Immunologische Aspekte der Atherosklerose

Summary

Immunologic aspects of atherosclerosis

Human atherosclerotic plaques contain significant amounts of T lymphocytes, many of which are in an activated state. This suggests that an immune response may be involved in the pathogenesis of atherosclerosis. This is also supported by the expression of cytokines and products of cytokine-induced genes such as HLA-DR in human plaques. The specificity of this immune response has yet to be analysed. Several candidate antigens have been reported such as oxLDL, heat shock proteins and chlamydia pneumoniae. Immunomodulation affects the development of atherosclerotic plaques but data on immunisation are conflicting and have further to be elucidated.

Zusammenfassung

Humane atherosklerotische Plaques enthalten bedeutende Mengen an T-Lymphozyten, von denen sich viele in einem aktivierten Status befinden, was darauf hindeutet, dass eine Immunantwort an der Pathogenese der Atherosklerose beteiligt ist. Diese Annahme wird durch die Expression von Zytokinen und Produkten Zytokin-induzierter Gene wie HLA-DR in humanen Plaques unterstützt. Die Spezifität dieser Immunantwort ist allerdings noch unklar. Verschiedene Antigene sind mögliche Kandidaten, z.B. oxLDL, Heat-shock-Proteine und Chlamydia pneumoniae. Eine Immunmodulation beeinflusst die Entwicklung von atherosklerotischen Plaques, die Immunisierungsversuche bedürfen indessen noch weiterer Abklärung.

Einleitung

Atherosklerose ist eine multifaktorielle Erkrankung, die durch die Effekte verschiedener Risikofaktoren und genetische Einflüsse eingeleitet wird. Sie stellt einen stumm verlaufenden pathologischen Prozess dar, dessen klinische Manifestationen erst spät im Verlauf der Erkrankung in Erscheinung treten. Infolge der weiten Verbreitung der Atherosklerose und ihrer späten Manifestation ist es nicht einfach, geeignete Marker zur Früherkennung zu finden. Immerhin haben grosse epidemiologische Studien zur Entdeckung wichtiger Risikofaktoren, die statistisch mit dem Auftreten der Krankheit assoziiert sind, geführt. Die klassischen Hypothesen der Atherogenese sind einerseits die «response to injury»- [1], andererseits die «altered lipoprotein»-Theorie [2]. Die erste besagt, dass der initiale Auslöser der Atherosklerose eine Beschädigung des arteriellen Endothels ist, die durch verschiedene Faktoren wie Beanspruchung durch Scherkräfte, Sauerstoffradikale, Hyperlipidämie, Hypertonie, Homocystein, Toxine usw. ausgelöst wird. Die zweite postuliert, dass LDL (Low-density-Lipoprotein) chemisch verändert, z.B. oxidiert wird und mit Hilfe von Scavenger-Rezeptoren durch Makrophagen, Endothelzellen und glatten Muskelzellen in den subendothelialen Raum gelangt und die Krankheit einleitet. Die hauptsächlichen Risikofaktoren für Atherosklerose können das Auftreten der koronaren Herzkrankheit (KHK) allerdings nur in schätzungsweise 50% der Fälle erklären. Somit ist noch Raum für weitere Faktoren, die zur Pathogenese der Atherosklerose beitragen. Die Entdeckung von verschiedenen immunologischen Komponenten in der atherosklerotischen Plaque [3,4] haben das Interesse an Immun- und Entzündungsmechanismen in der Pathogenese der Atherosklerose geweckt.

Neuere Daten deuten darauf hin, dass eine aktive Entzündung und/oder eine Infektion in den Koronararterien möglicherweise eine Rolle bei ischämischen Herzkrankheiten spielen [5]. Die Infektionstheorie wird unter anderem auch durch das Auffinden von Chlamydia pneumoniae in atherosklerotischen Läsionen von Koronararterien unterstützt [6]. Atherosklerotische Läsionen sind in der Tat eine Folge von zellulären und molekularen Antworten, die insgesamt als Entzündungsreaktion umschrieben werden können [5]. Die frühe Läsion (der «fatty streak»), wie sie bei Kindern beobachtet wird, stellt eine entzündliche Läsion dar, welche allein aus von Monozyten abstammenden Makrophagen und T-Lymphozyten besteht. Solche Reaktionen können im Gefolge spezifischer immunologischer Antworten auftreten oder durch «unspezifische» Reize ausgelöst werden. Es zeigt sich zunehmend, dass die atherosklerotische Plaque nicht nur durch das Vorhandensein von «unspezifischen» Entzündungsreaktionen, sondern durch spezifische T-Zell-vermittelte Immunantworten charakterisiert ist. Im folgenden soll auf die spezifischen immunologischen Aspekte der Atherosklerose eingetreten werden.

Immunologische Komponenten und Effektormechanismen in atherosklerotischen Läsionen

Atherosklerotische Läsionen enthalten immunkompetente Zellen, vor allem Makrophagen, aber auch 10–20% T-Lymphozyten, wovon etwa 2/3 CD4-positive (T-Helferzellen) und etwa ¹/3 CD8-positive T-Lymphozyten (T-Suppressor- oder zytotoxische T-Zellen) sind [3]. Viele der in Atheromen vorhandenen T-Lymphozyten exprimieren das Histokompatibilitätsantigen HLA-DR (MHC Klasse 2). HLA-DR spielt eine Schlüsselrolle bei der Antigen-Erkennung durch T-Helferzellen. Neben der Antigenspezifität wird HLA-DR als zweites Erkennungsmerkmal auf der Antigen-präsentierenden Zelle benötigt. HLA-DR kommt aber auch auf Endothelzellen und auf glatten Muskelzellen in der Nachbarschaft von T-Zellen in der atherosklerotischen Plaque vor, obschon diese Zellen normalerweise HLA-DR-negativ sind. Da HLA-DR durch das T-Zell-Zytokin Interferon γ (IFN-γ) induziert wird, muss angenommen werden, dass in der atherosklerotischen Läsion vorhandene T-Zellen die Expression von HLA-DR in den glatten Muskelzellen durch Sekretion von IFN-γ bewirkt haben. Die T-Lymphozyten gehören dem Gedächtnistyp an und exprimieren häufig das Integrin VLA-1 (very late antigen-1) [7]. Dies bedeutet, dass sie sich in einem späten oder chronischen Aktivierungsstadium befinden. Neben IFN-γ werden auch Interleukin 2 (IL-2), Interleukin 1 (IL-1) und Tumor Necrosis Factor α (TNF-α) in den Plaques gefunden. IL-2 ist ein wichtiges Mitogen in der T-Zell-Aktivierung. Es reguliert auch die Makrophagenaktivierung. Der IL-2-Rezeptor wird nur auf den Zellen des eigentlichen Immunsystems exprimiert. Der IFN-γ-Rezeptor dagegen ist weit verbreitet, und sowohl Endothelzellen als auch glatte Muskelzellen reagieren auf dieses Zytokin mit der Expression von Histokompatibilitätsgenen, Wachstumsinhibition und Expression von Adhäsionsmolekülen [8]. IFN-γ bewirkt auch die Verminderung der kontraktilen Kapazität und der Dehnfertigkeit der Gefässwand durch Induktion der NO-Produktion und Inhibition der Produktion von α-Actin und Kollagen. IFN-γ ist neben seinen Effekten auf Gefässzellen das wichtigste Makrophagen-aktivierende Zytokin. Es stimuliert sowohl die Produktion weiterer Zytokine als auch die Phagozytose und die Antigenpräsentation. Im Zusammenhang mit der Gefässwand ist vor allem von Interesse, dass IFN-γ die Expression des Scavenger-Rezeptors vermindert und dadurch auch die Aufnahme von Cholesterin in Makrophagen und deren Transformation in Schaumzellen [9].

Wie oben erwähnt, werden auch die T-Zell-Zytokine IL-1 und TNF-α in atherosklerotischen Plaques gefunden. IL-1 wird von Makrophagen und von glatten Muskelzellen produziert und wirkt als wichtiges Co-Mitogen bei der T-Zell-Aktivierung. IL-1 ist auch ein Mitogen für glatte Muskelzellen. TNF-α hat proinflammatorische Effekte auf verschiedene Zelltypen, es stimuliert die Proliferation der glatten Muskelzellen, induziert die Expression von Zelladhäsionsmolekülen und kann damit zur Rekrutierung von mononukleären Zellen in die Plaques beitragen.

Neben Makrophagen und T-Zellen und von diesen Zellen sezernierten Zytokinen wird in den atherosklerotischen Plaques aber auch eine Infiltration und Anhäufung von Plasmaproteinen festgestellt. Diese besteht aus Lipoproteinen, Immunglobulinen der Klasse IgG und Komplementkomponenten [10]. Die Präsenz des C5b-C9-Komplexes des Komplementsystems (membrane attack complex) deutet auf eine Aktivierung des Komplementsystems hin. Dieser Komplex kann Zellmembranen lysieren und spielt möglicherweise eine Rolle bei zytolytischen Vorgängen in der atherosklerotischen Arterie. Die Komplementkomponenten C3a und C5a wirken chemotaktisch und können bei der Rekrutierung von Leukozyten an Läsionsorte von Bedeutung sein.

In der

Table 1. Einige wichtige immunologische Komponenten in atherosklerotischen Plaques.

sind einige wichtige immunologische Komponenten, welche in atherosklerotischen Plaques gefunden werden, wiedergegeben.

Das Vorhandensein verschiedenster immunologischer Komponenten in atherosklerotischen Plaques und namentlich der Umstand, dass diese Komponenten sich vorwiegend in einem aktivierten Zustand befinden, deutet auf spezifische Immunreaktionen im Rahmen des atherosklerotischen Prozesses hin. Die biologische Bedeutung dieser Reaktionen muss indessen noch genauer definiert werden. Eine Ubersicht über potentielle immunologische Mechanismen bei der Induktion der Atherosklerose ist in der Figure 1 wiedergegeben.

Antigenspezifität der Immunreaktion in atherosklerotischen Plaques

Nachdem alle Faktoren, die für immunologische Reaktionen charakteristisch sind, in der atherosklerotischen Plaque vorkommen und angenommen werden muss, dass Immunantworten eine wesentliche Rolle bei der Entstehung der Atherosklerose spielen, stellt sich die Frage nach den Antigenen, die die entsprechenden Immunreaktionen auslösen. Grundsätzlich sind sowohl durch endogene als auch durch exogene Antigene induzierte Immunreaktionen denkbar. Eine Zusammenfassung von Antigenen, bei denen eine Bedeutung in der atherosklerotischen Immunantwort nachgewiesen wurde, ist in der

Table 2. Potentielle «AtheroAntigene».

wiedergegeben.

Es ist eindeutig nachgewiesen, dass eine Oxidierung von LDL in vivo stattfindet [11]. Antikörper gegen Epitope von oxidiertem LDL erkennen Material in atherosklerotischen Läsionen von Mensch und Kaninchen, aber nicht aus normalen Arterien [11,12]. Anti-oxLDL-Antikörper wurden in humanem Plasma und in atherosklerotischen Läsionen gefunden. Es konnten aber auch Antikörper gegen Oxidations-spezifische Epitope, wie beispielsweise MDA-LDL (Malondialdehyd-LDL, ein Abbauprodukt aus mehrfach ungesättigten Fettsäuren) sowohl in atherosklerotischen Läsionen als auch im Serum beim Menschen nachgewiesen werden. Autoantikörper gegen MDA-LDL (als repräsentatives Epitop von oxidiertem LDL) erwiesen sich sogar als prädiktive Grösse für die Progression der Karotis-Intima/Media-Dicke und somit der Progression der Karotis-Atherosklerose [13]. Allerdings führte die Immunisierung von hypercholesterinämischen Kaninchen mit MDA-LDL zu einem signifikanten Rückgang der Läsionen [14]. Dafür sind mehrere Erklärungen möglich: Beispielsweise die Clearance von oxLDL durch Antikörper, wodurch das Eindringen von oxLDL in die Arterienwand verhindert wird, oder die Tatsache, dass von Makrophagen aufgenommene LDL-Antikörper-Komplexe die verschiedenen biologischen Effekte von oxLDL, wie proatherogene und proinflammatorische Eigenschaften, verlieren. Die Immunantwort gegen oxLDL könnte aber auch die Folge einer generalisierten Antwort auf inflammatorische Prozesse im Sinne einer Sekundärantwort sein. Diese kann protektiv oder schädlich sein, wobei möglicherweise der Antikörpertiter und der Zeitpunkt der Immunantwort im gesamten atherosklerotischen Prozess eine Rolle spielen.

Neben oxidiertem LDL wird auch den Heat-shock-Proteinen (HSP) als Antigenen eine bedeutende Rolle in der Atherogenese zugeordnet [15]. Heat-shock-Proteine oder Stress-Proteine umfassen eine Familie von Proteinen, die durch verschiedene Formen von Stress wie Temperatur, mechanische Irritation, Infektionen und Toxine induziert werden. Die HSP sind aufgrund ihres Molekulargewichts in 4 Hauptgruppen eingeteilt: HSP90, 70, 60 und niedrigmolekulare Proteine (

Table 3. Übersicht über die Heat-shock-Proteine (nach [15]).

). Sie erfüllen verschiedene physiologische Funktionen wie Aufbau, intrazellulären Transport und kontrollierten Abbau von Proteinen. Die HSP sind phylogenetisch hoch konserviert. HSP65 aus Mykobakterien zeigt mehr als 50% Homologie zu menschlichem HSP60.

Die Arterienwand ist einem dauernden Umwandlungsprozess als Folge verschiedener Belastungen durch Toxine, Hyperlipidämie, RauChen, hämodynamischen Stress und lokale Beschädigungen ausgesetzt. Zur Aufrechterhaltung der Homöostase und zum Schutz werden grosse Mengen von HSP produziert. Infolge des hohen Grades an Homologie zwischen den HSP verschiedener Spezies ist es möglich, dass Antikörper gegen HSP von Pathogenen mit den körpereigenen HSP kreuzreagieren. HSP könnten somit als Autoantigene wirken und die entsprechende Immunreaktion könnte zur Entwicklung der Atherosklerose führen, wie von der Gruppe von G. Wick postuliert wird [15,16]. Diese Autoren haben erhöhte Serum-Antikörpertiter gegen mykobakterielles HSP65 bei klinisch Gesunden mit Karotis-Atherosklerose gefunden [17]. Zudem konnte gezeigt werden, dass gegen mykobakterielles HSP65 gerichtete Antikörper nicht nur mit mykobakteriellem HSP65, sondern auch mit humanem HSP60 reagieren. Serum-Antikörper gegen HSP65/60 reagieren aber auch mit HSP von E. coli und Chlamydia pneumoniae [18]. Sie korrelieren mit dem Vorhandensein von Antikörpern gegen Chlamydia pneumoniae und Endotoxin und führen zu endothelialer Zytotoxizität. Damit ist die Möglichkeit gegeben, dass Immunreaktionen gegen bakterielle HSP bei der Beschädigung des Gefässendothels, einem Schlüsselereignis in der Pathogenese der Atherosklerose, eine wichtige Rolle spielen. Eine schematische Darstellung der Rolle von HSP bei der Atherogenese ist in der Figure 2 wiedergegeben.

Die Rolle von Mikroorganismen in der Atherogenese ist noch nicht geklärt. Viren der Herpes-Familie wurden schon vor Jahren mit der Atherosklerose in Verbindung gebracht. Herpes simplex Typ I wird zwar in Plaques gefunden, ist aber ein ubiquitäres Virus. Zytomegalievirus dagegen wurde als Risikofaktor für Atherosklerose identifiziert [19]. Die Immunantwort gegen CMV spielt möglicherweise auch eine Rolle bei Restenosierung [20]. Epidemiologische Studien haben eine Beziehung zwischen Chlamydia pneumoniae und Atherosklerose aufgezeigt. Dieser Erreger wurde zudem in atherosklerotischen Koronararterien gefunden [21]. Neben der bereits erwähnten potentiellen Rolle von HSP bei der Chlamydien-Infektion wurde kürzlich die Möglichkeit einer antigenetischen Vortäuschung von Epitopen von Chlamydien-Peptiden und dem Herzmuskel-spezifischen α-Myosin der Maus beschrieben [22]. Die Injektion des Peptids aus dem Herzmuskel-spezifischen α-Myosin der Maus, das eine Sequenzhomologie zu den 60kD-Cystein-reichen Proteinen der äusseren Membran von Chlamydia pneumoniae, C. psittaci und C. trachomatis aufweist, führte zu einer Autoimmun-entzündlichen Herzkrankheit bei Mäusen. Die Injektion der homologen Chlamydien-Peptide induzierte ebenfalls perivaskuläre Entzündungen, fibrotische Veränderungen und Blutgefässverschluss im Herz sowie die Auslösung von T- und B-Zellreaktivität auf das homologe endogene Herzmuskel-spezifische Peptid. Die durch Chlamydien vermittelte Herzkrankheit könnte somit die Antigenvortäuschung eines Herzmuskel-spezifischen Proteins zugrunde haben.

Immunmodulation und Atherosklerose

Eine Übersicht über die Resultate einer immunsuppressiven Therapie, von Immunisierungsversuchen und Beobachtungen genetischer Defekte ist in der

Table 4. Immunmodulation und Atherosklerose.

wiedergegeben (nach [29]).

Die Effekte sind zum Teil widersprüchlich und bedürfen einer weiteren Klärung. Immerhin deutet die Immunsuppression durch Cyclosporin, welche die T-Zell-Aktivierung inhibiert, darauf hin, dass aktivierte T-Zellen die Bildung von Läsionen inhibieren. Ähnliches wird auch bei Immundefekten und bei der Behandlung mit Anti-T-Zell-Antikörpern beobachtet. Die Befunde bei Abwesenheit von Makrophagen bzw. von Scavenger-Rezeptoren entsprechen der proatherogenen Rolle dieser Zellen.

Schwieriger sind die Immunisierungsversuche zu erklären. Xu und Mitarbeiter [30] fanden, dass die aktive Immunisierung von nicht-hypercholesterinämischen und cholesterinämischen Kaninchen mit HSP65 mit einer Zunahme der Atherosklerose verbunden ist. Dies könnte auf die anti-atherogenen Effekte von HSP65 zurückzuführen sein. Allerdings führte die Immunisierung mit humanem Serumalbumin bei mit Cholesterin gefütterten Kaninchen zu schweren atherosklerotischen Läsionen, während die Immunisierung mit PDGF-BB (platelet derived growth factor-BB) mit einer signifikanten Abnahme der Atherosklerose verbunden war [31]. Die Immunisierung von Kaninchen mit oxLDL führte zu einer Abnahme der atherosklerotischen Läsionen, was mit den speziellen biologischen Funktionen von oxLDL und seinen proinflammatorischen und proatherogenen Eigenschaften, die möglicherweise im Tierversuch neutralisiert werden, erklärt werden kann. Die Immunisierung mit BCG scheint dagegen bei Kaninchen proatherogene Folgen zu haben. Diese Befunde bedürfen einer weiteren Klärung, insbesondere im Lichte ihrer potentiellen Bedeutung für den Menschen.