Immunterapier vid Parkinsons sjukdom

Datum: februari 2017
författare: Howard E. Gendelman, MD, Martin Ingelsson, Vladimir Kostić, MD, PhD, Leonidas Stefanis, MD, PhD
redaktörer: Michael S. Okun, läkare, och Stella M. Papa, läkare

Sambandet mellan immunsystemet och patogenesen av Parkinsons sjukdom (PS), och i synnerhet alfa-synuklein (α-syn), har varit i fokus för intensiva forskningsinsatser under många år. Detta samband har nyligen hamnat i förgrunden av PD-gemenskapens intresse, i takt med att de första kliniska prövningarna av PD med immuniseringsstrategier mot α-syn har påbörjats. De uppenbart uppmuntrande resultaten från liknande strategier som riktar sig mot beta-amyloid (Aβ) vid Alzheimers sjukdom (AD) har sporrat intresset ytterligare, och bortom till olika strategier för immunologiska behandlingar vid PD. Vi har bett två experter på området – doktorerna Howard Gendelman och Martin Ingelsson – att kommentera dessa frågor. Dr Vladimir Kostić har lämnat ytterligare kommentarer ur ett kliniskt perspektiv.

Med tanke på de många mediatorer av immunsvaren som tydligen är involverade i Parkinsons patogenes, vilka komponenter har identifierats som specifika mål för immunterapier?

Howard Gendelman: Som vi alla är överens om finns det ännu inga sätt att reparera nervskador vid Parkinsons sjukdom. Nuvarande behandlingsmetoder är varken botande eller skyddande. Ingen av dem stoppar den progressiva nigrostriatala degenerationen eller den mer utbredda degenerationen som är ansvarig för många av de försvagande icke-motoriska symtomen på sjukdomen. De viktigaste patologiska kännetecknen för sjukdomen inkluderar intraneuronala Lewykroppar (LB), inflammation och oxidativ stress. Ökat antal aktiverade mikroglia omger områden med dopaminerg neuronal förlust. Huruvida immunkontrollen av hjärnans mikromiljö utövar sina effekter indirekt, via mikroglia, eller direkt på neuronala celler är ett debatterat ämne. I vilket fall som helst representerar transformation av det adaptiva immunsystemet, baserat på B- och T-cellssvar, en gångbar terapeutisk metod.

Det finns många obesvarade frågor: Hur kan man förbättra nigralneuronfunktionen genom att förändra de funktionella aktiviteterna hos det medfödda (baserade på mikroglia) och adaptiva immunsystemet? Kan detta ske akut genom att förändra neurotransmittorer, eller bara genom att förändra cytokinmiljön som skadas av frisättningen, och sedan aktivering av felveckade aggregerade och nitrosylerade proteiner, såsom α-syn? Kan felveckade proteiner i sig själva orsaka sjukdomens patobiologi, och hur kan sådana aktiviteter utnyttjas för behandling? Vår egen forskning syftar till att undersöka hur immunitet kan utnyttjas som en neurobeskyddande strategi, och genom att göra det arbeta för att rikta in sig på specifika delar av immunsystemet för terapeutisk vinst. Vårt mål är att utveckla relevanta sjukdomsbiomarkörer som kan förändras för att förbättra kliniska resultat; förhoppningen är att sådana biomarkörer kan förutsäga sjukdomsutfall och övervaka strategiska förbättringar av Parkinsons manifestationer.

Baserat på α-syns roll i Parkinsons sjukdomssjukdom kan immunisering mot α-syn vara en bra strategi, men en effektiv immunisering av patienter står inför många utmaningar. Vilka är de största problemen som måste beaktas med denna metod?

Martin Ingelsson: Immunbaserade terapier har visat sig effektiva för ett växande antal icke-infektiösa sjukdomar, allt från olika maligniteter till reumatiska sjukdomar och osteoporos. När det gäller CNS-sjukdomar kan endast multipel skleros ännu behandlas med denna typ av metod. Emellertid har ett antal immunterapistudier på Alzheimers sjukdom – med inriktning på Aβ, proteinet som ackumuleras som plack – inletts och några av dessa pågår fortfarande. På liknande sätt hoppas vi nu att immunterapi mot α-syn, proteinet som ackumuleras som Lewykroppar/Lewyneuriter, kan vara en genomförbar strategi för Parkinsons sjukdom. Situationen för α-syn vid Parkinsons sjukdom är i många avseenden lik Aβ vid Alzheimers sjukdom. Starka genetiska och biokemiska bevis tyder på att båda proteinerna är verkligt centrala för patogenesen av respektive sjukdom. Dessutom har flera studier visat att förebyggande och/eller minskning av aggregerad Aβ och α-syn på transgena gnagarmodeller genom immunterapi delvis kan lindra mössens fenotyp. Det finns således goda skäl att tro att inriktning på α-syn genom immunmedierade terapier kan vara effektivt.

I likhet med, och ännu viktigare än för Aβ-riktade terapier, kan det vara olämpligt att rikta in sig på α-syn i allmänhet. Detta protein tros utföra viktiga synaptiska funktioner och en generell minskning av α-syn kan således leda till oönskade effekter. Dessutom bör man förmodligen undvika att rikta in sig på perifer (förmodligen monomerisk) α-syn. Av dessa skäl kan det vara mer fördelaktigt att söka en selektiv reduktion av aggregerade arter. Eftersom flera bevis tyder på att prefibrillära, fortfarande lösliga, oligomerer/protofibriller har en uttalad neurotoxisk effekt, kan sådana proteinformer vara särskilt lämpliga att rikta in sig på, och detta är en metod som vi har använt i vårt eget arbete.

Studier på transgena möss har visat en minskning av α-syn-patologi vid både passiv och aktiv immunisering. Utifrån sådana studier är det inte möjligt att avgöra om effekterna kan tillskrivas intra- eller extracellulär verkan (eller båda). Passage av monoklonala antikroppar över blod-hjärnbarriären är begränsad. Cellkulturstudier indikerar dock att antikropparna lätt kan passera över cellmembran. Således, även om endast en liten del av de administrerade antikropparna når det centrala nervsystemet, är det troligt att en betydande del av dem kan hamna inuti celler (där det mesta av patologin kan hittas). Den växande insikten att proteinpatologi kan spridas från cell till cell gör det dock mer troligt att vi kan producera terapeutiska effekter även genom att rikta α-syn extracellulärt.

De avslutade och pågående studierna som riktar sig mot Aβ vid Alzheimers sjukdom har lärt oss flera saker. För det första måste vi sträva efter att rekrytera patienter i ett tidigt sjukdomsstadium. För det andra måste vi säkerställa att diagnosen är korrekt. För det tredje måste vi påvisa en behandlingseffekt på en eller flera parametrar relaterade till patogenesen. För Alzheimers sjukdom har detta varit möjligt tack vare detaljerad kunskap om tidig symtomatologi och utvecklingen av nya PET-baserade avbildningsmetoder. När det gäller Parkinsons sjukdom har prodromalsymtomen ännu inte definierats lika tydligt och kan därför inte enkelt användas för patientrekrytering. Dessutom har vi fortfarande ingen metod med vilken vi kan påvisa ansamlingen av α-syn i hjärnan vid Parkinsons sjukdom. Därför behöver nya diagnostiska metoder – baserade antingen på cerebrospinalvätskeanalyser eller positronemissionstomografi – utvecklas. När sådana tekniker väl är på plats kan de vara användbara både för att identifiera försökspersoner för kliniska prövningar och för att påvisa målgruppsengagemang.

Howard Gendelman: LB:er innehållande aggregerad och nitrerad α-syn som frisätts till den extraneuronala miljön inducerar aktiverade mikroglia och påverkar uppkomsten av T-cellspopulationer från nya antigener som presenteras i periferin. Aktiverade mikroglia producerar proinflammatoriska och neurotoxiska mediatorer som skadar omgivande neuroner. Ett sådant medfött immunsvar kan också påverka immunologisk tolerans, vilket resulterar i specifika T-cellsaktiveringsprofiler. Till exempel har vår grupp visat att i närvaro av modifierat självprotein, nitrerad α-syn, induceras specifika effektor-T-celler (Teff) i periferin och trafikerar till inflammerade hjärnans fokus för att mediera neurodestruktiva aktiviteter i djurmodeller av Parkinsons sjukdom, antingen genom direkt neurotoxicitet eller genom indirekt förvärring av mikroglial funktion. Alternativt kan regulatoriska T-celler (Treg) agera i en neurobeskyddande funktion genom att upprätthålla immunologisk tolerans och modulera inflammation. I samband med neurodegeneration kan Treg transformera T-celler med neurodestruktiva Th1- och Th17-svar till neurobeskyddande celler, vilket tjänar till att skydda skadade dopaminerga neuroner.

Det är uppenbart att behandlingar riktade mot inflammationen kring α-syn-patologi kan vara neurobeskyddande. Vi ber båda experterna att kommentera fördelarna och nackdelarna med immunmodulering kontra immunisering.

Martin Ingelsson: En framgångsrik utveckling av en framtida behandling för Parkinsons sjukdom behöver bygga på kunskap om de underliggande patofysiologiska processerna. Observation av patologiska särdrag på hjärnvävnad från Parkinsons sjukdom efter döden ger oss vanligtvis ingen information om huruvida förändringarna är primära eller sekundära. Därför kan vi inte vara säkra på att de α-syn-innehållande LB:erna i sig själva inducerar den potentiellt skadliga aktiveringen av immunsystemet. Alternativt kan immunsystemrelaterade händelser inträffa först och leda till en förändrad mikromiljö som i sin tur skulle utlösa proteinpatologin. Ytterligare ett scenario skulle vara att dessa processer påverkar och förstärker varandra, vilket innebär att både patologisk alfa-synuklein och avvikande inflammatoriska reaktioner kan vara relevanta terapeutiska mål.

Möjligheten att immunsvar, inklusive aktivering av mikroglia och astrocyter samt frisättning av olika cytokiner och en förändrad balans mellan vissa T-cellssubpopulationer, skulle orsaka eller utlösa neurodegeneration har undersökts i olika djurmodeller. Flera studier har gett uppmuntrande data, till exempel att aktivering av regulatoriska T-celler eller användning av vissa icke-steroida antiinflammatoriska läkemedel (NSAID) kan lindra neurogliapatologi. Vi behöver dock undersöka sambandet mellan α-syn och inflammation närmare - eftersom de flesta tidigare studier har utförts i modeller som inte var α-syn-relaterade. Vi behöver också undersöka om det finns vissa komponenter i immunsystemet som förändras på ett sjukdomsspecifikt sätt för att kunna användas som biomarkörer. Inga sådana CSF- eller plasmamarkörer har hittills påvisats, men användningen av deprenyl som en astrocytosrelaterad PET-ligand (Positron Emission Tomography) har indikerat att inflammatoriska förändringar kan inträffa tidigt i förloppet av Alzheimers sjukdom. Således kan en sådan avbildningsmetod – eller en som är baserad på radiomärkta antikroppar mot en kritisk neuroinflammatorisk markör – visa sig användbar för att detektera även prodromal PD.

Medan epidemiologiska studier har visat att individer som använder NSAID-preparat har en minskad risk för både Parkinsons sjukdom och Alzheimers sjukdom, har terapeutiska interventioner med antiinflammatoriska strategier hittills misslyckats för båda sjukdomarna. Sammantaget kan dessa observationer innebära att immunsystemets svar är lämpliga farmakologiska mål endast i ett mycket tidigt sjukdomsstadium. När LB-patologi har utvecklats kan det vara mer fruktbart att rikta in sig på de faktorer som ligger till grund för immunsvaren, dvs. själva α-syn-proteinet.

Howard Gendelman: Det är oklart huruvida immunterapier som riktar sig mot α-syn är ett gångbart terapeutiskt alternativ. Även om borttagning av α-syn (genom aktiv och passiv immunterapi) har visat sig modifiera sjukdom i djurmodeller, finns det betydande hinder kvar för att översätta sådana interventioner till mänsklig sjukdom. Det finns det faktum att proteinaggregaten är intracellulära, och förmågan hos sådana metoder att rikta in sig på dem kan vara suboptimal. Dessutom finns det en verklig potential för autoimmunitet och att effektor-T-cellssvar som skulle kunna framkallas hos människor skulle påskynda mikrogliala inflammatoriska svar och nervvävnadsskador. En annan fråga är att, trots antigenets design, förblir exklusiviteten hos immunsvaret mot enbart α-syn osäker. Exklusivitet är avgörande för alla slutliga positiva resultat, det är till exempel kritiskt att immunsvaret inte korsreagerar med det närbesläktade β-synukleinet. Penetration av immunsvaret i hjärnan skulle behövas för optimal effekt, och detta skulle behöva påverka både mikroglia och neuroner. Begränsningarna i att översätta vaccinationsstudier på djur till kliniska prövningar på människor vid Alzheimers sjukdom måste beaktas, och särskilt framväxten av adaptiva immun-neurodestruktiva svar hos de senare.

Martin Ingelsson: Både immunmodulering och immunisering har varit framgångsrika i musmodeller och jag anser det därför värt att även utforska dessa metoder för klinisk användning. Litteraturen beskriver dock många exempel på studier som har fungerat utmärkt på gnagare men där samma metoder har misslyckats i den kliniska prövningen. Ändå anser jag att det finns skäl att vara försiktigt optimistisk när det gäller möjligheterna till immunbaserade interventioner mot Parkinsons sjukdom. Bland de olika strategierna skulle jag då främst se passiv immunisering med alfa-synukleinmonoklonaler som den mest fruktbara vägen framåt. Om de senaste lovande uppgifterna från de kliniska prövningarna av antikroppsbaserad Alzheimers sjukdom håller i sig tror jag att vi på liknande sätt kan se fram emot positiva resultat även från α-syn-baserade prövningar. Visserligen kommer α-syn-patologin vid Parkinsons sjukdom sannolikt att vara svårare att rikta in sig på än Aβ-patologin vid Alzheimers sjukdom. Antikropparna bör utformas för att undvika det normala, fysiologiska proteinet och de behöver förmodligen penetrera inte bara BBB, utan även de neuronala/gliala cellmembranen. På klinisk nivå kommer en av de största utmaningarna att vara att identifiera patienter i ett mycket tidigt skede, innan en alltför omfattande celldöd har inträffat. Jag tror dock att de pågående ansträngningarna med att utveckla lämpliga antikroppar, transportvehiklar för BBB/cellmembran och prodromaldiagnostik avsevärt ökar chanserna för en effektiv framtida immuniseringsbehandling mot Parkinsons sjukdom och relaterade sjukdomar.

Vi bad Dr. Kostić att kommentera de kritiska stegen framåt för att utveckla immunterapier som sjukdomsmodifierande strategier som en väg att förändra förloppet av Parkinsons sjukdom.

Kommentar av Vladimir Kostić: Tyvärr har vi för närvarande ingen definierad skyddande eller reparerande behandling för Parkinsons sjukdom (PS). Försök att överföra behandlingserfarenheter från experimentella djurmodeller till patienter har generellt sett varit en besvikelse. Många anledningar kan vara orsaken till detta, men jag vill bara lyfta fram en. Den initiala utlösande faktorn för en neurodegenerativ process frigör, i en sekvens eller parallellt, ett helt nätverk av patofysiologiska mekanismer som upprätthåller patologins progression. En patologisk mekanism som är avgörande vid en viss punkt i sjukdomsutvecklingen (t.ex. i dess tidiga stadier) behöver inte nödvändigtvis vara så relevant i ett annat skede av sjukdomen. Till exempel, även om minskad risk för PS föreslogs hos patienter som får NSAID, var kliniska prövningar som undersökte effekterna av NSAID på PS-progression en besvikelse. Man kan anta att den främsta orsaken till en sådan skillnad skulle vara relaterad till tidpunkten för NSAID-administrering. När en neurodegenerativ sjukdom diagnostiseras är neuronal förlust redan avancerad och de molekylära processer som driver sjukdomsutvecklingen skiljer sig sannolikt från de som gynnar den initiala utvecklingen av sjukdomen. Ingelsson påpekar osäkerheten kring vad som föregår vad i den patologiska sekvensen av Parkinsons sjukdom: a-syn-innehållande aggregat eller immunsystemrelaterade förändringar. Därför skulle en uppenbar uppgift för kliniker, för neurobeskyddande metoder, vara att erhålla acceptabla kriterier och biomarkörer för att identifiera de tidigaste stadierna av Parkinsons sjukdom. De vi har idag är varken tillräckligt känsliga eller specifika.

Immunterapier vid Parkinsons sjukdom bygger på två grundläggande strategier: (a) generering av antikroppar mot α-syn (främst för att avlägsna α-syn-aggregat), och (b) induktion av ett specifikt T-cellsvar för att modulera det neuroinflammatoriska svaret. Vilken form av α-syn som representerar det bästa terapeutiska målet är fortfarande inte känt. Att designa och rikta in sig på antikroppar för specifika arter av α-syn och bedöma deras relativa terapeutiska potential i djurmodeller skulle vara ett rationellt första steg. Data från Spencer et al. (2016) tyder faktiskt på att selektiv inriktning på olika α-syn-varianter ger olika terapeutiska effekter hos α-syn Tg-möss beroende på tidpunkten för administrering, dvs. profylaktiskt eller under sjukdomsutveckling. Därför kan inte bara olika terapeutiska strategier vara mest fördelaktiga under olika stadier av Parkinsons sjukdom, utan också kan mer än en antikropp visa sig vara användbar, beroende på tidpunkten för applicering under sjukdomsförloppet.