Inhibition der sauren Sphingomyelinase bei der experimentellen autoimmunen Encephalomyelitis

Abstract

Zusammenfassung: Mit einer Prävalenz in Europa von 80 Fällen pro 100 000 Einwohner und einem mittleren Erkrankungsalter von 30 Jahren ist die Multiple Sklerose eine der wichtigsten Ursachen für Behinderungen im jungen Erwachsenenalter. Trotz intensiver Forschungsanstrengungen stoßen die aktuellen Therapiemöglichkeiten aufgrund des Nebenwirkungsprofils oder einer über die Jahre nachlassenden Wirkung häufig an ihre Limits. Ein wichtiger Schritt im Pathomechanismus dieser chronisch-entzündlichen Erkrankung ist die Adhäsion und Transmigration autoreaktiver T-Lymphozyten über die Blut-Hirn-Schranke in das zentrale Nervensystem, wo es zu einer Autoimmunreaktion gegen die Myelinscheide und Oligodendrozyten kommt. Die hierdurch zerebral und spinal entstehenden entzündlichen, demyelinisierten, gliotischen Plaques rufen vielseitige neurologische Symptome hervor wie Parästhesien, spastischen Paresen, Koordinationsstörungen oder kognitive Einschränkungen. Die experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis, welche unter anderem durch eine Immunisierung mit Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein initiiert wird, dient als wichtigstes Tiermodel der Multiplen Sklerose. Sphingolipide, vorwiegend in der äußeren Zellmembran eukaryoter Zellen lokalisiert, sind maßgeblich an vielen physiologischen und pathologischen Zellprozessen beteiligt. Ceramid, ein Sphingoid, welches durch das Enzym saure Sphingomyelinase aus Sphingomyelin freigesetzt wird, kumuliert innerhalb der äußeren Zellmembran zu ceramidreichen Makrodomainen. Diese dienen der Anhäufung von Rezeptormolekülen, wodurch deren Signale amplifiziert werden. Die Aktivierung dieses saure Sphingomyelinase-Ceramid-Signalweges wurde für Moleküle gezeigt, die an der Endothelschicht der Blut-Hirn-Schranke oder auf Immunzellen exprimiert werden und an der Adhäsion und Transmigration autoaggressiver T-Lymphozyten in das zentrale Nervensystem beteiligt sind. In dieser Arbeit wurde anhand von in vitro Adhäsionsassays gezeigt, dass die Vorbehandlung autoreaktiver T-Zellen mit Amitriptylin und Sertralin, funktionelle Inhibitoren der sauren Sphingomyelinase, zu einem deutlich reduzierten Anhaftungsverhalten an der Hirnendothelschicht führt. Des Weiteren zeigte sich unter der vorbeugenden intraperitonealen Anwendung der Inhibitoren Clemastin und Sertralin in vivo an mit Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein immunisierten Mäusen ein Ausbleiben der klinischen Symptome und eine signifikante Reduktion der immunhistologisch in Hirn und Rückenmark der Tiere zur Darstellung kommenden entzündlichen Infiltrate. Wurden die Medikamente erst ab Symptombeginn verabreicht konnte unter Amitriptylin und Sertralin ein abgeschwächter Krankheitsverlauf beobachtet werden. Amitriptylin führte zusätzlich zu kleineren Infiltraten. Demnach ist die Gruppe der funktionellen Inhibitoren der sauren Sphingomyelinase, zu der viele bereits langjährig im klinischen Alltag erprobte Medikamente zählen, ein vielversprechender Ansatz für weiterführende klinische Studien hinsichtlich neuer Therapieoptionen für Patienten mit Multipler Sklerose.

Abstract: With a prevalence of 80/100 000 in Europe and a mean age of onset of 30 years, multiple sclerosis is one of the major causes of disability in young adulthood. Despite intensive research efforts, the current treatment options often reach their limits due to the side effect profile or a decreasing effect over the years. One important step in the pathomechanism of this chronic inflammatory disease is the adhesion and transmigration of autoreactive T lymphocytes across the blood brain barrier into the central nervous system, where it comes to an autoimmune reaction against the myelin sheath and oligodendrocytes. The resulting inflammatory, demyelinated, gliotic plaques located in the brain and spinal cord cause a variety of neurological symptoms such as paresthesias, pareses, ataxia or cognitive impairment. Experimental autoimmune encephalomyelitis, which is amongst others initiated by immunization with myelin oligodendrocyte glycoprotein, serves as the major animal model of multiple sclerosis. Sphingolipids, located predominantly in the outer cell membrane of eukaryotic cells, are involved in many physiological and pathological cell processes. Ceramide, a sphingoid released from sphingomyelin by the enzyme acid sphingomyelinase, aggregates within the outer cell membrane into ceramide-rich macrodomains. These serve to accumulate receptor molecules resulting in an amplification of their signals. Activation of this acid sphingomyelinase ceramide pathway has been demonstrated for molecules which are expressed at the endothelial layer of the blood-brain barrier or at immune cells and take part in the adhesion and transmigration of autoaggressive T lymphocytes into the central nervous system. In this work, in vitro adhesion assays have been used to demonstrate that pretreatment of autoreactive T cells with amitriptyline and sertraline, functional inhibitors of acid sphingomyelinase, results in considerably reduced adherence to the cerebral endothelial layer. Furthermore, under the preventive intraperitoneal application of the inhibitors clemastine and sertraline in vivo in mice immunized with myelin oligodendrocyte glycoprotein, there was a lack of clinical symptoms and a significant reduction of inflammatory infiltrates immunohistochemically displayed in the brain and spinal cord of the animals. When the drugs administration was only began with the onset of symptoms a weakened disease course could be observed under amitriptyline and sertraline. Amitriptyline additionally resulted in smaller infiltrates. Accordingly, the group of functional inhibitors of acid sphingomyelinase, which includes many drugs that have been used in clinical practice for many years, is a promising approach for further clinical trials regarding new treatment options for patients with multiple sclerosis.