Sven Triebel

• Vor etwas mehr als 20 Jahren wurden erstmals an das Myokard bindende beta1-Rezeptorantikörper im Zusammenhang mit der Chagas-Krankheit beschrieben. Die Arbeiten der beiden folgenden Jahrzehnte konnten zeigen, dass solche beta1-Rezeptorantikörper mit einer Prävalenz von ca. 30 bis 95% (in Abhängigkeit vom verwendeten Nachweisverfahren) v.a. auch bei Patienten mit dilatativer Kardiomyopathie (DCM) nachgewiesen werden können. Insbesondere Antikörper gegen die zweite extrazelluläre Domäne des beta1-adrenergen Rezeptors (beta1-ECII) scheinen dabeiVor etwas mehr als 20 Jahren wurden erstmals an das Myokard bindende beta1-Rezeptorantikörper im Zusammenhang mit der Chagas-Krankheit beschrieben. Die Arbeiten der beiden folgenden Jahrzehnte konnten zeigen, dass solche beta1-Rezeptorantikörper mit einer Prävalenz von ca. 30 bis 95% (in Abhängigkeit vom verwendeten Nachweisverfahren) v.a. auch bei Patienten mit dilatativer Kardiomyopathie (DCM) nachgewiesen werden können. Insbesondere Antikörper gegen die zweite extrazelluläre Domäne des beta1-adrenergen Rezeptors (beta1-ECII) scheinen dabei in der Lage zu sein, den Rezeptor funktionell zu beeinflussen und zu aktivieren. Beta1-ECII wurde in der Folge als potentes Autoantigen mit T- und B-Zell-Epitopen identifiziert. Erste klinische Untersuchungen an Patienten mit DCM haben gezeigt, dass das Vorhandensein zirkulierender b1-ECII-Antikörper mit einer schlechteren linksventrikulären Funktion, dem Auftreten ventrikulärer Arrhythmien sowie mit einer erhöhten kardiovaskulären Mortalität verbunden ist. Der Verdacht, dass beta1-Antikörper bei der DCM nicht nur ein Epiphänomen, sondern bei einem Teil der betroffenen Patienten auch mögliche Krankheitsursache darstellen könnten, verstärkten dann in jüngster Zeit die Bestrebungen, ein Tiermodell für die Antikörper-induzierte Genese einer Kardio-myopathie zu generieren. So fanden 1997 Matsui et al. im Kaninchenmodell nach Immunisierung mit einem beta1-ECII-homologen Peptid über 12 Monate eine biventrikuläre Dilatation und kompensatorische Hochregulation der beta-Adrenozeptoren im Myokard. Im Gegensatz dazu fanden Iwata et al. wenige Jahre später im gleichen Tiermodell nach 6-monatiger Immunisierung eine linksventrikuläre Hypertrophie bei beta1-ECII-Antikörper-positiven Tieren und eine Downregulation der beta-Rezeptoren. Diese Diskrepanzen ließen das Kaninchenmodell daher als fraglich geeignet erscheinen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Arbeit wurde die Lewis-Ratte zur Generierung eines Kardiomyopathiemodells gewählt, da die beta1-ECII-Sequenz bei Ratte und Mensch 100% homolog ist. Zur Immunisierung verwendeten wir ein Fusionsprotein aus GST und der humanen beta1-ECII-Sequenz. Der Schwerpunkt des Vorhabens lag auf der Charakterisierung der durch die Immunisierung induzierten morphologischen und funktionellen Veränderungen am Herzen der Versuchstiere. Echokardiographisch konnte bei immunisierten Tieren bereits nach 9 Monaten eine linksventrikuläre Erweiterung nachgewiesen werden, die sich nach 12 bzw. 15 Immunisierungsmonaten durch das Auftreten einer progredienten linksventrikulären Dysfunktion (Echokardiographie/Herzkatheteruntersuchung) auch funktionell manifestierte. Makroskopisch-morphometrisch ließ sich an Paraffinschnitten eine Erweiterung des linken Ventrikels bei relativer Abnahme der Wanddicke nachweisen und bestätigte somit histologisch die echokardiographischen Messungen. Die mikroskopische Analyse zeigte eine relative Vergrößerung der Kardiomyozytenkerne ohne signifikante Zellhypertrophie. Durch Radioligandenbindungsversuche konnte zudem in beta1-ECII-immunisierten Tieren eine Downregulation der kardialen beta1-Rezeptoren nachgewiesen werden. Durch die Immunisierung mit beta1-ECII-Antigen konnte der Phänotyp einer DCM somit erstmals in der Ratte induziert werden. Dieser Phänotyp ist vermutlich überwiegend auf die agonist-ähnliche funktionelle Aktivität der durch spezifische Immunisierung induzierten beta1-Rezeptorantikörper zurückzuführen. Das vorgestellte Tiermodell erfüllt dabei einerseits die immunologischen Kriterien des 1. Koch’schen Postulats für den „indirekten“ Nachweis einer Kardiomyopathieinduktion durch Antikörper, die gegen die zweite extrazelluläre Domäne des b1-adrenergen Rezeptors gerichtet sind. Andererseits lieferte es im Anschluss auch die direkte Evidenz für eine kausale Rolle solcher Antikörper bei der Induktion einer Autoimmunkardiomyopathie durch den Transfer induzierter Antikörper auf genetisch identische, herzgesunde Ratten (Nachahmen von Rezeptor-Autoantikörpern). Zukünftig könnte dieses Tiermodell auch dazu dienen, weitere immunologische Faktoren, die an der Entwicklung einer Autoimmunkardiomyopathie durch beta1-Rezeptor-antikörper beteiligt sind, zu untersuchen. Ferner können mit diesem Modell neue therapeutische Ansätze für die Behandlung der Rezeptorantikörper-positiven Kardiomyopathie entwickelt werden, mit dem Ziel einer späteren Anwendung im Tiermodell erprobter Strategien auch bei Antikörper-positiven Patienten.…
• About 20 years ago antibodies binding to the beta1-adrenergic receptor have been described in Chagas disease. In following decades different authors were able to prove, that these beta-1-adrenergic receptor antibodies are prevalent especially in patients with dilated cardiomyopathy (DCM) in 30 to 95%, depending on the proving method. Especially antibodies directed against the second extracellular loop of the beta-1-receptor (beta1-ECII) seemed to be able to modulate and to activate the receptor. In the past years the second extracellular loopAbout 20 years ago antibodies binding to the beta1-adrenergic receptor have been described in Chagas disease. In following decades different authors were able to prove, that these beta-1-adrenergic receptor antibodies are prevalent especially in patients with dilated cardiomyopathy (DCM) in 30 to 95%, depending on the proving method. Especially antibodies directed against the second extracellular loop of the beta-1-receptor (beta1-ECII) seemed to be able to modulate and to activate the receptor. In the past years the second extracellular loop could be identified as a potent (auto-)antigen containing T- and B-cell epitopes. Clinical studies in DCM-patients associated a significant poorer left ventricular function, a higher prevalence of serious ventricular arrhythmias and a higher cardiovascular mortality with the presence of anti-beta1-ECII-antibodies. In the following it was necessary to develop sufficient animal model proving that the presence of these antibodies might not be a side effect and furthermore to prove that these antibodies might causal in developing a DCM. In 1997 Matsui et al. could show a biventricular dilatation and a up-regulation of beta1-receptors in the myocard using rabbits immunised over 12 months with a synthetic peptides corresponding to beta1-ECII. Using the same animal model few years later Iwata et al. recognized a left-ventricular hypertrophy after 6 months of immunisation and a downregulation of beta-receptors. Actually it is not sure, if this animal model might be sufficient to answer question for the causal role of beta1-receptor-antibodies. Therefore, in the present sudy we attempted to create experimental immune-cardiomyopathy in the rat using human beta1-ECII (100% sequence identity human/rat) fused to bacterial GST as an antigen. The main aspect in our study was to characterize the different morphological und functional findings in the rat heart. Compared with the control animals, echocardiographic follow-up revealed significant left ventricular dilatation from the ninth study-month on, which slowly and steadily progressed in the course of the study. The final echocardiographic findings were furthermore supported by left ventricular pressure curves obtained in the left heart catheterization at study end (fifteenth month). The anatomic measurements, performed in hematoxylin an eosin-stained paraffin sections, showed a left ventricular dilatation and a relative increase in left ventricular wall-thickness which furthermore emphasized the echocardiographic results. Histomorphological analysis revealed significantly enlarged polymorphous nuclei, but not a cardiomyocyte-hypertrophy. The radioligand-binding studies showed a down-regulation of the beta1-adrenergic receptor in the cardiomyocyte membrane. We were able to show the first time the phenotype of DCM in the rat by immunization against the second extracellular loop of the beta1-adrenoceptor. It seems conceivable that the generated cardiomyopathic phenotype has to be attributed mainly to the sustained sympathomimetic activity of the produced activating anti-beta1-ECII-antibodies. Our animal model fulfills the first Witebsky postulate for autoimmune disease (indirect evidence) including antibodies against an identified corresponding (auto-)antigen. Furthermore it is the basis for the direct evidence proving a causal role of these beta1-ECII-antibodies in developing a autoimmune cardiomyopathy by transferring induced antibodies on healthy animals of the same strain. In the future this animal model might be used to detect further immunological elements that might be causal to develop a autoimmune cardiomyopathy associated with the evidence of beta1-adrenoceptor-antibodies. Furthermore this animal model might be useful to develop new strategies in the treatment of the beta1-adrenoceptor-positive DCM.…