Charakterisierung der humoralen Immunantwort bei der Multiplen Sklerose

Die MS ist eine chronisch-entzündliche und demyelinisierende Erkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS), deren Pathomechanismus bislang unbekannt ist. Man findet typischerweise eine Infiltration des ZNS durch Immunzellen, wobei ein heterogenes Bild bezüglich der Qualität der Immunreaktion und der histopathologischen Veränderungen im ZNS von MS-Patienten zu beobachten ist. Obwohl körpereigene Immunzellen wahrscheinlich die Mediatoren der Erkrankung sind, ist bislang nicht geklärt, welche Immunzellen pathogenetisch relevant sind. Da der Liquor cerebrospinalis höchstwahrscheinlich die inflammatorischen Vorgänge im ZNS widerspiegelt, wurde in dieser Arbeit der Liquor auf charakteristische Veränderungen bei der MS analysiert. Dazu wurden Liquor- und Blutzellen von MS-Patienten im Vergleich zu Patienten mit anderen neurologischen Erkrankungen phänotypisiert. Die Analysen zeigten keine wesentlichen Unterschiede im Blut, hingegen war der Liquor von MS-Patienten durch eine Aktivierung der humoralen, B-Zell vermittelten Immunantwort in Form eines erhöhten Anteils an B-Zellen, Plasmazellen und einer Erhöhung der intrathekalen Immunglobulin-G (IgG)-Synthese gekennzeichnet. Je nach Ausprägung der humoralen Immunantwort konnten drei unterschiedliche -im Krankheitsverlauf stabile- Liquorpathologien ausgearbeitet werden: 1. Eine B-Zell dominante Pathologie mit einem hohen Anteil an B-Zellen, wenig Monozyten und einer erhöhten IgG-Synthese, 2. eine Monozyten-dominante Pathologie mit wenig B-Zellen, zahlreichen Monozyten und wenig IgG-Synthese und 3. eine intermediäre Pathologie mit B-Zellen und Monozyten in etwa gleichem Verhältnis und einer moderaten IgG-Synthese. Die Korrelation der unterschiedlichen Liquorpathologien mit klinischen Parametern ergab, dass MS-Patienten mit einer B-Zell dominanten Liquorpathologie eine raschere Krankheitsprogression hatten als Patienten mit umgekehrtem Phänotyp. Die Ergebnisse der Arbeit weisen auf eine Heterogenität in der Liquorpathologie hin und unterstützten die Hypothese, dass die MS eine heterogene Erkrankung mit unterschiedlichen zugrunde liegenden Pathomechanismen ist. Die unterschiedlichen Liquorpathologien geben erstmals die Möglichkeit, die MS-Patienten anhand der Liquortypisierung in Subgruppen zu stratifizieren und möglicherweise eine Aussage über die zu erwartende Krankheitsprogression zu treffen. Der nach wie vor wichtigste Befund für die Diagnose einer MS ist das Auftreten von sogenannten oligoklonalen IgG-Banden (OKBs). OKBs werden im Liquor von mehr als 95% der MS-Patienten beobachtet, während sie nur sehr selten (<1%) bei gesunden Kontrollen zu finden sind. Außerdem sind diese OKBs auch bei anderen chronischen Erkrankungen des ZNS, die durch einen definierten Erreger verursacht sind, zu beobachten. Bei diesen Erkrankungen ist ein Teil der OKBs gegen das krankheitsverursachende Antigen gerichtet. Trotz intensiver Forschung konnten die Zielantigene der Immunantwort bei MS bisher nicht definiert werden. Ziel dieser Arbeit war es mit einem neuen Ansatz die Zielstrukturen der OKBs bei der MS zu identifizieren. Mit Hilfe eines Protein-Arrays, basierend auf einer cDNA-Bibliothek des menschlichen Gehirns, wurden die Immunreaktivitäten von Liquor-Antikörpern ausgewählter MS-Patienten gegen etwa 37000 verschiedene Proteine bestimmt und mit den Reaktivitäten von Kontroll-Liquores verglichen. Mit Hilfe von anschließenden ELISA-Experimenten mit großen MS- und Kontroll-Kollektiven wurden 10 Proteine identifiziert, die bei MS-Patienten höhere Reaktivitäten zeigten als bei Kontrollen. Interessanterweise wurden in den Immunreaktivitäten gegen diese Kandidatenantigene Überlappungen beobachtet, die letztendlich zu zwei Proteingruppen führten. Mit beiden wurde eine ausgedehnte Epitop-Suche durchgeführt. Die Analysen führten schließlich zu zwei Proteinen des Epstein-Barr-Virus (EBV). Es handelte sich dabei um das EBNA-1 und BRRF-2 Protein. Die weiterführenden Experimente zeigten, dass die Immunreaktivitäten gegen diese EBV-Proteine im Serum und Liquor von MS-Patienten höher waren als bei Patienten mit nicht-entzündlichen bzw. mit anderen entzündlichen Erkrankungen des ZNS. Des Weiteren konnte die intrathekale Synthese der EBV-spezifischen Antikörper gezeigt werden. Von besonderer Bedeutung war der Befund, dass die OKBs im Liquor von MS-Patienten spezifisch gegen diese EBV-Proteine gerichtet waren und Teil des gesamten OKB-Musters darstellten. Diese Ergebnisse unterstützen nachdrücklich die Rolle von EBV in der Pathogenese der MS

Charakterisierung der humoralen Immunantwort bei der Multiplen Sklerose

Die MS ist eine chronisch-entzündliche und demyelinisierende Erkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS), deren Pathomechanismus bislang unbekannt ist. Man findet typischerweise eine Infiltration des ZNS durch Immunzellen, wobei ein heterogenes Bild bezüglich der Qualität der Immunreaktion und der histopathologischen Veränderungen im ZNS von MS-Patienten zu beobachten ist. Obwohl körpereigene Immunzellen wahrscheinlich die Mediatoren der Erkrankung sind, ist bislang nicht geklärt, welche Immunzellen pathogenetisch relevant sind. Da der Liquor cerebrospinalis höchstwahrscheinlich die inflammatorischen Vorgänge im ZNS widerspiegelt, wurde in dieser Arbeit der Liquor auf charakteristische Veränderungen bei der MS analysiert. Dazu wurden Liquor- und Blutzellen von MS-Patienten im Vergleich zu Patienten mit anderen neurologischen Erkrankungen phänotypisiert. Die Analysen zeigten keine wesentlichen Unterschiede im Blut, hingegen war der Liquor von MS-Patienten durch eine Aktivierung der humoralen, B-Zell vermittelten Immunantwort in Form eines erhöhten Anteils an B-Zellen, Plasmazellen und einer Erhöhung der intrathekalen Immunglobulin-G (IgG)-Synthese gekennzeichnet. Je nach Ausprägung der humoralen Immunantwort konnten drei unterschiedliche -im Krankheitsverlauf stabile- Liquorpathologien ausgearbeitet werden: 1. Eine B-Zell dominante Pathologie mit einem hohen Anteil an B-Zellen, wenig Monozyten und einer erhöhten IgG-Synthese, 2. eine Monozyten-dominante Pathologie mit wenig B-Zellen, zahlreichen Monozyten und wenig IgG-Synthese und 3. eine intermediäre Pathologie mit B-Zellen und Monozyten in etwa gleichem Verhältnis und einer moderaten IgG-Synthese. Die Korrelation der unterschiedlichen Liquorpathologien mit klinischen Parametern ergab, dass MS-Patienten mit einer B-Zell dominanten Liquorpathologie eine raschere Krankheitsprogression hatten als Patienten mit umgekehrtem Phänotyp. Die Ergebnisse der Arbeit weisen auf eine Heterogenität in der Liquorpathologie hin und unterstützten die Hypothese, dass die MS eine heterogene Erkrankung mit unterschiedlichen zugrunde liegenden Pathomechanismen ist. Die unterschiedlichen Liquorpathologien geben erstmals die Möglichkeit, die MS-Patienten anhand der Liquortypisierung in Subgruppen zu stratifizieren und möglicherweise eine Aussage über die zu erwartende Krankheitsprogression zu treffen. Der nach wie vor wichtigste Befund für die Diagnose einer MS ist das Auftreten von sogenannten oligoklonalen IgG-Banden (OKBs). OKBs werden im Liquor von mehr als 95% der MS-Patienten beobachtet, während sie nur sehr selten (<1%) bei gesunden Kontrollen zu finden sind. Außerdem sind diese OKBs auch bei anderen chronischen Erkrankungen des ZNS, die durch einen definierten Erreger verursacht sind, zu beobachten. Bei diesen Erkrankungen ist ein Teil der OKBs gegen das krankheitsverursachende Antigen gerichtet. Trotz intensiver Forschung konnten die Zielantigene der Immunantwort bei MS bisher nicht definiert werden. Ziel dieser Arbeit war es mit einem neuen Ansatz die Zielstrukturen der OKBs bei der MS zu identifizieren. Mit Hilfe eines Protein-Arrays, basierend auf einer cDNA-Bibliothek des menschlichen Gehirns, wurden die Immunreaktivitäten von Liquor-Antikörpern ausgewählter MS-Patienten gegen etwa 37000 verschiedene Proteine bestimmt und mit den Reaktivitäten von Kontroll-Liquores verglichen. Mit Hilfe von anschließenden ELISA-Experimenten mit großen MS- und Kontroll-Kollektiven wurden 10 Proteine identifiziert, die bei MS-Patienten höhere Reaktivitäten zeigten als bei Kontrollen. Interessanterweise wurden in den Immunreaktivitäten gegen diese Kandidatenantigene Überlappungen beobachtet, die letztendlich zu zwei Proteingruppen führten. Mit beiden wurde eine ausgedehnte Epitop-Suche durchgeführt. Die Analysen führten schließlich zu zwei Proteinen des Epstein-Barr-Virus (EBV). Es handelte sich dabei um das EBNA-1 und BRRF-2 Protein. Die weiterführenden Experimente zeigten, dass die Immunreaktivitäten gegen diese EBV-Proteine im Serum und Liquor von MS-Patienten höher waren als bei Patienten mit nicht-entzündlichen bzw. mit anderen entzündlichen Erkrankungen des ZNS. Des Weiteren konnte die intrathekale Synthese der EBV-spezifischen Antikörper gezeigt werden. Von besonderer Bedeutung war der Befund, dass die OKBs im Liquor von MS-Patienten spezifisch gegen diese EBV-Proteine gerichtet waren und Teil des gesamten OKB-Musters darstellten. Diese Ergebnisse unterstützen nachdrücklich die Rolle von EBV in der Pathogenese der MS

The role of antibodies in multiple sclerosis

AbstractB cells, plasma cells, and antibodies are commonly found in active central nervous system (CNS) lesions in patients with multiple sclerosis (MS). B cells isolated from CNS lesions as well as from the cerebrospinal fluid (CSF) show signs of clonal expansion and hypermutation, suggesting their local activation. Plasma blasts and plasma cells maturating from these B cells were recently identified to contribute to the development of oligoclonal antibodies produced within the CSF, which remain a diagnostic hallmark finding in MS. Within the CNS, antibody deposition is associated with complement activation and demyelination, indicating antigen recognition-associated effector function. While some studies indeed implied a disease-intrinsic and possibly pathogenic role of antibodies directed against components of the myelin sheath, no unequivocal results on a decisive target antigen within the CNS persisted to date. The notion of a pathogenic role for antibodies in MS is nevertheless empirically supported by the clinical benefit of plasma exchange in patients with histologic signs of antibody deposition within the CNS. Further, such evidence derives from the animal model of MS, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). In transgenic mice endogenously producing myelin-specific antibodies, EAE severity was substantially increased accompanied by enhanced CNS demyelination. Further, genetic engineering in mice adding T cells that recognize the same myelin antigen resulted in spontaneous EAE development, indicating that the coexistence of myelin-specific B cells, T cells, and antibodies was sufficient to trigger CNS autoimmune disease. In conclusion, various pathological, clinical, immunological, and experimental findings collectively indicate a pathogenic role of antibodies in MS, whereas several conceptual challenges, above all uncovering potential target antigens of the antibody response within the CNS, remain to be overcome

Cerebrospinal Fluid B Cells Correlate with Early Brain Inflammation in Multiple Sclerosis

Background: There is accumulating evidence from immunological, pathological and therapeutic studies that B cells are key components in the pathophysiology of multiple sclerosis (MS). Methodology/Principal Findings: In this prospective study we have for the first time investigated the differences in the inflammatory response between relapsing and progressive MS by comparing cerebrospinal fluid (CSF) cell profiles from patients at the onset of the disease (clinically isolated syndrome, CIS), relapsing-remitting (RR) and chronic progressive (CP) MS by flow cytometry. As controls we have used patients with other neurological diseases. We have found a statistically significant accumulation of CSF mature B cells (CD19+CD1382) and plasma blasts (CD19+CD138+) in CIS and RRMS. Both B cell populations were, however, not significantly increased in CPMS. Further, this accumulation of B cells correlated with acute brain inflammation measured by magnetic resonance imaging and with inflammatory CSF parameters such as the number of CSF leukocytes, intrathecal immunoglobulin M and G synthesis and intrathecal production of matri

Immunology of multiple sclerosis

Multiple sclerosis (MS) is an autoimmune disease of the central nervous system (CNS) leading to demyelination, axonal damage, and progressive neurologic disability. The development of MS is influenced by environmental factors, particularly the Epstein-Barr virus (EBV), and genetic factors, which include specific HLA types, particularly DRB1*1501-DQA1*0102-DQB1*0602, and a predisposition to autoimmunity in general. MS patients have increased circulating T-cell and antibody reactivity to myelin proteins and gangliosides. It is proposed that the role of EBV is to infect autoreactive B cells that then seed the CNS and promote the survival of autoreactive T cells there. It is also proposed that the clinical attacks of relapsing-remitting MS are orchestrated by myelin-reactive T cells entering the white matter of the CNS from the blood, and that the progressive disability in primary and secondary progressive MS is caused by the action of autoantibodies produced in the CNS by ­meningeal lymphoid follicles with germinal centers

Measles IgG Antibody Index Correlates with T2 Lesion Load on MRI in Patients with Early Multiple Sclerosis

Background: B cells and humoral immune responses play an important role in the pathogenesis and diagnosis of multiple sclerosis (MS). A characteristic finding in patients with MS is a polyspecific intrathecal B cell response against neurotropic viruses, specifically against measles virus, rubella virus, and varicella zoster virus, also known as an MRZ reaction (MRZR). Here, we correlated from the routine clinical diagnostics individual IgG antibody indices (AIs) of MRZR with magnetic resonance imaging (MRI) findings in patients with first MS diagnosis. Methods/Results: MRZR was determined in 68 patients with a clinically isolated syndrome (CIS) or early relapsing-remitting MS (RRMS). Absolute AI values for measles virus, rubella virus, and varicella zoster virus were correlated with T2 lesion load and gadolinium enhancing lesions on cerebral MRI (cMRI) and cMRI combined with spinal MRI (sMRI). Measles virus AI correlated significantly with T2 lesion load on cMRI (p = 0.0312, Mann-Whitney U test) and the sum of lesions on cMRI and sMRI (p = 0.0413). Varicella zoster virus AI also showed a correlation with T2 lesion load on cMRI but did not reach statistical significance (p = 0.2893). Conclusion: The results confirm MRZR as part of the polyspecific immune reaction in MS with possible prognostic impact on MRI and clinical parameters. Furthermore, the data indicate that intrathecal measles virus IgG production correlates wit

Intrathecal antibody production against Epstein-Barr and other neurotropic viruses in pediatric and adult onset multiple sclerosis

Epstein-Barr virus (EBV) has been implicated in the pathogenesis of multiple sclerosis (MS). Recent reports proposed an increased EBV-targeted humoral immune response in MS, which appears to be more pronounced in pediatric patients. However, little is known about the CNS-derived antibody production against EBV in patients with MS. The objective of this study was to assess the frequency and intensity of intrathecal antibody production against EBV as compared to other neurotropic viruses in pediatric and adult onset MS. In cohorts of 43 childhood, 50 adult onset MS patients, 20 children and 12 adults with other CNS disorders, paired CSF and serum samples were studied. Frequency and intensity of intrathecal antibody production against EBV as compared to measles, rubella, varicella zoster (VZV) and herpes simplex virus (HSV) were analyzed by determination of virus-specific CSF-to-serum Antibody Indices (AI). Intrathecally synthesized EBV antibodies were detectable in 26% pediatric and 10% adult onset MS patients, compared to frequencies ranging in both groups from 10 to 60% for the other viruses. Median AIs for EBV were lower than those for all other viruses, with more than twofold higher median AI for measles, rubella and VZV. The EBV-targeted humoral immune response in the CNS is only part of the intrathecal polyspecific antibody production in MS, directed against various neurotropic viruses. Our results do not rule out the possibility that EBV is involved in the pathogenesis of MS by triggering diverse cellular immune mechanisms, but they argue against a direct pathogenic role of EBV-targeted humoral immune response within the CNS

Genetic risk and a primary role for cell-mediated immune mechanisms in multiple sclerosis.

Multiple sclerosis is a common disease of the central nervous system in which the interplay between inflammatory and neurodegenerative processes typically results in intermittent neurological disturbance followed by progressive accumulation of disability. Epidemiological studies have shown that genetic factors are primarily responsible for the substantially increased frequency of the disease seen in the relatives of affected individuals, and systematic attempts to identify linkage in multiplex families have confirmed that variation within the major histocompatibility complex (MHC) exerts the greatest individual effect on risk. Modestly powered genome-wide association studies (GWAS) have enabled more than 20 additional risk loci to be identified and have shown that multiple variants exerting modest individual effects have a key role in disease susceptibility. Most of the genetic architecture underlying susceptibility to the disease remains to be defined and is anticipated to require the analysis of sample sizes that are beyond the numbers currently available to individual research groups. In a collaborative GWAS involving 9,772 cases of European descent collected by 23 research groups working in 15 different countries, we have replicated almost all of the previously suggested associations and identified at least a further 29 novel susceptibility loci. Within the MHC we have refined the identity of the HLA-DRB1 risk alleles and confirmed that variation in the HLA-A gene underlies the independent protective effect attributable to the class I region. Immunologically relevant genes are significantly overrepresented among those mapping close to the identified loci and particularly implicate T-helper-cell differentiation in the pathogenesis of multiple sclerosis