Behandeling MS-patiënt op de persoon afstemmen

Lisa van Baarsen heeft  onderzoek gedaan naar de activiteit van genen bij onder anderen mensen met MS. Duidelijk is geworden, dat MS een  duidelijk heel diverse en heterogene ziekte is. Uit haar onderzoek valt af te leiden, dat je vooraf bij iedere individuele patient onderzoek zou moeten doen naar de mate van activiteit van de genen die bij MS van belang zijn. Pas daarna zou je een gerichte behandeling kunnen beginnen die daar rekening mee houdt.

Samenvatting proefschrift Lisa G.M. van Baarsen

jd-proefschriften-091001-VanBaarsen3In een goed functionerend lichaam worden immuun cellen die lichaamseigen antigenen herkennen al in een vroeg stadium geëlimineerd. Indien dit niet gebeurd kan er een ongewenste immuun reactie gestart worden tegen ons eigen lichaam wat kan leiden tot de ontwikkeling van een auto-immuun ziekte. Auto-immuun ziektes worden gekenmerkt door lokale weefselschade veroorzaakt door de continue infiltratie en activering van ontstekingscellen. Deze geactiveerde ontstekingscellen produceren ontstekings-stimulerende en/of onstekings -remmende eiwitten (cytokines en chemokines) die effect hebben op de weefselschade en de rekrutering van nieuwe ontstekingscellen. Cytokines die een belangrijke rol hebben bij auto-immuun ziektes zijn zogenaamde tumor necrose factor (TNF) en type I interferon (IFN). De balans tussen de verschillende immuun modulerende cytokines is van groot belang en kan bepalend zijn voor de ontwikkeling van een beschermende of juist een overactieve immuun reactie. Reumatoïde artritis (RA) en multiple sclerose (MS) zijn beide auto-immuun ziektes waarbij verschillende cytokines een rol spelen. Zo is het remmen van TNF een goede therapie voor patiënten met RA, terwijl dezelfde therapie voor patiënten met MS de ziekte verergert. Voor patiënten met MS geeft een behandeling met type I IFN juist een gunstig effect.

Reumatoïde artritis

RA is een chronische gewrichtsaandoening die naar schatting 1% van de wereldbevolking treft. Patiënten met RA hebben ontstekingsreuma dat zich richt op het beschadigen van bot en kraakbeen wat uiteindelijk leid tot pijnlijke en opgezwollen gewrichten. De oorzaak van de ziekte is onbekend, maar zowel erfelijke als omgevingsfactoren lijken een belangrijke rol te spelen in het ontstaan van de ziekte. Tegenwoordig zijn er wereldwijd gebruikte criteria voor het stellen van de diagnose RA, maar genezen is tot op heden niet mogelijk. Omdat niet iedere RA patiënt dezelfde symptomen en klachten vertoont, is het ziekteverloop onvoorspelbaar en zeer afwisselend tussen patiënten en kunnen verschillende behandelingstrategieën nodig zijn. Voorts is het belangrijk zo snel mogelijk na diagnose te starten met behandelen aangezien er anders onomkeerbare gewrichtsschade kan ontstaan. Onderzoek gedurende de laatste decennia heeft geleid tot de ontwikkeling van zogenaamde biologicals die de werking van lichaamseigen stoffen van het immuunsysteem nabootsen of beïnvloeden. Een veel toegepaste biological in RA is anti-TNF dat het cytokine TNF wegvangt en zo de ontsteking snel en krachtig onderdrukt. De beschikbare medicijnen kunnen het ziekteproces remmen, maar werken helaas niet bij alle patiënten met RA. Het vinden van nieuwe medicijnen en het vroeg diagnosticeren van patiënten is daarom ontzettend belangrijk. Bovendien zou het van onschatbare waarde zijn om vóór de start van een behandeling al te kunnen voorspellen of de patiënt zal gaan reageren op een bepaalde therapie. Dit spaart immers tijd, geld en eventuele nare bijwerkingen voor de patiënt.

Multiple sclerose

MS is een ziekte van het centrale zenuwstelsel (hersenen en ruggemerg) en wordt gedacht van oorsprong een auto-immuun ziekte te zijn. De ziekte begint op een relatief jonge leeftijd (tussen de 25-45 jaar) en is op dit moment niet te genezen. Het is nog onduidelijk waarom bepaalde mensen MS ontwikkelen. Wel wordt dankzij onderzoek steeds duidelijker dat het ontstaan van deze ziekte te maken heeft met het verstoord werken van de regulerende functie van de afweer (immuniteit). Myeline is een isolatie laag van axonen (zenuwbanen) en vergroot de geleidingssnelheid van zenuwimpulsen. In MS patienten is deze myeline laag beschadigd (lesie), waardoor de snelheid van geleiding over de axonen wordt vermindert. Dit kan leiden tot neurologische symptomen (bv. coördinatie stoornissen, slecht zien, spierzwakte en vermoeidheid) die afhangen van de plaats van de lesie. De symptomen van MS zijn vaag, kunnen verschillend zijn tussen patiënten en kunnen ook bij andere ziektes optreden waardoor het stellen van de diagnose complex is. Bovendien is het verloop van de ziekte afwisselend en patiënten reageren verschillend op behandeling met IFNß, de meest voorgeschreven biological voor MS patienten. MS wordt hierdoor net als RA beschouwd als een complexe heterogene ziekte.

Moleculaire markers om verschillende (klinische) vormen van MS te classificeren zouden een enorme bijdrage kunnen leveren voor diagnose en behandeling. Bovendien zouden deze markers kunnen helpen bij het definieren van homogene patientengroepen voor het opzetten van klinische studies naar nieuwe behandelingsmethoden. Deze homogene groepen zal de kans op het bereiken van doeltreffendheid van nieuwe behandelingswijzen vergroten.

Het promotieonderzoek

MS en RA zijn beide heterogene ziektes, wat onder andere blijkt uit de verscheidenheid in klinische presentatie van de ziekte en de grote verschillen in respons op therapie. De oorzaak van beide ziektes is onbekend en ons inzicht in het ziekteproces is beperkt. Goede criteria om verschillende vormen van MS of RA te onderscheiden zijn momenteel niet voorhanden. Het kunnen definiëren van homogene patiënten groepen is van essentieel belang voor het uitvoeren van klinische studies, de behandeling van patiënten en het verhogen van de kans op succes bij het testen van nieuwe medicijnen voor behandeling van MS en RA. Daarom richt dit proefschrift zich ten eerste op het hergroeperen van patiënten met een chronisch ontstekingsziekte in meer homogene patiënten groepen.

Het ontstaan en beloop van ziektes gaat gepaard met aanzienlijke veranderingen in de interactie tussen deze genproducten worden bepalend geacht voor de ziekte activiteit. Recent heeft een revolutionaire ontwikkeling in de technologie van het meten van genactiviteit plaatsgevonden die het mogelijk maakt de genexpressie van tienduizenden genen tegelijkertijd te bepalen. Dit word gedaan met behulp van een van de nieuwste technologische ontwikkeling op het moleculaire gebied, de zogenaamde DNA microchips. Deze chip meet in één experiment de activiteit van ongeveer 30,000 genen, de boodschappers van ons DNA. Deze informatie kan per patiënt worden omgezet in een soort streepjescode waarna we de meest op elkaar lijkende codes bij elkaar zoeken en in één groep plaatsen. Per patiëntengroep kunnen we vervolgens de activiteit en de onderlinge connectie van de genen bestuderen om zo het onderliggende ziekteproces te ontrafelen en nieuwe targets voor therapieën te identificeren. Dit soort studies wordt ook wel genomics (studie van genomen) onderzoek genoemd.

Uiteindelijk willen we middels genomics onderzoek komen tot eenduidige diagnostische en prognostische markers die het mogelijk maken om binnen de heterogene ziektes te komen tot het samenstellen van homogene patiëntenpopulaties voor klinische studies en behandeling. Voorts biedt het gedetailleerd inzicht in de moleculaire verschillen die bestaan tussen patiënten, mogelijkheden voor verder onderzoek naar de biologische processen die bijdragen aan het ontstaan van de ziekte en het opsporen van nieuwe targets voor therapeutische interventie.

Genomics om diagnose te verbeteren

Patiënten met gewrichtspijn en die positief zijn voor de autoantistoffen anti-citrulline protein (ACPA) en/of reumafactor (RF) hebben een verhoogd risico op het ontwikkelen van reumatoïde artritis. In hoofdstuk 2 wilde we de mogelijke veranderingen in het immuunsysteem opsporen in een preklinische fase van de ziekte om zo de oorzaak van de ziekte beter te begrijpen en om additionele biomarkers te identificeren met als uiteindelijk doel preventieve medicatie op maat. Patiënten met gewrichtspijn en positief voor de antistoffen ACPA en/of RF bleken een significant verschillend genexpressie profiel te hebben vergeleken met gezonde controles. Dit profiel wordt gekenmerkt door een verhoogde expressie van genen betrokken bij het aangeboren afweermechanisme zoals type I IFN geïnduceerde genen. Gedetailleerde analyse onthulde de aanwezigheid van verschillende subgroepen van patiënten op basis van verschillen in genexpressie profielen wat indicatief is voor interindividuele verschillen in activiteit van het immuun systeem. Sommige preklinische patiënten bleken al een genexpressie profiel te hebben die vergelijkbaar is met die van actieve RA patiënten. Binnen 2 jaar werd bij een aantal preklinische patiënten de diagnose artritis vastgesteld. In dit hoofdstuk beschrijven we een genexpressie profiel dat kan bijdragen aan het voorspellen van artritis in preklinische patiënten.

Genomics voor subclassificatie van patiënten

RA en MS zijn beide heterogene ziektes die gekenmerkt worden door de variabiliteit in symptomen en respons op medicijnen. In hoofdstuk 3 hebben we onderzocht of deze heterogeniteit weerspiegeld is in het genexpressie profiel van bloedcellen en aangetaste weefsels. Zowel de genexpressie profielen in bloedcellen van RA als die van MS patiënten waren aanzienlijk verschillend van die van gezonde individuen en vertoonden een duidelijke verhoging in activiteit van genen betrokken bij de immuun respons. Bovendien waren de genexpressie profielen verschillend tussen de patiënten onderling op basis waarvan verschillende subgroepen konden worden onderscheiden. In beide ziektes vonden wij in een subgroep van de patiënten een verhoogde activiteit van type I IFN geïnduceerde genen. Aangezien deze genen voornamelijk worden geactiveerd door infectie met pathogenen zoals virussen, hebben we de genexpressie profielen van patiënten vergeleken met die van virus geïnfecteerde makaken (aapsoort). Een subgroep van de patiënten bleek een genexpressie profiel te hebben die vergelijkbaar is met die van de geïnfecteerde makaken. Dit laatste suggereert dat een virale infectie gerelateerd zou kunnen zijn aan de ontwikkeling of progressie van auto-immuniteit, maar aangezien deze genen ook door lichaamseigen factoren zouden kunnen worden aangezet is nader onderzoek nodig naar de rol van type I IFN genen in MS en RA.

Eerder onderzoek in synoviaal weefsel van RA patiënten heeft laten zien dat er verschillende weefsel typen bestaan. De heterogeniteit van het weefsel suggereert dat verschillende pathogene mechanismen zouden kunnen leiden tot weefselschade die mogelijk verschillend behandeld moeten worden. In hoofdstuk 3.3 hebben we het genexpressie profiel bepaald van synoviaal weefsel van RA patiënten en deze vergeleken met het bloedprofiel. Wederom konden we op basis van genexpressie profielen twee verschillende typen RA weefsels onderscheiden. Bovendien was de subclassificatie op basis van genexpressie identiek aan subclassificatie op basis van de gemeten infiltratie van ontstekingscellen. Alhoewel het weefsel zich duidelijk onderscheid in twee typen, het genexpressie profiel in bloedcellen was vergelijkbaar tussen de twee weefsel typen. De ontstekingsmarker C-reactief proteïne (CRP), de bezinkingssnelheid van erythrocyten (BSE) en de hoeveelheid bloedplaatjes bleken de beste perifere bloedmarkers die de weefselclassificatie weerspiegelt.

Pharmacogenomics

Uit klinisch onderzoek weten we dat de behandeling van zowel RA als MS patiënten niet voor iedere patiënt gunstig uitpakt. Het gebrek aan een positieve respons op de therapie suggereert dat sommige patiënten resistent zijn of een ongewenste immuunreactie hebben op de voorgeschreven behandeling. De fysiologische effecten die een medicijn teweeg brengt in ons lichaam noemt men de farmacodynamiek en deze kan verschillend zijn tussen patiënten wat kan leiden tot interindividuele verschillen in klinische respons op behandeling. In hoofdstuk 4 hebben we de veranderingen in het genexpressie profiel onderzocht die geïnduceerd worden door therapie. Dit soort onderzoek wordt ook wel “pharmacogenomics” genoemd.

Eén van de meest gebruikte behandeling van RA is het remmen van TNF m.b.v. zgn. biologicals zoals Infliximab. Ondanks dat deze middelen in het algemeen doeltreffend zijn, blijkt dat bij een deel van de patiënten deze medicijnen onvoldoende helpen. Bovendien is de exacte werking van het medicijn nog niet geheel duidelijk. In hoofdstuk 4.1 hadden wij als doel het bepalen van de pharmacogenomic respons op anti-TNF behandeling in RA met behulp van genexpressie analyse van perifere bloedcellen. De genexpressie profielen voorafgaand aan therapie waren significant verschillend vergeleken met die van na therapie. De genen met een verlaagd genexpressie profiel vertegenwoordigen remming van verscheidene immuun-gereleateerde biologische processen. Opmerkelijk is dat de door therapie geïnduceerde veranderingen in genexpressie niveaus vergelijkbaar is tussen alle patiënten ongeacht hun klinische respons. Dit duidt aan dat alle RA patiënten een actief TNF respons programma bezitten voorafgaand aan therapie. Aangezien niet alle patiënten goed reageren op behandeling, ondanks de aanwezigheid van een actief TNF respons programma, moeten andere factoren een belangrijke rol spelen bij de klinische respons op therapie.

In hoofdstuk 4.2 beschrijven we de interactie tussen TNF and type I IFN geïnduceerde genen door het effect van TNF remmers te onderzoeken op het type I IFN genexpressie profiel. De verandering in IFN genexpressie niveaus na TNF blockade was verschillend tussen patiënten. Sommige patiënten vertoonde een verhoging van het IFN genexpressie profiel terwijl andere patiënten juist een verlaging hadden na TNF remming. Het bleek dat de patiënten met een verhoging van het IFN profiel een slechtere klinische respons hadden op de behandeling.

Type I IFNJ3 is een frequent toegepaste behandeling om het ziekteproces van MS te remmen. Helaas is de therapie geassocieerd met bijwerkingen en laat niet iedere patiënt een klinisch effect zien. Bovendien is de behandeling kostbaar met slechts een gedeeltelijk klinisch effect waarvan het werkingsmechanisme nog onverklaarbaar is. In hoofdstuk 4.3 beschrijven we de pharmacogenomic response in bloedcellen van MS patiënten na behandeling met type I IFNJ3. De pharmacogenomic response was gerelateerd aan de activiteit van de type I IFN genen voorafgaand aan therapie. De resultaten in dit hoofdstuk laten zien dat de activiteit van IFN geïnduceerde genen in bloedcellen van MS patiënten voorspellend zou kunnen zijn voor de respons op IFNJ3.

Conclusie

De resultaten beschreven in dit proefschrift verschaffen nieuwe inzichten in de relatie tussen genexpressie profielen en de heterogeniteit van chronische ziektes zoals RA en MS. Samenvattend kunnen we concluderen dat het gepresenteerde genomics onderzoek een belangrijke bijdrage kan leveren aan de ontwikkeling van biomarkers die onderscheid maken tussen verschillende vormen van de ziektes MS en RA en die in de toekomst mogelijk gebruikt kunnen worden voor vroege diagnose, prognose en therapie respons op individueel niveau.

Proefschrift: Heterogenomics of autoimmunity towards personalized medicine
Promotor: Prof. Dr. C.L. Verweij
Dit promotieonderzoek is gesubsidieerd door Stichting MS Research.

Curriculum Vitae

Personalia:

Naam:     Lisa G. M.  van Baarsen
Geboren: 7 augustus 1980 te Volendam

 Opleiding:
1997 Eindexamen HAVO S. G. Werenfridus, Hoorn

2001 Bachelor Medical Biology, Hogeschool van Utrecht

2008 PhD project, VUMC Amsterdam

 Werkervaring:
2001 – 2004 – Researcher binnen de Vakgroep Molecualrie biologie en immunology, VU MC

2004 – 2008 – Promovenda bij de afdeling Moleculaire Celbiologie en Immunologie en de afd. Pathologie, VUMC

2006 — Medewerker in AutoCure – een door de EU (FP^) betaald research project.

2006 — Werkbezoek aan het Van Andel Instituut, Grand Rapids, Michigan, USA

2009 — Postdoc & Teamleader van de vakgroep Clinical Immunology & Rheumatology olv prof. dr. P. P. Tak

jd-proefschriften-091001-VanBaarsen1

Promotie:

01 oktober 2009, Vrije Universiteit Amsterdam

Relatie met MS:

Tijdens mijn functie als research analist ontving mijn professor een beurs van de MS Research Stichting voor een pilot project naar MS onderzoek. Dit project sprak mij ontzettend aan en is de start geweest voor mijn promotieonderzoek. Tijdens mijn promotieonderzoek werd bij mijn nichtje de diagnose MS gesteld, waarna de band met MS onderzoek nog sterker is geworden.