Die Moleküle der Immunglobulin-Superfamilie - ein zentraler Angriffspunkt der Enzymtherapie
Kunze R.
IMTOX, Privatinstitut für immunbiologische Forschung GmbH, Gustav-Meyer-Allee 25, Berlin, Germany
XII. Kumpfmühler Symposium - Immunologie im Spannungsfeld individueller Disposition und Exposition 1991, pbl. in Forum-Medizin 1992, pp. 215-224
SO 73 (3-04-3)
Der Ausgangspunkt: die Vielfalt der Indikationen
Kombinationen verschiedener hydrolytischer Enzyme werden bei so unterschiedlichen
Indikationsgebieten wie Entzündungen, Ödemen, rheumatischen Erkrankungen,
Autoimmunerkrankungen (insbesondere solche mit hohen Immunkomplexspiegeln und
gewebsgebundenen Immunkomplexen), Virusinfektionen, Tumorerkrankungen und begleitend zu
zytostatischen Therapien eingesetzt.
Der umfassende Anspruch der Enzymtherapie auf diese sehr verschiedenen Indikationsbereiche
wurde in der letzten Zeit immer mehr durch die Ergebnisse von klinischen Studien
gerechtfertigt. So überzeugend diese im einzelnen auch sind, es besteht ein
wissenschaftlicher kausaler Erklärungsbedarf für das ungewöhnlich breite
Wirkungspektrum der systemischen Enzymtherapie. Wir stellten uns daher die Aufgabe, nach
immun-molekularen Gemeinsamkeiten einiger ausgewählter Indikationen bzw. Krankheitsbilder
und möglichen Schlüsselmechanismen zu suchen.
Der Erkenntnisprozeb begann mit dem Aufgreifen von Konzepten,
die bereits in den 60er Jahren entwickelt wurden (WOLF und RANSBERGER, 1972). Die uns
heute zur Verfügung stehenden immunologischen Arbeitsmethoden im Labor und die
wissenschaftlichen Erkenntnisse der immunologischen Forschung wurden dabei zur Erstellung
von experimentellen Konzepten genutzt. Es wurde das Ziel verfolgt, die immun-molekularen
Wirkungsebenen einiger therapeutisch verwendeter Proteasen auf den immunpathogenetischen
Hintergrund wichtiger Indikationsgebiete zu projizieren. Erste Ergebnisse dieses
immun-molekularen Ansatzes werden hier vorgestellt.
Der Wegweiser: der klassische Weg der Komplementaktivierung durch Immunkomplexe
Eine der ältesten Mechanismen der humoralen Immunabwehr ist die sog. klassische
Komplementaktivierung. Voraussetzung ist, dab das Immunsystem
Antikörper gebildet hat, die z.B. an Bakterienzellen oder Viruspartikel binden und damit
einen Immunkomplex erzeugen. An die fixierten Antikörper kann nun - für Immunglobulin G
gültig ab einer bestimmten molekularen Antikörperdichte - das Komplementprotein C1q
binden (Abb. 1). Damit wird eine ganze Kaskade von sich gegenseitig steuernden molekularen
Prozessen eingleitet, deren einzelne Schritte in den letzten Jahrzehnten detailliert
aufgeklärt worden sind. Aufgabe dieser Komplementaktivierung ist dabei die Lysis der an
die Antikörper gebundenen Ziele (Targets), sei es eine Bakterienzelle, ein freies
Viruspartikel oder eine Virus-produzierende, körpereigene Zelle.
Sofern es sich dabei um körperfremde Stoffe wie mikrobielle Erreger handelt und der Prozeb zeitlich und kapazitiv begrenzt bleibt, ist diese Form der
Immunabwehr ein bewährter und effektiver Mechanismus. Mit dem "Verkennen" von
körpereigenen oder mit ihnen kreuzreagierenden Strukturen durch Antikörper, also dem
Auftreten von Autoantikörpern, werden autoaggressive Mechanismen in Gang gesetzt. Diese
können sich klinisch unterschiedlich manifestieren.
Aufbauend auf den Untersuchungen von STEFFEN und MENZEL (1985) wurden in
Modelluntersuchungen an Immunkomplexen die Wirkungsmechanismen von therapeutisch genutzten
Proteasen wie Bromelain, Papain und Trypsin erkannt und quantifiziert. In
Mikrogramm-Mengen reduzieren die Proteasen Immunkomplexe bzw. verhindern ihre Entstehung.
In Nanogramm-Mengen reduzieren Trypsin und Papain die Bindungsfähigkeit des
Immunglobulins für das Komplementprotein Clq (KUNZE et al., 1991). In Tab. 1 sind die
wesentlichen Befunde zusammengestellt. Auf drei immun-molekularen Ebenen wird durch die
Proteasen das phlogogene Potential überschiebender bzw.
chronischer humoraler Immunreaktionen gedämpft. Die Kombination der Proteasen Bromelain,
Papain und Trypsin ist erforderlich, damit ihre unterschiedlichen immunmodulatorischen
Funktionsprofile wirkungsvoll und synergistisch zusammenspielen.
Abb. 1: Bindungsverhalten vom Komplementprotein Clq an ein Antigen-gebundenes Immunglobulin G (Kaninchen). In einem in vitro Modellsystem wurde an eine Mikrotiterplatte als Festphase ein Antigen gebunden. Die das Antigen spezifisch erkennenden Antikörper wurde in steigender Konzentration zugesetzt; so wird eine ansteigende Menge vom fixierten Immunkomplex erzeugt. Dieser läbt sich über seinen Fc-Teil quantifizieren. Der Kurvenverlauf ist logarithmisch annähernd linear. Ganz anders dagegen ist das Bindungsverhalten von Clq . Den jeweiligen Immunkomplexen mit unterschiedlichen Mengen gebundenen Immunglobulins wurde stets dieselbe Menge Clq angeboten. Clq hat ein nicht-lineares Bindungsverhalten. Bei einer relativ niedrigen Antikörperdichte am Antigen bindet praktisch kein Clq. Überschreitet die Antikörperdichte einen Schwellenwert (hier: ca. 3 000 ng/ml gebundenen Antikörpers), vervielfacht sich plötzlich die Clq-Bindungskapazität des Immunkomplexes. Die Bindungskapazität von Immunkomplexen für Clq bestimmt die nachgeschalteten Schritte der Komplementaktivierung, welche die Lysis des Targets zum Ziele hat. Voraussetzung für die Clq-Bindung ist eine zugängliche, intakte CH2-Domäne im Fc-Teil des Immunglobulins (vgl. Abb. 2).
| Immun-molekulare Wirkebene |
Enzym | berechnete Halbeffektkonzentration (HEK) | ||||
| Menge | HEK | Bereich | Konfid. | Inkubation | ||
| 50 % Reduktion des Fc-Teils des Immun- globulins fixierter Antigen-Antikörper- Komplexe |
Bromelain Papain Trypsin |
mg/ml mg/ml mg/ml |
47 26 n.w |
42 - 53 24 - 29
|
95 % 95 %
|
16 h 16 h 16 h |
| 50 % Inhibition der Imunkomplex-Ent- stehung |
Bromelain Papain Trypsin |
mg/ml mg/ml mg/ml |
4,0 3,6 2,4 |
3,3 - 4,1 2,3 - 4,1 2,0 - 4,6 |
99 % 95 % 95 % |
30 min 30 min 30 min |
| 50 % Reduktion der Clq-Bindungskapazi- tät vom Immunkomplex |
Bromelain Papain Trypsin |
ng/ml ng/ml ng/ml |
ca. 1500 62 23 |
n.b. 50 - 100 20 - 27 |
n.b. 99 % 95 % |
30 min 30 min 120 min |
Tab. 1: Humorale immunmodulatorische Leistungen therapeutisch genutzter
Proteasen. In Modellversuchen wurden in vitro hochgereinigte spezifische Antikörper mit
ihrem Antigen komplexiert und unter verschiedenen experimentellen Bedingungen die Wirkung
der Enzyme über spezifisch bindende, sekundäre Antikörper gemessen (KUNZE et al.,
1991). Die immunmodulatorische Aktivität der Proteasen wurde aus Regressionskurven der
Dosis-Wirkungs-Beziehung als Halbeffektkonzentration ermittelt.
Für Strukturveränderungen an präformierten Immunkomplexen werden relativ hohe
Enzymkonzentrationen und lange Inkubationszeiten benötigt. Für die Reduktion der
Entstehung von Immunkomplexen genügen wesentlich geringere Mengen an Enzym und kürzere
Inkubationszeiten. Besonders effektiv verringern Papain und Trypsin das
Clq-Bindungspotential von präformierten Immunkomplexen. Die Ergebnisse der einzelnen
immun-molekularen Wirkebenen sind nicht unmittelbar miteinander vergleichbar, da für
jedes Testsystem spezielle experimentelle Bedingungen eingehalten werden müssen.
Abkürzungen: HEK = Halbeffektkonzentration; Konfid. = Konfidenzbereich der berechneten
HEK; h = Stunden; min = Minuten, n. b. = nicht bestimmbar, die HEK wurde geschätzt; n.w.
= nicht wirksam im untersuchten Konzentrationsbereich (1,25 - 40 mg/ml)
Bezogen auf das immunpathogenetische Geschehen bei Autoimmunerkrankungen des
rheumatischen Formenkreises bedeutet die Enzymwirkung eine Reduktion Immunkomplex- und
Autoantikörper-vermittelter Komplementaktivierungen, die ursächlich an den begleitenden
chronischen Entzündungen beteiligt sind sowie eine Entlastung der für die
Immunkomplex-Elimination zuständigen Immunozytenpopulationen.
Aus der wissenschaftlichen Literatur ist bekannt, dab das
Komplementprotein C1q praktisch nur am fixierten - Antigen-gebundenen - Immunglobulin
bindet. Der molekulare Bindungsplatz für Clq ist die CH2-Region im Fc-Teil des
Immunglobulins. Mit der Bindung des Antigens geht eine Konformationsänderung (HAHN, 1983;
EDELMAN, 1970) des Immunglobulins einher, und die CH2-Domäne wird als
Bindungspartner sterisch für Clq zugänglich (s. Abb. 2). Es ist anzunehmen, dab mit dieser räumlichen Umorientierung des Immunglobulins auch die
Zugänglichkeit von CH2 für Proteasen steigt.
Papain und insbesondere Trypsin kommen nunmehr buchstäblich in die Lage,
Clqbindungsrelevante Bereiche von CH2 so zu verändern, dab
das Komplementprotein nicht mehr binden kann. Es ist hier noch ungeklärt, welches Ausmab die enzymatische Spaltung hat und welche Epitope dabei betroffen
sind. Auf Grund der Struktur der Immunglobuline ist an der CH2-Domäne eine
limitierte Proteolyse zu erwarten, die nur zu einer konformatorischen Modulation führt,
welche dann in der Konsequenz eine Clq-Bindung nicht mehr ermöglicht. Hier fügen sich in
dem Molekülaufbau begründete funktionelle Eigenschaften der Immunglobuline zu einem
Ganzen mit den in vitro beobachteten immunmolekularen Leistungen der proteolytischen
Enzyme.
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Abb. 2: Konformationszustand von freiem bzw. Antigen-gebundenem Immunglobulin G (IgG). Beim freien IgG ist die CH2-Domäne für ihre immunologischen Reaktionspartner wie das Komplementprotein Clq, aber auch Fc-Rezeptoren auf Zellen nicht zugänglich (oben). Durch die Bindung des Antigens an der V-Region wird die Konformation des gesamten Moleküls (unten) so verändert, dab die CH2-Domäne im Fc-Teil sich nun als Bindungspartner präsentiert (nach EDELMAN, 1970). Die freigelegte CH2-Domäne ist für Proteasen sehr wahrscheinlich besser erreichbar als die in der geschlossenen Konformation.
Der Erkenntnisweg: von der CH2-Domäne des Immunglobulins zur ImmunglobulinSuperfamilie und den zellulären Adhäsionsmolekülen
Die aus der wissenschaftlichen Literatur verfügbaren Erkenntnisse über die molekulare
Feinstruktur des Immunglobulins und dessen Funktionsänderung bei Antigenbindung, zusammen
mit den experimentellen Befunden über die Wirkung der Proteasen am "immunologischen
Substrat", führte uns zu neuen und prüfbaren Hypothesen. Es lag nahe, nach weiteren
ähnlich Protease-sensiblen zugänglichen und Struktur-homologen immunregulatorisch
relevanten Proteinen zu suchen (Abb. 3).
Die molekularen Module des Immunglobulins, die sog. V-Domäne sowie die CH-Domänen
1-3, werden in ähnlicher Form vom Organismus nach einem variantenreichen Bauplan mehrfach
als Bestandteile von Zelloberflächenmolekülen genutzt. Entsprechend wurden solche
Strukturverwandte als "Rezeptoren der Immunglobulin-Superfamilie"
(Ig-Superfamilie) bezeichnet (WILLIAMS und BARCLAY, 1988). Sie stellen einen beachtlichen
Teil der sog. Adhäsionsmoleküle auf Leukozyten, Thrombozyten, Endothelzellen und
Fibroblasten (SPRINGER et al., 1990). Einige von ihnen sind den Immunologen unter anderen
Bezeichnungen schon seit Jahren bekannt (Beispiel: der Rezeptor für Schaferythrozyten auf
humanen T-Lymphozyten, CD 2, früher auch E-Rosettenrezeptor genannt).

Abb. 3: Vorkommen von Molekülen der Ig-Superfamilie in immunologisch
relevanten Strukturen als Target für Proteasen (Auswahl).
________ konstitutives Vorkommen;
__ __ __ präsent oder verstärkt präsent nach Aktivierung. Eine verstärkte
Expression wird z.B. in vitro durch Endotoxin (LPS), Tumornekrosefaktor-a, Interferon-g, Interleukin-1a, zirkulierende Immunkomplexe, Komplement C5a oder bioaktive Peptide
(f-MLP) induziert.
Es wurden nur solche Strukturen dargestellt, die auf Grund ihrer räumlichen Anordnung
Protease-sensitive Stukturen aufweisen sollten bzw. wo der experimentelle Nachweis (*)
erbracht wurde. Es gibt andere Strukturen, wo die Moleküle der Ig-Superfamilie in das
Gesamtmolekül eingelagert sind, so dab deren Interaktion mit
Proteasen wenig wahrscheinlich ist (z. B. TCR-CD3, Karzino-Embryonales Antigen).
In jüngster Zeit sind zelluläre Adhäsionsmoleküle ein eigenes Forschungsgebiet
geworden, dessen Ergebnisse zunehmend an klinischer Relevanz gewinnen. So sind
interzelluläre Adhäsionsmechanismen an der Entstehung von Entzündungen und Nekrosen
beteiligt. Die klinischen Begriffe stehen dabei für molekular definiert ablaufende
interzelluläre Adhäsionen, z.B. von Granulozyten und Endothelzellen. Am Anfang steht
häufig eine unspezifisch induzierte, dann aber spezifisch via Adhäsionsmoleküle
vermittelte Anheftung von in der Blutzirkulation befindlichen Leukozyten an aktivierte
bindungsbereite Endothelzellen.
Praktisch existiert kaum ein immunreaktiver Mechanismus, der ohne Beteiligung von
Adhäsionsmolekülen der Ig-Superfamilie, sei es die Induktion einer humoralen
Immunantwort, sei es die Aktivierung von zytotoxischen T-Zellen oder Makrophagen,
abläuft. So wie aber die Adhäsionsmoleküle Voraussetzung für die Aufrechterhaltung der
Immunreaktivität des Organismus sind, so sind sie auch an immunpathologischen Prozessen
beteiligt (KONTER et al., 1990, POTOCNIK et al., 1990). Mit dem Begriff Immunhomeostase
ist die Balance zwischen kontrollierter, nützlicher und unkontrollierter, schädlicher
Immunreaktion vielleicht noch am ehesten umrissen.
Die Projektion: die Moleküle der Ig-Superfamilie und ihre immunologischen Reaktionspartner bei verschiedenen Krankheiten
Das ubiquitäre Vorkommen sowie das Funktionsspektrum von Molekülen der
Ig-Superfamilie bei immunkompetenten humoralen und zellulären Strukturen läbt so natürlich erwarten, dab es kaum ein
Krankheitsbild ohne ihre Beteiligung gibt. Ohne Mitwirkung des Immunsystems verläuft
praktisch keine Krankheit, noch wird sie vom Organismus im Sinne einer Genesung
bewältigt.
In Tab. 2 sind einige mit Molekülen der Ig-Superfamilie assoziierten Krankheitsbilder
dargestellt, für die eine Indikation der Enzymtherapie besteht und deren Wirkung klinisch
belegt ist. In die Untergruppen lieben sich noch weitere
Beispiele zwanglos einfügen.
Bei den physiologischen, körpereigenen "Reaktionspartnertn" oder Liganden für
die Strukturen der Ig-Superfamilie handelt es sich im wesentlichen um Proteine des
Komplementsystems, Antikörper oder Rezeptoren von Leukozyten und Endothelzellen (s. Tab.
3). Erst durch die entsprechenden immun-molekularen Wechselwirkungen, deren
Konzentrations-Wirkungsbeziehungen wohl immer nicht linear sind (vgl. Abb. 1), werden
klinisch relevante und häufig ähnliche Folgereaktionen eingeleitet bzw. vermittelt. Es
ist verständlich, dab der Organismus zur Kontrolle solcher
Prozesse komplexe Regelmechanismen entwickeln mubte, auf die
hier allerdings nicht eingegangen werden kann (genetisch bedingte Immunerkrankungen
erlauben mitunter Einblicke, die uns sonst verwehrt sind).
Abstrahierend könnte man die Moleküle der Ig-Superfamilie als "biologische
Kommunikations-Struktur" betrachten. Diese ist per se praktisch als Element
zellbiologischer und immunologischer Regelkreise nicht reaktiv oder zugänglich, sondern
erst nach vorgeschalteten molekularen und zellulären Prozessen. Beispiele hierfür sind
die Antigen-Antikörper-Reaktion (Immunkomplexbildung und dabei Fixierung von Ig, welches
nun erst Komplement binden kann) oder auch die Expression von Endothelzellrezeptoren wie
z.B. ICAM-2, nach Interaktion der Endothelzellen mit Zytokinen oder Endotoxinen.
| Krankheitsbild | Vorkommen der Ig- Superfamilie |
molekulare Struktur |
| Entzündungen Ödeme Vaskulitis (SPRINGER et al., 1990, STAUNTON, 1988, WILLIAMS und BARCLAY, 1988) |
als Endothelzellrezeptoren ICAM-1 (CD54) ICAM-2 VCAM PECAM (CD31) |
C2-Pentamer C2-Dimer C2-Septamer C2-Hexamer
|
| Autoimmunerkrankungen chronische Polyarthritis Lupus Erythematodes multiple Sklerose (STITES (Ed.), 1991) |
als Ig in Immunkomplexen und gewebsgebundenen Autoanti- körpern
|
mindestens 2 CH2-Domänen
|
| Immunkomplexerkrankungen Glomerulonephritis (STITES (Ed.), 1991) |
im Immunglobulin, in Immunkomplexen |
Vielfaches von 2 CH2-Domänen |
| Viruserkrankungen Varizella Zoster (WANSBROUGH et al. 1986, LIN et al.1985) |
im Immunkomplex, als Immunglobulin auf virusproduzierenden Zellen |
Vielfaches von 2 CH2-Domänen
|
| Human Immune Deficiency Virus (HIV) (SPÄTH et al. 1990, WILLIAMS und BARCLAY, 1988, SÖLDER et al., 1989) |
als Ig des Immunkomplexes, als CD4-Rezeptor, im gp120-Protein von HIV
|
Vielfaches von 2 CH2-Domänen, als V/C2-Heteromer, Sequenzhomologie zu C2
|
Tab. 2: Vorkommen und mögliche Beteiligung von Molekülen der Ig-Superfamilie an der Immunpathogenese verschiedener Krankheiten.
| Moleküle der Ig- Superfamilie |
Spezifi- zierung |
immunologische Reaktionspartner/ physiologische Liganden |
physiologische/patho- immunologische Folgen der Ligandierung |
| antigenfixiertes Immun- globulin G, M (Immun- komplex) Auto-Antigen-fixiertes gewebsgebundene Auto- Immunglobulin G |
CH2
CH2
CH2
CH2 |
Clq der Komplementproteine,
|
Entzündungsreaktionen:
|
| Adhäsionsrezeptor ICAM-1"Inter Cellular Adhesion Molecule" (CD54) Endothelzellrezeptor Endothelzellrezeptor Endothelzellrezeptor |
C2
C2
C2
C2
|
CD 11a, CD 11b, CD 11c,CD 18- positive Lymphozyten, Granulo- zyten und Monozyten CD 11a, CD 18-positive Lympho- CD 49d, CD 29-positive Lympho-
Thrombozyten, CD31-positive |
Adhäsion der Leukozyten
Entzündungen, systemisch |
Tab. 3: Moleküle der Ig-Superfamilie und ihre immunologischen
Reaktionspartner*.
* Der besseren Übersicht wegen wurde eine Auswahl getroffen. Es sind noch andere
Moleküle bzw. Rezeptoren an zellulären Adhäsionsprozessen beteiligt, z.B.
Lymphozytenrezeptoren der Ig-Superfamilie (s. Abb. 2).
Gerade die Expression endothelialer Adhäsionsmoleküle wird vom Organismus/Immunsystem häufig redundant gesteuert, d.h., es bedarf bestimmter Randbedingungen, damit sie als sessile Reaktionspartner präsent werden für die mobilen Leukozyten, mit den ihnen entsprechenden komplementären Adhäsionsrezeptoren. Aus dem z.T. sehr kurzen Zeitintervall zwischen Zellaktivierung und Rezeptorexpression kann man auf ihre funktionelle Bedeutung für den Organismus schlieben, aber auch ermessen, mit welchen Risiken die Aufrechterhaltung kontrollierender und kompensatorischer Regelkreise behaftet sein kann. Eindrucksvolle Beispiele für diese Zusammenhänge lieferte in den letzten Jahren die Trauma- und Sepsisforschung, in der die Immunologie immer mehr an Bedeutung gewinnt (FAIST et al., 1989).
| Vorkommen der Moleküle der Ig-Superfamilie |
Kommentar zur Wirkung der Proteasen | B | P | T |
| Immunglobulin im Immunkomplex | Destruktion, Fc-Abspaltung | ++ | ++ | - |
| CH2 von Immunglobulin des Komplexes CH2 von gebundenen Autoantikörpern CH2 von Rheumafaktoren |
Reduktion des Clq-Bindungspotentials
|
- - - |
++ ++ - |
++ ++ ++ |
| CD4 auf T-Lymphozyten CD4 auf Monozyten |
das exponierte Epitop Leu3a wird herab- moduliert, nicht aber das membrannahe OKT4 |
- + |
- - |
++ ++ |
| *CD 25 (IL-2-Rezeptor), auf akti- vierten T-Lymphozyten |
Herabmodulation der b-Kette des Rezeptors | + | + | ++ |
| C2 von CD31 (PECAM), auf B-Zellen und Thrombozyten und Endothelzellen |
Herabmodulation des Rezeptors | ? | ? | ++ |
| C2 von CD54 (ICAM-1), auf Mono- zyten und Endothelzellen |
Herabmodulation der distalen Domäne des Rezeptors |
- | - | ++ |
| Symbole: - = nicht wirksam; + = schwach
wirksam; ++ = wirksam, ? = noch nicht untersucht. Der Bewertung liegen Ergebnisse von in
vitro Experimenten zugrunde, die an Modell-Immunkomplexen bzw. humanen Blutleukozyten
durchgeführt wurden. Die Enzyme wurden dabei in einem Konzentrationsbereich von 10 ng/ml
bis 40 mg/ml untersucht. * CD25 hat keine Sequenzhomologien mit Molekülen der Ig-Superfamilie; seine räumliche Struktur ist ihnen allerdings sehr ähnlich. |
||||
Tab. 4: Beobachtete Wirkungsspektren von Bromelain, Papain und Trypsin (B, P, T) auf Moleküle der Ig-Superfamilie am Beispiel des Immunglobulins und ausgewählter Rezeptoren bzw. Adhäsionsmoleküle.
Der Entwurf: die Moleküle der Ig-Superfamilie als ein zentraler Angriffspunkt der Enzymtherapie?
Obwohl die Erkenntnisse im Hinblick auf die Zahl der zu untersuchenden Rezeptoren noch
lückenhaft sind, ist erkennbar, dab die Moleküle der
Ig-Superfamilie gegenüber den therapeutisch eingesetzten Proteasen Bromelain, Papain und
Trypsin (Tab. 4) sensibel sind. Wenn man die vorherigen Ausführungen teilt, finden sich
damit für wichtige Indikationen der Enzymtherapie Ansätze zu einer rationalen Erklärung
bezüglich ihrer Wirkmechanismen. Wie so häufig bei aus der Erfahrungsmedizin
übernommenen bzw. abgeleiteten Therapien beginnt sich erst nach Jahrzehnten erfolgreicher
klinischer Anwendung, das wissenschaftliche Verständnis ihrer Wirkung durchzusetzen.
Offen bleibt zunächst noch die Frage, ob tatsächlich eine enzymatische Proteinspaltung
bzw. -abspaltung am Zielmolekül stattgefunden hat. Der Nachweis einer Enzymwirkung wurde
in den Testsystemen über die Bindung spezifischer (bei Rezeptoren: Epitop-spezifisch)
Antikörper erbracht, wobei für eine Reduktion der Zahl seiner Rezeptorbindungsstellen
eine Strukturmodulation bereits ausreichen kann. Auch ist nicht auszuschlieben, dab eine Änderung in benachbarten
Regionen zur Strukturmodulation von Molekülen der Ig-Superfamilie führen könnte, die
dann ebenfalls im Experiment sichbar wird.
Auf humoraler Ebene sind die beiden pflanzlichen Proteasen immunmodulatorisch ähnlich
aktiv wie Trypsin. Gegenüber Leukozytenrezeptoren ist bis auf die begründete Ausnahme
CD25 (s. Tab. 4, Anmerkung) im wesentlichen nur Trypsin wirksam. Die Spezifität der
interzellulären Adhäsionsprozesse ist gewährleistet, da die beteiligten Zellen die
zueinander bindungspassenden Oberflächenmoleküle bereitstellen müssen. Fehlt ein
Adhäsionspartner oder ist er nicht in überkritischer Menge auf der Zelloberfläche
vorhanden, bleiben Adhäsion und durch sie ausgelöste Folgereaktionen aus (SPRINGER et
al. 1990). Die experimentell beobachtete Herabmodulation der Rezeptordichte von CD4, CD31
und CD54, insbesondere durch Trypsin, läbt eine Reduktion von
Zelladhäsionsprozessen erwarten, die durch diese Moleküle vermittelt werden. Im Ergebnis
wäre mit einer Dämpfung von ZellAktivierungssignalen zu rechnen.
Bei Autoimmunerkrankungen wie chronischer Polyarthritis und multipler Sklerose bestimmen
gerade unkontrollierte immunologische Aktivierungsprozesse ("Schübe")
wesentlich den klinischen Verlauf und den Schweregrad der Erkrankung. Es wäre denkbar, dab die beobachtete günstige Beeinflussung des klinischen Verlaufs
dieser Erkrankungen unter der Enzymtherapie ihr immun-molekulares Korrelat in der
enzymatischen Modulation von Molekülen der Ig-Superfamilie findet.
Die experimentellen Daten belegen eine spezifische Wirkung therapeutisch genutzter
Proteasen auf Moleküle der Ig-Superfamilie. Aus der Sicht der klinischen Immunologie sind
diese immun-molekularen Strukturen an der Pathogenese von Krankheiten beteiligt, die im
Indikationsbereich der Enzymtherapie liegen.
Der Ausblick: Proteasen im Netzwerk der Immunmodulation
Mit der Modellierung und Abbildung von Teilsequenzen immunpathologisch relevanter
Prozesse wurde ein Weg zum Verständis der immun-molekularen Wirkmechanismen der
Enzymtherapie gezeigt. Die nachgewiesene enzymatische Struktur-Modulation von definierten
zellulären Immun-Rezeptoren ist höchstwahrscheinlich mit einer Funktions-Modulation der
beteiligten Zellpopulationen verbunden. Die Erstellung immunmodulatorischer Profile der
Proteasen in Funktionstests wäre die konsequente Fortsetzung der Beschreibung ihrer
immun-molekularen Wirkung. Anzustreben ist die Untersuchung der therapeutisch genutzten
Proteasen in immunologischen Testsystemen, an denen grundlegende Erkenntnisse über die
Funktion interzellulärer Adhäsionsprozesse bzw. Zell-Zell-Wechselwirkungen erarbeitet
worden sind (HUBBARD et al., 1981; DUSTIN und SPRINGER, 1988; MAKGOBA et al., 1989).
Im Netzwerk der humoralen und zellulären Immunregulation gibt es noch andere wichtige
Verknüpfungsstellen zur Enzymtherapie, die einer Klärung bedürfen. Zu ihnen gehören
die Induktion von Zytokinen wie Tumornekrosefaktor-a (DESSER,
et al. 1991) ebenso wie die Wechselwirkung von Proteasen mit a2-Makroglobulin
und deren Auswirkung auf zelluläre Aktivierungsprozesse (HEUMANN und VISCHER, 1988).
Neben den Molekülen der Ig-Superfamilie sind noch andere Rezeptorfamilien (z.B.
Integrine) an der Aufrechterhaltung der immunologischen Reaktionsbereitschaft bzw. an
immunpathologischen Prozessen beteiligt. Über die Wirkung der therapeutisch genutzten
Proteasen auf Rezeptoren mit einer anderen molekularen Grundstruktur liegen noch keine
gesicherten Erkenntnisse vor. Entsprechende Untersuchungen sind von weitreichender
Bedeutung, da das Immunsystem umfassend mit funktionellen Redundanzen arbeitet. Hier
ergeben sich auch Anknäpfungspunkte zur systemischen Enzymtherapie bei Krebserkrankungen.
Die Metastasierung von Tumoren ist von zellulären Adhäsionsprozessen begleitet, und es
gibt erste Hinweise, dab Proteasen das Adhäsionspotential von
Tumorzellen reduzieren und sie zusätzlich durch glykoproteolytische Demaskierung sensibel
für die körpereigene immunologische Tumorabwehr machen.
Durch die reduzierte Betrachtung der Enzymwirkung auf die Moleküle der Ig-Superfamilie
ist der hier vorgestellte Entwurf eindimensional und dadurch zwangsläufig begrenzt. Das
therapeutische Potential der Kombination von Proteasen wird sich uns besser erschlieben, wenn mehr an zellulären Interaktionen von immunkompetenten
Zellen und ihrer regulatorischen Proteine beteiligten Rezeptoren untersucht worden sind.
Solche Forschungen sind notwendig, wenn die systemische Enzymtherapie als therapeutisches
Prinzip verstanden werden soll. Versehen mit dem dafür erforderlichen Wissen um ihre
molekularen Wirkungsebenen in Immunsystem und Organismus, kann sie die Akzeptanz
erreichen, die ihr zusteht.
Ich danke Herrn Frank Gebauer, IMTOX GmbH, der mabgeblichen Anteil an der Entwicklung und Gestaltung dieses Konzeptes hatte. Frau Dr. Angelika Langford, Zahnklinik Nord der Freien Universität Berlin, und Herrn Dr. Michael Kleine, Planegg, danke ich für zahlreiche Diskussionen und Anregungen, insbesondere zu medizinischen Aspekten.
Literatur