Ak komplementrendszer szerepe kóros folyamatok kialakulásában Józsi Mihály 2016. február 24.
A komplementrendszer
physical barriers (soluble) (modified after Erdei-Gergely: Immunobiology [Medicina])
(soluble) physical barriers
A komplementrendszer több, mint 40 komponens ismert: - egymást láncreakcióban aktiváló oldékony faktorok - szabályozó molekulák (oldékony és sejtmembrán-kötött) - az aktivált komponenseket megkötő sejtfelszíni receptorok a veleszületett immunitás esszenciális végrehajtó rendszere inaktívan testszerte jelen van a vérben, testfolyadékokban lépésről lépésre aktiválódik (kaszkád)
A komplementrendszer aktiválódása és szerepe klasszikus út lektin út alternatív út ellenanyagok felismerés (mintázatfelismerő molekulák) C3 C3b amplification loop opszonizáció, fagocitózis terminális út C5 C5a gyulladás, sejtaktiváció szabályozó molekulák gátolják a saját sejtek, szövetek károsodását C5b-9 lízis (célsejt feloldása)
Saját nem-saját felismerése 1. stratégia: té a nem-saját felismerése és megtámadása 2. stratégia: minden megtámadása, de a saját megvédése - alternatív út
A komplementaktiváció szabályozása klasszikus út lektin út alternatív út C1-inhibitor properdin CR1 MCP DAF I-faktor C4BP C3 H-faktor C3b CR1 MCP DAF I-faktor C5 C5a karboxipeptidáz N vitronectin clusterin CD59 C5b-9 C4BP: C4b-binding protein CR1: complement receptor type 1 MCP: membrane cofactor protein DAF: decay accelerating factor
A komplement szerepe a mikrobák elleni védelemben elimináció klasszikus lektin alternatív út út út (fagocitózis, lízis) C1q MBL C3b IgG, IgM mikroba MBL: mannán-kötő lektin Ig: immunoglobulin (ellenanyag, antitest)
A komplementrendszer funkciói Veleszületett tt immunitás itá Waste disposal Adaptív immunitás itá opszonizáció immunkomplexek B-sejtek aktiválása mikrobák lízise kemotaxis gyulladás sejtek aktiválása (PMN, Mf, DC,...) eltávolítása apoptotikus és nekrotikus sejtek eltávolítása autoreaktív B-sejtek eliminálása T-sejt válasz elősegítése
7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Cikkek száma a PubMed-ben complement vagy complement system kulcsszóra keresve 1903 1906 1909 1912 1915 1918 1921 1924 1927 1930 1933 1936 1939 1942 1945 1948 1951 1954 1957 1960 1963 1966 1969 1972 1975 1978 1981 1984 1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011 2014 a rendszer (fő funkciója) felfedezése komponensek, új utak azonosítása, leírása, jellemzése betegségek, terápia
A komplementrendszer szerepe betegségekben Ricklin D, Lambris JD. Nat Biotechnol. 2007, 25:1265.
A komplementrendszer és betegségek Merle NS és mtsai., Front Immunol. 2015 May 26;6:257 13
A komplementrendszer és fertőzések
A komplementrendszer és fertőzések Patogének belépése sejtekbe a komplementrendszer kihasználásával CR2: Epstein-Barr vírus receptora CD46: kanyaróvírus (morbilli) receptora CR1 vörösvérsejteken: Plasmodium falciparum receptora internalizáció opszonikus receptorokon át (pl. CR3) Szepszis: a sok mikróba túlzott komplementaktivációt okoz, fokozott C5a képződés C5aR-on hatva súlyosbítja a folyamatot, hozzájárulva a szöveti károsodáshoz, szervműködések leállásához - neutrofilek paralízise, limfociták apoptózisának kiváltása (immundepléció) - súlyos gyulladás ( cytokine storm kiváltása makrofágokon hatva) - szöveti faktor expresszió fokozása endotélsejteken fokozott véralvadás
Komplementdeficienciák és fertőzések Alternatív út (properdin, D-faktor) deficienciái: fokozott fogékonyság súlyos meningococcus fertőzésre, egyes más bakteriális fertőzésekre is Terminális út (C5-, C6-, C7-, C8-, C9-deficiencia): visszatérő, de ritkán halálos meningococcus fertőzés Klasszikus út (C1q-, C2-, C4-deficiencia): tokkal rendelkező baktériumok általi fertőzések pl. S. pneumoniae, N. meningitidis, H. influenzae Lektin út (MBL-, fikolin-deficiencia): visszatérő légúti fertőzések C3 deficiencia: légúti fertőzések, meningitis a leggyakoribb (opszonizációs defektus)
A komplementrendszer aktiválódása klasszikus út lektin út alternatív út ellenanyagok visszatérő légúti fertőzések felismerés (mintázatfelismerő molekulák) C3 C3b amplification loop opszonizáció, fagocitózis terminális út C5 C5a gyulladás, sejtaktiváció C5b-9 lízis (célsejt feloldása)
A komplementrendszer aktiválódása klasszikus út lektin út alternatív út ellenanyagok felismerés (mintázatfelismerő molekulák) C3 C3b amplification loop opszonizáció, fagocitózis terminális út C5 C5a gyulladás, sejtaktiváció C5b-9 lízis Neisseria (célsejt feloldása) meningitidis CDC/ Dr. Brodsky
Komplementdeficienciák és fertőzések Regulátor fehérjék, receptorok deficienciája: I-faktor, H-faktor deficiencia a C3-deficienciához hasonló, mert másodlagosan alacsony C3 és B-faktor szint alakul ki (de pl. H-faktor deficiencia glomerulonephritist is okoz!) CR1 alacsony expressziója véd a malária ellen. CR3/CR4 deficiencia (LAD-1) súlyos opportunista fertőzések, pl. S. aureus (neutrofil adhézió és fagocitózis defektusa miatt)
Malária (Plasmodium spp.) 2012-ben kb. 207 millió maláriás fertőzés, kb. 627 ezer haláleset sporozoiták (forrás: WHO) máj merozoiták vörösvérsejt szúnyogbél CR1 vörösvérsejteken: Plasmodium falciparum receptora gametociták CR1 alacsony expressziója véd a malária ellen
A komplementrendszer aktiválódása klasszikus út lektin út alternatív út ellenanyagok felismerés (mintázatfelismerő molekulák) terminális út C3 C5 C3b C5a amplification loop CR3/CR4 deficiencia (LAD-1) súlyos opszonizáció, fagocitózis opportunista fertőzések, pl. S. aureus (neutrofil adhézió és fagocitózis defektusa miatt) C5b-9 lízis (célsejt feloldása) National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID)
Patogének menekülése a komplement elől tok, sejtfal etc. (fizikai barrier) egyes fehérjék megkötése: pl. albumin, fibrinogén az antigén-felszín maszkírozása molekuláris mimikri a gazdaszervezet komplementgátló molekuláinak megkötése (C3 inaktiválása, MAC hatástalanítása, stb.) komplementgátló molekulák termelése komplementfehérjéket hasító enzimek expressziója stb.
Patogének menekülése a komplement elől ellenanyag depléció (e.g. protein A) direkt komplement gátlás (C3 konvertáz, C5 konvertáz, C5aR) komplementregulátorok rekrutálása (pl. C1-INH, H-faktor, C4BP) regulátor mimikri (e.g. VCP vaccinia virus complement control protein) enzimatikus degradáció (e.g. staphylokinase, Pseudomonas elastase) Lambris JD et al. Nat Rev Microbiol. 2008, 6:132-42.
A komplementrendszer patológiás folyamatokban
Komplementdeficienciák és betegségek Klasszikus út (C1q-, C2-, C4-deficiencia): i i szisztémás lupus erithematosus t (SLE) és SLE-szerű megbetegedés Lektin út: MBL-deficiencia szív-érrendszeri betegségek rizikófaktora C3-deficiencia: immunkomplex-mediált betegségek g (vasculitis, glomerulonephritis) Regulátorfehérjék: H-faktor-deficiencia: glomerulonephritis (dense deposit disease) I-faktor-deficiencia: immunkomplex-mediált betegségek (vasculitis, glomerulonephr.) CD55, CD59: GPI horgony hiánya miatt alacsony v. nincs expresszió paroxismalis nocturnalis hemoglobinuria C1-INH (autosz. domináns): túl sok bradykinin képződik herediter angioneuroticus oedema
Komplement-polimorfizmusok és betegségek Komplement-polimorfizmusok li növelhetik az esélyét ét egyes, az alternatív tí út által mediált betegségek kialakulásának. pl. C3 R102G: C3b 102G hez kevésbé kötődik a H-faktor - időskori makuladegeneráció, dense deposit disease, vasculitis rizikófaktora B-faktor R32Q: konvertáz felépülésének hatékonyságát befolyásolja a FB 32Q kevésbé képes konvertázt kialakítani protektív polimor- fizmus az időskori makuladegeneráció esetén A polimorfizmusok összessége meghatározza, hogy milyen mértékben aktiválódhat a komplementrendszer. - patogének szelekciós nyomása! ui. az aktívabb komplement hatékonyabban pusztítja el a kórokozókat, de egyben növeli a komplement által okozott betegségek kockázatát is.
Morgan BP, Harris CL. Nat Rev Drug Discov. 2015;14:857-877.
Komplementaktiváció és gátlás egyensúlya célzott és korlátozott aktiváció (biztonságos opszonizáció) mintázatfelismerő és opszonikus molekulák együttműködése H-faktor C4BP aktiváció gátlás pl. pentraxinok
A szabályozás hibája betegségekhez vezethet szöveti károsodás, gyulladás, autoimmunitás gátlás aktiváció
Komplementaktiváció endogén ligandumokon Ligand C1q binding Classical pathway activation C4BP binding Factor H binding Potential pathogenic relevance CRP + + + + Cardiovascular diseases, AMD? SAP + + +? Alzheimer s disease PTX3 + + + + Cardiovascular and renal diseases DNA + + + + SLE Late apoptotic and necrotic cells + + + + SLE Amyloid Aβ + + + + Alzheimer s disease peptide fibromodulin + + + + Joint diseases decorin and biglycan + (C1q tails) - - - Joint diseases modified after: Sjöberg et al. (2009) Trends Immunol., 30:83-90.
Példa: komplement és apoptotikus sejtek Trends in Immunology. 2003; 24:148.
Példák betegségekre, ahol a komplement szerepe g g, p p részletesebben ismert
1. AMD age-related macular degeneration a látásromlás és vakság vezető oka a nyugati világ országaiban, 3% prevalencia az USA-ban a vakság kb. 54%-áért felelős világszerte kb. 50 millióra becsülik az érintettek számát (WHO) komplex betegség: életkor, örökletes és környezeti tényezők szerepe -öregedés a fő rizikótényező - dohányzás, étkezés, napfény - oxidatív stressz, lipidek, gyulladás, vaszkularizáció - komplementgének, egyéb genetikai tényezők
AMD age-related macular degeneration Khandhadia S et al., Immunobiology 2012, 217:127
AMD és komplement H-faktor polimorfizmus: Y402H C3 egyes B-faktor, C2 variánsok protektívek CFHR1/CFHR3 gének deléciója protektív ezen variánsok hatásmechanizmusa még nem minden esetben világos, de a komplementrendszer szerepe az AMD patomechanizmusában eléggé biztos H-faktor: single nucleotide change 1277T C (Y402H) (egészségesek kb. 1/3-ában) CT heterozigóták: >2-szeres kockázat CC homozigóták: 3-6-szoros kockázat
H-faktor és AMD Y402H polimorfizmus befolyásolja a H-faktor kölcsönhatását különböző ligandumokkal, pl.: extracelluláris mátrix (Bruch s membrane) C-reaktív protein apoptotikus/nekrotikus sejtek malondialdehid epitópok (oxidatív károsodás) Streptococcus t pyogenes! szelekciós nyomás?
2. Paroxizmális nokturnális hemoglobinuria 1-2 eset / 1,000,000 fő / év 10-20 év várható élettartam a diagnózis után vörösvérsejtek pusztulásával jár szerzett, klonális, vérképzőrendszeri betegség Bell S, et al. ACNR 2014;14(3):24-5. CD59 CD55 komplementaktiváció http://www.thelymphnodes.com/related-health-issues/guide- health paroxysmal-nocturnal-hemoglobinuria-pnh/
3. Atípusos hemolitikus urémiás szindróma (ahus) potenciálisan halálos, ritka vesebetegség 2 eset / 1,000,000 fő / év hemolitikus anémia, alacsony vérlemezkeszám, akut veseelégtelenség jellemzi courtesy of Dr. Ch.J. Mache veseendotél sérülése fontos a betegség kialakulása során a komplementaktiváció szabályozásának hibájával függ össze felszíneken (sejt, alapmembrán) - komplementgén mutációk és polimorfizmusok - génátrendeződések és deléciók a H-faktor génklaszterben - H-faktor ellenes autoantitestek
Atípusos hemolitikus urémiás szindróma (ahus) állandó komplementaktiváció endotélaktiváció, vérlemezke-aktiváció, trombusképződés ( Alexion) kapilláriselzáródás (trombotikus mikroangiopátia) trombocitopénia hemolitikus anémia veseelégtelenség, urémia tünetek egyéb szervekben vörösvértest granulocita vérlemezke von Willebrand-faktor
Atípusos hemolitikus urémiás szindróma (ahus) kiválthatja fertőzés, gyógyszer, terhesség ~50% végstádiumú veseelégtelenség, ~25% mortalitás az első akut fázis alatt egyéb tünetek (magas vérnyomás, hasmenés, idegrendszeri problémák ) kezelés: plazmaferezis, gyulladásgátlók, anti-c5, immunszuppresszánsok
Komplement és ahus klasszikus út lektin út alternatív út (IgG, pentraxinok...) (cukor csoportok) (folyamatos) H-faktor C3 C3b B-faktor MCP I-faktor clusterin terminális út (MAC) funkcióvesztéses (regulátorok) és funkciószerzéses (C3, B-faktor) mutációk szerzett forma: H-faktor autoantitestek MCP: membrane cofactor protein
Komplementgén-mutációk ahus-ban H-faktor 20-30 % I-faktor 4-12 MCP 7-10 B-faktor < 2 C3 8 CFH::CFHR1 hibrid gén 3 anti-h-faktor antitestek 2-10 döntően heterozigóta mutációk alacsony penetrancia (~50%) kell egy trigger, pl. fertőzés, gyógyszer, terhesség további gének, autoantitestek szerepe?
Komplementgén-mutációk és veseátültetés mutation transplanted patients recurrence factor H 34 76 % factor I 8 88 % MCP 10 20 % Loirat and Frémeaux-Bacchi, Ped. Transplant. 2008, 12:619-629.
4. Dense deposit disease (DDD) ritka, súlyos vesebetegség a plazma komplementreguláció hibájával asszociált (alacsony C3 szint) Licht et al. (2006) Kidney Int. 70:42-50. okozhatja H-faktor deficiencia (kvantitatív v. funkcionális) H-faktor -/- egereknél spontán glomerulonephritis alakul ki a plazmában való ellenőrizetlen komplementaktiváció miatt (Pickering et al., Nat. Genet. 2002) gyakran C3-nefritikus faktor (C3 konvertázt stabilizáló ellenanyag) detektálható a betegekben (50-80%-ban) ritkábban H-faktor vagy B-faktor ellenes autoantitest (néhány ismert eset)
(IKEA)
Komplementet célzó terápiák
Komplementet célzó terápiák Tisztított v. rekombináns fehérjék: C1-INH: HANO kininrendszer elsősorban fejlesztés alatt: pl. H-faktor, H-faktor és CR2 fragmentumok hibridje, scr1 Peptidek: pl. C3-gátló peptid, H-faktor kötő peptid Kis molekulájú inhibitorok: pl. C5aR antagonista, aptamerek Antitestek: anti-c5 (eculizumab): PNH, ahus anti-b-faktor, anti-c3, anti-properdin etc. Klinikai próbák különböző fázisaiban tesztelnek számos potenciális komplementgátló anyagot (pl. AMD-ben, ahus-ban, PNH-ban, szepszisben).
Morgan BP, Harris CL. Nat Rev Drug Discov. 2015;14:857-877.
Komplementgátlók felhasználási területei Komplementaktivációval kapcsolatos betegségek gyógyítása: C1-INH: HANO anti-c5 (eculizumab): PNH, ahus Orvosi beavatkozásokkal kapcsolatos komplementaktiváció gátlására: - transzplantáció során - gyógyszerek adásakor - implantátumok, kanülök stb. alkalmazásakor Komplementgátlók bejuttatása, vagy felszínek (pl. stent, liposzóma) módosítása a cél.
A komplementrendszer aktiválódása klasszikus út lektin út alternatív út ellenanyagok felismerés (mintázatfelismerő molekulák) C3 C3b amplification loop opszonizáció, fagocitózis C5 C5a gyulladás, sejtaktiváció szabályozó molekulák gátolják a saját sejtek, szövetek károsodását C5b-9 lízis (célsejt feloldása)
A komplementrendszer aktiválódása klasszikus út lektin út alternatív út ellenanyagok felismerés (mintázatfelismerő molekulák) C3 C3b amplification loop opszonizáció, fagocitózis Anti-C5 (Soliris, eculizumab) C5 C5a gyulladás, sejtaktiváció szabályozó molekulák gátolják a saját sejtek, szövetek károsodását C5b-9 lízis (célsejt feloldása)
Figure 1 Eculizumab: molecular structure and mode of action Zuber, J. et al. (2012) Use of eculizumab for atypical haemolytic uraemic syndrome and C3 glomerulopathies Nat. Rev. Nephrol. doi:10.1038/nrneph.2012.214
Alexion Pharmaceutical s Soliris, at $409,500 a year, is the world s single most expensive drug. This monoclonal antibody drug treats a rare disorder in which the immune system destroys red blood cells. The disorder. if left untreated, is usually lethal within 10 years. Paroxysymal yy nocturnal hemoglobinuria (PNH), hits 8,000 Americans. (http://www.forbes.com/2010/02/19/expensive-drugs-cost-business-healthcare-rare-diseases.html) Gyógyszer Indikáció A betegség prevalenciája Kb. átlagos költség / év 1. Soliris Paroxizmális nokturnális hemoglobinuria 8000 (USA) $ 409500 2. Eleprase Hunter-kór 500 (USA) $ 375000 3. Naglazyme Maroteaux-Lamy 1100 (világon) $ 365000 szindróma 4. Myozyme Pompe-betegség 5000-10000 (világon) $ 300000 Vö.: Lipitor for high cholesterol ($1,500 a year), Zyprexa for schizophrenia ($7,000 a year) or Avastin for cancer ($50,000 a year)
Alexion Pharmaceuticals (1992) Yale 2007: Soliris engedélyezése PNH-ra 2011: engedély ahus-ra Problémák: (www.forbes.com) 4600 / adag; éves szinten kb 80 000 (gyerek < 10 kg) 460 000 (felnött) 4600 / adag; éves szinten kb. 80 000 (gyerek < 10 kg) - 460 000 (felnött) Vakcináció v. antibiotikumos profilaxis (Neisseria meningitidis)
A Soliris-kezelést tilos megkezdeni (lásd 4.4 pont): azoknál a PNH-ban szenvedő betegeknél, akiknél megoldatlan Neisseria meningitidis fertőzés áll fenn; akik jelenleg nincsenek vakcinálva Neisseria meningitidis ellen. azoknál az ahus-ban szenvedő betegeknél, akiknél megoldatlan Neisseria meningitidis fertőzés áll fenn; akik jelenleg nincsenek oltva Neisseria meningitidis ellen vagy nem részesültek megfelelő antibiotikummal folytatott profilaktikus kezelésben a vakcinációt követő 2 héten át.
4.4 Különleges figyelmeztetések és az alkalmazással kapcsolatos óvintézkedések Hatásmechanizmusából adódóan a Soliris növeli a páciens érzékenységét meningococcus (Neisseria i meningitidis) itidi fertőzéssel szemben. Ezen betegek esetén nagyobb a ritka szerocsoportok (különösen az Y, W135 és X) fertőzésének kockázata A fertőzés kockázatának csökkentése érdekében minden beteget vakcinálni kell legalább 2 héttel a Soliris beadása előtt. Kifejezetten ajánlottak az A, C, Y és W135 szerotípusok elleni tetravalens vakcinák, lehetőleg a konjugált formák. A vakcinálás nem feltétlenül elegendő a meningococcus-fertőzés megelőzéséhez. Súlyos vagy halálos meningococcus-fertőzésekről számoltak be Soliris-szal kezelt betegeknél.
Genetic Variants in C5 and Poor Response to Eculizumab N Engl J Med 2014;370:632-9. Jun-ichi Nishimura, et al. A heterozygous missense mutation in exon 21, c.2654g A, predicting p.arg885his, was identified in all Japanese patients with a poor response but not in those who had a good response. A very similar mutation, c.2653c T, which predicts p.arg885cys, was identified in an Argentinian patient of Asian ancestry who had a poor response.
Megfontolások a komplementet célzó anyagok kapcsán Szokásos megfontolások: farmakokinetika, biztonságosság, stb. Előnyök és hátrányok, hatóanyagok kombinációja Fertőzések veszélye Immunogenitás Kell-e teljes gátlás egyáltalán? gátlás aktiváció gátlás aktiváció ió
Összefoglaló cikkek az előadás témájához: Ricklin D, Hajishengallis G, Yang K, Lambris JD. Complement: a key system for immune surveillance and homeostasis. Nat Immunol. 2010 Sep;11(9):785-97 Ricklin D, Lambris JD. Complement in immune and inflammatory disorders: pathophysiological mechanisms. J Immunol. 2013 Apr 15;190(8):3831-8. Ricklin D, Lambris JD. Complement in immune and inflammatory disorders: therapeutic interventions. J Immunol. 2013 Apr 15;190(8):3839-47. Morgan BP, Harris CL. Complement, a target for therapy in inflammatory and degenerative diseases. Nat Rev Drug Discov. 2015 Dec;14(12):857-77.