Pi mekanism
Pi -konceptet hänvisar till den farmakologiska interaktionen mellan läkemedel och immunreceptorer. Det förklarar en form av läkemedelsöverkänslighet , nämligen T-cellstimulering , som kan leda till olika akuta inflammatoriska manifestationer som exanthemer , eosinofili och systemiska symtom , Stevens-Johnsons syndrom , toxisk epidermal nerkrolys och komplikationer vid utsättning av läkemedlet.
Princip
Pi-konceptet kopplar farmakologi med immunologi : Det innebär att läkemedel binder direkt, som en aktivitet utanför målet till immunreceptorer, vilket resulterar i olika former av T-cellstimuleringar. Pi börjar alltså med en farmakologisk aktivitet utanför målet för läkemedlet följt av en kaskad av immunologiska händelser som alltid börjar med T-cellsaktivering, även om läkemedlet inte binds till själva T-cellen utan till en antigenpresenterande cell (APC ) .
Läkemedelsbindningarna sker genom icke-kovalenta bindningar (t.ex. vätebindningar , elektrostatiska interaktioner , van der Waals-krafter ) till några av de mycket polymorfa T-cellsreceptorerna för antigen (TCR) och/eller humana leukocytantigener (HLA). Bindningen sker mestadels på cellytan och är labil, reversibel och övergående. Det interagerar med de avgörande molekylerna för antigenberoende T-cellsaktivering, vilket kan förändra själv-HLA så att det ser ut som en allo-HLA-allel, som T-celler reagerar starkt på; Viss läkemedelsbindning till själva TCR kan – tillsammans med HLA-peptidinteraktion – framkalla TCR-CDR-signalering eller förändra TCR-konformationen, och därigenom förstärka dess interaktion med HLA-peptid (allogen effekt). Vissa läkemedel kan inte bara interagera med immunreceptorerna på ytan utan även inuti cellen ( endoplasmatiskt retikulum t.ex. Abacavir till HLA-B*57:01). Detta kan orsaka en förändring av presenterade peptider (förändrad peptidmodell).
Immunreceptorernas polymorfism förklarar till stor del den notoriskt oförutsägbara " idiosynkrasin " av läkemedelsöverkänslighetsreaktioner (DHR), eftersom vissa av de individuellt distinkta proteinsekvenserna kan binda läkemedlet bättre än andra. Därmed reagerar endast de individer på läkemedlet som uttrycker den passande proteinsekvensen, t.ex. en viss HLA-allel.
Hittills har endast αβ TCR och HLA-klass I och II- proteiner beskrivits som målstrukturer för pi-medierad läkemedelsöverkänslighet, men det är troligt att andra immunreceptorer ( γδ-TCR , HLA-Klass Ib, etc.) också är möjliga utanför målstrukturer.
Historia
Hapten koncept
Ursprungligen förklarades immunstimuleringen av läkemedel uteslutande av haptenkonceptet , som undersöktes i början av 1930-talet: I dessa tidiga studier fann man att läkemedel var för små för att representera ett antigen i sig. Endast om de eller deras metaboliter är haptener, och därigenom bildar större och stabila läkemedelsproteinkomplex, sågs de som nya antigener. En sådan bildning av ett komplett antigen (läkemedelsproteinkomplex, så kallade addukter ) ansågs vara ett nödvändigt steg för att stimulera ett immunsvar, eftersom läkemedlet ensamt förblev obemärkt av immuncellerna.
En klassisk klinisk modell för en haptenreaktion är kontaktdermatit . Detta är en hudsjukdom baserad på en lokaliserad immunreaktion i huden mot en kemiskt reaktiv, topisk applicerad förening, som binder genom kovalenta bindningar till ett bärarprotein; många av kontaktsensibilisatorerna har också en toxisk effekt, vilket kan vara viktigt för samstimuleringen av immunförsvaret. Omfattande in vitro- och in vivo -data stödjer haptenkonceptet vid kontaktdermatit.
Det var frestande att använda haptenmodellen för att förklara generaliserad DH också: Den läkemedelsklass som oftast är involverad i generaliserad DHR är penicilliner . När de appliceras på huden framkallar de kontaktdermatit. Penicilliner är klassiska haptener och penicillinmodifierade proteiner som albumin har upprepade gånger hittats hos patienter efter behandling. Således antogs det att den generaliserade DHR vid parenteral eller oral applicering efter penicilliner också beror på hapten-egenskapen hos denna läkemedelsklass.
”Hapten-konceptet” utökades snart till att förklara alla immunförmedlade (biverkningar av läkemedel): Endast om läkemedlet eller en metabolit kunde fungera som hapten och binda kovalent till proteiner, då ansågs läkemedlet kunna framkalla immunreaktioner bl.a. generaliserat exantem , läkemedelsinducerad hepatit , DRESS , SJS / TEN etc. Följaktligen, under preklinisk riskbedömning av ett nytt läkemedel, kan den potentiella läkemedelskandidaten screenas noggrant med avseende på haptenegenskaper, och om kandidatläkemedlen orsakade någon negativ immunförmedlad reaktion, det var kopplat till deras haptenegenskaper eller, om moderföreningen saknade haptenegenskaper, postulerades ett haptendrag hos en läkemedelsmetabolit som orsak till DHR. Viktigt är att haptenteorin som förklaring till alla generaliserade immunreaktioner ofta var omtvistad och svår att förena med många experimentella eller kliniska fynd.
Pi koncept
Pi-konceptet representerar en alternativ förklaring av immunstimulering av läkemedel i DHR. Det innebär att ingen bildning av ett nytt antigen (hapten-proteinkomplex) behövs för att framkalla en immunaktivering: T-celler stimuleras av att läkemedlet binder till immunreceptorer direkt, vilket leder till konformationsförändringar av HLA och/eller TCR samt till signalering av TCR-CD3-komplexet : pi-konceptet skapades och formulerades av Prof. emeritus Werner J. Pichler i början av 2000, baserat på studier med läkemedelsspecifika T-cellkloner, härledda från patienter med DHR. De bakomliggande undersökningarna utfördes av olika doktorander i Pichlers forskargrupp vid Inselspital / University of Bern i Bern , Schweiz . Det väsentliga, initiala fyndet var att T-celler från patienter med DH visade en specifik reaktion på det inkriminerade läkemedlet in vitro ( proliferation , cytotoxicitet , cytokinfrisättning ), och att denna läkemedelsberoende stimulering av immunceller förlitade sig på labila (=icke-kovalenta) bindning av läkemedel till cellytproteiner, nämligen på antigenpresenterande celler och T-celler, som fanns i cellkulturen.
Att en icke-kovalent och läkemedelsbindning var tillräcklig för T-cellstimulering visades av tre huvudfynd som låg bakom labiliteten av läkemedelsbindningar: tvättning av cellerna i cellkulturen (APC, T-celler) tog effektivt bort läkemedlen, och cellerna kunde inte stimuleras längre; Detta betyder att läkemedlet var bindande på ett labilt sätt, vilket var möjligt med den inerta moderföreningen; Transformation till en reaktiv metabolit behövdes inte för att framkalla en reaktion: blockering av bearbetning eller metabolism av läkemedel störde inte reaktiviteten och till och med fixering av de antigenpresenterande cellerna med glutaraldehyd misslyckades med att eliminera T-cellsreaktivitet; Och slutligen genom reaktionshastigheten: reaktionen inträffade inom några minuter, innan ämnesomsättningen kunde inträffa; tillsats av läkemedlet till cellkulturen innehållande läkemedelsreaktiva T-celler resulterade i ett Ca2 + -inflöde i läkemedelsspecifika T-celler inom mindre än en minut.
Under åren kunde detta pi-koncept bekräftas av många funktionella och strukturella studier inklusive kristallografi som lokaliserade den exakta regionen av immunreceptorn (HLA-B*57:01, TCRVβ20, etc), till vilken ett visst läkemedel binder. Eftersom avgörande och mycket känsliga molekyler för T-cellsaktivering är riktade kan komplexa och mycket varierande immunologiska konsekvenser utvecklas: olika typer av T-celler aktiveras i varierande grad, vilket leder till inflammatoriska konsekvenser med en mycket polymorf klinisk bild av akuta symtom, följt av olika sena komplikationer.
Typ av T-cellsaktivering
Modifieringen av själv-HLA, av TCR eller av TCR-peptid-HLA-komplexet genom icke-kovalenta, bindningar av läkemedel är en reversibel, övergående process, vars effekt är starkt beroende av affiniteten hos läkemedel-proteininteraktioner. Läkemedlet kan binda först till HLA-peptidkomplexet (pi HLA) eller TCR-komplexet (pi TCR). Ibland kan läkemedlet vara instängt mellan TCR och HLA.
Pi HLA är ofta kopplat till en slående HLA-association av DHR (visas för abakavir, karbamazepin, allopurinol, dapson, vankomycin etc.), eftersom läkemedlet binder till en viss HLA-allel med högre affinitet än till andra HLA-molekyler. Pi TCR är mindre undersökt. Läkemedelsbindning till vissa delar av TCR Vβ-kedjorna kan vara tillräcklig för full aktivering, om interaktion med HLA-peptidkomplex är möjlig; andra pi TCR-bindningar kan kräva ytterligare T-cellsaktivering (t.ex. genom virusinfektion) för att leda till kliniska symtom.
In vitro-analysen av pi med användning av läkemedelsspecifika T-cellkloner (TCC) eller TCR-transfekterade cellinjer genererade från patienter med DH avslöjade en stark stimulering: En hög nivå av T-cellsmedierad cytotoxicitet, ett brett spektrum av utsöndrade cytokiner och polyklonalitet observerades ; Pi-stimuleringen var oortodox: vissa CD4+ T-celler reagerade okarakteristiskt på HLA-klass I- eller CD8+-T-celler på HLA-klass II-läkemedelspresentation eller visade inte strikt HLA-restriktion, och vissa TCC var polyspecifika (de reaktiva T-cellsklonerna reagerade med olika peptider): Sammantaget framkom bilden av att pi-inducerade T-cellstimuleringar har egenskaper hos allo-liknande immunstimuleringar (allo-stimulering).
Kliniska presentationer av pi-reaktioner
Akuta pi-stimuleringar
De två huvudsakliga kliniska resultaten av akuta pi-reaktioner är MPE/DRESS å ena sidan och SJS/TEN å andra sidan. Hos MPE/DRESS-patienter kan höga antal cirkulerande, atypiska (aktiverade) lymfocyter och höga nivåer av olika cytokiner hittas i cirkulationen. Läkemedelsstimulering in vitro avslöjar en prolifererande, hög cytokinutsöndrande, cytotoxisk CD4- och CD8-T-cellsreaktion på det inkriminerade läkemedlet, som ibland kan detekteras under många år. Däremot kan patienter med SJS/TEN visa lymfopeni, bara blåsvätskorna är fulla av främst CD8/NK+, cytotoxiska T-celler, som kan döda keratinocyter. Cytotoxiska molekyler ( granzym B , perforin , granulysin ) kan detekteras in vivo i blod och blåsvätska under de första dagarna av sjukdomen. Under den akuta sjukdomen (1–2 veckor) reagerar T-cellerna fortfarande i in vitro-analyser, men efter 3–4 veckor verkar CD8-cellkompartmentet, som anses vara den huvudsakliga ansvariga cellpopulationen för sjukdomen, vara utmattade och är motståndskraftiga mot läkemedelsstimulering. Hur denna CD8-utmattning uppnås är okänt.
Sena komplikationer av pi-stimuleringar
Om pi-stimuleringen resulterade i T-cellsexpansion och aktivering (MPE, DRESS), kan vissa av de pi-aktiverade T-cellerna fortsätta att reagera i frånvaro av läkemedel: deras TCR kan vara korsreaktiv med omodifierad, själv-HLA-presenterande exogena peptider (främst av herpesvirusursprung) eller vissa självpeptider: denna typ av korsreaktivitet med exogena eller självpeptider och själv-HLA förklarar två sena komplikationer efter svår DHR, mestadels KLÄDNING: den ena är viral reaktivering: herpesvirus finns permanent i olika celltyper efter infektion (fibroblaster, endotelceller, hematopoetiska celler, hjärnceller, etc) och kontrolleras av T-celler. När dessa herpesvirusspecifika T-celler aktiveras av pi, reagerar de med de celler som uttrycker herpesviruspeptiden och skadar dem genom sin cytotoxiska potential: en konsekvens är att viruspartiklar frisätts i cirkulationen och symtom på viral reaktivering (hög virusbelastning, möjligen ökning av leverenzymer och av aktiverade lymfocyter).
En andra våg av peptidreaktivitet kan hamna i autoimmunitet: den onormala stimuleringen av pi inkluderar T-celler från den naiva och minnes-T-cellpoolen. Det kan innefatta självpeptidreaktiva T-celler, som, om motsvarande självpeptider presenteras och påträffas, frisätter cytokiner och utövar cytotoxicitet - autoimmunitet kan uppstå. Eftersom sådana självpeptidreaktiva T-celler finns i relativt låga mängder behöver de >6–8 veckor för att expandera och dyka upp efter virusreaktiveringarna. Autoimmunitet förekommer hos en minoritet av patienterna (<20%) och kan ofta manifesteras som autoimmunt polyendokrint syndrom.
Multipel läkemedelsöverkänslighet (MDH): en ytterligare konsekvens av pi-stimuleringar som DRESS eller svår MPE är MDH; sådana patienter utvecklar en ytterligare DHR till ett strukturellt annorlunda läkemedel, med samma eller olika kliniska manifestationer. MDH förekommer i ca. 20 % av patienterna med DRESS, och kan inträffa när som helst, från början av DRESS (ofta till en kombinationsterapi), under den initiala aktiveringen, och kan till och med dyka upp år efter den första DHR
Demonstration av pi-reaktivitet
En huvudsvårighet med DHR-forskning och svag punkt med pi-konceptet är det faktum att det är besvärligt att påvisa en pi-reaktivitet – nämligen att T-cellsstimuleringen inträffade på grund av icke-kovalent läkemedelsbindning till immunreceptorer. I princip förklarades en T-cellsmedierad DHR med pi om läkemedlets bindning till immunreceptorerna visade sig vara labilt.
In vitro analys
För att visa labiliteten av läkemedelsbindning krävdes läkemedelsspecifika T-cellinjer, T-cellkloner och TCR-hybridomceller. Tvättning av cellblandningen av läkemedel, APC och T-celler upphävde pi-reaktiviteten, medan T-cellsreaktionen på haptener fortsatte. Presentationen av peptider av HLA på APC tar > 4 timmars pulsering (upptag av haptenmodifierat protein, bearbetning och presentation), och kan också kräva metabolism, om det stimulerande läkemedlet var kemiskt inert och inte en hapten. Därför tolkades en omedelbar reaktivitet av T-celler (t.ex. mätt genom snabbt Ca 2+ -inflöde) såväl som reaktivitet mot läkemedlet i närvaro av protein- och metabolismhämmare eller genom att använda glutaraldehydfixerade antigenpresenterande celler som pi-reaktion. Pi-reaktivitet påvisades för ett antal läkemedel ( SMX , lidokain , lamotrigin , karbamazepin , olika radiokontrastmedel , kinoloner , vankomycin , dapson , etc.), inklusive vissa läkemedel som kan verka via pi eller som hapten ( piperacillin , flukloxacillin , amoxicillin cefalosporiner , monobaktamer ) . I dessa fall var pi-reaktiviteten ansvarig för mer allvarliga reaktioner som hepatit hos flucloxacillin/B*57:01-bärare eller DRESS med amoxicillin och piperacillin
Klinisk analys
DRESS/SJS/TEN (svår DHR) och HLA-kopplad DHR är pi. Till en början trodde man att pi-reaktioner var undantaget medan haptenmekanismen representerade huvudorsaken till systemisk T-cellsmedierad DHR. Omvänt verkar det vara motsatsen eftersom pi verkar vara huvudmekanismen i T-cellsmedierad DHR: Närhelst mekanismen undersöktes hur droger orsakar allvarlig DHR (DRESS, SJS/TEN), visade sig det alltid bero på pi.
Det är oklart om majoriteten av allvarliga MPE beror på pi. Eftersom in vitro-analysen av amoxicillin-inducerad MPE (analys av >150 amoxicillin-inducerad MPE) regelbundet avslöjar höga utsöndringar av IL-5, IL-13, IFNg, granzym B och granulysin vid läkemedelsexponering (mycket lik DRESS-fall), Vitro-läkemedelsstimulering i MPE är ofta stark och inkluderar utsöndring av Th1, Th2 och cytotoxiska cytokiner samtidigt. Det är faktiskt ofta starkare och bredare än cytokinutsöndringen vid stelkrampskontroll, och påminner om en in vitro blandad leukocytreaktion (MLR). Ytterligare arbete behövs, men de flesta MPE verkar förmedlas av pi.
Viktigt är att alla läkemedel som utvecklar DHR och har en stark HLA-koppling (t.ex. allopurinol/oxypurinol och B*58:01) stimulerar via pi. Proteinreaktioner är inte HLA-begränsade: Ett protein är stort och bearbetas till olika små peptider. Dessa peptider (inklusive de haptenmodifierade peptiderna) passar in i olika HLA-alleler och inte i bara en HLA som observerats med läkemedel. Således kan DHR-HLA-kopplingen som ses med vissa läkemedel endast förklaras av direkt läkemedelsbindning till en alleltypisk region av HLA-molekylen. Detta bekräftades också i strukturella och beräkningsstudier. Viktigt, om ett läkemedel kan vara stimulerande av pi eller haptenmekanismer (SMX/SMX-NO, beta-laktamer), förmedlas de allvarliga T-cellsmedierade symtomen av pi och är HLA-allelbegränsade, medan haptenreaktionerna inte är . Således är listan över läkemedel som verkar via pi och orsakar DHR längre än listan över haptenliknande läkemedel (tabell).
Först hapten, sedan icke-kovalent läkemedelsbindning: Ett starkt argument för en haptenmekanism bakom DHR var läkemedlets förmåga att orsaka alla, nämligen IgG, IgE och T-cellsmedierad DHR, eftersom dessa olika immunreaktioner krävde den immunogena presentationen av drog på olika sätt. Detta uppnås bäst med användning av hapten (och därmed antigena) egenskaper hos ett läkemedel. De klassiska haptenläkemedlen betalaktamantibiotika, SMX-NO eller PPI kan faktiskt inducera alla former av Gell och Coombs immunstimuleringar, medan t.ex. klassiska och exklusiva pi-läkemedel som karbamazepin eller abakavir endast inducerar T-cellsreaktioner, men aldrig anafylaxi. Viktigt är att förmågan att fungera som hapten inte utesluter att icke-kovalent bindning som i pi spelar en roll i DHR. Under en DHR kan faktiskt typen av läkemedelsproteinbindning förändras: Ett läkemedel kan fungera som hapten i induktionsfasen och orsaka asymtomatisk immunitet, men effektormekanismen för immunglobulinreaktioner och någon allvarlig T-cellsmedierad DHR kan faktiskt bero på icke-kovalenta läkemedelsbindningar. Således är betalaktamantibiotika – de klassiska haptenläkemedlen – den främsta orsaken till "falska antigen"-reaktioner, läkemedelsinducerad immuntrombocytopeni ( DITP ) och pi-stimuleringar, som alla är baserade på icke-kovalenta läkemedel-proteininteraktioner och inte är antigeninducerad.
Det polyklonala T-cellssvaret som härrör från minnes-T-cellpoolen inkluderar T-celler som initieras av tidigare immunsvar. En viktig roll spelar herpesvirus (HHV6, CMV, EBV, Herpes simplex I), där en relativt stor mängd T-celler är involverade i kontrollen av dessa herpesvirus. Faktum är att reaktivering av herpesvirus är så vanligt att det är en del av den japanska definitionen av DRESS. Eftersom prekursorfrekvensen för sådana herpesvirusspecifika T-celler är hög (upp till 10 % av CD8+ T-cellerna hos äldre kan ägnas åt herpesviruskontroll, uppträder symtom på grund av sådana T-celler redan efter ca 2–6 veckor.