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Interferon-Therapie bei Hepatitis C: ein „Kaltstart“ funktioniert besser
Basler Forscher sind der Frage nachgegegangen, warum nicht alle HCV-Patienten gleichermassen von der Interferon (IFN)-Therapie profitieren. Bei bereits im Vorfeld in der Leber angeschalteten IFN-stimulierten Genen ist das Therapieansprechen signifkant schlechter.
Im Zeitraum von Januar 2006 bis April 2007 willigten am Unispital Basel 16 HCV-Patienten (6 Frauen, 10 Männer; 7x Genotyp (GT) 1, 2x GT 4, 4x GT 3, 3x GT 2) ein, zusätzlich zur Leberbiopsie vor Therapiebeginn noch eine zweite Leberbiopsie 4h nach der ersten pegIFNalpha2b (Pegintron)-Injektion durchführen zu lassen (Zeitpunkt der maximalen Induktion der IFN-stimulierten Gene; wöchentlich 1,5ug/kg Körpergewicht). Die erste Ribavirin-Dosis (ebenfalls gewichtsadaptiert: <65kg: 800mg/d, 65-85kg: 1g/d, >85kg: 1,2g/d) wurde erst im Anschluss daran verabreicht. Ebenfalls vor Therapiebeginn sowie 4h nach der 1. Pegintron-Injektion erfolgte eine Blutentnahme zur Isolation von peripheren Blutmonozyten (PBMC). Patienten mit Genotyp 2/3 wurden 24 und Patienten mit Genotyp 1/4 48 Wochen behandelt.
Das Therapieansprechen wird im Allgemeinen wie folgt definiert:
RVR (rapid virological response): HCV-RNA bereits nach 4 Wochen nicht mehr nachweisbar (<20% bei Genotyp 1/4; ca. 60% bei Genotyp 2/3; bei RVR in >85% SVR (sustained virological response) zu erwarten);
EVR (early virological response): >2 log10 Abfall der Viruslast nach 12 Wochen (bei EVR in 65% SVR zu erwarten; bei Nichterreichen Therapieabbruch);
SVR (sustained virological response): HCV-RNA-Verlust unter Therapie und auch mindestens 6 Monate nach Therapieende weiterhin nicht nachweisbar (nur bei insges. ca. 55% erreicht (<50% bei GT1, >80% bei GT 2/3); bei SVR dauerhafte Heilung in >95%).
Als "Rapid Responder" (RR) wurden in der vorliegenden Studie 8 Patienten klassifiziert, welche nach 4 Wochen eine RVR aufwiesen sowie 2 Patienten mit >3 log10 Abfall der Viruslast innert 4 Wochen. Als non-RR galten 6 Patienten, welche nach 4 Wochen eine Reduktion der Viruslast von <1,5 log10 zeigten.
Die IFNalpha-Konzentration im Serum lag bei allen Patienten vor Therapiebeginn unter der Nachweisgrenze und 4h nach pegIFNalpha2b-Injektion in Übereinstimmung mit früheren pharmakokinetischen Daten zwischen 34 und 360 pg/ml. Zwischen dem virologischen Ansprechen nach 4 Wochen und der IFNalpha-Konzentration im Serum 4h nach Pegintron-Injektion bestand keine signifikante Korrelation.
Die Mikroarray-Analyse identifizierte 252 Gene, deren Expression sich in >50% der 10 Rapid Responder-Leberbiopsien 4h nach Pegintron-Injektion um mehr als das 2fache änderte. Bei den 6 non-RR-Leberbiopsien war dies nur bei 36 Genen der Fall. Erwartungsgemäss waren viele dieser Gene IFN-stimulierte Gene.
Überraschenderweise zeigten jedoch gerade einmal 7,5% der oben erwähnten 252 Gene in den Leberbiopsien 4h nach Pegintron-Injektion eine stärkere Expression bei RR-Patienten im Vergleich zu non-RR-Patienten. Vielmehr wiesen die Proben der non-RR-Patienten bereits vor Therapie eine vermehrte Expression der IFN-stimulierten Gene auf, weshalb das Ausmass der Änderung nach Pegintron-Injektion verhältnismässig gering ausfiel. Bei den RR-Patienten fand man (wie bei HCV-negativen Kontrollpatienten) in den Leberbiopsien vor Therapiebeginn kaum eine Expression der IFN-stimulierten Gene. Das Expressionsniveau nach Pegintron-Stimulation lag nicht über dem der non-RR-Patienten, weder vor noch nach Therapie. Somit scheint eine Voraktivierung des endogenen Interferon-Systems, welche nicht zur Elimination von HCV geführt hat, den Therapieerfolg von exogenem Interferon negativ zu beeinflussen.
Stellt sich noch die Frage, ob eine Leberbiopsie verzichtbar wäre, wenn beispielsweise eine Mikroarray-Analyse der peripheren Blutmonozyten (PBMC) die gleiche Aussagekraft hätte. Dies scheint leider nicht der Fall zu sein. Zwar wurden 211 der 252 Gene, welche in den Leberbiopsien der RR-Patienten nach Pegintron-Injektion um mehr als den Faktor 2 in ihrer Expression verändert wurden, auch in den peripheren Blutmonzyten entsprechend reguliert. Darüberhinaus erfolgte in den PBMCs aber noch eine Beeinflussung von 1776 weiteren Genen. Die in den Leberbiopsien von non-RR-Patienten beobachtete Voraktivierung von IFN-stimulierten Genen war in den PBMCs nicht nachweisbar und scheint somit ein Leber-spezifsches Phänomen zu sein.
Damit übereinstimmend konnte in den PBMC-Proben keine Untergruppe von Genen identifiziert werden, mit welcher der Therapieerfolg hätte vorausgesagt werden können. Dagegen fand sich in den Leberbiopsie-Proben nach Pegintron-Injektion eine Untergruppe von 16 Genen (nur 3/16 (19%) IFN-stimulierte Gene), mit welcher der Therapieausgang mit einer Irrtumsrate von 16% vorhergesagt werden konnte. Eine noch bessere Vorhersage-Genauigkeit (Irrtumsrate von nur 4,3%) lieferte eine Untergruppe von 29 Genen (22/29 (76%) IFN-stimulierte Gene) in den Leberbiopsie-Proben vor Therapie. Dies widerspiegelt die Tatsache, dass sich das Expressionsniveau der IFN-stimulierten Gene in der Leber vor Therapiebeginn besser für eine Diskriminierung zwischen RR und non-RR eignet als das nach Pegintron-Injektion, welches für beide Gruppen ähnlich ist.
Um die Expression der IFN-stimulierten Gene in Abhängigkeit vom Genotyp (GT) besser analysieren zu können, wurden 96 zusätzliche Leberbiopsien von Patienten vor Therapie herangezogen. Die untersuchten IFN-stimulierten Gene zeigten bei den schwierig zu behandelnden Genotypen 1/4 eine signifikant höhere Expression als bei den Genotypen 2/3, welche in >80% erfolgreich therapiert werden können. Unabhängig vom Genotyp war die Expression der IFN-stimulierten Gene bei den non-RR-Patienten stärker als bei den RR-Patienten. Dass Patienten mit HCV-GT 1 und 4 in ihrer Leber häufiger eine vermehrte Expression von IFN-stimulierten Genen aufweisen, erklärt ihr schlechteres Ansprechen auf eine IFN-Therapie.
Injiziertes pegIFNalpha2b bindet an den IFN-Rezeptor und aktiviert den Jak-STAT-pathway (Jak = Janus-Kinase; STAT = Signal Transducers and Activators of Transcription). Dabei ist die Phosphorylierung und damit Aktivierung von STAT-1 ein Schlüsselereignis. Phosphoryliertes STAT-1 transloziert in den Zellkern und bindet als Dimer an spezifische Regionen des ISG (IFN-stimuliertes Gen)-Promotors, was letztlich zur Genexpression führt. Übereinstimmend mit den Daten zur Expression der IFN-stimulierten Gene zeigten die Daten zur Phosphorylierung, DNA-Bindung und nukleären Lokalisation von STAT1, dass der IFN-Signaltransduktionsweg bei Nonrespondern voraktiviert und bezüglich weiterer Stimulation refraktär ist.
Erklärungsversuche:
Es kann nun postuliert werden, dass Patienten mit einem voraktivierten endogenen Interferonsystem, d.h. zukünftige Nonresponder, Defekte in der der ISG-Expression nachgeschalteten Signaltransduktionskaskade aufweisen, was sie sowohl gegenüber endogenem als auch gegenüber exogenem Interferon refraktär macht.
Möglicherweise gelingt es HCV-Genotyp 2 und 3 besser, die Aktivierung der angeborenen Immunantwort und damit die Induktion des endogenen Interferonsystems in der Leber zu verhindern, was allerdings mit einer vermehrten Empfindlichkeit gegenüber einer exogenen Interferon-alpha-Therapie einhergeht. Eine Hypothese ist, dass die virale NS3-4A-Protease nicht nur virale Proteine prozessiert, sondern auch Komponenten des intrazellulären sensory pathways (TRIF und Cardif) schneidet und damit inaktiviert, deren Aufgabe es es wäre, virale Infektionen zu detektieren und die endogene IFN-Produktion zu induzieren.
In Zellen und transgenen Mäusen, die HCV-Proteine exprimieren, sowie in Leberbiopsien von HCV-Patienten wurde eine Hemmung des IFN-induzierten Jak-STAT-Signalings beobachtet. Im Falle einer Infektion mit einem HC-Virus, welches die endogene IFN-Produktion nicht verhindern kann, und unter der Annahme, dass nicht alle, sondern nur eine Minderheit der Hepatozyten infiziert sind, ergibt sich folgendes Erklärungsmodell für die Voraktivierung von ISGs in den Leberbiopsien zukünftiger Nonresponder. Das in HCV-infizierten Hepatozyten produzierte IFN ist in den HCV-infizierten Zellen unwirksam, weil das Jak-STAT-Signaling dort blockiert ist, führt jedoch in den nicht-infizierten Nachbar-Hepatozyten (nicht inhibiertes Jak-STAT-Signaling) zu einer vermehrten ISG-Expression.
Die Fähigkeit von HCV auf verschiedenen Ebenen mit dem Interferon-Pathway zu interferieren, könnte erklären, warum das HC-Virus so erfolgreich darin ist, der Immunantwort zu entkommen und damit eine chronische Infektion zu etablieren.
Kommentar:
Die Möglichkeit, vor Beginn einer 24- oder 48wöchigen nebenwirkungsreichen HCV-Therapie in einer Leberbiopsie-Probe mittels Analyse des Expressionsniveaus IFN-stimulierter Gene zwischen zukünftigen Respondern (niedrige Level) und Nonrespondern (hohe Level) einer kombinierten Interferon/Ribavirin-Therapie zu diskrimieren, dürfte der Leberbiopsie im Zeitalter des Fibroscans wieder einen neuen Stellenwert verleihen. Leider erwiesen sich die peripheren Blutmonozyten nicht als ein geeigneter Surrogatmarker.