Rheumatoide Arthritis: Immunantwort auf Methotrexat

Wiener Forschende konnten zeigen, wie die Basistherapie bei Rheumatoider Arthritis (RA) – Methotrexat (MTX) – das Immunsystem verändert. Dabei haben sie auch mögliche Biomarker für Therapie-Ansprechen identifiziert.

MTX ist seit Jahrzehnten die wichtigste RA-Basistherapie. Wie das Medikament das Immunsystem in den ersten Behandlungswochen verändert, war bislang jedoch nur unzureichend aufgeklärt. Ein Forschungsteam der Medizinischen Universität Wien konnten nun zeigen, dass MTX bereits im Verlauf der ersten drei Wochen nach Start der Therapie koordinierte Veränderungen des Immunsystems auslöst.

Signalwege im Zeitverlauf verfolgen

Die Forschenden der Universitätsklinik für Innere Medizin III identifizierten dabei frühe zelluläre und molekulare Signaturen, die auf ein gutes oder unzureichendes Therapieansprechen auf MTX bei RA hinweisen könnten. Seine Studienergebnisse hat das Team unter der Leitung von Theresa Preglej und Anela Tosevska von der Klinischen Abteilung für Rheumatologie der Universitätsklinik für Innere Medizin III der Medizinischen Universität Wien im Fachjournal „Annals of the Rheumatic Diseases“ veröffentlicht. Die Studie ist im Volltext zugänglich.

Für ihre Studie kombinierten die Autoren moderne Einzelzell-RNA-Sequenzierung (Single-Cell RNA Sequencing) mit fortschrittlicher Immunphänotypisierung, um Veränderungen von Immunzellpopulationen und molekularen Signalwegen bei RA-Patienten ab Beginn einer MTX-Therapie über die Zeit hinweg zu verfolgen. Dazu analysierten sie periphere mononukleäre Blutzellen von sechs RA-Patienten zum Start der Studie und sechs weiteren Zeitpunkten. Die wichtigsten Ergebnisse wurden in einer unabhängigen Kohorte mit 22 RA-Patienten validiert, nach klinischem Ansprechen stratifiziert mit externen Transkriptom-Datensätzen zusammengeführt.

Rheumatoide Arthtritis: Immunantwort auf Methotrexat im Zeitverlauf

„Methotrexat wird seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt, dennoch waren viele Aspekte seines Wirkmechanismus bislang erstaunlich wenig verstanden“, erklärt Erstautorin Preglej. „Indem wir Patientinnen und Patienten bereits ab Therapiebeginn begleitet haben, konnten wir Veränderungen des Immunsystems beobachten, die lange vor einer klinisch messbaren Verbesserung auftreten.“

„Unsere Ergebnisse liefern ein detailliertes Bild davon, wie das Immunsystem von Patientinnen und Patienten auf Methotrexat reagiert“, ergänzt Tosevska, die ebenfalls Erstautorin ist. „Ein besseres Verständnis dieser frühen Veränderungen könnte künftig dabei helfen, jene RA-Patientinnen und Patienten zu identifizieren, die wahrscheinlich besonders von der MTX-Therapie profitieren.“

Non-Responder und ­Responder unterscheiden sich

Für ihre prospektive Longitudinal-Studie begleitenden die Forschenden Patienten mit RA, die noch nie eine Therapie erhalten hatten, während der ersten zwölf Wochen einer MTX-Behandlung. Bereits nach drei Wochen konnten deutliche Veränderungen im Immunsystem nachgewiesen werden – zu einem Zeitpunkt, an dem sich klinische Verbesserungen noch kaum erkennen ließen. Zu den auffälligsten Beobachtungen gehörten eine Abnahme der T-follikulären Helferzellen (Tfh-Zellen) sowie der Plasmablasten, spezialisierter antikörperproduzierender B-Zellen.

Diese Veränderungen traten vor allem bei jenen Patienten mit RA auf, die später gut auf die MTX-Therapie ansprachen. Bei Non-Respondern zeigten sich hingegen nur geringe vergleichbare Immunveränderungen. Diese Beobachtungen blieben über verschiedene Kohorten und externe Datensets konsistent, was nach Einschätzung des Autorenteams das Potenzial dieser Veränderungen als frühe Biomarker für ein Therapie-Ansprechen unterstreicht. 

„Eine der spannendsten Beobachtungen war, dass sich entscheidende Immunzellpopulationen bereits innerhalb weniger Wochen verändern“, sagt Ko-Seniorautor Michael Bonelli, Klinische Abteilung für Rheumatologie der MedUni Wien. „Solche frühen Signaturen könnten künftig dabei helfen, den Therapieerfolg deutlich früher vorherzusagen, als dies heute möglich ist“, ergänzt seine Kollegin Lisa Göschl, ebenfalls Ko-Seniorautorin der Studie.

Wirkungsweise der etablierten RA-Therapie mit MTX: Neue Einblicke

Neben Veränderungen der Immunzellpopulationen identifizierte die Studie umfangreiche molekulare Umprogrammierungen des Immunsystems und beschrieb bislang nicht erkannte Signalwege, die mit der MTX-Therapie in Zusammenhang stehen. Einige dieser neuen Kandidaten-Gene waren bislang nicht charaktierisiert (ATP2B1-AS1, SCO2, LMNA, GVQW3, Mitglieder der GIMAP-Genfamilie) und tragen möglicherweise Pathogenese der RA bei. Damit seien sie vielversprechende Ziele für weitere Studien zu Krankheit- oder Wirk­mechanismen oder neuen Therapie­ansätzen, schreiben Preglej et al. in ihrer Arbeit.

Ergänzende Laborexperimente zeigten darüber hinaus direkte Effekte von MTX auf die Entwicklung von Plasmablasten. Damit liefert die Arbeit eine der bislang umfassendsten Analysen der biologischen Wirkmechanismen von MTX und schafft eine wertvolle Grundlage für zukünftige Forschungsarbeiten. Darüber hinaus hat das Team einen Singel-Cell-Browser – ein interaktives Webtool – zur Analyse komplexer ­Single-Cell-RNA-Sequenzdaten entwickelt. Wie die Autoren betonen, sei dieser ein „leistungsstarkes Werkzeug“, um am Wirkmechanismus von MTX beteiligte Zielgene zu untersuchen.

Die Forschenden weisen in ihrer Veröffentlichung auch auf die Grenzen ihrer Studie hin, etwa die geringe Größe der Stichprobe. Andererseits spiegele diese auch die Herausforderung wider, qualitativ hochwertige Proben von therapienaiven Patienten zu erhalten, bei denen eine longitudinale Nachverfolgung und ein klar definierters Behandlungsergebnis möglich sind. Eine weitere Limitation der Studie sei, dass die Analysen auf periphere mononukleären Blutzellen  basierten, so die Studienautoren. Damit spiegelten die Ergebnisse möglicherweise nicht die vollständigen Auswirkungen von MTX auf gewebsresidente oder Stromazellen am Ort der Entzündung wider, schreiben die Studienautoren.

Perspektiven für eine personalisierte Therapie

Trotz ihrer Limitationen liefert die Studie mit ihrer zeitlich hochaufgelösten Darstellung der Immunantwort auf MTX in den ersten Behandlungswochen neue Erkenntnisse über eine der wichtigsten Therapien der Rheumatologie und eröffnet neue Perspektiven für personalisierte Behandlungsstrategien.

Denn obwohl MTX nach wie vor die RA-Basistherapie darstellt, spricht ein erheblicher Teil der Patienten nicht ausreichend auf die Behandlung an. Frühzeitige biologische Marker für den Therapieerfolg könnten künftig dazu beitragen, die Behandlung gezielter zu steuern und Betroffenen rascher alternative Therapie­optionen zu ermöglichen. Allerdings brauche es weitere prospektive Studien, um Kandidaten-Gene, die als frühe Biomarker dienen könnten, funktionell zu validieren, heißt es in der Veröffentlichung.  (ja/BIERMANN)