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Störungen der Zytotoxizität:

Familiäre hämophagozytische Lymphohistiozytose


S. Ehl*, T. Kallinich**

* Univ.-Kinderklinik Freiburg
** Klinik für Pädiatrie m.S. Pneumologie und Immunologie, Charité - Universitätsmedizin Berlin

Definition

Zelluläre Zytotoxizität wird durch CD8+ T-Zellen (CTL) und NK-Zellen vermittelt und erfolgt durch die gerichtete Sekretion lytischer Granula. Diese enthalten das Poren-formende Protein Perforin und Serinproteasen (Granzyme), die gemeinsam den Zelltod der Zielzelle vermitteln können. Zytotoxizität wird einerseits benötigt, um intrazelluläre Erreger zu eliminieren, andererseits spielt sie eine wichtige Rolle für die Immunregulation. Bei fehlender Perforin-vermittelter Zytotoxizität kommt es vor allem im Rahmen antiviraler Immunantworten zu einer unkontrollierten Aktivierung und Proliferation von CTL. Dies führt zu massiver Zytokinausschüttung und nachfolgender Makrophagenaktivierung mit dem morphologischen Korrelat einer Hämophagozytose (Abb. 1). Erkrankungen mit einer Störung der Zytotoxizität werden daher auch als Hämophagozytosesyndrome (engl: hemophagocytic lymphohistiocytosis = HLH) bezeichnet.

Abb. 1. Diagnose einer Hämophagozytose im Knochenmarksausstrich

A

B

Abb 1A Abb 1B

Abgebildet ist ein durch Makrophagen phagozytierter neutrophiler Granulozyt (A) sowie ein Erythrozyt und Thrombozyten (B).

Im wesentlichen werden zwei Formen unterschieden: die primäre, genetisch bedingte Form (familiäre oder FHLH oder FHL) sowie die sekundäre Form (SHLH) (1). Sekundäre Hämophagozytosesyndrome werden am häufigsten nach Infektionen beobachtet (IAHS = Infektions-assoziierte Hämophagozytosesyndrome), insbesondere nach Virusinfektionen (VAHS). Wahrscheinlich werden aber auch die meisten Hämophagozytose-Episoden bei FHL-Patienten durch Infektionen ausgelöst. Hämophagozytosesyndrome sind auch bei Kindern mit systemischen rheumatologischen Erkrankungen wie Morbus Still beschrieben (Makrophagenaktivierungssyndrom = MAS) (2). Schließlich können auch lymphoproliferative Syndrome (z.B. EBV-induzierte PTLD) oder maligne Erkrankungen (MAHS) mit einer HLH assoziiert sein.

Molekulare Ursache der Störung

Der primären, genetisch bedingten Form (früher Morbus Farquhar) können verschiedene Gen-Defekte zugrunde liegen. Hierzu gehören Defekte im Perforin-Gen (FHL-2) (3) sowie im Gen für Munc13-4 (FHL-3) (4). Der Genort für FHL-1 liegt auf Chromosom 9q22, das Gen ist aber bisher nicht identifiziert. Eine weitere FHL-Erkrankung wird möglicherweise X-chromosomal vererbt. Beide Genprodukte (Perforin und Munc13-4) werden in CTL und in NK-Zellen exprimiert. Zwei weitere genetische Erkrankungen verursachen FHL, das Chediak-Higashi Syndrom (Defekt des CHS1/LYST-Gens) (5) sowie das Griscelli-Syndrom Typ II (Defekt des RAB27A-Gens) (6).

Nach Kontaktbildung von CTL bzw. NK-Zellen mit ihren Zielzellen kommt es zur Ausbildung einer "immunologischen Synapse", die intrazellulär durch eine Rearrangierung des Zytoskeletts stabilisiert wird. Der Transport der lytischen Granula erfolgt entlang dem Zytoskelett in Richtung des synaptischen Spalts. LYST und RAB27A sind für den Transport der Granula verantwortlich, MUNC13-4 ist notwendig für das Verschmelzen der lysosomalen Granula mit der Zellmembran (4-7) (Abb. 2). Die Proteine LYST und RAB27A werden auch in anderen Zellen exprimiert und haben wichtige Funktionen im lysosomalen Transport von Granula in Neuronen, Blutplättchen, Leukozyten und Melanozyten. Hierdurch erklärt sich u.a. der partielle Albinismus bei den beiden Syndromen. Schließlich tritt ein genetisch bedingtes Hämophagozytosesyndrom beim Purtilo-Syndrom (Defekt des SAP-Gens) auf. Bei dieser X-chromosomal vererbte Erkrankung steht die Pathophysiologie der Immundysregulation im Zusammenhang mit einer fehlregulierten Signalübertragung in T-Zellen. Das FHL wird hier fast immer im Zusammenhang mit einer EBV-Infektion beobachtet.

Abb. 2. Gendefekte bei FHL und die Rolle der Genprodukte beim lysosomalen Transport sekretorischer Lysosomen

Abb. 2

Dargestellt ist die ausgebildete "immunologische Synapse" zwischen zytotoxischer T-Zelle und Zielzelle mit dem ausgerichteten Zytoskelett. Entlang dieser Struktur erfolgt der Transport der lytischen Granula in Richtung Zielzelle. Mutationen im Bereich des RAB27A- sowie des LYST-Genes führen zu einer Transportstörung der sekretorischen Lysosomen und sind für das Griscelli-Syndrom Typ II bzw. das Chediak-Higashi Syndrom verantwortlich. Bei der FHL3 ist die Exkretion der Granula in den synaptischen Spalt durch Defekte im MUNC13-4-Gen gestört. Bei der FLH2 ist der Transport der lytischen Granula intakt, sie enthalten aber kein funktionelles Perforin. (Film)

CTL - zytotoxische T-Zelle, APZ - Antigen-präsentierende Zelle, MTOC - microtubuli organizing center, CHS - Chediak-Griselli Syndrom.

Pathogenese

Perforin-abhängige Zytotoxizität ist wesentlich an der Regulation von CTL Antworten beteiligt. Insbesondere nach Virusinfektionen kommt es zu einer massiven Aktivierung und Proliferation antiviraler CTL. Nach Elimination infizierter Zellen stirbt ein Großteil dieser Zellen ab, die verbleibenden CTL bilden die Grundlage des T-Zell Gedächtnis. Diese physiologische Kontraktion des T-Zell Kompartiments ist zum Teil Folge der aktiven Induktion von Zelltod. Im wesentlichen ist sie aber wahrscheinlich Folge der Elimination von Antigen-präsentierenden Zellen (APZ) und damit des wesentlichen Stimulus fuer die Aktivierung und Differenzierung von CTL (8). Die fehlende Elimination von APZ im Verlauf der Immunantwort führt zu einer prolongierten T-Zell Stimulation mit der Folge einer massiv überschießenden Immunreaktion. Hierbei werden eine Reihe von Zytokinen freigesetzt (9), wobei Interferon (IFN) γ eine zentrale Rolle zukommt (8, 9). Hohe IFN-γ Spiegel führen zur exzessiven Makrophagenaktivierung mit der Folge einer hochinflammatorischen Multiorganerkrankung. Charakteristisch, aber nicht notwendig für die Diagnose der Erkrankung, ist der Nachweis einer Hämophagozytose im Knochenmark oder in anderen Geweben.

Klinisches Bild

Die klinische Manifestation der FHL ist in etwa 80% noch vor dem ersten Lebensjahr. Beim Griscelli-Syndrom sowie dem Chediak-Higashi-Syndrom ist die Manifestation häufig später, bei Purtilo-Syndrom in der Regel im Zusammenhang einer EBV-Infektion. Die klinischen Kardinalsymptome sind Fieber, Hepatosplenomegalie und ZNS-Symptome. Das Fieber ist typischerweise undulierend und protrahiert, kann aber auch spontan remittieren. Die Hepatosplenomegalie ist meist ausgeprägt und progressiv, eine Lymphadenopathie tritt aber nur bei etwa 30% der Patienten auf (10). Neurologische Symptome können bereits zu Beginn vorhanden sein und das klinische Bild bestimmen, treten aber oft erst im Krankheitsverlauf auf. Symptome sind Irritabilität, vorgewölbte Fontanelle, Hypotonie oder Hypertonie und Krämpfe sowie Apathie und Koma. Ein wichtiger klinischer Hinweis auf ein Griscelli-Syndrom ist ein partieller Albinismus (Hypopigmentierung der Haut, silbrig-graue Haare). Beim Chediak-Higashi-Syndrom besteht neben dem Albinismus auch eine Muskelschwäche, psychomotorische Retardierung sowie ein breites Spektrum an peripheren und zentralen neurologischen Symptomen. Charakteristisch für diese Diagnose ist der Nachweis von Riesengranula in Granulozyten.

Typische Laborbefunde sind Zytopenien, insbesondere eine Leukopenie, Hyponatriämie sowie eine Erhöhung von Transaminasen, Bilirubin und LDH. Charakteristisch für die Makrophagenaktivierung ist die oft massive Ferritinerhöhung (>1000 ng/ml), eine deutliche Hypertriglyceridämie sowie eine Erniedrigung des Fibrinogens. Im Liquor findet sich oft eine Eiweißerhöhung sowie eine lympho/monozytäre Pleozytose, manchmal mit Nachweis von Hämophagozytose. Hämophagozytoseaktivität lässt sich auch im Knochenmark oder in Lymphknoten- oder Leberbiopsaten dokumentieren. Es gibt diagnostische Kriterien für HLH; 5 von 8 Kriterien müssen für die Diagnose erfüllt sein (Tab. 1) (10).

Tab. 1: Diagnostische Kriterien für Hämophagozytosesyndrome*

Fieber
Splenomegalie
Zytopenien >/= 2/3 Zelllinien (Hb < 9 g/dl, Thrombo < 100.000/µl, Neutro < 1000/µl)
Hypertriglyceridämie und/oder Hypofibrinogenämie
Nachweis einer Hämophagozytose in KM, Milz, LK oder Liquor.
Erniedrigte NK-Zell Zytotoxizität
Ferritin > 500 ng/ml
sCD25 > 2400 U/ml

* nach Histiocyte Society (10); 5 von 8 Kriterien müssen erfüllt sein. Der Nachweis einer Hämophagozytose ist demnach für die Diagnose nicht zwingend notwendig.

Diagnosestellung

Ziel der Diagnostik ist eine möglichst rasche Differenzierung, ob es sich um eine primäre oder sekundäre Form handelt. Hierzu gehört zunächst die Familienanamnese mit besonderer Berücksichtigung einer Konsanguinität sowie die klinische Untersuchung inkl. Haut- und Haarbefund (mit Haarschaftmikroskopie) sowie ein ausführlicher neurologischer Status. Die o.g. Labordiagnostik wird ergänzt durch ausführliche mikrobiologische Untersuchungen. Bei der Lymphozytenphänotypisierung finden sich bei allen Formen aktivierte CD8+ T-Zellen. Wichtig ist die Bestimmung der intrazellulären Perforinexpression (weitgehender Ausschluss Perforindefekt) und der NK- oder T-Zell-vermittelten Zytotoxizität. Eine Störung der Zytotoxizität ist bei sekundären Formen transient und es kann eine Restfunktion vorhanden sein, bei primären Formen ist die Störung vollständig und permanent (9).

Therapie und Prophylaxe

Ziel der Therapie ist eine Stabilisierung der dysregulierten Immunantwort. Im Fall der sekundären Formen kann eine Behandlung der Infektion ausreichend sein, oft ist aber eine aggressive immunsuppressive Therapie (Protokoll HLH-2004) notwendig. Therapieelemente sind Dexamethason, Cyclosporin, Etoposid und ggf. intrathekales MTX (1, 11). Einige Zentren verwenden ATG statt Etoposid, was der Pathophysiologie der Erkrankung eher gerecht wird. Bei den primären Formen muss die HLH-2004 Therapie durchgeführt werden. Hier kann die Therapie allerdings keine permanente Remission erzielen. Sie dient lediglich der Stabilisierung vor einer so rasch wie möglich durchzuführenden Stammzelltransplantation.

Prognose

Die familiäre Form verläuft ohne Therapie immer tödlich. Daher ist der Klärung der Frage, ob es sich um eine genetische Erkrankung handelt, eine hohe Priorität einzuräumen. Insbesondere mit HLA-identer Stammzelltransplantation sind gute Überlebensraten erzielt worden (12). Bei Griscelli- und Chediak-Higashi-Syndrom ist der Verlauf etwas benigner, so dass hier die Indikation zur Stammzelltransplantation nicht sofort bei Diagnosestellung gestellt werden muss.

Literatur

(1) Janka G.E., E.M. Schneider Modern management of children with hemophagocytic lymphohistiocytosis. Br J Haematol 124: 4-14 (2004).

(2) Grom A.A. Macrophage activation syndrome and reactive hemophagocytic lymphohistiocytosis: the same entities?. Curr Opin Rheumatol 15: 587-590 (2003).

(3) Stepp S.E., R. Dufourcq-Lagelouse, F. LeDeist et al. Perforin gene defects in familial hemophagocytic lymphohistiocytosis. Science 286: 1957-1959 (1999).

(4) Feldmann J., I. Callebaut, G. Raboso et al. Munc13-4 is essential for cytolytic granule fusion and is mutated in a form of familial hemophagocytic lymphohistiocytosis (FHL3). Cell 115: 461-473 (2003).

(5) Barbosa M.D., Q.A. Nguyen, V.T. Tchernev et al. Identification of the homologous beige and Chediak-Higashi syndrome genes. Nature 382: 262-265 (1996).

(6) Menasche G., E. Pastural, J. Feldmann et al. Mutations in RAB27A cause Griscelli syndrome associated with hemophagocytic syndrome. Nat Genet 25: 173-176 (2000).

(7) de Saint Basile G., A. Fischer. Defective cytotoxic granule-mediated cell death pathway impairs T lymphocyte homeostasis. Curr Opin Rheumatol 15: 436-445 (2003).

(8) Jordan M.B., D. Hildeman, J. Kappler, P. Marrack. An animal model of hemophagocytic lymphohistiocytosis (HLH): CD8+ T cells and interferon gamma are essential for the disorder. Blood 104: 735-743 (2004).

(9) Schneider E.M., I. Lorenz, M. Muller-Rosenberger et al. Hemophagocytic lymphohistiocytosis is associated with deficiencies of cellular cytolysis but normal expression of transcripts relevant to killer cell apoptosis. Blood 100: 2891-2898 (2002).

(10) http://www.histio.org/society/protocols/trials-protocols.shtml

(11) Imashuku S., S. Hibi, T. Ohara et al. Effective control of Epstein-Barr virus-related hemophagocytic lymphohistiocytosis with immunochemotherapy. Histiocyte society. Blood 93: 1869-1874 (1999).

(12) Henter J.I., A. Samuelsson-Horne, M. Arico et al. Treatment of hemophagocytic lymphohistiocytosis with HLH-94 immunochemotherapy and bone marrow transplantation. Blood 100: 2367-2373 (2002).

Korrespondenzadresse

PD Dr. Stephan Ehl

Zentrum für Kinderheilkunde und Jugendmedizin
Mathildenstr. 1

79106 Freiburg

Tel.: 0761-270-4301

Fax: 0761-270-4481

E-mail: ehl@kikli.ukl.uni-freiburg.de