eRapport

Betydningen av komplementsystemet for aktivering av koagulasjon i en human fullblodsmodell for inflammasjon

Prosjekt
Prosjektnummer
SFP1287-16
Ansvarlig person
Ole-Lars Brekke
Institusjon
Nordlandssykehuset
Prosjektkategori
ph.d.-stipend
Helsekategori
Blood, Infection, Inflammatory and immune system
Forskningsaktivitet
2. Aetiology, 3. Prevention
Rapporter
2019 - sluttrapport
Immunforsvaret er et effektivt forsvar mot bla. infeksjon med bakterier og erfaringer viser at det kan være nødvendig å hemme på flere steder for å oppnå full effekt. CD14 er et viktig molekyl for deteksjon og signaloverføring av lipopolysakkarid (LPS), som er en toxin i cellemembranen på Gram-negative Escherichia coli (E.coli) bakterier. CD14 er et viktig nøkkelmolekyl både for Toll like reseptor (TLR) 2, 4 og 9 hos mennesket. I de første forsøkene har vi hemmet komplementsystemet på C3 nivå og CD14, både hver for seg og i kombinasjon. Prosjektet har vist at en dobbelhemming av immunforsvaret gir reduksjon av koagulasjon som kommer som en følge av stimulering med Escherichia coli (E. coli) i ferskt humant fullblod. Resultatene viste dessuten at koagulasjonsaktiveringen en ser etter stimulering med E.coli skyldes oppregulering av «tissue faktor». I den neste studien viste vi at C1-inhibitor som er en regulator for mange proteaser i ulike kaskadesystem i kroppen, virker antikoagulerende i humant fullblod når en måler effekten på tromboelastometri. C1-inhibitor er en mulig kandidat innenfor behandling av flere tilstander og benyttes i dag som behandling for hereditært angioødem (HAE). Det har tidligere vært antydet at høye doser med C1-inhibitor kan virke protrombotisk, våre resultat tilbakeviser dette. Det ser dessuten ut som C1-inhibitor også har en hemmende effekt på fibrinolyse. Det er mange kjente forbindelser mellom komplementsystemet og koagulasjon. Vi har sett nærmere på hvordan komplementfaktor C5 påvirker normal fysiologisk koagulasjon og koagulasjon som er indusert av E.coli. I disse forsøkene har vi både benyttet blod fra en blodgiver som mangler komplement C5 som blir tilsatt C5 og blod fra friske personer som tilsettes C5 hemmeren eculizumab. Dette arbeidet er publisert i 2019. Eritoran ble sett på som et lovende medikament for behandling av blodforgiftning, men en fase 3 studie viste at dødeligheten ikke ble vesentlig redusert. Eritoran er en TLR4 hemmer, mens antistoff mot CD14 (anti CD14) hemmer flere reseptorer. Disse to hemmerne ble sammenlignet og det viste at anti CD14 kom best ut av dette. Derimot viste dobbelhemming med anti CD14 og komplementhemming seg å være mest effektiv for å hemme inflammasjonsresponsen indusert av enten E.coli eller Stafylokokkus aureus. Det er publisert totalt 6 artikler i prosjektet i internasjonale fagfellevurderte tidsskrift. Disputasen til PhD student A. Landsem ble holdt på Nordlandssykehuset 23 mai 2019. Avhandlingens tittel: "The role of complement and Toll-like receptors in thromboinflammation”. Blodforgiftning (sepsis) er en alvorlig sykdom som årlig krever 5 millioner liv på verdensbasis. Immunforsvaret bekjemper bakteriene, men kan noen ganger jobbe så hardt at også kroppen angripes. For å unngå dette har vi forsøkt å hemme samspillet mellom komplementsystemet og Toll-liknende reseptorer, som begge er viktige i immunforsvaret. Det har vi gjort i tappet blod, utenfor kroppen i en modell utviklet ved vårt Forskningslaboratorium ved Nordlandssykehuset. Blod fra friske givere ble tilsatt bakterier og spesifikke hemmere av komplementsystemet og av Toll-liknende reseptorer. Hemmerne kan senere utvikles til medikamenter for behandling av sepsis, når de gis sammen med antibiotika som dreper bakteriene. Vi har funnet at de to hemmerne gitt hver for seg reduserte skadelige effekter forårsaket av immunforsvarets respons på bakterier. Kombinasjonen av dem var enda mer effektiv. Avhandlingen har gitt kunnskap som kan bidra til bedre behandling av sepsis i framtiden.

Brukerne som er friske blodgivere har deltatt og hatt mulighet til å påvirke, utvikle og endre prosjektet. De har også fått informasjon om resultater i prosjektet

2018
Sepsis er en tilstand med alvorlig dødelighet og komplikasjoner i form av økt trombosetendens, og disseminert intravaskulær koagulasjon. Prosjektet vil studere bakterie-indusert koagulasjon og inflammasjon i humant fullblod. Ved å tilsette spesifikke hemmere av bla. komplementsystemet, så vil vi kunne undersøke hvordan blodlevringen aktiveresKomplement-systemet er sentralt i forsvaret mot bakterier, men overaktivering som feks. ved blodforgiftning (sepsis) kan bidra til vevs-skade. Flere studier har vist at dannelse av anafylatoksinet C5a er sentralt i patogenesen ved septisk sjokk. Bakterier kan aktivere komplementsystemet via alternativ, lektin og/eller klassisk vei avhengig av bla. bakteriens egenskaper og om det foreligger antistoffer mot bakterien. Komplementaktiveringen skjer tidlig og kaskadereaksjonene som settes i gang bestemmer i stor grad sykdomsforløpet Vi har utviklet en fullblodsmodell for inflammasjon og sepsis hos mennesker der vi bruker antikoagulanten Lepirudin som ikke påvirker komplementsystemet (Mollnes et al. Blood 2002). Ved å kombinere komplement, og CD14 hemming kan vi fullstendig hemme Escharichia coli-indusert komplement-aktivering og cytokin-syntese i humant fullblod. Ved sepsis aktiveres også koagulasjonssystemet, bla. ved at vevsfaktoren, eller ”Tissue factor” (TF) oppreguleres i monocytter. TF kan oppreguleres både av hele bakterier og av membran-komponenten endotoksin (lipopolysakkarider, ”LPS”) i Gram-negative bakterier. Komplement-systemet er også involvert i oppregulering av vevsfaktoren noe som danner en link mellom inflammasjon og koagulasjon (Landsem et al. Clin Exp Immunology 2017). Det er noen kjente og trolig noen ukjent forbindelser mellom komplementsystemet, inflammasjon og koagulasjon-systemet (blodlevrings kaskaden). I den ene delstudien viste vi at C1-inhibitor som er en regulator for mange proteaser i ulike kaskadesystem i kroppen, virker antikoagulerende når en måler effekten på tromboelastometri (ROTEM). C1-inhibitor er en mulig kandidat innenfor behandling av flere tilstander og benyttes i dag som behandling for hereditært angioødem (HAE). Det har tidligere vært antydet at høye doser med C1-inhibitor kan virke protrombotisk, men våre resultater tyder ikke på det. Det ser dessuten ut som C1-inhibitor også har en hemmende effekt på fibrinolysen (Landsem et al. Thrombosis Research 2016). Vi har også undersøkt hvordan komplementfaktoren C5 påvirker normal fysiologisk koagulasjon og koagulasjon som er indusert av den Gram-negative tarmbakterien Escherichia coli. I disse forsøkene har vi bla. benyttet blod fra friske personer som tilsettes en spesifikk hemmer av komplementfaktor C5, nemlig eculizumab. Eritoran er en spesifikk hemmer av en reseptor på immunceller som kalles "Toll-lignende reseptor 4" (TLR4) hemmer, mens antistoff mot CD14 (anti-CD14) hemmer flere andre Toll-lignende reseptorer også som har CD14 som ko-reseptor. Eritoran ble sett på som et lovende medikament for behandling av blodforgiftning, men en fase 3 studie viste at dødeligheten ikke ble vesentlig redusert. Disse to hemmerne (anti-CD14 og TKLR4 hemmeren eritoran) ble sammenlignet og resultatene viste at anti-CD14 kom best ut av dette. Derimot viste dobbelhemming med anti-CD14 og komplementhemming seg å være mest effektiv for å hemme inflammasjonsresponsen indusert av enten den Gram-negative Escherichia coli bakterien eller Gram-positive Stafylokokkus aureus bakterier. To artikler ble publisert i 2018. Posterpresentasjon, Porto, Toll 2018 Meeting. A. Landsem et al. presenterte poster. A. Landsem deltok også på "Nordic Platelet Symposium in Malmø, Sweden, Nordic Platelet Symposium in Malmø, Sweden".

Brukerne (blodgiverne) har hatt mulighet til å påvirke prosjektet.

2017
Sepsis er en fryktet og ofte fatal sykdom i forløpet av infeksjon med bakterier. Overaktivering av koagulasjon med påfølgende disseminert intravaskulær koagulasjon er en fryktet og alvorlig komplikasjon ved sepsis. Dette prosjektet vil undersøke betydningen av komplementsystemet og ulike reseptorer på immunceller for aktivering av koagulasjonImmunforsvaret er vanligvis et effektivt forsvar mot bakterier og erfaringer fra tidligere studier viser at det kan være nødvendig å hemme på flere steder for å oppnå full effekt på bakterie-indusert koagulasjons-aktivering. CD14 er et viktig molekyl for deteksjon og signaloverføring av lipopolysakkarid (LPS), som er at toxin i cellemembranen til E.coli bakterier. CD14 er et viktig nøkkelmolekyl både for "Toll-like reseptor" (TLR) 2, 4 og 9 hos mennesket. I de første forsøkene hemmet vi komplementsystemet på C3 nivå og CD14, både hver for seg og i kombinasjon. Vi fant at en dobbelhemming av immunforsvaret gav en effektiv reduksjon av Escherichia coli (E. coli) indusert koagulasjon. Resultatene viste dessuten at koagulasjonsaktiveringen etter E. coli stimulering i humant fullblod skyldes oppregulering av «tissue faktor». I den neste studien viste vi at C1-inhibitor som er en regulator for mange proteaser i ulike kaskadesystem i kroppen, virker antikoagulerende når en måler effekten på tromboelastometri. C1-inhibitor er en mulig kandidat for behandling av flere tilstander og benyttes i dag som behandling for hereditært angioødem. Det har tidligere vært antydet at høye doser med C1-inhibitor kan virke protrombotisk, men våre resultat tilbakeviser dette. Vi fant imidlertid at C1-inhibitor hadde en viss hemmende effekt på fibrinolysen. Det er mange kjente interaksjoner mellom komplementsystemet og koagulasjon. Vi har sett nærmere på hvordan C5 påvirker normal fysiologisk koagulasjon og koagulasjon som er indusert av E.coli. I disse forsøkene tappet vi blod bla. fra friske personer som ble tilsatt eculizumab. Dette arbeidet er under omskriving. TLR-4 hemmeren eritoran ble sett på som et lovende medikament for behandling av blodforgiftning, men en fase 3 studie viste at dødeligheten ikke ble vesentlig redusert. Til sammenligning så hemmer antistoff mot CD14 (anti-CD14) flere TLR reseptorer. Disse to hemmerne ble sammenlignet og studien vår viste at anti CD14 hemmet TF oppregulering og koagulasjons-aktivering best, spesielt i kombinasjon med komplementhemmeren. Dobbelhemming med anti-CD14 og komplementhemming seg også å være mest effektiv for å hemme inflammasjonsresponsen indusert av enten E.coli eller Stafylococcus aureus. Vitenskapelige artikler: En artikkel er under omskriving etter tidligere submittering, og en annen er under revisjon før resubmittering. To andre arbeider er akseptert i 2017. Poster og abstracts presentert i 2017 som abstracts på XVI European Meeting on Complement in Human Disease (EMCHD), Copenhagen, Danmark, September 2017, publisert i Mol Immunol (2017) vol 89: 1. Landsem A, Fure H., Ludviksen JK, Christiansen D, Mathisen M.,Bergseth G., Nymo S., Lappegård KT., Espevik T., Mollnes TE., Brekke O.L. Complement C5, phagocytosis and Toll-like receptor 4 play key roles in Escherichia coli-induced surface expression of tissue factor on human monocytes. 2. Tre andre abstracts ble også presentert på XVI European Meeting on Complement in Human Disease (EMCHD), Copenhagen, Danmark, September 2017. Kongresser og kurs som stipendiat A. Landsem har deltatt på: 8.-13. juli 2017: The XXVI ISTH Congress, Berlin, Tyskland. 8.-12. September 2017: 16th European Meeting on complement in Human Disease, København, Danmark 9.-12. oktober 2017: Manuscript development and writing- from critical reading to excellent writing. Kari Skinningsrud. Nord Universitet, Bodø. 21.-22. november 2017: Lov og avtale i privat sektor. Tekna. Gardermoen.
2016
Sepsis er en fryktet og ofte fatal sykdom i forløpet av infeksjon med bakterier eller sopp, og etter kirurgi. Overaktivering av koagulasjon med påfølgende disseminert intravaskulær koagulasjon er en alvorlig komplikasjon ved sepsis. Komplementsystemet aktiveres også ved sepsis og betydelig komplement-aktivering er assosiert med dødelig utgang.En rekke studier har vist at aktivering av komplementsystemet i stor grad er ansvarlig for inflammasjon, vevsskade og koagulasjonsaktiveringen ved en rekke sykdommer inkludert hjerteinfarkt, reumatoid artritt og sepsis (blodforgiftning). Komplementsystemet fungerer sammen med kroppens øvrige kaskadesystemer i et nettverk. Ved sepsis aktiveres disse systemene kraftig som et resultat av at bakterier kommer i kontakt med blod og denne aktiveringen kan bli så kraftig at det utvikles irreversibelt sjokk som resultat av kaskadeaktiveringen. Vi har utviklet ulike in vitro modeller for å studere komplementaktiveringens betydning for inflammasjon og koagulasjon. I ferskt humant fullblod ser vi på hvordan bakterier aktiverer komplement og hvordan denne aktiveringen bidrar til inflammasjon og koagulasjonsaktivering. Ved hjelp av unike monoklonale antistoffer og peptider som meget spesifikt blokkerer enkelte komplement faktorer og/eller deres reseptorer, kan vi studere effekten av komplementhemming på inflammasjon- og koagulasjonsaktivering. Vi har tilgjengelig ulike hemmere av både klassisk, alternativ og lektin komplement-aktiveringsveiene. Vi kan dermed avdekke mekanismene bak aktiveringen og finne komplementhemmere som er aktuelle som adjuvant behandling ved sykdommer som sepsis. Komplement kan bidra til koagulasjonsaktivering på flere måter. Komplementsystemet kan aktivere koagulasjonen direkte via effekter på fosfolipid membraner i celler, evnt. indirekte via oppregulering av "Tissue factor" (TF) uttrykket på monocytter, samt via direkte aktivering av blodplatene via TCC. Komplement kan også aktivere koagulasjon indirekte ved å øke den inflammatoriske respons, C5a gir bla. økt frigjøring av IL-8 og andre cytokiner som igjen oppregulerer “Tissue factor (TF)”, som aktiverer koagulasjon. Anafylatoksinene C3a og C5a bindes til spesifikke reseptorer og øker frigjøringen av inflammatoriske mediatorer som for eksempel TNF og IL-6 i leukocyttene. Vi ønsker å studere hvilke(n) av disse mekanismene som er viktigst i bakterie-indusert koagulasjons aktivering i ferskt humant fullblod. C1-inhibitor er den eneste hemmeren som regulerer proteasene i den klassiske komplement aktiveringsveien. C1-inhibitor binder og inaktiverer C1r og C1s og komplekset (C1rC1s)2-C1-inhibitor blir dannet. Dette forhindrer autoaktivering av C4 og C2, som igjen hemmer dannelsen av C3 konvertase. C1-inhibitor stabiliserer også C1 komplekset uten å binde seg kovalent til komplekset. C1-inhibitor er i begrenset grad en generell komplementhemmer. C1-inhibitor hemmer lektin aktiveringsveien ved at C1-inhibitor reagerer med mannosebindende lektin assosiert serin protease (MASP) 1 og 2. Alternativ vei i komplementsystemet kan også hemmes ved en nonkovalent binding mellom C1-inhibitor og C3b, fordi denne bindingen forhindrer binding av faktor B til C3b. C1-inhibitor er likevel først og fremst en effektiv hemmer av kontaktaktiveringen via hemming av FXII. C1-inhibitor har også andre proteaseuavhengige effekter, som å direkte binde seg til bakterier. Vi har bla. undersøkt effekten av C1-inhibitor på E. coli-indusert koagulasjons-aktivering i ferskt humant fullblod og funnet at C1-inhibitor både hemmer TF oppregulering og E. coli-indusert koagulasjons-aktivering målt vhja. av thromboelastometri (ROTEM). Prosjektet har god framdrift og to publikasjoner er akseptert allerede.
Vitenskapelige artikler
Brekke OL, Christiansen D, Kisserli A, Fure H, Dahl JA, Donvito B, Reveil B, Ludviksen JK, Tabary T, Mollnes TE, Cohen JHM

Key role of the number of complement receptor 1 on erythrocytes for binding of Escherichia coli to erythrocytes and for leukocyte phagocytosis and oxidative burst in human whole blood.

Mol Immunol 2019 10;114():139-148. Epub 2019 jul 25

PMID: 31352230

Landsem A, Fure H, Krey Ludviksen J, Christiansen D, Lau C, Mathisen M, Bergseth G, Nymo S, Lappegård KT, Woodruff TM, Espevik T, Mollnes TE, Brekke OL

Complement component 5 does not interfere with physiological hemostasis but is essential for Escherichia coli-induced coagulation accompanied by Toll-like receptor 4.

Clin Exp Immunol 2019 04;196(1):97-110. Epub 2018 des 19

PMID: 30444525 - Inngår i doktorgradsavhandlingen

Storjord E, Dahl JA, Landsem A, Ludviksen JK, Karlsen MB, Karlsen BO, Brekke OL

Lifestyle factors including diet and biochemical biomarkers in acute intermittent porphyria: Results from a case-control study in northern Norway.

Mol Genet Metab 2019 Nov;128(3):254-270. Epub 2018 des 10

PMID: 30583995

Gravastrand C, Hamad S, Fure H, Steinkjer B, Ryan L, Oberholzer J, Lambris JD, Lacík I, Mollnes TE, Espevik T, Brekke OL, Rokstad AM

Alginate microbeads are coagulation compatible, while alginate microcapsules activate coagulation secondary to complement or directly through FXII.

Acta Biomater 2017 Aug;58():158-167. Epub 2017 mai 30

PMID: 28576714

Storjord E, Dahl JA, Landsem A, Fure H, Ludviksen JK, Goldbeck-Wood S, Karlsen BO, Berg KS, Mollnes TE, W Nielsen E, Brekke OL

Systemic inflammation in acute intermittent porphyria: a case-control study.

Clin Exp Immunol 2017 Mar;187(3):466-479. Epub 2016 des 15

PMID: 27859020

Landsem A, Fure H, Mollnes TE, Nielsen EW, Brekke OL

C1-inhibitor efficiently delays clot development in normal human whole blood and inhibits Escherichia coli-induced coagulation measured by thromboelastometry.

Thromb Res 2016 Jul;143():63-70. Epub 2016 apr 28

PMID: 27197075 - Inngår i doktorgradsavhandlingen

Caroline S. Gravastrand, Bjørg Steinkjer, Bente Halvorsen, Anne Landsem, Mona Skjelland, Eva Astrid Jacobsen, Trent M. Woodruff, John D. Lambris, Tom E. Mollnes, Ole-Lars Brekke, Terje Espevik, Anne Mari A. Rokstad

Cholesterol Crystals Induce Coagulation Activation through Complement-Dependent Expression of Monocytic Tissue Factor

J of Immunology, 2019 Aug 15; 203(4): 853–863. Published online 2019 Jul 3. doi: 10.4049/jimmunol.1900503

A. Landsem, H. Fure, J. Krey Ludviksen, D. Christiansen, C. Lau, M. Mathisen, G. Bergseth, S. Nymo, K. T. Lappegård, T. M. Woodruff, T. Espevik, T. E. Mollnes, O.‐L. Brekke

Complement component 5 does not interfere with physiological hemostasis but is essential for Escherichia coli‐induced coagulation accompanied by Toll‐like receptor 4

Clin Exp Immunol. 2019 Apr; 196(1): 97–110. Published online 2018 Dec 19. doi: 10.1111/cei.13240

Skjeflo EW, Christiansen D, Landsem A, Stenvik J, Woodruff TM, Espevik T, Nielsen EW, Mollnes TE8

Phagocytosis of live and dead Escherichia coli and Staphylococcus aureus in human whole blood is markedly reduced by combined inhibition of C5aR1 and CD14.

Mol Immunol. 2019 Aug;112:131-139. doi: 10.1016/j.molimm.2019.03.014. Epub 2019 May 15.

Gustavsen A, Nymo S, Landsem A, Christiansen D, Ryan L, Husebye H, Lau C, Pischke SE, Lambris JD, Espevik T, and Mollnes, TE

Combined Inhibition of Complement and CD14 Attenuates Bacteria-Induced Inflammation in Blood More Efficiently Than antagonizing.

The Journal of Infectious Disease 2016

Doktorgrader
Anne Landsem

The role of complement and Toll-like receptors in thromboinflammation

Disputert:
mai 2019
Hovedveileder:
Ole-Lars Brekke
Deltagere
  • Anne Landsem Doktorgradsstipendiat
  • Erik Waage Nielsen Prosjektdeltaker
  • Tom Eirik Mollnes Forskningsgruppeleder
  • Ole-Lars Brekke Prosjektleder

eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT

Alle henvendelser rettes til eRapport, Helse Nord

Personvern  -  Informasjonskapsler