Fagocytose van apoptotische cellen en SLE

P r o e f s c h r i f t b e s p r e k i n g
Fagocytose van apoptotische cellen en
SLE
Promotie van
R. Licht
Samenvatting
Op 4 februari 2002 promoveerde Ruud Licht op het proefschrift getiteld: ‘Phagocytosis
of apoptotic cells and SLE’. Het onderzoek vond plaats aan de Katholieke Universiteit
Nijmegen, onder leiding van promotor Prof.dr J.H.M. Berden en co-promotor Dr. W.J.M.
Tax (afdeling Nefrologie, Interne Geneeskunde, Katholieke Universiteit Nijmegen).
Hieronder zijn de belangrijkste bevindingen uit zijn proefschrift weergegeven.
(Ned Tijdschr Allergie 2003;1:36-38)
Inleiding
Systemische lupus erythematodes (SLE) is een autoimmuunziekte met een complexe multifactoriële
etiologie. Naast een genetische predispositie voor
SLE neemt men aan dat er een ‘trigger’ van één of
meerdere externe factoren nodig is om ook daadwerkelijk SLE te ontwikkelen. Bij patiënten manifesteert SLE zich als een chronische inflammatoire aandoening, waar depositie van immuuncomplexen in
bloedvaten, nieren, huid en andere organen verantwoordelijk is voor orgaanbeschadiging.1 Deze complexen bestaan uit auto-antilichamen gebonden aan
een grote verscheidenheid aan auto-antigenen. Er
zijn echter aanwijzingen dat met name nucleaire
antigenen, en dan vooral nucleosomen (verbindingen
van ds-DNA en histonen) belangrijk zijn voor SLE
ontwikkeling, zeker in de beginfase van de ziekte.2
Het belangrijkste in vivo proces waarbij nucleosomen
vrij kunnen komen uit de cel is gedurende het apoptotisch proces, waarbij in eerste instantie endonuclease activiteit het chromatine opknipt in (oligo)nucleosomen. Vervolgens kunnen deze nucleosomen
door secundaire necrose van de apoptotische cel in
aanraking komen met het immuunsysteem.3
Onder normale omstandigheden zullen de meeste
apoptotische cellen echter snel worden gefagocyteerd, voordat nucleosomen vrij kunnen komen uit
de apoptotische cel. Maar het is voorstelbaar dat
onder bepaalde omstandigheden een groot aanbod
van apoptotisch materiaal ontstaat, bijvoorbeeld
tijdens infecties. Tijdens dergelijke omstandigheden
36
F E B R U A R I - M A A R T
2 0 0 3
-
N R . 1
kan er wel degelijk een dusdanig langdurig of
intensief contact tussen het immuunsysteem en
nucleaire antigenen bestaan, waarbij de tolerantie
voor deze antigenen uiteindelijk wordt doorbroken.
Er zijn inmiddels vele studies die een relatie tussen
verstoorde apoptose en SLE suggereren2, maar tot
op heden is het niet duidelijk of deze storingen een
oorzaak of een gevolg zijn van de ziekte, of dat deze
specifiek zijn voor SLE.
Nucleosomen kunnen echter ook in contact komen
met het immuunsysteem als het opruimen van
apoptotisch materiaal verstoord is. Dit fagocytotisch
proces kan tijdelijk of chronisch verminderd zijn.
Het promotieonderzoek heeft zich gericht op het
aantonen van eventuele verstoringen in de efficiëntie
van de fagocytose van apoptotische cellen onder
verschillende omstandigheden.
De fagocytose assay
Dit promotieonderzoek bestaat uit dierexperimenteel
werk met een aantal muizenmodellen voor SLE. Bij
deze muizen is het mogelijk om naïeve macrofagen
uit verschillende stammen (met of zonder een SLE
ontwikkeling) te isoleren voordat de ziekte zich
openbaart. Vervolgens laat men deze macrofagen
onder gecontroleerde in vitro omstandigheden
apoptotische cellen fagocyteren. Bij het opzetten
van deze techniek bleek dat naïeve peritoneale
muismacrofagen in afwezigheid van serum niet in
staat waren om apoptotisch materiaal te fagocyteren.
Figuur 1. Effect van extra
percentage van 3 uur kweek
220
*
+ apoptotische cellen
- apoptotische cellen
200
kweek van peritoneaal
macrofagen in de aanwezigheid of afwezigheid van
*
apoptotisch materiaal, als
*
180
percentage van het resul-
160
taat direct na isolatie van
de macrofagen. Na de
140
extra kweekperiode wer-
120
den de macrofagen voorzien van vers apoptotisch
100
*
80
materiaal en werd de
fagocytose efficiëntie ge-
*
meten. Na kweek in de
60
afwezigheid van apopto-
40
tisch materiaal vertoonden
macrofagen uit NZBxNZW
20
(F1) muizen (die op termijn
0
SLE ontwikkelen) een
BALB/c
NZB
NZW
NZB x NZW (F1)
lagere fagocytose efficiëntie, net als macrofagen uit
muizenstammen
één van de ouderstammen
van de NZBxNZW(F1), de
NZB. BALB/c muizen werden gebruikt als controle.
Deze waarneming is in overeenstemming met
recente aanwijzingen dat serumfactoren, waaronder
het complement, een belangrijke rol spelen bij de
fagocytose van apoptotisch materiaal.4 Dit sluit verder
aan bij het al langer bekende verschijnsel dat mensen
met bepaalde deficiënties in het complementsysteem
een zeer hoog risico hebben op het ontwikkelen van
SLE. Bovenstaande onderstreept het belang van een
efficiënte fagocytose van apoptotische cellen en suggereert dat het mogelijk moet zijn om in het verloop van
SLE te interveniëren door het toevoegen van factoren
die de fagocytose van apoptotisch materiaal bevorderen.
Fagocytose efficiëntie
Wanneer macrofagen van verschillende muizenstammen werden getest op hun vermogen om in
vitro te fagocyteren bleken er geen SLE gerelateerde
verschillen te zijn. Bij deze proeven was het belangrijk om de macrofagen binnen enkele uren na hun
isolatie te testen. Wanneer de macrofagen werden
geprikkeld door ze eerst een dag lang te kweken vóórdat de test werd uitgevoerd, werd het fagocyterend
vermogen verminderd bij macrofagen uit NZBx
NZW(F1) muizen, die op termijn SLE ontwikkelen.
Deze lagere efficiëntie werd ook gevonden bij
macrofagen afkomstig van de NZB, dit is één van de
ouderstammen van de NZBxNZW(F1); (Figuur 1).
De macrofagen van alle muizenstammen waren
echter beter in staat om vers apoptotisch materiaal
op te nemen wanneer zij voor de test een dag lang
werden gekweekt in aanwezigheid van apoptotisch
materiaal (Figuur 1). Deze waarnemingen suggereren
dat naïeve macrofagen uit muizen die op termijn
SLE ontwikkelen gemakkelijker hun vermogen om
apoptotisch materiaal te fagocyteren verliezen wanneer
zij eerst worden geconfronteerd met een andere
prikkel. Omdat dit effect ook voorkomt bij NZB
muizen wordt dit fenomeen waarschijnlijk veroorzaakt
door een genetische achtergrond. Het betekent ook
dat het effect op zichzelf niet voldoende is om SLE
te veroorzaken want NZB muizen ontwikkelen geen
SLE (al ontwikkelen zij wel andere auto-immuun
verschijnselen). Het blijft echter mogelijk dat een
(tijdelijk) verminderde fagocytose een belangrijke
bijdrage kan leveren aan het ontwikkelen van een
multifactoriële aandoening als SLE.
Dat infecties een prikkel kunnen vormen waarbij
de fagocytose efficiëntie wordt beïnvloed, bleek uit
een proef waarbij in de peritoneaalholte van muizen
bacterieel lipopolysaccharide (LPS) werd ingespoten.
Bij macrofagen die na deze prikkel werden geïsoleerd
bleek dat het fagocyterend vermogen met gemiddeld
70% was verminderd.
N e d e r l a n d s
T i j d s c h r i f t
v o o r
A l l e r g i e
37
P r o e f s c h r i f t b e s p r e k i n g
Post-fagocytose processen
Referenties
Fagocytose van apoptotisch materiaal door macrofagen is niet alleen belangrijk voor het opruimen van
potentieel gevaarlijk materiaal. Eerder onderzoek
wijst uit dat macrofagen actief anti-inflammatoir
kunnen reageren op fagocytose van apoptotisch
materiaal.5 Er wordt daarom verondersteld dat de
opname van apoptotisch materiaal een belangrijke
rol speelt bij het aflopen van een ontsteking. In de
eerste fase van een ontsteking is er een grote influx
van cellen om de bron van de ontsteking op te ruimen. Zodra die hun werk hebben gedaan, moeten
deze cellen echter zelf worden opgeruimd. Het is
mogelijk dat dit opruimproces, dat plaatsvindt
nadat de bron van infectie al is verwijderd, de
natuurlijke manier is om de ontstekingsreactie te
stoppen. Het is daarmee voorstelbaar dat chronische
ontstekingen kunnen worden verminderd door de
fagocytose van apoptotisch materiaal in het ontstekingsgebied te stimuleren. Om dit te testen zijn in een
muizenmodel voor immuuncomplex gemedieerde
arthritis extra apoptotische cellen in de knieholte
ingespoten. Hieruit bleek dat de verdere influx van
inflammatoire cellen in de knieholte kon worden
verminderd ten opzichte van de controle situatie
waarbij niet-apoptotische cellen werden ingespoten.
Daarmee is aangetoond dat het in principe mogelijk
is om het verloop van een (chronische) ontsteking te
beïnvloeden met behulp van apoptotisch materiaal.
In de kliniek zou men dat bijvoorbeeld kunnen doen
met autologe (bloed)cellen van de patiënt die in vitro
in apoptose zijn gebracht. Maar voordat dergelijke
interventies kunnen worden overwogen is het
uiteraard noodzakelijk om de methode eerst verder
te ontwikkelen en te valideren in verschillende
proefdiermodellen.
1. Berden JHM, Nucleosomes and lupus nephritis. In Lewis EJ
(Ed.) Lupus nephritis. Oxford University Press, Oxford 1999;
79-102.
2. Berden JHM, Licht R, van Bruggen MCJ, Tax WJM, Role of
nucleosomes for induction and glomerular binding of autoantibodies in lupus nephritis. Curr Opin Nephrol Hypertens
1999;8:299-306.
3. Casciola-Rosen LA, Anhalt G, and Rosen A, Autoantigens
targeted in systemic lupus erythematosus are clustered in
two populations of surface structures on apoptotic keratinocytes. J Exp Med 1994;179:1317-30.
4. Savill J, Fadok V. Corpse clearance defines the meaning of
cell death. Nature 2000;407:784-8.
5. Fadok VA, Bratton DL, Konowal A, Freed PW, Westcott
JY, Henson PM. Macrophages that have ingested apoptotic
cells in vitro inhibit proinflammatory cytokine production
through autocrine/paracrine mechanisms involving TGF-beta,
PGE2, and PAF. J Clin Invest 1998; 101:890-8
Correspondentie-adres auteur:
Dr. R. Licht, post-doc onderzoeker
38
Conclusies
Rijksuniversiteit Groningen
Dit promotieonderzoek heeft bijgedragen aan een
beter begrip van het belang van het opruimen van
apoptotisch materiaal en de rol die een verstoorde
fagocytose van apoptotisch materiaal kan spelen in de
etiologie van SLE. De resultaten van dit promotieonderzoek suggereren dat manipulatie van het fagocytotisch proces een belangrijke toekomstige behandelmethode voor patiënten met SLE kan worden.
Straling & Stress Celbiologie
F E B R U A R I - M A A R T
2 0 0 3
-
N R . 1
Ant. Deusinglaan 1
gebouw 3215, 5e verdieping (k.553)
9713 AV Groningen
Tel.: 050-3632915
E-mail: [email protected]