Der Beitrag von Keratinozyten an der Pathogenese des kutanen Lupus erythematodes[*]

Table of Contents

Zusammenfassung

Hautveränderungen sind eine häufige Manifestationsform der Autoimmunerkrankung Lupus erythematodes (LE). Derzeit steht keine kurative Therapie zur Verfügung. Eine Voraussetzung für die Entwicklung einer effektiven Lokaltherapie besteht in einem besseren Verständnis der zugrunde liegenden Pathomechanismen. Keratinozyten werden als Zielzellen des auto-aggressiven Angriffs gesehen. Es mehren sich jedoch die Hinweise, dass Keratinozyten auch - mittels Mediatorfreisetzung - aktiv an der Regulation und Aufrechterhaltung der Lupuspathologie beteiligt sind. In der vorgestellten Untersuchung haben wir das pro-entzündliche Antwortmuster von Keratinozyten von LE-Patienten im Vergleich zu Keratinozyten von gesunden Spendern untersucht.

Abstract

Lupus erythematosus (LE) is an autoimmune disorder and cutaneous manifestations belong to the most common clinical features of LE. Up to now, there exists no causative treatment regimen. However, a prerequisite for development of effective local therapeutics is the better understanding of the underlying pathophysiological mechanisms. In cutaneous LE (CLE), keratinocytes are considered to be target cells for immunological injury. Next to their role as target cells, evidence is accumulating that keratinocytes play an important role in actively regulating and maintaining the pathology in CLE by virtue of mediator release. In this study, we were interested in determining differences in the proinflammatory response of patient-derived keratinocytes.

Ein Großteil der Patienten, die an einem chronisch diskoiden oder subakut kutanen LE leiden, erreicht mit konsequentem Lichtschutz, Lokaltherapie und gegebenenfalls Hydroxychloroquin einen stabilen Hautzustand oder Erscheinungsfreiheit. Dennoch bleiben eine Reihe von Patienten, bei denen eine weitergehende systemische Therapie notwendig wird. Es besteht Bedarf für eine verbesserte und effektive Lokaltherapie sowie für Marker, die auf Wirkstoff oder die Wirkstoffkombination hinweisen, die für den jeweiligen Patienten den besten Therapieerfolg erbringen.

Die Pathophysiologie des Lupus erythematodes (LE) ist nach wie vor nur unvollständig verstanden. Untersuchungen werden auch durch die unterschiedlichen klinischen Ausprägungen und Verlaufsformen erschwert. Es kommt auf der Grundlage eines empfänglichen genetischen Hintergrundes zur immunologischen Fehlregulation. Eine große Anzahl von Suszeptibilitätsgenen [1] wurde beschrieben, deren Bedeutung jedoch nicht immer in unterschiedlichen Kohorten bestätigt werden konnte. Derzeit wird ein Beitrag von Varianten des IRF5-Gens für die Lupus-Pathogenese diskutiert [2] [3].

In dem Bemühen, therapeutische Zielstrukturen bzw. Aktivitätsmarker zu identifizieren, wurde die Expression von proinflammatorischen bzw. immunregulatorischen Zytokinen untersucht. Es liegt eine Vielzahl von Untersuchungen vor, die bei Patienten mit LE Zytokine, insbesondere im Serum, bestimmt haben und darin Hinweise für Krankheitsaktivität oder auch Therapieansprechen sehen. Ein wesentlicher Anteil der publizierten Daten bezieht sich auf den systemischen LE. Es sind u. a. folgende Zytokine mit einer erhöhten Krankheitsaktivität in Zusammenhang gebracht worden: IL-6 [4] [5] [6], IL-10 [7], sowie auch in läsionaler Haut erhöht gefunden: Typ I-Interferone [8] [9], IL-18 [10] [11] [12], [13] [14], TNFα [15] [16] [17] und high mobility group box chromosomal protein 1 (HMGB-1) [16]. Weiterhin mehren sich die Hinweise, dass insbesondere bei Patienten mit systemischem LE Interferon-responsive-Gene hochreguliert werden, was als „Interferon-Signature” in mRNA-basierten Mikroarrays nachgewiesen, aber auch in läsionaler Haut [18] gezeigt wurde. Es besteht eine Korrelation zwischen dieser „Interferon-Signature” und der Krankheitsaktivität [19].

Seit Langem wird die so genannte „Clearance Hypothese” für den LE diskutiert, welche besagt, dass vermehrt anfallende apoptotische Zellen nicht im „geordneten” Maß und, wie physiologischerweise üblich, entzündungsfrei eleminiert werden. Dies kann entweder damit zusammenhängen, dass zu viel apototisches Material vorliegt oder dass die abbauenden Mechanismen gestört sind. Für beides gibt es Hinweise. Beim LE fallen - soweit vorhanden - insbesondere Antikörper auf, die gegen nukleäre, also intrazelluläre Antigene gerichtet sind. Bei einem „geordnet” ablaufenden apoptotischen Zelltod werden solche Antigene dem Immunsystem nicht zugänglich. Im Gegensatz dazu geht man bei LE davon aus, dass die ehemals intrazellulär gelegenen Antigene an B- und T-Zellen präsentiert werden und somit den Autoimmunprozess triggern können.

In den letzten Jahren ist von unterschiedlichen Diziplinen her intensiv auf dem Gebiet der regulatorischen T-Zellen geforscht worden. Hierdurch ist ein verändertes Verständnis für die periphere Toleranz als ergänzender Mechanismus zur zentralen Toleranz entstanden. Es scheint, dass eine lebenslange, aktive periphere Toleranz notwendig ist [20], um autoreaktive Zellen, die jeder in sich trägt, in Schach zu halten. Für den LE sind einige Arbeiten erschienen, die auf eine Verminderung bzw. verminderte Aktivität der regulatorischen T-Zellen hinweisen [21] [22]. In der Durchbrechung der Toleranz (vermittelt u. a. über unreife DC oder plasmazytoide DC) kommt wohl den erhöht gefundenen Typ I-Interferonen ebenfalls eine wichtige Rolle zu [23].

Die Hautentzündung

Die Haut ist bei allen bekannten Formen des LE ein wichtiges Zielorgan. Obwohl die Hautveränderungen morphologisch unterschiedlich erscheinen, vergleicht man den chronisch diskoiden, subakut kutanen und systemischen LE, so sind dennoch immunhistologisch ähnliche Veränderungen zu beobachten. Eine Interfacedermatitis mit vakuoliger Degeneration im Bereich der Basalschicht der Keratinozyten und eine vorwiegend lymphozytäre Infiltration in den Bereichen des dermo-epidermalen Übergangs sind häufig zu finden.

Drei wesentliche pathophysiologisch vermutlich relevante Veränderungen bezüglich der Keratinozyten sind seit Längerem bekannt:

1. Es findet sich eine Neigung zum apoptotischen Zelltod [24] [25] [26] [27]. (Es ist anzumerken, dass eine kürzlich publizierte Arbeit keine vermehrte Apoptoserate in UV-exponierter Haut von LE-Patienten finden konnte [28]).

2. Es finden sich Anzeichen einer Zellaktivierung, insbesondere in Form einer Hochregulation immunologisch wichtiger Oberflächenmoleküle [29] [30] [31] [32] und der Produktion von Chemokinen [33] und proinflammatorischen Zytokinen (s. o.).

3. Es kommt zur Translokation von nukleären Antigenen an die Zelloberfläche. Dies ist insbesondere für Ro (SSA) gezeigt. Diese Translokation ist durch UVB-Licht [24] [34] und TNFα [35] [36] auslösbar. Es wird vermutet, dass die so an die Zelloberfläche gelangten Autoantigene durch das Immunsystem erkannt werden können.

Eine wichtige Rolle für das Zustandekommen und der Chronifizierung der kutanen LE-Symptome ist vermutlich in der „entzündlichen” Lokalantwort zu sehen. Aktivierte Keratinozyten sind potente Produzenten von Chemokinen und Zytokinen [37]. Diese wiederum wirken auf Nachbarzellen (z. B. professionelle APC), aber auch chemotaktisch dahin [33] [38], vermehrt Blutleukozyten in die oberen Hautschichten zu dirigieren.

Mit unserer Arbeit wollten wir die Frage beantworten, ob Keratinozyten von LE-Patienten im Vergleich zu Normalkeratinozyten ein anderes proinflammatorisches Verhalten zeigen. Hierfür haben wir Keratinozyten aus epidermalen Stammzellen der äußeren Haarwurzelscheide [39] isoliert ([Abb. 1]). Wir haben also Patientenzellen untersucht, die aus nicht-läsionaler Haut stammen. Die bisherigen Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in [Tab. 1] aufgeführt. Wir konnten an isolierten Hautzellen zeigen, dass Keratinozyten von LE-Patienten in einer „Entzündungsumgebung” vermehrt in den apoptotischen Zelltod gehen. Weiterhin produzieren diese Zellen auch basal größere Mengen von pro-inflammatorischen Mediatoren und scheinen sich in einem selbstverstärkenden Rückkopplungskreislauf gegenseitig zu aktivieren. Problematisch in dieser Situation erscheint die verminderte Produktion von Botenstoffen, die einen vermehrten Zelltod verhindern [40] wie u. a. IL-12 ([Abb. 2]). Unsere bisherigen Ergebnisse unterstützen die Annahme, dass Keratinozyten eine durchaus aktive Rolle bei der Krankheitsentstehung und -aufrechterhaltung des LE spielen.

Abb. 1 Patientenbezogene Keratinozyten werden gewonnen, indem sie aus epidermalen Stammzellen der äußeren Haarwurzelscheide angezüchtet werden.

Abb. 2 Beitrag von Keratinozyten an der Pathogenese des LE. Von außen einwirkendes UV-Licht oder pro-entzündliche Botenstoffe führen dazu, dass Hautzellen von LE-Patienten ebenfalls vermehrt proinflammatorische Botenstoffe freisetzen, die wiederum auf andere Keratinozyten wirken. Gleichzeitig bleibt die Produktion von schützenden Mediatoren aus. Unter diesem Einfluss sterben die Zellen vermehrt. Es kommt neben der Produktion von entzündungsfördernden Botenstoffen auch zum Transport von „Autoantigenen” (hier beispielhaft Ro dargestellt) an die Zelloberfläche, wo sie durch das Immunsystem erkannt werden können.

Tab. 1 Unterschiede zwischen Keratinozyten von Lupus erythematodes (LE)-Patienten und gesunden Kontrollpersonen

	„gesunde” Keratinozyten	„Lupus”-Keratinozyten
Sterbeverhalten (Apoptose)	zeigen Apoptose nach Einfluss von UV-Licht und bestimmten Entzündungsbotenstoffen wie TNFα	zeigen eine basal etwas erhöhte Apoptoserate; sind empfindlicher gegenüber Entzündungsbotenstoffen - insbesondere gegenüber IL-18
Schutz vor Apoptose	gegeben u. a. durch Mitglieder der Interleukin-12-Familie	Schutz erfolgt im gleichen prozentualen Ausmaß wie bei Gesunden
Produktion von Zytokinen im Ruhezustand	im Ruhezustand werden einige Chemokine, entzündungslimitierende Stoffe und nur sehr geringe Mengen an pro-inflammatorischen Mediatoren sezerniert	erhöhte Produktion von pro-inflammatorischen Mediatoren auch durch nicht stimulierte/aktivierte Zellen
Produktion von Zytokinen nach Aktivierung	pro-inflammatorische Mediatoren werden gleichzeitig mit vermehrten „Schutz-” und anti-inflammatorischen Botenstoffen produziert	vermehrte Produktion pro-inflammatorischer Botenstoffen, insbesondere auch TNFα und wenig „Schutzzytokine”, z. B. der IL-12-Familie

Wie können diese Erkenntnisse das therapeutische Vorgehen beeinflussen und optimieren? Zum einen erscheint die bislang häufig eingesetzte Therapie mit (Hydroxy)Chloroquin auch positiv im Sinne der hier vorgestellten Erkenntisse zur epidermalen Entzündung zu wirken. So konnten Wozniacka u. Mitarb. eine verminderte TNFα, IL-6 und IL-18 Expression (im Serum) unter Hydroxychloroquin Therapie finden [41]. Dennoch fehlt eine effektive, topisch anwendbare immunmodulatorische Therapie. Für die genaue Identifizierung therapeutischer Zielstrukturen in der entzündeten Haut ist wichtig, die Hierarchie der proinflammatorischen Botenstoffen noch besser zu identifizieren. Daher besteht klarer Forschungsbedarf, die epidermale Pathogenese des LE weiter aufzuklären.

Literatur

• 1 Alarcon-Riquelme M E. The genetics of systemic lupus erythematosus: understanding how SNPs confer disease susceptibility.  Springer Semin Immunopathol. 2006;  28 109-117
• 2 Graham R R, Kozyrev S V, Baechler E C, Reddy M V, Plenge R M, Bauer J W, Ortmann W A, Koeuth T, Gonzalez Escribano M F, Pons-Estel B, Petri M, Daly M, Gregersen P K, Martin J, Altshuler D, Behrens T W, Alarcon-Riquelme M E. A common haplotype of interferon regulatory factor 5 (IRF5) regulates splicing and expression and is associated with increased risk of systemic lupus erythematosus.  Nat Genet. 2006;  38 550-555
• 3 Graham R R, Kyogoku C, Sigurdsson S, Vlasova I A, Davies L R, Baechler E C, Plenge R M, Koeuth T, Ortmann W A, Hom G, Bauer J W, Gillett C, Burtt N, Cunninghame Graham D S, Onofrio R, Petri M, Gunnarsson I, Svenungsson E, Ronnblom L, Nordmark G, Gregersen P K, Moser K, Gaffney P M, Criswell L A, Vyse T J, Syvanen A C, Bohjanen P R, Daly M J, Behrens T W, Altshuler D. Three functional variants of IFN regulatory factor 5 (IRF5) define risk and protective haplotypes for human lupus.  Proc Natl Acad Sci USA. 2007;  104 6758-6763
• 4 Asanuma Y, Chung C P, Oeser A, Shintani A, Stanley E, Raggi P, Stein C M. Increased concentration of proatherogenic inflammatory cytokines in systemic lupus erythematosus: relationship to cardiovascular risk factors.  J Rheumatol. 2006;  33 539-545
• 5 Davas E M, Tsirogianni A, Kappou I, Karamitsos D, Economidou I, Dantis P C. Serum IL-6, TNFalpha, p55 srTNFalpha, p75srTNFalpha, srIL-2alpha levels and disease activity in systemic lupus erythematosus.  Clin Rheumatol. 1999;  18 17-22
• 6 Linker-Israeli M, Deans R J, Wallace D J, Prehn J, Ozeri-Chen T, Klinenberg J R. Elevated levels of endogenous IL-6 in systemic lupus erythematosus. A putative role in pathogenesis.  J Immunol. 1991;  147 117-123
• 7 Lauwerys B R, Garot N, Renauld J C, Houssiau F A. Interleukin-10 blockade corrects impaired in vitro cellular immune responses of systemic lupus erythematosus patients.  Arthritis Rheum. 2000;  43 1976-1981
• 8 Farkas L, Beiske K, Lund-Johansen F, Brandtzaeg P, Jahnsen F L. Plasmacytoid dendritic cells (natural interferon-alpha/beta-producing cells) accumulate in cutaneous lupus erythematosus lesions.  Am J Pathol. 2001;  159 237-243
• 9 Nousari H C, Kimyai-Asadi A, Tausk F A. Subacute cutaneous lupus erythematosus associated with interferon beta-1a.  Lancet. 1998;  352 1825-1826
• 10 Wong C K, Li E K, Ho C Y, Lam C W. Elevation of plasma interleukin-18 concentration is correlated with disease activity in systemic lupus erythematosus.  Rheumatology (Oxford). 2000;  39 1078-1081
• 11 Wong C K, Ho C Y, Li E K, Tam L S, Lam C W. Elevated production of interleukin-18 is associated with renal disease in patients with systemic lupus erythematosus.  Clin Exp Immunol. 2002;  130 345-351
• 12 Amerio P, Frezzolini A, Abeni D, Teofoli P, Girardelli C R, De Pita O, Puddu P. Increased IL-18 in patients with systemic lupus erythematosus: relations with Th-1, Th-2, pro-inflammatory cytokines and disease activity. IL-18 is a marker of disease activity but does not correlate with pro-inflammatory cytokines.  Clin Exp Rheumatol. 2002;  20 535-538
• 13 Calvani N, Richards H B, Tucci M, Pannarale G, Silvestris F. Up-regulation of IL-18 and predominance of a Th1 immune response is a hallmark of lupus nephritis.  Clin Exp Immunol. 2004;  138 171-178
• 14 Park M C, Park Y B, Lee S K. Elevated interleukin-18 levels correlated with disease activity in systemic lupus erythematosus.  Clin Rheumatol. 2004;  23 225-229
• 15 Toro J R, Finlay D, Dou X, Zheng S C, LeBoit P E, Connolly M K. Detection of type 1 cytokines in discoid lupus erythematosus.  Arch Dermatol. 2000;  136 1497-1501
• 16 Popovic K, Ek M, Espinosa A, Padyukov L, Harris H E, Wahren-Herlenius M, Nyberg F. Increased expression of the novel proinflammatory cytokine high mobility group box chromosomal protein 1 in skin lesions of patients with lupus erythematosus.  Arthritis Rheum. 2005;  52 3639-3645
• 17 Zampieri S, Alaibac M, Iaccarino L, Rondinone R, Ghirardello A, Sarzi-Puttini P, Peserico A, Doria A. Tumour necrosis factor alpha is expressed in refractory skin lesions from patients with subacute cutaneous lupus erythematosus.  Ann Rheum Dis. 2006;  65 545-548
• 18 Wenzel J, Uerlich M, Worrenkamper E, Freutel S, Bieber T, Tuting T. Scarring skin lesions of discoid lupus erythematosus are characterized by high numbers of skin-homing cytotoxic lymphocytes associated with strong expression of the type I interferon-induced protein MxA.  Br J Dermatol. 2005;  153 1011-1015
• 19 Bauer J W, Baechler E C, Petri M, Batliwalla F M, Crawford D, Ortmann W A, Espe K J, Li W, Patel D D, Gregersen P K, Behrens T W. Elevated Serum Levels of Interferon-Regulated Chemokines Are Biomarkers for Active Human Systemic Lupus Erythematosus.  PloS Med. 2006;  3 e491
• 20 Kim J M, Rasmussen J P, Rudensky A Y. Regulatory T cells prevent catastrophic autoimmunity throughout the lifespan of mice.  Nat Immunol. 2007;  8 191-197
• 21 Franz B, Fritzsching B, Riehl A, Oberle N, Klemke C D, Sykora J, Quick S, Stumpf C, Hartmann M, Enk A, Ruzicka T, Krammer P H, Suri-Payer E, Kuhn A. Low number of regulatory T cells in skin lesions of patients with cutaneous lupus erythematosus.  Arthritis Rheum. 2007;  56 1910-1920
• 22 Crispin J C, Martinez A, Alcocer-Varela J. Quantification of regulatory T cells in patients with systemic lupus erythematosus.  J Autoimmun. 2003;  21 273-276
• 23 Banchereau J, Pascual V. Type I interferon in systemic lupus erythematosus and other autoimmune diseases.  Immunity. 2006;  25 383-392
• 24 Casciola-Rosen L, Rosen A. Ultraviolet light-induced keratinocyte apoptosis: a potential mechanism for the induction of skin lesions and autoantibody production in LE.  Lupus. 1997;  6 175-180
• 25 Kuhn A, Herrmann M, Kleber S, Beckmann-Welle M, Fehsel K, Martin-Villalba A, Lehmann P, Ruzicka T, Krammer P H, Kolb-Bachofen V. Accumulation of apoptotic cells in the epidermis of patients with cutaneous lupus erythematosus after ultraviolet irradiation.  Arthritis Rheum. 2006;  54 939-950
• 26 Baima B, Sticherling M. Apoptosis in different cutaneous manifestations of lupus erythematosus.  Br J Dermatol. 2001;  144 958-966
• 27 Pablos J L, Santiago B, Galindo M, Carreira P E, Ballestin C, Gomez-Reino J J. Keratinocyte apoptosis and p53 expression in cutaneous lupus and dermatomyositis.  J Pathol. 1999;  188 63-68
• 28 Reefman E, Kuiper H, Jonkman M F, Limburg P C, Kallenberg C G, Bijl M. Skin sensitivity to UVB irradiation in systemic lupus erythematosus is not related to the level of apoptosis induction in keratinocytes.  Rheumatology (Oxford). 2006;  45 538-544
• 29 Kaudewitz P, Ruzicka T, Meurer M, Rieber P, Braun-Falco O. Epidermal synthesis and expression of HLA-DR on keratinocytes in lupus erythematosus.  Arch Dermatol Res. 1985;  277 444-447
• 30 Kuhn A, Sonntag M, Sunderkotter C, Lehmann P, Vestweber D, Ruzicka T. Upregulation of epidermal surface molecule expression in primary and ultraviolet-induced lesions of lupus erythematosus tumidus.  Br J Dermatol. 2002;  146 801-809
• 31 Miori L, Bellosta M, Rabbiosi G. HLA-DR positivity in discoid lupus erythematosus.  J Am Acad Dermatol. 1989;  21 1316-1317
• 32 Tebbe B, Mazur L, Stadler R, Orfanos C E. Immunohistochemical analysis of chronic discoid and subacute cutaneous lupus erythematosus-relation to immunopathological mechanisms.  Br J Dermatol. 1995;  132 25-31
• 33 Meller S, Winterberg F, Gilliet M, Muller A, Lauceviciute I, Rieker J, Neumann N J, Kubitza R, Gombert M, Bunemann E, Wiesner U, Franken-Kunkel P, Kanzler H, Dieu-Nosjean M C, Amara A, Ruzicka T, Lehmann P, Zlotnik A, Homey B. Ultraviolet radiation-induced injury, chemokines, and leukocyte recruitment: An amplification cycle triggering cutaneous lupus erythematosus.  Arthritis Rheum. 2005;  52 1504-1516
• 34 Furukawa F, Kashihara-Sawami M, Lyons M B, Norris D A. Binding of antibodies to the extractable nuclear antigens SS-A/Ro and SS-B/La is induced on the surface of human keratinocytes by ultraviolet light (UVL): implications for the pathogenesis of photosensitive cutaneous lupus.  J Invest Dermatol. 1990;  94 77-85
• 35 Dorner T, Hucko M, Mayet W J, Trefzer U, Burmester G R, Hiepe F. Enhanced membrane expression of the 52 kDa Ro(SS-A) and La(SS-B) antigens by human keratinocytes induced by TNF alpha.  Ann Rheum Dis. 1995;  54 904-909
• 36 Gerl V, Hostmann B, Johnen C, Waka A, Gerl M, Schumann F, Klein R, Radbruch A, Hiepe F. The intracellular 52-kd Ro/SSA autoantigen in keratinocytes is up-regulated by tumor necrosis factor alpha via tumor necrosis factor receptor I.  Arthritis Rheum. 2005;  52 531-538
• 37 Wittmann M, Werfel T. Interaction of keratinocytes with infiltrating lymphocytes in allergic eczematous skin diseases.  Curr Opin Allergy Clin Immunol. 2006;  6 329-334
• 38 Wenzel J, Henze S, Worenkamper E, Basner-Tschakarjan E, Sokolowska-Wojdylo M, Steitz J, Bieber T, Tuting T. Role of the chemokine receptor CCR4 and its ligand thymus- and activation-regulated chemokine/CCL17 for lymphocyte recruitment in cutaneous lupus erythematosus.  J Invest Dermatol. 2005;  124 1241-1248
• 39 Limat A, French L E, Blal L, Saurat J H, Hunziker T, Salomon D. Organotypic cultures of autologous hair follicle keratinocytes for the treatment of recurrent leg ulcers.  J Am Acad Dermatol. 2003;  48 207-214
• 40 Schwarz A, Stander S, Berneburg M, Bohm M, Kulms D, van Steeg H, Grosse-Heitmeyer K, Krutmann J, Schwarz T. Interleukin-12 suppresses ultraviolet radiation-induced apoptosis by inducing DNA repair.  Nat Cell Biol. 2002;  4 26-31
• 41 Wozniacka A, Lesiak A, Narbutt J, McCauliffe D P, Sysa-Jedrzejowska A. Chloroquine treatment influences proinflammatory cytokine levels in systemic lupus erythematosus patients.  Lupus. 2006;  15 268-275

1 Förderung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Wi1822/5-1).
Vortrag beim wissenschaftlichen Jahres-Symposium der Berliner Stiftung für Dermatologie, 12. Mai 2007, Berlin.