key: cord-0006138-2ascbu62 authors: Eigler, A.; Loher, F.; Endres, S. title: Suppression der Synthese des Tumornekrosefaktors date: 2001 journal: Internist (Berl) DOI: 10.1007/s001080050721 sha: 5fc98cea5b33761a2efe2cd26367c7a32cc65772 doc_id: 6138 cord_uid: 2ascbu62 Klinische Studien aus den vergangenen 5 Jahren belegen die zentrale Rolle des Tumornekrosefaktors (TNF) im pathophysiologischen Geschehen der rheumatoiden Arthritis und des Morbus Crohn. Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über die Regulation der Synthese und die vielfältigen Wirkungen dieses Zytokins. So wurden erhöhte TNF-Konzentrationen bei verschiedenen infektiösen und entzündlichen Erkrankungen sowie in Verbindung mit speziellen Therapien nachgewiesen. Darauf aufbauend werden experimentelle therapeutische Strategien zur Hemmung der TNF-Bildung dargestellt. Klinische Studien aus den vergangenen 5 Jahren belegen die zentrale Rolle des Tumornekrosefaktors (TNF) im pathophysiologischen Geschehen der rheumatoiden Arthritis und des Morbus Crohn.Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über die Regulation der Synthese und die vielfältigen Wirkungen dieses Zytokins.So wurden erhöhte TNF-Konzentrationen bei verschiedenen infektiösen und entzündlichen Erkrankungen sowie in Verbindung mit speziellen Therapien nachgewiesen.Darauf aufbauend werden experimentelle therapeutische Strategien zur Hemmung der TNF-Bildung dargestellt. Tumornekrosefaktor · Rheumatoide Arthritis · Morbus Crohn · Zytokine · Signaltransduktion Der Tumornekrosefaktor-α (TNF-α) nimmt eine dominierende Rolle im so genannten Zytokinnetzwerk und damit in der Pathogenese zahlreicher infektiöser und entzündlicher Erkrankungen ein. TNF wurde nach seiner Fähigkeit benannt, bei Versuchstieren in transplantierten Tumoren eine hämorrhagische Nekrose zu verursachen [1] . Zehn Jahre nach Beschreibung dieser Eigenschaft wurde TNF-α 1985 aufgereinigt und sequenziert [2] und das Gen von verschiedenen Arbeitsgruppen parallel kloniert [3, 4, 5] . Seither sind zahlreiche biologische Eigenschaften dieses Zytokins identifiziert worden, zusätzlich zur Lyse von Tumorzellen und zur Induktion von Kachexie, die ursprünglich zur Erkennung von TNF geführt hatten [6] . Schon im Jahre 1893 war von dem New Yorker Chirurgen Coley beobachtet worden, dass schwere Infektionen in manchen Fällen zur Regression eines malignen Tumors führten [7, 8] [9] . Die TNF-Wirkungen werden durch Quervernetzung membrangebundener Rezeptormoleküle vermittelt (TNF-Rezeptor I, TNFRI, p55; TNF-Rezeptor II, TNFRII, p75; [10] ). In der TNFRI-knockout-Maus wurde eine Resistenz gegenüber dem Endotoxinschock demonstriert, andererseits war eine Infektion mit Listeria monocytogenes letal [11] . Die extrazellulären Anteile beider TNF-Rezeptoren liegen auch als lösliche Form im Serum vor, können weiterhin TNF binden und damit die akuten Wirkungen des TNF abschwächen [12, 13] . Unter bestimmten Bedingungen konservieren diese natürlichen TNF-Inhibitoren jedoch auch TNF [14, 15, 16] . Nach Bindung an die membranständigen Rezeptoren übt TNF eine Reihe unterschiedlicher Wirkungen aus (Abb. 1). Die Signaltransduktion distal des TNF-Rezeptors wird unter anderem von Phospholipasen C [17] und Sphin-gomyelinasen vermittelt, die Ceramide aus Sphingomyelin freisetzen und ceramidabhängige Proteinkinasen aktivieren [18] . Nachdem die Gabe von Anti-TNF-Antikörpern in Tierexperimenten des septischen Schocks positive Ergebnisse erbracht hatten, wurden hohe Erwartungen an eine Therapie des septischen Schocks beim Menschen geweckt. Diese wurden jedoch nicht erfüllt. Dagegen wurden bei chronisch entzündlichen Erkrankungen -der rheumatoiden Arthritis und dem Morbus Crohn -eindrucksvolle Erfolge mit Anti-TNF-Antikörpern und mit TNF-Rezeptorfusionsproteinen erzielt. Auf diese Studienergebnisse gehen 2 weitere Arbeiten in diesem Heft näher ein. Die empfindlichste Methode, um zirkulierendes TNF nachzuweisen, basiert auf der extrem hohen Bindungsaffinität und -spezifität des p55-TNF-Rezeptors. Bei gesunden Probanden konnte mit dieser Methode kein TNF im Plasma nachgewiesen werden [19] . Die Nachweisgrenze dieses Assays ist 200 attomolar (10 -18 mol/l), das entspricht 120.000 TNF-Trimeren oder 10 Femtogramm in 1 ml Plasma. Im Gegensatz dazu werden bei akuten Erkrankungen wie dem septischen Schock TNF-Konzentrationen im nanomolaren Bereich (10 -9 mol/l) nachgewiesen. Die Synthese des TNF wird in Monozyten und Makrophagen durch unterschiedliche exogene Substanzen wie z. B. Endotoxin und β-Glukane sowie auch durch endogene Mediatoren wie IL-1 induziert. Hohe Konzentrationen von TNF im Plasma konnten bei zahlreichen infektiösen und entzündlichen Erkrankungen nachgewiesen werden (Tabelle 1). Hohe Konzentrationen von TNF wurden auch in therapieassoziierten Syndromen nachgewiesen wie der Gabe von Interleukin-2 (IL-2) zur Therapie von soliden Tumoren und nach der Applikation von Anti-CD3-Antikörpern zur Therapie der akuten Abstoßungsreaktion nach Organtransplantation. Die Hemmung der Bildung [20] oder der Aktivität [21] von TNF während der Gabe von Anti-CD3-Antikörpern schwächt deren Nebenwirkungen ab. Ein Nutzen durch TNF-Antagonismus erscheint somit grundsätzlich bei den in der Tabelle 1 aufgeführten Erkrankungen möglich. [22] . Thalidomid verkürzt die Halbwertszeit der TNF-RNA [23] . Antisense-Oligonukleotide führen zu einer spezifischen Hemmung der TNF-Translation [24] . Dabei müssen jedoch spezielle experimentelle Bedingungen geschaffen werden, da Oligonukleotide sonst auch zu einer Induktion der TNF-Synthese führen können [25] . In den folgenden Abschnitten wird näher auf Strategien zur Hemmung der TNF-Synthese eingegangen, die im Tierexperiment oder schon beim Menschen in klinischen Studien untersucht worden sind. Im Jahre 1988 konnten Kunkel et al. [26] erstmals zeigen, dass Substanzen, die zy- klisches Adenosinmonophosphat erhöhen, die TNF-Synthese in murinen Makrophagen hemmen. Diese Stoffe umfassen Phosphodiesteraseinhibitoren, die den Abbau von cAMP verhindern, und Prostaglandine, die die Adenylylzyklase über G-Proteine aktivieren und auf diese Weise zu einer verstärkten cAMP-Bildung führen. Darüber werden die cAMPabhängigen Proteinkinasen A aktiviert, was in einer Phosphorylierung von Zielproteinen wie etwa cAMP-responsiveelements (CRE)-Bindungsproteinen mündet. Diese Transkriptionsfaktoren binden an spezifische Sequenzen in der Promotorregion bestimmter Gene. Eine entsprechende CRE-spezifische Sequenz wurde in der 5'-flankierenden Region des TNF-Gens beschrieben [27] . Die Expression des TNF ist weiterhin abhängig von der Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-κB (Nuclear factor-κB). Mehrere NF-κB-bindende Regionen wurden in der Promotorregion des TNF-Gens identifiziert [28] . NF-κB ist physiologischer Weise an seinen spezifischen Inhibitor IκB im Zytosol gebunden. Im Falle einer Aktivierung dissoziiert dieser Komplex, und NF-κB gelangt in den Zellkern. Die Aktivierung von NF-κB kann durch Antioxidantien gehemmt werden [29] . Eine Hemmung der Interaktion des NF-κB mit seinem Motiv wurde für Pentoxifyllin [30] berichtet, einem unspezifischen Phosphodiesteraseinhibitor. Unter den klinisch eingesetzten Phosphodiesterasehemmern ist Pento-xifyllin die Substanz, die am eingehendsten bezüglich der TNF-hemmenden Wirkungen untersucht wurde. So wurden Patienten, die Anti-CD3-monoklonale-Antikörper zur Behandlung einer akuten Transplantatabstoßungsreaktion erhielten, zur Hemmung der Nebenwirkung durch TNF mit Pentoxifyllin behandelt [20, 31] . Als interessante Alternative zum Einsatz des unspezifischen Phosphodiesterasehemmstoffes Pentoxifyllin, erscheint der spezifische Typ-IV-Phosphodiesteraseinhibitor Rolipram, der 500-mal wirksamer die TNF-Synthese hemmt [32] . Die Typ-IV-Phosphodiesterase überwiegt in Monozyten [33] und bildet daher einen guten Angriffspunkt für die Hemmung cAMP-abhängiger Funktionen dieser Zellen. Außerdem konnte für die Kombination von Rolipram mit Prostaglandinen (Prostaglandin E2 und Prostazyklinanaloga) eine synergistische Wirkung in Bezug auf die cAMP-erhöhende [34] und die TNF-hemmende Wirkung [35] gezeigt werden. Diese Synergie könnte relevant für den Einsatz von Rolipram bei lokalen Entzündungsprozessen mit hohen interstitiellen Konzentrationen an Prostaglandin E2 sein. Die entzündungshemmende Wirkung von cAMP-erhöhenden Substanzen wird jedoch nicht nur über eine Hemmung der TNF-Synthese vermittelt. So wird z. B. auch das antiinflammatorische Zytokin IL-10 durch cAMP-Erhöhung verstärkt exprimiert [36, 37] . Mehrere tierexperimentelle Arbeiten belegen die Wirksamkeit einer spezifischen Hemmung der Phosphodiesterase in vivo. In einem Rattenmodell der experimentellen Autoimmunenzephalo- [38] . Die therapeutische Wirkung wurde in einem Primatenmodell (Marmoset-Affen) der Autoimmunenzephalomyelitis bestätigt [39] . Weiterhin konnte durch die Therapie mit Rolipram die Suppression der TNF-Synthese und ein Überlebensvorteil in einem Rattenmodell des ARDS gezeigt werden [40] . In einem Mausmodell der kollageninduzierten Arthritis konnte Rolipram eine Hemmung der TNF-Synthese und einen Therapieerfolg erzielen [41] . Die Autoren konnten die Wirksamkeit von Rolipram in einem Maus-Kolitis-Modell nachweisen [42] . Rolipram wurde in den frühen 1980er Jahren synthetisiert [43] , als Antidepressivum in klinischen Studien untersucht, aber nicht bis zur Marktreife gebracht. Rolipram wurde nie beim Menschen mit der Absicht untersucht, die TNF-Synthese zu hemmen. Derzeit werden von mehreren pharmazeutischen Unternehmen spezifische Typ-IV-Phosphodiesterasehemmstoffe entwickelt oder bereits in klinischen Studien eingesetzt. Überwiegend werden im Rahmen dieser Studien Patienten mit Asthma bronchiale untersucht. Erstmals 1991 wurde gezeigt, dass ein Teil der antiinflammtorischen Wirkung von Thalidomid (früher Contergan ® ) über eine Hemmung der TNF-Synthese (Abb. 3) vermittelt wird [44] . Thalidomid wurde bei mehreren Erkrankungen eingesetzt, die mit erhöhten TNF-Konzentrationen einhergehen. So liegen Arbeiten zur Therapie der chronischen Graft-versus-host-Erkrankung,der chronischen Polyarthritis, der Sarkoidose und des HIV-assoziierten Wasting-Syndroms vor (Übersicht in [45] ). Zwei kürzlich erschienene offene klinische Studien zur Gabe von Thalidomid bei Patienten mit steroidabhängigem M. Crohn beschrieben ein klinisches Ansprechen schon nach 4 Wochen in 58% und 55% der behandelten Patienten. In einem kritischen Editorial wurden diese Ergebnisse vorsichtig positiv bewertet und ein möglicher Einsatz bei Patienten gesehen, die Infliximab nicht vertragen [45] . Eindringlich wurde jedoch aufgrund der bekannten Teratogenität von Thalidomid vor einem unkritischen Einsatz gewarnt. Die Gabe von Thalidomid darf nur unter strengsten Kontrollmaßnahmen erfolgen und auch unter dieser Vorgabe erst nach Vorliegen von positiven Ergebnissen von randomisierten, kontrollierten klinischen Studien. Interleukin-10 wurde ursprünglich als ein Produkt einer bestimmten Untergruppe von T-Helferzellen (Th2-Zellen) identifiziert, das die Proliferation, Entwicklung und Funktion einer anderen T-Helferzellgruppe (Th1-Zellen) hemmt [46] . IL-10 wird von verschiedenen Zellen wie B-Zellen, B-Zell-Lymphomen, Monozyten, Keratinozyten und Mastzellen gebildet. Entsprechend des ursprünglichen Namens -Zytokinsynthese-inhibierender Faktor -hemmt IL-10 die Produktion verschiedener proinflammatorischer Zytokine, insbesondere TNF und IL-1 in Monozyten und Makrophagen. Ein protektiver Effekt für IL-10 konnte in einem Mausmodell der letalen Endotoxinämie gezeigt werden.Auch in einem Kolitismodell der Maus wurde ein Therapieerfolg mit IL-10 erreicht [47] . In gesunden Probanden hemmt IL-10 die Ex-vivo-Synthese proinflammatorischer Zytokine. Nach Endotoxingabe bei freiwilligen Probanden wurde eine verminderte TNF-Konzentration nach IL- Ob und welche der hier aufgezeigten Strategien zur Hemmung des TNF klinische Relevanz erlangen werden, ist derzeit noch nicht abzusehen. Insbesondere die meist nur mündlichen Berichte von gehäuftem Auftreten von Lymphomen und Karzinomen unter Therapie mit Anti-TNF-Antikörpern dämpfen die Euphorie, die diese innovative Therapieform ausgelöst hat. Für Tumornekrosefaktor (TNF) ist durch Therapiestudien bei Menschen eine notwendige Mediatorrolle bei M. Crohn und bei chronischer Polyarthritis belegt. Der Therapieerfolg von blockierenden Antikörpern und Rezeptorfusionsproteinen unterstreicht die Bedeutung der Suche nach weiteren therapeutischen Angriffspunkten an diesem Zytokin. Eine Vielzahl körpereigener Mediatoren und exogener Wirkstoffe wurden identifiziert, die die Synthese von TNF in therapeutischen Dosierungen hemmen. Dass diese Synthesehemmung auch einen günstigen Einfluss auf den Erkrankungsverlauf nimmt, wurde im vergangenen Jahr in Pilotstudien zur Gabe von Thalidomid bei M. Crohn gezeigt. Aus der großen Gruppe der TNF-synthesehemmenden Substanzen sind spezifische Phosphodiesteraseinhibitoren (vom Typ IV) in der klinischen Entwicklung am weitesten fortgeschritten. Sie werden derzeit in Phase-III-Studien für Patienten mit Asthma bronchiale geprüft. Falls sie zur Zulassung kommen, wird eine Indikationsausweitung auf andere TNF-vermittelte Erkrankungen untersucht werden. An endotoxin-induced serum factor that causes necrosis of tumors Human tumor necrosis factor.Production, purification, and characterization Human tumour necrosis factor: precursor structure, expression and homology to lymphotoxin Cloning and expression in Escherichia coli of the gene for human tumour necrosis factor Molecular cloning of the complementary DNA for human tumor necrosis factor Cachectin and tumor necrosis factor as two sides of the same biological coin The treatment of malignant tumors by repeated inoculations of erysipelas: with a report of ten original cases Late results of the treatment of inoperable sarcoma by the mixed toxins of erysipelas and Bacillus prodigiosus Structure of tumour necrosis factor The tumor necrosis factor ligand and receptor families Mice deficient for the 55 kd tumor necrosis factor receptor are resistant to endotoxic shock, yet succumb to L.monocytogenes infection A tumor necrosis factor-binding protein purified to homogeneity from human urine protects cells from tumor necrosis factor toxicity Two tumor necrosis factor-binding proteins purified from human urine.Evidence for immunological cross-reactivity with cell surface tumor necrosis factor receptors Stabilization of the bioactivity of tumor necrosis factor by its soluble receptors Soluble tumor necrosis factor (TNF) receptors are effective therapeutic agents in lethal endotoxemia and function simultaneously as both TNF carriers and TNF antagonists Cytokine-binding proteins: stimulating antagonists Tumor necrosis factor induces rapid production of 1'2'diacylglycerol by a phosphatidylcholine-specific phospholipase C Functional dichotomy of neutral and acidic sphingomyelinases in tumor necrosis factor signaling Receptor-mediated label-transfer assay (RELAY) -a novel method for the detection of plasma tumor necrosis factor at attomolar concentrations Pentoxifylline suppresses OKT3-induced tumor necrosis factor-α formation in renal transplant recipients Evaluation of recombinant human soluble dimeric tumor necrosis factor receptor for prevention of OKT3-associated acut clinical syndrome Dexamethasone and pentoxifylline inhibit endotoxininduced cachectin/tumor necrosis factor synthesis at separate points in the signaling pathway Thalidomide exerts its inhibitory action on tumor necrosis factorα by enhancing messenger RNA degradation Specific suppression of human tumor necrosis factor-α synthesis by antisense oligodeoxynucleotides Oligodeoxynucleotides enhance lipopolysaccharide-stimulated synthesis of tumor necrosis factor: dependence on phosphorothioate modification and reversal by heparin Prostaglandin E 2 regulates macrophage-derived tumor necrosis factor gene expression Signal transduction and gene regulation: the nuclear response to cAMP Function and activation of NF-κB in the immune system Nuclear factor kappaB -an oxidative stressresponsive transcription factor of eukaryotic cells (a review) Cooperative inhibition of NF-kappa B and Tat-induced superactivation of human immunodeficiency virus type 1 long terminal repeat Pentoxifylline reduces the first-dose reactions following OKT3 The specific type IV phosphodiesterase inhibitor rolipram suppresses tumor necrosis factor-α production by human mononuclear cells Phosphodiesterase inhibitors: new opportunities for the treatment of asthma Enhanced tumor necrosis factor suppression and cyclic adenosine monophosphate accumulation by combination of phosphodiesterase inhibitors and prostanoids Cicaprost and the specific type IV phosphodiesterase inhibitor rolipram synergize in suppression of tumor necrosis factor-α synthesis Up-regulation of monocytic IL-10 by tumor necrosis factor-a and cAMP elevating drugs Anti-inflammatory activities of cAMP-elevating agents: Enhancement of interleukin-10 synthesis and concurrent suppression of tumor necrosis factor production The antidepressant rolipram suppresses cytokine production and prevents autoimmune encephalomyelitis Prevention of autoimmune demyelination in non-human primates by a cAMP-specific phosphodiesterase inhibitor Effects of rolipram on responses to acute and chronic antigen exposure in monkeys Suppression of TNF-alpha expression, inhibition of Th1 activity, and amelioration of collagen-induced arthritis by rolipram Specific type IV phosphodiesterase inhibitor Rolipram mitigates experimental colitis in mice Potential antidepressant activity of rolipram and other selective cyclic adenosine 3' ,5'-monophosphate phosphodiesterase inhibitors Thalidomide selectively inhibits tumor necrosis factor alpha production by stimulated human monocytes New life in a sleeper: thalidomide and Crohn's disease Two types of mouse T helper cell.IV.Th2 clones secrete a factor that inhibits cytokine production by Th1 clones Role of interleukin-10 in a murine model of dextran sulfate sodium-induced colitis