The Role of Proinflammatory Cytokines and the Inflammasome in Pemphigus

Abstract

Pemphigus vulgaris (PV) ist eine blasenbildende Autoimmunerkrankung, die aufgrund schwerwiegender Komorbiditäten, welche durch aktuelle Behandlungsmethoden ausgelöst werden können, immer noch eine therapeutische Herausforderung darstellt. Hinzukommen ein oftmals refraktärer Verlauf und eine hohe Mortalität, falls die Erkrankung nicht behandelt wird. Die meisten Patienten weisen IgG Autoantikörper gegen die desmosomalen Adhesionsmoleküle Desmolglein 3 (Dsg3) und Desmoglein 1 (Dsg1) auf. Diese Autoantikörper führen zu einer Dissoziation der Keratinozyten, ein Vorgang der auch Akantholyse genannt wird und folglich einer Blasenbildung der Haut. Obwohl anti-Dsg IgG Antikörper in der Epidermis omnipräsent sind, findet die Blasenbildung nur in bestimmten Bereichen der Haut und der Schleimhaut statt. Daher ist es von großer Bedeutung, die Diskrepanz zwischen Bindung der pathogenen Antikörper und der fehlenden Blasenbildung aufzudecken, welche vermutlich durch einen lokalen Kofaktor verursacht wird, der die Manifestation der Erkrankung begünstigt. Da Zytokine des angeborenem Immunsystems wie Interleukin-(IL-)1 und IL-6 in Blasenflüssigkeit und Serum von Pemphigus Patienten gefunden wurde, könnte eine Entzündung induziert durch das angeborene Immunsystem als Kofaktor dienen, der zur Blasenbildung führt. Somit könnte die regionale Aktivierung des angeborenem Immunsystems die Manifestation der Erkrankung an bestimmten Lokalisationen erklären. Um die Rolle der innaten Zytokine und der Aktivierung des Inflammasoms näher zu untersuchen, wurden zunächst Stimuli identifiziert, die eine angeborene Immunantwort in Keratinozyten hervorrufen. Hierbei stellten die Bestrahlung mit UVA, mechanischer Stress und die Aktivierung von TLR3 durch Poly I:C vielversprechende Kandidaten dar. Die Dissoziation des Zellrasen aufgrund von Beeinträchtigung der Desmosomen wurde mittels eines etabliertem Keratinozyten Fragmentation Assay gemessen, um Rückschlüsse auf die Pathogenität von Antikörper und Kofaktor zu ziehen. Hier wurde beobachtet, dass UVA und Poly I:C in Kombination mit anti-Dsg3 Antikörpern zu einer signifikanten Erhöhung der Fragmentzahl führte, verglichen mit einer alleinigen Behandlung mit anti-Dsg3. Dieser Effekt war abhängig von der Aktivität von Caspasen. Um dies unter physiologischeren Bedingungen zu bestätigen, wurden Hautstanzen ex vivo mit UVA und anti-Dsg3 Antikörper behandelt. Hierbei wurde auch bereits nach alleiniger Behandlung mit anti-Dsg3 Antikörper eine suprabasale Blasenbildung beobachtet. Die eingesetzte Antikörperkonzentration wurde dann auf ein subpathogenes Level titriert, unter welchem keine Blasenbildung beobachtet werden konnte. Nach Bestrahlung der Stanzen mit einer nicht-toxischen Dosis UVA wurde auch in Kombination mit einer subpathogenen Antikörper Konzentration eine Akantholyse festgestellt. UVA-Strahlen ohne weitere Behandlung führten im Gegensatz dazu zu keiner Blasenbildung. Zusammenfassend scheint die Aktivierung des angeborenen Immunsystems als Kofaktor an der Entstehung der Blasenbildung in Pemphigus vulgaris beteiligt zu sein.

Pemphigus vulgaris (PV) is an autoimmune blistering disease which is therapeutically still a challenge due to severe co-morbidities of current treatment options and, in part, a refractory course and a high mortality when untreated. Most patients have IgG autoantibodies directed against desmosomal adhesion proteins like Desmoglein 3 (Dsg3) or Desmoglein 1 (Dsg1). These antibodies lead to dissociation of keratinocytes also called acantholysis and subsequent blister formation of the skin. Although anti-Dsg IgG antibodies are present ubiquitously in the epidermis, blister sites occur at distinct areas of the skin and mucous membranes. Therefore, it is vital to elucidate the discrepancy between binding of pathogenic IgG autoantibodies but lack of blister formation, putatively by identification of local cofactors responsible for disease manifestation. Since cytokines of the innate immune system, like interleukin-1 (IL-1) and interleukin-6 (IL-6) were detected in blister fluids and sera of patients, The hypothesis arose that the induction of innate inflammation might serve as cofactor for blister formation. Thus, the regional activation of the innate immune system could explain the discontinuous disease manifestation observed in PV patients. To dissect the role of innate cytokines and activation of the inflammasome in PV first stimuli were identified that induce an innate response in keratinocytes. Hereby, irradiation with UVA, mechanical stress and TLR3 activation through Poly I:C represent promising candidates. Using an established keratinocyte fragmentation assay, the dissociation of the cell layer due to desmosome disruption was quantified to evaluate pathogenicity of antibody and cofactor. Here it was observed that UVA and Poly I:C in addition to treatment with anti-Dsg3 antibodies resulted in a caspase-dependent significantly higher number of fragments compared to treatment with anti-Dsg3 alone. In a more physiological setting, ex vivo skin explants were treated with UVA and anti-Dsg3 antibody as well. In this setting the treatment with anti-Dsg3 IgG led to suprabasal acantholysis. The concentration of the antibody then was titrated to a subpathogenic concentration, meaning that acantholysis was not present. After irradiation with a non-toxic dose of UVA, acantholysis was observed histologically. Irradiation with UV alone did not lead to any blister formation. Taken together, the hypothesis was set up that innate immune activation acts as a possible cofactor in the disease manifestation of PV.