Monitoring und pharmakologische Modulation von JAK-STAT-Signalwegen

Hintergrund und Ziele Zytokine stellen eine heterogene Gruppe von Proteinen dar, die eine herausragende Rolle in der interzellulären Signalübertragung einnehmen. Diverse Zytokine sind unter anderem entscheidend an der Entstehung und Aufrechterhaltung von Autoimmunerkrankungen beteiligt. Zytokine binden hierbei zum Zwecke der Signaltransduktion an wiederum sehr heterogene Rezepto-ren auf der Zelloberfläche. Eine wesentliche Gruppe dieser Zytokinrezeptoren stellt die Familie der TypI-/TypII-Zytokinrezeptoren dar. Eine Untergruppe dieser Rezeptoren ist mit sogenannten Januskinasen assoziiert, deren katalytische Aktivität STAT-Proteine phosphoryliert. Es wurde eine Reihe von Medikamenten zur Modulation der Signaltransduktion von Januskinasen entwickelt, unter anderem Tofacitinib, ein wirksamer Inhibitor von JAK3. Im Rahmen dieser Arbeit sollte auf Basis bereits bestehender Publikationen ein Assay etabliert werden, mit dessen Hilfe die individuelle physiologische Aktivität der JAK-STAT-Signalwege in Leukozyten abgebildet werden kann. Zusätzlich sollten die Auswirkungen pharmakologischer Interventionen auf diesen Signalweg untersucht werden. Methoden Die quantitative Messung der Phosphorylierung von STAT-Proteinen erfolgte mittels Durchflusszytometrie. Hierfür erfolgte die intrazelluläre Immunfluoreszenzfärbung von STAT-Proteinen mit entsprechenden Antikörpern. Die Blutproben stammen von gesunden Freiwilligen und Patienten der Ambulanzen der Medizinischen Klinik 3 des Universitätsklinikums Erlangen. Die Patienten litten an Erkrankungen des rheumatischen Formenkreises sowie anderen immunologischen Erkrankungen. Ergebnisse und Beobachtungen Es fand sich eine interindividuell deutlich verschiedene Bandbreite sowohl der Phosphorylierung der STAT-Proteine ruhender Zellen wie auch des jeweiligen Ansprechens auf die Koinkubation mit Zytokinen. Eine mögliche Erklärung dieses Phänomens könnte im ausgeprägten genetischen Polymorphismus der JAK-Proteine bestehen. Zusätzlich sollte die Wirkung verschiedener Konzentrationen von Tofacitinib in den jeweiligen Individuen beobachtet werden. Es gelang in allen Fällen eine deutliche Inhibierung der Phosphorylierung von STAT-Proteinen. Der stärkste Effekt zeigte sich hierbei bezüglich der Phosphorylierung von STAT5, wie es von Tofacitinib als primär Inhibitor von JAK3 zu erwarten war. Auch im Ansprechen auf Tofacitinib zeigte sich ein interindividuell höchst unterschiedliches Ansprechen. Ein pharmakodynamisches Monitoring von Therapien mittels dieses einfachen Assays ist somit prinzipiell möglich. Im Einzelfall kann gegebenenfalls im Rahmen neuartiger therapeutischer Verfahren eine Empfehlung zur Dosisanpassung auf Basis solcher pharmakodynamischer Beobachtungen erfolgen. Zusätzlich erfolgte das Monitoring pharmakodynamischer Interventionen. Bei Einsatz von TNF-alpha-Inhibitoren in Patienten konnte gezeigt werden, dass auch bei guter klinischer Kontrolle der rheumatischen Grunderkrankung der JAK-STAT-Signalweg für weitere Stimulation zugänglich zu sein scheint. Adalimumab, beispielhaft für die Familie der TNF-alpha-Inhibitoren eingesetzt, zeigte keinen wesentlichen Einfluss auf die Tofacitinib-vermittelte Inhibition der Phosphorylierung von STAT-Proteinen. Die Daten der mittels PHA-Inkubation „aktivierten“ Zellen deuten eine leichte Verstärkung der durch Tofacitinib vermittelten Inhibierung an. Weiterhin sollte die Wirkung von Steroiden auf den JAK-STAT-Signalweg untersucht werden. Es ergaben sich keine Hinweise auf eine direkte Interak-tion von Steroiden mit Januskinasen. Nur bei langen Inkubationszeiten konnte ein Effekt von Steroiden auf die Signalübertragung über den JAK-STAT-Signalweg gezeigt werden. Dieser Effekt ist am ehesten über Bindung an den intrazellulären Steroidrezeptor und folgende Wirkung als Transkriptionsfaktor zu erklären. Schlussfolgerungen Ein pharmakodynamisches Monitoring von Therapien mittels dieses einfachen Assays ist prinzipiell möglich. Im Einzelfall kann gegebenenfalls im Rahmen neuartiger therapeutischer Verfahren eine Empfehlung zur Dosisanpassung auf Basis solcher pharmakodynamischer Beobachtungen erfolgen. Im klinischen Alltag erscheint bei unzureichendem Ansprechen einer bestehenden Therapie mittels TNFa-Inhibitor die Möglichkeit einer Augmentierung durch Tofacitinib möglich. In den vorliegenden Daten erwies sich diese Kombination in hoher Dosierung von Tofacitinib als äußerst effektiv in der Modulation des JAK-STAT-Signalweges. Ein direkter Einfluss von Steroiden auf den JAK-STAT-Signalweg im Sinne einer Interaktion mit Zytokin-Rezeptoren oder Januskinasen scheint nicht vorzuliegen. In Einzelfällen konnte spezielles Monitoring einzelner Signalwege, in diesem Falle des JAK-STAT-Signalweges, zur Unterstützung klinischer Entscheidungsfindung im medizinischen Alltag eingesetzt werden

Isolated thrombotic microangiopathy of the small intestine in a patient with atypical hemolytic uremic syndrome – a case report

Background Atypical hemolytic uremic syndrome (aHUS) is a rare disease characterized by systemic thrombotic microangiopathy (TMA) reflected by hemolysis, anemia, thrombocytopenia and systemic organ injury. The optimal management of aHUS-patients when undergoing kidney transplantation to prevent recurrence in the allograft is eculizumab, an approved recombinant antibody targeting human complement component C5. Case presentation A 39 year-old woman presented with severe abdominal pain, diarrhea and emesis for 3 days. In her past medical history she had experienced an episode of aHUS leading to end stage renal disease (ESRD) in 2007 and a genetic workup revealed a heterozygous mutation in the membrane cofactor protein gene. In 2014 she underwent cadaveric kidney transplantation. Four years later she had to go back on hemodialysis due to allograft failure following a severe systemic cytomegalovirus infection resulting in transplant failure. At presentation she still received calcineurin-inhibitor therapy and reported subfebrile temperatures and pain projecting over the transplant prior to the current symptoms. A contrast enhanced CT-scan of the abdomen revealed inflammatory wall thickening of the small intestine. Diagnostic endoscopy discovered fresh blood in the small intestine without a clear source of bleeding. Histopathology of the small intestine biopsies showed severe thrombotic microangiopathy. Of note, the patient persistently had no signs of systemic hemolysis. Since the TMA of the small intestine was most likely due to aHUS, eculizumab treatment was initiated which abolished the symptoms. Conclusion Here we report a patient with thrombotic microangiopathy with predominant manifestation in a single organ, the small intestine, due to aHUS with absence of systemic signs and symptoms. aHUS patients usually require a secondary trigger for the disease to manifest. In this case, the trigger may be attributed to the dysfunctional renal transplant, which was subsequently explanted. Histology of the explanted kidney showed severe inflammation due to purulent nephritis and signs of cellular rejection. After nephrectomy, we continued eculizumab therapy until the patient completely recovered. No signs of TMA recurred after discontinuation of eculizumab, further supporting the concept of the renal transplant as the main trigger of TMA of the small intestine in our patient