Frontiers in Immunology

Diese Übersichtsarbeit ist um zwei tabellarische Abbildungen herum angeordnet, von denen die eine die Ergebnisse der NMDAR1-Autoantikörper (AB) zusammenfasst und in ein Erklärungsmodell integriert (Abbildung 1) und die andere versucht, klare Empfehlungen für den klinischen Entscheidungsprozess zur immunsuppressiven Behandlung auf der Grundlage des derzeitigen Wissensstandes zu geben (Abbildung 2).

Bitte beachten Sie, dass die neue Nomenklatur GluN1 für NMDAR1/NR1 hier aus Gründen der Konsistenz mit dem größten Teil der entsprechenden Literatur nicht berücksichtigt wird.

NMDA-Rezeptoren in Gehirn und Peripherie

N-Methyl-d-Aspartat-Rezeptoren (NMDAR) sind Glutamat-gesteuerte Ionenkanäle, die im Gehirn von Säugetieren reichlich vorhanden sind (1). Sie bilden Heteromere der Untereinheiten NR1, NR2 und NR3, wobei NR1 der einzige obligatorische Partner ist. NMDAR sind von zentraler Bedeutung für die Regulierung der Funktion von Neuronen/Synapsen und werden auch von nicht-neuronalen Zelltypen im Gehirn wie Astrozyten, Oligodendrozyten oder Endothelzellen exprimiert (2-5). Darüber hinaus wurde über eine periphere Expression berichtet, z. B. im Magen-Darm-Trakt oder in Immunzellen (6).

Anti-NMDAR-Enzephalitis

Autoantikörper der Immunglobulin G (IgG)-Klasse, die gegen NMDAR1 gerichtet sind, wurden ursprünglich mit einer Erkrankung in Verbindung gebracht, die als „Anti-NMDAR-Enzephalitis“ bezeichnet wird (7-10). Im Jahr 2007 beschrieben Dalmau und Kollegen erstmals ein paraneoplastisches Syndrom, das auf 12 Frauen mit Ovarialteratomen beruhte, die IgG AB gegen NMDAR NR1/2-Untereinheiten trugen. Das Syndrom bestand in unterschiedlicher Ausprägung aus Psychosen, kognitivem Verfall, epileptischen Anfällen, Dyskinesien, Bewusstseinsstörungen und vegetativer Instabilität. Die Autoren berichteten in vielen nachfolgenden Veröffentlichungen, basierend auf einer zunehmenden Anzahl von Personen mit Anti-NMDAR-Enzephalitis, über hohe Serum- und Liquor-Titer von NMDAR1-AB der IgG-Klasse bei dieser Erkrankung sowie über ein häufig günstiges Ansprechen auf eine immunsuppressive Therapie (7-10). Als syndromspezifischer pathophysiologischer Mechanismus wurde eine NMDAR1-AB-induzierte Abnahme der NMDAR-vermittelten Ströme aufgrund einer verstärkten Internalisierung des Rezeptors und damit einer verringerten Oberflächenexpression vorgeschlagen (11). Allerdings wurden über mehrere Jahre hinweg gesunde Probanden nicht einmal in nennenswerter Zahl auf die NMDAR1-AB-Seroprävalenz untersucht. Dennoch wurde und wird immer noch behauptet, dass das Vorhandensein von NMDAR1-AB der IgG-Klasse im Serum (nicht nur im Liquor) krankheitsspezifisch ist (7-10), was in der Literatur und leider auch in der klinischen Praxis zu einiger Verwirrung geführt hat.

Syndrome, die an NMDAR1-Antagonismus erinnern

Da eine NMDAR-Hypofunktion als zentraler Mechanismus bei der Schizophrenie vermutet wurde, der auf die Induktion psychotischer Symptome durch Antagonisten zurückzuführen ist (12, 13), stellte sich vor einigen Jahren die Frage, ob es sich bei einer Teilpopulation schizophrener Patienten möglicherweise um zuvor übersehene Anti-NMDAR-Enzephalitis-Fälle handelt. Bislang lieferte die Literatur – meist auf der Grundlage kleiner Stichprobengrößen und in Anlehnung an die ursprüngliche „Krankheitsspezifitätsbehauptung von NMDAR1-AB der IgG-Klasse“ – widersprüchliche Ergebnisse (14-20). Analog dazu wurden auch andere pathologische Zustände, die ebenfalls an einen NMDAR-Antagonismus erinnern, z. B. Epilepsie oder Demenz, auf das Vorhandensein von NMDAR1-AB untersucht. Es erschien eine Flut von Veröffentlichungen – viele davon Fallberichte -, in denen die Verbindung von NMDAR1-AB mit einer Vielzahl von Syndromen beschrieben wurde. Schließlich wurde auch berichtet, dass NMDAR1-AB anderer Immunglobulin (Ig)-Klassen (IgM und IgA) mit Krankheiten assoziiert sind (17, 21-23). Eine interessante Frage, die bisher völlig offen geblieben ist, ist, ob NMDAR1-AB auch zu „peripheren Phänotypen“ führen kann, wenn man die Expression von NMDAR in peripheren Organen und Geweben berücksichtigt (6).

Gleiche Verteilung von NMDAR1-AB im Serum bei Gesundheit und Krankheit

Unerwarteterweise hat die jüngste Arbeit von uns und anderen an insgesamt >5.000 Personen die „Krankheitsspezifitätsbehauptung“ jeglicher NMDAR1-AB in Frage gestellt, indem sie eine altersabhängige Seroprävalenz von bis zu >20% NMDAR1-AB, einschließlich IgM, IgA und IgG, sowohl bei gesunden als auch bei kranken Probanden nachweisen konnte. Interessanterweise wurde auch nach NMDAR1-AB der IgE-Klasse gesucht, aber nie gefunden (24). Zu den in diesen Studien untersuchten Krankheiten gehören neuropsychiatrische Erkrankungen (Schizophrenie, affektive Störungen, Parkinson-Krankheit, amyotrophe Lateralsklerose, Alzheimer-Krankheit, Schlaganfall, multiple Sklerose und Persönlichkeitsstörungen) sowie allgemeinmedizinische Erkrankungen, z. B. Diabetes oder Bluthochdruck (24-28). Auch die Spannweite der NMDAR1-AB-Titer im Serum und die Verteilung der Ig-Klassen waren bei allen untersuchten Krankheitsgruppen sowie bei gesunden Personen vergleichbar (24-28). Jede 40-jährige Person hat eine ~10%ige und jede 80-jährige Person eine ~20%ige Chance, eine NMDAR1-AB-Seropositivität aufzuweisen (24).

Funktionalität von NMDAR1-AB

Diese überraschende Entdeckung warf die Frage auf, ob diese AB alle funktionell sind. Da für alle diese NMDAR1-AB-Bestimmungen Biochip-Mosaike und ein zellbasierter Assay, das klinische Standardverfahren (HEK293T-Zellen, transfiziert mit NMDAR1 und sekundärem AB gegen humanes IgG, IgM oder IgA; Euroimmun, Lübeck, Deutschland), verwendet wurden (siehe auch unten), mussten zusätzliche Assays durchgeführt werden, um diese unerwarteten Befunde durch den Nachweis der AB-Funktionalität weiter zu festigen. Diese In-vitro-Tests (die alle mit Seren nach Ammoniumsulfat-Fällung von Immunglobulinen und Dialyse durchgeführt wurden) zeigten ähnliche Wirkungen von NMDAR1-AB – unabhängig von der Ig-Klasse – auf die Internalisierung des Rezeptors in menschlichen IPSC-Neuronen sowie in primären Mausneuronen. Ebenso reduzierte NMDAR1-AB aller Ig-Klassen die durch Glutamat ausgelösten Ströme in NR1-1b/NR2A exprimierenden Xenopus laevis-Oozyten (26, 28, 29). In-vivo-Studien an Mäusen und Menschen deuten auf vergleichbare Wirkungen von Serum-NMDAR1-AB aller Ig-Klassen hinsichtlich der Modulation von Hirnfunktionen hin (siehe weitere Einzelheiten unten).

Methoden des AB-Nachweises – noch Raum für Verbesserungen

Ein noch immer ungelöstes Problem, das nach einer Standardisierung verlangt, ist die Vielfalt der für die AB-Bestimmung angewandten Methoden mit unterschiedlicher Spezifität und Empfindlichkeit. Im Hinblick auf NMDAR1-AB (wo wir über die solidesten eigenen Erfahrungen verfügen) sind zellbasierte Assays sicherlich die überlegene Methode zum Nachweis von NMDAR1-AB, da die Epitope auf natürliche Weise exponiert werden, so dass AB sie spezifisch erkennen kann. Aber auch bei diesen Assays gibt es Unterschiede: Einige Autoren verwenden transient transfizierte lebende Zellen, wobei sie die potenzielle Variabilität und die Probleme der Chargenabweichung in Kauf nehmen, während andere fixierte und permeabilisierte Zellen verwenden, die die gesamte NMDAR1-Untereinheit exprimieren, was wahrscheinlich eine bessere Standardisierung ermöglicht (Euroimmun). Der letztgenannte Assay wird derzeit weltweit zur Diagnose von NMDAR1-AB-Enzephalitis eingesetzt. Aufgrund unserer eigenen Erfahrungen mit diesem Assay in Verbindung mit parallel durchgeführten Funktionsstudien (Internalisierung des Rezeptors, Elektrophysiologie und In-vivo-Studien) scheint er derzeit die zuverlässigste Methode zu sein. Es wird jedoch dringend empfohlen, diesen Assay in Kombination mit sekundären AB zu verwenden, die für die verschiedenen Ig-Klassen hochspezifisch sind (Anti-Human-IgG, Anti-Human-IgA und Anti-Human-IgM), da kreuzreagierende AB zu falschen Schlussfolgerungen führen können, z. B. hinsichtlich der Prävalenz von IgG AB. Die Verwendung von Ratten-, Mäuse-, Menschen- oder Affengehirnschnitten für den immunhistochemischen Nachweis von spezifischem AB kann eine hilfreiche Ergänzung sein, die unterstützende Beweise liefert. Dagegen kann der typische ELISA auf Peptidbasis nicht als Nachweismethode für NMDAR1-AB empfohlen werden, da aufgrund der unnatürlichen (von der Position in der Zellmembran entfernten) Epitop-Exposition viele falsch-positive und/oder falsch-negative Ergebnisse erzielt werden können. Diese Assays scheinen nur für Folgeanalysen geeignet zu sein, z.B. für die Bestimmung des AB-Titerverlaufs anhand einer Reihe von Proben desselben Spenders, die zuvor durch zellbasierte und funktionelle Assays eindeutig als seropositiv diagnostiziert wurden.

Eine entscheidende Rolle der Blut-Hirn-Schranke (BHS) für die syndromale Relevanz

Auf die Frage, warum so viele NMDAR1-AB-Träger im Serum gesund bleiben, stellten wir die Hypothese auf, dass eine beeinträchtigte BHS über ihre pathophysiologische Bedeutung entscheiden könnte. Wichtig ist, dass eine erhöhte Durchlässigkeit der BHS regional unterschiedlich sein kann, was die individuell unterschiedlichen symptomatischen Folgen erklärt (30). Als Tiermodell untersuchten wir ApoE-/- Mäuse mit bekannter BHS-Durchlässigkeit im Vergleich zu Wildtyp-Wurfgeschwistern (31). Die intravenöse Injektion gereinigter Ig-Fraktionen von NMDAR-AB-seropositiven (IgM, IgG und IgA) Menschen führte ausschließlich bei ApoE-/–Mäusen zu Veränderungen der spontanen Aktivität im offenen Feld und zu einer hypersensiblen (psychosebezogenen) Reaktion auf MK-801 im offenen Feld (28). Bei der Untersuchung der Rolle einer beeinträchtigten BHS auch beim Menschen konnten wir in der Tat schwerere neurologische Symptome bei NMDAR1-AB-Trägern (aller Ig-Klassen) mit einer Vorgeschichte von Geburtskomplikationen oder Neurotraumata feststellen, Bedingungen, bei denen die BHS wahrscheinlich chronisch undicht ist (28). In diesem Sinne untersuchten wir auch APOE4-Träger, da der APOE4-Haplotyp mit einer durchlässigen BHS in Verbindung gebracht wurde (32, 33). Wir erhielten erste Hinweise darauf, dass NMDAR-AB bei neuropsychiatrisch erkrankten APOE4-Trägern, die dann eher als schizoaffektiv diagnostiziert werden, Größenwahn und Manie verstärken kann (29). Auch beim ischämischen Schlaganfall beim Menschen wurde eine modifizierende Rolle der bereits vorhandenen zirkulierenden NMDAR1-AB (wiederum aller Klassen) festgestellt. Bei Patienten mit intakter BHS vor dem Insult waren NMDAR1-AB schützend in Bezug auf die Entwicklung der Läsionsgröße, während bei APOE4-Trägern NMDAR1-AB mit einem größeren Insultvolumen assoziiert waren (24). Diese Ergebnisse unterstreichen, dass nicht nur das Ausmaß, sondern auch die Dauer der BHS-Dysfunktion (akut oder chronisch) eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung des Syndroms durch NMDAR1-AB spielen kann.

Das Gehirn als Immunpräzipitator von NMDAR1-AB

Die zirkulierenden NMDAR1-AB aller Ig-Isotypen sind nach einem Schlaganfall vorübergehend vermindert (24). Dies veranlasste uns zu der Hypothese, dass Hirngewebe mit seinem dicht exprimierten NMDAR1 (das nach dem Zusammenbruch der BHS zugänglich ist) als Falle für zirkulierendes NMDAR1-AB dienen könnte (25). Zunächst gingen wir der Frage nach, ob NMDAR1-AB im Serum auch im Liquor nachweisbar ist. Von N = 271 Probanden mittleren Alters (mit diagnostizierter Multipler Sklerose oder Krankheitskontrollen) mit verfügbaren Liquor-Serum-Paaren waren 26 NMDAR1-AB-seropositiv (was im erwarteten Bereich liegt), aber bemerkenswerterweise war nur 1 Liquor positiv. Im Gegensatz dazu waren Tetanus-AB (die aufgrund der obligatorischen Impfung allgegenwärtig sind, sich aber nicht an das Hirngewebe binden) in Serum und Liquor aller Probanden vorhanden, wobei die Liquorwerte bei beeinträchtigter BHS höher waren. Translationale Experimente an Mäusen bestätigten die Hypothese, dass das Gehirn als „Immunopräzipitator“ fungiert: Die gleichzeitige Injektion von NMDAR1-AB-IgG und einem nicht hirnbindenden „non-sense-AB“ (Anti-GFP-IgG) führte zu einer hohen Nachweisbarkeit des ersteren nur im Gehirn (deutlich ausgeprägter bei BHS-Dysfunktion) und des letzteren nur im Liquor (25). Diese Daten können dazu beitragen, mögliche symptomatische Folgen von gegen Hirnantigene gerichtetem Serum-AB zu erklären. Während die Undichtigkeit der BHS eine wichtige Rolle spielt und in Fällen, in denen eine pathologische Relevanz der zirkulierenden NMDAR1-AB vermutet wird, untersucht werden sollte, können negative Ergebnisse bezüglich der AB-Titer im Liquor nicht automatisch Auswirkungen auf das Gehirn ausschließen.

Epitope, die von NMDAR1-AB erkannt werden

Die nächste Frage war, ob diese offensichtlich insgesamt funktionellen NMDAR1-AB dasselbe Epitop erkennen und ob dies möglicherweise ihre hohe Seroprävalenz erklären könnte. Wiederum unerwartet ergab die Epitopkartierung unter Verwendung von sieben verschiedenen NMDAR1-Konstrukten, dass NMDAR1-AB-positive Seren verschiedene Epitope erkennen, die sich in der extrazellulären Ligandenbindung und der N-terminalen Domäne (NTD) sowie in der intrazellulären C-terminalen und der extra großen Porendomäne befinden. Die Seropositivität von NMDAR1-AB war in der Hälfte der untersuchten Seren polyklonal/polyspezifisch und in der anderen Hälfte wahrscheinlich mono- oder oligoklonal/oligospezifisch (hauptsächlich IgG). Insgesamt zeigte sich kein besonderes krankheitsbezogenes Muster: Die NMDAR1-Epitope waren in allen Krankheitsgruppen vergleichbar (26). Vor dieser systematischen Untersuchung gab es nur wenige veröffentlichte Arbeiten zu NMDAR1-AB-Epitopen, die sich auf IgG konzentrierten, die NTD und die NTD-G7-Domäne (N368/G369) erkennen, wahrscheinlich weil diese Region und Ig-Klasse zuerst als pathognomonisch für Anti-NMDAR-Enzephalitis angesehen wurden (8, 34). In der Tat scheinen Faktoren, die junge Frauen für neuropsychiatrische Manifestationen der NMDAR1-assoziierten Autoimmunität prädisponieren, mit NTD- oder NTD-G7-Epitopen zusammenzuhängen. Die akzentuierte Rolle von IgG in diesem Zusammenhang ist noch Gegenstand von Spekulationen, steht aber wahrscheinlich im Zusammenhang mit einem entzündungsbedingten Klassenwechsel im Gehirn (36).

Prädisponierende Faktoren für das Tragen oder Verstärken von NMDAR1-AB

Auf der Grundlage dieser in vitro und in vivo Befunde müssen wir davon ausgehen, dass grundsätzlich alle natürlich vorkommenden NMDAR1-AB unabhängig von Epitop und Ig-Klasse ein pathogenes Potenzial besitzen. Das bedeutet jedoch nicht, dass die Art der Ig-Klasse nicht unterschiedliche Kaskaden von Sekundärereignissen auslösen und damit die endgültige Gewebereaktion weiter prägen kann. Doch nun stellen sich noch mehr Fragen: Wie lässt sich die krankheitsunabhängige hohe Seroprävalenz von NMDAR1-AB erklären, die mit dem Alter zunimmt? Kennen wir irgendwelche prädisponierenden Faktoren, und wenn ja, wie können wir deren Rolle in das Gesamtbild integrieren? NMDAR1-AB wurden ursprünglich mit onkologischen Erkrankungen (Teratomen) in Verbindung gebracht (7). Später wurde eine Prädisposition für diese AB bei Influenza-A- und -B-Seropositivität festgestellt, ein Befund, der in einer unabhängigen Stichprobe wiederholt wurde (25, 28). Auch ein genomweit signifikanter genetischer Marker, rs524991, der sogar mit der NMDAR-Biologie zusammenhängt, wurde mit NMDAR1-AB in Verbindung gebracht (28). Ob eine undichte BHS, die zu einer erhöhten Exposition von zentralem NMDAR1 gegenüber Zellen des Immunsystems führt, die Bildung von NMDAR1-AB induzieren und/oder bereits vorhandene spezifische B-Zell-Klone verstärken kann, ist derzeit noch unklar und muss systematisch untersucht werden. Ein weiterer attraktiver Gedanke, der auf dem Gebiet der NMDAR1-AB noch nicht verfolgt wurde, ist der mögliche modulierende Einfluss des Mikrobioms auf die Verstärkung von NMDAR1-AB (37).

Andere Antigen-gesteuerte AB im Gehirn

Warum sehen wir NMDAR1-AB so häufig in Gesundheit und Krankheit? Gilt dies auch für andere AB, die gegen Hirnantigene gerichtet sind? Um diese Fragen zu klären, untersuchten wir analog dazu 24 andere gegen Hirnantigene gerichtete Serum-AB, die zuvor mit pathologischen Zuständen in Verbindung gebracht wurden. Auch hier zeigte sich zu unserer Überraschung, dass Häufigkeit, Titer und Ig-Klassenverteilung bei gesunden und kranken Probanden vergleichbar sind. Die Seroprävalenz aller dieser 24 AB war jedoch deutlich niedriger (<2%) im Gegensatz zu NMDAR1-AB (bis zu >20%) (27). Auffallend ist, dass die vorherrschende Ig-Klasse auch nicht vom Gesundheits- oder Krankheitszustand abhängt, sondern vom Antigenort, wobei intrazelluläre Epitope für IgG prädisponieren (27). Die Gleichverteilung dieser 24 anderen AB in Gesundheit und Krankheit ist weniger erstaunlich, wenn man bedenkt, dass mehrere hirngerichtete AB im Serum gesunder Menschen und verschiedener anderer Säugetierarten (38, 39) sowie reichlich im Liquor von Enzephalitis-Fällen (40) nachgewiesen wurden, obwohl die jeweiligen Hirnantigene nicht spezifiziert wurden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Hirnantigen-gerichtete AB im Allgemeinen und NMDAR1-AB im Besonderen Teil eines bereits existierenden Autoimmunrepertoires zu sein scheinen (37, 41-44), das unter Bedingungen einer intrathekalen Synthese oder einer beeinträchtigten BHS an (patho-)physiologischer Bedeutung gewinnt, zum Beispiel bei Verletzungen, Infektionen, Hirnentzündungen oder einer genetischen Prädisposition für eine Undichtigkeit der BHS (APOE4-Haplotyp).

Schlussfolgerungen und Empfehlungen

Alle natürlich vorkommenden NMDAR1-AB im Serum haben offensichtlich ein pathogenes Potenzial. Aus noch weitgehend unerforschten Gründen sind sie sehr häufig (häufiger als andere bisher identifizierte hirngerichtete AB), und ihre Prävalenz nimmt mit dem Alter deutlich zu. Eine NMDAR-AB-Seropositivität allein rechtfertigt definitiv keine immunsuppressive Behandlung. Die syndromale Relevanz von NMDAR1-AB im Serum hängt von der Zugänglichkeit zum Gehirn ab, d. h. von der Durchlässigkeit der BHS. Darüber hinaus spielt die Entzündung des Gehirns wahrscheinlich eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Akutheit und des Schweregrads des Syndroms, die durch zirkulierendes NMDAR1-AB und noch stärker durch die entsprechenden Plasmazellen bestimmt wird, die sich unter entzündlichen Bedingungen im Gehirn befinden oder dorthin wandern können, um intrathekal AB zu produzieren (40). Im entzündlichen Milieu werden sie bei Epitop-Exposition verstärkt und erfahren einen Klassenwechsel zu IgG (36). Befunde bei Personen mit Herpes-Enzephalitis könnten diese Ansicht weiter stützen (22, 45).

Jede zugrundeliegende Enzephalitis, ob infektiös, läsionsinduziert, genetisch oder „idiopathisch“, kann durch das Vorhandensein von NMDAR1-AB im Sinne einer „Dalmau-Enzephalitis“ (7-10) eine prominente Syndrombildung erfahren, die dann zusätzlich zur ursächlichen Enzephalitis-Behandlung (falls verfügbar) eine immunsuppressive Therapie erfordert. Ob intrathekal erzeugtes NMDAR1-AB allein, ohne eine zugrunde liegende, bereits bestehende Entzündung, eine „Dalmau-Enzephalitis“ verursachen kann, ist noch nicht geklärt. In allen Fällen, in denen anderweitig der Verdacht auf symptomatische Folgen von gegen Hirnantigene gerichtetem Serum-AB besteht, ohne dass eine offene Enzephalitis vorliegt, sollte die Undichtigkeit der BHS untersucht werden. Da der Albuminquotient (der als klinischer Näherungswert zur Diagnose eines BHS-Zusammenbruchs verwendet wird) eher eine Störung der Blut-CSF-Schranke anzeigt und in leichten Fällen einer BHS-Leckage nicht immer pathologisch sein muss (46-48), kann sich die zusätzliche Bestimmung einer (globalen oder lokalen) BHS-Störung durch eine neuartige Magnetresonanztomographie (MRT) (47), die als Zusatz zur kontrastmittelverstärkten Routine-MRT etabliert werden kann, als hilfreich erweisen, um die Notwendigkeit und den Nutzen insbesondere von ausgedehnten immunsuppressiven therapeutischen Interventionen abzuschätzen.

Beiträge des Autors

Der Autor bestätigt, dass er der alleinige Verfasser dieser Arbeit ist und sie zur Veröffentlichung freigegeben hat.

Erklärung zu Interessenkonflikten

Der Autor erklärt, dass die Forschung ohne jegliche kommerzielle oder finanzielle Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.

Förderung

Diese Arbeit wurde von der Max-Planck-Gesellschaft, der Max-Planck-Förderstiftung, der DFG (CNMPB), EXTRABRAIN EU-FP7 und dem Niedersachsen-Research Network on Neuroinfectiology (N-RENNT) unterstützt.