1. Översiktlig projektbeskrivning

Engelsk titel

Self-tolerance and immune modulation in autoimmune and Staphylococcus aureus-induced arthritis

Sammanfattning av projektet

Immunförsvaret skyddar mot kroppsfrämmande ämnen, men ska inte reagera på egna vävnader. Vid autoimmun reumatoid artrit (RA), är självtoleransen satt ur funktion. Den bästa behandlingen för denna typ av sjukdomar vore att återskapa toleransen, men idag saknar vi ingående kunskap om de grundläggande immunologiska mekanismerna för detta.

Mål 1: Vi har etablerat en musmodell där djuren är toleranta mot autoimmunitet med hjälp av genterapi. Med denna modell i kombination med material från RA patienter undersöker vi de antigenpresenterande cellernas förmåga att inducera T-celler som inte reagerar på kroppsegna strukturer samt betydelsen av B-celler i denna process.

Mål 2: Behandling av RA baseras på immunosuppression, som kan ge infektioner orsakade av S. aureus. Trots behandling med antibiotika förstörs en infekterad led snabbt, vilket kan drivas av IL-15. Vi studerar om hämning av IL-15 är en möjlig behandlingsstrategi.

Preliminära resultat: Typen och styrkan på det tolerogena svaret beror på vilken antigenpresenterande cell som manipulerats samt när och hur i inflammationsförloppet detta sker, och vi har funnit att B-cellen tycks vara av stor betydelse. Hämning av IL-15 lindrar S. aureus artrit, men påverkar inte värdens förmåga att bekämpa infektion. Genom våra unika modeller kan vi studera immunologiska processer vid inflammation och tolerans, en förutsättning för nya behandlingsmetoder.

Typ av projekt

Forskningsprojekt

MeSH-termer för att beskriva ämnesområdet

Inlagda MeSH-termer

Musculoskeletal Diseases

Diseases of the muscles and their associated ligaments and other connective tissue and of the bones and cartilage viewed collectively.

Immune System Diseases

Disorders caused by abnormal or absent immunologic mechanisms, whether humoral, cell-mediated, or both.

Projektets delaktighet i utbildning

Avhandling
D-uppsats / Magisterexamen
C-uppsats / Kandidatexamen
ST-läkarutbildning
Annan utbildning
Ej del i utbildning

2. Projektorganisation och finansiering

Ekonomiska stöd till projektet

3. Processen och projektets redovisning

Pågående aktiviteter

Planering och förberedelse före datainsamling
Datainsamling pågår
Analys av insamlade data pågår
Författande av skriftlig redovisning / publikation pågår
En eller flera publikationer från projektet är publicerade
Slutfört och inget mer görs inom ramen för detta projekt

Projektstart (när planeringen påbörjas och börjar dokumenteras skriftligt)

2010-01-01

Datum för påbörjande av datainsamling

2010-01-01

Datum då projektet är slutrapporterat

2010-12-13

Publikationer från detta projekt

1. Formylated Peptides Are Important Virulence Factors in Staphylococcus aureus Arthritis in Mice.
   Gjertsson Inger, Jonsson Ing-Marie, Peschel Andreas, Tarkowski Andrej, Lindholm Catharina.
   J Infect Dis. 2012:205(2):305-11.[Source: PubMed]
   [Links: PMID: 22102735 | DOI länk]
2. Evaluation of macrophage-specific promoters using lentiviral delivery in mice.
   Levin M C, Lidberg U, Jirholt P, Adiels M, Wramstedt A, Gustafsson K, Greaves D R, Li S, Fazio S, Linton M F, Olofsson S-O, Borén J, Gjertsson I.
   Gene Ther. 2011[Source: PubMed]
   [Links: PMID: 22130447 | DOI länk]
3. Interleukin-17A during local and systemic Staphylococcus aureus-induced arthritis in mice.
   Henningsson Louise, Jirholt Pernilla, Lindholm Catharina, Eneljung Tove, Silverpil Elin, Iwakura Yoichiro, Linden Anders, Gjertsson Inger.
   Infection and immunity 2010[Source: PubMed®]
   [Links: PMID: 20584972 | DOI länk]
4. Tolerance Induction Using Lentiviral Gene Delivery Delays Onset and Severity of Collagen II Arthritis.
   Gjertsson Inger, Laurie Karen L, Devitt James, Howe Steven J, Thrasher Adrian J, Holmdahl Rikard, Gustafsson Kenth.
   Mol Ther. 2009[Source: PubMed®]
   [Links: PMID: 19174762 | DOI länk]

Tillämpning av resultat - tidsaspekt (projektledarens bedömning)

Resultaten kommer sannolikt att tillämpas om >5 år från projektslut.

Tillämpning av resultat - genomslag (projektledarens bedömning)

Internationellt (i flera länder)

Tillämpning av resultat - beskrivning

Kunskaperna som genereras i projektet kommer att bidra till utveckling av ny behandling vid artritsjukdomar

4. Detaljerad projektbeskrivning

Bakgrundsbeskrivning

Reumatoid artrit (ledgångsreumatism eller RA) är en autoimmun sjukdom som drabbar ca 1% av befolkningen. Nya läkemedel har förbättrat behandlingen, dessvärre finns risk för svåra biverkningar, särskilt ökad infektionskänslighet. Detta drabbar särskilt denna patientgrupp, som även i sig har en ökad risk för bakteriell artrit oftast orsakad av S. aureus. Bakteriell artrit leder ofta till invaliditet trots antibiotika bl a pga att behandling inte påbörjas förrän infektionen är väletablerad. Det är därför angeläget att finna nya effektiva behandlingsstrategier vid båda dessa artrittyper.

Vid RA arbetar vi med frågeställningar kring toleransinduktion (dvs normalisering av den sjukdomsframkallande aktiviteten i immunsystemet) vilket kan innebära en biverkningsfri behandling. Vi lägger också särskild vikt vid B-cellerna (en typ av vita blodkroppar som är bl a är kända för att producera antikroppar) och dess betydelse för sjukdomsuppkomst och progress. Vid S. aureus artrit undersöker iv betydelsen av de immunomodulerande cytokiner och, om och hur, dessa kan manipuleras i en behandlingssituation. Eftersom mekanistiska studier är mycket svåra att genomför på människa använder vi oss av musmodeller.

Syfte

Syftet är att med hjälp av genterapi och knockout möss samt studier i människa, undersöka immunologiska mekanismer som kan öka eller återställa värdens självtolerans vid mus RA och human RA och S. aureus inducerad artrit i mus. Denna nya kunskaper kommer att användas till att utveckla nya specifika behandlingar för patienter som drabbats av RA och/eller S. aureus artrit.

Frågeställning / Hypoteser

Mål I. Att klarlägga immunologiska mekanismer som skapar och vidmakthåller tolerans i autoimmun artrit
1)Att klarlägga om olika typer av antigenpresenterande celler (B-celler, makrofager och dentritiska celler) har olika funktioner vid skapandet och vidmakthållandet av antigenspecifik tolerans
2)Att undersöka om antigenspecifik tolerans skapad mot proteinet kollagen (CII) i musmodellen av RA även ger tolerans mot andra proteiner, dvs förhindrar “epitope spreading”.
3)Att undersöka hur antigenspecifik tolerans skiljer sig mot generellt skapad tolerans i mus RA.
4)Att undersöka om och hur olika B-cellspopulationer bidrar till olika B-cellspopulationer bidrar till generell och antigenspecifik tolerans samt sjukdom i både mus och human RA.

Mål 2. Att förbättra behandlingen av S. aureus orsakad septisk artrit genom immunomodulation
1)Att behandla human septisk artrit (inkluderande S. aureus orsakad artrit) med en kombination av antibiotika och kortison
2)Att undersöka om blockad av IL-15 i kombination med antibiotika kan utgöra en möjlig väg till behandling av S. aureus-orsakad septisk artrit och i så fall genom vilka mekanismer detta sker.

Metod: Gruppindelning

Mössen indelas i grupper så att aktiv behandling kan jämföras med en adekvat kontroll

I humanstudierna är antigen varje individ sin egen kontroller eller så jämförs individerna med en köns och åldersmatchad kontroll.

Metod: Databearbetning

Vi kommer att använda tidsserieanalys för att identifiera statistiskt signifikanta skillnader före och efter behandling. Trender över tiden kommer att kvantifieras med hjälp av multivariat robust regression. Logistisk multivariat robust regression kommer att användas för kategoriska svarsvariabler. Skillnader mellan separata tidpunkter kommer att analyseras med hjälp av icke-parametriska test (Wilcoxon-Mann-Whitney rank-sum test). Vi kommer även att utföra en korrelationsanalys av de uppmätta kovarianterna för att uppskatta deras samvariation mellan patienterna. Skillnader mellan grupperna gällande mortalitet studeras med Kaplan-Meier och skillnader i artritfrekvens med hjälp av Fisher’s exakta test. Samtliga data analyseras med hjälp av statistikmjukvara (Prism).All analys kommer att genomföras i det statistiska programmeringsspråket R (version 2.13.0) eller i Graph Pad Prism.

Resultat

Vi har tidigare visat att profylaktisk genterapi med dessa viruspartiklar som överuttrycker det sjukdomsalstrande proteinet lindrar både artritutvecklingen och dess svårighetsgrad. Vidare visar preliminära resultat att det även går att behandla etablerad artrit med denna typ av genterapi. I båda dessa försöksupplägg uttrycks den nyinsatta genen på alla typer av APC och vi ser att vi får en antigenspecifik toleransinduktion.

Vi har funnit att när vi styr genterapin till B-celler för vi en ytterst markant nedreglering av artritutvecklingen och vi arbetar vidare med att klarlägga de ingående mekanismerna.

Vi har testat och utvärderat makrofagspecifika promotorer för lentivirusssystemet och försök pågår nu med att undersöka vilken betydelse makrofager har vid toleransinduktion i artritmodellen.

Vi har kunnat klarlägga att en låg och lokal samt inflammationsstyrd produktion av IL-10 via genterapi inducerar tolerans med nedreglering av artrit.

IL-15 bidrar till bendestruktion men inte till bekämpande av bakterier vid S. aureus artrit.

Diskussion

Humana autoimmuna sjukdomar har ett destruerande förlopp ledande till bestående funktionshinder. Trots intensiv forskning är många av de immunologiska mekanismerna bakom sjukdomsinitiering och förlopp fortfarande okända. Dagens behandling består av immunosuppression, vilket oftast är effektivt men behäftat med svåra biverkningar. Eftersom humanförsök är svåra att genomföra, används musmodeller av artrit. Kombinationen transgena/knockout djur och lentivirusteknologi innebär en unik möjlighet att utforska de mekanismer som å ena sida leder till immunsvar och å andra sidan inducerar tolerans och därigenom lindrar, eller botar artriten. Vi har välfungerande metoder för att analysera ovanstående frågeställningar, samt preliminära och publicerade data. Därför tror vi att denna kunskap kan ha stor betydelse för design av nya terapier vid autoimmuna och infektiösa artritsjukdomar, inkluderande antigenspecifik och generell toleransinduktion samt användningen av anti-inflammatoriska cytokiner.

Slutsats

För att kunna förbättra behandling av autoimmun och septisk artrit måste de underliggande immunologiska mekanismerna ytterligare klarläggas. Vårt system som kombinerar musmodeller och humanstudier ger oss en ypperlig möjlighet att bidra till detta.

Referenser

ten Wolde, S. et al. 1996. Randomised placebo-controlled study of stopping second-line drugs in rheumatoid arthritis. Lancet 347:347-352.
2.Tarkowski, A. 2006. Infection and musculoskeletal conditions: Infectious arthritis. Best Pract Res Clin Rheumatol 20:1029-1044.
3.Cooles, F.A., and Isaacs, J.D. 2010. Treating to re-establish tolerance in inflammatory arthritis - lessons from other diseases. Best Pract Res Clin Rheumatol 24:497-511.
4.Gjertsson, I. et al. 2009. Tolerance Induction Using Lentiviral Gene Delivery Delays Onset and Severity of Collagen II Arthritis. Mol Ther Apr;17(4):632-640.
5.Wraith, D.C. 2009. Therapeutic peptide vaccines for treatment of autoimmune diseases. Immunol Lett 122:134-136.
6.Fillatreau, S. et al. 2002. B cells regulate autoimmunity by provision of IL-10. Nat Immunol 3:944-950.
7.Gjertsson, I. et al. 2002. Interleukin-10 ameliorates the outcome of Staphylococcus aureus arthritis by promoting bacterial clearance. Clin Exp Immunol 130:409-414.
8.Stuart, J.M. et al. 1983. Serum transfer of collagen-induced arthritis in mice. J Exp Med 158:378-392.
9.Buch, M.H. et al. 2011. Updated consensus statement on the use of rituximab in patients with rheumatoid arthritis. Annals of the rheumatic diseases 70:909-920.
10.Sagoo, P. et al. 2010. Development of a cross-platform biomarker signature to detect renal transplant tolerance in humans. J Clin Invest 120:1848-1861.
11.Keenan, R.A. 2008. Censoring of autoreactive B cell development by the pre-B cell receptor. Science 321:696-699.
12.Meffre, E. et al. 2004. Surrogate light chain expressing human peripheral B cells produce self-reactive antibodies. J Exp Med 199:145-150.
13.Sakiniene, E. et al. 1996. Addition of corticosteroids to antibiotic treatment ameliorates the course of experimental Staphylococcus aureus arthritis. Arthritis Rheum 39:1596-1605.
14.Harel, L. et al. 2011. Dexamethasone therapy for septic arthritis in children: results of a randomized double-blind placebo-controlled study. J of pediatric orthop 31:211-215.
15.Odio, C.M. et al. 2003. Double blind, randomized, placebo-controlled study of dexamethasone therapy for hematogenous septic arthritis in children. The Ped inf dis j 22:883-888.
16.McInnes, I.B. et al. 2007. Cytokines in the pathogenesis of rheumatoid arthritis. Nat Rev Immunol 7:429-442.
17.Djaafar, S. et al. 2010. Inhibition of T cell-dependent and RANKL-dependent osteoclastogenic processes associated with high levels of bone mass in interleukin-15 receptor-deficient mice. Arthritis Rheum 62:3300-3310.
18.Henningsson, L. et al. 2011. Interleukin-15 mediates joint destruction in Staphylococcus aureus arthritis. Accepted for publication in J Inf Dis.
19.Laurie, K.L. et al. 2007. Cell-specific and efficient expression in mouse and human B cells by a novel hybrid immunoglobulin promoter in a lentiviral vector. Gene Ther Dec;14(23):1623-1631.
20.Cao, D. et al. 2011. Pathogenic Autoreactive B Cells Are Not Negatively Selected toward Matrix Protein Collagen II. J of imm 187:4451-4458.
21.Levin M.C., et al. 2011. Evaluation of macrophage-specific promoters using lentiviral delivery in mice. Accepted for publication Gene Therapy 2011.
22.van de Loo, F.A. et al. 2004. An inflammation-inducible adenoviral expression system for local treatment of the arthritic joint. Gene Ther 11:581-590.