Thomas Benkert

• Natalizumab ist ein monoklonaler gegen alpha 4-Integrine (CD49d) gerichteter Antikörper, der zur Therapie der schubförmigen Multiplen Sklerose zugelassen ist. Sein Hauptwirkmechanismus beruht auf einer Blockade von VLA-4 (CD49d/CD29) auf Leukozyten, deren Extravasation an der Blut-Hirn-Schranke hierdurch gehemmt wird. Gemäß seiner Konzeption sollte Natalizumab neben seiner blockierenden Eigenschaft keinen weiteren Einfluss auf seine Zielzellen ausüben. Der hohen therapeutischen Effektivität stehen jedoch Begleiterscheinungen gegenüber, die aufNatalizumab ist ein monoklonaler gegen alpha 4-Integrine (CD49d) gerichteter Antikörper, der zur Therapie der schubförmigen Multiplen Sklerose zugelassen ist. Sein Hauptwirkmechanismus beruht auf einer Blockade von VLA-4 (CD49d/CD29) auf Leukozyten, deren Extravasation an der Blut-Hirn-Schranke hierdurch gehemmt wird. Gemäß seiner Konzeption sollte Natalizumab neben seiner blockierenden Eigenschaft keinen weiteren Einfluss auf seine Zielzellen ausüben. Der hohen therapeutischen Effektivität stehen jedoch Begleiterscheinungen gegenüber, die auf direkte oder indirekte immunmodulatorische Kapazitäten von Natalizumab hindeuten. In verschiedenen Studien konnten VLA-4, sowohl durch Antikörper- als auch durch Liganden-vermittelte Aktivierung, Eigenschaften als kostimulatorisches Molekül humaner T-Zellen zugewiesen werden. Ob der Antikörper Natalizumab auf VLA-4 rein blockierend wirkt oder ob er (ko-)stimulatorische Signale in T-Zellen induziert, ist bis heute unbekannt. Vor diesem Hintergrund wurden RNA-Expressionsanalysen von humanen CD4+ T Zellen mittels Microarrays durchgeführt. Tatsächlich konnte eine erhöhte Expression der Gene IL2 und IFNG sowie der Th17-Effektorzytokine IL17A, IL17F und IL21 durch Anwesenheit von Natalizumab festgestellt werden. Ebenfalls wurde eine gesteigerte Genexpression der Transkriptionsfaktoren FOXP3, TBX21 und RORC beobachtet. Die erhöhte Genexpression von IL2, FOXP3, TBX21 und RORC wurde mittels qRT-PCR validiert. Aufgrund dieser Ergebnisse wurden verschiedene Effektorzytokine durchflusszytometrisch untersucht. Hierbei zeigten neben IL2 die Interleukine IL17 und IFNγ eine erhöhte Syntheserate unter dem Einfluss des therapeutischen Antikörpers. Die Allgemeingültigkeit des kostimulatorischen Effekts wurde anhand der Fähigkeit von Natalizumab verschiedene T-Zellstimuli zu verstärken verdeutlicht. Die Ergebnisse belegen eine direkte Korrelation zwischen der Anwesenheit von Natalizumab und der Ausbildung proinflammatorischer IL2+, IL17+ und IFNγ+CD4+ T-Zellen in vitro und deuten u.a. auf eine verstärkte Polarisierung naïver CD4+ T-Zellen in Richtung Th1- und Th17-Zellen hin. Übereinstimmend mit direkten immunmodulatorischen Eigenschaften über Bindung und Aktivierung von VLA-4 resultierte die Anwesenheit von Natalizumab nicht nur bei Jurkat-Zellen sondern auch in primären humanen CD4+ T-Zellen in einer erhöhten ERK-Phosphorylierung. Weiterhin konnte ein direkter Zusammenhang zwischen der Gabe des Therapeutikums und der CD49d-Reduktion auf humanen CD4+ Effektorzellen bzw. CD4+ Gedächtnis-T-Zellen in vitro hergestellt werden. Dieses Resultat erhärtet den Verdacht, dass es sich bei dem Verlust an VLA-4 auf verschiedenen Leukozytenpopulationen, der bereits in mehreren Studien in vivo beobachtet werden konnte, um eine direkte Auswirkung von Natalizumab handelt. Die in vitro an isolierten T-Zellen von gesunden Spendern gewonnenen Resultate konnten anhand von Zellen aus MS-Patienten reproduziert werden. Bereits 24h nach Natalizumab-Erstgabe wurde sowohl eine deutliche Reduktion an CD49d als auch eine erhöhte IL2-, IL17-, IFNγ- und IL12/IL23p40-Sekretion nachgewiesen. Das unterstreicht die klinische Relevanz dieser Ergebnisse und lässt vermuten, dass Natalizumab neben der Hemmung der Leukozyten-Transmigration ins ZNS Signal-gebende Eigenschaften besitzt, die zu ungewünschten Nebenwirkungen führen können.…
• Natalizumab, a monoclonal antibody directed against alpha 4-integrins (CD49d), has been approved for the treatment of relapsing remitting multiple sclerosis. Its main mechanism of action is the blockade of VLA-4 (CD49d/CD29) on leukocytes, thereby inhibiting their extravasations through the blood brain barrier. According to its conception natalizumab should specifically block VLA-4 functions on target cells. Nevertheless, the high immunotherapeutic potency of natalizumab is accompanied by side effects attributed to direct or indirectNatalizumab, a monoclonal antibody directed against alpha 4-integrins (CD49d), has been approved for the treatment of relapsing remitting multiple sclerosis. Its main mechanism of action is the blockade of VLA-4 (CD49d/CD29) on leukocytes, thereby inhibiting their extravasations through the blood brain barrier. According to its conception natalizumab should specifically block VLA-4 functions on target cells. Nevertheless, the high immunotherapeutic potency of natalizumab is accompanied by side effects attributed to direct or indirect immunomodulatory capacities. By the use of antibody- or ligand-induced activation, VLA-4 was identified as a costimulatory molecule for human T cells. However, whether the antibody natalizumab provides (co)-stimulatory signals to T cells has up to now remained unknown. To address this, mRNA expression of human CD4+ T cells was analyzed by genome-wide expression profiling. Natalizumab was found to increase gene expression of IL2 and IFNG as well as the Th17 effector cytokines IL17A, IL17F and IL21. Furthermore, transcription factors FOXP3, TBX21 and RORC were also upregulated. The increased gene expression levels of IL2, FOXP3, TBX21 and RORC were also verified by qRT-PCR. In this line, fow cytometry revealed an increased synthesis rate of IL2, IL17 and IFNγ under the influence of this therapeutic antibody. The generality of the costimulatory attribute of natalizumab was proved by its ability to amplify different T cell stimuli. A direct correlation between the presence of natalizumab and the development of proinflammatory IL2+, IL17+ and IFNγ+ CD4+ T cells in vitro turned out to be very likely. Therefore, natalizumab might enhance polarisation of naïve CD4+ T cells towards Th1 and Th17 cells. In line with known direct immunomodulatory capacities of VLA-4, treatment with natalizumab causes increased ERK phosphorylation not only in Jurkat cells, but also in primary human CD4+ T cells. Moreover, the immunotherapeutic antibody was directly responsible for decreased CD49d on human CD4+ effector and memory T cells in vitro. This observation reinforces suspicion initially raised by different in vivo studies that the loss of VLA-4 on different leukocyte subpopulations is a direct consequence of natalizumab treatment. The data obtained from PBMCs of MS patients were comparable to that of T cells of healthy donors. Notably, the significant reduction of CD49d and an increased secretion of IL2, IL17, IFNγ and IL12/IL23p40 in MS patients 24 hours after the very first application of natalizumab underline, the clinical relevance of these correlations. These results suggest that natalizumab action is not exclusively inhibitory by preventing leukocyte transmigration into the CNS, but additionally triggering pro-inflammatory immune reactions. This might be responsible for the severe side effects in Natalizumab-treated patients.…