Elektrokrampftherapie: Untersuchung zum Monitoring, zur Effektivität und zum pathischen Aspekt (Monographien aus dem Gesamtgebiete der Psychiatrie)

Monographien aus dem Gesamtgebiete der Psychiatrie Band 114

Monographien aus dem Gesamtgebiete der Psychiatrie Herausgegeben von H. Saß, Aachen · H. Sauer, Jena · F. Müller-Spahn, Basel Band 94: Elektrokrampftherapie Untersuchungen zum Monitoring, zur Effektivität und zum pathischen Aspekt Von H. W. Folkerts (ISBN 3-7985-1204-3) Band 95: Der Nerve Growth Factor bei neuropsychiatrischen Erkrankungen Ein pleiotroper Modulator mit peripherer und zentralnervöser Wirkung Von R. Hellweg (ISBN 3-7985-1205-1) Band 96: Aufklärung und Einwilligung in der Psychiatrie Ein Beitrag zur Ethik in der Medizin Von J. Vollmann (ISBN 3-7985-1206-X) Band 97: Tabakabhängigkeit Biologische und psychosoziale Entstehungsbedingungen und Therapiemöglichkeiten Von A. Batra (ISBN 3-7985-1212-4) Band 98: Die psychosozialen Folgen schwerer Unfälle Von U. Schnyder (ISBN 3-7985-1213-2) Band 99: Körperliche Aktivität und psychische Gesundheit Psychische und neurobiologische Effekte von Ausdauertraining bei Patienten mit Panikstörung und Agoraphobie Von A. Brooks (ISBN 3-7985-1240-X) Band 100: Das dopaminerge Verstärkungssystem Funktion, Interaktion mit anderen Neurotransmittersystemen und psychopathologische Korrelate Von A. Heinz (ISBN 3-7985-1248-5) Band 101: Versorgungsbedarf und subjektive Sichtweisen schizophrener Patienten in gemeindepsychiatrischer Betreuung Evaluationsstudie im Jahr nach Klinikentlassung in der Region Dresden Von Th. Kallert (ISBN 3-7985-1263-9) Band 102: Psychopathologie von Leib und Raum Phänomenologisch-empirische Untersuchungen zu depressiven und paranoiden Erkrankungen Von Th. Fuchs (ISBN 3-7985-1281-7) Band 103: Wahrnehmung der frühen Psychose Untersuchungen zur Eigen- und Fremdanamnese der beginnenden Schizophrenie Von M. Hambrecht (ISBN 3-7985-1292-2) Band 104: Schizophrenien prälingual Gehörloser Eine Untersuchung im lautlosen Kompartiment des „menschengemeinsamen Raums“ Von K. Schonauer (ISBN 3-7985-1348-1)

Band 105: Zur Emotions/Kognitions-Kopplung bei Störungen des Affekts Neurophysiologische Untersuchungen unter Verwendung ereigniskorrelierter Potentiale Von D. E. Dietrich (ISBN 3-7985-1347-3) Band 106: Neuronale Korrelate psychopathologischer Symptome Denk- und Sprachprozesse bei Gesunden und Patienten mit Schizophrenie Von T. Kircher (ISBN 3-7985-1377-5) Band 107: Familienbefunde bei zykloiden Psychosen und manisch-depressiver Erkrankung Ein Beitrag zur Nosologie bipolarer phasischer Psychosen Von B. Pfuhlmann (ISBN 3-7985-1420-8) Band 108: Geschlechtsspezifische Unterschiede der schlafendokrinen Regulation und deren Bedeutung für die Pathophysiologie der Major Depression Von I. A. Antonijevic (ISBN 3-7985-1487-9) Band 109: Serotonin und akustisch evozierte Potentiale Auf der Suche nach einem verläßlichen Indikator für das zentrale 5-HT-System Von G. Juckel (ISBN 3-7985-1513-1) Band 110: Psychiatrie der Brandstiftung Eine psychopathologische Studie anhand von Gutachten Von W. Barnett (ISBN 3-7985-1519-0) Band 111: Zerebrale Korrelate klinischer und neuropsychologischer Veränderungen in den Verlaufsstadien der Alzheimer-Demenz Untersuchungen mit der quantitativen Magnetresonanztomographie Von J. Pantel und J. Schröder (ISBN 3-7985-1603-0) Band 112: Effektivität der Ergotherapie im psychiatrischen Krankenhaus Mit einer Synopse zu Geschichte, Stand und aktueller Entwicklung der psychiatrischen Ergotherapie Von T. Reuster (ISBN 3-7985-1641-3) Band 113: Gefährlichkeitsprognosen Eine empirische Untersuchung über Patienten des psychiatrischen Maßregelvollzugs Von D. Seifert (ISBN 978-3-7985-1755-4) Band 114: Psychoimmunologische Forschung bei Alzheimer-Demenz Die Hypothese vorzeitiger Immunalterung als pathogenetischer Faktor Von E. Richartz-Salzburger (ISBN 978-3-7985-1786-8)

Elke Richartz-Salzburger

Psychoimmunologische Forschung bei Alzheimer-Demenz Die Hypothese vorzeitiger Immunalterung als pathogenetischer Faktor

Priv.-Doz. Dr. med. Elke Richartz-Salzburger Universitätsklinik für Psychiatrie und Psychotherapie Osianderstraße 24 72076 Tübingen

ISBN 978-3-7985-1786-8 Steinkopff Verlag Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Steinkopff Verlag ein Unternehmen von Springer Science+Business Media www.steinkopff.com © Steinkopff Verlag 2008 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Verlagsredaktion: Dr. Maria Magdalene Nabbe Umschlaggestaltung: Erich Kirchner, Heidelberg SPIN 12070138

80/7231 – 5 4 3 2 1 0 – Gedruckt auf säurefreiem Papier

In morbo pretium valetudinis cognoscitur Heraklit

Vorwort „Am Samstagnachmittag begannen im Hörsaale der hiesigen Psychiatrischen Klinik die Verhandlungen der 27. Versammlung der Südwestdeutschen Irrenärzte . . . Über einen eigenartigen schweren Krankheitsprozeß, der einen bedeutenden Schwund der Nervenzellen innerhalb von 4 1/2 Jahren verursachte, berichtete Priv. Doz. Dr. Alois Alzheimer aus München.“ Tübinger Chronik, 5. November 1906 Dieser Vortrag blieb laut Sitzungsprotokoll ohne Diskussion und „zu kurzem Referat nicht geeignet“. 100 Jahre später durchdringt die Bedeutung der 1911 nach ihrem Erstbeschreiber benannten Erkrankung das gesamte öffentliche Bewusstsein. Immer noch sind die Ursachen dieser Neurodegeneration nicht endgültig aufgeklärt, und die Erkrankung ist nicht heilbar. Die aufgrund der steigenden Lebenserwartung zunehmende Prävalenz der Alzheimerschen Krankheit als häufigste Demenzursache erfordert mit wachsender Dringlichkeit die Weiterentwicklung diagnostischer, therapeutischer und präventiver Maßnahmen. Neben dieser allgemeinen Herausforderung waren es die persönlichen Begegnungen mit den Patienten und Angehörigen, die mich zu der vorliegenden Arbeit anregten und motivierten. „. . . Ein Mensch besteht nicht nur aus dem Gedächtnis. Er verfügt auch über Gefühle und Empfindungen, über einen Willen und moralische Grundsätze – Dinge, über die die Neurophysiologie kein Urteil fällen kann. Und in diesem Bereich, jenseits der unpersönlichen Psychologie, finden Sie vielleicht eine Möglichkeit, den Patienten zu erreichen und eine Veränderung herbeizuführen . . .“ schreibt Alexander Lurija 1975 an Oliver Sacks angesichts eines vermeintlich hoffnungslosen Falls eines an globaler Amnesie erkrankten Patienten. Auch umgekehrt ist zu erleben, wie die Patienten in ihrer nicht-kognitiven Sprache von Leid und Hoffnung erzählen und menschliche Wärme und Dankbarkeit zurückgeben können. So wurden wir nicht nur durch naturwissenschaftlichen Forschergeist, sondern stets auch durch zutiefst menschliche Erfahrungen beflügelt. Ich möchte mich bei allen Patienten und ihren Angehörigen sowie den gesunden Studienteilnehmern bedanken, die an den Untersuchungen mitwirk-

VIII

ten. Die Arbeit wurde stets von der Hoffnung getragen, dass die Erkenntnisse der Alzheimer-Forschung uns auf dem Weg zu besserem Verständnis und zur Entwicklung wirksamer Therapien weiterbringen und damit allen Betroffenen dienen mögen. Persönlich danken möchte ich Herrn Professor Dr. Gerhard Buchkremer, Ärztlicher Direktor der Universitätsklinik Tübingen für Psychiatrie und Psychotherapie, für die Möglichkeit, Klinik, Wissenschaft und Familie zu verbinden und für seine Förderung meiner Habilitation. Der größte Dank geht an meine Familie, die mit großer Geduld und liebevoller Anteilnahme diese Arbeit mittrug. Hanna und Jakob ermöglichten durch ihr friedliches Säuglingsdasein den Fortgang der Arbeit und machten sie schließlich durch unvorhergesehene Manuskriptverschönerungen und Computertastenspiele sehr lebendig. Besonders danken möchte ich den Herausgebern der Monographien aus dem Gesamtgebiete der Psychiatrie, namentlich Prof. Dr. H. Saß sowie dem Steinkopff-Verlag, insbesondere Frau Dr. M. Nabbe, die die vorliegende Veröffentlichung ermöglichten und mich auf freundliche und erfrischende Weise unterstützten. Schließlich gedenke ich in tiefer Dankbarkeit meines allzu früh verstorbenen psychoimmunologischen Lehrers und Freundes, Professor Dr. Klaus Schott, ohne dessen Forderung und Förderung diese Arbeit nicht zustande gekommen wäre. Tübingen, München, im August 2007

Elke Richartz-Salzburger

Inhaltsverzeichnis 1 1.1 1.2 1.3 1.4

Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bidirektionale Beziehung zwischen Immunsystem und Gehirn Epidemiologische Bedeutung von Demenzerkrankungen . . . . Psychoimmunologische Forschung bei Alzheimer-Demenz . . . Anmerkung zur Terminologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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1 1 5 6 8

2 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4

Hypothesen zur Ätiopathogenese der Alzheimer-Demenz Amyloid-Hypothese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Genetische Faktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Immunologische Faktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Epidemiologische Faktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zerebrale immunologische Befunde . . . . . . . . . . . . . . . . Entzündungshypothesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beteiligung des peripheren Immunsystems . . . . . . . . . . .

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9 9 12 13 13 13 15 16

3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

Methodik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Periphere Immunzellen als Modell für Neuronen und Mikroglia Rekrutierung von Patienten und Kontrollpersonen . . . . . . . . . Untersuchungsmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Statistische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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20 20 21 22 23 24

4 4.1 4.2

Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Antikörper bei Alzheimer-Demenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Veränderungen der Cytokinexpression in Liquor und Serum bei Alzheimer-Demenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Veränderungen des zellulären Immunsystems bei Alzheimer-Demenz CD95 im Liquor und Serum von Alzheimer-Patienten . . . . . . . . . .

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25 25

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36 62 72

..... .....

82 82

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83 84 84 85 86 91

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92 94 94 96

4.3 4.4 5 5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.4 5.5 5.6 5.7 5.7.1 5.7.2

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Schlussfolgerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Methodenkritik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zusammenfassendes Ergebnis: Abnahme der immunologischen Reaktivität bei Alzheimer-Demenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weitere immunologische Veränderungen bei Alzheimer-Demenz Verminderte periphere Lymphozytenaktivität . . . . . . . . . . . . . Erhöhte periphere Lymphozytenaktivität . . . . . . . . . . . . . . . . Alzheimer-Demenz: Eine entzündliche Erkrankung? . . . . . . . . Immundefizit bei Alzheimer-Demenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zur Bedeutung antiinflammatorischer Substanzen in der Alzheimer-Therapie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alzheimer-Demenz: Eine systemische Erkrankung? . . . . . . . . Beteiligung des gesamten Immunsystems . . . . . . . . . . . . . . . Systemische Amyloidablagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

X

5.8 5.8.1 5.8.2 5.8.3 5.8.4 5.8.5

Hinweise für einen Kausalzusammenhang zwischen Immunschwäche und Alzheimer-Demenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mikrogliale Dysfunktion bei Alzheimer-Demenz . . . . . . . . . . . . . Reduktion von Amyloid durch Immunstimulation . . . . . . . . . . . . . Alter und Alzheimer-Demenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Molekulargenetische Befunde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alzheimer-Pathologie und M. Down . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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98 98 101 103 105 106

6

Zusammenfassung und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

108

7

Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

113

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Abkürzungsverzeichnis Ab AD APP BHS COX EDTA ELISA FACS FAD HPA-Achse ICAM IFL IQR LPS MAC MHC MMS NFT NK-Zellen NSAR PBMC PCR PHA TH-Zellen UKPP VD ZNS

Amyloid-b-Protein, b-Amyloid Alzheimer-Demenz amyloid-precursor-protein Blut-Hirn-Schranke Cyclooxygenase Ethylen-Diamin-Tetra-Acetat enzyme linked immune absorbent assay fluorescence-activated cell sorter Familiäre Form der Alzheimer-Demenz Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinde-Achse intercellular adhesion molecule Immunfluoreszenz-Test interquartile ranges, Quantilen-Ränge Lipopolysaccharid membrane attack complex major histocompatibility complex Mini Mental Status neurofibrillar tangles, neurofibrilläre Bündel Natürliche Killer-Zellen Nicht-steroidale Antirheumatika peripheral blood mononuclear cells, Mononukleäre Blutzellen polymerase chain reaction, Polymerase-Ketten-Reaktion Phythämagglutinin T-Helfer-Zellen Universitätsklinik für Psychiatrie und Psychotherapie Vaskuläre Demenz Zentrales Nervensystem

1

1

Einleitung: Psychoimmunologie und Alzheimer-Demenz

1.1

Bidirektionale Beziehung zwischen Immunsystem und Gehirn

Ein intuitives Wissen über funktionelle Zusammenhänge zwischen Psyche und Immunsystem ist in der Allgemeinbevölkerung fest verankert. Bereits in der Antike wussten viele Gelehrte, dass die geistige Haltung des Patienten eine deutliche Auswirkung auf die Prognose des Individuums hat, und die Begriffe „Geist; Verstand“ [ȞȠȣȢ] sowie „Seele; Leben“ [ȥȣȤȘ] wurde mit Suszeptibilität und Resistenz gegenüber Krankheit verbunden (Kollesch u. Nickel 1979). Wissenschaftliche Belege für diese Zusammenhänge zu liefern, ist genuiner Gegenstand psychoimmunologischer Forschung. Im Jahre 1925 demonstrierte Metalnikow experimentell die Verbindungen zwischen Immunsystem und Hirnrinde, ein Jahr später beschrieb er die klassische Konditionierung der Immunantwort (Metalnikow u. Chorine 1926). Klinische Beobachtungen zeigten wenig später, dass Stress mit einer relativen Mononukleose (Menkin 1928) und Angst mit Leukozytose einhergehen (Farris 1938). Dem gegenüber stand die bis vor wenigen Jahrzehnten gültige Auffassung, dass das zentrale Nervensystem einen „immunologisch privilegierten Raum“ darstellt ohne funktionelle Verbindungen mit dem als autonom betrachteten Immunsystem. Diese Annahme beruhte unter anderem auf der Beobachtung des Fehlens von lymphoidem Gewebe im ZNS sowie der Existenz der Blut-Hirn-Schranke, die als undurchlässig für immunkompetente Zellen galt. Dass die Vorstellung von unabhängig nebeneinander bestehenden Funktionssystemen des Organismus ein methodologisch bedingtes Artefakt darstellt, konnte in den letzten Jahrzehnten dank der Erkenntnisse aus neurobiologischen Nachbardisziplinen vielfach belegt werden. Die bidirektionale Kommunikation zwischen Immunsystem und ZNS erfolgt über verschiedene Mechanismen. Zum einen beeinflusst das ZNS über

2 Hormone der Hypophysen-Hypothalamus-Achse das Immunsystem. Zudem befinden sich Fasern des sympathischen Nervensystems in lymphatischem Gewebe, was eine direkte neuronale Übertragung von zentralnervösen Impulsen auf Immunzellen ermöglicht. So wirkt sich Stress sowohl über Efferenzen des sympathischen Nervensystems negativ auf die immunologische Kompetenz aus als auch über Freisetzung des immunsuppressiven Cortisols. Die individuelle Fähigkeit zur Stressbewältigung bzw. Entwicklung von Copingstrategien wirkt sich unter anderem auf die Infektanfälligkeit, den Verlauf von Autoimmunkrankheiten sowie auf die Überlebenszeit bei malignen Erkrankungen aus (Vuitton et al 1999). Umgekehrt können Immunmediatoren wie Cytokine, aber auch Immunzellen die Blut-HirnSchranke überwinden, die bei weitem nicht so undurchlässig ist wie ursprünglich angenommen (Wekerle et al. 1986). Nervenzellen verfügen über Cytokinrezeptoren, so dass Cytokine direkten Einfluss auf Neuronen ausüben können. Darüber hinaus werden Impulse aus dem Immunsystem über den N. Vagus dem ZNS vermittelt, wo sie u.a. die Bildung von „second messengern“ anregen (Quam u. Herkenham 2002). Des Weiteren verfügt das Gehirn über eigene Immunzellen, die sich im Wesentlichen aus Mikroglia-Zellen und Astrozyten zusammensetzen. Mikroglia-Zellen gehören dem Monozyten-Makrophagen-System an und sind in der Lage, verschiedene immunologisch relevante Rezeptoren zu exprimieren wie Fc sowie MHC der Klasse I und Klasse II. Darüber hinaus sezernieren sie in aktiviertem Zustand eine Reihe von Immunmediatoren wie Cytokine und Komplementfaktoren. Nicht zuletzt sind sie die mageblichen phagozytären Zellen, die an Abräumvorgängen im Gehirn in zentraler Weise beteiligt sind. Abgesehen von diesen Verbindungswegen zwischen ZNS und Immunsystem finden sich zahlreiche Parallelen zwischen Nerven- und Immunzellen bezüglich ihres Metabolismus, aber auch ihrer Rezeptorexpression. Aufgrund dieser Beobachtungen werden Immunzellen als in vivo zugängliches Modell für neuronale Prozesse verwendet und für die Erforschung psychiatrischer Erkrankungen herangezogen (Eckert et al 1996, Gladkevich et al. 2004).

3 Schließlich ist ohne die Untersuchungstechniken und Erkenntnisse aus den Nachbardisziplinen wie Elektrophysiologie, Neuroendokrinologie, der Genetik sowie den radiologischen und nuklearmedizinischen Verfahren psychiatrische Forschung heute nicht mehr denkbar. Dank der Weiterentwicklung immunologischer Techniken wie FACS, Immunhistochemie, Zellkulturen und der Entwicklung von Tiermodellen wird psychoneuroimmunologischen Aspekten zunehmend Beachtung geschenkt. Ausgefeilte und zugleich praktikable immunologische Methoden erlauben neue Erkenntnisse über die komplexe Kommunikation zwischen Gehirn und Immunsystem. Dies ermöglicht neue Einsichten in die Pathomechanismen psychiatrischer Erkrankungen und gibt Anstöße zur Entwicklung neuartiger Therapiestrategien. Zugleich versteht sich Psychoimmunologie als psychiatrische Disziplin, die naturwissenschaftliche Befunde und klinische Erfahrung verbinden möchte. Dieser integrative Ansatz orientiert sich dabei stets an der praktischen Arbeit mit den Patienten. Klinisch-phänomenologische Beobachtungen, diagnostische Fragestellungen und therapeutische Überlegungen fließen in die psychoimmunologischen Hypothesen ebenso mit ein wie die immunologischen Befunde.

4

Psychische St örungen Veränderungen von Metabolismus, Hormonen, Neurotransmittern im ZNS Hypothalam us Epiphyse Hypophyse

Blut-H irn-Schranke

N erven-Endigungen des autonomen N S

N eurotransmitter und –Peptide

ACT H

Melatonin, Serotonin, Dopamin, GABA, BDNF

Cytokine

Gewebslymphozyten

NNR Glucocorticoide Katecholamine Mineralocorticoide

Blut -Lym phozyt en

Abb.1.1 Bidirektionale Immunsystem

Kommunikationswege

zwischen

Nerven-

und

5 1.2

Epidemiologische Bedeutung von Demenzerkankungen

Aufgrund der steigenden Lebenserwartung und der Verschiebung der Altersstruktur in Deutschland hat die Zahl der Demenzpatienten in den vergangenen Jahrzehnten beträchtlich zugenommen. Demenzerkrankungen häufen sich nach dem 65. Lebensjahr, das Erkrankungsrisiko steigt mit zunehmendem Alter - fast 70% der Erkrankten sind über 80 Jahre alt (Abb. 1.2; Bickel 2000).

300 250 200

40 35

Anzahl Demenzkranke (in 100)

30 25 20

150

PrävalenzRate (%)

15

100

10 50 0

5 65–69

70–74

75–79

80–84

85–89

90+

0

Altersgruppe Abb. 1.2 Geschätzte durchschnittliche Altersprävalenzraten der Demenz in Deutschland (nach Bickel 2000)

Durchschnittswerte der Schätzungen zur Indzidenz ergeben altersspezifischen Inzidenzraten, die in der Altersgrupper der 65-69jährigen bei 0,43%, bei den über 90-jährigen bei 10,1% liegen. Allerdings liegt diesen Durchschnittswerten eine große Streuung zugrunde, so dass die Zuverlässigkeit der genannten Schätzungen begrenzt ist. Zweifelsohne gehört jedoch die weitere Zunahme der demenziellen Erkrankungen zu den bedeutendsten Herausforderungen unserer heutigen Gesellschaft, die mit

6 den ökonomischen Folgen umzugehen und die Voraussetzungen für eine adäquate Versorgung der Betroffenen zu gewährleisten hat. Die Definition der Demenz wird nach den diagnostischen Kriterien des ICD 10 und DSM IV syndromatologisch vorgenommen und beinhaltet damit weder eine spezifische Ursache noch eine Prognose. Die häufigste Ursache demenzieller Entwicklungen stellt mit 60-70% die Alzheimer Demenz, gefolgt von Mischformen mit Alzheimerscher und vaskulärer Pathologie. Rein vaskulär bedingte Demenzen machen wahrscheinlich lediglich etwa 10% aus, wobei die Angaben in der Literatur außerordentlich stark schwanken (Bowler et al 1998a). Neben den genuinen Hirnerkrankungen mit kognitivem Defizit als Leitsymptom kann eine Demenz sekundär bei einer Vielzahl von Krankheiten auftreten, so im Rahmen von Stoffwechselerkrankungen oder als Folge medikamentöser Nebenwirkungen. Aufgrund der möglichen Reversibiltät dieser Störungen ist eine frühzeitige differenzialdiagnostische Abklärung demenzieller Entwicklungen von groer Bedeutung.

1.3

Psychoimmunologische Forschung bei Alzheimer-Demenz

Die Alzheimer-Demenz (AD) ist die häufigste neurodegenerative Erkrankung des ZNS, deren Ursachen nicht endgültig geklärt und therapeutischen Möglichkeiten unverändert begrenzt sind. Die Diagnostik schließt neurologische, internistische und psychiatrische Untersuchungen einschließlich ausführlicher Testpsychologie ein, desgleichen erfolgt die Behandlung interdisziplinär. Neben einer antidementiven Pharmakotherapie erfordern psychische Auffälligkeiten wie depressive Symptome im Frühstadium oder psychotischen Episoden im weiteren Verlauf eine psychiatrische Therapie, die sich aus pharmako- und psychotherapeutischen Maßnahmen zusammensetzt. So steigt der Anteil an Demenzpatienten in psychiatrischen Einrichtungen, und es widmen sich zunehmend auch psychiatrische Forschergruppen der Erkrankung. Die Erkenntnis, dass es sich bei der sporadischen Form der AD um eine multifaktorielle Erkrankung handelt, bei der immunologische Faktoren eine wesentliche Rolle spielen, ließ das Interesse der Psychoimmunologie

7 an der Erkrankung wachsen. Mittlerweile tragen klinische Beobachtungen, systemische immunologische Befunde und ihre Interpretation im Wissen um die reziproken Wechselwirkungen zwischen Immunsystem und ZNS wesentlich zur Bildung ätiopathogenetischer Hypothesen bei, auch wenn der Kausalzusammenhang der Befunde im Einzelnen zu prüfen bleibt. Bis heute kann die endgültige Diagnose eines M. Alzheimer nur durch den Pathologen festgestellt werden. Dennoch ist der Versuch der differenzialdiagnostischen Abgrenzung von behandelbaren Demenzsyndromen gerade in Frühstadien von groer Bedeutung. Zudem sind die heute verfügbaren modernen Antidementiva am effektivsten, je früher sie zum Einsatz kommen. Die Suche nach einer frühzeitigen Diagnosemöglichkeit mit Hilfe praktikabler und ökonomisch sinnvoller Methoden, die in der psychiatrischen Praxis durchgeführt werden können, ist daher vorrangige Motivation bei der Erforschung von Biomarkern für die Erkrankung. Hierzu können psychoimmunologische Erkenntnisse einen wesentlichen Beitrag leisten. Die in der vorliegenden Arbeit zusammengetragenen Befunde bei AD betreffen verschiedene Bereiche des humoralen sowie des zellulären Immunsystems. Ihre Einordnung erfolgt unter der Prämisse der bidirektionalen Beziehung zwischen systemischen immunologischen Veränderungen und der cerebralen Pathologie. Die wachsende Literatur zu immunologischen Veränderungen bei AD unterstützt die Hypothese, dass eine veränderte, dysfunktionale Immunantwort nicht allein ein Epiphänomen lokaler entzündlicher Prozesse darstellt, sondern wesentlich zur Pathogenese der sporadischen Form der Alzheimer-Demenz beitragen kann.

8 1.4

Anmerkung zur Terminologie

Die Diagnose eines M. Alzheimer kann gemäß dem klassischen klinischneuropathologischen Paradigma allein durch die neuropathologische, in der Regel postmortale Untersuchung verifiziert werden (Förstl u. Jablenski 1999). Im klinischen Alltag ist also lediglich von einer Wahrscheinlichkeitsdiagnose zu sprechen, wie sie auch in den wissenschaftlichen Diagnosekriterien der NINCDS-ADRDA (McKhann et al.1984) als solche bezeichnet wird. Da zudem sorgfältige neuropathologische Untersuchungen häufig das gleichzeitige Vorkommen weiterer Pathologien ergeben (Bowler et al. 1998), ist die Frage nach der Relevanz des sicheren Vorliegens ausschließlich Alzheimer-typischer histopathologischer Veränderungen berechtigt. Vielmehr erscheint es sinnvoll, die verschiedenen in Frage kommenden pathogenetisch relevanten Faktoren möglichst frühzeitig zu identifizieren und einen Behandlungsversuch zu unternehmen. Damit schließen wir uns dem Vorschlag von Förstl (1999) an, den Begriff „Morbus Alzheimer“ bzw. „Alzheimer-Krankheit“, der der gesicherten reinen Alzheimer-Pathologie vorbehalten ist, im Zusammenhang mit der klinischen Arbeit und daraus hervorgehenden Studien zu vermeiden und stattdessen dem syndromalen Begriff der Alzheimer-Demenz (AD) den Vorzug zu geben.

9

2

Hypothesen zur Ätiopathogenese der Alzheimer-Demenz

Die Ursache der Alzheimer-Demenz (AD) ist nach wie vor nicht eindeutig geklärt. Der heutige Stand der Erkenntnis macht mehrere Faktoren für die Erkrankung verantwortlich. Es handelt sich bei der AD um ein Syndrom verschiedener Untergruppen. In erster Linie sind die familiären Formen der Erkrankung, die rein genetisch bedingt sind, von den sporadisch auftretenden Erkrankungen abzugrenzen. Letztere treten in der Regel im Senium auf und sind multifaktorieller Genese.

2.1

Amyloid-Hypothese

Inmitten der Faktorenvielfalt kommt bei allen Formen der Erkrankung der pathologischen Akkumulation von Amyloid-beta-Protein (Beta-Amyloid, Aβ) in Form von Amyloidplaques eine zentrale Position in der pathogenetischen Kette zu, wofür Untersuchungen an transgenen Mausmodellen und genetische Befunde sprechen (Amyloid-KaskadenHypothese, Selkoe 2001; Hardy u. Selkoe 2002; Abb. 2.1). Das Vorkommen seniler Plaques wurde von Alois Alzheimer bereits in seinem Vortrag in Tübingen (1906) beschrieben und mehrfach von ihm und seinen Mitarbeitern publiziert (1906; 1911; Perusini 1911). Es handelt sich um extrazellulär gelegene Proteinablagerungen, die im Wesentlichen das 4,2 kD fibrilläre Peptid β-Amyloid (Aβ) enthalten. Es besteht aus 29-43 Aminosäuren und liegt in einer β-Faltblattstruktur vor. Das Peptid entsteht durch proteolytische Spaltung des größeren Amyloid Precursor Proteins (APP), eines Transmembranproteins, mit Hilfe von β-und γ-Sekretasen. Das APP liegt in mehreren Isoformen vor. Der Anteil der nicht-neuronalen Isoformen nimmt gegenüber der primär neuronalen Form (APP695) im Rahmen des normalen Alterungsprozesses zu, woraus sich die Hypothese zur Veränderungen der APP-Prozessierung mit zunehmendem Lebensalter ergibt (Haass u. Selkoe 1993). Das APP und seine physiologischen, durch α-Sekretase entstehenden löslichen Spaltprodukte dienen dem Erhalt der Nervenzellfunktion, während das unlösliche Aβ1-42 und die daraus

10 entstehenden Oligomere und Amyloidfibrillen für die neurotoxische Wirkung des Amyloids verantwortlich sind. Interessanterweise ergaben PCR-Untersuchungen Hinweise dafür, dass βAmyloid nicht nur im Gehirn, sondern peripher, z.B in der Leber gebildet wird. Das zerebral akkumulierende Amyloid könnte somit systemischen Ursprungs sein und durch die durchlässige Blut-Hirn-Schranke oder aber durch transcytotische Prozesse in das Hirnparenchym gelangen (Kalaria 1992). Im Rahmen der Diskussion um AD als mögliche systemische Erkrankung wird hierauf genauer einzugehen sein (S.96). Bei der AD finden sich in den senilen Plaques vorwiegend die βAmyloidfragmente 1-42. Die neurotoxischen Wirkung von β-Amyloid ist bereits seit einiger Zeit bekannt. In vitro sowie an transgenen Mäusen wurde die Aktivierung von Mikroglia durch β-Amyloid mit Freisetzung inflammatorischer Faktoren gezeigt (Frautschy et al. 1998), was zur Neurotoxizität des fibrillären β-Amyloids beitragen könnte. Die durch die Amyloidanhäufung im Gehirn ausgelöste Entzündungsreaktion ist ein sich selbstunterhaltender Prozess, der zu einer chronischen, von der systemischen Immunantwort abgekoppelten Entzündung im Gehirn führen kann (Popovic et al. 1998). Die Frage, inwieweit diese hirnlokale Entzündung periphere immunologische Veränderungen herbeiführt, oder ob umgekehrt das Immunsystem zur intracerebralen Entzündung bei AD beiträgt, ist unverändert Gegenstand der Diskussion und ein Thema dieser Arbeit. Die Amyloidhypothese geht von einer mit zunehmendem Alter fortschreitenden Ablagerung von Amyloid im ZNS aus mit konsekutiver Schädigung und Desintegration neuronaler Regelkreise. Die Ablagerung von Amyloid im Gehirn allein jedoch stellt noch keine hinreichende Ursache für die Entstehung einer Demenz dar. Auch bei gesunden Alten finden sich sowohl diffuse als auch kompakte Amyloid-Plaques sowie diffuse Neurofibrillen. Offensichtlich führt erst die Akkumulation der Plaques unter dem Hinzutreten einer Entzündungsreaktion zur Neurodegeneration (Cummings et al. 1998). Übermäßige Amyloidablagerungen bleiben jedoch die Grundlage für die sich anschließenden Pathomechanismen. Der autodestruktive Prozess bei AD

11 kann sowohl durch die direkte neurotoxische Wirkung von Amyloid als auch durch sekundäre Entzündungsreaktionen auf das dysfunktionale Protein ausgelöst werden.

Fehlerhafte Spaltung des APP ß-Amyloid Vermehrte Bildung/ verminderter Abbau

Monomere, Oligomere Fibrillation, Aggregation Diffuse Plaques Neuritische Plaques

Tau-Protein Gepaarte helikale Filamente Bildung von NFT

Sekundäre Entzündungsreaktion: 1. Akutphasereaktion zur AmyloidAbräumung 2. Chronifizierung aufgrund kontinuierlicher Amyloidbelastung N euronale Dysfunktion, Kognitiver Abbau

Abb. 2.1 Amyloid-Hypothese: Ausgehend von der pathologischen Akkumulation von Aβ wird die Auslösung einer Kaskade angenommen, die zum Neuronenuntergang führt. Die entzündlichen Veränderungen werden als sekundär aufgefasst, tragen jedoch wesentlich zur Pathologie bei. Die Amyloid-Hypothese wurde zunächst für FAD beschrieben, gilt mittlerweile aber auch als zentraler Bestandteil der multifaktoriellen Genese der sporadischen Form der AD.

12 2.2

Genetische Faktoren

Etwa 5 bis 10% aller Alzheimer-Patienten haben weitere erstgradig Verwandte, die an einer Alzheimer-Demenz erkrankt sind. Bei dieser familiären, erblichen Form der Erkrankung handelt es sich um eine genetisch heterogene Gruppe, für die mehrere autosomal dominant vererbte Genmutationen identifiziert werden konnten. Sie wurden auf den Chromosomen 1, 14 und 21 lokalisiert und betreffen die Genorte für die Präseniline 1 und 2 sowie für das Amyloid-Precursor-Protein (APP). In Gegensatz zu der durch Mutationen hervorgerufenen seltenen Formen der familiären AD sind bei den zu 90-95% sporadisch auftretenden Alzheimer-Erkrankungen multifaktoriell bedingt. An ihrer Auslösung können Suszeptibilitäts- bzw. Risikogene beteiligt sein. Das bekannteste ist das APO-E-Gen auf Chromosom 19, dessen Allelvarianten zu Erkrankungsalter und -Verlauf beitragen können. Weitere Suszeptibilitätsgene werden auf den Chromosomen 4, 16, 12 und 20 vermutet (Sandbrink et al. 1996). Auslösend für die Erkrankung ist letztlich das Zusammentreffen einer genetischen Disposition mit erworbenen Risikofaktoren, die im Einzelnen noch nicht endgültig erforscht sind. Die kaskadenartige ablaufende Akkumulation von β-Amyloid-Peptid (Aβ1-42) und amyloiden Plaques ist bei den familiären Formen auf eine genetisch bedingte Überproduktion, u.a. durch pathologische Spaltungsprozesse des Amyloidvorläuferproteins, zurückzuführen. An dieser Stelle setzen Therapieentwicklungen wie Sekretasehemmer an. Hingegen beruht die Amyloidakkumulation der sporadischen Form der Alzheimer-Demenz möglicherweise auf ein Ungleichgewicht von Amyloidbildung und –Amyloidabbau, was von einer Vielzahl endo- und exogener Faktoren beeinflusst wird. Insbesondere altersassoziierte biologische Veränderungen erhöhen das Risiko für die Entstehung der sporadischen Form der Erkrankung. Dazu zählen u.a. Einschränkungen des cerebralen Glucose- und Energiestoffwechsels, vermehrtes Auftreten von freien Sauerstoffradikalen, Ablagerung von „advanced glycation endproducts“ (AGE) sowie immunologische Veränderungen. Somit könnte die Amyloidbildung als unspezifische Endstrecke neuronaler Schädigung

13 verstanden werden, insbesondere da oxidativer Stress die intrazelluläre Ansammlung von β-Amyloid begünstigt (Misonou et al. 2000). Bei der sporadischen Alzheimer-Demenz tritt eine Verzögerung bzw. Beeinträchtigung des Amyloidabbaus als wesentlicher Faktor hinzu.

2.3

Immunologische Faktoren

Von pathogenetischer Bedeutung sind weiterhin Störungen der zellulären und humoralen Immunregulation, wobei sowohl überschießende Immunreaktionen im Sinne von Autoimmunphänomenen als auch Immundefekte diskutiert werden. 2.3.1 Epidemiologische Beobachtungen Mehrere Untersuchungen hatten gezeigt, dass Patienten, die aufgrund einer rheumatischen Erkrankung über mehrere Jahre nichtsteroidale Antirheumatika (NSAR) eingenommen hatten, ein signifikant geringeres Erkrankungsrisiko für AD aufwiesen (Breitner et al. 1994; McGeer et al. 1996). Weitere epidemiologische Studien unterstützten die Annahme eines protektiven Effekts von Antirheumatika, während Glucocortcoide keinen derartigen Effekt zeigten. Die Wirkmechanismen werden ebenso wie die tatsächliche therapeutische Wirksamkeit von NSAR bei der AlzheimerDemenz kontrovers diskutiert (Quinn et al. 2003; vgl. S. 92). 2.3.2 Zerebrale immunologische Befunde Bereits Alois Alzheimer beschrieb 1906 entzündliche Veränderungen in der Hirnrinde, als er Anfang des 20. Jahrhunderts die klinischen und pathologischen Charakteristika des später nach ihm benannten Krankheitsbildes erstmals zusammenfasste. Die Verfügbarkeit immer besserer immunhistochemischer Methoden führte in den letzten Jahrzehnten zu zahlreichen Befunden über entzündliche Veränderungen im Gehirn bei AD, die sich vorwiegend in der Nachbarschaft der Plaqueformationen finden. Ihre pathogenetische Bedeutung, insbesondere die Frage, ob sie für die weitere Amyloidakkumulation mit verantwortlich sind oder ob sie als Folge der Amyloidanhäufung auftreten, ist unverändert Gegenstand der Diskussion.

14 Eines der wesentlichsten Merkmale der lokalen Entzündungsreaktion ist das Vorhandensein von Komplement in den cerebralen Amyloidablagerungen. In den Amyloidplaques finden sich unter anderem die Komplementfaktoren C1q, C3d, C4d und C5 (Mc Geer et al, 1989). Diese sind in der Lage, C5b – C9 zu aktivieren, die über die Ausbildung des MAC (membrane attack complex) den neuronalen Zelltod herbeiführen (Itagaki et al. 1994). Außerdem bindet C1b an β-Amyloid und induziert dessen Aggregation, was dessen Cytotoxizität erhöht. Komplementfaktoren können im Sinne eines „intrinsic factor“ eine „cerebrale Amyloidose“ auslösen, die typische Ausdrucksform einer chronischen Entzündung (Kalaria 1993). Andererseits kann β-Amyloid selbst wiederum die Sekretion von Komplementfaktoren sowie weiterer Immunmediatoren, z.B. von Cytokinen, bewirken. Darüber hinaus sind die Amyloidplaques von zahlreichen aktivierten Mikroglia-Zellen umgeben (Paresce et al. 1996). Sie exprimieren vermehrt Fc-Rezeptoren sowie MHC-Moleküle der Klasse I und II (Eikelenboom u. van Gool, 1994) und produzieren die proinflammatorischen Cytokine IL-1, IL-6 und TNF-Į, die ihrerseits die Amyloidakkumulation fördern können (Hüll et al. 1996; Meda et al. 2001). Die Auswirkungen der Cytokinexpression sind jedoch komplex und nicht eindeutig vorhersagbar. Sie können sowohl neuroprotektive als auch neurotoxische Wirkungen zeigen, was unter anderem vom Wirkort, der Konzentration sowie Wirkdauer abhängt (Benveniste 1992). Zudem erfolgt in der Regel gleichzeitig eine Gegenregulation durch vermehrte Freisetzung antiinflammatorischer Cytokine wie IL-10 oder TGF-β (Meda et al. 2001). Als gesichert gilt, dass β-Amyloid selbst eine kontinuierliche Entzündungsreaktion auslöst. Die Zunahme von Amyloidplaques und die chronischen Entzündungsreaktionen bedingen sich im Sinne eines Circulus vitiosus gegenseitig und führen zu einem sich selbst unterhaltendem autodestruktivem Prozess als einen wesentlichen Pathomechanismus der Erkrankung (Akiyama et al. 2000). Zudem lösen die geschädigten Neuronen bzw. deren Überreste selbst wiederum die Aktivierung von Mikroglia und Astrozyten aus und verstärken die neurotoxischen Folgen

15 (Griffin et al. 1998), die schließlich zu ausgedehnter Neurodegeneration und Alzheimer-Demenz führen. 2.3.3 Entzündungshypothesen Das Konzept, dass erworbene Autoimmunprozesse von zentraler Bedeutung für die Entstehung der Alzheimer-Pathologie sein könnten, wurde in den späten 80 er Jahren dank der Pionierarbeiten von der Arbeitsgruppe um McGeer formuliert, nachdem neue immuncytochemische Methoden die Erforschung von MHC-Komplexen bei AD und den Nachweis weiterer immunaktiven Moleküle ermöglicht hatten (McGeer et al. 1987, 1989). Die Annahme einer klassischen Autoimmunpathogenese für AD führte zur Formulierung der Autoimmunhypothese (Aisen et al. 1994) bzw. eines „Neuroautoimmunitätsmodells“ (Singh 1997). Demzufolge beruht die Alzheimer-Demenz auf einer systemischen Entzündung, die mit Aktivierung sowohl der humoralen Immunität mit Bildung von Autoantikörpern als auch der zellulären Immunität, v.a. einer Aktivierung der cytotoxischen CD8+-Lymphozyten, einhergeht. Sowohl Antikörper als auch CD8+-Lymphozyten können die BHS passieren (Wekerle et al. 1986; Hampel et al. 1995). Im Gehirn könnte eine chronische Entzündung in Gang gesetzt werden, an der sowohl unspezifische Immunreaktionen der Gliazellen als auch spezifische, Antikörper-vermittelte Entzündungsreaktionen beteiligt wären. Verstärkte Amyloidablagerung und Neurodegeneration vom Alzheimer-Typ könnten daraus resultieren. Eine Ablagerung von Amyloidproteinen als Folge chronischer Entzündungen ist von rheumatischen Erkrankungen bzw. Kollagenosen bekannt. Die später formulierte „bystander damage hypothesis“ (Akiyama et al. 2000; McGeer u. Mc Geer, 2001) geht ebenfalls davon aus, dass immunologische Faktoren an der Pathogenese von Alzheimer-typischen Veränderungen im Gehirn ursächlich beteiligt sind. Hiernach tragen sowohl angeborene unspezifische als auch erworbene spezifische Immunmechanismen zu den lokalen entzündlichen Veränderungen bei, was auf die besonderen immunogenen Eigenschaften des Amyloidproteins

16 zurückgeführt wird. Möglicherweise führt die anhaltende Exposition mit nicht abbaubarem, potenziell toxischem Amyloidprotein (McGeer u. McGeer 1998) zu einer unmerklich beginnenden, schleichenden Immunantwort. Zunächst geringradige Veränderungen nehmen im Laufe der Zeit die Form einer chronischen, granulomatösen Entzündung an (Kalaria 1993), die zu weiterer Zellschädigung und fortschreitender Neurodegeneration führt. Lokale Akutphaseantworten gehen Hand in Hand mit Abräumreaktionen und Reparationsvorgängen. Gemäß der „bystander damage hypothesis“ werden die neurodegenerativen Veränderungen durch autotoxische Mikroglia-Zellen ausgelöst, die auf die Amyloidakkumulation mit einer überschießenden, neurotoxischen Entzündungsreaktion antworten. Die in den darauf folgenden Jahren gewonnenen umfassenden Erkenntnisse zu entzündlichen Veränderungen in Gehirn von AlzheimerPatienten wurden in einer ausführlichen Übersicht von der „Neuroinflammation Working Group in AD“ zusammengefasst (Akiyama et al. 2000). Die Tatsache, dass Entzündungsreaktionen jedoch auch wesentlich an regenerativen Prozessen beteiligt sind, ist bei den Überlegungen zu den Pathomechanismen der AD zu berücksichtigen und wird in der Diskussion zu protektiver Autoimmunität aufgegriffen (S. 87). 2.3.4 Beteiligung des peripheren Immunsystems Interessanterweise wurden bei AD, bei der es sich bekanntermaßen um eine „Eigenartige Erkrankung der Hirnrinde“ handelt, immer wieder Untersuchungen des peripheren Immunsystems vorgenommen. Die Hypothese, dass die Erkrankung nicht nur auf das Gehirn beschränkt ist, fasziniert und beschäftigt die Forschergemeinschaft seit vielen Jahrzehnten. Das Auftreten von Amyloidablagerungen bei chronischen, unspezifischen Entzündungsprozessen im Organismus ist Klinikern und Pathologen gleichermaßen vertraut, so dass auch für AD ein Zusammenhang zwischen der – wenn auch zunächst nur lokal beschriebenen – Amyloidpathologie und allgemeinen Entzündungsreaktionen angenommen wird.

17 Die Erkenntnisse der Neuro- bzw. Psychoimmunologie über die vielfältigen reziproken Beziehungen zwischen Gehirn und Immunsystem bzw. endokrinem System lassen darüber hinaus vermuten, dass es sich bei AD nicht um eine allein auf das Gehirn beschränkte Erkrankung handelt, sondern dass sie mit systemischen immunologischen Veränderungen einhergehen könnte. Ob diese lediglich Epiphänomen einer zugrunde liegenden cerebralen Pathologie darstellen oder aber eine kausale Bedeutung in der Pathogenese der Erkrankung besitzen, ist zu diskutieren. In der Literatur finden sich zahlreiche Untersuchungen zu peripheren immunologischen Veränderungen bei AD, wobei die Befunde ebenso vielfältig wie uneinheitlich und die Ergebnisse methodenbedingt nur schwer vergleichbar sind. Gleichwohl besteht darin Übereinstimmung, dass die peripheren Befunde nicht allein Spiegel der zentralnervösen immunologischen, nämlich entzündlichen Veränderungen sind, was ursprünglich im Rahmen der „Entzündungshypothese“ angenommen wurde. Bei AD finden sich weder Zeichen einer systemischen Entzündung noch eine unspezifische Erhöhung von Immunglobulinen. Die klinische Beobachtung zeigt darüber hinaus, dass Alzheimer-Patienten nicht mehr als andere unter Autoimmunphänomenen leiden. Hingegen fallen sie durch eine größere Infektanfälligkeit auf (Volicier 2001). Die zahlreichen Arbeiten zu peripheren immunologischen Parametern beinhalten sowohl Hinweise für eine Erhöhung einzelner Entzündungsparameter als auch für eine Beeinträchtigung der humoralen und zellulären Immunantwort. Die jeweiligen Befunde werden in den entsprechenden Kapiteln referiert. Die pathogenetischen Implikationen der beschriebenen Veränderungen sind schwer zu beurteilen. So kann eine Beeinträchtigung der Immunantwort z.B. über eine verminderte Ausschüttung auch antiinflammatorischer Cytokine andernorts zu überschießenden Immunreaktionen im Sinne von Autoimmunphänomenen führen. Umgekehrt können Autoimmunreaktionen auch Beeinträchtigungen der Immunzellen zur Folge haben. Schlielich stellen Entzündungsreaktionen möglicherweise Reparationsvorgänge dar und können einen weiteren Nervenzellverlust vorübergehend aufhalten, wie auch proinflammatorische

18 Cytokine neuroprotektive Wirkungen entfalten können (Popovic et al. 1998; Marx et al. 1999). Bei AD stehen systemische und cerebrale immunologische Veränderungen in einem komplexen pathogenetischen Zusammenhang, wobei die jeweiligen Veränderungen sich möglicherweise wechselseitig bedingen. So können nicht nur entzündliche Veränderungen im Gehirn zum Beispiel über die HPA-Achse systemische immunologische Reaktionen hervorrufen (Woiciechowsky et al. 1999), sondern auch periphere immunologische Vorgänge das Gehirn einbeziehen. Die Blut-Hirn-Schranke ist bei AD auch ohne akut-entzündliche Veränderung für immunaktive Moleküle und Zellen durchlässig (Kalaria 1992; Abb. 2.2).

Blutbahn

Gehirn Aktivierung

IL-6

IL-6 IFN-γ

IL-6

IFN-γ

T-Zellen TNF-α go pha

TN F-α

phagozytiert

B-Zellen Blut-HirnSchranke

ert z yt i

IFN-γ

Makrophage

Mikroglia

Am yloid O psonierung von Am yloidPlaques

Abb. 2.2 Mögliche pathogenetische Zusammenhänge zwischen Immunsystem und Amyloidpathologie

19 Zusammenfassend ist von einer multifaktoriellen Genese der sporadisch auftretenden Form der Alzheimer-Demenz auszugehen. Diese Gruppe scheint hinsichtlich des Ausmaßes der Beteiligung unterschiedlicher Faktoren heterogen zusammengesetzt. Der bisherige Kenntnisstand rechtfertigt, von unterschiedlichen Typen mit sich überlappender Pathogenese zu sprechen. Das klinische Bild der AD stellt somit am ehesten die gemeinsame Endstrecke einer Gruppe von amyloidassoziierten Demenzsyndromen dar. Die unterschiedlichen Akzente in der jeweiligen Pathophysiologie rechtfertigen gezielte differenzialtherapeutische Überlegungen bezüglich Entwicklung und Einsatzes neuer Therapiestrategien. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit systemischen immunologischen Veränderungen, die im Rahmen einer multifaktoriellen Genese zur Entwicklung der sporadischen Form der AD beitragen können (vgl. Abb. 2.3).

Alt er Som atische Risikofaktoren

Im m unologische Faktoren

Genetische Faktoren Positive Familienanamnese APO-E4-Allele

Hypertonie Cholesterin Vaskuläre Komorbidität

AmyloidAkkumulat ion

N euronale Apopt ose

„Kognitive Reserve“ Prämorbider IQ Leichte kognitive Bildung Störung Mentale Aktivität Depressionen

Abb. 2.3 Polyätiologie der Alzheimer-Demenz

Schädel-HirnTrauma ÖstrogenMangel

U nspezifische N oxen Glucose-, Energiedefizit Oxidativer Stress, Toxine

Psychosoziale U m weltfaktoren Lebensumstände ? Persönlichkeitsfaktoren?

20

3

Methodik

3.1

Vorbemerkung

Bei der vorliegenden Arbeit handelt es sich um die Zusammenfassung eines mehrjährigen Projektes, das sich der Bestimmung peripherer immunologischer Parameter bei Alzheimer-Demenz widmete. Als psychoimmunologische Untersuchung ist die Arbeit sowohl von praktischklinischen Fragen geleitet wie die nach im Alltag anwendbaren diagnostischen Biomarkern als auch von dem Interesse für pathogenetische Zusammenhänge. Im günstigen Fall können die gewonnenen Einsichten dem Verständnis und der weiteren Entwicklung therapeutischer Strategien dienen. Unsere Untersuchungen gehen von der Frage aus, ob sich bei AD systemische immunologische Veränderungen finden, die möglicherweise nicht nur ein Epiphänomen der cerebralen Pathologie darstellen, sondern u.U. von ätiopathogenetischer Bedeutung sind. Die Arbeitsgruppe „Psychoimmunologie“ (Leiter: Prof. Dr. K.-J. Schott) an der Universitätsklinik für Psychiatrie und Psychotherapie (UKPP) Tübingen befasst sich seit 1996 mit der Untersuchung peripherer Immunparameter bei AD, wobei wir uns sowohl für humorale als auch für zelluläre Komponenten des Immunsystems interessieren. Die Erkenntnisse der letzen Jahre führten zu einem kaum mehr überblickbarem Wissen über die Komplexität und Dynamik des immunologischen Netzwerkes unseres Organismus. Die Wechselwirkungen untereinander und mögliche Einflussfaktoren sind derart vielfältig, dass einzelne Befunde keine eindeutigen Schlussfolgerungen zulassen. Man gewinnt allenfalls einen kurzen Blick durch ein kleines, methodisch begrenztes Fenster in die Welt des Immunsystems, das unserem Überleben inmitten kontinuierlicher Angriffe von auen und innen dient. Die Zuordnung der gewonnen Einsichten muss vorläufig bleiben, vermeintliches Wissen wird rasch aufgrund der Verfügbarkeit neuer Methoden überholt. Dennoch bleiben systematisierte Beobachtungen die Basis unsere Erkenntnis über den gesunden und

21 kranken Organismus, und die Bildung von Hypothesen ermöglicht eine einstweilige Einordnung von Befunden und Formulierung weiterführender Fragestellungen. Ohne den Mut zu neuen Ideen, die nicht nur rational, sondern auch intuitiv entstehen können, und die Bereitschaft, Irrtum zu ertragen und eines Besseren belehrt zu werden, wäre Forschung wenig fruchtbar.

3.2

Periphere Immunzellen als Modell für Neuronen und Mikroglia

Immunzellen wie Lymphozyten und Makrophagen sind wesentliche Kommunikationsträger zwischen dem Immun- und Nervensystem. Über diese „Neuroimmune Achse“ (Singh 1994) stehen Gehirn und Immunsystem in reziproker Wechselbeziehung zueinander. Darüber hinaus dienen Immunzellen als peripheres Modell für Neuronen, da sie Eigenschaften ausweisen, die charakteristisch für Neuronen sind. Zahlreiche Befunde belegen Parallelen zwischen Blutlymphozyten und Nervenzellen (Singh 1994; Eckert et al. 1996; 1998a). So exprimieren sie eine Vielzahl von Rezeptoren, die auch auf Nervenzellen vorkommen (Maslinski et al. 1989). Darüber hinaus sind sie in der Lage, ähnliche Proteine zu synthetisieren (Gladkevich 2004). Auch Veränderungen der intrazellulären Elektrolythomöostase scheinen mit neuronalen Prozessen vergleichbar zu sein (Eckert et al. 1996). Neben immunologischen Eigenschaften können an ihnen weitere Funktionen wie das Neurotransmitter-Rezeptor-System (Giubilei et al. 2004) oder Apoptosemarker (Eckert et al. 1998a; 1998b; Lombardi et al. 1999; Richartz et al. 2002) bei neurodegenerativen Erkrankungen erforscht werden. Aufgrund der Ähnlichkeit zwischen dem lymphozytären und zentralnervösen Stoffwechsel (Shalit et al. 1995) dienen Lymphozyten zunehmend der Untersuchung von Charakteristika neuropsychiatrischer Erkrankungen. Die Forschung zu Alzheimer-Demenz liefert zunehmend Befunde zu extraneuronalen Auffälligkeiten auerhalb des ZNS. So weisen AlzheimerPatienten nicht nur im Gehirn, sondern auch peripher Ablagerungen von βAmyloid auf (Joachim et al. 1989). Ferner wurden an Lymphozyten und

22 Thrombozyten von Alzheimer-Patienten verschiedene Besonderheiten beobachtet (vgl. Tab. 4.3.1, S. 63). Bei AD finden sich Veränderungen der Zellmembran und der zellulären Signaltransduktion (Eckert et al. 1996), wovon offensichtlich Immunzellen besonders betroffen sind (Tayebati et al. 1991). Einige dieser Befunde sind auch im Gehirn von AD zu beobachten (Singh 1994). Somit häufen sich Hinweise, dass es sich bei AD nicht um eine lokal begrenzte, sondern um eine systemische Problematik handeln könnte, deren klinische Manifestation jedoch durch die cerebralen Veränderungen bestimmt wird (Scott 1993). Bei einer Untergruppe der Patienten mit spontaner AD ist das Immunsystem möglicherweise wesentlich an der Erkrankung beteiligt.

3.3

Rekrutierung von Patienten und Kontrollpersonen

Die Patientengruppe für unsere Untersuchungen Studie setzt sich aus stationären Patienten der UKPP Tübingen sowie aus ambulanten Patienten der Memory Clinic an der UKPP Tübingen zusammen. Altersgleiche Kontrollpersonen ohne kognitive Einschränkungen wurden über eine Zeitungsannonce in der Lokalpresse rekrutiert. Die Kontrollpersonen für die Liquoruntersuchungen (Bestimmung von Antikörpern und Cytokinen) stammten von der Universität Göttingen1. Die Lumbalpunktionen erfolgten entweder zur radiologischen Ausschlussdiagnostik von lumbalen Bandscheibenvorfällen oder zum Ausschluss entzündlicher ZNSErkrankungen. Von allen Personen wurde eine umfassende Krankheitsund Familienanamnese einschlielich sozialmedizinischer Aspekte erhoben. Alle Studienteilnehmer wurden ausführlich körperlich und psychiatrisch untersucht, bei den Patienten erfolgte eine EEG-Ableitung sowie eine kraniale Bildgebung (CT oder NMR). Die Laboruntersuchungen umfassten rotes und weies Blutbild mit Differenzialblutbild, neben den Routineparametern im Serum wurden CRP, Schilddrüsenhormone,

1

In Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Piotr Lewczuk, jetzt Abteilung für Psychiatrie und Psychotherapie an der Universität Erlangen-Nürnberg

23 Vitamin B12-Spiegel, Folsäure, Borrelien- und Lues-Serologie bestimmt. Die Diagnose eines „wahrscheinlichen M. Alzheimer“, Einschlusskriterium für die Patientengruppe, erfolgte gemä der NINCDSADRDA-Kriterien (McKhann et al. 1984). Der Schweregrad der Demenz wurde mit Hilfe des MMS (Folstein et al. 1974) bestimmt. Patienten oder Kontrollpersonen mit psychiatrischen, neurologischen oder entzündlichen bzw. Infektions-Krankheiten oder mit einer immunologischen oder malignen Erkrankung in der Vorgeschichte wurden ausgeschlossen. Weitere Ausschlusskriterien waren die Einnahme von immunologisch relevanten Medikamenten oder psychotroper Substanzen einschließlich Antidementiva sowie eine positive Familienanamnese für demenzielle Erkrankungen. Die Einwilligung in die Studienteilnahme erfolgte über einen schriftlichen „Informed Consent“, den entweder die Patienten oder ein Angehöriger unterzeichneten. Die Studie erfolgte nach Genehmigung durch die Ethikkommission der Medizinischen Fakultät Tübingen.

3.4

Untersuchungsmethoden

Den Rahmen für unsere Untersuchungen geben die verfügbaren Methoden vor. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um Immunfluoreszenzverfahren, ELISA-Test-Verfahren, Duchflusszytometrie und Untersuchung an Zellkulturen. Mit Hilfe dieser Verfahren untersuchten wir Antikörper, Lymphozytensubgruppen, Cytokinkonzentrationen und den Apoptosemarker CD95 in Liquor und Serum bzw. Cytokine in Zellkulturüberständen. Genaue Beschreibungen der verwendeten Untersuchungsmethoden wie ELISA, FACS und Vollblutkulturen erfolgen in den Kapiteln zu den jeweiligen Befunden.

24 3.5

Statistische Methoden

Unsere Arbeit möchte prüfen, ob systemische immunologische Veränderungen bei Alzheimer-Demenz vorliegen und ob diese in einer Zunahme der entzündlichen Reaktionsbereitschaft mit entsprechender Erhöhung inflammatorischer Parameter bestehen oder in einer abgeschwächten Immunantwort mit erniedrigten Entzündungszeichen. Damit sind die Fragestellungen der vorliegenden Arbeit grundsätzlich explorativen Charakters und dienen der Hypothesengenerierung. Die Durchführung der statistischen Auswertungen erfolgte unter Verwendung der Statistik-Software JMPTM, Version 5.1 (SAS Institute, Cary, NC). Zum statistischen Nachweis von Unterschieden zwischen der Patientenund der Kontrollgruppe wurde bei stetigen Merkmalen der U-Test (MannWhitney-Wilcoxon) als nichtparametrischer Zwei-Stichproben-Test für unverbundene Stichproben durchgeführt; Symmetrie bzw. Normalverteilung werden hierbei nicht vorausgesetzt. Als Signifikanzniveau wurde Į = 0,05 festgelegt (5%-Niveau). Wenn der p-Wert als Ergebnis der angewandten statistischen Testverfahren kleiner als 0,05 war, lag demnach statistische Signifikanz zum 5%-Niveau vor. Das Streuungsmaß wurde aus Gründen der Anschaulichkeit mit den jeweiligen Medianen und Rängen bzw. “interquartile ranges“ (IQR) angegeben. Mögliche Einflüsse von Alter und Geschlecht wurden mit Hilfe der Kendall tau b- bzw. der Pearson-Korrelation untersucht. Gegebenenfalls vorgenommene Ergänzungen werden im jeweiligen Kapitel genannt. Die Berechnungen wurden mit Unterstützung von Prof. Dr. Anil Batra, UKPP Tübingen durchgeführt. Die statistische Beratung erfolgte durch Dr. Gunnar Blumenstock, Institut für Medizinische Biometrie Tübingen (Leiter: Prof. Dr. K. Dietz).

25

4

Ergebnisse

4.1

Antikörper bei Alzheimer-Demenz

Stand der Forschung Dass Autoimmunphänomene zur Pathogenese der AD beitragen könnten, wurde bereits vor vielen Jahren vermutet. Die ersten klinischen Untersuchungen zu Veränderungen des humoralen Immunsystems bei Alzheimer-Patienten zeigten erhöhte Spiegel von Gammaglobulinen bei gleichzeitiger Verminderung der Serumalbuminspiegel (Behan u. Feldman 1970), spätere Arbeiten konnten jedoch keine Unterschiede feststellen (Araga et al. 1991). In den 70er und 80er Jahren wurden zunehmend Befunde über das Auftreten von Autoantikörpern im Blut und Liquor von Alzheimer-Patienten veröffentlicht, wobei sowohl erhöhte Titer gegen peripheres Gewebe als auch gegen hirneigene Proteine beschrieben wurden (Übersicht bei Schott et al. 1996). Shinitzky et al. (1991) entdeckten im Serum von Demenzpatienten Autoantikörper gegen Thrombozyten. Da Thrombozyten das Amyloid-Vorläuferprotein APP enthalten, wurde vermutet, dass diese ein Ursprungsort systemischen AβProteins sein könnten (Rosenberg et al. 1997), wie es auch für die Leber angenommen wird (Kalaria et al. 1991). Das Vorkommen von β-Amyloid im peripheren Blut kann die Bildung natürlicher Antikörpern gegen βAmyloid induzieren, die sowohl bei gesunden Altern als auch bei Alzheimer-Patienten zu beobachten sind (Moenning et al. 1991; Gaskin et al. 1993, Du et al. 2001). Bei AD wurden schließlich Autoantikörper gegen cholinerge Neurone nachgewiesen, was mit dem Gedächtnisverlust in direkten Zusammenhang gebracht wurde (Chapman et al. 1991). Die Frage, ob die bei AD zu beobachtenden Autoantikörper mit möglicher Kreuzreaktivität gegen Hirngewebe von pathogener Bedeutung für die Entwicklung der Neurodegeneration sind, wurde bereits in den 80er Jahren kontrovers diskutiert (Baldinger u. Blumenthal 1982).

26 Eigene Untersuchungen Ausgehend von der oben beschriebenen „Autoimmunhypothese“ wurden in einer ersten Pilot-Untersuchung der Arbeitsgruppe (Schott et al. 1996) 22 Patienten mit Demenzerkrankungen unterschiedlicher Ätiologie sowie 50 Kontrollpersonen auf verschiedene, im wesentlichen bei Kollagenosen auftretende Autoantikörper im Serum untersucht. Zusätzlich wurden Antikörper gegen aus der Ratte stammendes hirnspezifisches Gewebe bestimmt sowie gegen den Neurotransmitter Serotonin. Antikörper gegen Kernantigen, glatte Muskulatur, Mitochondrien, Endothel, Sarkolemm, Schilddrüse und Parietalzellen wurden unter Verwendung von Immunfluoreszenz-Assays (IFL) mit Kryopräparaten aus Leber, Gehirn, Niere und Magen der Ratte sowie aus humanem Schilddrüsengewebe nachgewiesen, die Bestimmung von organspezifischen Antikörpern gegen Hirngewebe, Serotonin, Gm1-Ganglioside und Phospholipide (Thromboplastin) sowie gegen Laminin und Keratin erfolgte mit Enzyme linked immune absorbent Assays (ELISA) (Klein et al. 1991, 1992). Der Gruppenvergleich zwischen der Gesamtheit der Demenzpatienten und gesunden Kontrollen zeigte, dass die Gruppe aller Demenzpatienten vermehrt antinukleäre Antikörper (ANA, p < 0.05) sowie Antikörper gegen gastrische Parietalzellen (PCA, p < 0,001) aufwiesen. Hinsichtlich hirnspezifischer Antikörper wiesen die Alzheimer-Patienten, nicht aber andere Demenzpatienten ein statistisch signifikant vermehrtes Auftreten von Antikörpern gegen ZNS-Antigen im Vergleich zu der gesunden Kontrollgruppe auf. Andere hirnspezifische Antikörper waren gegenüber den Kontrollen nicht signifikant erhöht. Diese Untersuchung ließ aufgrund der niedrigen Fallzahl, der heterogenen Zusammensetzung des untersuchten Klientels sowie der fehlenden Alterskorrelation zwischen Demenzpatienten und Kontrollpersonen nur sehr begrenzt Interpretationen zu. Aufgrund der methodischen Einschränkungen der dargestellten Untersuchung schlossen wir eine weitere Studie an, bei der eine größerer Fallzahl von ausschließlich Alzheimer-Patienten auf Autoantikörper untersucht wurden (Richartz et al. 2004). Der Vergleich erfolgte sowohl mit der in der ersten Studie verwendeten Kontrollgruppe sowie mit einer alterskorrelierten Gruppe

27 gesunder Kontrollpersonen. Die Antikörper wurden in Untersuchung sowohl im Serum als auch im Liquor bestimmt.

dieser

Patienten 29 Alzheimer-Patienten, die entsprechend den NINCDS-ADRDAKriterien diagnostiziert wurden, wurden in die Studie aufgenommen. Es handelte sich um 20 Frauen und 9 Männer mit einem Altersdurchschnitt von 74,1 +/– 7,65 Jahren. Der durchschnittliche MMS-Wert betrug 14,9 +/– 4,76 Punkte. Die Kontrollgruppe setzte sich aus 20 älteren, gesunden Probanden zusammen, 13 Frauen und 7 Männern, die im Durchschnitt 69,4 +/– 7,96 Jahre alt waren. Die Liquorpunktion der Gesunden erfolgte anlässlich einer radiologischen Diagnostik zum Ausschluss eines Bandscheibenvorfalls. Der verwendete Liquor war jeweils frei von jeglichen Entzündungs- oder anderen pathologischen Zeichen. Zusätzlich wurden die Seren einer Kontrollgruppe von 50 jüngeren gesunden Personen untersucht (Altersdurchschnitt 36,3 Jahre bei einer Streuung von 19-57 Jahren). Eine Liquorpunktion wurde bei den jüngeren Kontrollpersonen nicht durchgeführt. Vorgehen Die Blutentnahme erfolgte im Rahmen der Routineuntersuchungen zur Demenzabklärung, die Liquorgewinnung im Rahmen von Bandscheibendiagnostik bzw. zum Ausschluss entzündlicher Erkrankungen. IFL- und ELISA-Untersuchungen entsprachen dem jeweiligen Standardprotokoll des Herstellers. Serum wurde mit IFL auf Antikörper gegen Kernantigen, glatte Muskulatur, Mitochondrien, Endothel, Sarkolemm, Schilddrüse und Parietalzellen untersucht, wobei wie in der vorangegangenen Studie Kryopräparate aus Leber, Gehirn, Niere und Magen der Ratte sowie aus humanem Schilddrüsengewebe verwendet wurden. In Serum und Liquor wurden Autoantikörper gegen Hirngewebe, Serotonin, Gm1-Ganglioside und Phospholipide (Thromboplastin) unter Verwendung von ELISA, wie oben beschrieben, bestimmt.

28 Ergebnisse In den Tabellen 4.1 und 4.2 sind die Ergebnisse zusammengefasst. Bei einem Signifikanzniveau von p < 0,05 zeigen Alzheimer-Patienten eine signifikante Erhöhung von Antikörper gegen ANA (p < 0,0017), SMA (p < 0,0087) und TGA (p < 0,0087) im Vergleich zu gesunden jüngeren Kontrollen. Nach Bonferroni-Korrektur (Signifikanz ab p < 0,0045 aufgrund multipler Testung) bleibt lediglich der Anstieg von Antikörpern gegen ANA (p < 0,0017) signifikant. Die Erhöhung von Antikörper gegen SMA (p < 0,0003) und TGA (p < 0,0062) bei den älteren Gesunden im Vergleich zu den jüngeren Kontrollen bleibt nach ĮAdjustierung nur für die SMA-Antikörper signifikant. Zwischen Alzheimer-Patienten und der Gruppe der älteren Gesunden finden sich keinerlei signifikante Unterschiede der Serum-Antikörper gegen o.a. Antigene.

Tabelle 4.1 Serum-Antikörper bei Alzheimer-Patienten und Kontrollpersonen

ANA SMA AEA ASA PCA TGA TPO AD (n=29)

6 (*)

7 (*)

1

5

3

6 (*)

4

Gesunde Ältere (n=20)

1

9 (*)

2

6

3

5 (*)

3

Gesunde Jüngere (n=50)

0

3

2

4

1

1

-

Angegeben ist die Zahl positiver Serumproben. ANA anti-nuclear antibodies, SMA smooth muscle cell antibodies, AMA antimitochondrial antibodies, AEA anti-endothelial antibodies, ASA Anti-sarcolemma antibodies, PCA parietal cell antibodies, TGA thyroid gland antibodies, TPO thyreoperoxidase antibodies

29 (*)statistisch signifikante Unterschiede (p < 0.05) zwischen Alzheimer-Patienten bzw. zwischen gesunden Älteren und gesunder jüngerer Kontrollgruppe

Der Vergleich zwischen der Alzheimergruppe und der Gruppe gesunder älterer Personen lässt erkennen, dass Alzheimer-Patienten im Liquor weniger IgG-Antikörper gegen Gm1-Ganglioside aufweisen als alterskorrelierte Gesunde (p < 0,0376). Nach Bonferroni-Korrektur (p < 0,0045) liegt das Ergebnis jedoch unterhalb des Signifikanzniveaus. Im Serum finden sich keine Unterschiede im Auftreten von Antikörpern zwischen Alzheimer-Patienten und gesunden Älteren. Im Vergleich zu den jüngeren Kontrollpersonen lässt sich bei der älteren Kontrollgruppe eine Erhöhung von IgG- und IgM-Antikörper gegen Serotonin im Serum beobachten (p < 0,0095). Nach Bonferroni–Korrektur (p < 0,0045) erreichen diese Werte jedoch ebenfalls kein Signifikanzniveau mehr. Der Vergleich der Antikörperproduktion zwischen Alzheimer-Patienten und gesunden Jüngeren zeigt weder im Serum noch im Liquor signifikante Unterschiede. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die in der ersten Untersuchung erzielten Ergebnisse allein altersabhängig, nicht diagnosenspezifisch sind. Hingegen zeigt sich bei der zweiten Untersuchung, dass Alzheimer-Patienten weniger Autoantikörper gegen Gm1-Ganglioside als alterentsprechende Gesunde aufweisen, so dass in unserer Studie sich kein Hinweis für eine erhöhte, vielmehr für eine verminderte Neigung zu Autoimmunphänomenen bei AD findet.

30

Tabelle 4.2 IgM und IgG-Antikörper gegen hirnspezifische Antigene in Serum und Liquor CNS

Gm1

Serotonin

Phospholipide

IgG

IgM

IgG

IgM

IgG

IgM

IgG

IgM

AD (n=29) Liquor

1

0

7(*)

0

8

0

–

–

Serum

1

1

5

0

5

1

2

3

Gesunde Liquor Ältere (n=20) Serum

0

0

11

0

2

0

–

–

1

1

3

2

5(**)

2(**)

1

1

Gesunde Serum Jüngere (n=50)

0

7

4

7

Angegeben ist die Anzahl positiver Proben. (*)

statistisch signifikanter Unterschied zwischen Alzheimer-Patienten und älteren Kontrollen

(**)

statistisch signifikanter Unterschied zwischen jüngerer und älterer Kontrollgruppe

Diskussion der Antikörper-Befunde Die Bestimmung von Antikörpern im Serum von Alzheimer-Patienten gehörte zu den frühesten Untersuchungen im Rahmen der Erforschung systemischer immunologischer Veränderungen bei AD. Die in den 70er und 80er Jahren entwickelten Methoden zum Antikörper-Nachweis wie Immunfluoreszenz führten zu zahlreichen Berichten über das Auftreten von Autoantikörpern bei unterschiedlichen Krankheitsbildern, die als Folge von Autoimmunphänomenen bzw. autoaggressiven Entzündungsreaktionen verstanden wurden. Für AD sind die Befunde in

31 der Literatur zu Antikörpern bzw. Autoantikörpern im Serum und Liquor uneinheitlich. Zahlreiche, insbesondere ältere Arbeiten berichten über eine Erhöhung verschiedener Antikörper, was auf ein Ungleichgewicht zwischen pro- und antiinflammatorischer Aktivität zugunsten einer überschieenden Entzündungsreaktion als primäres Pathologikum bei AD zurückgeführt wurde. Andere Untersuchungen konnten das Vorliegen systemischer Entzündungszeichen, insbesondere eine vermehrte Antikörper-Bildung nicht bestätigen, vielmehr wurde mittlerweile von mehreren Arbeitsgruppen eine verminderte Produktion verschiedener Antikörper bei Alzheimer-Patienten beobachtet. Antikörper gegen CD95 sind bei anderen neurodegenerativen Erkrankungen wie Amyotropher Lateralsklerose und M. Parkinson erhöht, während diese bei AD erniedrigt sind (Sengun u. Appel 2003). Auch die Konzentrationen von natürlichen Antikörpern gegen β-Amyloid, die den Abbau des toxischen Amyloids unterstützen, sind bei Alzheimer-Patienten geringer (Du et al. 2001, Weksler et al. 2002; vgl. S.35). In unseren eigenen Untersuchungen konnte im Serum keine statistisch signifikante Veränderung von Autoantikörpern im Vergleich mit gesunden altersentsprechenden Kontrollpersonen nachgewiesen werden. Erhöhte Antikörper-Konzentrationen waren altersabhängig und nicht diagnosenspezifisch. Im Liquor wiesen Alzheimer-Patienten erniedrigte Konzentrationen von Antikörpern gegen GM1-Ganglioside auf. Somit ergaben unsere Untersuchungen ebenfalls keine Hinweise für eine erhöhte, vielmehr für eine verminderte Neigung zur Bildung von Autoantikörpern bei AD. Eine mögliche Erklärung für die unterschiedlichen Ergebnisse von Antikörperuntersuchungen stellt die groe interindividuelle Variabilität der humoralen Immunantwort dar (Kalaria 1993). Dies könnte auch den Hintergrund dafür bilden, dass sich in vielen Studien die Antikörpererhöhungen jeweils in einer Subgruppe, nicht aber bei allen Patienten fanden. Darüber hinaus spielen Krankheitsdauer und Schweregrad für die Immunantwort eine Rolle sowie etwaige nicht

32 diagnostizierte entzündliche Erkrankungen oder Gefäßleiden, die zu einer Erhöhung von Autoantikörpern führen können (Lopez et al. 1992). Die Interpretation von Antikörper-Befunden ist insofern schwierig, da Antikörper einerseits Ausdruck eines spezifischen Autoimmunprozesses mit schädigenden entzündlichen Folgen sein können, andererseits auch regenerativ, z.B. im Rahmen von Reparaturmechanismen, wirken können. Zudem können sie als Sekundärphänomen auf eine primäre Schädigung des Gehirns aufgrund anderer (autoimmuner) Mechanismen auftreten (Henneberg 1997). Auch der Produktionsort der Antikörper bei der Alzheimer-Demenz ist nicht eindeutig geklärt. Es gibt keine Hinweise dafür, dass die B-Zellen als die genuinen Produzenten von Antikörpern bei AD überaktiviert wären (Kalaria 1993). Da Autoantikörper sowohl im Serum als auch im Liquor nachgewiesen wurden, scheint auch eine intracerebrale Bildung durch penetrierende B-Zellen, aber z.B. auch durch Astrozyten (Cserr u. Knopf 1992) nicht ausgeschlossen. Unverändert ist die pathogenetische Bedeutung der Befunde umstritten. a) Aus klinischer Sicht stehen die pathogenen Folgen eines Autoimmungeschehens in der Regel im Vordergrund. Autoantikörper können eine chronische Entzündungsreaktion hervorrufen. So war die gängige Hypothese der 1980er und frühen 1990er Jahren, dass eine überschießende Entzündungsreaktion eine zentrale pathogenetische Rolle für AD spielen könnte. Die Annahme einer möglichen Kreuzreaktivität der Antikörper gegen Hirngewebe wurde Grundlage der „Autoimmunhypothese“ der Alzheimer-Demenz, die zu Beginn der 90er Jahre zunehmende Anerkennung erfuhr (Neuroautoimmunitätsmodell, Singh 1994; vgl. S. 15). Es wurde u.a. postuliert, dass die bei AD zu findenden Autoantikörper durch Kreuzreaktionen sich auch gegen cholinerge Hirnantigene richten und die Cholin-Acteyltransferase inhibieren könnten, was zu dem cholinergen Defizit bei AD führen könnte. Insbesondere das intrathekale Vorkommen von Immunglobulinen bzw. Antikörpern lie zumindest für einen Teil der Patienten eine Autoimmunpathogenese vermuten (Blennow et al. 1990). Der Nachweis von Antikörpern gegen Mikroglia im Liquor und Serum (Lemke et al. 1997) von Alzheimer-Patienten unterstützt die Hypothese von AD als

33 Autoimmunerkrankung. Da die beschriebenen antimikroglialen Antikörper amöboíde, also aktive, phagozytierende Mikroglia-Zellen erkennen können, wurde diskutiert, dass diese Antikörper die neuroprotektive Funktion von Mikroglia beeinträchtigen (McRae et al. 1996). Gasiorowski u. Leszek (1997) führen eine vermehrte Bildung von Autoantikörpern bei AD darauf zurück, dass aufgrund eines Nachlassens der Immunantwort eine zunehmende Anzahl von T-Zellen ihrer natürlichen Zerstörung entkommt und sich autoreaktiv gegen körpereigene Antigene richtet. Auch neuere Untersuchungen geben Hinweise für die mögliche Beteiligung autoimmuner Prozesse an der Neurodegeneration bei AD. So wurde nachgewiesen, dass durch die beeinträchtigte Blut-Hirn-Schranke bei AD Serumproteine, darunter auch IgG-Antikörper in das Hirngewebe eindringen können. Die vermutete Neurotoxizität solcher Immunglobuline, insbesondere von Antikörpern gegen β-Amyloid, wurde mit dem apoptotischen Neuronenuntergang in Zusammenhang gebracht (D’Andrea 2003, Jannsen et al. 2004, Nath et al. 2003). Zugleich scheint bei AD jedoch die physiologische zelluläre Immunantwort auf β-Amyloid unzureichend zu sein bzw. auszubleiben. Die Spezifität der beschriebenen Antikörper ist nach wie vor ungeklärt. Lopez et al. (1992) untersuchten ähnlich unserem Design verschiedene Autoantikörper im Serum von Patienten mit Alzheimer-Demenz, vaskulärer Demenz und Mischformen. Sie fanden bei allen Patienten mit zerebrovaskulärer Beteiligung eine Erhöhung von Autoantikörpern, nicht aber bei reinen Alzheimer-Patienten. Erhöhte Antikörperspiegel bei Alzheimer-Patienten könnten somit durch vaskuläre Komorbidität bedingt sein. Zudem geht Altern generell mit einer Zunahme von Autoantikörpern einher (Burns u. Goodwin 1996), wobei Alzheimer-Patienten in den meisten Untersuchungen mehr, aber auch andere Antikörper als altersgleiche Gesunde aufweisen (Singh u. Fudenberg 1986, Kalaria 1993). b) Dass bei AD im Gehirn eine lokale chronische Entzündung besteht, ist heute unumstritten, deren Stellung innerhalb der pathogenetischen Kette jedoch ungeklärt. Grundsätzlich kommen Autoimmunphänomene physiologischerweise vor und haben protektive Funktionen gegenüber fremden oder eigenem pathogenem Material. So ist auch die Bildung von

34 Antikörpern gegen β-Amyloid zunächst Ausdruck einer physiologischen und protektiven Immunantwort auf das pathogene Amyloid, die den Abbau von Amyloid-Aggregaten unterstützt (Marx et al. 1999). So sind am Abbau cerebraler Amyloidablagerungen neben Mikroglia und infliltirierenden Gewebsmakrophagen (Shaffer et al. 1995, Paresce et al. 1996) auch Autoantikörper (Moenning 1991, Gaskin et al. 1993, Bard et al. 2003) beteiligt. Nach Bindung entsprechender Antikörper an dendritische bzw. antigenpräsentierende Zellen können diese Amyloid in seiner unlöslichen, aggregierten Form phagozytieren (Schmitt et al. 1997). Die anschließende Prozessierung und Präsentation über MHC-Moleküle kann eine amyloid-spezifische adaptive Immunantwort mit lokaler Bildung der beschriebenen Anti-Amyloid-Antikörper auslösen. CD4+-amyloidspezifische T-Zellen können dabei die B-Zellen bei der Bildung anti-Aspezifischer Autoantikörper unterstützen. Die Bindung dieser Antikörper and das Amyloidprotein fördert dessen Degradation (Marx et al. 1998; Wolf et al. 2002, Lue u. Walker 2002, Bard et al. 2003 Avidan et al. 2004). Eine spezifische, antikörpervermittelte Immunantwort auf β-Amyloid erfolgt offensichtlich nicht nur lokal, sondern auch systemisch. Extracerebral vorkommendes β-Amyloid in Gefäwänden, Subkutangewebe, Darm und Nebenniere (Joachim et al. 1989) bewirkt physiologischerweise die periphere Bildung von Anti-AmyloidAntikörpern (Haass et al. 1992). Diese können die BHS passieren, an cerebrales β-Amyloid binden und dort dessen Phagozytose und Abbau unterstützen (Wilcock et al. 2003a, 2003b, Avidan et al. 2004, Wisniewski u. Sigurdsson 2002). Darüber hinaus hemmen Anti-Amyloid-Antikörper die Oligomerisierung und die damit verbundene amyloid-induzierte Neurotoxizität (Du et al. 2003). Die Bildung von Anti-Amyloid-Antikörpern ist also offensichtlich ein normaler, lebenslanger Schutzmechanismus, zumal es sich bei Amyloidprotein nicht nur um ein dysfunktionales, sondern um ein toxisches Protein handelt. Bei Alzheimer-Patienten scheint diese Aspezifische Immunaktivierung offensichtlich beeinträchtigt zu sein (Trieb et al. 1996), insofern es ihnen nicht in ausreichendem Maße gelingt, βAmyloid als Autoantigen zu erkennen bzw. dieses zu eliminieren. Zum

35 einen könnte eine zelluläre Immundefizienz im Sinne einer T-Zell Dysfunktion oder gar T-Zell-„Anergie“ hierzu beitragen (Trieb et al, 1996, Marx et al. 1998, Saurwein-Tessl et al. 2000). Zum andern weisen Alzheimer-Patienten signifikant geringere Anti-AmyloidAntikörperspiegel als altersgleiche Gesunde auf (Du et al. 2001; Weksler et al. 2002). Dieser Mangel an protektiv wirkenden Auto-Antikörpern trägt möglicherweise wesentlich zur pathologischen Amyloidakkumulation bei. Ursache der verringerten AK-Spiegel bei AD könnte eine Veränderung der B-Zell-Aktivität sein (Wyss-Coray u. Mucke 2002). Der Befund ist mit der von uns beobachteten B-Zell-Verminderung (S. 65) vereinbar. Zusammenfassend gibt es neben den Vermutungen einer überschießenden Immunantwort mit vermehrter Antikörperbildung Berichte über eine Beeinträchtigung der spezifischen Immunantwort bei Alzheimer-Demenz. Ein Verlust einer adäquaten Immunantwort trägt möglicherweise wesentlich zur Pathogenese der AD bei. Das zusätzliche Auftreten vaskulärer Faktoren oder anderer, unerkannter inflammatorischer Prozesse könnten die ebenfalls vorhandenen Beobachtungen erhöhter AntikörperProduktion erklären.

36 4.2

Veränderungen der Cytokinexpression in Liquor und Serum bei Alzheimer-Demenz

Einführung: Cytokinbildung und -kategorisierung Cytokine sind neben Antikörpern eine weitere Form von immunaktiven Proteinen, die von zahlreichen Zellen gebildet werden können. Man kennt heute etwa 30 Cytokine, darunter die Interleukine (IL-1 bis IL-24), TumorNekrose-Faktoren (TNF) und transformierende Wachstumsfaktoren (transforming growth factors, TGF beta 1-3). Cytokine bestehen aus weniger als 200 Aminosäuren und haben ein niedriges Molekulargewicht. Sie binden an spezifische zellständige und lösliche Rezeptoren. Cytokine dienen über autokrine, parakrine oder endokrine Mechanismen der interzellulären Kommunikation. Ihre Interaktionen finden innerhalb eines komplexen Netzwerks mit positiven und negativen Rückkopplungen und Kaskadenwirkungen statt. Die jeweilige Immunantwort ist von den synergistischen oder antagonistischen Wirkungen der verschiedenen Komponenten dieses Netzwerks abhängig. Darüber hinaus können die löslichen Rezeptoren die jeweiligen Cytokinwirkungungen antagonisieren, aber auch verstärken, wie es beispielsweise für den löslichen IL-6Rezeptor bekannt ist (Ershler 1993). Im systemischen Kreislauf wirken IL1, IL-6 und TNF-Į typischerweise proinflammatorisch, IL-4, IL-10 und IL-13 antiinflammatorisch. Ihre jeweilige Wirkung ist jedoch von zahlreichen Umgebungsfaktoren abhängig. Zudem sind Cytokine pleiotrop, und sie können an den verschiedenen Wirkorten unterschiedliche, sowohl protektive als auch destruktive Wirkungen entfalten. Daher ist es schwierig, eine einzelne Cytokinwirkungen vorauszusagen. Aussagekräftiger als die Interpretation einzelner Cytokinbefunde ist die Beurteilung mehrerer Cytokine bzw. die Ausprägung von Cytokinmustern. Die Dichotomie der Cytokinmuster erlaubt die Unterscheidung unterschiedlicher Typen der Immunantwort. Die Typ1-Antwort besteht aus einer schnellen, zellulär vermittelten Akutphasereaktion. Sie wird im Wesentlichen durch die proinflammatorischen Cytokine IL-2, IL-12, IFN-γ sowie ICAM initiiert, die von aktivierten M1-Makrophagen und von TH-

37 1-Zellen gebildet werden können. Die Typ-2 Antwort ist u.a. gekennzeichnet durch die Expression von IL-6, IL4 und IL-10. Diese Cytokine werden von M2-Makrophagen sowie von TH-2-Zellen sezerniert und lösen die humorale Immunantwort aus, indem sie B-Zellen zur Bildung von Antikörpern aktivieren. Die Entscheidung, welche Immunantwort ausgelöst wird, ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Vor allem spielt die Art des Erregers, aber auch die Antigendosis sowie der Zeitpunkt der Immunantwort eine Rolle (Mosmann u. Sad 1996). Die Bestimmung von Cytokinen kann dazu dienen, eine Aussage über die Aktivität der jeweiligen Immunzellen zu treffen. Erhöhung oder Erniedrigung bestimmter Cytokine können Hinweise für eine Verminderung, Steigerung oder für eine mögliche Verschiebung der Immunantwort bzw. der Immunzellaktivität geben. Dabei bleibt zu beachten, dass die Cytokinbildung von komplexer Natur ist. Dieselben Cytokine können von unterschiedlichen Zellen gebildet werden, andererseits können die gleiche Zellen je nach Stimulus und abhängig von weiteren Einflussfaktoren verschiedene Cytokine bilden. Auch Mastzellen, Histiozyten oder auch plazentares Gewebe sind zur Cytokinbildung fähig (Mosmann u. Sad 1996). Cytokinexpression bei Alzheimer-Demenz: Stand der Forschung Histopathologische Untersuchungen mit immunhistochemischen Methoden an Gehirnen von Alzheimer-Patienten ergaben, dass in der unmittelbaren Umgebung von Amyloid-Plaques proinflammatorische Cytokine, insbesondere IL-1 und IL-6, sowie weitere inflammatorische Moleküle wie Komplementfaktoren in erhöhter Konzentration vorliegen (Mrak et al. 1995, Hüll et al. 1996, Tarkowski et al. 1999b). Diese Befunde unterstützten die Annahme, dass im Gehirn bei AD eine chronische, langsam voranschreitende Entzündung abläuft, die durch aktivierte Gliazellen vermittelt wird. Diese Entzündungsreaktion könnte zunächst als Restitutionsversuch, zum Beispiel zur Abräumung von Amyloidplaques initiiert worden sein, dann aber als überschießendes Phänomen neurotoxische Folgen entwickeln. Gemä der „bystander damage

38 hypothesis“ (S.12) hat eine solche überschieende Entzündungsreaktion eine zentrale pathogenetische Bedeutung für die Entwicklung der Alzheimer-Pathologie. Der Ursprung dieser lokal anzutreffenden Cytokine ist nicht eindeutig geklärt. In erster Linie kommen die hirneigenen Immunzellen für die Cytokinauschüttung in Betracht, insbesondere die Mikroglia. Angesichts der bidirektionalen Durchlässigkeit der BlutHirnschranke für einzelne Moleküle sowie für Zellen ist jedoch auch ein peripherer Ursprung denkbar (Kalaria 1992, Huberman et al. 1994). Zudem können die cerebral anzutreffenden Cytokine auch von eingewanderten Zellen sezerniert werden. So hatten Fiala et al. (2002) gezeigt, dass periphere Makrophagen sowie T- und B-Lymphozyten in das Gehirn von Alzheimer-Patienten penetrieren und dort aktiv sind. Vor dem Hintergrund der komplexen immunologischen Verbindungen zwischen Gehirn und Peripherie widmeten sich zahlreiche Arbeitsgruppen der Untersuchung peripherer Cytokinveränderungen bei AD. Die wichtigsten Befunde im Liquor und Serum von Alzheimer-Patienten sind in den Tabellen 4.3 und 4.4 aufgelistet. Tabelle 4.3 Cytokinbefunde im Liquor von Alzheimer-Patienten Autoren

Untersuchte Cytokine

Befunde

Blum-Degen et al. 1995

IL-1, IL-6

Ĺ

Yamada et al. 1995

IL-6

Ļ

Nishiwaki et al. 1995

IL-6

Ļ

März et al. 1997

IL-6

ļ

Hampel et al. 1997

IL-6

ļ

Hampel et al. 1998

sIL-6r

Ļ

Lanzrein et al. 1998

IL-1, IL-6, TNF-Į, Į1-Antichymotrypsin

ļ

Engelborghs et al. 1999

IL-1, IL-6, IFN-γ, TNF- Į Neopterin

ļ ļ

Tarkowski et al. 2001

IL-1 sIL1r-Antagonist

nicht nachweisbar Ļ

Ĺ erhöht, Ļ erniedrigt, ļ keine Veränderung

39 Tabelle 4.4 Cytokinbefunde im Serum bei Alzheimer-Patienten Autoren

Untersuchte Cytokine

Befunde

Van Duijn et al. 1990

IL-6

ļ

Esumi et al. 1991

IL-2

ļ

Cacabelos et al. 1994

TNF- Į

Ļ

Androsova et al. 1995

IL-1 IL-2

nach Stimulation (Ĺ) nach Stimulation ļ

Huberman et al. 1995

IL-2 IL-6

Ĺ bei AD und VD Ĺ bei AD

Singh u. Guthikonda, 1996

IL-6 IL-12, IFN-Į , IFN-Ȗ

Ĺ ļ

Kalman et al. 1997

IL-6

Ĺ

Hampel et al. 1997

IL-6

ļ

Lanzrein et al. 1998

IL-1, IL-6, Į1Antichymotrypsin TNF-Į

ļ (Ļ)

Maes et al. 1999

IL-6

Ĺ

Lombardi et al. 1999

IL-1, TNF-Į, IL-6, IL-10

Nativ nicht nachweisbar Nach Stimulation: alle Ĺ

Licastro et al. 2000

IL-1, IL-6, Į1Antichymotrypsin

alle Ĺ

De Luigi et al. 2001

TNF-Į

nach Stimulation Ļ

Paganelli et al. 2002

TNF-Į

Ļ

Beelosesky et al. 2002

IL-2 IL-1, IL-6, TNF- Į

Ļ ļ

Sala et al. 2004

IL-1, IL-6, TNF-Į

Nach Stimulation Ļ

Ĺ erhöht, Ļ erniedrigt, ļ keine Veränderung, ( ): Veränderung ohne Signifikanz

40 Angesichts der cerebralen Entzündungszeichen schien es zunächst naheliegend, dass sich die Neigung zu proinflammatorischen Prozessen auch peripher widerspiegeln würde. Die Ergebnisse sind jedoch uneinheitlich und lassen bisher keine klaren Schlussfolgerungen zu. Insbesondere konnte die Hypothese, dass AD mit einer peripheren chronischen Entzündung einhergeht, nicht eindeutig belegt werden. WadaIsoe et al. (2004) fanden beispielsweise eine Erhöhung von Il-6 im Liquor von Patienten mit vaskulären Demenzen, nicht aber mit AlzheimerDemenzen. Eine Beteiligung entzündlicher Mechanismen nehmen die Autoren daher nur für vaskuläre, nicht für Alzheimer-Demenzen an. Ebenso uneinheitlich sind die Befunde zu löslichen Cytokinrezeptoren, die die jeweiligen Cytokinwirkungen antagonisieren können. Einige Autoren beobachteten in fortgeschrittenen Krankheitsstadien eine Zunahme von sIL-1r (Garlind et al. 1999) und sTNF-Įr (Leblhuber et al. 1998). Die Autoren führte dies zu der Annahme, dass es im Lauf der Erkrankung zu dem gegenregulatorischen Versuch kommt, die inflammatorischen Ereignisse zu reduzieren. Entsprechend beobachteten Bagli et al. (2003) eine Erhöhung von sIL-6r in Liquor und Serum von Alzheimer-Patienten. Tarkowski et al. (2001) hingegen fanden im Liquor eine Verminderung des antiinflammatorischen sIL-1r. Eine Verminderung der sIL-6r-Spiegel fanden Angelis et al. (1998) sowie Hampel et al. (1998). Dagegen konnten März et al. (1997) keinen Unterschied für sIL-6r beobachten. Ebenso stellten Lanzrein et al. (1998) weder im Liquor noch im Serum Unterschiede des löslichen Rezeptorantagonisten sIL-1-ra oder der löslichen Rezeptoren sTNF-r I und II zwischen Alzheimer-Patienten und Kontrollen fest. Interessanterweise berichtet diese Arbeitsgruppe hingegen von einer erniedrigten Konzentration an TNF-Į in verschiedenen Hirnregionen von Alzheimer-Patienten. Die Autoren schlieen auf eine Dysregulation der entzündlichen Prozesse bei AD und einer damit verbundenen unzureichenden Neuroprotektion, die den Neuronenuntergang bei AD begünstigt. Zur der Diskrepanz der Ergebnisse peripherer Cytokinbestimmungen tragen unterschiedliche Untersuchungsbedingungen sowie die Heterogenität der untersuchten Klientelen wesentlich bei. Zudem

41 bestimmten die meisten Autoren die Cytokinspiegel im Serum unter nativen Bedingungen, d.h. ohne vorherige Stimulation durch ein Mitogen. Die so erfassten Cytokinspiegel sind außerordentlich niedrig und liegen häufig nahe der Nachweisgrenze, was die Interpretation zusätzlich erschwert. Trotz dieser Einschränkungen ist jedoch zu beobachten, dass die ursprünglichen Annahmen, dass sich die im Gehirn anzutreffenden entzündlichen Veränderungen in der Peripherie widerspiegeln, sich so nicht bestätigt haben. Bei den entzündlichen Zeichen im Gehirn von Alzheimer-Patienten handelt es sich möglicherweise um lokal begrenzte Prozesse (Blum-Degen et al. 1995). Eigene Untersuchungen Ausgangspunkt unserer eigenen Untersuchungen war die Überlegung, dass Alzheimer-Patienten Veränderungen im peripheren Immunsystem aufweisen, die nicht allein als Epiphänomen Folge der cerebralen Veränderungen sind, sondern möglicherweise in einem kausalen Zusammenhang mit der Alzheimerschen Pathologie stehen. Ausgehend von der Annahme, dass das gesamte Immunsystem beteiligt sein könnte, interessierte uns nicht nur das mögliche Vorliegen einer proinflammatorischen Immunreaktion, sondern auch gegenregulatorische Cytokinantworten, wie sie im Rahmen einer Typ-2-Reaktion erfolgen. Wir bestimmten die Cytokinsekretion von TH-1- und TH-2-Zellen sowie des Monozyten/Makrophagen-Systems. In einer ersten Studiewurde die Konzentration der proinflammatorischen Cytokine IL-1, IL-2, IL-6 und TNF-Į und der löslichen Rezeptoren sIL-2r, sIL-6r und sTNF-Į gemessen, und zwar sowohl im Liquor als auch im Serum von Alzheimer-Patienten und Kontrollen (Richartz et al. 1999). Aufgrund der sehr geringen Spiegel wurden in der darauffolgenden Untersuchung im Vollblut alle relevanten Immunzellen mit Mitogenen stimuliert, was zu einer Verstärkung der Immunantwort und damit zu einer erhöhten Cytokinexpression führt (Richartz et al. 2005a). Wir bestimmten den Anstieg der Cytokinspiegel über die jeweiligen Basalwerte. Gemessen wurden die proinflammatorischen Cytokine IL-6, IL-12, IFN-Ȗ und TNF-Į sowie die antiinflammatorischen Cytokine IL-5 und IL-13.

42 Patienten Die Alzheimer-Patienten für diese Studie wurden an der UKPP Tübingen rekrutiert. Altersgleiche Kontrollpersonen für die Liquor- und Serumbestimmungen stammten aus der Neurologischen Klinik der Universität Göttingen (vgl. S. 22). Die als Kontrollpersonen aufgenommenen Personen hatten jeweils einen unauffälligen Liquorbefund bezüglich Zellzahl, Albumin, IgG sowie IgG-Index. Sie hatten keine Hinweise auf eine ZNS-Erkrankung. Als Kontrollgruppe für die Untersuchung in stimulierten Vollblutkulturen wurden gesunde altersgleiche Personen über die lokale Presse rekrutiert. Die Diagnosestellung und Ein- und Ausschlusskriterien entsprachen unserer üblichen Vorgehensweise zur Untersuchung immunologischer Veränderungen bei AD (S. 23). Die in-vivo-Konzentrationen von Cytokinen und löslichen Cytokinrezeptoren wurde bei 20 Patienten mit „wahrscheinlichem M. Alzheimer“ gemäß NINCDS-ADRDA bestimmt. Es handelte sich um 16 Frauen und 4 Männer zwischen 60 und 88 Jahren mit einem Altersdurchschnitt (Median) von 72 Jahren. Der Schweregrad der Demenz lag zwischen 10 und 23 Punkten im MMS, der Durchschnitt (Median) betrug 16 Punkte. Als Kontrollen konnten wir Liquor und Serumproben von 21 Patienten gewinnen, darunter 7 Frauen und 14 Männer zwischen 59 und 82 Jahren, ihr Altersdurchschnitt lag bei 68 Jahren. Die Krankheitsdauer der Patienten lag zwischen 1,5 und 3,4 Jahren, im Durchschnitt bei 2,5 Jahren. Für die Bestimmung von Cytokinen in stimulierten Zellkulturen wurden weitere 27 Patienten, 18 Frauen und 9 Männer rekrutiert, sowie 23 gesunde Personen, 16 Frauen und 7 Männer. Der Altersdurchschnitt dieser Alzheimer-Patienten betrug 70 Jahre (63-84 Jahre), der der Kontrollpersonen 68 Jahre (59-77 Jahre). Der MMS der Patienten lag zwischen 11 und 21 Punkten bei einem Durchschnitt von 17. Die Krankheitsdauer lag ebenfalls zwischen 1,5 und 3,5 Jahren. Alle Teilnehmer zeigten ein unauffälliges Blutbild und normale Serumparameter.

43 Methoden Die Blutentnahme erfolgte im Rahmen der Routineblutentnahme zwischen 8 und 9 Uhr morgens, um den circadianen Rhythmus zu berücksichtigen. Für die Nativ-Cytokinbestimmungen wurden die Blutproben zentrifugiert und das Serum bei -20º C bis zur Messung eingefroren. Liquor wurde im Rahmen der beschriebenen Lumbalpunktionen gewonnen und ebenfalls bei - 20º C konserviert. Für die Cytokinmessung nach Stimulation wurden frische Vollblutproben gemäß dem Lübecker Protokoll (Kirchner et al. 1982) untersucht. Die peripheren Blutzellen wurden mit LPS über 48 h oder PHA über 98 Stunden stimuliert. Anschließend wurden die Blutproben zentrifugiert und die Zellüberstände bei -80 º C bis zum Zeitpunkt der Messung eingefroren. Die Cytokinbestimmungen erfolgten mit kommerziell erhältlichen ELISA-Platten (IL-1, IL-6, TNF-Į, IFN-Ȗ, sIL-2r: Milenia, Bad Nauheim; IL-5, IL-12, IL-13, sIL-6r, sTNF-Įr: R u.D Systems, Wiesbaden). Auf der Basis von Voruntersuchungen wurde die Inkubationsdauer jeweils so gewählt, dass der Zeitpunkt maximaler Induzierung erreicht wurde: IL-5, IL-6, IL-13 und TNF-Į wurden nach 48stündiger Stimulation bestimmt, IL-12 nach 72 h, IFN-Ȗ nach 96 h. Die statistische Auswertung der Unterschiede zwischen Patienten und Kontrollen erfolgte mit Hilfe des U-Tests (Mann-Whitney-Wilcoxon) und dem Ȥ2 -Test, eine Bonferroni-Korrektur für multiple Vergleiche wurde durchgeführt.

44 Ergebnisse Nativ-Konzentrationen von Cytokinen und löslichen Rezeptoren in Liquor und Serum Die Daten dieser Untersuchung sind in Tabelle 4.5 zusammengefasst.

Tabelle 4.5 Liquor- und Serumkonzetrationen von Cytokinen und löslichen Cytokin-Rezeptoren (pg/ml): Durchschnitt (mean) und Standardabweichung des Durchschnitts (standard error of the mean, S.E.M.) in Parenthese LIQUOR

SERUM

AlzheimerPatienten

Kontrollen

AlzheimerPatienten

Kontrollen

IL-1

19,6 (2,0)

23,3 (2,1)

—

—

IL-2

—

—

—

—

sIL-2r

47,6 (1,85)

55,6 (2,97)

421

(35,57)

447

IL-6

4,6

(0,48)

10,6 (4,44)

4,7

(2,4) (*)

16,1 (3,04)

sIL-6r

575

(38,70)

767

21,03 (1,89)

24,08 (1,36)

TNF-Į

14,0 (0,37) (*)

19,3 (0,43)

—

—

sTNF-Įr

681

667

1,527 (1,88)

1,94

(33,78)

(22,43)

(34,04)

(37,55)

(0,27)

(*) = p < 0,005 (nach Bonferroni-Korrektur); “—“: Konzentrationen unterhalb der Nachweisgrenze

Die Konzentrationen von IL-2 im Liquor sowie die Serumspiegel von IL1, IL-2 und TNF-Į waren zu gering, um nachgewiesen werden zu können. Bei allen anderen Parametern finden wir bei den Alzheimer-Patienten niedrigere Konzentrationen als bei den gesunden, altersgleichen Kontrollpersonen. Angesichts von 10 gleichzeitig gemessenen Parametern wurde gemä der Bonferroni-Korrektur das Signifikanz-Nivieau mit p < 0,005 festgelegt. Danach zeigen sich in der Alzheimer-Gruppe statistisch

45 signifikante Erniedrigungen von TNF-Į (p < 0,0001) im Liquor und von IL-6 im Serum (p < 0,0012). Die Kendall tau b – bzw. PearsonKorrelation schlossen einen Einfluss des Geschlechts bzw. des Alters aus. Die Spiegel-Erniedrigungen korrelieren nicht mit der Krankheitsdauer oder dem Schweregrad d.h. den MMS-Werten.

Cytokinkonzentrationen in stimulierten Zellkulturen Wir bestimmten die Fähigkeit der stimulierten Blutzellen zur Bildung der pro-inflammatorischen Cytokine IL-6, IL-12, TNF-Į und IFN-Ȗ sowie der anti-inflammatorischen, von TH-2-Lymphozyten stammenden Cytokine IL-5 und IL-13. Die Abbildungen 4.1 - 4.3 veranschaulichen die Unterschiede zwischen den untersuchten Gruppen. Die Gruppe der Alzheimer-Patienten zeigt für alle Cytokine verminderte Konzentrationen nach Mitogen-Stimulation. Bei einem Signifikanzniveau von p < 0,008 (Bonferroni-Korrektur für 6 Messungen) finden sich folgende Cytokinspiegel mit hoher statistischer Signifikanz vermindert: IL-6 (p < 0,001), IFN-γ (p < 0,0002), TNF-Į (p < 0,0005) und IL-5 (p < 0,001). IL-12 war mit p < 0,019 erniedrigt, IL-13 mit p < 0,023. Die Ergebnisse blieben auch nach schrittweiser Regressionsanalyse (stepwise regression control) signifikant, womit ein ergebnisrelevanter Einfluss von Alter und Geschlecht ausgeschlossen werden konnte. Es finden sich auch hier keine Korrelationen zwischen den Cytokin-Konzentrationen und der Krankheitsdauer bzw. dem Schwergrad der Erkrankung (MMS-Werte).

46

IL-6

20000

pg/ml

15000

10000

5000

0 Ctrl

AD

Minimum

10%

25%

Median

75%

90%

Maximum

AD

860,4

1690,38

2388,0

3792

5486

13639,6

21036,5

Ctrl

2306,5

3342,42

5015,4

7256,9

9221

11864,16

13680,2

9 8

IL-12

7 6 5 pg/ml

4 3 2 1 0 -1 AD

Ctrl

Minimum

10%

25%

Media n

75%

90%

Maximum

AD

0

0

0,0812

0,3275

1,503

6,299

8,92

Ctrl

0

0,125

0,85

1,66

4,11

5,537

6,83

Abb. 4.1 Freisetzung der proinflammatorischen Cytokine IL-6 und IL-12 (pg/ml) in mitogen-stimulierten Vollblut-Kulturen von Patienten und Kontrollen

47 800000

IFN-γ

700000 600000 pg/ml

500000 400000 300000 200000 100000 0 –100000

Ctrl

AD

Minimum

10%

25%

Median

75%

90%

Maximum

AD

1400

2271

4450

18350

74850

130620

732700

Ctrl

8348

18036

53692

119000

188000

371978

774800

TNF-Į

pg/ml

1500

1000

500

0 Ctrl

AD

Minimum

10%

25%

Median

75%

90%

Maximum

AD

50,6

79,34

174,08

267,90

382,65

767,85

1268

Ctrl

127,2

242,83

385,98

478,15

660,63

832,01

1691

Abb. 4.2 Freisetzung der proinflammatorischen Cytokine IFNγ und TNF-Į (in pg/ml) in mitogen-stimulierten Vollblut-Kulturen von Patienten (AD) und Kontrollen (Ctrl)

48 400

IL-5

350

pg/ml

300 250 200 150 100 50 0 –50 Ctrl

AD

Minimum

10%

25%

Median

75%

90%

Maximum

AD

0,44

4,06

12,09

24,07

48,41

79,51

182,68

Ctrl

7,40

19,98

38,98

53,31

99,15

231,79

355,18

350

IL-13

300

pg/ml

250 200 150 100 50 0 –50 AD

Ctrl

Minimum

10%

25%

Median

75%

90%

Maximum

AD

0

0

11,84

34,42

77,54

157,79

232,22

K

8,25

9,14

22,68

87,68

178,37

252,04

346,31

Abb. 4.6 Freisetzung der antiinflammatorischen Cytokine IL-5und IL-13 (in pg/ml) in mitogen-stimulierten Vollblut-Kulturen von Patienten (AD) und Kontrollen (Ctrl)

49 IL-2 Bei den oben untersuchten Cytokinen handelt es sich um die Entzündungsmediatoren, die von den ausdifferenzierten Effektor-T-Zellen („armed effector cells“) auf einen spezifischen inflammatorischen Reiz hin gebildet werden. Unsere Untersuchungsergebnisse zeigen eine Erniedrigung aller untersuchten Cytokine und deuten damit eine generelle Beeinträchtigung der Produktion aller T-Zellen, nicht nur einzelner Subgruppen, an. Somit interessierte eine mögliche Veränderung von IL-2, das innerhalb der T-Zell-Reifungs- und Aktivierungskaskade den anderen Cytokinen vorgeschaltet ist. IL-2 ist nicht typisches Produkt einer der Effektor-Zellen (TH-1-, TH-2- oder cytotoxischen T-Zellen), vielmehr übt es seine wesentliche Funktion noch vor der Ausdifferenzierung zu CD4+ bzw. CD8+-TH-1 bzw. TH-2-Zellen aus (s. Abb. 4.4). IL-2 induziert unter der Mitwirkung verschiedener Cofaktoren (z.B. B7, CD28, „nuclear factor of activation in T cells“) die Proliferation und Aktivierung von naiven TZellen durch Bindung an verschiedene IL-2 Rezeptoren („low“ und „high affinity chains“). Die so aktivierten T-Zellen teilen sich 2- bis 3-mal pro Tag und tragen antigen-spezifische Rezeptoren. Diese aktivierten T-Zellen können alle Proteine synthetisieren, die zur Differenzierung zu T-Helferoder zu cytotoxischen T-Zellen benötigt werden. Die weitere Differenzierung zu spezifischen Effektor-T-Zellen („armed effector cells) erfolgt ebenfalls mit Hilfe von IL-2. Die durch IL-2 aktivierte T-Zelle übernimmt beide Funktionen: Sie antwortet auf IL-2, indem sie sich zu einer „armed effector T cell“ weiterentwickelt, und sie ist selbst in der Lage, IL-2 zu synthetisieren, wodurch aus naiven T-Zellen spezifische TZell-Clones entstehen (Janeway et al. 1998).

50 Antigen

IL-2

APC MHC-I TCR

IL-2

IL-2 B7 CD 28

Proliferation und Aktivierung Naive T- Zelle erkennt ein durch APC präsentiertes Antigen mit Hilfe ihres T-ZellRezeptors

+

+

CD-4

EffektorFunktion

Differenzierung

+ Aktivierte TZellen

+

CD-8

Effektor-T-Zellen: T-Helfer- und cytotoxische T-Zellen

Abb. 4.4 T-Zell-Differenzierung durch IL-2. APC Antigen-präsentierende Zelle, MCH-I Major Histokompatilitäts-Komplex Klasse I, TCR T-Zell-Rezeptor

Die Literatur zu Cytokinen bei AD beinhaltet im Vergleich zu Untersuchungen der pro- und antiinflammatorischen Cytokine der Effektorzellen weniger Untersuchungen zu IL-2. Die Befunde zu IL-2 bei AD sind ähnlich wie bei den anderen Cytokinuntersuchungen uneinheitlich. Huberman et al. (1994) fand eine vermehrte IL-2 Produktion von PBMC von Alzheimer-Patienten, die jedoch ebenso bei vaskulären Demenzen zu beobachten und somit nicht spezifisch war. Hingegen konnten weder Esumi et al. (1991) noch Androsova et al. (1995) einen signifikanten Unterschied in der IL-2 Expression zwischen AlzheimerPatienten und Gesunden beobachten. Beloosesky et al. (2002) fanden bei Alzheimer-Patienten signifikant niedrigere IL-2-Spiegel als bei altersgleichen Gesunden. Da wir bei unseren bisherigen Cytokinuntersuchungen unter Nativbedingungen keinerlei messbaren IL-2Konzentrationen fanden (S. 44), erfolgte nun eine Messung nach Mitogenstimulation.

51 Patienten Um IL-2 in stimulierten Zell-Kulturen zu bestimmen, wurden weitere 23 Alzheimer-Patienten, 15 Frauen und 8 Männer, sowie 14 Kontrollpersonen, 10 Frauen und 4 Männer, untersucht. Das Alter der Alzheimer-Patienten lag zwischen 56 und 88 Jahren mit einem Durchschnitt von 69 Jahren. Die Kontrollpersonen waren zwischen 61 und 77 Jahren alt, der Altersdurchschnitt lag bei 66 Jahren. Die Ein- und Ausschlusskriterien sowie die Aufnahmeuntersuchungen entsprachen dem auf S. 22 beschriebenen Protokoll. Methodik Die Gewinnung der Blutproben und das Ansetzen der Zellkulturen erfolgten gemä dem auf S.35 beschriebenem Vorgehen nach der Vollblutmethode von Kirchner et al. (1982). Die Zellkulturen wurden mit PHA über 48 h inkubiert, die Zellüberstände, wie beschrieben abzentrifugiert und bis zum Zeitpunkt der Messung bei -80º C eingefroren. Die IL-2-Bestimmung in den Überständen erfolgte mit einem Sandwich ELISA der R & D Systems. Ergebnisse Die Serumwerte ohne Stimulation ergaben wiederum keine nachweisbaren Cytokinspiegel, während nach Mitogenstimulation die Konzentrationen deutlich über die Nachweisgrenze von 7 pg/ml anstiegen. Wie Abb. 4.5 veranschaulicht, findet sich ein deutlicher Unterschied in der Cytokinsekretion zwischen den beiden Gruppen. In den Überständen der Alzheimer-Patienten ist der Anstieg der IL-2-Konzentration nach Stimulation mit p < 0,0011 signifikant geringer als in der Kontrollgruppe. Es zeigt sich keine Korrelation zwischen der Höhe der IL-2-Konzentration und dem Schwergrad der Erkrankung, d.h. den MMS-Werten. Auch bleiben Alter und Geschlecht ohne Einfluss auf die Cytokin-Werte.

52

600

IL-2

500

pg/ml

400 300 200 100 0 AD

Ctrl

Minimum

10%

25%

Median

75%

90%

Maximum

AD

29,71

39,784

80,75

140,59

229,81

394,472

449,33

Ctrl

66,59

114,88

233,90

312,33

461,11

561,68

564,82

Abb. 4.5 IL-2 Konzentrationen nach PHA-Stimulation bei Alzheimer-Patienten (AD) und Kontrollpersonen (Ctrl)

Diskussion der Cytokinbefunde Anmerkung zu Cytokinbestimmungen Die zahlreichen Veröffentlichungen zur peripheren Cytokinsekretion bei AD enthalten uneinheitliche und widersprüchliche Befunde. Wie der tabellarische Überblick auf S. 38-39 zeigt, wurden erhöhte, unveränderte sowie verminderte Cytokinspiegel bei Alzheimer-Patienten gemessen, wobei am häufigsten die proinflammatorischen Cytokine IL-6 und TNF-Į untersucht wurden. Die meisten Untersucher machen methodische Gründe für die Unterschiede verantwortlich. Schwer einzuschätzen sind Einflüsse, die auf die Verarbeitungsbedingungen der Proben zurückzuführen sind. So werden zum Beispiel in dem Zeitraum zwischen Blutentnahme und Weiterverarbeitung unter Umständen von den enthaltenen Immunzellen

53 weitere Cytokine produziert, andererseits werden vorhandene Cytokine je nach Halbwertszeit bereits wieder abgebaut. Weiterhin ist unklar, inwieweit sich die Lagerungszeit tiefgefrorener Proben auf die Cytokinkonzentrationen auswirkt. Des Weiteren sind beim Vergleich der Studien untereinander die Gewinnungs- und Kultivierungstechniken der relevanten Immunzellen zu beachten. In den meisten der zitierten Studien werden periphere mononukleäre Zellen (PBMC) über den Ficoll-DichteGradienten isoliert (Romeu et al. 1992), während wir die Mitogenstimulation an Vollblutkulturen durchführten, die einige Vorteile vereint. Die In-vivo-Bedingungen werden besser widergespiegelt, da die Zellen in ihrem natürlichen Milieu verbleiben und weniger manipuliert werden. Zudem wird eine Selektion bestimmter Zellen vermieden, und der Einfluss von weiteren Plasmafaktoren berücksichtigt (Tamul et al. 1995). Wesentlicher Nachteil besteht in dem höheren Aufwand, da jede Blutprobe unmittelbar untersucht und eine entsprechende Laborbereitschaft verfügbar sein muss. Von größerer Bedeutung für die unterschiedlichen Ergebnisse ist jedoch die Heterogenität der untersuchten Patienten und Kontrollpersonen. Zwar zielen die in annähernd allen Studien angewandten NINCDS-ADRDAKriterien (McKhann et al. 1984) auf eine möglichst exakte diagnostische Einordnung, jedoch kann die definite Diagnose unverändert nur histopathologisch, d.h. in der Regel erst post mortem gestellt werden kann. Auerdem befinden sich die Patienten in unterschiedlichen Stadien der Erkrankung und zeigen verschiedene Schweregrade. Den publizierten Studien liegen in vielen Fällen unterschiedliche Ein- und Ausschlusskriterien zugrunde, die zudem nicht in allen Arbeiten dokumentiert sind. Insbesondere bleibt häufig offen, inwieweit Komorbiditäten ausreichend erkannt und berücksichtigt wurden, zumal da auch subklinische Erkrankungen die Cytokin-Expression beeinflussen. Da auch genetische Faktoren die Cytokinspiegel beeinflussen können, kann die interindividuelle Variabilität der Höhe der Cytokinwerte durch genetische Polymorphismen mitbedingt sein (Bagli et al. 2003). Damit erlaubt die Messung einzelner Cytokine zunächst keinen Rückschluss auf krankheitsbedingte Effekte. Von größerer Aussagekraft ist die

54 Bestimmung mehrerer Cytokine und die Beurteilung, ob sie unter bestimmten Bedingungen gleichsinnige Veränderungen erfahren. Verringerte Bildung pro- und antiinflammatorischer Cytokine bei AD Unsere Untersuchungen von nativen Cytokinkonzentrationen im Liquor und Serum zeigen eine Erniedrigung proinflammatorischer Cytokine bei Alzheimer-Patienten im Vergleich mit gesunden Kontrollpersonen. Insgesamt jedoch waren alle zirkulierenden Cytokinspiegel ausgesprochen gering und befanden sich teilweise nur wenig über der Nachweisgrenze. Die Bewertung von Liquorspiegeln unterliegt besonderen Einschränkungen, da der Liquor durch sein groes Volumen zu einem erheblichen Verdünnungseffekt führt und zudem das Liquorsystem räumlich von den relevanten Hirnregionen getrennt ist (März et al. 1997). Des Weiteren ist aufgrund der Durchlässigkeit der BHS die Herkunft der Cytokine schwer zuzuordnen. Auch unsere Bestimmung von NativKonzentrationen im Serum ergab sehr niedrige Werte, während andere Arbeitsgruppen teilweise höhere Spiegel messen konnten. Dies könnte, wie erwähnt, an unerkannten Komorbiditäten oder an einer nicht erfassten Einnahme von immunologisch wirksamen Medikamenten liegen (Beharka et al. 2001). Schließlich spielen technische Unterschiede bezüglich Herkunft, Struktur und Sensitivität der verwendeten Antikörper in den unterschiedlichen Immun-Assays eine große Rolle. Die Befunde aus stimulierten Zellkulturen sind wesentlich aussagekräftiger. Durch die Stimulation werden höhere Cytokinkonzentrationen erzielt und Gruppenunterschiede deutlicher abgebildet. Darüber hinaus wird eine Aussage über die Fähigkeit der Immunzellen gemacht, auf einen inflammatorischen Reiz hin entsprechende Cytokine zu sezernieren. Wir bestimmten den relativen Anstieg der Cytokinproduktion nach Stimulation mit den Mitogenen PHA bzw. LPS. Dabei war bei den Alzheimer-Patienten insgesamt ein signifikant geringerer Anstieg zu verzeichnen als bei den Kontrollpersonen. Die verminderte Produktion von Cytokinen betrifft sowohl die proinflammtorischen Cytokine IL-6, IL-12, IFN-Ȗ und TNF-Į als auch die antiinflammatorischen IL-5 und IL-13.

55 Während die proinflammatorischen Cytokine von Typ-1-Zellen (TH-1 und Monozyten/Makrophagen Typ 1) sezerniert werden, werden IL-5 und IL13 typischerweise von Typ-2-Zellen (TH-2 und Makrophagen/Monozyten Typ 2) exprimiert. Die in dieser Studie erhobenen Cytokinwerte waren unabhängig von Alter oder Geschlecht. Darüber hinaus korrelierten sie nicht mit dem Schweregrad oder der Dauer der Erkrankung. Zahlreiche andere Arbeitsgruppen untersuchten die Cytokinexpression bei AD, worunter auch einige ebenfalls eine verminderte Cytokinbildung sowohl im Liquor als auch im Serum nach Stimulation beobachten konnten (vgl. Tabellen 4.3und 4.4, S. 38-39). Besondere Erwähnung verdient die Untersuchung von Huberman et al. (1994), die versuchten, periphere Cytokinveränderungen mit dem Krankheitsstadium in Verbindung zu bringen. Die Autoren fanden in leichten bzw. beginnenden Demenzstadien eine Verminderung proinflammatorischer Cytokine, in fortgeschrittenen Stadien hingegen eine Erhöhung. Sie schlieen ebenfalls auf einen generellen Immundefekt, der dem pathogenetischen Geschehen bei AD zugrunde liegen könnte. Der später im Krankheitsverlauf zu beobachtende Anstieg könnte Ausdruck einer sekundären Entzündungsreaktion auf die unphysiologisch hohe Amyloidakkumulation sein, was sich aufgrund der bidirektionalen Kommunikation über die BlutHirn-Schranke auch peripher widerspiegeln könnte. Auch Kalman et al. (1997) und Solerte et al. (2000) beobachteten eine Korrelation zwischen Erhöhung proinflammatorischer Cytokine und dem mit Schweregrad der Erkrankung. Der Anstieg von IL-6 mit Fortschreiten der Erkrankung wird ebenfalls als ein sekundäres Phänomen verstanden. IL-2 bei AD Wir fanden in unserer Untersuchung einen signifikanten Unterschied der IL-2-Sekretion nach Stimulation, während die Nativkonzentrationen an IL2, unverändert zu unseren Voruntersuchungen, unter der Nachweisgrenze lagen. Diese niedrigen Konzentrationen könnten erklären, warum in die Literatur – im Unterschied zu den zahlreichen Untersuchungen zu anderen Cytokinen – vergleichsweise wenig Arbeiten zu IL-2 publiziert sind. Nach Stimulation mit PHA kam es bei unserer Untersuchung in beiden Gruppen

56 zu einem Anstieg der Cytokinsekretion, wobei dieser Anstieg in der Gruppe der Alzheimer-Patienten signifikant geringer ausgeprägt war als bei der gesunden Kontrollgruppe. Da die Kontrollgruppe keinen Altersunterschied zur Patientengruppe aufweist, kann dieser Unterschied nicht auf den physiologischen Alterungsprozess zurückgeführt werden, der an sich bereits mit einer Abnahme der IL-2-Produktion einhergeht (Gillis et al. 1981). Auch fanden sich keine Korrelationen mit dem Geschlecht oder dem Schweregrad der Erkrankung. Offensichtlich weisen die von uns untersuchten Alzheimer-Patienten bereits in Anfangsstadien verringerte IL-2-Sekretion auf, so dass diese nicht Folge des Erkrankungsverslaufs zu sein scheint. Da IL-2 wesentlich an der T-Zell-Reifung und Bildung von Effektorzellen, aber auch an der B-Zell-Aktivierung beteiligt ist, kann sowohl die verminderte Gesamtzahl der T-Zellen (CD3+) und die Zahl der B-Zellen (CD19+) als auch die verminderte Bildung pro- und antiinflammatorischer Cytokine bei AD auf eine unzureichende IL-2Produktion zurückgeführt werden. Frühere Untersuchungen zu IL-2 bei AD sind uneinheitlich, wofür wiederum methodische Gründe und Unterschiede zwischen den untersuchten Personengruppen verantwortlich zu machen sind. So fanden Bessler et al. (1989), Esumi et al. (1991) sowie Androsova et al. (1995) keine signifikanten Veränderungen der IL-2-Spiegel bei AlzheimerPatienten im Vergleich zu gesunden Älteren. Huberman et al. (1995) fanden in fortgeschritteneren Stadien eine Erhöhung von IL-2 bei Alzheimer- und vaskulärer Demenz. Hingegen wiesen nur AlzheimerPatienten mit zunehmender Schwere erhöhte IL-6-Spiegel auf, was einmal mehr von den Autoren eher als Folge denn als Ursache der Erkrankung interpretiert wird. In Einklang mit unseren Befunden stehen die Beobachtungen von Fujiwara et al. (1996), die bei Alzheimer-Patienten eine herabgesetzte Bildung von IL-2 nach Stimulation mit PHA in Verbindung mit einer verminderten Proliferationsrate nicht adherenter Monozyten beschreiben. Desgleichen fanden Beloosesky et al. (2002) im Unterschied zu den oben zitierten Arbeiten signifikant geringere IL-2Spiegel bei Alzheimer-Patienten als bei altersgleichen Gesunden. Die Autoren sehen ebenfalls den IL-2-Mangel in Zusammenhang mit den

57 verminderten Spiegeln weiterer Cytokine bei AD sowie mit der von ihnen beobachteten Abnahme der Phagozytoseleistung peripherer Monozyten/Makrophagen. Vor diesem Hintergrund machen sie den IL-2Mangel verantwortlich für die erhöhte Infektanfälligkeit von AlzheimerPatienten. Eine interessante Parallele zu unseren Beobachtungen enthält eine Studie von Park et al. (2000) über immunologische Veränderungen an peripheren Leukozyten bei Down-Patienten. Das Down-Syndrom (Trisomie 21) dient als Modell für einen akzelerierten Alterungsprozess und für AlzheimerDemenz (Park et al. 2000). Die Arbeitsgruppe konnte bei den untersuchten Patienten nach PHA-Stimulation sowohl eine verminderte LymphozytenProliferation als auch eine verminderte Bildung von IL-2 beobachten, was mit Belooseskys und unseren Befunden bei Alzheimer-Patienten übereinstimmt. Ebenfalls in Einklang mit unseren Befunden stehen die Beobachtungen von Fujiwara et al. (1996), die eine herabgesetzte Bildung von IL-2 nach Stimulation mit PHA in Verbindung mit einer verminderten Proliferationsrate nicht adherenter Monozyten beschreiben. Mögliche Folgen einer eingeschränkten Cytokinproduktion Die Interpretation der zu beobachtenden Cytokinveränderungen muss die komplexem Wirkungen und Wechselwirkungen untereinander berücksichtigen. Einzelne Befunde erlauben keine eindeutigen Schlussfolgerungen auf die Auswirkungen für das Krankheitsgeschehen. Cytokine sind pleiotrop, d.h. sie setzen an verschiedenen Wirkorten an. Auerdem üben sie differenzielle Effekte aus: In Abhängigkeit von Konzentration, dem Zeitpunkt des entzündlichen Geschehens sowie der Anwesenheit von Kofaktoren können Cytokine gegenläufige Wirkungen zeigen. Sie können sie unter einem bestimmten Schwellenwert neuroprotektiv, darüber hingegen neurotoxisch wirken (Cheng et al. 1994; Barger et al. 1995). Dieses zweischneidige Schwert entzündlicher Veränderungen (Wyss-Coray u. Mucke, 2002) spielt, wie weiter unten zu zeigen sein wird, in der Diskussion um deren pathogenetische Bedeutung für die Alzheimer-Demenz eine zentrale Rolle. Die Bedeutung unserer

58 Befunde liegt in der Gleichsinnigkeit der beobachteten Veränderungen bei einer sorgfältig ausgewählten Patientenklientel. Alle untersuchten Cytokine sowie die Absolutzahlen von T- und B-Lymphozyten sind signifikant vermindert, so dass die Hypothese einer generellen Abschwächung der systemischen Immunantwort bei der AlzheimerDemenz nahe liegt. Derlei Veränderungen der Cytokinproduktion sind mit vielfältigen Folgen verbunden. 1. Proinflammatorische Cytokine unterhalten, wie ihr Name sagt, Entzündungen und können in diesem Zusammenhang Zellen und Gewebe destruieren. Andererseits zeigen z.B. IL-1, IL-6 und TNF-Į neurotrophe Effekte bei der Entwicklung von Neuronen und Gliazellen. IL-1 ist an der synaptischen Plastizität des Gehirns beteiligt, einer der wesentlichen Voraussetzungen für Lernen und Gedächtnis (Zhao u. Schwartz, 1998). IFN-Ȗ fördert die neuronale Differenzierung (Jonakeit 1997). IL-6 übt neurotrophe Wirkungen aus, indem es die Sekretion von NGF durch Astrozyten unterstützt. Zudem kann IL-6, bekannt als klassisches proinflammatorisches Cytokin, TNF-α hemmen und somit antiinflammatorisch wirken (Apelt u. Schliebs, 2001). Angesichts der unterschiedlichen, teilweise gegenläufigen Funktionen von Cytokinen kann ein Mangel an bestimmten Cytokinen eine beeinträchtigte Abwehr von pathogenem Material zur Folge haben und mit einem Nachlassen protektiver Effekte einhergehen (Dickson et al. 1996). Der wesentliche Herkunftsort der proinflammatorischen Cytokine IL-6, IL-12, IFN-Ȗ und TNF-Į ist das Monozyten-/Makrophagen-System. IFN-Ȗ und, zu einem etwas geringeren Anteil, TNF-Į werden auch von TH-1Zellen sezerniert. TH-1-Zellen wiederum spielen eine wesentliche Rolle für die Aktivierung des Monozyten-/Makrophagen-Systems. Auerdem induzieren sie B-Zellen, opsonierende Antikörper zu bilden. Die Opsonierung von pathogenem Material wiederum ist notwendige Voraussetzung für dessen Phagozytose. Ebenso ist das von Makrophagen sezernierte IL-6 ein potenter B-Zell-Stimulus (Hirano 1991). Eine verminderte Produktion dieser proinflammatorischen Cytokine könnte also mit einer verminderten Phagozytose-Kapazität einhergehen. Phagozytose nun stellt den zentralen Mechanismus für die Elimination von

59 Fremdkörpern, Zell-Debris und dysfunktionalen Proteinen dar. Somit trägt Einschränkung der Phagozytose-Leistung zur Akkumulation von AmyloidProteinen bei, wie es bei zahlreichen lokalen und systemischen Amyloidosen der Fall ist (Glenner 1980; Linke 1996) und wie es auch für AD postuliert wird (Fiala et al. 2005). Eine Verminderung von IL-6, wie es Yamada et al. (1995) im Liquor von Alzheimer-Patienten beobachten konnten, insbesondere eine verringerte Produktion mehrerer proinflammatorischer Cytokine, wie von uns beschrieben, könnte also aufgrund eingeschränkter protektiver Mechanismen neurodegenerative Vorgänge unterhalten. Vor diesem Hintergrund sind auch die Befunde erhöhter Konzentrationen von proinflammatorischen Cytokinen im Gehirn von Alzheimer-Patienten differenziert zu betrachten (Hüll et al. 1995). Zunächst kann dieser Befund im Sinn der Autoimmunhypothese (S.15) interpretiert und diese entzündlichen Veränderungen als pathogenetisch relevant im Sinne eines Autoimmungeschehens gewertet werden (Patel et al. 2005). Andererseits kann die Expression dieser Cytokine in der Nähe der Amyloidplaques Ausdruck einer protektiven Gegenregulation sein mit dem Ziel, den neurotoxischen Effekten entgegenzuwirken. Diese Annahme ist auch mit den oben referierten Beobachtungen vereinbar, dass die Erhöhung proinflammatorischer Cytokine mit dem Fortschreiten der Erkrankung korreliert. 2. Eine verringerte Ausschüttung antiinflammatorischer Cytokine hat zur Folge, dass die physiologischerweise einsetzende Gegenregulation gegen vorhandene entzündliche Prozesse beeinträchtigt ist, wie sie lokal bei AD zu beobachten sind. Szcepanik et al. (2001) zeigten, dass die antiinflammatorischen Cytokine IL-4, IL-10 und IL-13 im ZNS die durch A ausgelöste Mikroglia-Aktivierung und die in der Folge auftretende Bildung pro-inflammatorischer Cytokine inhibieren können. Eine herabgesetzte Sezernierung anti-inflammatorischer Cytokine durch ZNSresidente T-Zellen kann infolgedessen zur Aufhebung der physiologischen Gegenregulation gegen übermäßige proinflammatorische Reaktionen führen. Zudem zeigen antiinflammatorische Cytokine intrinsische neuroregenerative Wirkungen (Wolf 2002). In Einklang mit unseren

60 Befunden berichten Cazzulo et al. (2003) eine herabgesetzte Produktion des antiinflammatorischen TH-2-Cytokins IL-10 bei AD, was offensichtlich dem Fortschreiten eines chronisch-entzündlichen Prozesses, wie er bei AD stattfindet, Vorschub leistet. Klinische Beobachtungen bestätigen, dass geringere IL-10-Spiegel einen Risikofaktor für AD darstellen (Lio et al. 2003). Schlielich sind die TH-2-Cytokine wesentlich an der Initiierung der spezifischen Immunantwort beteiligt, indem sie die Antiköperproduktion durch B-Zellen unterstützen (Schwarz et al. 2001). Ein Herabregulierung der Typ-2-Cytokine hat also auch ein verminderte Antikörper-Produktion zur Folge. Dieser Zusammenhang stützt unsere oben ausgeführte Annahme, dass AD mit einer verminderten spezifischen Immunantwort einhergeht. Dies könnte eine Beeinträchtigung der Abräumfunktion von β-Amyloid nach sich ziehen. 3. Das „Schlüssel-Cytokin“ IL-2 ist für die Aktivierung naiver T-Zellen und ihre weitere Differenzierung in TH-1- oder TH-2 Zellen verantwortlich. Darüber hinaus induziert IL-2 die Aktivierung von Antigen-spezifischen Killer-Zellen, NK-Zellen sowie von BLymphozyten, und es unterstützt die Bildung von INF-Į und TNF (Esumi et al. 1991). IL-2-Rezeptoren finden sich nicht nur auf T-, B- und NKZellen sowie Monozyten, sondern auch auf Mikroglia und Astrozyten (Kasahara 1988). IL-2 führt im Gehirn zur Proliferation von Oligodendroglia. Funktionell wurde IL-2, das über die BHS das Gehirn erreicht, aber auch dort sezerniert werden kann, mit einer schlafanstoenden Wirkung in Verbindung gebracht. Bei CSF-Patienten (Chronic Fatigue Syndrome) wurden erhöhte Serumspiegel gemessen (Kendell 1991). Ein Mangel bei AD-Patienten könnte klinisch mit deren Ruhelosigkeit in Zusammenhang stehen. Vor allem aber ist ein Mangel an IL-2 mit grundlegenden Folgen für das gesamte Immunsystem verbunden. Unter IL-2-Mangel kommt es zu einer Verminderung der Absolutzahlen sowohl von CD4+-als auch CD8+-Effektor-T-Zellen sowie zu einer verminderten Aktivität aller weiteren genannten Immunzellen einschließlich der Mikroglia und Astrozyten. Ein IL-2-Mangel kann also eine Schwächung jeglicher Immunantwort, auch cerebral, zur Folge haben. Der normale Alterungsprozess geht mit einer langsamen Abnahme der IL-2-Produktion

61 einher, was allgemein für die verminderte Immunabwehr älterer Menschen eine große Rolle spielt (Gillis et al. 1981; Esumi et al. 1991). 4. Unsere Befunde weisen auf eine generelle Immunsuppression hin, die nicht nur auf eine Zelllinie beschränkt ist. Wir beobachten eine verminderte Sekretionsleistung von TH-1- und TH-2-Zellen sowie von Monozyten/Makrophagen, wobei sowohl proals auch antiinflammatorische Cytokine vermindert sezerniert werden, möglicherweise als Folge des beschrieben IL-2-Mangels. Zudem finden wir eine Abnahme der Absolutzahlen von T- und B-Zellen. Somit können wir keine Verschiebung der Immunantwort zugunsten einer der beiden Seiten beobachten, wie es z.B. Schwarz et al. (2001) für die Schizophrenien, aber auch für AD beschrieben haben. Vielmehr lassen unsere Befunde vermuten, dass bei den von uns untersuchten AlzheimerPatienten eine generelle Abschwächung der Immunantwort vorliegt.

62 4.3

Veränderungen des zellulären Immunsystems bei Alzheimer-Demenz

Stand der Forschung Lymphozyten dienen seit den Anfängen der neuroimmunologischen Forschung als Zellmodell für Neuronen, da sie viele der neuronalen Charakteristika aufweisen (vgl. S. 21). Da die Blut-Hirn-Schranke unter bestimmten Bedingungen für Lymphozyten durchlässig ist (Hickey et al. 1991, Hampel et al. 1995) und T-Zellen im Gehirn von AlzheimerPatienten nachgewiesen werden können (Rogers et al. 1988), ist ein Zusammenhang zwischen möglichen Funktionsveränderungen der Immunzellen und AD denkbar. Vor diesem Hintergrund wurden zahlreiche Untersuchungen an und über Lymphozyten von Alzheimer-Patienten durchgeführt (s. Tab. 4.6). Während die Absolutzahl an Leukozyten bzw. Lymphozyten bei AD nicht verändert ist (Ikeda et al. 1991; Singh 1994), wurden Unterschiede in der Lymphozyten-Funktion, - Differenzierung sowie Veränderungen der Subpopulationen beobachtet. Einschränkungen der Suppressoraktivität sowie der Helferfunktionen von T-Zellen wurden bereits Mitte der 80er Jahre beschrieben (Skias et al. 1985, Singh et al. 1986-87). Auch Natürliche Killer (NK) -Zellen scheinen in ihrer Funktion beeinträchtigt zu sein (Araga 1991). Nijhuis et al. (1991) beobachteten eine signifikant verminderte T-Zell-Reaktivität bei Alzheimer-Patienten im Vergleich mit gesunden Alten. Die Lymphozyten von Alzheimer-Patienten weisen eine geringere Expression muskarinerger Cholin- und Serotoninrezeptoren auf (Singh 1990, Tayebati et al. 2001). Auch der lymphozytäre Calciummetabolismus ist offensichtlich bei AD verändert (Eckert et al. 1996).

63 Tabelle 4.6 Immunzytologische Veränderungen bei AD Auffälligkeiten an Blutzellen bei Alzheimer-Demenz •

Abnahme der muskarinergen Cholinrezeptoren auf Lymphozyten

•

geringere Ca2+-Aufnahme durch Mitogen-aktivierte Lymphozyten

•

geringere Membran-Fluidität der Thrombozyten

•

verminderte Aktivität der Lymphozyten –Acetylcholinesterase

•

Reduktion immunassoziierter CRF-Rezeptoren

•

verminderte Anzahl von Serotonin-Rezeptoren auf Immunzellen

•

gesteigerte Bildung von Protein-S-100-Protein durch Lymphozyten

•

Beeinträchtigung der β-AP-induzierten Lymphozytenproliferation

Studien über die Verteilung der verschiedenen Lymphozytensubpopulationen ergaben uneinheitliche Befunde. Während in einigen Untersuchungen keine Unterschiede zu den LymphozytenPopulationen gesunder Alter zu beobachten waren (Leffel et al. 1985, Singh 1990), fanden andere Autoren eine verminderte Anzahl von CD8+Lymphozyten (Skias 1985, Pirttilä et al. 1992, Shalit et al. 1995). Hu et al. (1995) beschrieben eine Abnahme der CD8+-Lymphozyten-Subpopulation nicht nur bei Alzheimer-Patienten, sondern auch bei anderen Demenzformen, womit diese Veränderungen möglicherweise nicht spezifisch sind. Ebenso zeigten Studien zu Proliferationsraten unterschiedliche Ergebnisse. Frühere Untersuchungen (Leffel et al. 1985, Leonardi et al. 1989) ergaben keine wesentlichen Veränderungen im Vergleich zu nicht-dementen Kontrollen. Mittlerweile hingegen beschrieben einige Arbeitsgruppen eine signifikant verminderte Proliferationskapazität der Lymphozyten bei AD (Singh 1994, Shalit et al. 1995, Trieb et al. 1996).

64 Eigene Untersuchungen Die Studie ging von der Frage aus, ob Alzheimer-Patienten systemische immunologische Veränderungen aufweisen, die sich unter anderem in einer veränderten Verteilung der Lymphozyten-Subpopulationen widerspiegeln. Nachdem unsere Arbeitsgruppe in einer ersten Untersuchung eine Verschiebung der CD4+/CD8+-Ratio bei AlzheimerPatienten beobachten konnte (Noda et al. 1999), wurde in der vorliegenden Untersuchung an einer größeren Stichprobe das Verhältnis der verschiedenen Lymphozyten-Subgruppen untereinander bei AlzheimerPatienten bestimmt und mit dem gesunder Kontrollen verglichen (Richartz et al. 2006). Anhand ihrer spezifischen Oberflächenantigene (s. Tabelle 4.7) wurden hierfür der relative Anteil an T-Lymphozyten und der ihrer Subpopulationen, T-Helfer- und Suppressor- bzw. cytotoxischen T-Zellen, bestimmt sowie der Anteil an B-Lymphozyten und an Natürlichen Killer (NK)-Zellen. Tabelle 4.7 Oberflächen-Antigene der untersuchten Lymphozytenpopulationen CD 3+

Gesamtzahl der T-Zellen

CD 4+

T-Helfer-Zellen

CD 8+

T-Suppressor / cytotoxische Zellen

CD19+

B-Zellen

CD16+56+

Natürliche Killer (NK)-Zellen

Patienten Untersucht wurden 43 Patienten mit der Diagnose „wahrscheinlicher M. Alzheimer“ gemä NINCDS-ADRDA sowie 34 gesunde Kontrollpersonen. Der Altersdurchschnitt der Patienten lag bei 70,9 (+/– 8,2) Jahren, in der Kontrollgruppe bei 67,5 (+/– 7,3) Jahren. Der Schweregrad der Demenz lag im Mittel bei 17,9 Punkten im MMS (11-22 Punkte). Die genannte Krankheitsdauer lag durchschnittlich bei 2,5 Jahren. Alle Studienteilnehmer hatten ein unauffälliges Differenzial-Blutbild.

65 Methoden Von jeder Person wurden 2,5 ml Nüchternblut unter Berücksichtigung des circadianen Rhythmus zwischen 8 und 9 Uhr morgens mit einem EDTARöhrchen aus einer Kubitalvene abgenommen. Die Bestimmung der Oberflächenantigene zu Analyse der Lymphozyten erfolgte unter Verwendung von „IMK-lymphocyte SimultestTM“ (Becton Dickinson, California), bei dem es sich um eine direkte Zwei-FarbenImmunfluoreszenzbestimmung für Erythrozyten-lysiertes Vollblut handelt. Die Durchflusszytometrie wurde mit einem FACS-Scan System von Becton Dickinson, Heidelberg, durchgeführt. Für die statistische Auswertung wurde der Wilcoxon-Rang-Summen-Test angewandt. Eine Regressionsanalyse wurde durchgeführt, um den möglichen Einfluss von Alter oder Geschlecht beurteilen zu können. Ergebnisse Tabelle 4.8 fasst den jeweiligen Anteil and T-Zellen, T-Helfer- und TSuppressor-Zellen, der B-Lymphozyten sowie der NK-Zellen für die untersuchten Gruppen zusammen. Die Absolutzahlen von Lymphozyten, wie im Differenzialblutbild angegeben, weisen keine Unterschiede zwischen Patienten und Kontrollen auf. Hingegen finden sich Unterschiede im Verteilungsmuster der einzelnen Lymphozyten-Untergruppen. Am eindrücklichsten sind die Veränderungen der T-Zell- sowie der B-ZellPopulationen. Der Anteil der CD3+-Zellen, die die Gesamtzahl der TZellen darstellen, sind bei den Alzheimer-Patienten statistisch signifikant vermindert. Die Untersuchung der T-Zell-Subpopulationen zeigt eine leichte Erhöhung des Anteils an CD4+- (T-Helfer-) Zellen sowie eine geringgradige Abnahme des Anteils and CD8+- (T-Suppressor-) Zellen, wobei beide Veränderungen keine statistische Signifikanz erreichen. Entsprechend ergibt auch der Vergleich der jeweiligen CD4+/CD8+-Ratio keinen signifikanten Unterschied zwischen Alzheimerund Kontrollgruppe. Des Weiteren weist die Gruppe der Alzheimer-Patienten eine statistisch signifikante Verminderung des Anteils an CD19+-Zellen (B-

66 Lymphozyten) auf. Kein signifikanter Unterschied ist bei der Anzahl von CD16+56+- (Natürlichen Killer-) Zellen zu finden. Die Unterschiede der Anzahl der CD3+-Zellen (T-Lymphozyten) und der CD19+-Zellen (B-Lymphozyten) bleiben auch nach multipler Regressionsanalyse bezüglich Alter und Geschlecht signifikant, womit diese beiden Faktoren offensichtlich keinen relevanten Einfluss auf die Unterschiedlichkeit der Ergebnisse ausüben. Darüber hinaus zeigt sich keine Korrelation der Ergebnisse mit dem Schweregrad oder der Dauer der Erkrankung. Tabelle 4.8 Prozentsatz an Lymphozyten-Subpopulationen bei AlzheimerPatienten (A) und gesunden Kontrolle (Ctrl). Minimum

25%

Median

75%

Maximum

Ȥ2–Test p<

CD 3+– Zellen:

AD Ctrl

37,89 50,49

44,88 57,31

55,36 62,69

57,72 67,59

67,38 76,66

<0.0009 (*)

CD 4+Zellen:

AD Ctrl

27,96 28,31

31,56 36,88

39,64 44,69

47,33 49,05

59,32 62,63

n.s

CD 8+– Zellen:

AD Ctrl

10,15 9,29

15,31 12,52

20,16 16,82

27,15 23,43

42,55 39,27

n.s

CD 4+ /CD 8+

AD Ctrl

0,7 0,72

1,2 1,55

2,0 2,79

3,0 3,6

4,1 5,13

n.s

CD 19+Zellen:

AD Ctrl

2,25 3,69

4,71 6,73

6,37 8,42

8,01 9,33

28,75 15,58

<0.0225 (*)

CD16+56+ :

AD 7,46 Ctrl 6,04

11,74 9,53

15,95 13,04

23,17 17,78

45,11 29,39

n.s.

(*) = statistisch signifikant bei einem Signifikanzniveau von p < 0,05 n.s.= nicht signifikant.

67 Diskussion der zellulären Befunde Zahlreiche Studien haben sich mit möglichen Veränderungen der zellulären Bestandteile des peripheren Immunsystems bei AD befasst. Unsere Untersuchung über die Verteilung von LymphozytenSubpopulationen konnte an einer Klientel von 43 Patienten und einer Kontrollgruppe aus 34 gesunden, altersentsprechenden Personen erfolgen, womit diese Gruppengröße die der meisten früheren Studien deutlich übersteigt. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Untersuchung bestehen in einer signifikanten Verminderung der Gesamtheit der T-Lymphozyten (CD3+Zellen) sowie der B-Lymphozyten (CD19+-Zellen) in der Gruppe der Alzheimer-Patienten im Vergleich zur Kontrollgruppe. Innerhalb der TLymphozyten war eine leichte Verschiebung der Subpopulationen zugunsten der T-Helferzellen (CD4+) zu beobachten, wobei die CD4+Erhöhung bzw. die Abnahme von cytotoxischen/Suppressor-T-Zellen (CD8+) statistisch nicht signifikant war. Damit unterscheidet sich auch das Verhältnis von CD4+/CD8+ nicht signifikant von dem in der Kontrollgruppe. Eine Verschiebung der T-Zell-Subpopulationen wurde auch von anderen Arbeitsgruppen beschrieben, jedoch keine Verminderung der Gesamtzahl der T-Lymphozyten, wie wir sie beobachten. Pirttilä et al. (1992) berichten von einem Anstieg des CD4+/CD8+-Verhältnisses in der Gruppe der Alzheimer-Patienten, und zwar aufgrund einer signifikanten Abnahme der CD8+-Zellen. Auch diese Arbeitsgruppe fand keinen Zusammenhang ihrer Befunde mit dem Alter. Andere von den Autoren untersuchte Demenzformen, so vaskuläre oder Parkinson-assoziierte Demenzen, wiesen einen Anstieg des Anteils an CD8+-Zellen auf. Somit könnte es sich um Alzheimer-spezifische Veränderungen handeln. Ähnliche Beobachtungen machte die Arbeitsgruppe um Shalit et al. (1995), die ebenfalls einen Anstieg des CD4+/CD8+-Verhältnisses fand. Dort allerdings war die Zunahme sowohl Folge einer CD4+-Erhöhung als auch einer leichten CD8+-Erniedrigung, ähnlich, wie wir es beobachten konnten. Interessanterweise erwähnen die Autoren, dass die beobachtete CD4+-

68 Erhöhung in ihrer Untersuchung mit der Einnahme von Medikamenten beziehungsweise dem Vorliegen einer organischen Erkrankung korrelierte. Dies unterstreicht die Bedeutung strenger Einschlusskriterien, um die Beobachtungen tatsächlich mit der Alzheimerschen Pathologie in Verbindung bringen zu können.

Über die Ursache der T-Zell-Verminderung bei AD gibt es verschiedene Vermutungen.

1. Zum einen kann der Thymus an der Abnahme von T-Zellen beteiligt sein. Dessen strukturelle und funktionelle Veränderungen, zum Beispiel durch Einflüsse des nutritiven Milieus, beeinflussen die Reifungsprozesse der T-Zellen, die in unterschiedlichem Ma gestört werden können. Shalit et al. (1995) bringen ihre Beobachtung abnehmender CD8+ -Zell-Aktivität bei gleichzeitig verringertem Albuminspiegel in fortgeschrittenen Krankheitsstadien mit einem zusätzlich ernährungsbedingten Immundefizit in Zusammenhang, wobei sie zugleich eine vermehrte Expression von Aktivitätsmarkern auf CD4+-Zellen, so HLA-DR und IL2R, beschreiben. Zudem verfügt die Thymusdrüse über eine ausgeprägte cholinerge Innervation (Kendall et al. 1988), wie auch die Lymphozyten selbst muskarinerge und nikotinerge Cholin-Bindungsstellen aufweisen (Menard u. Rola-Pleszczynski 1987). Daher wirkt sich eine Veränderung im cholinergen System wie bei AD möglicherweise auch auf Thymus- und Immunzellen und damit auf die Differenzierung und Funktion der TLymphozyten aus. Licastro et al. (1990) konnten zeigen, dass die Thymusfunktion bei Alzheimer-Patienten über das Altersmaß hinausgehend beeinträchtigt ist, was eine entsprechende T-Zelldysfunktion zur Folge haben kann. 2. Eine weitere Erklärung für die Abnahme der peripheren Anzahl an TZellen könnte die mehrfach beschriebene Abwanderung von T-Zellen in das Gehirn sein (Becher et al. 2000, Togo et al. 2002). Eine veränderte Expression von Autoantigenen der degenerierenden Neurone kann zu einer selektiven Aktivierung des cytotoxischen Arms der zellgebundenen

69 Immunität führen (Rogers et al. 1988). Degenerative Prozesse in Zusammenwirkung mit immunstimulatorischen Molekülen wie AmyloidProteinen führen zur lokalen Chemotaxis von T-Zellen (Vella et al. 1998), wobei offensichtlich mehr CD8+- als CD4+-T-Lymphozyten einwandern (Rogers et al. 1988, Pirttilä et al. 1992). Die Funktion der T-Zellen im Gehirn bei AD ist nicht eindeutig geklärt, da eine Immunantwort im Gehirn sowohl neuroprotektive als auch destruktive Auswirkungen haben kann (Togo et al. 2002). So könnten einerseits die T-Zellen im Gehirn eine proinflammatorische Immunreaktion unterhalten, wie es im Rahmen der Entzündungshypothese für AD diskutiert wird (McGeer u. McGeer 2001 Monsonego u. Weiner 2003). Andererseits haben T-Zellen protektive Eigenschaften (Hohlfeld et al. 2000, Schwartz 2000, Nevo et al. 2003) und können im Alzheimer-Gehirn den Abbau von β-Amyloid und neuroregenerative Prozesse unterstützen (vgl. S. 87: Vom Nutzen der Entzündung).

3. Schließlich wurden die Abnahme der T-Zellen und deren Funktionsbeeinträchtigung mit einem Absinken von IL-2 in Verbindung gebracht, das die Aktivierung und Differenzierung der T-Zellen reguliert. Das altersbedingte Absinken der IL-2-Produktion mit resultierendem Nachlassen der T-Zell-Funktion wird als ein wesentlicher Faktor für die allgemeine Immunoseneszenz angesehen (Haynes et al. 2004). IL-2Deprivation führt zu einer erhöhten Apoptose-Rate der T-Zellen (Donnini et al. 2005). Bei Alzheimer-Demenz ist die IL-2-Verminderung, wie wir gezeigt haben, deutlich stärker ausgeprägt als bei gesunden Alten, was die über das Alterma hinausgehende Abnahme der Gesamtzahl an T-Zellen sowie deren unzureichende Differenzierung und nachlassende Effektorfunktion bei AD erklären könnte.

4. Letztlich könnte die Abnahme der zellulären Bestandteile des Immunsystems Ausdruck einer zugrunde liegenden generellen Abnahme der immunologischen Kompetenz bei AD sein. Unsere Befunde einer Verminderung von T- und B-Zellen zeigen, dass offensichtlich nicht nur

70 die thymusabhängige zelluläre Komponente des Immunsystems bei der Alzheimer-Demenz Veränderungen unterliegt, sondern auch weitere zelluläre und humorale Faktoren. In der Literatur finden sich bisher nur vereinzelt Berichte über Veränderungen der B-Lymphozyten bei AD. 1980 wurde eine Untersuchung veröffentlicht, die ebenfalls eine Verminderung sowohl der T-Zellen als auch der B-Zellen bei Alzheimer-Patienten ergab (Tavalato et al. 1980). Tollefsen et al. (1989) berichten, dass AlzheimerPatienten mit 40% signifikant häufiger eine generelle Lymphopenie (< 1500/ml) aufweisen als altersentsprechende Gesunde (20%). Androsova et al. (1995) berichten ebenfalls von einer statistisch signifikanten Lymphopenie bei Alzheimer-Patienten. Eine solche allgemeine Lymphopenie können wir hingegen bei den von uns untersuchten Patienten nicht beobachten, vielmehr weisen sie alle ein unauffälliges weies Blutbild auf. Die wesentliche Funktion der B-Lymphozyten besteht in der Produktion von Antikörpern, so dass eine Abnahme des Anteils an B-Lymphozyten mit einer verminderten Antikörperbildung einhergeht. Damit vereinbar sind unsere Beobachtungen, dass Alzheimer-Patienten nicht, wie zunächst im Rahmen der „Autoimmunhypothese“ postuliert, vermehrt Antikörper, einschließlich verschiedener Autoantikörper, aufweisen, sondern zu geringeren Antikörperspiegeln neigen als altersentsprechende Kontrollen (Du et al. 2001; Richartz et al. 2004).

Bezüglich der Natürlichen Killer- (NK-) Zellen sehen wir keine Unterschiede zwischen Patienten und Kontrollen. Dies schließt jedoch nicht aus, dass die NK-Zellen bei AD in ihrer Funktion beeinträchtigt sein können, wie von verschiedenen Autoren beschrieben wird (Araga et al. 1991; Kalaria 1993; Ahluwalja u. Vellas 2003). Ein pathogenetischer Zusammenhang zwischen einer verminderten NK-Zellfunktion und Neurodegeneration wird diskutiert (Wyss-Coray u. Mucke 2002). Eine Erklärung für die Beteiligung der T- als auch der B-Zellen bei der Immundysregulation könnte ein zugrunde liegendes vorzeitiges Nachlassen der Aktivität und der Differenzierungsfähigkeit aller

71 Immunzellen sein. Zudem liegen enge Wechselwirkungen zwischen Tund B-Zellen vor. Die Stimulation der B-Zellen erfordert Cytokine und weitere B-Zell-aktivierende Effektormoleküle, die vorwiegend von TH2Zellen gebildet werden, darunter IL-4, IL-5 und IL-6. Eine T-ZellDysfunktion kann also eine verminderte Antikörperbildung zur Folge haben (Janeway et al. 1998). Möglicherweise sind sowohl die Abnahme der jeweiligen Lymphozytenzahl als auch deren Dysfunktion bei der Alzheimer-Demenz die Folge einer genetischen Instabilität der Lymphozyten-DNA (vgl. S. 105). Zusammenfassend zeigen unsere Untersuchungen von Lymphozytenpopulationen eine Verminderung des Gesamtanteils an TZellen sowie der B-Zellen bei Alzheimer-Patienten, was sowohl auf altersbedingte als auch Alzheimer-spezifische Faktoren zurückgeführt werden kann.

72 4.4 CD95 im Liquor und Serum von Alzheimer-Patienten Stand der Forschung: Apoptose bei Alzheimer-Demenz Apoptose spielt für den neuronalen Untergang bei AD eine zentrale Rolle (Su 1994, Lassmann et al. 1995). Es handelt sich um eine Form des programmierten Zelltods, die sich als nicht-entzündlicher Mechanismus in wesentlichen Punkten vom nekrotischen Zelltod unterscheidet. Apoptose zeichnet sich histopathologisch u.a. durch Zellschrumpfung und Ausbuchtung der Zelloberfläche aus, wobei im Unterschied zur Nekrose die Zellmembran intakt bleibt. Intrazelluläre Kennzeichen sind Chromatinkondensation und DNA-Fragmentierung, die sich durch die TUNEL-Methode (terminal deoxynucleotide-transferase (TdT)-mediated dUTP-biotin nick-end labeling) nachweisen lässt. Apoptose erfolgt über eine stereotyp verlaufende Kaskade veränderter Gen-Expression und intrazellulärer Signalübertragung. Apoptose-induzierende Gene können durch zytotoxische Bedingungen wie freie Radikale, Hypoxie oder Mangel an Wachstumsfaktoren aktiviert werden (Rubin et al. 1994). Außerdem löst β-Amyloid Apoptose aus (LaFerla 1995, Yaar et al. 1997; Ivins et al. 1999). Dem apoptotischen Zelltod geht die Expression verschiedener Apoptose-assoziierter Moleküle voraus, darunter p53, CD95 (FAS / APO1), und Interleukin-1-converting enzyme (ICE). Eine frühzeitige Identifizierung dieser Faktoren könnte im Sinne prädiktiver ApoptoseMarker zur Entwicklung diagnostischer, präventiver oder therapeutischer Strategien beitragen. Der CD95-Rezeptor (Synonyme: CD95, FAS, APO-1) gehört in die Rezeptorenfamilie der TNF/NGF-Gruppe. Sobald ein membranständiger oder freier CD95-Ligend dort bindet, wird die apoptotische Kaskade ausgelöst (Nagata u. Goldstein 1995). CD95 wird von CD4+- und CD8+ – T-Zellen, von NK-Zellen sowie von verschiedenen Gewebszellen exprimiert und wirkt pleiotrop. Im gesunden Gehirn ist kein CD95 nachzuweisen, jedoch wird es dort unter pathologischen Bedingungen gebildet, so bei MS (Ciusani et al. 1998), Apoplex (Tarkowski 1999a) und bei neurodegenerativen Erkrankungen wie M. Parkinson (Mogi et al.

73 1996), Lewy Body Disease und Alzheimer-Demenz (Nishimura et al. 1995, Owen et al. 1997). In seiner löslichen Form kommt CD95 in erhöhten Serumkonzentrationen bei Autoimmunerkrankungen und Malignomen vor (Cheng JT, 1994, De La Monte et al. 1997). Zunächst wurde angenommen, dass CD95 im Serum autoreaktive T-Zellen durch Bindung an den löslichen CD95Liganden vor Apoptose schützt (Jodo et al.1997, Hasunuma et al. 1997). Es häufen sich jedoch Beobachtungen, dass CD95 auch gegensätzliche Effekte ausüben kann (Becher 1998, Siegel et al. 1999). Eine positive Korrelation zwischen CD95-Konzentrationen im Serum und apoptotischen Prozessen wurde für verschiedene degenerative Erkrankungen wie dilatative Kardiomyopathie (Jellinger 2000) oder M. Parkinson gezeigt (Mogi et al. 1996). Im Gehirn von Alzheimer-Patienten finden sich signifikant mehr apoptotische Zellen als im gesunden alten Gehirn (Su et al. 1994, Dragunow et al. 1995), was mit einer Expression von CD95 auf Neuronen und Glia-Zellen einhergeht (Nishimura et al. 1995, De la Monte et al., 1997, 1998). Darüber hinaus gibt es Hinweise, dass bei AD eine systemische Dysregulation der apoptotischen Mechanismen vorliegt (Eckert et al. 1998a, 1998b, Sulger et al. 1999).

Eigene Untersuchungen Diese Studie widmete sich der Frage, ob bei Alzheimer-Demenz nicht nur zentral, sondern auch peripher Hinweise für eine erhöhte Apoptosevulnerabilität vorliegen, die zu einer geringeren Lebensdauer von Immunellen beitragen könnte. Wir untersuchten den löslichen CD95Rezeptor im Liquor und im Serum von Alzheimer-Patienten und altersentsprechenden gesunden Kontrollpersonen.

74 Patienten und Methoden Bei 19 Alzheimer-Patienten, die die auf S. 22 erläuterten Einschlusskriterien erfüllten, und 17 altersentsprechenden gesunden Kontrollpersonen bestimmten wir den löslichen CD95-Rezeptor in Liquor und Serum. Die Kontrollproben für die Liquor-Untersuchung stammten von Patienten aus der Neurologischen Universitätsklinik Tübingen, die zur Ausschlussdiagnostik punktiert worden waren und einen unauffälligen Befund aufwiesen. Patienten mit entzündlichen oder anderen degenerativen Erkrankungen wurden ausgeschlossen (Tabelle 4.9). Der Liquor wurde durch Lumbalpunktion gewonnen und auf die Routineparameter Gesamteiwei, Albumin, IgG und Zellzahl untersucht, dann bis zur CD95-Bestimmung bei -80º C eingefroren. Serum wurde zum selben Zeitpunkt entnommen wie der Liquor. Die CD95 -Bestimmung erfolgte mit einem kommerziell erhältlichen Sandwich-ELISA (sFas (APO-1/CD95- ELISA kit Chemicon International, inc.). Die Nachweisegrenze lag bei 15-0,23 U/ml. Konzentrationen, die über 15 U/ml lagen, wurden gemäß Protokoll verdünnt und nochmals bestimmt. Die Sensitivität wurde mit 0,2 U/ml angegeben. Die statistische Auswertung erfolgte mit Hilfe des Wilcoxon-RangSummen-Tests und dem Ȥ2- Test. Das Signifikanz-Niveau wurde mit 0,05 festgelegt.

Tabelle 4.9 Charakteristik von Patienten und Kontrollen Geschlecht (f/m)

Alter (range)

MMS (range)

Krankheitsdauer (Jahre)

AD-Patienten n = 19

15 / 4

76 (68-86)

13 (10-20)

2,5

Kontrollen n = 17

5 / 13

71 (7,2) (60-92)

—

—

75 Ergebnisse Während im Liquor weder bei den Patienten-Proben noch bei den Kontrollproben messbare CD95-Konzentrationen gefunden werden konnten, war dies im Serum beider Gruppen möglich (Tabelle 4.10). Der Median der CD95-Werte betrug bei den AD-Patienten 1,98 U/ml, bei den Kontrollen 0,75 U/ml. Damit lag der Durchschnitt der CD95-Spiegel in den Patientenseren mit einer statistischen Signifikanz von p = 0,017 deutlich über dem Durchschnitt der Konzentrationen bei gesunden Kontrollen. Wie in Abb. 4.6 verdeutlicht, folgen die Konzentrationen keiner Normalverteilung. Vielmehr sind zwei verschiedene Subgruppen zu erkennen. Die Verteilung gleicht einer Binomialverteilung, bei der eine Gruppe mit niedriger CD95-Expression einer Gruppe mit hoher CD95Expression gegenüber steht. Tabelle 4.10 Konzentrationen des löslichen CD95-Rezeptors im Serum von Alzheimer (AD)-Patienten und Kontrollen (U/ml). Median

Range

Mittel

Standard Abweichung

WilcoxonRangSummenTest

ADPatienten

1,98

0,43-53

11,16

14,9

Chi² = 5,61 p = 0,017 (*)

Kontrollen

0,73

0,38-33

3,42

8,04

(*) statistisch signifikant

76 Es bestand keine signifikante Korrelation zwischen den CD95-Werten und dem Schweregrad der Demenz, wie er im MMS gemessen wurde. Ebenso wenig fanden sich Korrelationen zwischen den CD95-Werten und der Krankheitsdauer, dem Alter oder dem Geschlecht.

CD95 im Serum

60

CD9dd

50 40 30 20 10 0

Alzheimer-Patienten (n=19)

Kontrollen (n=17)

Abb. 4.6 Darstellung der Konzentrationsverteilung von CD95 im Serum von Alzheimer-Patienten und Kontrollen (U/ml).

Diskussion der CD95-Befunde Post mortem Untersuchungen an Alzheimer-Gehirnen zeigen, dass Apoptose der wesentliche Mechanismus des Neuronenuntergangs bei AD darstellt (Su et al. 1994, Lassmann et al. 1995). Die Apoptose kann Folge oxidativen Stresses sein (Butje u. Sandstrom 1994), aber auch direkt durch β-Amyloid ausgelöst werden (LaFerla et al. 1995, Ivins et al. 1999). Dabei scheint β-Amyloid in geringen Mengen anti-apoptotische Eigenschaften

77 aufzuweisen, mit steigender Konzentration jedoch pro-apoptotisch zu wirken (Chan et al. 1999). Dieser Befund unterstützt die Annahme, dass βAmyloid an sich noch nicht neurotoxisch sein muss, sondern erst eine unphysiologische Akkumulation zur Erkrankung beiträgt (LaFerla et al. 1995). Die pro-apoptotische Wirkung von β-Amyloid kann nicht nur an zentralen Neuronen beobachtet werden, sondern auch an peripheren Lymphozyten (Eckert et al. 1998a). Somit können Lymphozyten als leicht zugängliches peripheres Modell für die Untersuchung apoptotischer Mechanismen bei Gesunden, insbesondere aber bei Alzheimer-Patienten dienen. Der Erforschung apoptotischer Faktoren im Blut ist für die AlzheimerDemenz in mehrfacher Hinsicht von Interesse. Neben der Bedeutung von Apoptose für den neuronalen Untergang im Gehirn könnte auch eine periphere Dysbalance der Apoptoseregulation für AD eine Rolle spielen. Schlielich könnte ein Zusammenhang zwischen Veränderungen apoptoseregulierender Systeme und den immunologischen Auffälligkeiten bei AD bestehen. Vor diesem Hintergrund kommt der Untersuchung peripherer Apoptoseparameter nicht nur im Rahmen der allgemeinen Erforschung peripherer diagnostischer Marker Bedeutung zu, sondern auch im Rahmen der Erkenntnisgewinnung zu Pathomechanismen der AD. Wir untersuchten den löslichen CD95-Rezeptor im Liquor und im Serum von Alzheimer-Patienten und altersentsprechenden gesunden Kontrollpersonen. Die Berücksichtigung des Alters ist ebenso wie bei den Cytokinbestimmungen von Bedeutung, da die Expression von CD95 altersabhängig ist (Potestio et al. 1999). Dass in unserer Untersuchung keinerlei CD95 im Liquor nachweisbar war, könnte durch den Verdünnungseffekt des Liquors zustande kommen. Selbst Studien an Patienten mit akuter Pathologie wie während eines MSSchubs oder nach Schlaganfall, wo es zu einem massiven apoptotischen Zellzerfall kommt, konnten kein CD95 im Liquor nachweisen. Allein einer Studie gelang die Bestimmung von CD95 im Liquor, und zwar fanden Tarkowski et al. (1999a) erniedrigte CD95-Konzentrationen bei ischämischen Patienten. Methodische Gründe mögen zu den differenten

78 Beobachtungen beitragen. Zudem findet bei chronischen Prozessen wie Alzheimer-Demenz der Zellzerfall über Jahre hinweg langsam progredient statt. Damit werden kaum nachweisbare Konzentrationen im Liquor zustande kommen. So fanden auch Mogi et al. (1996), die CD95 im Gehirn von Parkinson-Patienten nachweisen konnten, in deren Liquor keine messbaren Spiegel. Andererseits könnte die Tatsache, dass bei CD95 im Serum, nicht jedoch im Liquor nachzuweisen ist, auch bedeuten, dass CD95 bei AD auch systemisch gebildet wird. Unsere Serum-Untersuchungen ergaben im Unterschied zur Liquoruntersuchung bei allen Studienteilnehmern nachweisbare CD95Konzentrationen. Der Durchschnitt der CD95-Konzentrationen lag im Gruppenvergleich bei den AD-Patienten signifikant über den CD95Konzentrationen der Kontrollgruppe. Darüber hinaus zeichnete sich innerhalb der Alzheimer-Patienten eine Untergruppe ab, die wesentlich höhere CD95-Spiegel aufwiesen als die anderen Patienten. Diese Zunahme der CD95-Expression stellt eine Parallele zu den Befunden im Gehirn von Alzheimer-Patienten dar, wo ebenfalls eine erhöhte CD95-Expression beobachtet und als Ausdruck des vermehrten Zelluntergangs im Rahmen der Neurodegeneration bzw. einer erhöhten Vulnerabilität gewertet wird (Nishimura et al. 1995, Owen et al. 1997). Darüber hinaus wurde postuliert (De la Monte et al. 1998, Eckert et al. 1998a), dass die Expression von CD95 auf Zellen stattfindet, die nur noch begrenzt funktionstüchtig sind und kurz vor ihrem apoptotischen Untergang stehen. Somit könnte eine Erhöhung von CD95 einen drohenden Zelluntergang ankündigen. Die Expression pro-apoptotischer Gene findet bereits in frühen Stadien der Erkrankung statt (De la Monte et al. 1997, Cotman 1998). Somit war bei unserer Untersuchung nicht zu erwarten, dass sich eine Korrelation zwischen CD95 und dem Schweregrad bzw. der Erkrankungsdauer finden würde. Die Bedeutung der im Serum erhöhten CD95-Konzentrationen ist komplex. So lassen sich gegenläufige Effekte von CD95 beobachten, die unter anderem vom Aktivierungsniveau der jeweiligen Zellen sowie von weiteren Cofaktoren abhängen (Saas et al. 1999). Die Expression von löslichem CD95 könnte einerseits im Rahmen eines Restitutionsversuchs

79 erfolgen, indem es an den CD95-Liganden binden und die Zielzelle vor dem Zelltod schützen könnte, wie es für MS beschrieben wurde (Ciusani et al. 1998). Andererseits könnte, wie erwähnt, eine erhöhte Konzentration an CD95 auch Ausdruck vermehrt stattfindender Apoptose bzw. Zeichen eines erhöhten Apoptose-Risikos sein (De la Monte et al. 1998, Siegel u. Fleischer 1999, Jellinger 2000). Da eine CD95-Erhöhung allein noch nicht spezifisch für AD ist und die Funktionen von CD95 vielfältig sind, sind die Befunde im Zusammenhang mit weiteren immunologischen Auffälligkeiten bei AD zu stellen. Insbesondere ist in diesem Kontext von Bedeutung, dass CD95 und sein Ligand an einer Herabregulierung der Immunantwort beteiligt sind (Nagata u. Goldstein 1995). Eine Erhöhung der CD95-Expression könnte also in Zusammenhang mit der von uns beobachteten Verminderung der Cytokinsekretion und der Abnahme von CD3+- und CD19+- Lymphozyten bei Alzheimer-Patienten stehen. Diese Überlegung wird unterstützt durch Untersuchungen von Lombardi et al. (1999), die eine erhöhte Apoptoserate von T-Zellen bei AlzheimerPatienten gegenüber Gesunden beobachteten und eine signifikant höhere CD95-Expression der CD4+-T-Zellen von Alzheimer-Patienten fanden. Bereits Hartwig (1995) hatte beobachtet, dass Alzheimer-Patienten nicht nur vermehrt aktivierte, sondern auch mehr apoptotische Lymphozyten aufweisen. Darüber hinaus entsprechen unsere Befunde den Beobachtungen von Eckert et al. (1998b), dass Lymphozyten von Alzheimer-Patienten signifikant mehr DNA-Fragmentierung und damit Zeichen erhöhter Apoptosevulnerabilität aufweisen als Lymphozyten altersentsprechender gesunder Kontrollpersonen. Bergman et al. (2002) berichten, dass Alzheimer-Patienten im Vergleich zu altersgleichen gesunden Kontrollen signifikant mehr apoptische Zellen im Blut aufweisen, was die Autoren mit der erhöhten Infektanfälligkeit von Alzheimer-Patienten in Verbindung bringen. Die Arbeitsgruppe zeigte auch, dass dieselben Faktoren, die zur Apoptose von Neuronen führen (Ueda et al. 1994, LaFerla et al. 1995), auch Lymphozyten apoptotisch werden lassen, insbesondere β-Amyloid. Somit tragen zu der erhöhten Apoptoserate bei AD offensichtlich mehrere Faktoren bei, sowohl externe

80 Umgebungsfaktoren wie das neurotoxische β-Amyloid, als auch zellimmanente Bedingungen wie die einer genetische Prädisposition (Bergman et al. 2002). Führen bei AD genetische Defekte zu einer erhöhten Anfälligkeit der Neuronen für Apoptose, könnte eine solche genetisch bedingte Suszeptibiltät auch bei peripheren Lymphozyten vorliegen. Eckert et al. (1998b) gelang es, diese Hypothese zu belegen, indem sie die Apoptose von Lymphozyten nach Exposition mit β-Amyloid untersuchten. Tatsächlich wiesen die Lymphozyten von AlzheimerPatienten eine signifikant höhere Apoptoserate auf als die gesunder, altersentsprechender Kontrollen. Andere Alterationen der Lymphozytenfunktion unterstützen diese Vermutung, so weisen die Lymphozyten von Alzheimer-Patienten einen gestörten CalciumStoffwechsel auf, was typischerweise der Apoptose vorausgeht (Sulger et al. 1999). Somit lassen die Ergebnisse der Untersuchungen zu Apoptose im peripheren Blut bei AD den Schluss zu, dass die Lymphozyten von AD-Patienten eine höhere Vulnerabilität für Apoptose aufweisen und schneller auf Noxen mit Apoptose reagieren als die Lymphozyten gesunder Personen (Owen et al. 1997, De la Monte et al. 1998). Eine solche erhöhte Vulnerabilität gegenüber Apoptose weisen offensichtlich nicht nur die Lymphozyten, sondern auch Makrophagen von Alzheimer-Patienten auf. Fiala et al. (2005) konnten zeigen, dass die Makrophagen von AD-Patienten nach Exposition mit β-Amyloid in viel stärkerem Ausma apoptotisch werden als die Makrophagen gesunder Kontrollen. Möglicherweise liegt bei AD eine generell erhöhte ApoptoseSuszeptibilität vor, die eine kürzere Überlebenszeit sowie Funktionsbeeinträchtigungen verschiedener Immunzellen zur Folge haben könnte. Unsere Befunde einer verminderten Anzahl von T- und B-Zellen sowie die verminderte Cytokinsekretion bei Alzheimer-Patienten stehen damit möglicherweise in unmittelbarem Zusammenhang. Zusammenfassend könnte der Befund erhöhter CD95-Konzentrationen bei einer Untergruppe von Alzheimer-Patienten eine systemische Dysregulation des Apoptose-regulierenden Systems widerspiegeln, die mit einem erhöhten Risiko für apoptotischen Zelltod einhergehen und zu der multifaktoriellen Genese von AD beitragen könnte. Im Gegenzug trägt

81 möglicherweise eine generalisierte Immundefizienz zu einer Erhöhung spontaner oder induzierter Apoptose bei Alzheimer-Patienten bei (Lombardi et al. 1999). Angesichts dieser komplexen Wechselbeziehungen erscheint die Zusammenschau der verschiedenen peripheren immunologischen Befunde wichtig, um Einsichten in das pathophysiologische Geschehen gewinnen und biologischer Marker für eine Frühdiagnose identifizieren zu können.

82

5

Schlussfolgerungen

5.1

Methodenkritik

Psychoimmunologische Untersuchungen zur Alzheimer-Demenz liefern uneinheitliche Befunde, die Vergleichbarkeit ist begrenzt. Die Heterogenität der untersuchten Studienkollektive, geringe Stichprobengrößen sowie die mangelnde Spezifität der Beobachtungen erlauben derzeit keine definitiven Schlussfolgerungen. Auch der Einfluss von Ernährungs- und Bewegungsgewohnheiten sowie von Stressfaktoren ist nicht abschätzbar (Jayashankar et al. 2003). Eine wesentliche Schwierigkeit in unserer Arbeit war die Rekrutierung geeigneter Patienten, die den Kriterien eines „wahrscheinlichen M. Alzheimer“ gemäß NINCDS-ADRDA-Kriterien genügten, jedoch frei von jeglicher Komorbidität waren. Zum einen weisen viele Demenzpatienten vaskuläre Veränderungen in der kranialen Bildgebung auf, so dass hier von Demenzen des Mischtyps auszugehen ist. Zum andern leidet ein Großteil der älteren Patienten an weiteren Erkrankungen, die notwendigerweise das Immunsystem involvieren. So kann es in den Anfangsstadien selbst leichter Infektionen, die klinisch noch nicht manifest sind, bereits zu einer Erhöhung von IL-6 oder TNF-Į kommen. Die eingeschränkte sprachliche Ausdrucksfähigkeit vieler Alzheimer-Patienten erschwert das Erkennen weiterer gesundheitlicher Probleme. Beharka et al. (2001) vermuten, dass z.B. Berichte über erhöhte Spiegel proinflammatorischer Cytokine bei älteren Personen häufig auf undiagnostizierte Erkrankungen zurückzuführen sind. Darüber hinaus ist zu bedenken, dass der Vorgang der Blutentnahme mit einer wenn auch noch so geringen Traumatisierung einhergeht, die zu einer lokalen Immunaktivierung mit Cytokinfreisetzung führen und die Befunde der entsprechenden Blutprobe beeinflussen kann. Auch atherosklerotische Veränderungen, wie sie bei älteren Patienten zu erwarten sind, können ebenfalls zu einer Erhöhung von proinflammatorischen Cytokinen im Blut führen (Paganelli et al. 2002). Eine wesentliche Bedeutung kommt der Einnahme von Medikamenten zu. Jegliche antiinflammatorischen, antirheumatischen oder weiteren

83 immunologisch relevanten Medikamente beeinflussen die Cytokinauschüttung, ebenso Psychopharmaka (Weizman et al. 1995). Auch der Einfluss von Acetylcholinesterase-Inhibitoren auf die Cytokinfreisetzung konnte gezeigt werden (Reale et al. 2004). Für die Studie geeignete Alzheimer-Patienten können daher nur vor Beginn einer antidementiven Therapie aufgenommen werden. Die Einnahme immunologisch relevanter Medikamente stellte in unseren Untersuchungen das häufigste Ausschlusskriterium dar, was in anderen Studien selten diskutiert wird. Vor diesem Hintergrund bemühten wir uns auch um eine umfassende allgemeininternistische Anamnese und Diagnostik. Erwartungsgemäß konnten zahlreiche Alzheimer-Patienten sowie Kontrollpersonen, die sich zur Studienteilnahme bereit erklärt hatten, nicht aufgenommen werden. Dadurch verzögerte sich die Rekrutierungsphase, und wir reduzierten die geplanten Gruppengrößen von ursprünglich n=50 auf n=25. Für die Bestimmung der Lymphozyten-Subpopulationen, der zuletzt durchgeführte Teil der Studie, erreichten wir eine Fallzahl von n=43. Unsere Untersuchung zeichnet sich somit durch die sorgfältige Patientenrekrutierung unter Einhalten strenger Einschlusskriterien aus, was die Bildung von Hypothesen zu Hintergründen und Konsequenzen aus den beobachteten immunologischen Veränderungen bei AD erlaubt.

5.2

Zusammenfassendes Ergebnis: Abnahme der immunologischen Reaktivität bei Alzheimer-Demenz

Unsere Untersuchungen humoraler und zellulärer Komponenten des peripheren Immunssystems bei AD ergaben gleichsinnige Veränderungen aller untersuchten Parameter: 1. Im Liquor weisen die von uns untersuchten Alzheimer-Patienten geringere Autoantikörper-Spiegel gegen GM1-Ganglioside als altersentsprechende Gesunde auf. 2. Die Fähigkeit der T-Zellen zur Sekretion pro- und antiinflammatorischer Cytokine auf inflammatorische Reize hin ist bei den Alzheimer-Patienten reduziert. 3. Die von uns untersuchten Alzheimer-Patienten weisen geringere Absolutzahlen ihrer T- und B-Zellen auf. Dieser Befund kann sowohl die

84 verminderte Antikörper-Bildung als auch die geringere Cytokinexpression erklären. 4. Alzheimer-Patienten weisen höhere Spiegel von CD95 auf, einem Apoptose-vermittelnden Rezeptor-Protein. Eine erhöhte Apoptosevulnerabilität könnte nicht nur für den neuronalen Untergang verantwortlich sein, sondern auch mit einer verminderten Resistenz der Immunzellen gegenüber toxischen Substanzen wie -Amyloid in Zusammenhang stehen (Eckert et al. 1998, Bergman et al. 2002, Fiala et al. 2005). Eine dadurch verkürzte Überlebensdauer der Immunzellen könnte die beobachtete Abnahme der Zahl von T- und B-Zellen und die damit verbundenen Verringerung der Antikörper- und Cytokinbildung erklären. Zusammenfassend sprechen unsere Befunde für eine eingeschränkte immunologische Kompetenz bei der Alzheimer-Demenz.

5.3

Weitere Berichte zu immunologischen Veränderungen bei Alzheimer-Demenz

5.3.1 Verminderte periphere Lymphozytenaktivität Die Annahme, dass AD mit einer abgeschwächten Fähigkeit zu einer adäquaten Immunantwort einhergeht, wird von weiteren Befunden aus der Literatur unterstützt. Bereits in den 1980er Jahren wurde eine lymphozytäre Funktionsbeeinträchtigung bei AD beschrieben (Torack 1986). Funktionelle Untersuchungen an Lymphozyten von AlzheimerPatienten zeigen eine Einschränkung der lymphozytären Proliferationskapazität. So beobachteten Fujiwara et al. (1996) eine verringerte Proliferationsrate nicht adherenter Monozyten unter gleichzeitiger Abnahme der IL-2-Bildung nach Stimulation mit PHA bei Alzheimer-Patienten. Dickson et al. (1996) beschreiben, dass AlzheimerPatienten in vitro eine generell verminderte T-Zellaktivierung auf verschiedene Stimuli wie Lectin, PHA oder Concavalin A hin aufweisen. Die Autoren interpretieren eine gleichzeitig zu beobachtende vermehrte Bildung von Akutphaseproteinen als kompensatorische Reaktion auf das T-Zell-Defizit. Eine beeinträchtigte Proliferation nach PHA-Stimulation von PBMC fanden auch Zhang et al. (2003) bei Alzheimer-Patienten.

85 Desgleichen zeigen die NK-Zellen bei AD eine verminderte Aktivität, und zwar sowohl basal als auch nach Stimulation mit IFN-α bzw. IL-2 (Araga et al. 1991). Bereits 1991 wurde beschrieben, dass Alzheimer-Patienten eine weit schwächere T-Zell-Antwort auf die Exposition mit -Amyloid zeigen als altersgleiche gesunde Personen (Nijhuis 1991). Trieb et al. (1996) beobachteten ebenfalls die Unfähigkeit von Alzheimer-Lymphozyten, auf die Stimulation mit -Amyloid adaequat zu proliferieren, und prägten dafür den Begriff der „T-Zell-Anergie“. Zu ähnlichen Ergebnissen kommen Giubilei et al. (2003), die bei Alzheimer-Patienten eine signifikant geringere T-Zell-Antwort nach Stimulation mit Amyloid-β sowie mit mitochondrialen und mikrobiellen Peptiden fanden. Auch Broytman u. Malter (2004) machten die Beobachtung, dass T-, aber auch B-Zellen von Alzheimer-Patienten eine verminderte Ansprechbarkeit auf β-Amyloid aufweisen. Dies stimmt mit der Beobachtung überein, dass AlzheimerPatienten verminderte Spiegel an natürlichen Autoantikörpern gegen βAmyloid aufweisen, die offensichtlich am Amyloidabbau wesentlich beteiligt sind (Du et al. 2001, Weksler et al. 2002). Die Beeinträchtigung der Lymphozytenfunktion bei AD kann auf verschiedene metabolische Auffälligkeiten zurückgeführt werden. So wurde eine Regulationsstörung der Calcium-Antwort von Lymphozyten bei AD beobachtet, was zu erheblichen mitochondrialen Funktionseinbuen führen kann (Fujiwara et al. 1996, Sulger et al. 1999). Zudem weisen die Lymphozyten bei AD vermehrt oxidative Schädigungen auf, so z.B. höhere Konzentrationen an 8-Hydroxydeosyguonasin (8- OHdG) (Mecocci et al. 1998). Auch eine übermäißge Bindung von IgM-Antikörpern an TZellen von Alzheimer-Patienten wurde für eine eingeschränkte T-ZellFunktion verantwortlich gemacht, was eine adäquate Antikörperbildung auf β-Amyloid erschwert (Kell et al. 1996). 5.3.2 Erhöhte periphere Entzündungszeichen Unter den zahlreichen Veröffentlichungen zu peripheren Veränderungen des Immunsystems finden sich neben Befunden abgeschwächter Immunreaktionen auch Berichte über eine Zunahme an

86 Entzündungsparametern, insbesondere über eine Erhöhung zirkulierender proinflammatorischer Cytokine bei AD (S. 38-39). Die Annahme verstärkter Immunreaktionen bei AD im Sinne pathologischer Autoimmunität bzw. „Autotoxizität“ wurde in Zusammenhang mit der vermuteten protektiven bzw. therapeutischen Wirkung von NSAR bei AD gebracht (Breitner et al. 1994, 1995, McGeer u. McGeer 2001). Es lag nahe, die Effekte der NSAR bei AD als Beleg für die Entzündungstheorie bzw. „Autoimmunhypothese“ für AD zu werten, die weite Anerkennung fand (vgl. S. 15). Mittlerweile scheint das Vorhandensein lokaler entzündlicher Veränderungen bei AD unbestreitbar, und es werden unverändert Hoffnungen auf die Entwicklung antientzündlicher Therapiestrategien gesetzt. Gleichwohl bleiben folgende grundlegende Überlegungen zu berücksichtigen.

5.4

Alzheimer-Demenz: Eine entzündliche Erkrankung?

1. CS Raine (2000) hat in einem ausführlichen Kommentar zu dem Bericht der „Neuroinflammation Working Group in AD“ (Akiyama et al. 2000) deutlich gemacht, dass das Vorkommen der umfassend beschriebenen Entzündungsparameter bei AD nicht mit einer klassischen Entzündung im Gehirn gleichzusetzen ist, wie sie z.B. bei der Multiplen Sklerose anzutreffen ist. Klinisch ist eine Entzündung charakterisiert durch Überwärmung, Rötung, Schwellung, Schmerz sowie Funktionsverlust. Die pathologischen Kennzeichen umfassen eine Erweiterung der Blutgefäße, Eiweiß-Exsudate, Leukozyteninfiltration und Makrophagen-Aktivität, Gefäßproliferation, Verlust der Bindegewebsstruktur und resultierende Fibrose. Dem voraus bereits geht die Expression zahlreicher löslicher und membranständiger Entzündungsmediatoren wie Chemokine, Cytokine, Adhäsionsmoleküle, Komplementfaktoren und Immunglobuline (Janeway et al. 1998). Diese Kriterien werden von den Befunden in Gehirnen von Alzheimer-Patienten nicht erfüllt, wo typischerweise Atrophie statt Schwellung, vaskuläre Degeneration statt Proliferation und mikrogliale Aktivität statt Leukozyteninfiltration auftreten (Kalaria 1993). Daher schlägt Raine vor, bei AD von einer „Heraufregulierung“ von Entzündungsmediatoren, nicht aber generell von einer intracerebralen Entzündung zu sprechen.

87 Bezüglich der Interpretation der verschieden Entzündungsparameter im Gehirn von Alzheimer-Patienten weisen Dickson et al. (1996) zu Recht darauf hin, dass diese lokalen Befunde ausschlielich aus post-mortem – Untersuchungen stammen. Die Autoren vermuten, dass der Anstieg proinflammatorischer Cytokine mit den agonalen Prozessen in Verbindung steht, und empfehlen generelle Zurückhaltung bei der Beurteilung postmortal gewonnener cerebraler Befunde. 2. Vom Nutzen der Entzündung: „Protektive Autoimmunität“ Grundsätzlich stellen Entzündungsreaktionen einen Abwehrmechanismus des Organismus dar und dienen zunächst seinem Schutz. Übermäßige oder inadäquate Immunreaktionen hingegen können wie im Fall von Autoimmunkrankheiten selbst Krankheiten hervorrufen. Daher stellt die Regulation und Modulation von Immunreaktionen eine vorrangige Aufgabe des Organismus dar. Die alleinige Anwesenheit von Entzündungsmediatoren lässt zunächst keinen Schluss zu, ob diese neuropathisch oder neuroprotektiv wirken (Barger et al. 1995; Shen u. Meri 2003). In der Diskussion der Befunde wurde jeweils schon auf die protektive Funktion der entsprechenden Immunreaktionen hingewiesen. Zusammenfassend könnten die im Gehirn von Alzheimer-Patienten zu beobachtenden Entzündungsreaktionen auch als neuroprotektive Reaktion auf die β-Amyloid-Ablagerungen verstanden werden. Nach Fassbender et al. (2000) stellen die entzündlichen Veränderungen im Gehirn von Alzheimer-Patienten kein AD-spezifisches Ereignis dar, sondern eine unspezifische Antwort, wie sie auf ubiquitäre Noxen, nach Traumen und nach ischämischen Ereignissen zu beobachten ist. Zahlreiche Untersuchungen konnten mittlerweile nachweisen, dass bei AD die Mikroglia aktiviert und diese Aktivierung unter anderem durch βAmyloid ausgelöst wird (Marx et al. 1999, Blasko u. GrubeckLoebenstein, 2003b). β-Amyloid induziert die Freisetzung proinflammatorischer Proteine, die wiederum die Sekretion von -Amyloid verstärken können (Griffin et al. 1998). Andererseits sind mikrogliale Cytokine in vielfacher Weise an neuronalen Reparatur- bzw. Regenerationsmechanismen beteiligt (Barger et al. 1995, Wilson et al. 2002). Insofern ist die bei AD zu beobachtende mikrogliale Aktivität nicht

88 notwendigerweise als zusätzlicher pathogenetischer Faktor zu verstehen, sondern kann Ausdruck eines Rekonstitutionsversuches sein. Eine Dysregulation mikroglialer Aktivität kann eine Beeinträchtigung von Reparaturmechanismen zur Folge haben und, insbesondere in Anwesenheit pathogener Stimuli wie unlösliche Amyloid-Aggregate, zu neurodegenerativen Veränderungen führen (Wilson et al. 2002). In erster Linie jedoch ist eine intakte Mikroglia-Funktion notwendig zum phagozytären Abbau des anfallenden β-Amyloids. Zahlreiche Untersuchungen belegen, dass aktivierte Mikroglia A phagozytiert und über proteolytische Enzyme für den Amyloidabbau verfügt (Rogers u. Lue 2001, Rogers et al. 2002, Monsonego u. Weiner 2003). Am Abbau cerebraler Amyloidablagerungen sind neben Mikroglia auch infliltirierende Gewebsmakrophagen (Shaffer et al. 1995, Paresce et al. 1996) beteiligt, zudem humorale Bestandteile wie Komplementfaktoren (Van Beek et al. 2003) und Autoantikörper (Moenning et al. 1991, Gaskin et al. 1993), wie nicht zuletzt die zahlreichen Impfversuche der letzten Jahre belegt haben (vgl. S. 101). Darüber hinaus tragen lokal aktivierte TZellen zur Elimination von β-Amyloid bei (Trieb et al. 1996, Marx et al. 1998, Schwartz u. Cohen 2000, Monsonego et al. 2001). Autoreaktive TZellen können β-Amyloid erkennen und die mikrogliale Phagozytose von Amyloid unterstützen, indem z.B. TH-1-Zellen Makrophagen-aktivierende Moleküle wie IFN-Ȗ sezernieren. Die auf die Aktivierung von B-Zellen spezialisierten TH-2-Zellen fördern wiederum die Opsonierung und damit die Phagozytose von Amyloid-Protein. Zudem sind T-Zellen in der Lage, über Interaktion mit Mikroglia die schädigenden Folgen der inflammatorischer Reaktionen zu begrenzen (Moalem et al. 1999, Kipnis et al. 2004). Die lebenslange Präsentation von APP-Molekülen fördert im Sinne eines physiologischen Protektionsmechanismus die Heranreifung Amyloid-βspezifischer T-Zelllinien. Diese unterstützen die Bildung von Autoantikörpern gegen Amyloid, die im gesunden Organismus natürlicherweise vorkommen (Haass et al. 1992). Sowohl diese natürlichen Autoantikörper (Wisniewski u. Sigurdsson 2002; Dodel et al. 2003) als auch entsprechende aktivierte CD8+-T-Zellen (Wekerle et al. 1986)

89 können die Blut-Hirnschranke überwinden und den Amyloidabbau im ZNS unterstützen. Darüber hinaus sind in das Gehirn einwandernde Lymphozyten zur Bildung neurotropher Faktoren fähig (Kerschensteiner et al. 1999). Zusammenfassend wird deutlich, dass ein aktives Immunsystem über zahlreiche neuroprotektive Eigenschaften verfügt, die im Konzept der „protektiven Autoimmunität“ zusammengefasst werden (Hohlfeld et al. 2000, Avidan et al. 2004). Eine Beeinträchtigung dieser neuroprotektiven immunologischen Mechanismen spielt möglicherweise in der Pathogenese der Alzheimer-Demenz eine zentrale Rolle.

ß-Amyloid-Ablagerungen

MikrogliaZelle TH-2

IL-1ß TNF-α Komplement

CD11b

TH-1

CD11c

IL-4 IL-10 TGF-ß

Abb. 5.1 Protektive Autoimmunität bei Alzheimer-Demenz: Differenzierungsmöglichkeiten von Mikroglia (nach Monsonego u. Weiner 2003): Amyloid-Exposition kann die Differenzierung der Mikrogliazelle in einen Phagozyt auslösen (CD11+, links) die im Rahmen dieser unspezifischen Abwehr proinflammatorische Cytokine sezerniert. Als zweite Möglichkeit (rechts) kann die Mikroglia sich in eine Antigen-präsentierende Zellen differenzieren, die aus der Peripherie eingewanderten TH-1- und TH-2-Zellen das Amyloid-Antigen präsentieren und damit eine adaptive, spezifische Immunantwort auslösen

90 3. Die divergenten Befunde zu Veränderungen peripherer Entzündungsparameter, wie sie die unterschiedlichen Studien liefern, stehen nicht notwendigerweise im Gegensatz zueinander. Für die Interpretation der Befunde erhöhter Cytokinausschüttung bei AD ist, abgesehen von methodischen Unwägbarkeiten, von Bedeutung, dass eine Cytokinerhöhung prinzipiell unspezifisch ist. Sie kann Folge etlicher Konditionen sein, die gegebenenfalls klinisch noch nicht fassbar sind. So kann IL-6 als Akutphaseparameter bereits bei einem asymptomatischen Harnwegsinfekt oder auch in Folge einer traumatisierenden Venenpunktion ansteigen, was auch bei allgemein abnehmender immunologischer Aktivität zu beobachten ist. Zudem erfassen die unterschiedlichen Untersuchungen in der Regel unterschiedliche Stadien der Erkrankung, die auch in immunologischer Sicht verschiedenen Phasen zuzuordnen sind. So könnte es sein, dass zu Beginn der Erkrankung vermehrt entzündliche Reaktionen stattfinden, im Versuch, die zunehmenden Amyloidablagerungen zu bewältigen. Ein Übermaß kann zur Erschöpfung und sekundärem Nachlassen der Immunantwort führen. Umgekehrt ist denkbar, dass zunächst die Immunfunktionen langsam nachlassen, was bei Notwendigkeit einer Immunantwort eine kompensatorische Steigerung der Bildung proinflammatorischer Substanzen zur Folge haben kann. Tatsächlich wurde gezeigt, dass eine insuffiziente Phagozytose entzündungsfördernd ist, indem es zu einer vermehrten Bildung proinflammatorischer Cytokine und Gewebedestruktion kommt (Wyss-Coray u. Mucke, 2002). Diese Beobachtungen passen zu dem von Huberman et al. (1994, 1995) dargestellten Verlauf der Cytokinwerte, die in früheren Krankheitsstadien vermindert sind und später ansteigen. Insofern sind Beobachtungen von einmal verminderter, einmal vermehrter inflammatorischer Aktivität miteinander vereinbar.

91 5.5

Immundefizit bei Alzheimer-Demenz

Eine generelle Abnahme der immunologische Kompetenz bei AD, wie sie unsere Ergebnisse und Befunde aus der Literatur vermuten lassen, führt zum einen zu einer erhöhten Infektanfälligkeit, die für AlzheimerPatienten bekannt ist (Volicier 1991, Ahluwalja u. Vellas 2003). Die Infektanfälligkeit geht bei AD offensichtlich über das Altermaß hinaus und scheint nicht lediglich Folge der zunehmenden Immobilität bzw. Bettlägerigkeit im fortgeschrittenen Krankheitsstadium zu sein (Nagga u. Marcussion 1998, Ueki et al. 1999). Bergman et al. (2002) machen insbesondere eine verminderte IL-2-Produktion für die erhöhte Infektionsanfälligkeit verantwortlich. Zum anderen könnte ein solches Immundefizit eine entscheidende Rolle in der Pathogenese der Alzheimer-Demenz spielen. Eine abgeschwächte TZell-Antwort bei AD (Trieb et al. 1996; Richartz et al. 2005b) sowie verminderte Spiegel von Anti-Amyloidantikörpern tragen möglicherweise auch im Gehirn zu einer insuffizienten Phagozytose von β-Amyloid bei (Du et al. 2001). Da Anti-Amyloid-Antikörper zudem vor AmyloidFibrillierung sowie vor den neurotoxischen Auswirkungen von β-Amyloid schützen, fördert eine Beeinträchtigung dieser „protektiven Autoimmunität“ (s.o.) die Alzheimer-Pathologie (Du et al. 2003). Die Unfähigkeit, eine antigen-spezifische erworbene Immunantwort auf βAmyloid zu entwickeln, hat zur Folge, dass der Organismus nicht in der Lage ist, Amyloid-Aggregationen und die entsprechenden toxischen Folgen zu verhindern. Indirekt wird dadurch langfristig eine Überreaktion der unspezifischen Immunantwort auf die chronisch einwirkende Noxe aufrechterhalten. Ein zugrundeliegendes Immundefizit auf der einen Seite ist somit mit einer lokalen Entzündungsreaktion auf der anderen Seite vereinbar. Aufgrund seiner immunologisch privilegierten Lage scheint das Gehirn diesbezüglich besonders vulnerabel zu sein (Marx et al. 1998). In der Literatur finden sich zunehmend Vertreter der Annahme, dass eine Beeinträchtigung der Antigen-spezifischen Immunantwort für die Akkumulation schädlicher amyloidogener Substanzen im Gehirn eine zentrale Rolle spielt (Streit 2001, Giubilei et al. 2003, Avidan et al. 2004, Fiala et al. 2005).

92 5.6

Zur Bedeutung antiinflammatorischer Substanzen in der Alzheimer-Therapie

1. Die Beobachtung, dass Alzheimer-Patienten eine verminderte und damit unzureichende Immunantwort aufweisen und dies möglicherweise von pathogenetischer Bedeutung für die Erkrankung ist, scheint zunächst in Gegensatz zu dem beobachteten protektiven Effekt von antiinflammatorischen Substanzen (Breitner 1994; 1995) zu stehen. Die meisten epidemiologischen Studien unterstützen die Annahme, dass es unter NSAR zu einer Verlangsamung des kognitiven Abbaus kommt (McGeer 1996). Am Tiermodell wurde gezeigt, dass ein möglicher therapeutischer Effekt von NSAR dadurch erklärt werden kann, dass die Mikroglia-Aktivierung, wie sie in der Umgebung von Amyloid-Plaques erfolgt, dadurch supprimiert werden kann (Akiyama et al. 2000). Auch Glucocorticoide sind sehr wirksame antiinflammatorische Substanzen, die Cyclooxygenase (COX) 2 sowie Phospholipase A2 und damit die Prostaglandinsyntese inhibieren. Epidemiologische Untersuchungen konnten jedoch im Gegensatz zu den NSAR keinen protektiven Effekt zeigen. Zudem geht eine Corticoidbehandlung mit erheblichen Nebenwirkungen einher einschlielich möglicher neurotoxischer Folgen (Aisen u. Pasinetti 1998, Akiyama et al. 2000). Der mutmaßliche Effekt antientzündlicher Substanzen muss nicht notwendigerweise in Widerspruch zu der Beobachtung einer peripheren Immunsuppression bei AD stehen. Auf Grundlage der abgeschwächten Immunantwort auf β-Amyloid könnte es zur Akkumulation und Aggregation der Amyloidproteine im Gehirn kommen, die dort, wie erwähnt, eine lokale Entzündungsreaktion auslösen können. Auch von Vertretern der Entzündungshypothese wird mittlerweile die Produktion von Entzündungsparametern im Gehirn von Alzheimer-Patienten auf eine sekundäre Entzündungsreaktion auf Amyloid zurückgeführt (McGeer u. McGeer 2003). Entzündungshemmende Substanzen könnten an dieser Stelle der pathogenetischen Kette ansetzen, d.h. im Sinne der symptomatischen Bekämpfung einer sekundären Entzündung (McGeer u. McGeer 1998).

93 2. Der Wirkmechanismus der NSAR bei AD ist nicht exakt geklärt. Es gibt Hinweise dafür, dass sie nicht über ihre antiinflammatorische, COXinhibitorische Funktion wirksam werden, sondern direkt mit der ȖSekretase interagieren und zu einer verminderten Bildung des Spaltprodukts A beta1-42 führen (Weggen et al. 2001, Cirrito u. Holtzmann 2003). Darüber hinaus wurde interessanterweise beobachtet, dass es unter NSAR zu einer Zunahme mikroglialer Aktivität und einer Reduktion der Aymloidaggregate kommt (Jantzen et al. 2002). Als weiterer möglicher Wirkmechanismus von NSAR wurde ihr Effekt auf die Angiogenese diskutiert (Vagnucci u. Li 2003). 3. Mehrere klinische Studien versuchten, den therapeutischen Effekt von NSAR zu belegen, die Ergebnisse blieben jedoch hinter den Erwartungen zurück. Insbesondere liegen noch keine adäquaten prospektiven Studien vor, die den Einsatz von NSAR in der Demenztherapie rechtfertigen würden (Übersicht bei Quinn et al. 2003). Auch in einer großen Kohortenuntersuchung an 2765 Patienten konnte kein protektiver Effekt auf die kognitiven Funktionen nach 3 Jahren belegt werden. COX-2Inhibitoren zeigen keinen therapeutischen Effekt bei AD (Aisen et al. 2002; Müller et al. 2004). Schließlich kann der Gebrauch von NSAR auch mit einer Verschlechterung des Kurzzeitgedächtnisses mit psychotischen Symptomen und mit allgemeiner kognitiver Verschlechterung einhergehen (Saag et al. 1995). Zusammenfassend sind die Wirkungen von antientzündlichen Medikamenten bei AD nicht eindeutig geklärt. Die vermutete protektive Wirkung von NSAR bei AD kann bisher nicht als Beleg für die Richtigkeit der Entzündungshypothese herangezogen werden. Prospektive Untersuchungen zur therapeutischen Wirksamkeit antirheumatischer Substanzen bei AD haben bisher keinen ausreichenden klinischen Effekt gezeigt, so dass eine antientzündliche Therapie nicht als Behandlung der Wahl empfohlen werden kann (Ahluwalja u. Vellas 2003).

94 5.7

Alzheimer-Demenz: Eine systemische Erkrankung ?

5.7.1 Beteiligung des gesamten Immunsystems Das Gehirn hebt sich in immunologischer Sicht von anderen Geweben ab, insofern es prinzipiell weniger erreichbar für peripher ablaufende entzündliche Prozesse ist. Dies ist notwendig, da im Gehirn Entzündungen und damit verbundene Ödeme lebensnotwendige Funktionen beinträchtigen und in kürzester Zeit fatal enden können. Die zentrale Rolle für diese immunologische Abschirmung wird von der Blut-Hirn- bzw. Blut-Liquor-Schranke übernommen, die normalerweise für BlutLeukozyten nicht passierbar ist. Das Gehirn verfügt über eigene immunaktive Zellen, wobei die Mikroglia-Zellen funktionell die bedeutsamsten sind. Sie sind in der Lage, Entzündungsmediatoren wie pround antiinflammatorische Cytokine und Komplementfaktoren zu exprimieren, zudem sind sie die phagozytierenden Zellen des ZNS. Da das Gehirn ist jedoch nicht so immunologisch inert ist wie ursprünglich angenommen (Hickey et al. 1991, Szcepanik et al. 2001), erscheint ein pathogenetischer Zusammenhang zwischen den zu findenden peripheren immunologischen Veränderungen und der cerebralen AlzheimerPathologie vielen Autoren plausibel. Der Stellenwert innerhalb der pathogenetischen Kette ist jedoch unverändert Gegenstand der Diskussion. Einerseits könnte die periphere Immunsuppression ein Epiphänomen darstellen, das aus der lokalen Immunaktivierung im Gehirn von Alzheimer-Patienten resultiert. Über die Hypothalamus-HypophysenAchse können cerebrale Entzündungsvorgänge eine vermehrte Ausschüttung von Cortisol bewirken, das peripher immunsuppressiv wirkt (Woiciechowsky et al. 1999). Erhöhte Cortisolspiegel können mit kognitiven Einbußen einghergehen (Weiner et al. 1997), und bei Alzheimer-Patienten kann eine leichte Hypercortisolämie beobachtet werden (Hartmann et al. 1997). Andererseits gibt es wesentliche Erkenntnisse, die eine ätiopathogenetische Rolle der peripheren bzw. systemischen Immundysregulation nahelegen.

95 1. Die normalerweise für Immunzellen wie auch für Cytokine undurchlässige BHS ist bei AD nicht intakt, hingegen kann ein Übertritt zellulärer und humoraler Komponenten des Immunsystems in beide Richtungen beobachtet werden (Hampel et al. 1999). Es wird vermutet, dass aktivierte T-Zellen bei AD in das Gehirn penetrieren und sich dort an der Entzündungsreaktion beteiligen (Hickey et al. 1991, Becher et al. 2000). Einwandernde T-Zellen interagieren mit Mikroglia und Astrozyten und können diese zur Sekretion pro- und antiinflammatorischer Cytokine veranlassen (Aloisi et al. 2000). Darüber hinaus überwinden bei AD auch periphere Makrophagen die BHS und beteiligen sich an der phagozytären Elimination der Amyloidproteine (Fiala et al. 2002). 2. Zwischen der Mikroglia und den peripheren Zellen des Monozyten/Makrophagensystems besteht eine enge Verwandtschaft. Sie stammen aus denselben Ursprungszellen (embryonale mesodermale Makrophagen) und teilen möglicherweise ein ähnliches Schicksal (Sievers et al. 1994). Diese Vermutung wird unterstützt durch die Beobachtung, das Mikroglia auf neuronale Schädigungen mit der Entwicklung des typischen Phänotyps von Makrophagen reagiert (Kreutzberg 1996). Dieser enge Zusammenhang zwischen peripheren und zentralen Immunsystem legt nahe, dass Veränderungen im peripheren Immunsystem sich auch die zentrale Immunantwort auswirken können. Sind einwandernde CD4+- und CD8+-T-Zellen und Makrophagen an den cerebralen Immunreaktionen beteiligt, ziehen deren funktionelle Beeinträchtigungen auch die cerebralen Immunprozesse in Mitleidenschaft. Fiala et al. (2005) zeigten, dass die eingewanderten Makrophagen bei AD eine verminderte Phagozyosekapazität aufweisen, was die Hypothese einer der Alzheimerpathologie zugrunde liegenden allgemeinen Immunschwäche unterstützt. Schließlich ist angesichts der engen Beziehung zwischen cerebraler Mikroglia und peripheren Monozyten/Makrophagen denkbar, dass die in der Peripherie zu beobachtenden Funktionsstörungen die Mikroglia mitbetreffen und somit auch cerebral zu einer verminderten Phagozytoseleistung und Amyloidakkumulation bei sporadisch auftretender AD beitragen.

96 Vor diesem Hintergrund erlauben die Beobachtungen peripherer immunologischer Veränderungen bei AD die Hypothese, dass eine Beeinträchtigung des gesamten Immunsystems eine pathogenetische Rolle für die Entwicklung der cerebralen Alzheimer-Pathologie spielen könnte. Eine erhöhte Apoptosevulnerabilität, der sowohl cerebrale Neuronen als auch periphere Immunzellen unterliegen (Eckert et al. 1998b), könnte damit in ursächlichem Zusammenhang stehen. 5.7.2 Systemische Amyloidablagerung Die postulierte unzureichende Phagozytose von Amyloidproteinen zeigt Parallelen zu verschiedenen lokalen und systemischen Amyloidosen (Linke 1996). Das physiologische, altersbedingte Nachlassen der Abräumfunktion führt zu sogenannten „Altersamyloidosen“, die in den meisten Fällen ohne pathogenetische Bedeutung sind. Auch bei AD sind systemische Amyloidablagerungen zu beobachten. So wurde β-Amyloid in Gefäßwänden, Leber, Darm und Nebenniere von Alzheimer-Patienten nachgewiesen (Joachim et al. 1989). Kuo et al. (2000) fanden bei Alzheimer-Patienten im Vergleich zu altersgleichen Gesunden signifikant mehr β-Amyloid in der Skelettmuskulatur, die damit mögliche Quelle hämatogenen A-Peptids bei AD sein könnte. Auch in der Haut weisen Alzheimer-Patienten mehr Amyloid- Protein auf als Gesunde (Joachim et al. 1989, Ikeda et al. 1993, Wen et al. 1994). Mönning et al. (1990) wiesen nach, dass das Alzheimer-Amyloid-Precursor-Protein (APP) aktiv von PHA-stimulierten PBMC sezerniert wird. Kalaria et al. (1991) vermuteten, dass das später im Gehirn abgelagerte Amyloidprotein ausschlielich in der Leber gebildet wird, weil nur dort entsprechende mRNA durch PCR nachzuweisen war. Schließlich ist auch in Thrombozyten sowie Lymphozyten das β-Amyloid-Vorläufer-Protein zu finden (Rosenberg et al. 1997), eine weitere mögliche Quelle systemischen β-Amyloids. Der Nachweis, dass β-Amyloid die BHS überschreiten und sich dann im Gehirn anreichern kann (Deane et al. 2003), unterstützt die Annahme einer systemischen Herkunft des cerebral kumulierenden β-Amyloids (Popovic et al. 1998).

97 Die Beobachtung peripherer Amyloidablagerungen zeigt einerseits Parallelen zu systemischen Amyloidosen, wie sie im Rahmen von Autoimmunerkrankungen wie rheumatoider Arthrits als Folge chronischer Entzündungen vorkommen. Bei diesen klassischen Autoimmunerkrankungen finden sich jedoch bekanntermaßen vermehrt zirkulierende Autoantikörper und eine Erhöhung zahlreicher Entzündungsparameter, was bei AD nicht zu beobachten ist. Andererseits könnten systemische Amyloidablagerungen Folge eines nachlassenden Abbaus von physiologisch anfallendem Amyloidprotein sein, was im Rahmen der natürlichen Immunoseneszenz bei Altersamyloidosen zunächst ohne wesentlichen Krankheitswert ist (Franceschi u. Bonafe 2003). Erst eine unphysiologisch hohe intracerebrale Akkumulation kann dann zur Alzheimer-Pathologie führen (Popovic et al. 1998). Die „Sink-Hypothese“ Physiologischerweise erfolgt der Abbau des anfallenden Amyloids über die Bindung von Anti-Amyloid-Autoantikörpern an zirkulierende Amyloid-Moleküle, was mit zunehmendem Alter langsamer bzw. in geringerem Ausmaß erfolgt. Ein Nachlassen dieses Mechanismus der Amyloid-Bindung könnte von Relevanz für die Alzheimer-Pathogenese sein. Gemäß der „Sink-Hypthese“ (DeMattos et al. 2001, Matsuoka et al. 2003) wird über die systemische Bindung und Beseitigung des anfallenden β-Amyloids ein Konzentrationsgefälle zwischen Gehirn und Peripherie aufgebaut, das einen kontinuierlichen Efflux des cerebralen Amyloids nach peripher ermöglicht. β-Amyloid kann entweder über den Liquor (Silverberg et al. 2003) oder direkt über die BHS in den Blutkreislauf (Shibata et al. 2000) gelangen. Dort wird es weiter abgebaut und eliminiert, wodurch die Amyloid-Konzentration im Gehirn abnimmt (DeMattos et al. 2001). Ist die periphere Amyloidbindung jedoch nicht ausreichend, kommt es zu einer „retrograden“ Akkumulation des Amyloids im Gehirn als zentraler pathologischer Befund bei AD. Die lokale Produktion von Entzündungsmediatoren könnte sekundäre Folgeerscheinung sein, die einerseits durch die zunehmenden Amyloidaggregate ausgelöst werden (McGeer and McGeer, 2003),

98 andererseits als Reparationsmechanismus Schädigung (Kalaria 1993) auftreten kann.

angesichts

neuronaler

Zusammenfassend führten diese Beobachtungen bereits in den 1980 er Jahren (Peterson et al. 1985, Joachim et al. 1989) zu der Hypothese, dass es sich bei der Alzheimer-Demenz um eine systemische Pathologie handeln könnte, die sich phänotypisch vorwiegend als kognitiver Abbauprozess manifestiert.

5.8

Hinweise für einen Kausalzusammenhang zwischen Immunschwäche und Alzheimer-Demenz

Die Hypothese einer abgeschwächten Immunabwehr als pathogenetisch relevanter Faktor bei AD wird durch Beobachtungen aus anderen Disziplinen der Alzheimer-Forschung gestützt. Es handelt es sich um a) histopathologische Befunde, b) die Rationalen moderner therapeutischer Strategien, c) allgemein-klinische Beobachtungen, d) jüngste molekulargenetische Befunde und e) Parallelen zu M. Down, die der Plausibilitätsüberprüfung dienen. 5.8.1 Mikrogliale Dysfunktion bei Alzheimer-Demenz Die Hypothese, dass die Neurodegeneration bei AD primär durch schädigende Wirkungen autoaggressiver Mikroglia-Zellen verursacht wird, die auf die kontinuierliche Exposition mit β-Amyloid mit der Expression verschiedener Neurotoxine und einer überschießenden Entzündungsreaktion antworten, hat weite Verbreitung gefunden („bystander damage hypothesis“, Akiyama et al. 2000, McGeer u. Mc Geer 2001, vgl. S. 15). Die aktuelle Glia-Forschung wirft jedoch ein differenzierteres Licht auf die Bedeutung der Mikroglia. Die mikoglialen Zellen sind die zentralen immunaktiven Zellen im ZNS. Grundsätzlich können sie sowohl neuroprotektive als auch neurodestruktive Effekte zeigen (Streit et al. 1999). In-vivo-Studien belegen, dass die neuroprotektiven und proregenerativen Funktionen überwiegen. In der Umgebung von geschädigtem Gewebe wird Mikroglia aktiviert, die daraufhin neurotrophische Faktoren und extrazelluläre Matrixmoleküle

99 wie Laminin und Thrombospondin produziert. Zudem wird der Oberflächenmarker MHC-II exprimiert und proinflammatorische Cytokine wie IL-1, IL-6 und TNF-Į sezerniert (Rogers et al. 2002), die auch neuroprotektive Funktionen ausüben können. Schließlich phagozytiert Mikroglia zugrundegegangene Zellen sowie schädliches Material, so auch β-Amyloid (Frautschy et al. 1992, Apelt u. Schliebs 2001). Bei AD zeigt die Mikroglia strukturelle und funktionelle Auffälligkeiten (Streit 2002). Die mikroglialen Zellen sind bei AD in Clustern gehäuft anzutreffen, was in gesunden Gehirnen nicht zu sehen ist. Sie weisen spheroide Schwellungen auf, die cytoplasmatischen Fortsätze erscheinen fragmentiert und bilden zugleich ungewöhnlich lange, strangähnliche Fortsätze aus. Während aktive, phagozytierende Mikroglia-Zellen rund bzw. amöboid gestaltet sind, weisen sie bei AD die verzeigte Struktur nicht aktiver Zellen auf, obwohl sie Aktivierungsmarker sezernieren (DeWitt et al. 1998). Hingegen ist bei AD der Chemokinrezeptor CC8 nicht nachzuweisen, der üblicherweise von phagozytierenden Zellen exprimiert wird (Trebst et al. 2003). Die Auffälligkeiten kennt man üblicherweise von sehr alten mikroglialen Zellen. Bei AD sind diese Veränderungen besonders ausgeprägt, ohne dass die Patienten ein besonders hohes Alter erreicht haben. Die Strukturdefekte gehen mit verschiedenen Funktionsstörungen einher: 1. Die Fähigkeit, β-Amyloid zu phagozytieren und abzubauen, ist bei AD herabgesetzt (Townsend et al. 2005). 2. Die Fähigkeit zur Produktion neurotropher Faktoren ist vermindert. 3. Die Neurotoxizität ist erhöht (Streit 2002, Townsend et al. 2005), was eine kompensatorische Reaktion auf die nachlassende Abräumfunktion sein kann (Blasko u. GrubeckLoebenstein 2003). Streit formulierte aufgrund dieser Beobachtungen die „Hypothese mikroglialer Dysfunktion bei AD“ (Streit 2002, Abbildung 5.2). Sie geht davon aus, dass die normale neuronale Funktion wesentlich von mikroglialer Unterstützung abhängt. Altersprozesse, genetische und epigenetische Faktoren führen bei AD zu einer übermäigen bzw. vorschnellen mikroglialen Alterung und Dysfunktion. Amyloid wird unzureichend abgebaut, es werden weniger neurotrophe Faktoren gebildet, hingegen neurotoxische Produkte sezerniert. Die abnehmende mikrogliale

100 Phagozytosefähigkeit führt in Verbindung mit neuronaler Dysfunktion und resultierender Überproduktion von β-Amyloid zur Entstehung seniler Plaques. Deren Beseitigung überfordert einmal mehr die mikrogliale Kapazität, die nun statt neuroprotektiv nur noch neurotoxische Wirkungen zeigt.

Alter

Genetische Faktoren

Epigenetische Faktoren

Verminderter Amyloid- Abbau

Mikroglia

Abnahme neurotropher Faktoren

Seniler Plaque

Zunahme der Neurotoxizität NFT Vermehrte AmyloidBildung

Neuron

Abb. 5.2 Hypothese der mikroglialen Dysfunktion bei Alzheimer-Demenz (nach Streit 2002)

Zusammenfassend scheint die Neurodegeneration bei AD nicht die Folge von einer überschieenden, sondern von einer unzureichenden Immunfunktion zu sein („not aggression but neglect“, Streit 2002). Eine defiziente Phagozytose fördert wiederum proinflammatorische Reaktionen. Funktionstüchtige, phagozytierende Mikroglia-Zellen sezernieren anti-

101 inflammatorische Cytokine wie IL-10 und TGF-1 und unterdrücken die Expression pro-inflammatorischer Mediatoren (McDonald et al. 1999). Bei AD ist diese Gegenregulation offensichtlich beeinträchtigt. Stattdessen führt der chronische, jedoch vergebliche Versuch der Mikroglia, das anfallende Plaque-Material zu phagozytieren, zu einer weiteren Ausschüttung proinflammatorischer Moleküle (Lue u. Walker 2002). Der sinkende β-Amyloid-Katabolismus führt also möglicherweise zu einer Überstimulation der insuffizienten Mikroglia, die mit einer vermehrten Ausschüttung neurotoxischer Substanzen reagiert (Blasko u. GrubeckLoebenstein 2003b). Interessanterweise hat die Phagozytose apoptotischer Zellen durch Mikroglia einen antiinflammatorischen Effekt, indem weniger proinflammatorische Cytokine wie TNF-Į und IL-12, dafür IL-10 und TGF- sezerniert werden (Magnus et al. 2002). Ein Nachlassen der mikroglialen Phagozytoseleistung könnte daher mit einer Abnahme der antiinflammatorischen Gegenregulation gegen neurotoxische Prozesse verbunden sein. Am Tiermodell wurde gezeigt, dass insuffiziente Phagozytose tatsächlich in vivo zu Entzündung und immunbedingter Gewebedegeneration führt (Taylor et al. 2000).

5.8.2 Reduktion von Amyloid durch Immunstimulation 1999 veröffentlichte die Arbeitsgruppe um Schenk (1999) bedeutsame Ergebnisse von Vakzinierungsversuchen an hAPP transgenen Mäusen. Nach Impfung mit β-Amyloid kam es zu einer Abnahme der Amyloidplaques im Gehirn kam bei gleichzeitiger Mikroglia-Aktivierung. Klinisch zeigten die Mäuse eine Verbesserung ihrer Lernleistungen. Die genauen Wirkmechanismen der Impfung sind noch nicht exakt aufgeklärt, insbesondere da noch offen ist, an welche Epitope die Antikörper binden bzw. binden sollen. Zunächst regt die zugeführte Vakzine periphere BZellen zur Bildung von Antikörpern gegen β-Aymloid an, die in das Gehirn übertreten und Mikroglia-Zellen aktivieren (Hock et al. 2002). Möglicherweise wird die Amyloidphagozytose nach Opsonierung der Amyloidaggregate über einen Fc-Rezeptor vermittelt (Bard et al. 2000, Rogers et al. 2002). In jedem Fall scheint neben einer funktionstüchtigen

102 Mikroglia eine adäquate Antikörper-Bildung für eine erfolgreichen Amyloid-Abbau Voraussetzung zu sein. Der Effekt einer Vakzinierung kann zusätzlich über periphere Mechanismen verstärkt werden (Lemere et al. 2003), indem gemäß der „Sink-Hypothese“ (S. 97) ein beschleunigter Amyloid-Abbau in der Peripherie das Konzentrationsgefälle verstärkt und den Übertritt von zentralem Amyloidprotein in den Blutkreislauf begünstigt (DeMattos et al. 2001). Darüber hinaus könnte die durch die Impfung ausgelöste periphere Immunantwort durch den Übertritt von TZellen und Makrophagen in das Gehirn (Eglitis u. Mezey 1997, Fiala et al. 2002) lokal die Phagozytose von Amyloid unterstützen. Einen weiteren Hinweis für den positiven Effekt von immunstimulativen Strategien auf den Abbau von β-Amyloid liefern Untersuchungen mit Immunstimulation durch LPS. Versuche an APP-PS1-transgenen Mäusen zeigten, dass sowohl eine direkte intrahippocampale Injektion mit LPS (DiCarlo et al. 2001) als auch ein systemische Verabreichung von LPS (Quinn et al. 2003) eine signifikante Reduktion der Amyloidplaques zur Folge hatten. Auch Immunstimulation mit exogenen Hitze-SchockProteinen führt offensichtlich zu Mikroglia-Aktivierung mit nachfolgend vermehrtem Amyloidabbau (Kakimura et al. 2002). Schließlich verdient ein weiteres Experiment, durch Immunstimulation die Amyloidlast zu reduzieren, zumindest anekdotische Erwähnung. Goldsmith et al. (2002, 2003) unternahmen den Versuch einer Transposition des Omentum Maius in das Gehirn von AlzheimerPatienten. Es wird von einer deutlichen Abnahme der Amyloidplaques sowie von einer subjektiven und objektiven Verbesserung des klinischen Gesamtbildes berichtet. Offensichtlich kann auch eine chirurgische Methode lokaler Immunaktivierung ebenfalls zu einer klinisch relevanten Abnahme der Amyloidplaques führen. Zusammenfassend führen immunaktivierende Therapiestrategien zu einer Verstärkung der Immunantwort und dadurch zu einer Besserung der Alzheimer-Pathologie. Die Annahme, dass der Alzheimererkrankung grundsätzlich eine Immunschwäche zugrunde liegen könnte, erscheint somit plausibel.

103 5.8.3 Alter und Alzheimer-Demenz Aus klinisch-epidemiologischer Sicht kommt dem Alter eine wesentliche Rolle für die Entstehung der Alzheimer-Demenz zu. Altersbezogene Prävalenzraten zeigen, dass zunehmendes Alter der wichtigste Risikofaktor für das spontane Auftreten einer AD ist (Wernicke u. Reischies 1994, Reischies et al. 1997, Lautenschlager et al. 1999). Aus pathophysiologischer Sicht besteht ein enger Zusammenhang zwischen Alterungsprozessen und den immunologischen Veränderungen bei AD. So wird der Immunoseneszenz wachsende Bedeutung für die Pathogenese von AD zugeschrieben (Gasiorowski u. Leszek, 1997, Blasko u. GrubeckLoebenstein 2003a). Exkurs: Die physiologische Immunoseneszenz Die altersabhängige Abnahme der immunologischen Kompetenz betrifft sowohl das erworbene, spezifische als auch das angeborene, unspezifische Immunsystem (Gillis et al. 1981, Esumi et al. 1992, Grubeck-Loebenstein 1997, 2002). Immunalterung ist in erster Linie Folge der physiologischen Thymusinvolution. Dadurch kommt es mit zunehmendem Alter zu einer Abnahme naiver T-Zellen und einer Zunahme von CD4+-Memory-TZellen. Diese phänotypischen Veränderungen gehen mit einer verminderten T-Zell-Aktivierung sowie einem Funktionsverlust der TZellen einher (Grubeck-Loebenstein 1997, Schindowski et al. 2002, Gregg et al. 2005). Zu altersbedingten Veränderungen der Cytokinexpression liegen unterschiedliche Berichte vor. Einige Autoren berichten von einer unregulierten Expression pro-inflammatorischer Cytokine wie TNF-Į und IFN-γ (Saurwein-Teissl et al. 2000, Bruunsgard et al. 2001; Daynes et al. 2003) und gehen von einem Überwiegen der Typ-1-Immunantworten aus (Grubeck-Loebenstein u. Wick 2002). Die Zunahme chronischentzündlicher Veränderungen im Alter wurde als „inflammaging“ beschrieben (Mishto et al. 2003). Andere Autoren beobachten eine Zunahme der Typ-2-Antwort (Glaser et al. 2001), während weitere eine generelle Verminderung der proinflammatorischer Cytokine (Ouyang et al. 2000) oder aber keine wesentlichen Veränderungen der Cytokinsekretion beobachten konnten (Ahluwalja et al. 2001). Konsens besteht darin, das IL-2 mit dem Alter kontinuierlich abnimmt, das als „Schlüsselcytokin“ an

104 der T-Zell-Differenzierung beteiligt ist (Haynes u. Eaton 2005, Gregg 2005). Allgemein nimmt die Fähigkeit zur Cytokinproduktion durch TZellen ebenso wie die Lymphozytenantwort auf Lectine im Alter ab (DiCarlo et al. 2001). Sowohl naïve als auch CD4+-Memory-T-Zellen zeigen im Alter eine erhöhte Apoptose-Suszeptibilität (Dennett et al. 2002, Donnini et al. 2005). Schindowksi et al. (2000) beobachteten eine erhöhte Apoptoserate aller PBMC mit zunehmendem Alter. Die Abnahme von CD4+-Zellen trägt unter anderem zu der im Alter sinkenden Fähigkeit bei, protektive Antikörper als Antwort auf Fremdantigene zu bilden, was unter anderem den Effekt von Impfungen im Alter reduziert (Haynes u. Eaton 2005). Hingegen ist eine Zunahme von Autoantikörpern Bestandteil der physiologischen Immunoseneszenz aufgrund des langen Zeitraums, über den der alternde Organismus Antigenen exponiert ist (Ginaldi et al. 1999). Jenseits des 90. Lebensjahres nehmen jedoch die zirkulierenden Antikörper wieder ab, und Autoimmunphänomene gehen zurück (Hartwig 1995). Die B-Zellen scheinen erst in fortgeschrittenem Alter Funktionseinschränkungen zu entwickeln (Effros et al. 2003). Auch Makrophagen unterliegen, wenngleich ebenfalls erst später, altersbedingten funktionellen Veränderungen (Lloberas u. Celada 2002, Tasat et al. 2003). Die divergenten Beobachtungen aus den zitierten Studien lassen sich auf methodische Unterschiede, auf die interindividuelle Variabilität von Immunparametern und auf eine unterschiedliche Altersverteilung der untersuchten Klientelen zurückführen. Insbesondere zeigt die physiologische Immunoseneszenz keinen linearen Verlauf (Pavelec et al. 1995). So nehmen entzündliche Reaktionen bis zu einem bestimmten Alter zu, mit weiter zunehmendem Alter lassen jedoch alle Immunfunktionen nach (Hartwig 1995, Grubeck-Loebenstein u. Wick 2002). Vorzeitige Immunalterung bei AD Ein Zusammenhang zwischen Immundysfunktion und kognitiven Beeinträchtigungen wurde bereits in den 1970er Jahren vermutet (Nandy 1977), wobei man zunächst Autoimmunmechanismen aufgrund des Vorkommens von hirnspezifischen Autoantikörpern verantwortlich machte (Lal u. Forster 1988). Diese Annahme wurde Grundlage der Autoimmun-

105 Hypothese für AD (S. 15), wobei die pathogenetische Bedeutung von Autoantikörpern jedoch nie eindeutig belegt werden konnte. Möglicherweise führt vielmehr die Abnahme der entzündlichen Aktivität zu kognitiven Beeinträchtigungen. Thymektomie und damit künstlich herbeigeführte Immunoseneszenz mit Abnahme der T-Zell-Funktion führte bei Mäusen zu Verschlechterung der Lern- und Gedächtnisleistungen und geringerer Lebenserwartung (Zhang et al. 1994, Guayerbas et al. 2002). Bereits Antonaci et al. (1990) vermuteten, dass es sich bei der AD um eine besondere Form der Immunoseneszenz handeln könnte. Auch Hochbetagte, die nicht an AD erkrankt sind, weisen eine Korrelation zwischen verminderter T-Zell-Funktion und kognitiven Leistungseinbußen auf (Wikby et al. 2005). Unsere Befunde bei Alzheimer-Patienten lassen ein Nachlassen der T-ZellFunktion, aber auch der B-Zell- und Makrophagenfunktion erkennen, wie sie erst bei Hochbetagten zu beobachten ist. Die humoralen und zellulären immunologischen Veränderungen bei AD gehen offensichtlich in allen Bereichen über das zu erwartende Altersma hinaus. Auch die ApoptoseSuszeptibilität der Lymphozyten scheint bei Alzheimer-Patienten das Altersma zu übersteigen. Somit weisen Alzheimer-Patienten phänomenologisch die Charakteristika einer fortgeschrittenen bzw. vorzeitigen Immunoseneszenz („premature immunosensecence“) auf, die sich vor allem quantitativ von der physiologischen Immunalterung unterscheidet (Richartz et al. 2005b). Durch die fortgeschrittene Immunalterung scheint ein adäquater Abbau von akkumulierendem βAmyloid nicht mehr gewährleistet zu sein (Streit 2002, Lue et al. 2001, Fiala et al. 2005). 5.8.4 Molekulargenetische Befunde Auf chromosomaler Ebene ist zentrales Kennzeichen der Zellalterung die Verkürzung der Chromosomenendigungen (Telomeren) (Effros 1998, Neuber et al. 2003). Jede Zellteilung geht mit einer Telomerverkürzung einher, was die biologische Grundlage der Endlichkeit somatischer Zellen darstellt (Hayflick-Phänomen, Hayflick 1985). Interessanterweise weisen die Lymphozyten von Alzheimer-Patienten eine deutlich stärkere

106 Telomerverkürzung als altersgleiche Gesunde auf, was eine beschleunigte replikative Seneszenz widerspiegelt (Panossian et al. 2003). Die Immunzellen von Alzheimer-Patienten unterliegen offensichtlich einem beschleunigten Zellzyklus mit einer erhöhten Anzahl von Zellteilungen. Dies könnte die Folge einer lebenslangen übermäigen Exposition von βAmyloid sein, die vorzeitig die replikativen Ressourcen erschöpft und schließlich zu einem vorzeitigen Nachlassen der Immunfunktionen führt (Effros 1998, Brod 2000). Zudem wurde eine erhöhte Instabilität und Dysfunktion der Chromosomen-Telomere in den Immunzellen von Alzheimer-Patienten beobachtet (Adamec et al. 1999, Zhang et al. 2003), was Grund für die eingeschränkte Proliferationskapazität sein könnte. Darüber hinaus weisen PBMC von Alzheimer-Patienten im Vergleich zu gesunden Alten deutlich mehr Mutationen mitochondrialer DNA sowie mehr DNA-Schäden des Genoms auf, was zu den funktionellen Einbuen und verkürzten Lebensdauer der Immunzellen beitragen kann (De la Monte et al. 2000). Diese Beobachtungen zur replikativen Seneszenz bei AD unterstützen die Hypothese einer vorzeitigen Immunalterung als pathogenetischen Faktor. 5.8.5 Alzheimer-Pathologie und M. Down Eine klinische Parallele zu einer solchen vorzeitigen Immunoseneszenz findet sich bei Patienten mit M. Down/Trisomie 21. Betroffene Patienten weisen ebenfalls eine unphysiologisch hohe cerebrale Amyloidakkumulation auf und entwickeln jenseits ihre 40. Lebensjahres in den meisten Fällen eine Alzheimer-Demenz (Wisniewski et al. 1985). In erster Linie ist dies Folge einer gesteigerten APP-Expression und Überproduktion von A1-40 und A1-42, was auf die auf Chromosom 21 lokalisierten APP-Gene im Sinne eines Gen-Dosis-Effekts zurückzuführen ist (Govoni et al. 1996). Darüber hinaus leiden Down-Patienten sowohl klinisch an einer Progerie als auch an einer vorzeitigen Alterung des Immunsystems. Bereits Singh et al. (1986/1987) wiesen eine defekte zelluläre Immunantwort bei Alzheimer- und bei Down-Patienten nach. Down-Patienten zeigen eine beschleunigte Thymusinvolution (Larocca et al. 1990), eine damit verbundene verminderte T-Zell-Proliferationsrate und produzieren weniger IL-2 und IL-1 (Park et al. 2000). Auch

107 Veränderungen der intrazellulären Calcium-Antwort wie bei AD wurden in Lymphozyten von Down-Patienten beobachtet (Grossmann et al. 1993). Schließlich weisen Lymphozyten-Chromosomen bei M. Down ebenfalls eine genetische Instabilität (Franschesci et al. 1992) und übermäßige Telomerverkürzung auf (Vaziri et al. 1993). Dadurch wird die T-HelferFunktion beeinträchtigt, die für einen effektiven Abbau von -Amyloid erforderlich ist. Neben der bei Trisomie 21 bestehenden genetischen Disposition zu einer übermäigen Amyloidbildung scheint auch hier eine unzureichende Amyloidelimination zu dessen Akkumulation und damit zur Alzheimerschen Pathologie bei M. Down beizutragen (Grossmann et al. 1993, Panossian et al. 2003).

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Zusammenfassung und Ausblick

Die Weiterentwicklung immunologischer Techniken ermöglichte in den letzten Jahren eine Vielzahl psychoimmunologischer Untersuchungen bei Alzheimer-Demenz. Aus methodischen Gründen bleibt deren Vergleichbarkeit begrenzt und die Spezifität der Befunde offen. Trotz dieser methodischen Einschränkungen erlaubt die Zusammenschau unserer Beobachtungen und deren Einordnung in den aktuellen Forschungsstand die Bildung einer Hypothese, die von pathogenetischer und therapeutischer Relevanz sein könnte. Wir finden in unserer Arbeit in allen untersuchten Bereichen eine gleichsinnige Veränderung immunologischer Parameter, die für eine Abschwächung sowohl der humoralen als auch der zellulären Immunantwort bei AD spricht. Eine über das Altersma hinausgehende Abnahme der immunologischen Kompetenz könnte durch unzureichende Eliminationsprozesse zur Amyloidakkumulation beitragen. Die postulierte Immundysfunktion könnte in Zusammenhang mit einer erhöhten Vulnerabilität der Lymphozyten für apoptotischen Untergang stehen, wie wir sie aufgrund unserer CD95-Ergebnisse annehmen. Jüngste mokulargenetische Befunde unterstützen die Hypothese einer vorzeitigen Abnahme der lymphozytären Kompetenz im Sinne einer prämaturen Immunoseneszenz bei spontanen Formen der Alzheimer-Demenz. Ist die Amyloidhäufung im Gehirn mit den deletären Folgen für Neuronenfunktion und -Überleben in erster Linie Folge von Alterungsprozessen auf verschiedenen Ebenen der pathogenetischen Kette, ist die Frage nach dem Krankheitswert der Veränderungen berechtigt. Altern mit seinen verschiedenen Konsequenzen für die Funktion von Zellen und des gesamten Organismus ist ein physiologischer Prozess, der keine Krankheit per se darstellt. Vielmehr ist die Vorzeitigkeit der degenerativen Erscheinungen, die bei AD in erster Linie das Immun- und das Nervensystem betreffen, das eigentliche Pathologikum. Diese Progerie kann ebenso Ausdruck einer „Erschöpfung“ nach langjähriger Hochleistung, zum Beispiel aufgrund vermehrt anfallenden Amyloids, als auch Folge einer genetisch verankerten Disposition zu vorschneller replikativer Seneszenz der Immunzellen sein. Weitere genetische Faktoren,

109 aber auch noch nicht eindeutig identifizierte Risiko- und Umweltfaktoren sowie psychische Komponenten tragen zusätzlich zu der multifaktoriellen Genese der sporadischen Form der Alzheimer-Demenz bei. Aus therapeutischer Sicht führen diese Annahmen zu der Schlussfolgerung, dass eine möglichst frühzeitige Verbesserung der immunologischen Kompetenz anzustreben ist, um vermehrt anfallendes Amyloid bewältigen zu können. Während antientzündliche Strategien vorwiegend symptomatisch wirken, indem sie die sekundär auftretenden entzündlichen Veränderungen um die amyloiden Plaques aufhalten, setzen immunstimulative Therapien früher innerhalb der pathogenetischen Kette an. Das Prinzip der Impfung mit extern zugeführten Selbstantigenen zur Verstärkung einer adäquaten Immunantwort oder durch Verabreichung von Antikörpern erscheint sowohl als therapeutische als auch als präventive Manahme sinnvoll (Karkos 2004).

Aktivierung des spezifischen Immunsystems durch Immunisierung Die ersten Impfversuche erfolgten an transgenen Mäusen, die die für AD typischen Amyloidplaques im Gehirn entwickelt hatten sowie klinisch Orientierungsstörungen und Einbuen des Gedächtnisses und des Lernvermögens aufwiesen. 1999 war es Dale Schenk und seiner Arbeitsgruppe gelungen, diese Mäuse mit kleinen Mengen β-Amyloid zu impfen und signifkante Effekte zu beobachten (Schenk et al. 1999): Bei älteren Mäusen mit schon länger bestehender AD-Pathologie führte die aktive Impfung mit β-Amyloid zu einem Rückgang der amyloiden Plaques im Gehirn, bei jüngeren Mäusen wurde die weitere Plaquebildung verhindert. Schließlich zeigten alle geimpften Mäuse in entsprechenden Versuchsanordnungen signifikant bessere Leistungen bei bestimmten Lern- und Orientierungsaufgaben als nicht geimpfte Kontrolltiere.

110 Die überzeugenden Ergebnisse an transgenen Mausmodellen ermutigten zu Untersuchungen an Menschen. In einer ersten klinischen Phase-I-Studie (Safety-Studie) wurde bei Patienten mit AD eine aktive Immunisierung mit AN 1742 (Amyloid 1-42 mit Adjuvans) durchgeführt, ohne dass schwerwiegende Nebeneffekte beobachtet wurden. 2001 wurde eine multizentrische Phase-II-Studie an 372 Patienten mit leichter bis mittelschwerer AD in den USA und Europa duchgeführt. 18 Patienten entwickelten jedoch eine schwere aseptische Meningoenzephalitis, was zum sofortigen Abbruch der Studie führte. Dennoch wurden die Studienteilnehmer weiterbetreut und die Krankheitsverläufe beobachtet. Serologische Untersuchungen zeigten, dass von den geimpften Personen ca. 20% spezifischen Antikörper gegen β-Amyloid entwickelten (Hock et al. 2002). Diese Patienten zeigten in der klinischen Beobachtung einen signifkant günstigeren Verlauf als nichtgeimpfte Patienten, insbesondere schnitten sie in Gedächtnisleistungen sowie den Alltagskompetenzen deutlich besser ab, und die Krankheitsprogredienz verlangsamte sich (Gelinas et al. 2004, Hock et al. 2003, Gilman et al. 2005). Darüber hinaus hatte deren Hirnvolumina nach anfänglich stärkerem Rückgang nach 3 weiteren Jahren deutlich weniger stark abgenommen als das der Kontrollen (Fox et al. 2005). Diese Beobachtungen belegen den prinzipiellen Nutzen von Immunisierungsstrategien, die aufgrund der schwerwiegenden Nebenwirkungen jedoch überdacht und weiterentwickelt werden müssen. Da die aufgetretenen Menigoenzephalitiden Folge einer übermäßigen TZell-Aktivierung waren, ist man bemüht, mit kürzeren Amyloidsequenzen zu impfen, die eine spezifische B-Zell-Antwort, jedoch keine T-ZellAntwort auslösen sollen. Möglicherweise reicht sogar die Bildung von IgM-Antikörpern, die aufgrund ihrer Größe das Gehirn nicht ereichen, für einen therapeutischen Amyloidabbau aus (Sigurdsson 2006). Darüber hinaus kann durch eine Modifikation der Adjuvantien bzw. Immunogene eine Typ-2-Immunreaktion gefördert werden, die die B-Zell-Antwort mit Bildung von Antikörpern fördert und zugleich einer übermäigen proinflammatorischen Reaktion entgegenwirkt (Ghochikyan et al. 2006). Schließlich werden passive Immunisierungsstrategien erforscht, die einige Vorteile bieten. So umgeht die direkte Verabreichung von Antikörpern

111 eine T-Zell-Immunatwort auf ein Antigen. Durch die kurze Halbwertszeit der verabreichten Antikörper bleibt die Behandlung prinzipiell reversibel, was die Gefahr durch mögliche Unverträglichkeitsreaktionen eindämmt. Zudem können Antikörper entwickelt werden, die spezifischen Epitope des Amyloidproteins erkennen können. Dadurch könnten z.B. gezielt die neurotoxischen Amyloid-Oligomere gebunden werden, was das Risiko von Mikrohämorhagien mindern könnte (Sigurdsson 2006). Verschiedene Wirkmechanismen des Antikörper-vermittelten Amyloidabbaus werden diskutiert. Zum einen können die Antikörper direkt die Amyloidablagerungen aufbrechen. Des Weiteren spielt die Antikörperindzierte verstärkte Phagozytoseleistung der Mikroglia eine zentrale Rolle. Schließlich führen periphere Antikörper im Sinne der „Sink-Hypothese“ zu einem Konzentrationsgefälle, das zu einem Efflux der Amyloidpeptide aus dem Gehirn in den Blutkreislauf führt. Darüberhinaus können Antikörper selbst proteolytischen Aktivität entfalten. Neben diesen klassischen Immunisierungsansätzen werden weitere Immuntherapien erforscht. So könnte die Immunantwort auch durch regulatorische T-Zellen beeinflusst werden (Avidan et al. 2004). Eine weiterer experimenteller Ansatz macht sich die Fähigkeit von aktivierten T-Zellen zu nutze, einen vorwiegend neurotoxischen mikroglialen Phänotyp in einen neuroprotektiven zu überführen (Moalem et al. 2000). Eine solche T-Zell-basierte Vakzinierung, die nicht über Stimulation der Antikörperbildung, sondern über eine Mikrogliaaktivierung wirkt, könnte eine Immunisierung mit Antikörpern im Sinne einer dualen Wirkstrategie ergänzen (Avidan et al. 2004). Dabei bleibt zu bedenken, dass eine zelluläre Aktivierung grundsätzlich risikoreicher ist als eine Stimulation humoraler Komponenten des Immunsystems. Schließlich werden Therapieansätze erforscht, die den Abtransport von β-Amyloid aus dem Gehirn unterstützen (Zlokovic 2004). Dies könnte nicht nur durch eine verstärkte periphere Bindung des Amyloidproteins erfolgen, sondern auch über eine Förderung der molekularen Transportmechanismen (Carro et al. 2002). Weiterhin werden derzeit Studien zur „DNA-Impfung“ durchgeführt: Statt des Proteins werden dabei den Versuchstieren DNA-

112 Sequenzen injiziert, die das β-Amyloid kodieren. Die dadurch ausgelöste körpereigene Amyloidbildung soll das Immunsystem schonender, doch ebenso wirksam stimulieren wie es bei der klassischen aktiven Immunsierung der Fall ist. Tatsächlich entwickelten junge geimpfte Mäuse mit einer genetischen Veranlagung zur Plaque-Bildung bis zu 38,5 Prozent weniger Ablagerungen als unbehandelte Kontrolltiere. Bei älteren Nagern, bei denen schon Plaques aufgetreten waren, halbierte sich die Plaque-Rate.

Zusammenfassend erscheint die Weiterentwicklung von Impfstrategien eine der aussichtsreichsten Therapieansätze bei Alzheimer-Demenz zu sein. Es werden jedoch noch Jahre vergehen, bis die Vielzahl der offenen Fragen, zum Beispiel nach dem Risiko für Entzündungsreaktionen oder zerebrale Hämorrhagien endgültig beantwortet sind und eine sichere, effektive Vakzine für die Allgemeinheit zur Verfügung steht. Darreichungsformen, Zeitpunkt und mögliche Wiederholung sowie die Frage, welche Risikopatienten von einer Impfung besonders profitieren könnten, sind noch zu klären. Auch im Lichte der Erfolgsaussichten von Immuntherapien sind die weiteren Behandlungsstrategien wie der Einsatz von Sekretasehemmern und Modulatoren des Fettstoffwechsel, antioxidative und antientzündliche Therapien weiter zu erforschen. Schließlich unterstützt die Kenntnis der reziproken Beziehung zwischen Immunsystem und Gehirn bzw. Psyche die Berücksichtigung psychosomatischer Zusammenhänge. Neben der Verbindung somatischer, insbesondere pharmakologischer und immuntherapeutischer Behandlungsansätze mit sozialmedizinischen Angeboten leistet eine psychotherapeutische Grundhaltung einen wichtigen Beitrag zu einer umfassenden und integrativen Demenzbehandlung.

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