Potentielle Biomarker zur Identifikation des TH2-hoch-Endotyps im Asthma bronchiale

Basierend auf der Tatsache, dass Asthma-Patienten nicht gleichermaßen von aktuellen, aus dem Verständnis der Pathogenese abgeleiteten, Target-basierten Therapieansätzen profitieren, lässt sich die Schlussfolgerung ableiten, dass es innerhalb des Kollektivs aller Asthmatiker unterschiedliche Subgrupp...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
1. Verfasser: Lauer, Sebastian
Beteiligte: Renz, Harald (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2014
Medizin
Ausgabe:http://dx.doi.org/10.17192/z2014.0756
Schlagworte:
TH2
Online Zugang:PDF-Volltext
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Zusammenfassung:Basierend auf der Tatsache, dass Asthma-Patienten nicht gleichermaßen von aktuellen, aus dem Verständnis der Pathogenese abgeleiteten, Target-basierten Therapieansätzen profitieren, lässt sich die Schlussfolgerung ableiten, dass es innerhalb des Kollektivs aller Asthmatiker unterschiedliche Subgruppen gibt, welche dementsprechend auch unterschiedliche Signalwege in der Pathogenese beschreiten. Es stellt sich die Frage, inwieweit Responder und Non-Responder für molekulare Therapieansätze identifiziert werden können. Zur Definition unterschiedlicher Asthma-Phänotypen lassen sich bekanntermaßen klinische Kriterien zugrunde legen. Darüber hinausgehend lassen sich zytologische Phänotypen definieren. Hier spielt unter anderem der relative Anteil von Eosinophilen oder Neutrophilen im induzierten Sputum eine Rolle, so dass sich ein eosinophiles von einem neutrophilen und weiteren zellulären Typen unterscheiden lässt. Es gibt eine Assoziation zwischen klinischen sowie zellulären Phänotypen. Nachdem sich viele Target-basierten Therapien im Gesamtkollektiv als weniger oder nicht wirkungsvoll erwiesen haben, kann bei spezifischer Betrachtung einzelner zellulärer Phänotypen zumindest in einem Phänotyp ein Ansprechen auf Anti-Interleukin-5 nachgewiesen werden. Eine weitere Möglichkeit der Phänotypisierung, welche zugrundeliegende molekulare Signalwege der Pathogenese berücksichtigt, besteht in der Definition molekularer Phänotypen bzw. Endotypen. Durch Genom-weites Profiling mittels Microarray-Analysen kann im induzierten Sputum die Herauf- oder Herabregulation verschiedener Gene identifiziert werden, woraus sich eine molekular-immunologische Phänotypisierung bzw. ein spezifischer Endotyp ableiten lässt. Anhand des Expressionsmusters bildet sich auf der einen Seite Endotyp ab, welchem eine TH2-Inflammation zugrunde liegt. Auf der anderen Seite steht ein Endotyp, in dem die Differenzierung der TH0-Zellen zu TH2-Zellen nicht stattfindet oder eine untergeordnete Rolle spielt. Basierend auf dem Expressionslevel des Drei-Gen-Panels (CLCA1, Periostin und Serpin B2) kann zwischen TH2-Endotypen unterschieden werden, wobei es eine Assoziation der TH2-Gensignatur mit eosinophil dominierten zellulären Phänotypen gibt. Unterschiedliches Ansprechen des TH2-Endotyps im Sinne eines Responders auf Therapie, sowohl auf ICS als auch auf molekular basierte Therapiestrategien den TH2-Signalweg betreffend, konnte nachgewiesen werden. Im Sinne einer Therapiestratifizierung erscheint es sinnvoll, Patienten im Hinblick auf ihrem jeweiligen Endotyp zu therapieren, die Rationale stellt hier die Blockade der im Signalweg einer TH2-Inflamation involvierten Zytokine dar. Zu diesem Zwecke ist es notwendig, einfach zu bestimmende Biomarker zu etablieren. Es wird vorgeschlagen, hierfür die Genprodukte der jeweils hochregulierten TH2-Gene mittels ELISA im Serum oder Plasma zu bestimmen. Zur Diskussion stehen die Proteine der als hochreguliert identifizierten Gene, wie CLCA1, Periostin, Serpin B2 (PAI2), die Ratio aus MUC5AC und MUC5B, Osteopontin, CCL 26 (MIP4) und CarboxypeptidaseA3. Hierzu ist es in einem ersten Schritt notwendig in Ermangelung geeigneter Testsysteme zunächst Testverfahren für die jeweiligen Proteine zu validieren und in drei Testgruppen, nämlich einer gesunden Kontrollgruppe, einer Gruppe der akuten Inflammation sowie einer Gruppe von Atopikern, anzuwenden. In einem weiteren Schritt wird anhand von aktuellen Studien und Erkenntnissen aus der Grundlagenwissenschaft nachvollzogen, ob die jeweiligen Proteine aufgrund ihrer strukturellen Beschaffenheit, ihrer Funktion im Inflammationsgeschehen und ihrer Lokalisation geeignet sind, einen TH2-Endotyp in der Peripherie abzubilden. Zusammengefasst erweisen sich die jeweiligen ELISA-Testsysteme als unterschiedlich brauchbar. Bezüglich ihrer Eignung als potentielle Biomarker zur Vorhersage eines TH2-Endotyps erweisen sich die acht Proteine ebenfalls als heterogen. CLCA1 ist ein in zwei unterschiedlichen Formen anzutreffendes Protein, welches eine regulierende Funktion in Bezug auf Ca2+abhängigeCl--Kanäle des respiratorischen Epithels hat und somit Einfluss auf die Zusammensetzung des Mucus hat. Als membranassoziiertes bzw. in die ECM des respiratorischen Epithels sezerniertes Protein eignet es sich zur systemischen Detektion weniger, was die Messergebnisse bestätigen. CarboxypeptidaseA3 lässt sich als ein systemisch im Plasma nachweisbares Protein einigermaßen zuverlässig messen, jedoch kann bislang keine Evidenz erbracht werden, ob es geeignet ist, statistisch signifikant zwischen TH2-hoch und TH2-niedrig zu differenzieren. CCL26 bzw. MIP4 ist grundsätzlich im peripheren Blut zufriedenstellend quantifizierbar. Es hat im Inflammationsgeschehen die Funktion eines auf Eosinophile und auch Basophile wirkendendes Chemokins. Ebenfalls SerpinB2 (PAI2) lässt sich einigermaßen zufriedenstellend in der Peripherie quantifizieren, insbesondere im Rahmen einer akuten Inflammation. PAI2 liegt einerseits als intrazellulärer Messenger vor, sowie in einer extrazellulären, in die Hämostase involviertes Protein. In Analogie zu CCL26 und CPA3 stellt sich bezüglich der Eignung als Biomarker einer TH2-Entzündung die Frage, ob PAI2 zuverlässig zwischen TH2-hoch und –niedrig unterscheiden kann, oder ob die genannten Proteine im Inflammationsgeschehen allgemein mit einer erhöhten Wertelage anzutreffen sind. Zur Klärung dieser Frage müssten molekularbiologisch (PCR) identifizierte TH2-Endotypen mit Non-TH2-Endotypen unterschiedlicher Spezifikation verglichen werden, um eine Signifikanz bezüglich der vermeintlich höheren Wertelage nachzuweisen. Osteopontin lässt sich zufriedenstellend im peripheren Blut messen mit bemerkenswerten Unterschieden in den jeweiligen Gruppen. Hier stellt sich ebenfalls das Problem, ob Osteopontin nicht ein zu allgemeiner Inflammationsmarker ist. Es gibt Evidenz, dass Osteopontin eine Funktion in der Entwicklung von TH1-Entzündungen hat und TH2-antagonistisch wirkt. Auch ist der Zeitpunkt in der Allergieentwicklung, zu welchem es seine Wirkung entfaltet, bedeutsam. Insgesamt ist die Rolle des Osteopontin sehr komplex und noch nicht gut genug verstanden, als dass es sich als zuverlässiger Biomarker eignen würde. Die Mucine 5AC und 5B lassen sich deutlich im peripheren Blut quantifizieren. MUC5AC ist bei TH2-Endotypen herauf reguliert, während MUC5B eher eine Clearancefunktion in den kleinen Atemwegen zugeschrieben wird und beim TH2-Endotyp herunter reguliert wird. Insofern müsste die Ratio zugunsten des MUC5AC verschoben sein, und somit stellt die Ratio in der Theorie einen sinnvollen Biomarker da. Eine signifikant erhöhte Ratio ließe sich jedoch nur durch Untersuchung an vorselektionierten Proben nachweisen. Periostin kann als Plasmaprotein systemisch gemessen werden. Periostin spielt eine Rolle in der Fibroseentstehung durch Interaktion mit ECM-Proteinen sowie in der Migration und Adhäsion von Eosinophilen. Die in TH2-Endotypen nachgewiesene Heraufregulation von POSTN lässt sich positiv mit dem eosinophilen zellulären Phänotyp korrelieren. Auch lässt sich anhand molekularbiologisch vordefinierter TH2-Endotypen (Drei-Gen-Panel) ein signifikanter Zusammenhang zwischen der allgemeinen TH2-hoch-Gensignatur und den peripheren Periostinleveln finden. Es kann nachgewiesen werden, dass nach erfolgter Stratifizierung anhand des peripheren Periostins eine IL-13-Blockade durch mAB zu signifikanten Ergebnissen führt. Insofern stellt Periostin einen brauchbaren, peripher und zuverlässig zu messenden Biomarker zur Identifikation des TH2-Endotyps dar.
DOI:http://dx.doi.org/10.17192/z2014.0756