T cell responses to putative antigens and downregulation of cytokine production by infliximab in ankylosing spondylitis patients

Abstract

The pathogenesis of two important inflammatory rheumatic diseases, RA and AS, is not clear. In both diseases an immune response against an unknown putative antigen could play a crucial role. T cell responses to antigens derived from bacteria such as klebsiella or to autoantigens derived from the cartilage such as proteoglycan have been tested, but no convincing evidence for their involvement in the pathogenesis has been obtained so far. In this study, I applied the more sensitive and more specific technique of antigen-specific cytometry to investigate the T cell response to h-hsp60 and y-19kd as well as various cartilage-derived autoantigens. Taking IFNg-secretion of CD4+ T cell as primary outcome parameter, I set out to quantify the antigen specific T cell response in peripheral blood and synovial fluid of patients with AS or RA, and controls to answer the questions which antigen-specific T cells are detectable in AS patients and compare this to RA patients and controls. The results indicate that a similar T cell response to h-hsp60 and y-19kd is present in patients with AS and RA compared to healthy controls, which suggests that these two antigens are not primarily involved in the pathogenesis of AS and RA. For cartilage-derived autoantigens, on the basis of the relative frequency of IFNg+ cells among CD4+ T cells, the results showed that the G1 domain of the proteoglycan aggrecan is recognized by almost two thirds of patients with AS (61.7%) and half of the investigated patients with RA (54.5%). In contrast, normal healthy individuals showed a reactivity only in a few cases (10%). No T cell responses to HC gp39 and collagen II was observed in AS-patients in the present study. Importantly, the response of synovial fluid CD4+ T cells to the G1-domain was shown to be significantly higher compared to PB. Further analysis indicated that two T cell epitopes of G1 domain were identified to be immunodominant in AS: AA residues 292 to 309 and 252 to 269. These data suggest that the G1 domain of aggrecan could be a target of the immune response in AS. A further aim of this study was to assess the possible effect of anti-TNFa treatment on the capacity of T cells and macrophages to produce cytokines. Treatment of active ankylosing spondylitis with the monclonal anti-TNFa antibody infliximab is clinically highly effective. The precise mechanism of action, however, is not known. I investigated the cytokine response in 20 active AS patients during infliximab therapy. The results indicated that infliximab could downregulate the T cell (but not macrophage) production of the proinflammatory cytokines IFNg and TNFa at week 6 and 12, but no effect on IL4- and IL10-production was seen. This downregulation of the proinflammatory cytokines is probably a relevant mechanism for the clinical efficacy.

Die Pathogenese bei zwei wichtigen rheumatisch-entzündlichen Erkrankungen, der ankylosierenden Spondylitis (AS) und der rheumatoiden Arthritis (RA), ist bislang nicht klar. Bei beiden Erkrankungen könnte ein bislang nur postuliertes, unbekanntes Antigen eine entscheidende Rolle spielen. T Zell Antworten gegen Antigene von Bakterien, z.B von Klebsiella oder gegen. Autoantigene aus Knorpelgewebe, wie z.B. vom Proteoglycan, wurden früber bereits untersucht. Bisherige Untersuchungen haben aber keine überzeugende Evidenz für die Beteiligung von Proteoglycan-Autoantigen bei der Pathogenese erbracht. In meiner promotionsarbeit wandte ich daher die sensitivere und spezifischere Technik der Antigen-spezifischen Zytometrie an, um die T Zell Antwort gegen h-hsp60 und y-19kD zu untersuchen, wie auch gegenüber unterschiedlichen, aus Knorpel stammenden Autoantigenen bei AS- und zum Teil auch bei RA-Patienten. Durch IFNg-Sekretion bei CD4+ T-Zellen als primären Parameter quantifizierte ich die Antigen-spezifische T Zell Antwort im peripheren Blut und in der Synovial-Flüssigkeit bei Patienten mit AS, RA und bei Kontroll-Individuen, um die Frage zu beantworten, welche Antigen- spezifischen T Zellen bei AS-Patienten im Vergleich zu RA-Patienten und Kontrollen auftreten. Die Ergebnisse zeigen, dass im Vergleich zu gesunden Kontrollen eine ähnliche T-Zell Antwort gegenüber h-hsp60 und y-19kD auch bei Patienten mit AS oder RA auftritt, was nahelegt, dass diese beiden Antigene nicht die Antigene sind, die primär eine Rolle in der Pathogenese der AS oder RA spielen. Für die Knorpel-Autoantigene zeigte sich, dass auf der Basis der relativen Frequenzhäufigkeit von IFNg+ produzierenden CD4+ T Zellen die G1-Domäne des Proteoglycan-Aggrecan bei mehr als zwei Dritteln der Patienten mit AS (61.7%) und bei der Hälfte der untersuchten Patienten mit RA (54.5%) erkannt wurde. Im Gegensatz dazu zeigten gesunde Probanden nur eine Reaktivität in einigen wenigen Fällen (10%). Keine T Zell Antwort wurde hingegen bei dieser Untersuchung bei AS-Patienten gegenüber gp39, einem humanen Knorpel-Protein und gegenüber Collagen II gefunden.Wichtig dagegen, die Immunantwort von CD4+ T Zellen aus der Synovial-Flüssigkeit gegenüber der G1-Domäne war signifikant höher als im Vergleich zu der von CD4+ T-Zellen aus peripherem Blut (PB). Weitere Analysen bestätigten, dass zwei T Zell Epitope aus der G1-Domäne bei AS-Patienten immundominant waren: die Aminosäuren-(AA)-Fragmente 292-309 und 252-269. Diese Befunde führen zu der Vermutung, dass die G1 Domäne des Aggrecan eine Zielstruktur für die Immunantwort bei AS-Patienten sein könnte. Ein weiteres Ziel dieser Untersuchung war es, den möglichen Effekt einer anti-TNFa Behandlung bei AS- Patienten hinsichtlich der Produktion von Zytokinen durch ihre T Zellen und Makrophagen zu bestimmen. Die Behandlung von aktiver ankylosierender Spondylitis mit dem monoklonalen anti-TNFa Antikörper Infliximab ist klinisch hoch effektiv. Der genaue Wirkmechanismus ist dagegen noch unbekannt. Ich untersuchte die Zytokin-Antwort bei 20 Patienten mit aktiver AS während ihrer Infliximab-Therapie. Die Ergebnisse zeigen, dass Infliximab bei T-Zellen (aber nicht bei Makrophagen) die Produktion der proinflammatorischen Zytokine IFNg und TNFa in der 6. und 12. Woche herunterregulieren konnte, hingegen kein Effekt auf die IL-4 und IL-10 Produktion zu sehen war. Die Herunterregulation der proinflammatorischen Zytokine stellt wahrscheinlich einen bedeutsamen Mechanismus für die Klinik dar.