Molekulare Mimikry

Die geografische Verteilung von Immunreaktionen bei Klebsiella und Ihre Relevanz zur Therapie bei Morbus Bechterew

A. Ebringer *, K. Ahmadi, M. Fielder, T. Rashid, H. Tiwana, C. WILSON (1), A. COLLADO (2), Y. Tani (3)

(1) Immunology Abschnitt. Division of Life Sciences. King’s College, London. England. (2) Abteilung für Rheumatologie. Hospital Clinic i Provincial de Barcelona, Barcelona. Spanien.
(3) Universitätsklinik für Orthopädie, Shiga University of Medical Science. Otsu. Japan.

Zusammenfassung

Die Entdeckung, dass HLA-B27 mit Spondylitis ankylosans (SA, =Morbus Becherew), und HLA-DR1/DR4 mit rheumatoider Arthritis (RA) verbunden ist, hat neue Ansätze für die Untersuchung der möglichen Ursachen dieser Krankheiten zur Verfügung gestellt. Mehrere Theorien wurden vorgeschlagen, um diese Verbindungen zu erklären, aber nur eine ist zulässig, nämlich „Molekulare Mimikry“. Diese hat ein spezifisches ätiologisches (Ursächliches) Mittel für jede dieser Krankheiten zur Verfügung gestellt.

Molekulare Mimikry zwischen HLA-B27 und zwei Molekülen in Klebsiella Mikroben:
Von Nitrogenase und Pullulanase D ist berichtet worden, während in Proteus Mikroben das Hämolysin Molekül sterochemische Ähnlichkeiten mit HLA-DR1/DR4 aufweist.

Erhöhte Immunreaktionen bei Klebsiella Mikroben wurden bei MB-Patienten aus 10 verschiedenen Ländern nachgewiesen.
Diese breite geografische Verteilung deutet an, dass es sich wahrscheinlich um den gleichen Ursächliche Erreger handelt der für diesen Zustand verantwortlich ist.

Außerdem zeigen RA-Patienten ähnliche Immunreaktionen zu den Proteusmikroben. Ob MB oder RA durch diese Bakterien verursacht werden, können nur durch Gewebetypisierung aller rheumatologischen Patienten, am Anfang ihrer Krankheit bestimmt werden, und im Anschluss eine Beurteilung ihrer Reaktion auf eine antibiotische Chemotherapie in Langzeit-Studien mit Doppel-Blind-Kreuzversuch-Studien.

Es ist möglich, dass in der Zukunft, der Verlauf von MB oder sogar von RA durch ausreichende antibiotische Chemotherapie oder sogar Diäten, welche die Substrate beeinflussen auf denen diese Bakterien wachsen, geändert werden kann.

Einführung

Die Entdeckung in den siebziger Jahren, dass 96% von Morbus Bechterew Patienten HLA-B27 Positiv sind, während nur 8% der allgemeinen Bevölkerung Großbritanniens dieses Antigen tragen, und in der folgenden Demonstration, dass über 90% der rheumatoiden Arthritis (RA) Patienten Subtypen von HLA-DR1/DR4 besitzen, und die EQR (K) RAA- Sequenz tragen, die in 30 bis 40% von Kontrollen anwesend sind, hat die Weise geändert, wie wir entzündliche Arthritis für immer betrachten.

Jede Theorie welche eine ursächliche Hypothese für entweder MB-oder RA vorschlägt, muss zur gleichen Zeit eine befriedigende Erklärung für diese Verbindung mit HLA-Molekülen erbringen. Zwei wichtige Theorien wurden bisher vorgeschlagen, um die Assoziation der HLA mit der Krankheit zu erklären.

Die Verbindung mit HLA

Die erste Theorie basiert auf der Beobachtungen von Björkman et al., wobei in kristallographischen Studien das Vorhandensein von Rillen zwischen den Alpha-1-und Alpha-2-Domänen in beiden Klasse I oder II MHC-Moleküle, die kurze pathogenen Peptide aufnehmen konnte, gezeigt (8 -20 Aminosäuren lang) und damit Krankheiten verursachen (1). Keine solcher pathogenen Peptide welche HLA-B27 oder HLA-DR1/DR4 Kavität besetzen wurden bislang identifiziert und damit kann die Gültigkeit der Theorie, für MB und RA nicht geprüft werden. In Ermangelung solcher spezifischen Peptide kann kein therapeutischer Test gemacht werden, um zu bestimmen, ob ein Rückzug der Antigene, die solche Peptide enthalten, klinisch den Kurs der Krankheit verändert.

Die zweite Theorie basiert auf der Idee, dass das HLA Molekül, molekulare Mimikry oder Ähnlichkeit mit einigen Antigen teilt.

Molekulare Mimikry zwischen den HLA-B27 und Klebsiella Molekülen

(A) Klebsiella Nitrogenase Reduktase

Eine Molekulare Ähnlichkeit zwischen HLA-B27 und Klebsiella nitrogenase Reduktaseenzym ist dadurch demonstriert worden, dass die Reihenfolge QTDRED für beide Moleküle gleich ist und es scheint das MB Patienten, Antikörper zu dieser Reihenfolge (2) haben.
Ratten-Antiseren, die gegen 16-mer peptides von Klebsiella Nitrogenase Reductase gerichtet sind, in der Mitte die QTDRED Folge enthalten, waren im Stande, durch immunoperoxidase, synovial Biopsien zu entdecken, die von HLA-B27 positiv MB Patienten stammen, aber nicht HLA-B27 negative Biopsien, die von RA Patienten stammen(3).
Kaninchen anti-Klebsiella Seren war im Stande, HLA-B27 positive Lymphozyten von MB Patienten oder von gesunden Patienten, im Vergleich zu Lymphozyten zu unterscheiden, die von HLA-B27 negativen Personen (4) stammen.
Jedoch ist es nicht klar, ob dieses Enzym in der Darmflora anwesend ist.

(2)Klebsiella Pullulanase A und D

Das Stärke Verzweigungsenzym Pullulanase (pul)besteht aus 4 Komponenten (A, B, C und D) und wird vor allem in Klebsiella Mikroben gefunden, obwohl auch in einigen saprophytischen Bakterien. Die Suche nach anderen Molekülen, welche gegen HLA-B27 reagieren könnten, wurde gestartet, als vorgeschlagen wurde, dass Klebsiella Nitrogenase möglicherweise nicht in Bakterien der Darmflora anwesend sind.
Eine Datenbank-Analyse der veröffentlichten Klebsiella Protein-Sequenzen zeigte, dass molekulare Mimikry zwischen dem Klebsiella pneumoniae pulD Sekretion Protein (DRDE) und HLA-B27 (DRED) (5) vorhanden ist.
IgG-Antikörper bei MB-Patienten waren gegen beide erhöht, gegen eine 16-mer synthetische Peptide von HLA-B27, und pulD, in dem die kreuzreagierende Sequenzen, wenn sie mittels Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) gemessen, und im Vergleich zur Kontrollgruppe (p <0,001) vorhanden waren. Das Vorhandensein von Antikörpern bei MB-Patienten zu einem 16-mer Peptid von HLA-B27 bestätigte die Daten, die vorher durch die Oldstone Gruppe (2) veröffentlicht wurde.

Eine zweite Art von Gegenreaktion (Kreuzreaktion) wurde mit pulA des Pullulanase Enzyms identifiziert, welches wiederholte Sequenzen des Trimer Gly-X-pro hat.
Dieses zeigt, entsprechend, molekulare Mimikry mit Typ 1, III und IV Kollagen. Erhöhte Kollagenablagerung ist ein Merkmal der Krankheit, und Seren von MB-Patienten, mit erhöhtem Grad von Anti-Kollagen-Antikörper (5). Die Bedeutung dieser Antikörper in der Pathogenese der Krankheit ist noch offen.

Geografische Verteilung der Immunreaktionen auf Klebsiella bei MB

Eine Erhöhungen der Immunreaktionen auf Klebsiella bei MB-Patienten, wurde in den letzten 12 Jahren aus 10 Ländern berichtet.

1. England
Im Jahr 1983 wurden IgA-Antikörper gegen Klebsiella bei 43 aktiven (ESR> 15 mm / hr) MB-Patienten gefunden, verglichen mit 39 inaktiven (normale ESR) MB-Patienten, 13 Psoriasis-Patienten, 38 RA-Patienten und 57 gesunden Patienten, während keine solchen Erhöhung gefunden wurden, als die gleichen Proben gegen Escherichia Coli und Canadian albicans (6) geprüft wurden.

Im Jahr 1984 zeigte die gleiche Gruppe in einer zweiten Studie, dass aktive MB-Patienten keine Antikörper gegen verwandte Gram-negative Bakterien wie Salmonellen, Yersinia oder Pseudomonas zeigten, erhöhte Anti-Klebsiella-Antikörpern (7) stattdessen schon.

2. USA
Im Jahr 1987, weißten Schwimmbeck und Kollegen darauf hin, dass MB-Patienten erhöhte Raten von Antikörpern zu den kurzen Klebsiella Peptide mit kreuzreagierenden Sequenzen mit HLA-B27 (2) anzeigen.

3. Finnland
Im Jahr 1991 zeigten Maki-Ikola und Mitarbeiter in einer Studie von 99 MB-Patienten, dass sie Antikörper zu E. coli und Klebsiella hatten, nicht aber zu einer Reihe von anderen Mikroben (8).

4. Schottland
Im Jahr 1992 zeigten O’Mahony und Kollegen , dass 14 aktive MB-Patienten sowie 14 Patienten mit Morbus Crohn erhöhte Anti-Kiebsiella Antikörper hatten gegenüber der Kontrollgruppe (9)

5. Kanada
Im Jahr 1993 wurden 33 MB-Patienten aus Toronto und Winnipeg gefunden, welche einen erhöhten Gehalt an Antikörpern gegen Lipopolysaccharide aus Klebsiella, und Shigella aber nicht gegen LPS von E. coli, Salmonella, Yersinia und Campylobacter (10) hatten.

6. Deutschland
Im Jahr 1994 wurden in einer Studie von 41 MB-Patienten aus Kiel  spezifische Antikörper gegen eine begrenzte Zahl von Klebsiella Kapselpolysacchariden (I 1) gefunden.

7. Spanien
Im Jahr 1994  wurden in einer Studie an 84 Katalanischen Patienten mit MB ein erhöhter Gehalt an Antikörpern gegen Klebsiella durch Immunfluoreszenz (12) gefunden.

8. Mexiko
Im Jahr 1995 wurden bei 13 MB Patienten, verglichen mit Kontrollen (13), eine erhöhte Rate der humoralen und zellulären Reaktionen gegen Klebsiella gefunden.

9. Japan
Im Jahr 1995 wurde in einer Studie an 54 japanischen MB-Patienten, 50 RA-Patienten und 50 gesunden Patienten  gezeigt, dass die MB-Patienten Antikörper gegen Klebsiella aber nicht Proteus aufwiesen, während die RA-Patienten Antikörper gegen Proteus, nicht aber gegen Klebsiella aufwiesen, somit war jede Gruppe eine Spezifität Kontrolle für die andere Krankheit (14).

10. Niederlande
Antikörper gegen Klebsiella wurden bei Niederländischen MB-Patienten nachgewiesen (15).

Molekulare Mimikry, Proteus mirabilis und RA

Molekularer Mimicry wurde auch zwischen der Krankheitsanfälligkeits Sequenz EQR (K) RAA angezeigt, gefunden in HLA-DR1/DR4- Subtypen und die ESRRAL Sequenz des Proteushämolysins (16,17).
Eine zweite Reihenfolge IRRET wurde in der Proteus urease, welches der LRREI Reihenfolge der alpha-2 Domäne in der Art XI Kollagen, eine Komponente hyalinen Knorpels (17) ähnelt, gefunden.
Antikörper zu beiden Proteusmolekülen, -hämolysin und -urease werden erheblich erhöht bei RA-Patienten, wenn sie entweder mit aktiven MB Patienten oder gesunden Kontrollen (17) verglichen werden. Außerdem ist eine Erhöhung von IgG Antikörpern zu Proteus Mirabilis bei RA-Patienten aus London (18), aus Winchester (19), aus Dublin (20), aus Newcastle (21), aus Oslo (22), aus Brest (23), aus Amsterdam (15) und aus Otsu in Japan (14) berichtet worden.
Eine molekulare Mimicryverbindung zwischen Klebsiella/Proteus und HLAB27/HLA-DRI/DR4 ist unleugbar und eine serologische Verbindung zwischen MB/RA, und diesen Mikroben ist von mehr als einer Gruppe bestätigt worden, jedoch bleibt die pathologische Bedeutung unklar.

Klinische Bedeutung von Antibakteriellen Antikörpern in MB und RA

Jedoch stellt die Beobachtung der spezifischen Antikörper gegen diese Bakterien in beiden, MB und im RA, ein neues klinisches Maß zum Verständnis, zur frühen Diagnose, und zur Behandlung dieser Krankheiten zur Verfügung.
Man könnte das wissenschaftliche Problem von MB in die Frage „Warum haben MB-Patienten Antikörper gegen Klebsiella?“ umformulieren.
Die folgenden Hypothesen könnten als vorläufige Lösung solcher Fragen vorgeschlagen werden, und durch Langzeitstudien aufgeklärt werden:

1. Die Anwesenheit von anti-Klebsiella Antikörpern bei MB Patienten in vielen Ländern, weist klar darauf hin, dass MB eine reaktive Arthritis im Anschluss an eine Klebsiella Infektion bei einer HLA-B27 positiven Person ist.

2. Ähnlich weist die Anwesenheit von anti-Proteus Antikörpern bei RA Patienten in vielen Ländern wieder darauf hin, dass RA eine reaktive Arthritis im Anschluss an eine Proteus Infektion bei einer HLA-DR1/DR4 Person ist.

Klinische Rheumatologie der Zukunft

Die empirischen Zusammenhänge zwischen MB, HLA-B27 und Klebsiella auf der einen Seite und RA, HLA-DR1/DR4 und Proteus auf der anderen Seite, schlagen einen völlig neuen Ansatz für die Praxis der Rheumatologie in der Zukunft ein.
Die spezifischen Immunogenetischen und mikrobiologischen Entdeckungen der letzten zwei Jahrzehnte in MB und RA, bieten einen Rahmen, wobei das Frühstadium dieser Krankheiten festgestellt werden kann, bevor radiologische Veränderungen aufgetreten sind, sowie Untersuchungen der Reaktionen auf die frühe Behandlung in prospektiven Langzeitstudien.
Es ist nicht ausgeschlossen, dass eine frühzeitige therapeutische Intervention den Krankheitsverlauf von MB oder RA moduliert oder verringert, vergleichbar mit der Situation der schnellen Behandlung von Streptokokken-Infektionen, die wahrscheinlich zur deutlichen Abnahme der Inzidenz des rheumatischen Fiebers beigetragen kann.
Wie könnte dies erreicht werden?
Jeder Patient mit rheumatischen Symptomen (Rückenschmerzen, Gelenkschmerzen oder Arthritis, Fibro-Muskelschmerzen, Morgen Muskelsteifheit, Erguss) sollte bei ihrem/seinem ersten Besuch einer Abteilung für Rheumatologie auf das folgende untersucht werden:

a. Entzündlichen Aktivität (BSG und CRP-Serum)
b. HLA-Status (HLA-B27 und HLA-DR1/DR4)
c. Antikörper-Titer (IgA-anti-Klebsiella-und IgG-antiproteus Ebenen).
Die Ergebnisse einer Blutprobe würde dem potenziellen Patienten, eine der vier taxonomischen Kategorien zuordnen:
1. B27-Gruppe, die zu MB führen kann
2. DR1/DR4 Gruppe, die zu RA führen kann,
3. Überschnittene-Gruppe mit beidem B27 und DR1/DR4
4. Eine „Kontroll“ Gruppe ohne prädisponierende B27 oder DR1/DR4 Moleküle.

Die serielle Messungen der Akut-Phase-Reaktanten, und antibakteriellen Antikörper würden objektive Laborparameter vorlegen, die im Zusammenhang mit klinischen und radiologischen Eigenschaften hervorgehoben, und in Längs-Studien und Reaktionen auf therapeutische Interventionen in doppel-blind Kreuzversuchen evaluiert (bewertet) werden.
Die wichtigste Frage, die durch diese Studien beantwortet werden sollte ist, ob eine Reduktion der anti-bakteriellen Titer bei entweder B27 oder DR1/DR4-positiven Patienten, eine Verzögerungen oder Änderung des klinischen Verlaufs von MB oder RA hervorruft. Solche Untersuchungen können nicht bei Patienten mit fortgeschrittenen radiologischen Veränderungen ausgeführt werden, wenn der Schaden irreversibel und dauerhaft ist. Nur die Bestimmung des HLA Status würde mögliche Patienten mit genetischen Prädispositionen identifizieren, die Umweltschadstoffen ausgesetzt worden sein können, welche anscheinend eine Verbindung zu entzündlichen Krankheiten habrn, welche mit MB und RA assoziiert werden kann.
Es kann zwar romantisch sein, vorzuschlagen, dass entzündliche Arthritis mit allgemeinen Mikroben, die wir alle besitzen, verbunden sein könnte, aber vorzuschlagen das „komplexe Kaskaden von CD-Nummern und Interleukine“ (24) speziell RA definieren, ist eindeutig falsch, da diese Funktionen zu „Entzündungen“ gehören, ein gängiges Verfahren, üblich bei aktiven MB und RA.

Quellen

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