TLR und angeborene Immunität bei Spondyloarthritis: Tiermodell und Pathogenese

Spondyloarthritis (SpA) inklusive der ankylierenden Spondylitis (AS) ist eine immunmediierte Erkrankung vor allem der Iliosakralgelenke (ISG). Die pathophysiologische Ursache von SpA/AS ist bis heute unbekannt, einige Faktoren, die dazu beitragen sind jedoch bestimmt: Als wichtigster Faktor ist die gentische Assoziation von AS mit dem major histocompatibility complex (MHC) Klasse I Molekül, dem Human Leucocyte Antigen (HLA) HLA- B27 zu nennen. Vor kurzem sind zwei weitere genetische Faktoren sind identifiziert worden, Polymorphismen in deren Gen tragen zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit an AS zu erkranken bei. Diese Gene sind ARTS-1, das Genprodukt wird für das beladen von MHC Molekülen (wie HLA-B27) benötigt. Das zweite Gen kodiert für den Rezeptor des immunregulierenden Stoffes Interleukin (IL) 23. IL23 spielt eine wichtige Rolle bei der Induktion von Th17 Zellen, welche immunregulierend sind. Neben genetischen Faktoren wurden auch bakterielle Infektionen bei AS untersucht. Der Zusammenhang basiert auf Daten aus HLA-B27 transgenen Mäusen, die nur dann die Erkrankung entwickeln, wenn sie unsteril gehalten werden, und humanen Daten in Zusammenhang mit Klebsiella. Sowohl transgene Tiere in Forschungseinrichtungen als auch Patienten kommen nicht nur mit Bakterien sondern auch mit Viren regelmäßig in Berührung. In diesem Projekt werden deshalb sowohl bakterielle Antigene (TLR-2 und TLR4 Liganden) als auch virale Antigene (TLR3, TLR7 und TLR9 Liganden) in Bezug auf Induktion und Chronizität der SpA/AS untersucht. Wir werden zwei experimentelle Strategien verfolgen, einmal in vivo mittels eines Mausmodells ohen spezifische TLRs und das andere mit humanen Bioproben von Patienten mit SpA/ASin einem in vitro System: (1) Wir werden SpA in Mäusen nach etablierten Protokollen induzieren und die Krankheitsentwicklung mittels MRI und am Ende die Knochenveränderungen mittels CT Scans dokumentieren. Zudem werden wir in Gewebeproben von ISGs Makrophagen und NK-Zellen nachweisen. Die Verwendung von TLR knockout Mäusen wird es uns ermöglichen nachzuweisen, welcher Trigger für die Entwicklung der Erkrankung notwendig ist. (2) Parallel dazu werden wir Gelenksflüssigkeit von SpA/AS-Patienten, die während Routineuntersuchungen abgenommen wird, auf das Vorhandensein von TLR bindenden Substanzen untersuchen und bestimmen, welchen Einfluss diese auf Immunaktivierung haben. Wir werden durch das Durchführen dieser Studie mehr über die Natur des angeborenen Immunsystems und die mikrobiologischen Faktoren lernen, welche zur Initiierung und Chronizität der SpA/AS beitragen. Die Ergebnisse führen möglicherweise auch zu neuen Ansätzen in Behandlungsstrategien.

In Innsbruck wurde im Rahmen des FWF-Projektes ein Mausmodell etabliert, das für Langzeitstudien zur Spondyloarthritis (SpA) geeignet ist. Neu ist, dass in Innsbruck sowohl ein Magnetresonanztomogramm (MR) zum Nachweis der Entzündung, als auch ein Mikro- Computertomogramm (CT) zum Nachweis knöcherner Veränderungen der Iliosakralgelenke im Sinne eines Morbus Bechterew eingesetzt werden. Unsere Ergebnisse zeigen erstmals, dass das Fehlen von bestimmten Toll-like-Rezeptoren (TLRs) tatsächlich einen Einfluss auf den Verlauf der SpA haben kann. Die SpA ist die häufigste immunmediierte rheumatologische Erkrankung, jeder 3. SpA- Patient entwickelt im Laufe der Jahre zusätzliche knöcherne Veränderungen der Iliosakralgelenke bis hin zur Versteifung der Wirbelsäule. Ein Zusammenhang mit Infekten wird häufig von Patienten beobachtet, wurde aber bisher nicht näher untersucht. In früheren Studien zeigten wir das ungewöhnliche Vorhandensein von TLRs auf gealterten Immun-T- Zellen, die Bakterienprodukte binden und damit das Immunsystem aktivieren können. Andere hatten gezeigt, dass keimfrei aufgezogene Mäuse mit HLA-B27+/+ Phänotyp keine SpA entwickeln. Voraussetzung für die Durchführung des Projektes war es, die Bildgebung mittels MR und Mikro-CT in einem Mausmodell zu etablieren und zu verfeinern. Im 2. Schritt untersuchten wir dann die Bedeutung der TLRs bei der SpA. Die Ergebnisse des ersten Projektteils zeigten eine unterschiedliche Ausprägung der SpA bei Mäusen mit unterschiedlichen Immunantworten (Th1 bzw. Th2) sowohl vonseiten der Biomarker im Blut als auch im MR. Insbesondere zeigten Mäuse des SpA-typischen Th1- Typs ohne TLR4 (einer bestimmten Art von TLRs) mehr Entzündungen im MR als normale Mäuse vom Th1-Typ, bei gleicher Ausprägung der knöchernen Veränderungen im CT. Wir können daraus schliessen, dass dieses neue Mausmodell vom Th1-Typ zwar für die SpA Stadium I (ohne knöcherne Veränderungen), aber nicht für Experimente zur schweren SpA mit knöchernen Veränderungen (Stadium II und III) geeignet ist. Im zweiten Projektteil etablierten wir ein Mausmodell in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. T. Glant in Chicago. Tatsächlich waren in diesem Modell nicht nur im MR die SpA-Entzündungen, sondern auch im CT die Bechterew-typischen knöchernen Veränderungen nachzuweisen. Dementsprechend zeigten sich typische Veränderungen der Biomarker im Blut in Abhängigkeit vom SpA-Verlauf. Inwieweit die verschiedenen TLRs Einfluss auch auf dieses Mausmodell haben, kann noch nicht beantwortet werden. Dieses Mausmodell kann in Zukunft für die weitere Erforschung der SpA-Krankheitsgenese verwendet werden. Dies ermöglicht nicht nur die Entwicklung neuer Therapieansätze, sondern wird auch zur Entwicklung von Entscheidungskriterien beitragen können, wann welche der etablierten Therapieformen beim SpA-Patienten optimal einzusetzen ist.