidig minskning av hudpoängen. Ännu viktigare är att blockering av IL-6 trans-signalering med Tocilizumab har resulterat i en förbättring av hudpoängen hos två patienter med diffus sjukdom. Dessa data bekräftar IL-6 som en attraktiv terapeutisk måltavla, särskilt när det gäller att förebygga fibros.
När det gäller detta, innebär nya och spännande data dessutom att IL-6 har en roll i de endoteliska och inflammatoriska manifestationerna av denna sjukdom, vilket kan göra det till en potentiell måltavla i ett mycket bredare spektrum av SSc-patienter med aktiv vaskulär eller inflammatorisk (t.ex. led) sjukdom men relativt lite fibros. Studier håller på att utformas för att besvara dessa viktiga frågor; resultaten är ivrigt väntade.
