Avvikande immunologiska och neuronala interaktioner vid postinfektiösa autoimmuna encefaliter
Sammanfattning av föreläsning som gavs under SANE Sweden 2019 PANS Conference
Dritan Agalliu är docent vid institutionen för neurologi, patologi och cellbiologi vid Columbia University Irving Medical Center i USA. Agalliu är grundforskare och har tidigare forskat på bland annat blod-hjärnbarriärens roll vid MS och stroke.
Nu arbetar Agalliu och hans team med att förstå mekanismerna för PANS, och i detta arbete har de utvecklat en djurmodell för PANDAS (den undergrupp av PANS där man vet att det finns koppling till streptockinfektion). Syftet är att försöka förstå hur immunceller kan skapa neurovaskulära (hjärnans blodkärl), synaptiska och beteendemässiga störningar i hjärnan.
Djurmodeller betyder att man skapar en grupp djur som efterliknar den sjukdom man vill studera, i detta fall en grupp möss som upprepat infekterats med grupp A-streptokocker. I andra fall kan det vara så att man manipulerar djurets genetik eller avlar fram vissa egenskaper.
Enligt Agalliu är det mest logiskt att vi tänker på PANS som en autoimmun encefalit. Han påpekar att autoimmuna encefaliter är ett relativt nytt koncept, en ny form av autoimmuna sjukdomar, som beskrevs av neurologen Joseph Dalmau och hans kollegor första gången 2007. Det handlar om att antikroppar som genereras perifert (det vill säga utanför centrala nervsystemet, CNS) cirkulerar och på något sätt tar sig in i CNS. Väl där kan de komma känna igen antingen neuronala eller synaptiska proteiner och driva en sjukdom som manifesterar sig med både neurologiska och psykiatriska symtom.
Den första autoimmuna encefaliten som beskrevs var NMDA-receptor-encefalit och den har blivit en modell för området. Idag har man dock kommit att förstå att autoimmuna encefaliter ska ses som ett paraplybegrepp där det finns ett flertal olika varianter. Agalliu menade att vi behöver lämna synen på PANS som en helt egen och ny kategori bakom oss. PANS bör istället betraktas som en form av CNS-autoimmunitet som påverkar de basala ganglierna, och ingår därför i gruppen autoimmuna encefaliter, enligt Agalliu. Han pekade också på att det finns kända likheter mellan Sydenhams korea (se Jennifer Frankovich) och NMDA-receptor-encefalit, som exempelvis att vid båda dessa tillstånd attackerar antikroppar dopaminreceptorerna i hjärnan.
Den fråga man ställer sig i Agallius grupp är hur antikropparna får tillgång till hjärnan. Skälet till att de valt den ingången i forskningen är helt enkelt att det är hjärnans vaskulära (blodkärl) system som Agalliu har sin utbildning i.
Blodkärlen i hjärnan är unika jämfört med dem i andra organ. Blod-hjärnbarriären utgörs av en tät struktur av celler i hjärnans blodkärl som hindrar immunceller och annat, exempelvis läkemedel, från att ta sig in. Barriären är avgörande för neuronernas funktion.
Det finns två möjliga mekanismer för skadliga antikroppar att ta sig in i hjärnan, enligt Agalliu. Det kan ske genom någon form av skada på cellstrukturerna (barriären) som gör att de tar sig in. Så fungerar exempelvis vid MS, där blod-hjärnbarriären havererar och släpper in immunceller och antikroppar. Den andra mekanismen är som ”en trojansk häst”, där antikroppar använder vägar som normalt används för att transportera antikroppar mellan epitelceller (epitel är en typ av vävnad) för att få åtkomst till hjärnan. 2016 visade Agallius grupp att immunceller kan infiltrera hjärnan på detta sätt (Dileepan et al, 2016).
Den tidigare okända mekanism de kunde påvisa var att det i näsan finns vävnad som innehåller neuroner som ansvarar för luktsinnet. Dessa neuroner tar emot dofter från omgivningen och deras axoner (nervtrådar som är utskott från neuroner) skickar informationen till hjärnan som gör att vi uppfattar lukt. Denna väg innebär alltså att immuncellerna hakar på neuronets axon och tar sig den vägen in i CNS.
Djurmodellen
För att förstå vilka mekanismer som ligger bakom PANS har Agalliu och hans team fokuserat på grupp A-streptokocker. Grupp A-streptokocker kan till exempel orsaka reumatisk feber i hjärtat och autoimmun sjukdom i njurarna, och indikeras också i hjärnan, vid Sydenhams korea och PANDAS.
Djurmodellen för PANS/PANDAS har skapats genom att man odlat grupp A-streptokocker i labbet och sedan infekterat mössen intranasalt (via nosen) upprepade gånger under fyra veckors tid. I musens nos finns vävnad som motsvarar tonsiller hos människor. Modellen speglar när barn får upprepade infektioner under flera år.
När mössen infekterats analyserar man deras immunsystem och vad som händer med neuroner och blodkärl i hjärnan. När de analyserade spridningen av immunceller fann de att cellerna bara infiltrerar CNS vid upprepade infektioner, inte vid en enstaka akut streptokockinfektion samt att majoriteten av dessa immunceller som tagit sig in i CNS är koncentrerade till den anteriora (främre) delen av hjärnan.
En fråga forskargruppen nu ställde sig var: Avgörs närvaron av immunceller i CNS av på vilket sätt mössen immuniserats?
Att infektera djur i djurförsök kallas immunisering, vilket betyder att man använder en process där man blandar antigenet, i detta fall alltså streptokockbakterien, med ett hjälpämne, kallad adjuvant, som leder till att djuret utvecklar extra många antikroppar.
Vanligtvis immuniserar man möss subkutant (under huden) och nu jämförde man möss som immuniserats subkutant med möss som immuniserats intranasalt (via nosen). De öppnade sedan blod-hjärnbarriären kortvarigt med ett preparat. Det visade sig att det fanns en skillnad mellan modellerna – med den intranasala modellen fanns ett stort antal T-celler i hjärnan medan i den andra modellen är det mycket lite, praktiskt taget ingen infiltration av celler i hjärnan.
T-celler är en typ av vita blodkroppar som utgör en del av immunförsvaret.
Så vad man lärt av dessa modeller är att upprepade intranasala grupp-A-streptokockinfektioner är avgörande för att det ska skapas immunceller som riktar in sig på CNS.
När cellerna kommer till hjärnan släpper de ifrån sig inflammatoriska proteiner (cytokiner) som då öppnar upp blod-hjärnbarriären och därmed kan antikroppar som cirkulerar utanför komma in. Det startar en process som skapar bortfall av synaptisk aktivitet i hjärnan.
Synapser är platsen i hjärnans neuroner, nervceller, där de utbyter information. Det sker elektrokemiskt, genom en sändande synaps fyrar av till en mottagande synaps.
I andra försök har forskargruppen upptäckt att det är just en sorts immuncell som heter Th17 som spelar en avgörande roll. Genom att skapa musmodeller som saknar Th17 kunde de se att dessa möss då inte fick samma inflammatoriska effekt i hjärnan.
Man har också sett att Th17 är avgörande för den nyss nämnda neuronala vägen till hjärnan, via de olfaktoriska (som har med luktsinnet att göra) neuronernas axoner från näsan till CNS. Utan Th17 fyrar inte neuronerna av alls hos infekterade möss. Agalliu föreslog här att vi inte bara ska tänka på PANS i en kontext av skadliga antikroppar, utan att det skulle kunna ses som ett slags Th17-autoimmunitet. Nästa steg i deras forskning är att undersöka om det finns en profil hos PANS-patienter som kan visa detta. En nackdel är att man bara har blod och ryggmärgsvätska att tillgå, Agalliu påpekar hur avgörande det varit för MS-forskningens framsteg att man haft tillgång till hjärnvävnad, vilket inte är möjligt vid PANS.
Hjärnvävnad som varit avgörande för forskningen vid exempelvis sjukdomar som MS och Alzheminer har erhållits vid obduktioner av avlidna patienter. Av förklarliga skäl finns inte sådan att tillgå vid PANS.
Agalliu menade att resultatet av deras forskning visar att blod-hjärnbarriärens dynamik förändrar hur vi ska förstå den här sjukdomen. Därför kommer det att vara avgörande om man ska föra den här forskningen framåt, att man kan använda nya avbildningstekniker (inom magnetkameraröntgen), för att också titta på blod-hjärnbarriären i akuta faser av sjukdomen, menade Agalliu. En annan sak som är viktig framåt är att pröva om några av de immunterapier som man ger vid MS (både hos vuxna och barn) och för vissa reumatiska sjukdomar också skulle kunna hjälpa patienter med svår eller kronisk PANS, exmpelvis plasmaferes och rituximab.
Pågående forskning
Agallius grupp har just nu pågående forskning där de skapat en in-vitro-modell (det vill säga forskning med odlade celler) av blod-hjärnbarriären. Frågan man ställde sig här är om serum från patienter med PANS påverka egenskaper hos blod-hjärnbarriären?
Därefter har man sedan tittat på om och hur eventuellt dessa celler förändrats med PANS-patienternas serum jämfört med kontrollernas. De hade förväntat sig att se förändringar i de täta kontaktytorna mellan cellerna i PANS-gruppen, men kunde till sin förvåning inte finna detta. Kunde det istället vara så att serumet möjligen istället ökade transporten av proteiner och eventuellt också antikroppar till CNS? De har bara preliminära resultat ännu, men Agalliu berättade att de i PANS-gruppen sett en signifikant uppreglering av transporten, jämfört med kontrollerna.
Nästa fråga var om det är antikroppar eller cytokiner som orsakar denna uppreglering? De tog därför bort antikropparna ur blodet och såg fortfarande samma effekt, vilket kan betyda att cytokinerna i blodet är ansvariga för den ökade transporten.
De har också tittat på vilken typ av cytokiner och proteiner som finns i PANS-patienters blod jämfört med kontroller, och här var det flera typer som var avsevärt uppreglerade hos PANS-patienterna. De håller nu på att undersöka om vissa cytokiner kan skilja kontrollerna från PANS-patienterna. De kommer också att undersöka om cytokinerna själva kan sätta igång transporten, och hur specifikt detta är för PANS.
Den slutsats de hittills kan dra är att det vid PANS finns flera inflammatoriska cytokiner närvarande som kan trigga transporten av antikroppar till hjärnan.
De vill också förstå de genetiska riskfaktorerna för sjukdomen, och samlar därför blod från både patienter med Sydenhams korea och PANDAS. Här finns ännu inga resultat medan Agalliu säger att det pekar mot att gener som reglerar immunceller har betydelse.
Det behövs samarbete mellan grundforskare och kliniska forskare, avslutade Agalliu, det är först nu när detta sker som forskningen kommer igång ordentligt.
Dileepan T, et al. Group A Streptococcus intranasal infection promotes CNS infiltration by streptococcal-specific Th17 cells. J Clin Invest. 2016 Jan;126(1):303-17.
https://pubmed..
Rapporten, sidan 21-23 Sane_konferens_rapporten
ABERRANT IMMUNE AND NEURONAL INTERACTIONS IN POST-INFECTIOUS AUTOIMMUNE ENCEPHALITIS – LESSONS FROM ANIMAL STUDIES
Dritan Agalliu, PhD, Assistant Professor, Departments of Neurology, Pathology and Cell Biology, Pharmacology, Columbia University Irving Medical Center, USA. Note: the slides are not available in this video due to unpublished data.
Moderator: Nedjma Chaouche