1. Översiktlig projektbeskrivning

Engelsk titel

Respiratory burst and severity of demyelinating diseases

Sammanfattning av projektet

Multipel skleros (MS) är en kronisk autoimmun sjukdom i det centrala nervsystemet (CNS) med periodiska skov som vanligtvis övergår till ständigt tilltagande bortfallssymtom som förlamningar och balanssvårigheter. Sjukdomen är beroende av en inflammatorisk skada på nervcellernas skyddande hölje av myelin. Behandling med bromsmediciner är effektiv under de tidiga stadierna av sjukdomen. Guillain-Barré syndromet (GBS) är den motsvarande organspecifika autoimmuna demyelinerande (myelinskadande) sjukdomen i det perifera nervsystemet (PNS), som yttrar sig som en enda akut sjukdomsperiod, och där utläkningen ofta är komplett. GBS kan recidivera i 2-5% av fallen.
Ett olöst problem utöver den grundläggande orsaken till dessa sjukdomar är den extrema variationen av svårighetsgraden. En ledtråd till denna variabilitet kom från experimentella studier och från en ärftlig sjukdom i det medfödda immunförsvaret. Det finns två delar av immunsystemet som interagerar med varandra: det innata (medfödda) immunsystemet som svarar snabbt men relativt likartat mot olika grupper av inkräktare, och det adaptiva (förvärvade) immunförsvaret som efter 1-2 veckor riktar ett specifikt svar mot en aktuell inkräktare. Medan betydelsen av det adaptiva immunsystemets reaktion mot myelin är väl etablerad som en viktig del av patogenesen av dessa sjukdomar, är våra kunskaper angående det innata immunsystemets roll begränsad.
Fagocyter är utrustade med ett syreradikalproducerande enzym, NADPH-oxidaset, som omvandlar molekylärt syre till reaktiva syremetaboliter (”syreradikaler”). Sistnämnda är en viktig del av det innata immunförsvaret mot invaderande mikroorganismer. Studier i djurmodeller visade att en bristande funktion av NADPH-oxidaset kan leda till utveckling av autoimmunitet. Ärftlig brist på NADPH-oxidaset hos manniskan ligger till grund för en sjukdom som karakteriseras av utbredda spontana inflammationshärdar i flera olika organ.
Målet med avhandlingen var att undersöka sambandet mellan intensiteten av syreradikalproduktionen och svårighetsgraden av tre demyelinerande sjukdomar, MS, GBS och recidiverande GBS (RGBS). Sjukdomens svårighetsgrad vid GBS bedömdes med tre oberoende variabler, nämligen som oförmåga att gå självständigt 3 månader efter debut, IVA vistelse (ja/nej) och en vedertagen bedömningsskala, the Medical Research Council Score (MRC) vid uppföljningen. För att avgöra om RGBS är en klinisk entitet skild från GBS, jämfördes ett antal kliniska variabler mellan GBS och RGBS. Svårighetsgraden av RGBS bedömdes med graden av tillfrisknande efter andra och sista episoden och med frekvensen av återfall. Prognosen av RGBS och den kliniska skillnaden mellan en episod av GBS och den första episoden av RGBS studerades också för att påvisa bakomliggande faktorer för återfallsbenägenhet. Svårighetsgraden av MS bedömdes med Multiple Sclerosis Severity Score (MSSS).
Patienter med MS (N=60), monofasisk GBS (N=23) och RGBS (N=10) i lugnt skede, fritt från skov samt friska åldersmatchade kontroller inkluderades i en neurologisk efterundersökning med skattning enligt kvantitativa skalor (MRC och MSSS) och blodprovtagning. RGBS-patienterna genomgick även en standardiserad neurofysiologisk undersökning .
RGBS-patienterna hade tidigare sjukdomsdebut och kortare duration av första episoden jämfört med monofasisk GBS. Duration mindre än 45 dagar av en GBS episod indicerade en högre risk för återfall. Återfallsbenägenheten minskade inte under sjukdomsförloppet, utan episoder fortsatte att uppstå oregelbundet under en observationstid på 18 år. Risken för återfall var oförutsägbar, och förloppet tenderade att gå över till progressiv fas hos två patienter.
NADPH-oxidaset stimulerades i vita blodkroppar med substanser som härmar effekterna av mikroorganismer. Kapaciteten att producera reaktiva syremetaboliter värderades med isoluminol-luminol kemiluminiscens (CL) teknik i relation till sjukdomens svårighetsgrad.
Intensiteten av syreradikalproduktion var betydligt svagare hos GBS patienter med svårare sjukdomsgrad (p = 0.0004 - 0.04). Ett liknande samband påvisades vid RGBS när svårighetsgraden uttrycktes som graden av utläkning (p = 0.001 - 0.004) eller benägenheten för återfall (intervallen mellan återfallen och tiden från debuten till första återfallet, p = 0.006 - 0.03). Svårare MS patienter hade också lägre intensitet av syreradikalproduktion (p = 0.0035 - 0.04).
Sammanfattningsvis har vi visat att nivån av syreradikalproduktion i det innata immunförsvaret ger ett betydande bidrag till den uttalade variabiliteten av svårighetsgraden av de tre demyelinerande tillstånd. Det innata immunförsvaret reglerar intensiteten snarare än mottagligheten av dessa sjukdomar. Medan bortfall av denna funktion medför spontan autoinflammatorisk sjukdom, är vårt resultat att bristande syreradikalproduktion inducerar en svårare grad av autoimmun demyelinering. Mekanismen kan vara en mer effektiv infektionskontroll och/eller hämning av det överaktiva adaptiva immunförsvaret.

Typ av projekt

Forskningsprojekt

MeSH-termer för att beskriva ämnesområdet

Inlagda MeSH-termer

Multiple Sclerosis

An autoimmune disorder mainly affecting young adults and characterized by destruction of myelin in the central nervous system. Pathologic findings include multiple sharply demarcated areas of demyelination throughout the white matter of the central nervous system. Clinical manifestations include visual loss, extra-ocular movement disorders, paresthesias, loss of sensation, weakness, dysarthria, spasticity, ataxia, and bladder dysfunction. The usual pattern is one of recurrent attacks followed by partial recovery (see MULTIPLE SCLEROSIS, RELAPSING-REMITTING), but acute fulminating and chronic progressive forms (see MULTIPLE SCLEROSIS, CHRONIC PROGRESSIVE) also occur. (Adams et al., Principles of Neurology, 6th ed, p903)

Guillain-Barre Syndrome

An acute inflammatory autoimmune neuritis caused by T cell- mediated cellular immune response directed towards peripheral myelin. Demyelination occurs in peripheral nerves and nerve roots. The process is often preceded by a viral or bacterial infection, surgery, immunization, lymphoma, or exposure to toxins. Common clinical manifestations include progressive weakness, loss of sensation, and loss of deep tendon reflexes. Weakness of respiratory muscles and autonomic dysfunction may occur. (From Adams et al., Principles of Neurology, 6th ed, pp1312-1314)

Respiratory Burst

A large increase in oxygen uptake by neutrophils and most types of tissue macrophages through activation of an NADPH-cytochrome b-dependent oxidase that reduces oxygen to a superoxide. Individuals with an inherited defect in which the oxidase that reduces oxygen to superoxide is decreased or absent (GRANULOMATOUS DISEASE, CHRONIC) often die as a result of recurrent bacterial infections.

Adult

A person having attained full growth or maturity. Adults are of 19 through 44 years of age.

Aged

A person 65 through 79 years of age. For a person older than 79 years, AGED, 80 AND OVER is available.

Aged, 80 and over

A person 80 years of age and older.

Female

Humans

Members of the species Homo sapiens.

Leukocytes

White blood cells. These include granular leukocytes (BASOPHILS; EOSINOPHILS; and NEUTROPHILS) as well as non-granular leukocytes (LYMPHOCYTES and MONOCYTES).

Male

Middle Aged

N-Formylmethionine Leucyl-Phenylalanine

N-Formylmethionyl-leucyl-phenylalanine. A formylated tripeptide originally isolated from bacterial filtrates that is positively chemotactic to polymorphonuclear leucocytes, and causes them to release lysosomal enzymes and become metabolically activated.

Oligopeptides

Peptides composed of between two and twelve amino acids.

Severity of Illness Index

Levels of severity of illness within a diagnostic group which are established by various measurement criteria.

Tetradecanoylphorbol Acetate

A phorbol ester found in CROTON OIL with very effective tumor promoting activity. It stimulates the synthesis of both DNA and RNA.

Time Factors

Elements of limited time intervals, contributing to particular results or situations.

Tumor Necrosis Factor-alpha

Serum glycoprotein produced by activated MACROPHAGES and other mammalian MONONUCLEAR LEUKOCYTES. It has necrotizing activity against tumor cell lines and increases ability to reject tumor transplants. Also known as TNF-alpha, it is only 30% homologous to TNF-beta (LYMPHOTOXIN), but they share TNF RECEPTORS.

Reactive Oxygen Species

Molecules or ions formed by the incomplete one-electron reduction of oxygen. These reactive oxygen intermediates include SINGLET OXYGEN; SUPEROXIDES; PEROXIDES; HYDROXYL RADICAL; and HYPOCHLOROUS ACID. They contribute to the microbicidal activity of PHAGOCYTES, regulation of signal transduction and gene expression, and the oxidative damage to NUCLEIC ACIDS; PROTEINS; and LIPIDS.

NADPH Oxidase

A flavoprotein enzyme that catalyzes the univalent reduction of OXYGEN using NADPH as an electron donor to create SUPEROXIDE ANION. The enzyme is dependent on a variety of CYTOCHROMES. Defects in the production of superoxide ions by enzymes such as NADPH oxidase result in GRANULOMATOUS DISEASE, CHRONIC.

Academic Dissertations

Works consisting of formal presentations made usually to fulfill requirements for an academic degree.

Nervous System Diseases

Diseases of the central and peripheral nervous system. This includes disorders of the brain, spinal cord, cranial nerves, peripheral nerves, nerve roots, autonomic nervous system, neuromuscular junction, and muscle.

Autoimmune Diseases of the Nervous System

Disorders caused by cellular or humoral immune responses primarily directed towards nervous system autoantigens. The immune response may be directed towards specific tissue components (e.g., myelin) and may be limited to the central nervous system (e.g., MULTIPLE SCLEROSIS) or the peripheral nervous system (e.g., GUILLAIN-BARRE SYNDROME).

Demyelinating Autoimmune Diseases, CNS

Conditions characterized by loss or dysfunction of myelin (see MYELIN SHEATH) in the brain, spinal cord, or optic nerves secondary to autoimmune mediated processes. This may take the form of a humoral or cellular immune response directed toward myelin or OLIGODENDROGLIA associated autoantigens.

Demyelinating Diseases

Diseases characterized by loss or dysfunction of myelin in the central or peripheral nervous system.

Immune System Diseases

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

Autoimmune Diseases

Disorders that are characterized by the production of antibodies that react with host tissues or immune effector cells that are autoreactive to endogenous peptides.

Neurology

A medical specialty concerned with the study of the structures, functions, and diseases of the nervous system.

Projektets delaktighet i utbildning

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

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)

2009-04-01

Datum för påbörjande av datainsamling

2009-01-01

Datum då projektet är slutrapporterat

2011-12-29

Publikationer från detta projekt

1. Leukocyte oxygen radical production determines disease severity in the recurrent Guillain-Barré syndrome.

   Mossberg Natalia, Andersen Oluf, Nordin Magnus, Nilsson Staffan, Svedhem Ake, Bergström Tomas, Hellstrand Kristoffer, Movitz Charlotta.

   J Inflamm (Lond) 2010:7:40.

   [Links: PMID: 20691112 | DOI länk][Source: PubMed®]
2. Oxygen radical production in leukocytes and disease severity in multiple sclerosis.

   Mossberg Natalia, Movitz Charlotta, Hellstrand Kristoffer, Bergström Tomas, Nilsson Staffan, Andersen Oluf.

   J Neuroimmunol. 2009:213(1):131-4.

   [Links: PMID: 19589606 | DOI länk][Source: PubMed®]
3. Oxygen radical production and severity of the Guillain--Barré syndrome.

   Mossberg Natalia, Andersen Oluf, Nilsson Staffan, Dahlgren Claes, Hellstrand Kristoffer, Lindh Magnus, Svedhem Ake, Bergström Tomas, Movitz Charlotta.

   J Neuroimmunol. 2007:192(1):186-91.

   [Links: PMID: 17945354 | DOI länk][Source: PubMed®]

Länk till webbplats / webbsida

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list uids=17945354

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

Den nuvarande behandlingen av MS är otillfredsställande, och behandlingen av Guillain-Barrésyndromet är endast delvis effektiv. Vid MS ges immunhämmande medel som har effekt i skovfasen, men effektivare medel ger svåra biverkningar. Mina tidigare publicerat resultat visar att patienter med svårare sjukdomsgrad har lägre syreradikalproduktion (Mossberg et al 2007 och 2009). Resultatet kan ge upphov till prevention och behandling av dessa sjukdomar i tidiga stadier via induktion av NADPH-oxidasen, t ex med phytol som haft behandlingseffekt vid EAE, en modellsjukdom för MS (Hultqvist et al 2006).

4. Detaljerad projektbeskrivning

Bakgrundsbeskrivning

Vid MS och GBS finns en autoimmun inflammation riktad mot myelinet i CNS. Vi har mycket information om överaktiviteten i det adaptiva immunförsvaret, men sparsamt om det innata försvaret som reagerar direkt mot invaderade mikroorganismer.Däremot är det adaptiva försvaret med antikroppsproduktion specifikt riktat mot ett bestämt agens. Det innata försvaret omfattar APC som tar upp mikroorganismer. Dessa bryts ner av NADPH-oxidaset som producerar syreradikaler, och information om inkräktaren skickas vidare till det adaptiva immunförsvaret. I förlängningen tros radikalerna vara viktiga för att eliminera autoimmuna kloner av T-celler i det adaptiva immunförsvaret som annars skulle angripa kroppsegen vävnad. Ett flertal immunbristsjukdomar, varav flera omfattar defekter i det innata immunförsvaret, kompliceras ofta med autoimmuna sjukdomar inklusive GBS (Etzioni 2003),(Conley et al 1986). Det legat därför relativt nära till hands att undersöka om GBS och MS mer allmänt ledsagas av immunbristsyndrom. Nyligen har man upptäckt att en polymorfism i en gen, Ncf1, som kodar för en central komponent av det innata försvaret (NADPH-oxidaset) påverkar svårighetsgraden av en djurmodell för MS (EAE) (Olofsson et al 2003, Hultqvist et al 2004). Vi undersökte huruvida en defekt fanns i NADPH-oxidaset vid humana autoimmuna sjukdomar och bekräftade att svårighetsgraden av MS och Guillain-Barrésyndromet är omvänt korrelerade med syreradikalproduktionen mätt i vita blodkroppar som fungerar som APC (Mossberg et al,2007 och 2009).

Syfte

Att belysa vilka innata funktioner som är störda vid MS, GBS och recidiverande GBS
Att klargöra om dem immunologiska störningar är främst systemiska (mätbara på blodceller) eller lokaliserade till nervsystemet.
Att arbeta fram ett mer nyanserat underlag för utveckling av behandling av demyelinerande sjukdomar.Den nuvarande behandlingen av GBS och MS är i princip immunosuppressiv med måttlig effektivitet och potenciellt svåra biverkningar

Frågeställning / Hypoteser

Primär frågeställning: Beror de två demyelinerande sjukdomarna på defekt i det innata försvaret ? Vår hypotes är att svårighetesgraden av MS och GBS är beroende av funktionen i det innata försvaret. Vid en svagare funktion antas infektioner nå nervsystemet och initiera autoimmun inflammation pga sviktande kontroll över det adaptiva immunförsvaret.Vi har redan påvisat att svag aktivitet i innata försvaret i form av lägre syreradikalproduktion ger svårare förlopp av GBS och svårare grad av MS (Mossberg et al,2007 och 2009).
Sekundär frågeställning:återfinns den låga produktionen av syreradikaler som ses vid allvarlig GBS hos patienter med recidiverande variant av GBS ?

Teoretisk referensram

V g se ovan

Metod: Gruppindelning

Patienter med MS (N=60), monofasisk GBS (N=23) och RGBS (N=10) i lugnt skede, fritt från skov samt friska åldersmatchade kontroller inkluderades i en neurologisk efterundersökning med skattning enligt kvantitativa skalor (MRC och MSSS) och blodprovtagning. RGBS-patienterna genomgick även en standardiserad neurofysiologisk undersökning .

Metod: Databearbetning

Utförs av statistikern Staffan Nilsson med SPSS-program. Parat t-test utförs för skillnaderna mellan patienter och kontroller, oparat t -test utförs för skillnader mellan patientgrupper. Analys av relationen superoxidproduktion och svårighetsgrad utförs som logistisk regression med hänsyn till åldern (Mossberg et al ,2007). Hänsyn tas till antal analyser som utförs samma dag med hjälp av univariate analysis of variance (Mossberg et al, 2009).

Resultat

RGBS-patienterna hade tidigare sjukdomsdebut och kortare duration av första episoden jämfört med monofasisk GBS. Duration mindre än 45 dagar av en GBS episod indicerade en högre risk för återfall. Återfallsbenägenheten minskade inte under sjukdomsförloppet, utan episoder fortsatte att uppstå oregelbundet under en observationstid på 18 år. Risken för återfall var oförutsägbar, och förloppet tenderade att gå över till progressiv fas hos två patienter.
NADPH-oxidaset stimulerades i vita blodkroppar med substanser som härmar effekterna av mikroorganismer. Kapaciteten att producera reaktiva syremetaboliter värderades med isoluminol-luminol kemiluminiscens (CL) teknik i relation till sjukdomens svårighetsgrad.
Intensiteten av syreradikalproduktion var betydligt svagare hos GBS patienter med svårare sjukdomsgrad (p = 0.0004 - 0.04). Ett liknande samband påvisades vid RGBS när svårighetsgraden uttrycktes som graden av utläkning (p = 0.001 - 0.004) eller benägenheten för återfall (intervallen mellan återfallen och tiden från debuten till första återfallet, p = 0.006 - 0.03). Svårare MS patienter hade också lägre intensitet av syreradikalproduktion (p = 0.0035 - 0.04).

Diskussion

Vi har visat att nivån av syreradikalproduktion i det innata immunförsvaret ger ett betydande bidrag till den uttalade variabiliteten av svårighetsgraden av de tre demyelinerande tillstånd. Det innata immunförsvaret reglerar intensiteten snarare än mottagligheten av dessa sjukdomar. Medan bortfall av denna funktion medför spontan autoinflammatorisk sjukdom, är vårt resultat att bristande syreradikalproduktion inducerar en svårare grad av autoimmun demyelinering. Mekanismen kan vara en mer effektiv infektionskontroll och/eller hämning av det överaktiva adaptiva immunförsvaret.

Slutsats

Bristande syreradikalproduktion inducerar en svårare grad av autoimmun demyelinering. Nivån av syreradikalproduktion i det innata immunförsvaret påverkar svårighetsgraden av GBS, recidiverande GBS och MS.

Referenser

Almkvist, J., Dahlgren, C., Leffler, H., Karlsson, A. (2002): Activation of the neutrophil nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase by galectin-1. J Immunol 168, 4034-41
Conley, M., Park, C., Douglas, S. (1986): Childhood common variable immunodeficiency with autoimmune disease. J Pediatr Jun; 108(6), 915-22
Etzioni, A (2003): Immune deficiency and autoimmunity. Autoimmunity reviews 2, 364-9
Hultqvist, M., Olofsson, P., Holmberg, J., Backstrom, B.T., Tordsson, J., Holmdahl, R. (2004) Enhanced autoimmunity, arthritis, and encephalomyelitis in mice with a reduced oxidative burst due to a mutation in the Ncf1 gene. Proc Natl Acad Sci U S A 101, 12646-51.
Hultqvist M, Olofsson P, Gelderman K, Holmberg J, Holmdahl R (2006): A new arthritis therapy with oxidative burst inducers. PloS Medicine 3:e348
Mossberg N, Andersen O, Nilsson S, Dahlgren C, Hellstrand K, Lindh M, Svedhem Å, Bergström T and Movitz C (2007): Oxygen radical production and severity of the Guillain-Barré syndrome. J Neuroimmunol 192,186-191.
Natalia Mossberg,Charlotta Movitz,Kristoffer Hellstrand,Tomas Bergström,Staffan Nilsson and Oluf Andersen (2009).Oxygen Radical Production in Leukocytes and disease severity in Multiple sclerosis. Submitted till tidskriften "Clinical Neuroimmunology"
Olofsson, P., Holmberg, J., Tordsson, J., Lu, S., Akerstrom, B., Holmdahl, R. (2003) Positional identification of Ncf1 as a gene that regulates arthritis severity in rats. Nat Genet 33, 25-32.