Die Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS) und stellt die häufigste Ursache frühzeitiger Behinderung junger Erwachsener dar. Kennzeichnend sind multifokale ZNS-Läsionen, die durch Inflammation, Demyelinisierung und Axonschäden geprägt sind und zu multiplen neurologischen Defiziten führen. Derzeit ist es mithilfe der verlaufsmodifizierenden Therapie möglich, die Immunantwort abzuschwächen und damit die Krankheitsprogression zu verzögern. Geheilt werden kann die Erkrankung jedoch bislang nicht. Dabei ist nicht hinreichend geklärt, ob die neuen Therapieoptionen über die Immunmodulation/-suppression hinaus einen anhaltenden Schutz vor der langfristigen Neurodegeneration bieten.
Basierend auf den vielversprechenden Ergebnissen klinischer Studien zur Therapie der schubförmig-remittierenden MS mit dem Anti-CD52-Antikörper Alemtuzumab, der zu einer Depletion CD52-exprimierender Immunzellen führt, wurden diesbezüglich Analysen in MS-Tiermodellen durchgeführt. Da die Untersuchung der zugrunde liegenden Patho- und Effektormechanismen am Menschen kaum möglich ist, ist die MS-Forschung für ein tiefergehendes Verständnis auf Tiermodelle angewiesen. Die experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis (EAE) ist hierbei das am weitesten verbreitete Modell der MS, wofür vor allem der C57BL/6 (B6) -Mausstamm verwendet wird, da auf diesem Hintergrund die meisten genmodifizierten Mäuse gezüchtet werden. Jene tierexperimentellen Studien, in denen ein muriner Anti-CD52-Antikörper im frühen Krankheitsstadium der EAE (Auftreten erster paralytischer Symptome) verabreicht wurde, erbrachten den Hinweis einer neuroprotektiven und scheinbar regenerativen Wirkung des Antikörpers.
Über einen neuroprotektiven Effekt von Alemtuzumab im schwer behandelbaren chronisch-progredienten Stadium der MS ist jedoch wenig bekannt. Die vorliegende Arbeit ist die erste detaillierte Untersuchung zum Einfluss des murinen Anti-CD52-Antikörpers auf die Demyelinisierung, den Axonschaden und die Hirnatrophie in der MP4-induzierten EAE der B6-Maus im chronischen Verlauf der Erkrankung (ab stabilem Plateau der klinischen Symptomatik). MP4 ist ein Myelinfusionsprotein aus MBP (Myelin-Basisches-Protein) und PLP (Proteolipidprotein), welches in B6-Mäusen durch aktive Immunisierung eine EAE induziert, die chronisch verläuft und als eines von wenigen Modellen neben der T-Zell-Abhängigkeit die an Bedeutung zunehmende B-Zell-Komponente der MS darstellt. Histopathologisch finden sich in der chronischen MP4-induzierten EAE eine ausgeprägte Rückenmarks- und Kleinhirnschädigung, die vor allem im Kleinhirn durch eine B-Zell-Aggregation charakterisiert ist.
Nachdem die MP4-immunisierten Mäuse im chronischen Stadium der EAE an fünf aufeinanderfolgenden Tagen mit 10 mg/kg Körpergewicht murinem Anti-CD52-spezifischem IgG2a-Isotypantikörper bzw. murinem unspezifischem IgG2a-Isotyp-Kontroll-Antikörper behandelt worden waren, wurde die Lymphozytendepletion im peripheren Blut durchflusszytometrisch ermittelt und deren Einfluss auf MP4-spezifische Antikörper anhand eines indirekten Enzyme-linked Immunosorbent Assays (ELISAs) untersucht. Als Marker für Axonschäden wurde im Serum vorhandenes phosphoryliertes Neurofilament-Heavy (pNF-H) mithilfe eines indirekten Sandwich-ELISAs quantitativ bestimmt. Rückenmark und Kleinhirn wurden ultrastrukturell auf Veränderungen der Myelinisierung (mittels g-Ratio: Axondurchmesser geteilt durch Gesamtdurchmesser der Nervenfaser) und auf Axonpathologien (verringerter Abstand benachbarter Neurofilamente, axolytische Axone, axonaler Verlust) untersucht. Die Hirnatrophie wurde MRT-basiert gemessen und der klinische Verlauf täglich evaluiert.
Durch die Anti-CD52-Antikörperbehandlung wurde die T- und B-Zellzahl zwar drastisch vermindert, die MP4-spezifische Antikörperproduktion blieb davon jedoch unbeeinträchtigt. Ein günstiger Effekt auf die De- und Remyelinisierung war nicht festzustellen. Das Hirnvolumen und die klinische Präsentation der Mäuse blieben ebenfalls unverändert. Während kein Unterschied der pNF-H-Konzentration zu erkennen war, konnte ultrastrukturell jedoch ein geringerer Axonschaden nachgewiesen werden.
Insgesamt legen diese Ergebnisse nahe, dass der Anti-CD52-Antikörper im chronischen Verlauf der EAE/MS wenig Einfluss auf die neurodegenerativen Prozesse nimmt und die Regeneration nicht fördern kann. Die Ursache liegt vermutlich in der Undurchlässigkeit der Bluthirnschranke für Antikörper sowie dem limitierten Verständnis der Antikörperwirkung im ZNS. Die vorliegende Studie regt somit zur Etablierung von ZNS-wirksamen Antikörpern an und unterstreicht die Bedeutung der Entwicklung von selektiveren neuroprotektiven und remyelinisierungsfördernden Behandlungsansätzen, die eine wertvolle Ergänzung zur verlaufsmodifizierenden Therapie darstellen könnten. / Multiple sclerosis (MS) is a chronic inflammatory autoimmune disorder of the central nervous system (CNS) and the most frequent cause of early disabilities in young adults. Multifocal CNS lesions are typical for the disease and characterized by inflammation, demyelination and axonal pathology that lead to multiple neurological deficits. Currently disease modifying therapies (DMTs) make it possible to reduce the immune response and to delay the progression of the disease, but there is still no cure for MS. However, it is not fully understood whether these new treatment options provide long-lasting protection against neurodegeneration beyond immune modulation/-suppression.
Based on promising data from clinical studies of the anti-CD52 antibody alemtuzumab for the treatment of relapsing-remitting MS that leads to depletion of CD52-expressing lymphocytes, investigations on this question were performed in animal models for MS. Since studies of the underlying pathomechanisms and effector functions are difficult to carry out in humans, MS research is still dependent on animal models to gain deeper understanding. Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is the most widely distributed model for MS, for which the C57BL/6 (B6) mouse strain is commonly used, since most gene-modified mice are bred on this background. The animal experiments that applied a murine anti-CD52 antibody at early disease stage of EAE (first appearance of paralytic symptoms) indicated a neuroprotective and apparent regenerative effect of the antibody.
Indeed, little is known about a neuroprotective effect of alemtuzumab when given at the chronic progressive phase of MS which is still difficult to treat. The present study is the first detailed investigation on the impact of the murine anti-CD52 antibody on demyelination, axonal damage and brain atrophy in MP4-induced EAE in B6 mice during the chronic stage of the disease (starting at stable plateau of clinical symptoms). MP4 is a myelin fusion protein of MBP (myelin basic protein) and PLP (proteolipid protein) that induces chronic EAE in B6 mice via active immunization. MP4-induced EAE is one of the few models that reflects the B cell component in addition to the T cell-mediated features of MS. Its chronic stage is characterized by severe spinal cord and cerebellar pathology with B cell aggregation especially in the cerebellum.
After MP4-induced mice were treated at the chronic stage of EAE either with 10 mg/kg body weight murine anti-CD52 specific IgG2a isotype antibody or murine unspecific IgG2a isotype control antibody for five consecutive days, flow cytometric analysis of lymphocyte depletion was performed on peripheral blood and its effect on MP4-specific antibodies was determined by indirect enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). The level of released phosphorylated neurofilament-heavy (pNF-H) in the serum as a marker for axonal damage was measured by indirect Sandwich-ELISA. Change of myelination (by using the g-ratio: axon diameter divided by nerve fiber diameter) and axonal pathology (decreased nearest neighbour neurofilament distance, axolytic axons, axonal loss) was evaluated in spinal cord and cerebellum by electron microscopy. Brain atrophy was measured based on MRI and clinical course was daily evaluated.
The treatment with the anti-CD52 antibody drastically reduced the number of T cells and B cells, while the titers of MP4-specific antibodies remained unaffected. There was no effect on de- and remyelination. Furthermore, brain volume and clinical disease severity remained unaltered. While there was no difference in pNF-H concentration, on the ultrastructural level the number of damaged axons was decreased.
In sum, these data reveal that the anti-CD52 antibody has a low impact on neurodegenerative processes and none on regeneration in the chronic stage of EAE/MS. This is probably due to the impermeability of the blood-brain barrier for antibodies and the limited understanding of the effects of antibody treatment in the CNS. Thus, this study points towards the need for effective antibody treatment in the CNS as well as for more selective neuroprotective and remyelination promoting therapeutic strategies that could complement the existing DMTs.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:22576 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Ipek, Rojda |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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