Aus dem Institut für Pharmakologie, Toxikologie und Pharmazie der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover Phosphodiesterase-4-Inhibitoren zur Behandlung allergischer Hauterkrankungen bei Mensch und Tier Habilitationsschrift zur Erlangung der Venia legendi an der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover vorgelegt von Dr. med. vet. Wolfgang Bäumer Hannover 2006 2 Inhaltsverzeichnis Seite Liste der Publikationen, die Bestandteil der Habilitationsschrift sind 4 Abkürzungsverzeichnis und Glossar 6 1 Einleitung 10 Allergische Hauterkrankungen bei Mensch und Tier 10 Pharmakotherapie allergischer Hauterkrankungen bei Mensch und Tier 16 Phosphodiesterase-4-Inhibitoren (PDE4-Inhibitoren) 20 2 Fragestellungen der vorliegenden Untersuchungen 27 Sind PDE4-Inhibitoren in Modellen allergischer Entzündungen wirksam? 27 Wirken PDE4-Inhibitoren in Th1/Th2-dominierten Entzündungsgeschehen unterschiedlich? 27 Wird die Funktion von Keratinozyten durch PDE4-Inhibitoren beeinflusst? 27 Wird die Funktion dendritischer Zellen durch PDE4-Inhibitoren beeinflusst? 28 3 Zusammenfassende Darstellung der Ergebnisse und gemeinsame Diskussion 29 3.1 Effekte von PDE4-Inhibitoren in Modellen allergischer Hauterkrankungen 29 3.2 Pharmakologische Beeinflussung caniner, muriner und humaner Keratinozyten durch PDE4-Inhibitoren 38 3.3 Rolle und pharmakologische Beeinflussung dendritischer Zellen in Modellen allergischer Hauterkrankungen 39 3.4 Vergleich der pharmakologischen Wirkung von Glucocorticoiden und PDE4-Inhibitoren 46 3.5 Übertragbarkeit tierexperimenteller Ergebnisse auf die klinische Situation 48 3.6 Bietet eine neue Substanzklasse einen Vorteil für die Behandlung der atopischen Dermatitis? 50 4 Zusammenfassung 52 5 Literaturverzeichnis 54 6 Danksagung 63 7 Darstellung des eigenen Anteils an den wissenschaftlichen Arbeiten 64 8 Anhang 68 3 Liste der Publikationen, die Bestandteil der Habilitationsschrift sind Bei der Auflistung der Originalarbeiten (Volltext siehe Anhang) wurde nicht die chronologische Reihenfolge ihres Erscheinens berücksichtigt, sondern eine für die gemeinsame Diskussion der Ergebnisse sinnvolle Reihenfolge. Die Liste schließt eine zur Veröffentlichung eingereichte Studie mit ein ([8]), die der Übersichtlichkeit halber in die durchgehende Nummerierung aufgenommen wurde. Effekte von PDE4-Inhibitoren in Modellen allergischer Hauterkrankungen [1] Bäumer, W., Gorr, G., Hoppmann, J., Ehinger, A.M., Ehinger, B., Kietzmann, M. (2002) Effects of the phosphodiesterase 4 inhibitors SB 207499 and AWD 12-281 on the inflammatory reaction in a model of allergic dermatitis. Eur. J. Pharmacol. 446: 195-200 [2] Bäumer, W., Gorr, G., Hoppmann, J., Ehinger, A.M., Rundfeldt, C., Kietzmann, M. (2003) AWD 12-281, a highly selective phosphodiesterase 4 inhibitor, is effective in the prevention and treatment of inflammatory reactions in a model of allergic dermatitis. J. Pharm. Pharmacol. 55: 1107-14 [3] Bäumer, W., Seegers, U., Braun, M., Tschernig, T., Kietzmann, M. (2004) TARC and RANTES, but not CTACK, are induced in two models of allergic contact dermatitis. Effects of cilomilast and diflorasone diacetate on T-cell-attracting chemokines. Br. J. Dermatol. 151: 823-30 [4] Hoppmann, J., Bäumer, W., Galetzka, C., Höfgen, N., Kietzmann, M., Rundfeldt, C. (2005) The phosphodiesterase 4 inhibitor AWD 12-281 is active in a new guinea-pig model of allergic skin inflammation predictive of human skin penetration and suppresses both Th1 and Th2 cytokines in mice. J. Pharm. Pharmacol. 57: 1609-1617 4 Rolle und pharmakologische Beeinflussung dendritischer Zellen in Modellen allergischer Hauterkrankungen [5] Bäumer, W., Tschernig, T., Sülzle, B., Seegers, U., Lührmann, A., Kietzmann, M. (2003) Effects of cilomilast on dendritic cell function in contact sensitivity and dendritic cell migration through skin. Eur. J. Pharmacol. 481: 271-279 [6] Bäumer, W., Sülzle, B., Weigt, H., De Vries, V.C., Hecht, M., Tschernig,T., Kietzmann, M. (2005) Cilomilast, tacrolimus and rapamycin, modulate dendritic cell function in the elicitation phase of allergic contact dermatitis. Br. J. Dermatol. 153: 136-144 [7] Bäumer, W., Krekeler, S., De Vries, V.C., Niedorf, F., Tschernig, T., Kietzmann, M. (2006) Non-steroidal and steroidal anti-inflammatory drugs vary in their modulation of dendritic cell function in the elicitation phase of allergic contact dermatitis. Exp. Dermatol. 15: 322-329 Pharmakologische Beeinflussung caniner, muriner und humaner Keratinozyten durch PDE4-Inhibitoren [8] Bäumer, W., Kietzmann, M. (2006) Effects of cyclosporin A and cilomilast on activated canine, murine and human keratinocytes. Vet. Dermatol. (eingereicht) Übersichtsarbeit zur Pharmakologie des PDE4-Inhibitors Cilomilast [9] Bäumer, W., Szelenyi, I., Kietzmann, M. (2005) Cilomilast, an orally active phosphodiesterase 4 inhibitor for the treatment of COPD. Expert Rev. Clin. Immunol. 1(1) 27-36 5 Abkürzungsverzeichnis und Glossar AD: Atopische Dermatitis. Chronische, allergisch-entzündliche Hauterkrankung, die mit erhöhtem Juckreiz einhergeht. Es wird beim Menschen zwischen einer extrinsischen (allergischen), IgE-vermittelten und einer intrinsischen (nicht-allergischen), IgE- unabhängigen Form der AD unterschieden. 80 % der erwachsenen Patienten zeigen erhöhte Serum-IgE-Spiegel, 20 % der Erwachsenen mit AD haben normale IgE-Spiegel. Diese Form der AD entsteht oft erst nach dem 20. Lebensjahr. APC: Antigenpräsentierende Zellen. Zellen, die in der Lage sind, Antigene, Allergene und Fremdstoffe aufzunehmen und T-Zellen zu präsentieren. Wichtige Vertreter sind DC (s. dort) und Makrophagen. Apoptose: Programmierter Zelltod. Im Gegensatz zur Nekrose wird die Apoptose aktiv von der betreffenden Zelle durchgeführt. Die Zelle geht ohne Schädigung des Nachbargewebes zugrunde. ASIT: Allergen-spezifische Immuntherapie. Es werden kontinuierlich steigende Dosen eines Allergenextraktes einem gegenüber diesem Allergen überempfindlich reagierenden Patienten (Mensch oder Hund) verabreicht, um die Symptome zu mildern, die bei dem Patienten bei Allergenkontakt auftreten. Eine bei der Behandlung der AD des Hundes Erfolg versprechende Therapie. Die Erfolge beim Menschen sind geringer (vgl. Tabelle 1). Calcineurin-Inhibitoren: Cyclosporin A, Tacrolimus und Pimecrolimus sind Calcineurin- Inhibitoren, die bei der Behandlung der atopischen Dermatitis des Menschen und des Hundes angewendet werden. Über die Calcineurinhemmung wird u. a. der Transkriptionsfaktor NFAT (nuclear factor of activated T cells) in einer Reihe von Immunzellen, aber auch beispielsweise in Keratinozyten, gehemmt. CD: Cluster of differentiation. CD80 und CD86 sind Oberflächenmarker auf antigenpräsentierenden Zellen, die eine Aktivierung von T-Zellen bewirken; so genannte Ko- Stimulatoren, die gemeinsam mit MHC II an der Präsentation von Fremdantigen beteiligt sind. Eine Präsentation von Antigenen ohne Ko-Stimulation führt zur Anergie oder Toleranz. 6 Challengephase: Synonyme: Elizitationsphase, Effektorphase. Allergisch-entzündliche Reaktion nach erneutem Kontakt einer sensibilisierten Person oder eines sensibilisierten Tieres mit dem relevantem Allergen bzw. Hapten. Chemokine: Proteine, die die Chemotaxis von Entzündungszellen (z.B. Monozyten, Lymphozyten, neutrophilen und eosinophilen Granulozyten) induzieren und so für den spezifischen Influx inflammatorischer Zellen in das Entzündungsgebiet verantwortlich sind. In eigenen Arbeiten wurden beispielsweise RANTES (CCL5), TARC (CCL17) und CTACK (CCL27) untersucht. Cytokine: Proteine, die vor allem von Zellen des Immunsystems synthetisiert werden. Sie regulieren deren Differenzierung und Aktivierung und sind für die Effektorfunktion (z.B. Entzündung) verantwortlich. Typische proinflammatorische Cytokine sind TNFα, IL-1β und IL-6. Einige Cytokine können das Entzündungsgeschehen in Richtung Th1 (IFNγ, IL-12, IL- 18) oder Th2 (IL-4, IL-5, IL-13) polarisieren. DC: Dendritische Zellen, nehmen Antigene, Allergene und Fremdstoffe auf, prozessieren diese und präsentieren sie T-Zellen. Wichtigste antigenpräsentierende Zellen, die in der Lage sind, durch Interaktion mit T-Zellen Immunität oder Anergie/Toleranz zu induzieren. FACS: Fluorescence absorbed cell sorting. Verfahren zur Unterscheideung und Sortierung von Zellen anhand von spezifischen Oberfklächenmolekülen (z.B. CD, siehe dort) aber auch, nach Permeabilisierung von Zellen, durch intrazelluläre Strukturen. Da oft nur eine Messung von Eigenschaften der Zellen und keine Sortierung stattfindet, wird auch der allgemeinere Begriff „Durchflusszytometrie“ benutzt. Glucocorticoide: Synonym: Corticosteroide. Glucocorticoide werden seit Jahrzehnten in der Dermatologie bei allergisch-entzündlichen Prozessen eingesetzt. Glucocorticoide wirken durch die Suppression einer Reihe von proinflammatorischen Genen, unter anderem durch die Interaktion mit den Transkriptionsfaktoren NFκB und AP-1. Glucocorticoide interagieren zusätzlich mit MAP-Kinasen. Durch Hemmung der Phospholipase A2 kommt es zu einer Hemmung der Eicosanoidsynthese. Die topischen Glucocorticoide werden entsprechend ihrer Wirkungsstärke in 4 Klassen eingeteilt. Relativ schwach wirksam ist Hydrocortison (0,25- 0,5%) aus der Klasse I, sehr stark wirksam ist das Clobetasol-17-Propionat (Klasse IV). 7 Haptene: Kleine Moleküle, die allein nicht immunogen sind, sondern erst im Zusammenhang mit einem Trägerprotein zum Allergen werden (z.B. Nickelsulfat oder die in eigenen Arbeiten benutzten Haptene Dinitrochlorbenzen, Toluendiisocyanat). MAP-Kinasen: MAP = Mitogen activated protein. Proteinkinasen, die im Rahmen