TNF-alfa ? grundbulten vid infektion och inflammation

En ny era har inletts vid behandling av kroniska inflammationssjukdomar som reumatoid artrit och Crohns sjukdom. Resultaten är i det närmaste mirakulösa ? efter fyra veckors behandling blir en väsentlig del av tidigare behandlingsresistenta patienter helt symtomfria. Orsaken är behandling riktad mot ett protein med en helt avgörande roll i inflammationsreaktionen ? TNF-alfa, infektions- och inflammationssjukdomarnas grundbult.

4 Jul 2002, kl 07:21
0

Det var redan i slutet av 1800-talet som dr William Coley, kirurg vid New Yorks Memorial Hospital, första gången upptäckte spåren av TNF-alfa. Han kunde till sin förvåning notera att vissa av hans kirurgiskt behandlade cancerpatienter genomgick en spontan tumörregression när de drabbades av en infektion. Denna observation resulterade så småningom i att man började leta efter en substans med anti-tumör-egenskaper som skulle frisättas vid kroppens immunsvar på en infektion.
Men det tog nästan hundra år innan Tumör-Nekros-Faktorn TNF-alfa hittades av Lloyd Old och hans kollegor vid Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, också det i New York. De kunde då visa att de isolerat ett protein från makrofager som kunde nekrotisera tumörer hos möss. Förhoppningarna höjdes att man skulle kunna använda den nya upptäckten som ett tumörspecifikt toxin vid behandling av cancer.
Samtidigt, rätt över gatan från Lloyd Olds laboratorium, sökte Antony Cerami och hans kollegor vid Rockefeller-universitetet efter den faktor som orsakar den patogena nedbrytningsprocessen vid kroniska infektioner. De hittade ett protein som de kallade ?cachectin? ? som löst översatt från grekiskan betyder ?i dåligt skick? ? på grund av sin förmodade roll som orsaken till den viktminskning som kan uppträda vid infektioner.


Funnit samma protein
Inom något år insåg de båda forskargrupperna att de, oberoende av varandra, hittat samma protein. Men det faktum att cachectin/TNF-alfa inte visade sig vara selektivt toxisk för tumörer utan även kunde orsaka vävnadsskador, och till och med dödlig chock, hos försöksdjur gjorde att man började tvivla på proteinets användbarhet vid cancerbehandling.
Istället tände den insikten ett hopp om att kunna använda den nya kunskapen om cachectin/TNF-alfa vid behandling av allvarliga blodförgiftningar (sepsis), som trots antibiotikabehandling där bakterierna eliminerades hade en fortsatt hög dödlighet. Beviset för att TNF-alfa är det protein som orsakar dödligheten vid blodförgiftning kom 1987 då Kevin Tracey och hans forskargrupp vid North Shore University Hospital i New York kunde visa att monoklonala antikroppar riktade mot TNF skyddade babianer med inducerad blodförgiftning trots att de alltså hade replikerande bakterier i blodomloppet.
Nu vet man att TNF-alfa är ett cytokin ? en hormonliknande signalsubstans i inflammationskaskaden ? vars vävnads
skadande effekter är manifesterade i ett antal patogena tillstånd som kakexi (utmärgling och kraftlöshet, på engelska cachexia jfr cachectin) vid exempelvis cancer och hiv-infektion, olika autoimmuna sjukdomar, avstötning av transplantationsorgan och vid infektioner.


Inflammationskaskadens generaler
? Proteinet TNF-alfa produceras i olika celler involverade i kroppens immunförsvar, främst makrofager och granulocyter, säger Ulf Andersson, barnreumatolog vid Astrid Lindgrensjukhuset i Stockholm som också forskar kring TNF-alfa.
Man har funnit att TNF-alfa produceras och frisätts som svar på ett stort antal olika stimuli, både endogena och exogena. Den rådande meningen är att TNF-alfa är den centrala signalsubstans som startar en komplex cytokin, hormonell och cellulär signalkaskad som är kroppens skyddsmekanism på inkräktande eller hotande stimuli.
Ett typiskt sådant stimulus är bakterie-endotoxin som sätter igång produktionen av TNF-alfa i makrofagerna. Cirka 20?30 minuter efter exposition av toxinet frisätter cellerna stora mängder TNF-alfa. Dessa inflammationskaskadens första signalsubstanser stimulerar sedan makrofager och andra immunceller att frisätta ett antal pro-inflammatoriska cytokiner, bl a interleukin-1 (IL-1), IL-6, IL-8 samt kväveoxid NO, och i och med det är hela inflammationskaskaden igång.
På detta sätt agerar TNF-alfa som inflammationskaskadens generaler, de står högst upp i hierarkien och utan dem startar inget krig ? ingen kaskad ? mot inkräktaren eller hotet.
? Det är ingen tvekan om att man kan se TNF-alfa som en grundbult i den inflammatoriska kaskaden, säger Ulf Andersson.


Skydd mot infektioner
och skador

En tid efter TNF-attacken (mellan timmar och dagar, beroende på vilket stimuli som orsakat den) upphör sedan syntesen av TNF-alfa i makrofagerna för att, trots närvaro av stimuli, omöjligen kunna stimuleras till TNF-frisättning på mellan 3?7 dagar.
? Samtidigt som syntesen av TNF-alfa upphör i makrofagerna släpper de ut mellan 100 och 1 000 gånger så många lösliga TNF-alfa receptorer som de gjort TNF-molekyler tidigare. Detta för att snabbt binda upp cirkulerande TNF-alfa och avgränsa inflammationen, säger Ulf Andersson.
På detta sätt får kroppen alltså stopp på den aggressiva kaskaden, lika snabbt som den började, för att skydda sig mot de inflammatoriska cytokinernas vävnadsförstörande effekter.
TNF-alfas roll är densamma i alla undersökta däggdjur och man menar att proteinet har konserverats genom evolutionen på grund av att det har skyddat värden mot infektioner, skador och angrepp.
? Det är helt klart att i normalfallet är TNF-alfa bra att ha, säger Ulf Andersson.


Olika effekter vid överskott
Men så går något snett i regleringen av systemet. Vissa personer får ett ständigt påslag av makrofagerna och en kronisk syntes och frisättning av TNF-alfa vilket leder till att alldeles för mycket TNF-alfa finns i kroppen.
? Varför detta sker är det idag ingen som begriper, säger Ulf Andersson, men en teori går ut på att kroppen misslyckas med att förgöra inkräktaren och därför för ett ständigt krig emot den. Detta kan man se vid t ex cancer och hiv-infektion som i båda fallen resulterar i en utmärgling av patienterna som är typisk för kroniskt förhöjda TNF-alfa-nivåer.
TNF-alfa har nämligen också metabola effekter som resulterar i att kroppen övergår i katabolism samtidigt som cytokinet, när det kommer in i CNS påverkar patienterna så att de tappar aptiten och drabbas av en slags utmattning, trötthet. Dessa effekter är de man tror ligger bakom den förlust av muskler, anemi, anorexi och viktförlust som drabbar många cancer- och hiv-patienter.
Men utmärgling är dock inte den värsta effekten av en förhöjd produktion av TNF-alfa. Vid blodförgiftning orsakad av svåra bakterieinfektioner kan man uppnå höga koncentrationer av systemiskt cirkulerande TNF-alfa vilket leder till att blodkärlen skadas och börjar läcka vätska samtidigt som den vaskulära muskulaturen slappnar av. Denna kombination av händelser leder till ödembildning och kraftigt sänkt blodtryck vilket i sin tur slutligen leder till systemisk kollaps och septisk chock som resulterar i döden.


Orsakar reumatoid artrit?
Men förhöjda TNF-alfa-nivåer spelar också en avgörande roll vid lokala inflammatoriska sjukdomar som reumatoid artrit och Crohns sjukdom.
Vid reumatoid artrit har man funnit en lokal produktion av TNF-alfa i de inflammerade lederna. TNF-alfa verkar där dels genom att stimulera produktionen av andra cytokiner, kväveoxid och superoxidradikaler som alla har en vävnadsförstörande effekt och dels genom att inducera enzym som bryter ner brosk och ben.
Men varför makrofagerna utsöndrar TNF-alfa i lederna är fortfarande en gåta.
? Hypotesen är att det är något i leden som stimulerar makrofagerna att tillverka cytokinet. Det alla nu letar efter är det antigen som driver på TNF-produktionen, säger Ulf Andersson.
Frisättningen av TNF-alfa sker mycket lokalt i själva leden. Aktiverade makrofager hittar man i stor mängd i ledhinnan, men däremot inte i någon högre utsträckning i den omgivande ledvätskan. Ulf Andersson menar att man skulle kunna jämföra situationen vid reumatoid artrit med en cancertumör eftersom ledhinnan tillväxer på ett ganska okontrollerbart sätt och det är där som kroppens försvar sätter in sin attack. Men TNF-alfa har också visats ha en mer orsakande roll vid reumatoid artrit. Man har i djurförsök på transgena möss ? som försetts med genen för humant TNF-alfa så att de överproducerar cytokinet ? visat att de snabbt drabbas av kronisk polyartrit som isolerad kronisk inflammation.
? Detta resultat kom som en fullständig överraskning för alla, säger Ulf Andersson, inflammation generellt i många organ hade varit rimligt att tro, men inte lokal artrit.
Detta innebar startskottet för tankarna om att behandla reumatoid artrit med TNF-alfa-hämning och de första försöken på människa inleddes 1992.


Hämning ger tillfrisknad
Crohns sjukdom är en kronisk inflammatorisk tarmsjukdom med okänd orsak som vanligen debuterar i 20?30-årsåldern, även om det finns exempel där sjukdomen debuterat på både mycket unga (3?4 år) och mycket gamla (70?80 år). Sjukdomen framskrider ofta med en periodisk aktivitet med en individuell frekvens.
Inflammationen kan uppträda var som helst i mag-tarmsystemet, från mun till rektum, men det vanligaste är en inflammation i övergången mellan tunntarm och tjocktarm samt i tjocktarmen. Symtomen består främst av diarré, buksmärta och allmänt illamående och patienterna får ofta fistlar vid inflammationsstället.
Det är gott om proinflammatoriska cytokiner i tarmvävnad från patienter med Crohns sjukdom och här finns givetvis TNF-alfa, interleukin-1 (IL-1), IL-6, IL-8 och kväveoxid, NO, samtliga representerade.
Även här var det djurförsök som gjorde att man först insåg värdet av att hämma TNF-alfa. Och den första studien på kortikosteroidresistenta patienter från 1993 visade att en stor majoritet av de tidigare behandlingsresistenta patienterna genomgick en total klinisk remission på kort tid.