Funktionelle Antikörper binden spezifisch an einen Oberflächenrezeptor einer Zelle und modulieren oder stimulieren diesen. Nicht nur die Blockade des Rezeptors und die Verhinderung der Bindung des natürlichen Agonisten sind möglich (z.B. Typ I-Anti-Intrinsischer Faktor-Antikörper), sondern auch ein aktiver Einfluss auf die Zellfunktion [1]. Anti-Acetylcholinrezeptor-Antikörper zum Beispiel verursachen die Internalisierung des Rezeptors an der postsynaptischen Membran von Skelettmuskelfasern und führen zum Krankheitsbild des Myasthenia gravis. Bei der Basedow-Krankheit hingegen stimulieren Antikörper den TSH (thyroid stimulating hormone)-Rezeptor der Schilddrüse, die mit der Produktion der Schilddrüsenhormone reagiert.

Natürliche und Erkrankungen-assoziierte Autoantikörper

Autoantikörper sind Immunglobuline, die an körpereigene Antigene binden [2]. Natürliche Autoantikörper können im Serum von Gesunden gefunden werden [3]. Diese Antikörper werden unabhängig von exogenen Antigenen von B-1-Lymphozyten gebildet [4]. Die meisten Autoantikörper sind vom Isotyp IgM, aber auch IgG und IgA sind vertreten. Sie besitzen mäßige Affinität und sind oftmals polyreaktiv [4]. Natürliche Autoantikörper sind Teil des angeborenen Immunsystems. Sie reagieren nicht nur auf Selbstantigene, sondern auch auf diverse infektiöse Partikel. Insbesondere das Erkennen konservierter bakterieller Antigensequenzen deutet auf eine wichtige Rolle der natürlichen Autoantikörper für den schnell verfügbaren Immunschutz des Organismus [5].

Natürliche Autoantikörper reagieren auch auf Selbstantigene, die Ziele Autoimmunerkrankungen-assoziierter Antikörper darstellen. Einzige bisher bekannte Unterschiede liegen in der Quantität und der genauen Epitopspezifität [6]. Dysregulationen der physiologischen Immunantwort können dazu führen, dass sich aus unfunktionellen natürlichen Autoantikörpern eine Autoimmunkrankheit entwickelt [4].

Autoantikörper, die durch verschiedenartige pathogene Effekte Zellen und Gewebe schädigen, verursachen oder begleiten Autoimmunkrankheiten. Nachweis und Quantifizierung dieser Antikörper dienen der Diagnose (Antiphospholipid-Antikörper), der Beurteilung des Krankheitsverlaufs (Anti-dsDNA-Antikörper) [1], und ermöglichen zum Teil prognostische Aussagen (z.B. Diabetes [7], Rheumatoide Arthritis [8], Systemischer Lupus erythematodes [9]). Unterschiedliche Mechanismen können Autoantikörper pathogen machen: Aktivierung von Zytotoxizität, Bindung an Rezeptoren an der Oberfläche von Zellen (siehe 1.1.1), Bildung von Immunkomplexen, Translokation intrazellulärer Antigene an die Zelloberfläche, Eindringen in lebende Zellen oder Bindung an extrazelluläre Moleküle [1].

Autoantikörper gegen G-Protein-gekoppelte Rezeptoren

Autoantikörper gegen G-Protein-gekoppelte Rezeptoren kommen vermehrt bei Patienten mit verschiedenen Herz-Kreislauf-Erkrankungen vor (siehe Tab. 1). Insofern eine agonistische Aktivität der Autoantikörper am betreffenden Rezeptor nachgewiesen kann, stellen diese Antikörper einen pathogenetischen Faktor dar. Stimulationen von intrazellulären Signalkaskaden und Effekte auf Zellfunktionen konnten bereits mehrfach nachgewiesen werden [10, 11, 12, 13, 14]. Erste Studien zum Entfernen der spezifischen Autoantikörper aus dem Blut der Patienten durch Immunadsorption lieferten positive Ergebnisse: Im Falle von Autoantikörpern gegen den β₁-adrenergen Rezeptor konnte durch Immunadsorption der Krankheitsverlauf bei Patienten mit DCM (dilatative Kardiomyopathie) aufgehalten werden und der Zustand der Patienten besserte sich [15, 16, 17]. Autoantikörper gegen den Angiotensin II-Rezeptor Typ I scheinen einen pathologischen Faktor bei refraktärer Nierentransplantat-Abstoßung darzustellen [18].

Rezeptor

Vorkommen bei …

Prävalenz des A u toant i körpers

Referenzen

α₁-AR

Hypertonie

44 %

Fu et al., 1994 [14]

Luther et al., 1997 [20]

β₁-AR

DCM (dilatative Kardiomyopathie)

80 %

Wallukat et al., 2000 [21]

β₁-AR

Myocarditis

80 %

Wallukat et al., 1991 [12]

β₁-AR

Chagas-Krankheit

29 %

Elies et al., 1996 [22]

β₂-AR

Chagas-Krankheit

12 %

Sterin-Borda et al., 1988 [23]

β₂-AR

allergisches Asthma

keine Daten

Wallukat et al., 1987 [24], 1991 [13]

AT1

Präeklampsie

100 %

Wallukat et al., 1999 [25]

AT1

maligne Hypertonie

14-33 %

Fu et al., 2000 [26]

AT1

akzelerierte vaskuläre Nierenabstoßung

keine Daten

Dragun et al., 2002 [27]

M₂-musc. Rezeptor

DCM

30 %

Fu et al., 1993 [28]

5-HT₄

SLE (system. Lupus erythematodes)

keine Daten

Eftekhari et al., 2000 [29]

nikotinerger Ach-Rezeptor

Myasthenia gravis

90 %

Lewis et al., 1995 [30]

TSH-Rezeptor

Basedow-Krankheit

>95 %

Costagliola et al., 1999 [31]

Tab. 1: Autoantikörper gegen G-Protein-gekoppelte Rezeptoren [19].

Das Raynaud-Syndrom ist benannt nach dem Pariser Arzt Maurice Raynaud (1834-1881). Die Symptome sind „durch Vasokonstriktion (Gefäßkrämpfe) bedingte, anfallsweise auftretende Ischämiezustände meist an den Arterien der Finger“ [32]. Die typischen Anzeichen für so einen Anfall sind zunächst ausgeprägte Blässe, dann aufgrund der Mangeldurchblutung eine Zyanose (Blaufärbung des Gewebes) und anschließend eine Rötung des Gewebes durch eine „schmerzhafte reaktive Hyperämie“ [32]. Es wird unterschieden zwischen dem Primären und dem Sekundären Raynaud-Syndrom:

Das primäre Raynaud-Syndrom kann durch endo- und exogene Noxen ausgelöst werden oder durch psychische Belastung [32]. Oft wird durch Kälte ein Anfall induziert [33]. Es ist „primär (…) eine Angioneurose“ bei konstitutionell-genetischer Disposition [32]. Dieses Syndrom kommt bei Frauen häufiger vor als bei Männern (4:1) [32]. Im Extremfall kann es zur Nekrose der betroffenen Region kommen.

Das Sekundäre Raynaud-Syndrom tritt auf „bei Thrombangiitis obliterans, progressiver Sklerodermie, Arteriosklerose, Halsrippen- und Scalenus-anterior-Syndrom, Kryoglobulinämie, Kälteagglutininkrankheit, nach verschiedenen Traumen (…) und Intoxikationen (…)“ [32]. Auch Medikamente, starke Vibrationen oder das Hypothenar-Hammer-Syndrom können das Raynaud-Syndrom hervorrufen [33].

Abb. 1: Nekrotische Fingerspitze eines Patienten mit Raynaud-Syndrom, mit freundlicher Genehmigung von Prof. Dr. Thomas Harrer, Universität Erlangen

Die Urtikaria (Nesselsucht) ist ein durch Histamin vermitteltes, stark juckendes Exanthem [32]. Sie kann durch physikalische Einflüsse (z.B. Licht, Kälte, Wärme, Wasser); allergische Mechanismen (IgE-vermittelt); durch Intoleranz gegenüber Medikamente, Kosmetika usw. oder durch Stress hervorgerufen werden [32]. Die physikalische Urtikaria ist keine Allergie [32]. Doutre et al. beschreibt ausführlich die Rolle von Immunzellen und deren freigesetzten Mediatoren bei der Pathophysiologie von Urtikaria [34].

Koronare Herzkrankheit und Angina pectoris

Die koronare Herzkrankheit (KHK) zeichnet sich aus durch atherosklerotische Herzkranzgefäße. Thrombusbildung und Leukozyten-Infiltration der Gefäßwände können zu einem Angina-Pectoris-Anfall führen. Furman et al. wiesen in Patienten mit stabiler KHK einen erhöhten Anteil zirkulierender aktivierter (degranulierter) Thrombozyten und Monozyten-Thrombozyten-Aggregate nach [35]. Golino et al. beschreiben Zusammenhänge zwischen intrakoronarer Thrombose an atherosklerotischen Plaques und thrombozytären Mediatoren, die zusätzlich die koronare Vasokonstriktion fördern [36]. Die Rolle von Thrombozyten bei der unstabilen Angina pectoris wird u.a. beschrieben von Machado et al. [37].

Die Angina pectoris ist eine „akute Koronarinsuffizienz mit plötzlich einsetzenden, Sekunden bis Minuten anhaltenden Schmerzen im Brustkorb (…), die in die linke (rechte) Schulter-Arm-Hand-Region bzw. Hals-Unterkiefer-Region ausstrahlen, häufig gürtelförmiges Engegefühl um den Brustkorb mit Erstickungsanfall und Atemnot bis zu Vernichtungsgefühl und Todesangst“ [32]. Die Ursachen können sein koronare Herzkrankheit, Koronarspasmen oder Störungen des Blutflusses durch Stenose, Herzrhythmus- oder Blutdruckstörungen [32]. Die Angina pectoris kann einen Herzinfarkt ankündigen. Neben der medikamentösen Behandlung kann das chirurgische Legen eines aortokoronaren Bypasses indiziert sein. Dabei wird meist eine autologe Arterie oder Vene als Verbindung zwischen Aorta und Koronararterie mit Umgehung der Gefäßstenose angelegt [32].

Pulmonale Hypertonie

Ein Hochdruck im Lungenkreislauf entsteht durch idiopathische Gefäßwandveränderungen (primäre, sehr seltene Form) oder bei Linksherzfehlern, Pulmonalvenenobstruktion, Lungenparenchymerkrankungen und Pulmonalarterienveränderungen (sekundäre Formen) [32]. Meist ist eine Rechts-Herzinsuffizienz die Folge mit stark eingeschränkter körperlicher Leistungsfähigkeit. Weitere Symptome sind „Kreislaufstörungen, Angina pectoris, Raynaud-Syndrom, periphere Ödeme und Müdigkeit“ [http://de.wikipedia.org/wiki/Pulmonale_Hypertonie]. Häufig beobachtet werden thrombotische Läsionen, anhaltende Vasokonstriktion und strukturelle Veränderungen der pulmonalen Arterien [38].

Für die Therapie der PAH (Pulmonale Arterielle Hypertonie) werden in Deutschland zur Zeit die Endothelin-Antagonisten Bosentan und Sitaxsentan, das Prostanoid Iloprost-Aerosol und der Phosphodiesterase-5-Inhibitor Sildenafil empfohlen, neuerdings auch der selektive ET(A)-Rezeptor-Antagonist Sitaxsentan [39, 40, 41].

PARs sind Membranproteine mit sieben transmembranalen Domänen. Der NH₂-Terminus liegt extrazellulär, der COOH-Terminus intrazellulär. Die Serin-Protease interagiert mit dem Rezeptor an der Erkennungssequenz und spaltet den Rezeptor spezifisch am NH₂-Terminus. Die Peptidsequenz am neu entstandenen NH₂-Terminus wirkt wie ein rezeptoreigener Ligand und führt zur Selbstaktivierung des Rezeptors. Nach einer Konformationsänderung des Rezeptors erfolgt die Aktivierung eines G-Proteins in der Plasmamembran [44]. Peptide, die der rezeptoreigenen Ligandensequenz entsprechen, können ohne Spaltung durch eine Protease den Rezeptor aktivieren. Das in dieser Arbeit verwendete Peptid SFLLRN aktiviert auf diese Weise PAR1 und PAR2 [60].

Abb. 2 zeigt eine schematische Darstellung von PAR1 [61]. Dessen Aktivierung kann durch jede Protease erfolgen, die zwischen Arg⁴¹ und Ser⁴² spaltet. Das können außer Thrombin auch Faktor VIIa und Faktor Xa/APC (anticoagulant-activated protein C) sein [61]. Andere Protease-Spaltungsstellen dienen möglicherweise der Beendigung des Signals vom aktivierten Rezeptor neben der Rezeptorinternalisierung [62] oder verhindern dessen Aktivierung [63, 64].

Abb. 2: Schematische Darstellung von PAR1 [61]. Aufgeführt sind mögliche Spaltungsstellen von Proteasen [65]. Blau: Domäne mit Einfluss auf Bindung und Katalyse von Thrombin. Grün: rezeptoreigener Ligand. Pink: Thrombin-Bindungsstelle. Rot: Cluster saurer Aminosäuren. Lila: mutmaßliche Liganden-Bindungsstelle. Grün gefüllt: Aminosäuren in der mutmaßlichen Liganden-Bindungsstelle, bei denen eine Alanin-Substitution zu einer defekten PAR1-Aktivierung durch SFLLRN führt aber nicht durch Thrombin [66]. Rot gefüllt: Serin- oder Threoninreste als mögliche Phosphorylierungsstellen der G-Protein-gekoppelten Rezeptorkinase. Rot umkreiste Aminosäuren C-terminal: Motiv für Verschiebung und Internalisierung von PAR1.

Rezeptor

G-Protein

intrazelluläre Signa l kaskade

Referenzen

PAR1

G_12/13

Rho-abhängige Veränderungen des Zytoskeletts

Vouret-Craviari et al. 1998 [67]

G_q

Phospholipase C, IP3, DAG, Ca²⁺, Proteinkinase C, MAPK etc.

Taylor et al. 1991 [68]

G_i

Inhibition der Adenylatcyclase

Katada et al. 1984 [69], Levitzki und Bar-Sinai 1991 [70]

PAR2

G_q/G₁₁

Phospholipase C, IP3, DAG, Ca²⁺, Proteinkinase C, MAPK etc.

Nystedt et al. 1995 [71], Belham et al. 1996 [49], Sabri et al. 2000 [72]

G₀/G_i

Ca²⁺, Inhibition der Adenylatcyclase

Schultheiss et al. 1997 [73], Yu und Hinkle 1997 [74], MacFarlane et al. 2001 [75]

PAR3

keine Angabe

IP3, DAG

Ishihara et al. 1997 [55]

PAR4

G_q

siehe oben

Xu et al. 1998 [56]

G_12/13

siehe oben

Tab. 3: Mechanismen der Signaltransduktion von PARs

Funktionen von PARs im Herz-Kreislauf- und Immunsystem

Bei humanen Thrombozyten ist PAR1 gegenüber PAR4 der bedeutendere Thrombinrezeptor. Schon geringe Thrombinkonzentrationen führen zu einer Thrombozytenaktivierung über PAR1. Bei Blockade von PAR1 erfolgt die Aktivierung über PAR4 nur mit hohen Thrombinkonzentrationen [76]. Thrombin bewirkt den Formenwandel (shape change), die Granulaentleerung [77] und die Synthese und Ausschüttung von Thromboxan A₂ [78]. Außerdem wird P-Selektin mobilisiert und CD40-Ligand wird an die Thrombozytenoberfläche befördert [79]. Das Integrin αIIb/β3 wird aktiviert [80], was die Thrombozytenaggregation einleitet. Thrombin fördert die prokoagulatorische Aktivität an der Thrombozytenoberfläche [81].

Thrombin aktiviert Endothelzellen und fördert so die Anheftung von Thrombozyten und Leukozyten [82]. Durch einen Formenwandel der Endothelzellen können Plasmaproteine aus dem Gefäß austreten und Ödeme werden gefördert [83, 84]. Vermittelt über das Endothel bewirkt Thrombin eine Vasodilatation [82]. Mirza et al. zeigten, dass die Aktivierung von PAR2 an Endothelzellen mitogene Effekte hervorruft [85]. Sowohl die Aktivierung von PAR1 als auch von PAR2 an Endothelzellen induziert eine erhöhte TF (tissue factor)-Aktivität [86].

Es konnte gezeigt werden, dass Thrombin an glatten Gefäßmuskelzellen in vitro über die intrazellulären Signalwege der MLCK (myosin light chain kinase) und der MAPK (mitogen-activated protein kinases) eine Kontraktion auslöst [87]. Außerdem reguliert Thrombin an glatten Gefäßmuskelzellen die Zytokinproduktion und wirkt mitogen [82].

Thrombin kann pro- und antiinflammatorische Effekte hervorrufen [88]. Vergnolle et al. konnten zeigen, dass die Aktivierung von PAR1 Ödeme fördert. Die Aktivierung von Mastzellen spielt dabei eine bedeutende Rolle. Antiinflammatorische Thrombin-Effekte unabhängig von PAR1 wurden ebenso beobachtet, der Mechanismus konnte jedoch bisher nicht geklärt werden [88]. Die Aktivierung von PAR2 an Endothelzellen und inflammatorischen Zellen bewirkt eine Entzündungsreaktion mit Ödembildung und Granulozyteninfiltration, zum großen Teil unabhängig von einer Mastzellaktivierung [89]. PAR1- und PAR2-Agonisten induzieren die Ausschüttung von IL-6 aus T-Lymphozyten [47]. Thrombin verstärkt die Zytotoxizität von NK (natural killer)-Zellen, jedoch inhibiert Thrombin auch die Zytotoxizität von LAK (lymphokine activated killer)-Zellen [90].

Monozyten und Makrophagen zeigen durch Stimulation mit Thrombin eine erhöhte Expression von MCP-1 (monocyte chemoattractant protein-1) [46]. Des Weiteren erhöht Thrombin an diesen Zellen die Produktion diverser proinflammatorischer Zytokine und stimuliert die Phagozytoseaktivität [91, 92]. Außerdem führt Thrombin zu einer verstärkten monozytären Expression von PF4 (platelet factor 4), PBP (platelet basic protein) und MIP1α (macrophage-inflammatory protein-1α) [92].

Auch die Funktion von Nervenzellen wird über PAR1 und PAR2 moduliert [93]. Die Ausschüttung der inflammatorischen Neuropeptide CGRP (calcitonin gene-related protein) und SP (Substanz P) fördert die Ödembildung [94].

Die Rezeptoren ET(A) und ET(B) können je nach Zelltyp an ein G_s-, G_i- oder G_q-Protein gekoppelt sein [105]. Wie von Sugden und Clerk [106] anhand von Herzmuskelzellen beschrieben stimuliert die Bindung von ET-1 an den G_q-gekoppelten ET(A)-Rezeptor die Hydrolyse von Phosphatidylinositol-4, 5-bisphosphat zum membranständigen Diacylglycerol (DAG) und löslichen Inositol-1, 4, 5-triphosphat. Es folgt die DAG-abhängige Aktivierung der Proteinkinase C (PKC). Das membrangebundene kleine G-Protein Ras wechselt die Bindung von GDP zu GTP. Über Ras-GTP werden MAPKKK (mitogen-activated protein kinase kinase kinases) der Raf-Familie aktiviert. Die MAPK ERK1/2 (extracellular signal-regulated kinases 1/2) werden phosphoryliert, etwas verzögert auch die MAPK cJNK (c-Jun N-terminal kin a se) und p38 [106]. Versuche von Arai et al. mit kultivierten neonatalen Kardiomyozyten der Ratte weisen auf die Aktivierung von JNK über G_12/13 und G_q einerseits und die Aktivierung von ERK über G_i und die G_βγ-Untereinheit andererseits [107].

ET-1 aktiviert über ET(A) die zytosolische Phospholipase A₂ (cPLA₂) über PKC und ERKs wie gezeigt für glatte Gefäßmuskelzellen der Ratte [108]. Anhand humaner glatter Muskelzellen des Perikardiums konnte nach ET(A)-Stimulation eine PLA₂-vermittelte Arachidonsäure-Ausschüttung nachgewiesen werden [109]. Für choroidale arterielle Muskelzellen konnte gezeigt werden, dass ET-1 über den Rezeptor ET(A) einen Ca²⁺-aktivierten Cl^—Einstrom erzeugt [110].

Funktionen von ET(A) im Herz-Kreislauf- und Immunsystem

Die Produktion und Ausschüttung von Endothelin-1 aus Endothelzellen wird u.a. durch hämodynamische Kräfte, Zytokine und Thrombin stimuliert [101, 98]. Endothelin-Rezeptoren regulieren Vasokontraktion und –dilatation. Die Kontraktion wird über ET(A) an glatten Gefäßmuskelzellen ausgelöst, während über ET(B) an Endothelzellen die Ausschüttung von NO und Prostazyklin vermittelt wird [111]. Endothelin-1 induziert in physiologischer Konzentration die Kontraktion durch die Aktivierung nicht-selektiver Kation-Kanäle und daraus resultierender Erhöhung des zytosolischen Calciumionen-Levels [112, 113, 101]. NO inhibiert die ET-1 induzierte Kontraktion [114].

Thrombozyten besitzen die Rezeptoren ET(A) und ET(B), jedoch sind Effekte von Endothelin-1 an Thrombozyten umstritten [115]. Auch das Wachstum vieler Zellarten, z.B. von Thymuszellen, Endothelzellen und glatten Muskelzellen, wird von Endothelin-1 angeregt. Dies geschieht hauptsächlich über den Rezeptor ET(A) [101, 116].

Anhand eines Mausmodells einer allergischen Entzündung demonstrierten Sampaio et al. den Beitrag von Endothelin zu allergischen Reaktionen durch Akkumulation von Neutrophilen Granulozyten und T-Lymphozyten [117]. Zusätzliche antigene Stimulation führte zu verstärkter, ET(A)-abhängiger Migration von Eosinophilen Granulozyten und Mononukleären Zellen [117]. Laut Guruli et al. sind ET-1 und die Rezeptoren ET(A) und ET(B) essentiell für die Reifung und Funktion von Dendritischen Zellen [118].

Es ist allgemein anerkannt, dass Endothelin bei vielen Gefäßerkrankungen eine Rolle spielt: Bei Herzerkrankungen, Pulmonaler Hypertonie, Spasmen von Blutgefäßen im Gehirn, akutem Nierenversagen und essentieller Hypertonie ist der Plasma-Endothelin-1-Level erhöht und Endothelin-Rezeptor-Antagonisten führen zu einer Verbesserung der Symptomatik [119, 120]. Bousette und Giaid diskutierten die Rolle von Endothelin-1 bei Vaskulopathien durch Induktion von Vasokonstriktion, Mitogenese, Adhäsion von Neutrophilen Granulozyten, Thrombozyten-Aggregation und einer vermehrten Bildung reaktiver Sauerstoffspezies [121].