Mikä on IVIG?

Alzheimerin tauti kuuluu yleisimpiin ja tunnetuimpiin vanhuuden rappeumasairauksiin. Nykylääketiede ei tunne siihen parantavaa hoitoa, ja sitä pidetään parantumattomana sairautena, joka tulisi hyväksyä osana ”luonnollista vanhenemista”. Siihen on olemassa lääkehoito, joka ei estä taudin etenemistä, vaan ainoastaan auttaa ylläpitämään rappeutuvan hermoston toimintakykyä. Taudin tarkkaa etiologiaa ei tunneta, mutta taustalla vaikuttavista syistä on esitetty useita teorioita, kuten proteiinien väärinlaskostumiseen perustuvat amyloidi- ja tau-hypoteesi. Molempia mainittuja proteiineja on havaittu Alzheimerin tautia sairastavien keskushermostoissa. Sen sijaan on epäselvää, mikä on niiden merkitys taudin kehittymisessä.

Viime kesän AAIC-konferenssissa (Alzheimer’s Association International Conference) esiteltiin yllättävä tutkimustulos Alzheimerin taudin hoitokokeilusta (Relkin, ym. 2012). Kyseessä oli faasin II tutkimus, jossa lievää tai keskivaikeaa Alzheimerin tautia sairastaville potilaille annettiin erilaisia annoksia IVIG:a. Neljä koehenkilöä (24:stä) sai IVIG:a annoksella 0,4 g/kg kahden viikon välein 36 kuukauden ajan. Näiden koehenkilöiden taudinkulku näytti pysähtyvän kokonaan.

Study participants who were treated with IVIG 0.4g/kg every two weeks for the full 36 months (n=4) had the best outcome, with no decline on several standard measures of cognition, memory, daily functioning and mood (ADAS-Cog, CGIC, 3MS, ADCS-ADL, NPI, QOL) at the three year endpoint.

Myös pienemmillä annoksilla ja lyhyemmillä hoitojaksoilla saatiin positiivisia tuloksia potilaiden kognitiossa ja toimintakyvyssä. Tietoon on tosin suhtauduttava varauksella kolmesta syystä. Ensinnäkin kyseessä on pelkkä konferenssijulkaisu, eikä se siten ole käynyt läpi tiedejulkaisuille tyypillistä vertaisarviointia. Toiseksi otoskoko oli hyvin pieni. Mikä on todennäköisyys sille, että neljän Alzheimer-diagnoosin saaneen potilaan tauti ei etene kolmessa vuodessa? Ei mahdottoman korkea, mutta ei niin matala, etteikö se voisi selittyä sattumalla. Kolmanneksi tutkimusaineisto ei ole julkinen, joten tarjolla on ainoastaan toisen käden tietoa. Katson tutkimuksen kuitenkin mainitsemisen arvoiseksi, koska mikäli tulokset voidaan varmentaa, on kyseessä merkittävä askel kohti vanhenemisen pysäyttämistä.

Mikä sitten on IVIG? Se on lyhenne sanoista intravenous immunoglobulin, ja tarkoittaa verituotetta, joka sisältää IgG-luokan vasta-aineita, jotka on kerätty tuhannen verenluovuttajan veriplasmasta. Se on ikään kuin humoraalisen immuunivasteen osittainen siirto potilaalta toiselle.

Ihmisellä on havaittu luonnollisia vasta-aineita β-amyloidia vastaan, ja Alzheimerin taudin hiirimalleissa tämän kaltaisten vasta-aineiden on todettu parantavan kognitiota (Bach, ym. 2012). On mahdollista, että Alzheimerin tautiin johtava proteiinien väärinlaskostuminen käynnistyy jo nuorella iällä, mutta nuoren ihmisen vahva immuunipuolustus siivoaa syntyvän jätteen (tai ainakin sen esiasteet) pois (on myös mahdollista, että väärinlaskostuminen on ns. peruuttamaton tapahtuma). Vanhemmiten immuunijärjestelmän sen sijaan heikkenee, jolloin väärinlaskostuneet proteiinit pääsevät kertymään, ja Alzheimerin taudin oireet puhkeavat. IVIG-hoidossa potilas saa vasta-aineita, jotka on tuottanut terveen (eli nuoren) ihmisen immuunijärjestelmä. Nämä vasta-aineet nostavat hetkellisesti Alzheimer-potilaan immuunijärjestelmän tehon takaisin nuoruusvuosien tasolle, jolloin ne pystyvät jälleen torjumaan sairauksia siten, että ns. vanhuuden sairaudet pysyvät poissa.

IVIG-hoidon tehosta Alzheimerin taudin hoidossa ei tosin vielä ole kiistatonta näyttöä. Vaikka olisikin, se ei tekisi asiasta ongelmatonta. Ensinnäkin yhtä IVIG-annosta varten tarvitaan tuhat luovuttajaa. Yhden annoksen teho kestää kahdesta viikosta muutamaan kuukauteen. Ei tarvitse ylempään korkeakoulututkintoa matematiikasta huomatakseen, että nykytekniikalla IVIG ei voi koskaan olla koko kansan hoitokeino. Julkinen terveydenhuolto ei pysty kustantamaan sitä kaikille. Entä sitten, kun nuorekkaiden vanhusten osuus väestöstä vain kasvaa? Kuka saa hoidon ja kuka ei? Mistä luovuttajat?

Tieteellä ei kuitenkaan ole tapana jäädä maalailemaan uhkakuvia, vaan keksiä ongelmiin ratkaisuja. IVIG koostuu suuresta määrästä eri molekyylejä, ja ne kaikki eivät varmasti ole välttämättömiä Alzheimerin taudin hoidossa. Selvitettäväksi jää, mitkä vasta-aineet ovat niitä, joita tarvitaan. Nature Reviews Immunologyssa julkaistiin viime viikolla hyvä artikkeli IVIG:n toimintamekanismeista muutamissa muissa sairauksissa (Schwab ja Nimmerjahn 2013). Tulevaisuudessa sen eri komponentit voidaan eristää ja niitä voidaan alkaa tuottaa biologisina lääkkeinä ihmiskehon ulkopuolella. Nämäkin ovat toki vain väliaikaisratkaisu sillä välin, kun odotamme läpimurtoja, jotka lopulta pysäyttävät immunologisen vanhenemisen kokonaan. Mikäli IVIG todella tehoaa Alzheimerin tautiin, antaa se vahvan syyn uskoa, että Alzheimerin tauti on ainakin osittain seurausta immuunijärjestelmän vanhenemisesta. Mikä tärkeintä, tämä tapahtuma ei ole peruuttamaton.

AAIC-konferenssi 2013 pidetään Bostonissa 13-18.7.2013. Nähtäväksi jää, onko meillä siihen mennessä faasin III tutkimusdataa IVIG:n käytöstä Alzheimerin taudin hoidossa. Seminaarin nettisivut löytyvät osoitteesta:

http://www.alz.org/aaic/

Lähteet:

Relkin, N., Bettger, L, Tsakanikas, D., Ravdin, L., (2012), Three Year Follow-up on the IVIG for Alzheimer’s Phase II Study, AAIC Press Release P3-381 [Internet Archive]

Bach, J.P., Dodel, R., (2012) Naturally occuring autoantibodies against β-amyloid. Advances in experimental medicine and biology. 750:91-99. [Pubmed]

Schwab, I., Nimmerjahn, F., (2013) Intravenous immunoglobulin therapy: how does IgG modulate the immune system? Nature Reviews Immunlogy. 15 February 2013; doi:10.1038/nri3401 [Epub ahead of print] [Pubmed]

CMV saattaa vaikuttaa CD4+ T-solujen vanhenemiseen

CD4+ T-auttajasolut ovat immuunijärjestelmän soluja, jotka tehostavat soluvälitteistä immuniteettia ja vasta-ainetuotantoa. Yksi avainkomponentti tässä säätelyssä on Tfh-solujen (T-follikulaarinen auttajasolu) tuottama IL-21, joka on tyypin 1 sytokiiniperheeseen kuuluva tulehdusvälittäjäaine. Muita tämän ryhmän välittäjäaineita ovat mm. IL-2 ja IL-15. Näille on tyypillistä signalointi yhteisen γ-ketjun kautta, minkä lisäksi niille on myös omia reseptoreita, esimerkiksi IL-21R (IL-21-reseptori). Lähes kaikki lymfoidilinjan solut ilmentävät IL-21R:ää.

IL-21 aktivoi vasta-ainevälitteistä immuniteettia stimuloimalla B-lymfosyyttien proliferaatiota, kypsymistä ja IgG-tuotantoa ja ajaa niiden kehittymistä korkean affiniteetin plasmasoluiksi ja B-muistisoluiksi, mikä tuottaa pitkäaikaisen suojan infektioita vastaan. Se aktivoi myös soluvälitteistä immuniteettia stimuloimalla Th17- (T-auttajasolu 17) ja Tfh-solujen kehittymistä, säätelemällä luonnollisten tappajasolujen ja CD8+ tappaja-T-solujen sytotoksista aktiviteettia ja selviytymistä. Sillä on havaittu rooli allergioiden, autoimmuniteetin ja kasvainten ehkäisyssä.

Aktivoituneet dendriittisolut säätelevät IL-21-tuotantoa erittämällä IL-12:aa, joka saa naivit CD4+ T-solut erilaistumaan IL-21:a tuottaviksi Tfh:n kaltaisiksi soluiksi (lisäksi IL-12 aktivoi CD4+ T-solujen IFN-γ-tuotannon). IL-21 estää dendriittisoluja kypsymästä, joten IL-21-tuotannossa toimii negatiivinen palautesäätely.

IL-21-eritys lisääntyy elimistön vanhetessa. Agrawal ym. (2012) selvittivät Aging-lehdessä julkaistussa tutkimuksessaan, mitkä tekijät vaikuttavat tähän.

Dendriittisolujen vaikutus IL-21-tuotantoon ei muutu vanhenemisessa

Tutkijat viljelivät eri ikäisiä dendriitisoluja yhdessä eri ikäisten T-solujen kanssa ja mittasivat näiden sytokiinituotantoa. Vanhat CD4+ T-solut tuottivat enemmän IL-21:a kuin nuoret riippumatta niiden kumppaneina olevista dendriittisoluista. Ikä ei näyttänyt vaikuttavan dendriittisolujen IL-12-tuotantoon.

IL-12R:n toiminta ei muutu vanhenevissa CD4+ T-soluissa

Sama IL-12-pitoisuus herättää vanhoissa CD4+ T-soluissa voimakkaamman IL-21-vasteen kuin nuoremmissa. Vaikutus näkyy voimakkaimpana naiveissa T-soluissa, jotka vanhemmiten erilaistuvat herkemmin Tfh:n kaltaisiksi soluiksi.

IL-12R:n (IL-12-reseptori) ilmeneminen ja aktiivisuus CD4+ T-soluissa ei kuitenkaan muutu vanhenemisen myötä. Myöskään IFN-γ-tuotanto ei kasva vanhetessa, mikä puhuu sen puolesta, että vanhenemismuutokset CD4+ T-soluissa eivät vaikuta IL-12R:iin. Koska solujen herkkyys IL-12:lle kuitenkin kasvaa iän myötä, tutkijat arvelivat, että vanheneminen vaikuttaa johonkin IL-12R:n aktivoiman reaktiotien myöhäisempään komponenttiin.

STAT-4-fosforylaatio muuttuu vanhenevissa CD4+ T-soluissa

IL-12R aktivoi STAT-reaktiotien. Tutkijat havaitsivat, että tähän tiehen kuuluva STAT-4 pysyy vanhemmissa soluissa pidempään fosforyloituneena kuin nuoremmissa. Ihmisellä STAT-4:llä on kriittinen rooli IL-21:n erityksessä, joten muutokset sen fosforylaatiossa selittävät vanhempien ihmisten korkeammat IL-21-tasot.

Tutkijat varmistivat havainnon estämällä STAT-4:n fosforylaation JAK-2-inhibiittorilla. Näin käsiteltyjen solujen IL-21-eritys estyi yli 90%:sesti. Tämä vahvistaa, että pidentynyt STAT-4-aktivaatio vanhoissa soluissa nostaa IL-21-tasoja.

CMV-seropositiivisuus korreloi kasvaneen IL-21-erityksen kanssa

Aikaisemmat tutkimukset ovat osoittaneet yhteyden kroonisten virusinfektioiden ja Tfh-solujen määrän välillä. Yli 80-vuotiaista ihmisistä yli 90% on CMV:n (sytomegalovirus) kantajia. Tässä tutkimuksessa tutkijat havaitsivat yhteyden veriplasman korkeiden IL-21-pitoisuuksien ja CMV-positiivisuuden välillä vanhoilla koehenkilöillä.

Kasvaneen IL-21-erityksen haitalliset vaikutukset

Kasvanut IL-21-eritys saattaa lisätä autovasta-ainetuotantoa, sillä se aktivoi B-soluja erilaistumaan vasta-aineita tuottaviksi plasmasoluiksi. Se myös aktivoi CD4+ T-solut erilaistumaan IL-17:aa tuottaviksi Th17-soluiksi, jotka toimivat haitallisesti monissa tulehdus- ja autoimmuunisairauksissa.

Teoriassa rapamysiini saattaa suojata IL-21:n haittavaikutuksilta, koska sen ajatellaan vähentävän solujen signaalireittien yliaktivaatiota. Rapamysiinin on todettu hiirikokeissa voivan nostaa maksimielinaikaa parhaimmillan 14% (Harrison, ym. 2009). On kuitenkin muistettava, että hiiren ja ihmisen immuunijärjestelmät ovat erilaiset, ja että rapamysiinin elinaikaa pidentäviä vaikutuksia ei ole osoitettu ihmisellä. Lisäksi rapamysiinillä on immunosuppressanttina omat haittavaikutuksensa, minkä vuoksi sitä ei pidä käyttää ilman lääketieteellistä indikaatiota.

Toistaiseksi jää spekulaatioksi, voidaanko kasvaneen IL-21-pitoisuuden haittavaikutuksia kumota rapamysiinillä ja että selittyykö sen elämää pidentävä vaikutus edes osittain tällä.

Lähteet:

Agrawal, A., Su, H., Chen, J., Osann, K., Agrawal, S., Gupta, S., (2012) Increased IL-21 secretion by aged D4+T cells is associated with prolonged STAT-4 acticvation and CMV seropositivity. Aging 4(9):648-659. [PMC] [Aging]

Harrison, D.E., Strong, R., Sharp, Z.D., Nelson, J.F., Astle, C.M., Flurkey, K., Nadon, N.L., Wilkinson, J.E., Frenkel, K., Carter, C.S., Pahor, M., Javors, M.A., Fernandez, E., Miller, R.A. (2009) Rapamycin fed late in life extends lifespan in genetically heterogeneous mice. Nature 460(7253):392-395. [Pubmed]

Immuunijärjestelmän vanheneminen: latentit virusinfektiot

Ihmisen elimistö puolustautuu ulkoisia hyökkäyksiä vastaan immuunijärjestelmän avulla. Immuunijärjestelmän teho heikkenee ajan kuluessa, ja heikkenemisen taustalla vaikuttavat sekä solujen sisäiset tekijät että ympäristötekijät kuten ravitsemus, aineenvaihdunnalliset muutokset ja mikrobikuormitus. Mikrobiokuormitus on vähentynyt hygienian kehittymisen myötä, mikä näkyy kasvaneena eliniänodotteena, mutta kaikkia patogeenejä ei ole vielä voitettu.

Lähes jokainen ihminen on sairastanut elämänsä aikana jonkun herpesvirusinfektion, jonka seurauksena virus on jäänyt latenttina elimistöön. Tällaisia viruksia ovat esimerkiksi HSV:t (herpes simplex virus; huuli- ja genitaaliherpes), VZV (Varicella-Zoster virus; vesirokko), (Ebstein-Barrin virus; mononukleoosi) sekä tärkeimpänä ja yleisimpänä CMV (sytomegalovirus; nuhakuumeen kaltainen yleisinfektio).

Jatkuva vuorovaikutus CMV:n ja elimistön immuuniinjärjestelmän välillä aktivoi CMV:lle spesifisiä antiviraalisia CD8+ T-soluja, jotka eivät CMV:n tehokkaan immuuniväistön vuoksi kuitenkaan täysin pysty hävittämään virusta elimistöstä. Nämä erikoistuneet T-solut kuitenkin jakaantuvat ja vievät tilaa muihin patogeeneihin erikoistuneilta soluilta. Ajan kuluessa näiden solujen suhteellinen osuus T-solupopulaatiossa kasvaa, ja elämän loppuvaiheella CMV:tä vastaan kohdistuneet T-solut voivat käsittää jopa puolet elimistön T-solupopulaatiosta. Tätä vuorovaikutusta kutsutaan T-solumuistin inflaatioksi. Inflaatiosolujen määrä korreloi kasvaneeseen mortaliteettiin elämän loppuvaiheessa, ja on mahdollista, että niillä on suora vaikutus ihmisen immuunijärjestelmän vanhenemisessa.

Smithey, ym. (2012) selvittivät The Journal of Immunology -lehdessä julkaistavassa tutkimuksessaan, miten elämänmittaiset herpesvirusinfektiot vaikuttavat hiiren immuunijärjestelmän kykyyn suojata elimistöä uusia patogeeneja vastaan elämän loppuvaiheessa.

22 kuukauden ikäinen C57BL/6-hiiri (http://en.wikipedia.org/wiki/File:Black_6_mouse_eating.jpg)

Kasvanut kokonaiskuolleisuus

Tutkimuksessa hiiret infektoitiin yhdeksän viikon iässä joko HSV-1:llä, MCMV:llä (jyrsijän CMV) tai molemmilla viruksilla, ja myöhemmin 23 kuukauden iässä tutkittiin niiden immuunivasteita uusia patogeeneja vastaan. Tähän aikapisteeseen mennessä kontrolliryhmän hiiristä oli hengissä 97,4%. Infektoitujen hiirien selviämisprosentit olivat hieman pienempiä ja molemmilla viruksilla infektoiduilla hiirillä ero kontrolliin oli juuri ja juuri tilastollisesti merkitsevä (84,8%, P = 0,05).

Heikommat CD8+ T-soluvasteet bakteeri-infektioihin

Hiirten immuunijärjestelmät haastettiin 23 kuukauden iässä OVA-proteiinia ilmentävällä rekombinantilla Listeria monocytogenes -bakteerilla (Lm-OVA). Vanhoilla hiirillä CD8+ T-soluvaste oli odotetusti matalampi kuin nuorilla. Virusinfektion ei todettu heikentävän tätä kokonaisvastetta entisestään tilastollisesti merkitsevästi.

Virusinfektio kuitenkin heikensi kahta CD8+ T-solualapopulaatiota, I+T-G- (tuottavat IFN-γ:aa) ja I+T+G- (tuottavat IFN-γ:aa ja TGF-α:aa), ja tämä vaikutus oli tilastollisesti merkitsevä. I+T+G- -solut erosivat muista tutkituista solupopulaatioista siten, että niiden määrä ei laskenut kontrollihiirillä osana ns. normaalia vanhenemista. On siis mahdollista, että tämän populaation heikkeneminen vanhuusiässä johtuu herpesvirusinfektiosta.

Pitkäaikaisen MCMV-infektion aiheuttama immuunivasteen heikentyminen voitiin todeta myös suuremmasta bakteerikuormasta maksassa.

Tutkijat infektoivat osan hiiristä herpesviruksella vasta 23 kuukauden iässä ja Lm-OVA:lla 24 kuukauden iässä. Edellä kuvattuja muutoksia ei havaittu näissä hiirissä, mikä osoittaa, että herpesviruksen vaikutus immuunijärjestelmään on hidas.

T-soluskaalan muutokset immuunivasteessa

Lm-OVA-haasteen jälkeen tutkijat selvittivät aktivoituneiden CD8+ T-solujen TCR Vβ:n (T-cell receptor Vβ) CDR3 (complementarity determining region)-sekvenssit single-cell PCR:llä. Yksittäisten kontrollihiirien OVA-spesifiset T-solut vastasivat suurelta osin toisiaan ja keskimäärin 65-70% kaikista T-soluista oli tiettyjä neljää klonotyyppiä. Näitä klonotyyppejä ei havaittu lainkaan MCMV-infektoiduilla hiirillä, jotka olivat T-soluskaalaltaan heterogeenisempiä. Niidenkin ryhmässä nousi kuitenkin esiin viisi yleistä klonotyyppiä, joita ei havaittu kontrollihiirillä. Tutkijat kirjoittavat:

Although performed on a limited sample, these data nonetheless suggest that substantial repertoire changes occur in mice that have experienced lifelong persistent infection. In herpesvirus-free old mice, the diversity of the naive repertoire pool appears to become narrowed to a few shared dominant clonotypes. In contrast, these clonotypes are absent in animals with persistent, lifelong MCMV infection, and others emerge in their place.

Lähteet

Smithey, M. J., Li, G., Venturi, V., Davenport, M. P., Nikolich-Zugich, J., (2012) Lifelong Persistent Viral Infection Alters the Naive T Cell Pool, Impairing CD8 T Cell Immunity in Late Life. The Journal of Immunology. 189(11):5356-3566. [Pubmed]