Role of reactive oxygen species in rheumatoid arthritis synovial T
lymphocytes
Remans, Philip Herman Jozef
Citation
Remans, P. H. J. (2006, September 12). Role of reactive oxygen species in rheumatoid arthritis synovial T lymphocytes. Retrieved from https://hdl.handle.net/1887/4569 Version: Corrected Publisher’s Version
License: Licence agreement concerning inclusion of doctoral thesis in theInstitutional Repository of the University of Leiden Downloaded from: https://hdl.handle.net/1887/4569
108
Samenvatting
Reumatoïde artritis (RA) is een ziekte die gekenmerkt wordt door chronische gewrichtsontsteking. Dit leidt tot gewrichtspijn en zwelling en zal, indien onbehandeld, ernstige gewrichtsschade veroorzaken. Bij patiënten met RA ontstaat een ontstekingsinfiltraat in het synovium, het weefsel dat de gewrichten omkleed. In dit ontstekingsinfiltraat wordt een grote variëteit cellen aangetroffen: dendritische cellen, T – en B lymfocyten, plasmacellen, macrofagen, fibroblastachtige synoviocyten en andere. Hoewel al deze cellen en hun cytokinen een rol spelen in het ontstaan en men name in het persisteren van de gewrichtsontsteking, wordt met name aan T lymfocyten een belangrijke rol toegeschreven.
T lymfocyten die we in het synovium terugvinden, onderscheiden zich van “normale” T lymfocyten in het bloed van reumapatiënten of gezonde mensen. Eén van de bijzondere eigenschappen van synoviale T cellen is dat ze veel minder gevoelig zijn ten aanzien van externe prikkels, ofwel “hyporesponsief” zijn. Een tweede bijzondere eigenschap is dat ze lijden aan wat “oxidatieve stress” genoemd wordt. Van oxidatieve stress wordt gesproken wanneer een cel in contact komt met meer zuurstofradicalen dan de normale cellulaire buffercapaciteit (bestaande uit alle anti-oxidanten) kan verwerken. Recent werd gevonden dat bij reumatoïde artritis de oxidatieve stress waaraan synoviale T cellen lijden, lijkt samen te hangen met hun ongevoeligheid op externe prikkels. Behandeling van synoviale T cellen in kweek met antioxidanten, deed deze ongevoeligheid afnemen, terwijl T cellen van gezonde donoren na blootstelling aan oxidatieve stress even zo ongevoelig voor externe prikkels werden als synoviale T cellen.
Algeheel wordt aangenomen dat de oxidatieve stress bij synoviale T cellen ontstaat door langdurige blootstelling aan een overmaat zuurstofradicalen uit hun directe omgeving. Zuurstofradicalen vinden echter niet noodzakelijk hun oorsprong in de directe omgeving waarin een cel zich bevindt. Een cel zelf maakt ook zuurstofradicalen aan, meestal als bijproduct van ons normale metabolisme. Zo ontstaan in de mitochondriën zuurstofradicalen als bijproduct van ons aëroob metabolisme waarin zuurstof wordt omgezet tot energie in de vorm van ATP. Bij activiteit van verscheidene enzymen die toxische stoffen afbreken zoals peroxisomen, cytochroom P450, en xanthine oxidase ontstaan eveneens zuurstofradicalen als nevenproduct. Zuurstofradicalen kunnen echter ook intracellulair ontstaan na stimulatie van specifieke cellulaire oppervlaktereceptoren. Waar alle boven vermeldde zuurstofradicalen gezien worden als schadelijke afbraakproducten, zijn er sterke aanwijzingen dat de zuurstofradicalen die intracellulair geproduceerd worden na receptorstimulatie een eigen specifieke functie hebben in het doorgeven van de extern stimulus naar specifieke intracellulaire targets. Zo wordt bijvoorbeeld NF-κB door zuurstofradicalen geactiveerd. NF-κB is een transcriptiefactor die verantwoordelijk is voor de activatie van diverse pro-inflammatoitre genen, waaronder TNF-α, die een centrale rol spelen bij RA.
109
Hoofdstuk 1 is een introductie hoe zuurstofradicalen ontstaan en geeft een gedetailleerd
overzicht van studies naar de mogelijke rol van zuurstofradicalen als signaaltransmissie. Welke celreceptoren tot zuurstofradicaal productie lijden, welke enzymen betrokken zijn en welke de downstream effectormoleculen voor de zuurstofradicalen kunnen zijn.
In hoofdstuk 2 beschrijven we de ontwikkeling van een nieuwe techniek die het toelaat rechtstreeks de productie van zuurstofradicalen te meten en deze productie in het synoviaal weefsel te visualiseren. Door gebruik te maken van deze techniek tonen we aan dat de oxidatieve stress in de synoviale T cellen bij RA patiënten niet veroorzaakt wordt door chronische blootstelling aan zuurstofradicalen in hun omgeving, maar dat de overmaat aan zuurstofradicalen geproduceerd wordt door intracellulaire enzymen. Bovendien kunnen we door toevoeging van verschillende enzyminhibitoren aantonen dat het geproduceerde zuurstofradicaal waarschijnlijk waterstofperoxide (H2O2) is.
In hoofdstuk 3 onderzoeken we hoe het enzym dat de intracellulaire zuurstofradicalen genereert, geactiveerd wordt. We tonen aan dat er een signaalroute in T lymfocyten bestaat, dat bij activatie leidt tot intracellulaire zuurstofradicaal productie. Deze route wordt gecontroleerd door 2 vitale eiwitjes: Ras en Rap1, die beide behoren tot de groep van kleine GTPase eiwitten. Waar activatie van Ras lijdt tot productie van zuurstofradicalen, zal activatie van Rap1 lijden tot blokkade van deze zuurstofradicaal productie. In de synoviale T cellen vinden we dat het Ras eiwit constant geactiveerd is, terwijl zijn tegenpool Rap1 juist niet kan geactiveerd worden. Dit lijdt tot de continue overmatige productie van de intracellulaire zuurstofradicalen. Introductie van een dominant negatief Ras in synoviale T cellen kan deze zuurstofradicaalproductie opheffen.
Hoofdstuk 4 gaat verder in op de activatie van het Ras eiwit en de blokkade van het Rap1 eiwit.
We laten zien dat activatie van Ras kan voortkomen na diverse stimuli, met name na chronische stimulatie van verschillende cytokinen waaronder TNF-α. Belangrijker echter is dat we vinden dat de inactivatie van Rap1 in synoviale T cellen ontstaat na cel-cel contact tussen de T lymfocyt en een macrofaag uit het synovium. Bovendien worden sterke aanwijzingen gevonden dat dit proces loopt via activatie van de CD28 co-receptor op het T cel membraan. Niet alleen experimenten waarin het cel-cel contact tussen macrofaag en T lymfocyt wordt verbroken lijden tot afwezigheid Rap1 inactivatie, ook toevoeging van CTLA4, de natuurlijke antagonist van de CD28 receptor, blokkeert de inactivatie van Rap1. Ook wordt in hoofdstuk 4 nogmaals aangetoond hoe cruciaal de inactivatie van Rap1 is in de productie van zuurstofradicalen. Parallel aan Rap1 inactivatie vinden we de toegenomen intracellulaire zuurstofradaalproductie, en terzelfder tijd de “hyporesponsiviteit “ van T lymfocyten ontstaan.
Hoofdstuk 5 geeft de resultaten van een dubbelblind uitgevoerde trial waaraan 66 patiënten met
actieve RA deelnamen en waarin het effect wordt nagegaan van een dagelijks voedingssupplement waarin naast alle genoegzame anti-oxidanten ook de ω-3 (eicosapentaeenzuur (EPA) en docosahexaeenzuur (DHA0) en ω-6 (gamma-linoleenzuur (GLA)) polyonverzadigde vetzuren zaten. Hoewel RA patiënten zich enthousiast uitten ten aanzien van voedingssupplementen en we significante toename zagen van de serumconcentraties vitamine E, EPA en DHA, werd geen klinisch significant benificieel effect gevonden ten aanzien van een placebo groep.
Hoofdstuk 6 beschrijft de resultaten van een studie waarin 14 patiënten met actieve RA werden
110
cellulaire redoxbalans: in dezelfde synoviale T cellen die de kenmerken dragen van ernstige oxidatieve stress (dislocatie van LAT uit celmembraan), vinden we activatie van het centrale pro-inflammatoire transcriptiefactor NFκB.
Samenvattend draagt dit proefschrift bij tot het bewijs dat vrije radicalen meer zijn dan alleen maar afbraakproducten van ons aëroob metabolisme of toxische stofjes uit ons milieu. Wij hebben bewezen dat in normale T lymfocyten een mechanisme bestaat dat op specifieke externe prikkels een kleine hoeveelheid zuurstofradicalen doet produceren in het cytoplasma van deze cellen. Deze zuurstofradicalen zijn essentieel voor een normale respons van de cel, en spelen een rol in de activatie van specifieke genen. Aanvullend toonden wij aan dat bij patiënten met reumatoïde artritis de productie van zuurstofradicalen in de T lymfocyten volledig ontregeld is. Waar “gezonde” T lymfocyten slechts een zeer kleine hoeveelheid zuurstofradicalen aanmaakt, produceert de T lymfocyt in ontstoken gewrichten een overmaat aan zuurstofradicalen. Hierdoor raakt de T lymfocyt volledig ontregeld. Niet allen reageert de cel verschillend op externe prikkels, de cel maakt hierdoor een overmaat aan ontstekingsbevorderende eiwitten.
