Virusinfectie in menselijke hersenen en ontstekingen bij MS

De vraag of HHV-6 een rol speelt in MS blijft open, maar de resultaten uit dit proefschrift geven aan dat je niet voetstoots mag aannemen dat een infectie met HHV-6 de ziekte zou verergeren. Integendeel, HHV-6 lijkt veel meer een remmende factor te zijn wanneer het in een ontstekingshaard zou belanden.

Nederlandse Samenvatting proefschrift van Sonja Meeuwsen *(2005)

Doel van het onderzoek

Het ophelderen van de rol van het humane herpes virus 6 in de hersenen van de mens bij de ontwikkeling van multiple sclerose (MS)

MS is een chronische ontstekingsziekte van het centrale zenuwstelsel (CZS) waarvan de oorzaak onbekend is. Door bestudering van de verspreiding van MS is bekend dat zowel factoren uit de omgeving als erfelijkheid de kans op het krijgen van MS beïnvloeden. Omgevingsfactoren zoals zonlicht, voeding en infectie met virussen of bacteriën kunnen naast het risico op MS ook het beloop ervan beïnvloeden.

Virussen
Virussen zijn beruchte micro-organismen. Ze leven in en vaak ten koste van een ander organisme en passen zich snel aan wanneer de omstandigheden veranderen. Virussen worden van oudsher verondersteld een rol te spelen bij het ontstaan en het beloop van MS. Vele onderzoeken hebben de betrokkenheid van virussen bij MS aangetoond. Toch ontbreekt het nog aan inzicht hoe nu precies de relatie tussen virussen en MS in elkaar zit. Immers, de meeste virussen waarvan we vermoeden dat ze een rol spelen bij MS zijn allerminst specifiek voor mensen met MS.

Over het gevolg van een infectie op het functioneren van hersencellen is weinig bekend. Een virus dat wellicht een rol speelt bij MS is het humaan herpes virus-6 (HHV-6). Het virus is niet specifiek voor de ziekte en komt in de rest van de bevolking veel voor maar het zou wellicht vaker en actiever voorkomen in de hersenen van MS patiënten. Daarbij is de veronderstelling dat de aanwezigheid van het virus de ontstekingen verder stimuleert, maar harde gegevens hierover ontbreken nog steeds. Dit onderzoek was er op gericht om vast te leggen welk effect HHV-6 nu precies heeft wanneer het menselijke hersencellen infecteert.

Gekweekte hersencellen
Experimentele infecties met HHV-6 in de mens kun je niet uitvoeren. Een goed alternatief is werken met gekweekte cellen uit hersenmateriaal, verkregen na het overlijden van donoren. Dit gebeurde in samenwerking met de Nederlandse Hersenbank. Hersencellen kun je na de dood heel goed kweken door ze te voorzien van een kweekvloeistof met voedingsstoffen, voldoende zuurstof en een juiste temperatuur.

Gekweekte hersencellen kun je gebruiken om allerlei verschillende experimentele condities te onderzoeken die bij proefpersonen onmogelijk zijn na te bootsen. Zo kun je gekweekte hersencellen blootstellen aan zelfgekozen virusinfecties en verschillende ontstekingsbevorderende stoffen en de effecten daarvan leren begrijpen. Bij gekweekte hersencellen kun je per celtype afzonderlijk, meten welke stoffen de cellen produceren. Een belangrijke groep stoffen die hersencellen aanmaakt is de groep van ontstekingsstoffen. Door deze stoffen aan te maken en vanuit de cel de omgeving in te sturen kan een hersencel andere cellen in die omgeving beïnvloeden in hun groei, bewegingsrichting en andere activiteiten. Zulke stoffen noemen we cytokines en chemokines.

Andere belangrijke aan te maken stoffen kunnen zenuwcellen beschermen tegen schade, of een nabijgelegen bloedvatwand laten openen of juist sluiten. Een hersencel produceert dit soort stoffen niet voortdurend maar doet dat pas als het daarvoor de juiste prikkels ontvangt. Daarbij ontstaat een netwerk van honderden stoffen die gezamenlijk en in wisselende samenstelling de ingewikkelde activiteiten van allerlei celtypen binnen het zenuwstelsel nauwkeurig sturen. Zo kunnen de cellen zorgen voor een passende reactie op schade of infectie.

Boodschappernetwerken
Dit soort boodschappernetwerken is erg ingewikkeld en een goed begrip van de werking ervan is afhankelijk van een meetmethode waarbij je de aanmaak van vele stoffen tegelijkertijd kan volgen. In het onderzoek is gebruik gemaakt van een zogenaamde cDNA array profileringstechniek. Bij deze techniek gebruik je filters waarop “malletjes” zitten voor het gelijktijdig registreren van de aanmaak van 268 verschillende stoffen. GenetischErfelijk, de erfelijkheid betreffend. Meer... materiaal uit de gekweekte hersencellen dat die aanmaak van stoffen weerspiegelen wordt radioactief gemaakt en op zo’n filter gebracht. Als de cel veel van dit radioactieve productiemateriaal oplevert, betekent dat vrijwel zonder uitzondering dat er ook veel van die bepaalde stofEen in de biochemie vóórkomende natuurlijke en scherp te onderkennen en te beschrijven chemische stof, bijvoorbeeld het aminozuur alanine (C3NO2H8), glucose (C6O6H12) als bestanddeel van glycogeen enz. enz. Meer... wordt gemaakt. Met de honderden verschillende “mallen” op de filter kun je de opbrengst van de evenzovele stoffen nauwkeurig meten. Een volledig overzicht, ook wel expressieprofiel genoemd, is het resultaat.

De menselijke hersenen en ruggenmerg bevatten twee belangrijke celtypen, neuronen (zenuwcellen) en glia cellen. Neuronen zijn betrokken bij informatie overdracht zowel binnen het Centrale Zenuwstelsel (CZS) zelf als in communicatie met de rest van het lichaam. Glia cellen ondersteunen en voeden neuronen en doen ook mee in bepaalde informatiecircuits. Daarnaast spelen glia cellen een heel belangrijke rol in het constant houden van het interne milieu van hersenen en ruggenmerg, en in het regelen van bloedvatfuncties in het CZS. Daarbij hoort ook het regelen van ontstekingsreacties die als regel volgen op infecties, zuurstoftekort of andersoortige schade. Glia cellen zijn onder te verdelen in astrocyten, microglia en oligodendrocyten.

Astrocyten en microglia
In dit proefschrift is gebruik gemaakt van gekweekte menselijke astrocyten en gekweekte menselijke microglia. Astrocyten zijn de meest voorkomende cellen in het CZS. Ze zijn vooral betrokken bij het ondersteunen en voeden van andere cellen, ze communiceren direct met zenuwcellen en bloedvaten en na schade – zoals na een ontsteking tijdens MS – zijn ze primair verantwoordelijk voor de vorming van litteken weefsel. Microglia zorgen als regel in eerste instantie voor het bevechten van infecties en het opruimen van restmateriaal dat ontstaat bij schade, celdood of ontstekingen. Ze spelen daarnaast ook een aanvullende rol in herstelprocessen.

Allereerst is onderzocht of de cDNA array profileringstechniek geschikt is voor het meten van stoffen in gekweekte menselijke astrocyten. Deze techniek bleek in een serie proeven prima geschikt te zijn voor de beoogde metingen.

Daarna is onderzocht wat nu precies het effect is van infectie van astrocyten met het HHV-6 virus. Hoe kun je zoveel mogelijk astrocyten in kweek infecteren? Welke hoeveelheid virus is een geschikte dosis en hoe lang moet je wachten voor de effecten zichtbaar zijn? Het maximaal haalbare was dat na 2 dagen ongeveer eenderde van alle astrocyten met HHV-6 geïnfecteerd waren.

Vervolgens is de balans opgemaakt van deze experimentele infectie, met gebruikmaking van de cDNA array profilerings techniek. Verrassend was dat na infectie van de astrocyten er helemaal niets veranderde aan de productie van de honderden stoffen die je met de array kunt meten. Klaarblijkelijk weet het virus de astrocyt te infecteren zonder dat de cel een signaal naar buiten afgeeft. Het is goed denkbaar dat dit vermogen van HHV-6 tot ‘sluipmoord’ de doorslag geeft bij zijn succes om bij veel mensen het CZS te infecteren zonder directe kwalijke gevolgen.

En het virus bleek nog verder te kunnen gaan. Voeg je de ontstekingssignalen toe aan de geïnfecteerde astrocyten, net zoals eerder is gedaan met de gezonde astrocyten, dan blijken de geïnfecteerde astrocyten anders te reageren. De aanmaak van beschermende en herstellende stoffen was groter dan in gezonde cellen. Hoewel de interpretatie van dit alles niet eenvoudig is zonder nog meer proeven te doen, lijkt het gemeten profiel sterk te wijzen op de mogelijkheid dat de HHV6 infectie van astrocyten eerder een ontsteking in het CZS af te remmen dan te bevorderen.

Toll-like receptoren
Vervolgens is een serie verkennende proeven beschreven naar zogenaamde Toll-like receptoren (TLR) die reageren op een HHV-6 infectie. TLR zijn eiwitten op het oppervlak van astrocyten en andere cellen die we vanaf de geboorte hebben meegekregen om binnendringende virussen en bacteriën te herkennen. Er zijn in de mens tenminste tien van dergelijke TLR en op dit moment is wereldwijd veel onderzoek gaande naar hun werking. Meestal worden TLR onderzocht in weefsels die speciaal met afweer te maken hebben, zoals lymfeklieren en milt. Welke van de tien TLR in het CZS van belang zijn, en of ze betrokken zouden kunnen zijn bij herkenning van HHV-6 zijn een van de eerste vragen die opkomen.

In de eerste serie proeven leidde een HHV-6 infectie van astrocyten tot een verhoging van de aanmaak van sommige TLR. Dit zou een reactie op de infectie kunnen zijn, aannemend dat die bepaalde TLR dan ook het virus zou herkennen. Daar bleek evenwel nog niets van. De signalen die astrocyten afgeven na activering van bepaalde TLR traden namelijk niet op. De vraag blijft dus of de TLR het virus wel oppikt en, als dat niet zo zou is, waarom de astrocyte dan de moeite neemt TLR verhoogd te produceren in reactie op het virus. Ook is het mogelijk dat het virus methoden heeft ontwikkeld om binnen de cel de signalen van een TLR te blokkeren, en daarmee afweerreacties te saboteren.

Wispelturig

In het laatste hoofdstuk is de aandacht verlegd naar een ander belangrijk celtype in het CZS, de microglia. Deze microglia zijn een stuk lastiger te bestuderen omdat ze niet goed houdbaar zijn en je ze alleen direct na zuivering uit hersenweefsel kan onderzoeken. Anders dan astrocyten kun je ze niet bevroren bewaren. Allereerst is bekeken of microglia die uit verschillende hersendonoren zijn geïsoleerd, een stabiel expressieprofiel opleverden na analyse met de cDNA profileringsmethode die voor de astrocyt zo’n nuttig middel was gebleken. Dat bleek inderdaad het geval. Opmerkelijk echter was dat na stimulatie van de microglia met dezelfde ontstekingsstoffen die ook al bij de astrocyt waren toegepast, het resultaat plotseling heel wisselend bleek. Steeds wanneer microglia uit een andere bron gebruikt zijn, verschenen in het profiel van de honderden stoffen weer andere verschuivingen. Vaak leek de reactie maar nauwelijks op die van een andere proef.

Op dit moment blijft dit wisselvallige gedrag van microglia wat raadselachtig, maar in de eerder gepubliceerde resultaten van andere onderzoekers konden we aanwijzingen vinden dat ook andere onderzoekers nogal eens geplaagd zijn door wispelturige microglia. Samen met de overtuiging dat de meetmethode op zichzelf geen bron van de wisselende resultaten kan zijn, gaan we er nu van uit dat microglia inderdaad nogal wisselend gedrag kunnen vertonen wanneer ze geprikkeld raken. Dit heeft mogelijk te maken met de precieze plaats in de hersenen waaruit de cellen zijn gezuiverd of met klinische variabelen van de donoren die zijn gebruikt. Het is in elk geval iets waar we in toekomstig werk met microglia terdege rekening moeten houden. Het maakt het werken met gekweekte microglia nog een stukje lastiger dan het werken met astrocyten, maar zeker zo interessant.

Conclusie
De vraag of HHV-6 een rol speelt in MS blijft nog open, maar de resultaten uit dit proefschrift geven aan dat je niet voetstoots mag aannemen dat een infectie met HHV-6 de ziekte zou verergeren. Integendeel, HHV-6 lijkt veel meer een remmende factor te zijn wanneer het in een ontstekingshaard zou belanden. Het kan zijn dat de effecten heel anders zijn bij infectie van andere celtypen. Met gebruikmaking van gekweekt menselijk hersenmateriaal is dit verder te onderzoeken. Maar bij gebruik van gekweekte microglia is wel enige voorzichtigheid geboden, gezien het wispelturige karakter van deze cellen. Dit karakter en dat van andere celtypen in de menselijke hersenen blijkt evenwel zeer toegankelijk te zijn met de nu verder ontwikkelde onderzoeks

Proefschrift: Human Herpes virus-6 and the Cytokine network in human glial cells.
Promotor: prof.dr. C.D. Dijkstra, copromotor: dr. J.M. van Noort

Dit proefschrift is gefinancierd door de Stichting MS Research