Patogenese Kapitel 4 gennemgår plasmacellers udvikling og

Transkript

1 Patogenese 4 Kapitel 4 gennemgår plasmacellers udvikling og produktion af immunglobuliner. Desuden forklares detaljeret om genmutationer, onko- og tumor suppressor gener og cytokiner med betydning for udviklingen af myelomatose. I slutningen beskrives de mekanismer, som fører til sygdom i knoglerne. sygeplejerske info om myelomatose

2 Introduktion Myelomatose er en malign neoplasi af klonale plasmaceller i knoglemarven. De maligne plasmaceller, også kaldet myelomceller, prolifererer og akkumuleres i knoglemarven, men leukæmiserer sjældent (dvs. går sjældent over i blodet). De vigtigste karakteristika ved myelomatose skyldes ophobningen af myelomceller i knoglemarven, som dermed forårsager: l Hæmning af den normale knoglemarvsfunktion, som oftest viser sig ved anæmi. l Skader på knoglevævet, hvilket viser sig som osteoporose og osteolytiske destruktioner. l Hæmning af den normale B-lymfocyt og plasmacellefunktion, som medfører nedsat produktion af de normale immunglobuliner, altså hypo-gammaglobulinæmi. Dette betegnes også som immunparese og medfører øget risiko for infektioner. B-cellernes udvikling i knoglemarven Den pluripotente stamcelle i knoglemarven er den egentlige hæmatopoietiske stamcelle og er modercellen for både myeloide og lymfoide celler (Figur 1 og 2). Den pluripotente stamcelle har evnen til både at forny sig selv uden at tabe uddifferentieringsevne samt at være fødekæde for B-celleproduktionen ved at forpligte sig til at uddifferentiere sig i lymfoid retning. Den tidligste lymfoide stamcelle, bestemt for lymfoid retning, kan udvikle sig videre i enten T-celle eller B-celle retning. Den tidligste B-celle, programmeret til at differentiere i B- celle linien, kaldes pro-b cellen (Figur 2). Pro-B cellen gennemgår yderligere uddifferentiering og bliver først til præ-b celle, som derefter udvikles til en umoden B-celle, også er kendt som en naiv B-celle (Figur 2). Derudover kan M-komponenten, som produceres af myelomcellerne, direkte forårsage problemer som f.eks.: l Nyreskade pga. toksisk påvirkning af nyrevævet (myelom-nyrer). l AL Amyloidose som følge af aflejring af lette kæder, hyppigst lambda kæder, i forskellige organer. l Hyperviskositetssyndrom som følge af høje niveauer af M-komponent i serum. Udvikling af plasmaceller Plasmaceller er højt specialiserede antistof-producerende celler. Plasmaceller udgår fra B- lymfocytter, sædvanligvis kendt som B-celler, som tilhører den lymfoide cellelinie. B-celle udviklingen frem til den naive B-celle kræver ingen antigen-aktivering og benævnes derfor også som den antigen-uafhængige differentiering. B-celle udviklingen frem til dannelsen af de naive B-celler foregår i knoglemarven. De tidlige umodne B-celler i knoglemarven kaldes også samlet for precursor celler. Figur 1. Oversigt over blodcelledannelsen i knoglemarven. Plasmacellen gennemgår flere trin i denne modning, dvs. differentieres frem til at blive en færdigudviklet og velfungerende celle. Plasmacellen er således den ultimativt uddifferentierede B-celle, dvs. slutproduktet af B-cellens modning og udvikling. Plasmacellen dannes, når B-celler aktiveres af et antigen i lymfeknuderne. Denne proces beskrives detaljeret i det følgende.

3 Figur 2. Dannelsen af lymfoide celler i knoglemarven Figur 3. Antigenstimulation af B-cellerne i lymfeknuderne og dermed dannelse af plasmaceller og naturlige antistoffer B-celleaktivering og dannelse af plasmaceller De naive B-celler frigives fra knoglemarven og cirkulerer med blodet til det lymfatiske væv i f.eks. lymfeknuderne. Her præsenteres B-cellerne for antigener, hvilket initierer den proces, som skal modne B-cellerne. Denne proces kaldes den antigen-afhængige differentiering. Hjælper-T-celler deltager ligeledes i aktiveringen af B-cellerne ved bl.a. at udskille kemiske stoffer, kaldet cytokiner. De aktiverede B-celler differentierer dels til tidlige plasmaceller med kort levetid og til memory-celler (hukommelsesceller) med lang levetid. De tidlige plasmaceller producerer et antistof, som er rettet specifikt mod det initialt udløsende antigen. Figur 3 viser denne proces. Processen kaldes det primære immunrespons, og det først dannede antistof vil især være et immunglobulin af typen IgM. Memory-cellerne er immunsystemets hukommelse og fordeler sig i blodet, knoglemarven og i lymfeknuderne. Når memory-cellerne i fremtiden på ny eksponeres for det samme antigen, vil det hurtigt medføre effektiv produktion af store mængder af antistof, rettet mod netop det antigen. Den sidstnævnte proces kaldes det sekundære immunrespons og medfører især dannelse af antistoffer af immunglobulin IgG type. Memory-cellerne bevæger sig til et specielt område i lymfeknuderne, som kaldes germinal-centre. Her aktiveres de af antigen-præsenterende dendritceller (Figur 4). De aktiverede memory-celler transformerer sig til centroblaster, som igen bliver til centrocytter. Nogle af centrocytterne bliver til plasmablaster, som i lymfeknuden kan udvikle sig til plasmaceller med kort levetid

4 eller vandre tilbage ind i knoglemarven. Her udvikles de til plasmaceller med lang levetid. Plasmacellerne i knoglemarven producerer størstedelen af de antistoffer, som bekæmper infektion i kroppen. Figur 5. Antistof, der binder sig til antigen og danner antistof-antigen kompleks Figur 4. B-celle differentiering til plasmaceller og memory-celler Sædvanligvis er immunglobuliner, som dannes af plasmaceller, polyklonale. Det betyder, at de produceres af forskellige plasmaceller, som stammer fra forskellige precursor-celler. Ved myelomatose kommer de abnorme plasmaceller alle fra én enkelt klonalt ekspanderende celle og producerer alle ét specifikt immunglobulin. Dette monoklonale immunglobulin kaldes for M- komponenten (også kaldet M-protein og paraprotein). M-komponenten er forskellig fra de normale antistoffer, der produceres af raske plasmaceller, ved, at det ikke bekæmper infektion. Selvom der findes plasmaceller i lymfeknuderne og i tarmvæggen, udvikler myelomatose sig næsten kun ved proliferation af abnorme plasmaceller i knoglemarven. Dette formodes at være betinget af faktorer, som produceres af andre celler i knoglemarvens mikromiljø. B-cellerne i hvert stadie af udviklingen har karakteristiske, specifikke antigener på celleoverfladen, som kaldes differentieringsklasser eller CD-antigener (CD = cluster of differentiation ). Både raske og maligne plasmaceller har bestemte antigener på deres celleoverflade, som ikke er til stede på B-lymfocytter, herunder f.eks. CD138. Ved udviklingen af myelomatose fortrænger eller undertrykker myelomcellerne de normale plasmaceller, hvilket medfører nedsat produktion af de normale polyklonale immunglobuliner. Der kommer således hypo-gammaglobulinæmi og heraf følgende øget infektionstendens. Immunglobulinstruktur og -klasser Immunglobuliner er grupperet i fem store klasser på baggrund af deres struktur (Tabel 1). Immunglobuliner Immunglobuliner er antistoffer, som produceres af plasmaceller. De cirkulerer rundt i kroppen og binder sig specifikt til de antigener, som oprindeligt igangsatte deres produktion (Figur 5). Antistoffer ødelægger ikke i sig selv antigenerne, men der dannes antistof-antigen komplekser, som genkendes og destrueres af andre dele af immunsystemet, herunder f. eks af makrofager.

5 Tabel 1. Immunglobulinklasser og -funktioner Klasse Tung kæde Principielle funktioner IgG γ Det hyppigste serum immunglobulin, som dominerer det sekundære immunrespons Aktiverer komplementsystemet Immunglobulin klasserne er forskellige i deres molekylære struktur. IgG, IgD og IgE er ens af udseende, bestående af et enkelt Ig-molekyle, som vist i figur 6. Figur 6. Strukturen af et immunglobulin IgM µ Det immunglobulin, som produceres først under det primære Immunrespons Aktiverer komplementsystemet IgA α Det immunglobulin, som overføres til kropsvæsker, f.eks spyt, tarmsaft etc. Beskytter slimhindeoverflader IgD δ Forekommer i meget små koncentrationer i serum Kan optræde som B-celle overfladereceptor og spiller en rolle i B-celle funktionen. IgE ε Forekommer i små mængder i serum. Involveret i mediering af allergiske reaktioner, såsom høfeber Medierer immunresponset på infektioner, som skyldes parasitter Alle immunglobuliner har en fælles basis proteinstruktur af to identiske tunge kæder og to identiske lette kæder, forbundet med svovlbindinger. De forskellige tunge kæder og lette kæder betegnes med græske bogstaver. De store bogstaver i immunglobulinernes navne svarer til klassen af deres tunge kæde. Det græske bogstav, som angiver hver type af tunge kæde, er angivet for hver immunglobulinklasse i tabel 2. Der findes 2 typer af lette kæder, angivet som kappa (κ) og lambda (λ) kæder. Supplerende beskrivelse af immunglobuliner IgG er det hyppigst forekommende immunglobulin i blodet, som udgør ca. 75 % af alle immunglobulinerne. IgG er i stand til at trænge ind i væv og binde sig til mikroorganismer for dermed at fremskynde deres fjernelse via immunsystemet. IgG underinddeles yderligere i fire forskellige subklasser. IgM udgør ca. 10 % af kroppens totale immunglobulin. Dette store immunglobulin forbliver i blodbanen, hvor det er involveret i det tidlige immunforsvar. IgA udgør % af kroppens immunglobulin. Det findes primært i kropsvæsker såsom tårer, spyt og sekret fra respirationssystemet eller mavetarmkanalen, hvor det indgår i forsvaret mod indtrængende mikroorganismer. IgD udgør mindre end 1 % af alle immunglobuliner. Det findes hyppigst i cellemembranerne på B-celler og spiller her en rolle i B-celle aktivering. IgE er til stede i serum i små koncentrationer og spiller en rolle ved allergiske reaktioner og indgår i immunresponset ved parasittære infektioner. IgA forekommer sædvanligvis som et dobbelt molekyle af to Ig-molekyler, mens IgM er en stjerneformet klynge af 5 molekyler (Figur 7).

6 Figur 7. Strukturer af IgA og IgM Lette kæder i urinen kan ikke påvises ved almindelig albumin-stix, men kræver specifik undersøgelse for M-komponent i urin. Hos ca. 20 % af patienterne producerer myelomcellerne kun lette kæder, hvilket således hos den enkelte patient enten vil være kappa eller lambda. Hos disse patienter påvises M- komponenten således typisk kun i urinen som Bence Jones protein. Disse patienter er mere udsatte for at få nyresvigt. Såfremt der er nyresvigt, kan den lette kæde af og til nå så høj koncentration i serum, at den kan påvises ved M-komponent bestemmelse, men ellers vil traditionel M-komponent bestemmelse i serum oftest være negativ hos patienter med let-kæde-myelomatose. Som det fremgår, kan myelomatosepatienter ved M-komponent bestemmelse altså enten have en M-komponent i serum eller en M-komponent i urin - eller have begge dele. Immunglobuliner ved myelomatose Myelomatose klassificeres efter typen af den producerede M-komponent. Hos 80 % af patienterne findes en M-komponent i serum, sædvanligvis af IgG eller IgA type. Analyse for serum frie lette kæder Der er udviklet en ny serum analyse til kvantitativ undersøgelse for frie lette kæder i serum. Denne analyse er meget mere følsom end traditionel M-komponent bestemmelse. Metoden kan påvise abnorm forekomst af frie lette kappa eller lambda kæder i serum hos næsten alle patienter med IgA og IgG myelomatose, og hos alle patienter med let-kæde-myelomatose. Idet metoden er kvantitativ er den lovende med hensyn til at kunne monitorere patienter under behandling. IgG M- komponenter er meget mere almindelige end IgA M-komponenter. Ca. 60 % af patienterne med myelomatose har således en M-komponent af IgG type, hvorimod IgA type ses hos ca. 20 %. M-komponenter af IgE og IgD type er endnu sjældnere. Myelomatose med forekomst af IgM M-komponent er ekstremt sjælden, men kan forekomme. (IgM M-komponenter er hyppigere forbundet med lavmaligne Non-Hodgkin lymfomer, herunder især Mb. Waldenström). Der er på verdensplan formentlig kun beskrevet ganske få tilfælde af IgM myelomatose. Hos patienter med en M-komponent af IgG eller IgA type ses ofte en overskydende produktion af frie lette kappa eller lambda kæder. De lette kæder er så små, at de kan passere gennem nyrernes glomerulus-membran og medføre skader i nyrernes små tubuli (myelom-nyrer). Ved høj produktion af de lette kæder vil disse kunne påvises i urinen som M-komponent. Frie lette kæder i urinen kaldes traditionelt også for Bence Jones protein. Hos enkelte patienter (2-3 %) udskiller de maligne plasmaceller ikke målbare mængder af M-komponent. Dette kaldes non-sekretorisk myelomatose. De fleste af disse patienter vil dog have abnorm forekomst i serum af én af de lette kæder ved undersøgelse med den mere følsomme Analyse for serum frie lette kæder. Netop hos denne gruppe af patienter vil den nye analyse således være særligt anvendelig. Patogenesen for myelomatose Genmutationer, som kontrollerer cellevækst og programmeret celledød (apoptose), er kendt for at bidrage til, at man udvikler myelomatose. Undersøgelser af myelomcellernes gen-abnormiteter har afsløret mutationer, som tyder på, at første trin i dannelsen af den maligne celle sandsynligvis sker i lymfeknuderne i forbindelse med uddifferentieringen af memory B-cellen eller plasmablasten.

7 Dette afsnit omhandler følgende faktorer, som er involveret i, at myelomatose opstår: l Cytogenetiske anomalier (mutationer) l Nuklear faktor κb (NF-κB) l Adhæsionsmolekyler og produktion af cytokiner Cytogenetiske abnormiteter (mutationer) Den seneste forskning, som anvender sensitive cytogenetiske undersøgelser såsom fluorescence in situ hybridisering (FISH), har vist, at det er muligt at identificere kromosomale abnormiteter (mutationer) hos mindst 90 % af patienterne med myelomatose Nogle af disse forandringer forekommer ofte og har betydning for prognosen. Disse forandringer findes kun i de maligne plasmaceller og ikke i de raske celler, hvilket betyder, at det ikke drejer sig om nedarvede genetiske anomalier, men at det er såkaldt erhvervede abnormiteter. Somatiske celler hos mennesker (undtagen erythrocytterne) har 46 kromosomer, som er ordnet som 23 par. Hvert kromosom består af en kort arm, kaldet p-armen, og en lang arm, kaldet q-armen. Armene adskilles eller mødes ved den region på kromosomet, som kaldes centromeret. Centromeret er den visuelt slanke, centrale del af kromosomet. Kromosomerne kan betragtes i et mikroskop efter en bestemt farvning, kaldet båndfarvning. Dette navn kommer af, at kromosomerne efter farvningen fremtræder som strenge med vekslende tynde og bredere bånd. Kromosomerne og deres respektive p- og q-arme kan identificeres efter størrelse, længde samt antallet og udseendet af deres bånd, og båndene nummereres med tal, startende fra centromeret og ud af mod armenes enderegioner, som i øvrigt betegnes for telomeret. En mutation kan indebære deletion (tab) eller duplikation af kromosomdele. Hele kromosomer kan også tabes eller duplikeres. Tabet af ét af kromosomerne i et kromosompar kaldes monosomi, mens tilstedeværelse af et ekstra kromosom kaldes trisomi. Der kan også være translokationer, dvs. ombytning af kromosom materiale mellem to kromosomer. Translokationer angives som et t efterfulgt af numrene på de to involverede kromosomer. For eksempel angiver t(11;14) en translokation mellem kromosom 11 og kromosom 14. Det er vist, at mange af mutationerne involverer regulatoriske gener, kaldet proto-onkogener og tumor-suppressor gener, og dette indikerer, at mutationerne kan være direkte involveret i den maligne proces. Proto-onkogener afkodes til dannelse af proteiner, som stimulerer cellecyklus og dermed celle-vækst og overlevelse. Muterede proto-onkogener kaldes onkogener, fordi de fremmer ukontrolleret cellevækst, som kan medføre kræft. Tumor-suppressor gener afkodes til dannelse af proteiner, som hæmmer cellevækst. Mutation eller tab af disse gener kan derfor mindske eller fjerne det normale hæmmende signal og dermed medføre øget cellevækst. Forskellige typiske abnormiteter, som er fundet i myelomceller, er angivet i tabel 2. Tabel 2. Typiske observerede kromosom-anomalier ved myelomatose Kromosom Mutation 14q32 t(11;14) t(4;14) t(14;16) 13 Monosomi Deletion 13q 13q translokation 17p Deletion 22q Deletion Obs: q=lang arm, p=kort arm 14q translokationer Det hyppigste kromosom, som er involveret i translokationer ved myelomatose, er kromosom 14. Det involverede brudsted er 14q32, hvilket er lokaliteten for genet, som koder for den tunge kæde i immunglobulinet. Svarende til dette gen sker der normalt et re-arrangement i den genetiske kode, når B-cellen skal udvikle sig til en immunglobulin producerende celle. Dette re-arrangement er et led i B-cellens respons på det specifikke antigen stimulus. Det er derfor ikke overraskende, at netop dette gen ofte kan være involveret i en translokation, altså en fejlkobling. Translokationer, som involverer 14q32 ses hos % af patienterne med myelomatose.

8 Et antal forskellige translokationspartnere med 14q32 er blevet identificeret, og mange af disse involverer gener, som regulerer cellecyklus. Et eksempel herpå er translokationen t(14;16) (q32;q21). I dette tilfælde er brudstedet på kromosom 14q32 kombineret med et andet brudsted på kromosom 16q21. Herefter har det yderste af q-armen fra kromosom 16 sat sig på brudstedet 14q32, og q-armen fra kromosom 14 sat sig på brudstedet på kromosom 16q21. Andre hyppigt forekommende kromosom- partnere til 14q32 er 11q13 og 4p16. Af disse er den hyppigste partner 11q13, som dermed danner translokationen (11;14) (q13; q32). Denne translokation forårsager overproduktion af proteinet cyklin D1, som stimulerer cellevækst. Bcl-2 Myelomceller har som regel høje niveauer af Bcl-2 proteinet. Det antages, at Bcl-2 er en vigtig overlevelsesfaktor for myelomcellerne i de tidlige stadier af sygdommen. Bcl-2 genet og andre gener, som regulerer apoptose, påvirker ligeledes myelomcellernes respons på kemoterapi, idet de medvirker til resistens udvikling overfor steroider, alkylerende kemostoffer og strålebehandling (figur 8). Figur 8. Betydningen af Bcl-2 mutation i en myelomcelle Anomalier af kromosom 13 Anomalier af kromosom 13 er blevet fundet hos næsten 45 % af patienter med myelomatose; 85 % af disse anomalier er monosomier (del 13), og 15 % er deletioner (tab) af 13q14 (del 13q). Deletion 13 og deletion 13q er associeret med nedsat overlevelse. Onkogener og tumor-suppressor gener ved myelomatose Mutationer, som involverer flere forskellige onkogener og tumor-suppressor gener er blevet forbundet med udviklingen af myelomatose. Implicerede onkogener er f.eks. ras, bcl-2 og c-myc. Involverede tumor-suppressor gener er p53, rb-1, p15 og p16. Disse gener gennemgås i det følgende. ras ras er et proto-onkogen, som koder for et protein, der er involveret i signalveje, som er nødvendige for cellevækst. Mutation af ras forekommer hos 40 % af patienter med myelomatose. N-ras er den hyppigst muterede form af dette gen. Signal-transduktion via p21/ras er kritisk for cellevækst og differentiering. Signaleringen er involveret i produktionen af interleukin-6 (IL-6), som er en kraftig vækst- og overlevelsesfaktor for myelomceller. IL-6 fremskynder ukontrolleret vækst og forhindrer apoptose i myelomcellerne. p53 Den biologiske virkning af p53 genet er at hæmme cellevækst ved at fastholde celler i den såkaldte G1-fase af cellecyklus. Tab af p53 funktionen kan således resultere i, at cellen fortsætter i cellecyklus udover G1-fasen og vokser ukontrolleret. p53 genet er det hyppigst muterede gen ved cancersygdomme, og ved myelomatose ses genet muteret hos ca. 10 % af patienterne. p53 genet er lokaliseret på kromosom 17p13 og går således tabt ved deletion af denne korte arm på kromosom 17. Tabet af p53 formodes at være et sekundært fænomen ved myelomatose og er altså ikke direkte medvirkende til udvikling af sygdommen. Derimod er tabet af p53 af væsentlig prognostisk betydning, hvis det er tilkommet, idet tabet medfører dårligere respons på kemoterapi. p15 og p16 p15 og p16 generne sidder på kromosom 9 og koder for produktionen af proteiner, som hæmmer cellevækst. p15 og p16 proteinerne tilhører gruppen af cyclin-afhængige kinasehæmmere (Cdk).

9 Cdk er inducerer nøglefunktioner i cellecyklus som f.eks. DNA-replikation og mitose (celledeling). Den biologiske virkning af Cdk aktiveres, når de bindes til en anden proteinklasse, de såkaldte cykliner. Den cykliske kobling, aktivering og dekobling af cyklin-cdk komplekser er centrale hændelser, der driver cellecyklus. NF-κB og væksten af myelomceller NF-κB er et celleprotein, som spiller en vigtig rolle i udvikling, invasion og spredning af kræft. NF-κB aktiverer gentranskriptionen i cellekernerne, hvilket vil sige aflæsning af gener. Dette resulterer i produktionen af proteiner, der er vigtige for cellevækst og -overlevelse. p15 og p16 proteinerne blokerer Cdk-funktionen, og deres mangel i myelomceller kan føre til ukontrolleret cellevækst. Inaktivering af p16 ses hos 75 % af myelompatienterne, mens p15 er inaktiveret hos 67 % af patienterne. Inaktivering af begge gener er blevet fundet hos to tredjedel af myelomatosepatienterne. c-myc Omkring 40 % af patienterne med myelomatose har dysregulation af c-myc proto-onkogenet og dermed forhøjede niveauer af c-myc proteinet i myelomcellerne. c-myc proteinet indgår også i regulationen af cellecyklus. Proteinet fremskynder cellens gennemgang af cellecyklus og øger dermed cellevækst. c-myc proteinet er normalt til stede i aktivt voksende celler. Mutationer, der forårsager øget aktivering af c-myc genet og dermed overskydende produktion af c-myc proteinet, kan føre til ukontrolleret cellevækst og udvikling af kræft. rb-1 rb-1 er et tumor-suppressor gen, placeret på kromosom 13q14. Genet er således tabt hos de patienter, som har monosomi 13 eller deletion 13q, hvilket ses hos % af patienterne. Ligesom p53, hæmmer rb-1 genet direkte afviklingen af cellecyklus. rb-1 proteinet hæmmer cellevæksten ved at binde sig til og blokere proteiner, som normalt indleder cellens progression ind i S-fasen af cellecyklus. Tab af rb-1 funktion kan føre til ukontrolleret celleproliferation. Ligesom tabet af p53genet menes tabet af rb-1 genet at være en sekundær hændelse ved myelomatose. Gentranskription er således den proces hvor DNA-koden i cellekernen aflæses ved dannelse af RNA, som herefter dirigerer dannelsen af de specifikke proteiner ude i cellen. NF-κB findes i cellens cytoplasma, hvor det hæmmes af et andet protein, kaldet IκB, som binder sig tæt til NF-κB proteinet og holder det på et inaktivt stadium. NF-κB kan aktiveres af: l Visse cytokiner, herunder tumor nekrose faktor alfa (TNF-α) og interleukin 1 (IL1) l Mutationer af NF-κB og I-κB l DNA beskadigelse, f.eks. udløst af kemoterapi og strålebehandling. Disse faktorer kan aktivere signalveje, som forårsager nedbrydelse af IκB af enzymsystemer, der kaldes proteasomer. Nedbrydelse af IκB frigør NF-κB, som dernæst kan stimulere gentranskription og dannelse af celle adhæsionsmolekyler, celleoverlevelsesproteiner og cytokiner. Adhæsionsmolekyler på myelomcellernes overflade bevirker, at myelomceller i knoglemarven kan binde sig til stromacellerne (cellerne, der danner indersiden af knoglemarven), hvilket stimulerer dannelsen af IL-6. NF-κB fremmer desuden cellevækst ved at inducere produktion af vækstfaktorer, herunder IL-6. NF-κB forårsager ligeledes produktion af anti-apoptose proteiner, herunder Bcl-2, som hæmmer den naturlige celledød. Adhæsionsmolekyler og cytokiner Der findes et meget tæt symbiotisk forhold mellem myelomceller og de omgivende celler i knoglemarvens mikromiljø.

10 Mikro-miljøet inkluderer knogleceller (osteoklaster og osteoblaster), hæmatopoietiske celler, stromaceller, makrofager, fibroblaster og endothelceller. Figur 9. Adhæsionsmolekylet CD40 binder sig til dets ligand på en stromacelle i knoglemarven Der er adhæsion (sammenklæbning) til celler eller matrix i knoglemarven, hvilket forklarer, hvorfor myelomceller sædvanligvis forbliver i marven og ikke kommer ud i blodet. Ligeledes udskiller myelomceller cytokiner, som virker på knogleceller, mens cellerne i mikro-miljøet udskiller faktorer, som forstærker væksten af myelomceller. Denne gensidige stimulation af hinanden kaldes ofte for en ond cirkel. Myelomcellerne danner tumormasser (myelomer) i knoglemarven ved at klæbe sig til knoglemarvens mikromiljø og til hinanden. Adhæsionen til stromacellerne får disse til at producere IL-6 og insulin-lignende vækstfaktor (IGF-1). Nogle vigtige adhæsionsmolekyler, som er involveret i myelomcelleadhæsion er illustreret i figur 10. Andre cytokiner, herunder vascular endothelial growth factor (VEGF), TNFα og transforming growth factor-beta (TGFß), som udskilles af myelomceller og stromaceller, øger yderligere dannelsen af IL-6 i mikromiljøet. Figur 10. Adhæsionsmolekyler ved myelomatose Myelomceller har receptorer for IL-6, IGF-1 og adskillige andre cytokiner og vækstfaktorer. IL-6 er det bedst beskrevne cytokin, som stimulerer myelomcellers vækst, overlevelse og resistens overfor medicininduceret apoptose. IGF-1 har lignende virkninger. Adhæsionsmolekylernes rolle Myelomceller producerer selv noget IL-6, men det meste IL-6 produceres af knoglemarvens stromaceller, som stimuleres til IL-6 produktion af myelomcellernes binding til dem via adhæsionsmolekyler (figur 9). Adhæsionsmolekyler er proteiner på celleoverfladen. Der kendes adskillige typer af adhæsionsmolekyler, som hver især binder sig til en specifik ligand, et andet protein på overfladen af en anden celle eller til dele af den ekstracellulære matrix. - Intercellulær adhæsionsmolekyle-1 (ICAM-1) og dets ligand, leukocyt funktionsassocieret antigen 1(LFA-1). - Vaskulær celleadhæsionsmolekyle-1 (VCAM-1) og dets ligand, antigen 4 med meget sen aktivering (VLA4); VLA-4 binder sig også til fibronectin i den ekstracellulære matrix af knoglemarvens stroma. - Syndecan, som bindes til type 1 kollagen i ekstracellulær matrix. - CD40 på myelomceller og dets ligand, CD40L, på knoglemarvens stromaceller. Stærk adhæsion af myelomcellerne til stromaceller er forbundet med resistens over for kemoterapi. Myelomceller, der er resistente over for kemoterapeutika som melphalan og doxorubicin, har ofte øget dannelse af celleadhæsionsmolekylet VLA-4.

11 IL-6 og vækst af myelomatose IL-6 er en vigtig vækstfaktor for den normale funktion af immunsystemet. I det raske immunsystem stimulerer IL-6 vækst og differentiering af normale B-celler til antistof-producerende plasmaceller i knoglemarven. IL-6 spiller også en væsentlig rolle som vækstfaktor for myelomceller. IL-6 kan dels produceres af myelomcellerne selv, hvilket kaldes autokrin produktion, eller f.eks. af stromacellerne i knoglemarven, kaldet parakrin produktion. Ved myelomatose menes den parakrine produktion at være den mest betydningsfulde (figur 11). Figur 11. Autokrin og parakrin produktion af IL-6 ved myelomatose Sygdom i knoglerne ved myelomatose Dannelsen af osteolytiske destruktioner er et meget karakteristisk fund hos patienter med myelomatose. Ca. 80 % af patienterne har knogledestruktioner ved diagnosetidspunktet eller udvikler dem i forløbet med sygdommen. Knogledestruktion medfører smerter, patologiske frakturer, vertebrale sammenfald i ryggen med krumbøjning til følge og hypercalcæmi. Myelomcellerne forårsager knogledestruktion ved at fremme dannelsen og aktiviteten af de naturlige knoglenedbrydende celler, osteoklasterne, og hæmme aktiviteten af de naturlige knogleopbyggende celler, osteoblasterne. Myelomcellerne forårsager således en ubalance med øget nedbrydning, men manglende genopbygning af knoglevævet, som omgiver den myelomatose-infiltrerede knoglemarv. Knoglestruktur og knogle-nydannelse En knogle er en specialiseret form for tæt bindevæv, bestående dels af en organisk matrix af kollagenfibre og dels af en uorganisk mineralisering af især kalk og fosfat. Alle knogler er beklædt med en fibrøs ydre membran, som kaldes periosteum. Indenfor den hårde ekstracellulære matrix er der kanaler og hulrum, som indeholder levende celler, som kaldes osteoklaster, osteoblaster og osteocytter (figur 12). Figur 12. Længdesnit af knogle Hos patienter med myelomatose producerer knoglemarvens stromaceller mere IL-6 end stromaceller hos raske. IL-6 indgår i myelomcellernes resistensmekanisme. Øget IL-6 tilbud til myelomcellerne gør dem mere modstandsdygtige overfor såvel dexamethason som kemoterapi. IL-6 forhindrer også stråle-induceret apoptose af myelomceller. IL-6 virker ved binding til og aktivering af IL-6 receptoren (IL-6R) på myelomcellens overflade. Dette aktiverer via forskellige intracellulære signaloverførsler, herunder p21/ras signalvejen, overlevelsesmekanismer i cellen og stimulerer dens vækst.

12 Gennem hele livet gennemgår knoglen en konstant nydannelsessproces, hvorved gammelt knoglevæv udskiftes med nyt. Genopbygning er nødvendig for at opretholde knoglens styrke. På et hvilket som helst tidspunkt er 5-20 % af den voksne knogleoverflade involveret i genopbygning. Figur 13. Knoglegenopbygning Genopbygningen reguleres af en kompleks interaktion af hormoner, parakrine vækstfaktorer og cytokiner, som stimulerer osteoklaster til at nedbryde gammelt knoglevæv og osteoblaster til at producere ny knoglematrix. Nøglemekanismer ved denne proces er: l Knogleresorption: Osteoklaster tiltrækkes til et sted med gammel knoglematrix, eroderer denne og danner derved et hulrum. l Kollagenaflejring: Osteoblaster søger ind i det eroderede hulrum og danner en organisk matrix af kollagen, som aflejres lagvis på det eroderede sted. l Mineralisering: Kalk aflejres og sikrer stivhed og bæredygtighed. l Dannelse af osteocytter: Nogle osteblaster indlejres i den hårde knoglematrix og bliver til osteocytter. Osteocytterne ligger i de små hulrum i knoglevævet, de såkaldte lacunae. Figur 13 viser osteoklast, osteoblaster og osteocytter i knoglevæv. Myelom-induceret knogledestruktion Som beskrevet ovenfor binder myelomcellerne sig til knoglemarvens stromaceller og danner myelomer. Myelomcellerne producerer selv en række signalstoffer (cytokiner), som kan påvirke aktiviteten af osteoblasterne og osteklasterne, men de påvirker også stromacellerne til at danne cytokiner. Myelomcellerne kan måske også via direkte celle-til-celle kontakt med knoglecellerne påvirke deres aktivitet og parakrine udskillelse af signalstofferne. De seneste års forskning har afsløret den essentielle betydning af en række signalstoffer. Den vigtigste stimulator af osteoklasterne er receptor aktivator af nukleær faktor-κb ligand (RANK-L). RANK-L er overudtrykt ved myelomatose og forbundet med øget knoglenedbrydning af osteoklasterne. Det er ikke myelomcellerne selv, som producerer RANK-L, men myelomcellerne stimulerer osteblasterne og andre celler i mikromiljøet til at danne mere RANK-L. Derimod producerer myelomcellerne selv cytokiner, som virker hæmmende på osteblasterne og forklarer, hvorfor knoglenydannelsen er hæmmet. Det drejer sig først om

13 fremmest om proteinet DKK-1, men også produktion af Hepatocyte growth factor (HGF) og Frizzled-related protein B synes at have betydning for hæmning af osteoblasterne. Processen ved knogledestruktion, som udløses ved adhæsion af myelomceller til knoglen er vist i figur 14. Adhæsion af myelomceller til knoglemarvens stromaceller inducerer stromacellerne til at producere osteoklast-aktiverende faktorer, herunder IGF, TGFß, fibroblast-vækstfakor (FGF), IL-1 og IL-6. Disse faktorer forårsager knogleresorption og frigivelse af store mængder af cytokiner, herunder IL-1ß, IL-6 og TNFß. Figur 14. Model for den patofysiologiske baggrund for den osteolytiske knoglesygdom ved myelomatose Disse cytokiner stimulerer yderligere proliferation af myelomceller. IL-6 er det vigtigste cytokin, som stimulerer myelomcellernes vækst og hæmmer myelomcelle-apoptose. Konsekvensen er, at der dannes flere myelomceller, som resulterer i yderligere knogledestruktion. 1) myelomcellerne binder sig til (adhærerer) og interagerer med stromacellerne i knoglemarven 2) myelomcellerne stimulerer ved bindingen stromacellerne til at øge dannelsen osteoklast-stimulerende faktorer, især RANK-L. RANK-L stimulerer også dannelsen af nye osteklaster fra præ-osteoklaster. RANK-L dannes også af osteoblasterne 3) Myelomcellerne danner ikke selv RANK-L, men andre cytokiner, som direkte kan stimulere osteoklasterne, f.eks. MIP (Makrofag Inflammatorisk Protein) 4) De stimulerede osteoklaster nedbryder knoglevævet 5) Myelomcellerne danner faktorer, som hæmmer osteoblasterne, især DKK-1 og Frizzled-related protein B. Dette medfører nedsat nydannelse af knoglevæv og forstærker dermed den negative balance i knoglemassen 6) De hæmmede osteoblaster danner mindre osteoprotegerin (OPG), som normalt vil hæmme effekten af RANK-L. Den manglende hæmning af RANK-L medfører yderligere biologisk effekt af RANK-L og dermed yderligere aktivering af osteoklasterne. Nøgleområder l Myelomatose er en klonal B-cellesygdom, som medfører malign proliferation af abnorme plasmaceller. l Ved myelomatose producerer den abnorme plasmacelleklon oftest store mængder af monoklonalt immunglobulin, kaldet M-komponenten. l Alle immunglobuliner har en fælles basisstruktur, bestående af to identiske tunge proteinkæder og to identiske lette proteinkæder, som er forbundet via bindinger. l Typen af tung kæde i et immunglobulin bestemmer dets klasse. l Der findes fem grupper af immunglobuliner, som hver spiller en specifik rolle i immunresponset IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. l Myelomatose forekommer især, hvor der er aktiv bloddannende knoglemarv, dvs. svarende til det aksiale centrale skelet og proximalt i de store rørknogler. Udbredningen af sygdommen er ofte diffus eller multifokal. l Særkendet ved myelomatose er myelomcellernes sekretion af M-komponent og den typiske osteolytiske sygdom i knoglerne. l Kromosomale abnormiteter i de maligne plasmaceller er blevet fundet i de fleste tilfælde af myelomatose. Nogle af disse anomalier er associeret med dårlig prognose. l Translokation (4;14), deletion 17p og monosomi 13 er især forbundet med dårlig prognose.

14

15

16