Einführung

Mit der Einführung von Heparin in die klinische Praxis in den 1940er Jahren konnten Chirurgen komplexe Operationen mit diesem Antikoagulans durchführen, um obstruktive Gerinnsel zu verhindern und/oder zu behandeln. Die Verfügbarkeit, die allgemeine Sicherheit und die Leistungsfähigkeit von Heparin öffneten die Tür für Verfahren wie die Hämodialyse, Operationen am offenen Herzen und Organtransplantationen. Heute werden Heparine zur Prophylaxe und Behandlung einer immer länger werdenden Liste von Erkrankungen sowie chirurgischen und interventionellen Eingriffen eingesetzt. In den Vereinigten Staaten erhalten schätzungsweise 12 Millionen Patienten jährlich irgendeine Form von Heparin.

In den Jahrzehnten nach seiner Einführung wurde jedoch eine paradoxe, unerwünschte Wirkung von Heparin erkannt. Bei einem kleinen Prozentsatz der Patienten kam es nach einer mehrtägigen Heparintherapie zu einem unerklärlichen Abfall der Blutplättchenzahl. Normalerweise stellt eine niedrige Thrombozytenzahl bei einer Antikoagulation das Risiko einer Blutungskomplikation dar. Stattdessen bestand bei Patienten mit dieser „Heparin-induzierten Thrombozytopenie“ (HIT) das Risiko einer venösen und arteriellen Thrombose. Bei einer HIT-Thrombose (HITT) muss das Heparin abgesetzt werden, was diese ungewöhnliche Gerinnungsstörung eher verschlimmern als beheben würde. In Ermangelung einer wirksamen Alternativtherapie kann die HITT zu thromboembolischen Komplikationen wie tiefen Venenthrombosen, Lungenembolien, Herzinfarkten und Schlaganfällen führen. Je nach Patientenpopulation tritt HIT bei 0,5-5 % der Patienten auf, die 5 oder mehr Tage lang Heparin erhalten. Von den Patienten mit HIT entwickeln 30-72 % thrombotische Komplikationen mit einem 10 %igen Risiko einer Gliedmaßenamputation und einem 20-30 %igen Sterberisiko. Die Schwierigkeit der Behandlung und die verheerenden Folgen des HIT(T)-Syndroms haben dazu geführt, dass die Pathogenese der HIT intensiv erforscht wurde, mit dem Ziel, das Risiko für die Entwicklung einer HIT(T) zu minimieren und sichere und wirksame alternative gerinnungshemmende Medikamente zu finden.

Frühere Forscher stellten fest, dass der für die HIT verantwortliche Wirkstoff ein plättchenaktivierender Antikörper war, der den Verbrauch von Blutplättchen und einen hyperkoagulierbaren Zustand verursachte. Der anfängliche Verdacht auf eine Immunbeteiligung bei HIT, der auf dem Zeitabstand von 5-15 Tagen zwischen der Heparinexposition und dem Auftreten der Symptome beruhte, wurde durch den Nachweis bestätigt, dass HIT-Patientenseren oder deren IgG-Fraktion in Gegenwart von Heparin in vitro eine Aktivierung von Spenderplättchen verursachten. Der „Heparin-Antikörper“ konnte jedoch nicht isoliert werden. Ein Jahrzehnt später entdeckten Forscher, dass das HIT-Antigen nicht Heparin selbst war, sondern ein spezifischer Komplex von Heparin mit einem endogenen Thrombozytenprotein, dem Thrombozytenfaktor 4 (PF4). Viele Forschungsarbeiten haben sich mit der Bewertung der spezifischen Titer, des Isotyps und der Avidität von PF4/Heparin-Antikörpern sowie der Merkmale, Dauer oder Dosierung von heparinähnlichen Arzneimitteln befasst, die am engsten mit der HIT-Pathologie verbunden sind. Weitaus weniger Berichte befassen sich mit der Rolle von PF4 in Bezug auf das Risiko der Immunogenese (Entwicklung) und Pathogenese (Funktion) von HIT-Antikörpern. In dieser Übersichtsarbeit wird die zentrale Rolle hervorgehoben, die die Verfügbarkeit des PF4-Antigens bei HIT spielt.

Plättchenfaktor 4

Plättchenfaktor 4 (PF4), auch bekannt als Chemokin CXCL4, ist ein kationisches, 7,8 kDa großes Protein, das bei physiologischem pH-Wert und Ionenstärke Tetramere bildet. PF4 wird aus den Alpha-Granula aktivierter Blutplättchen als Komplex mit einem Chondroitinsulfat-Proteoglyanträger freigesetzt. Es verschwindet rasch aus dem Plasma, da es auf Heparansulfat mit höherer Affinität auf Endothelzellen übergeht, die lokale Antithrombinaktivität (AT) hemmt und so die Gerinnung fördert. Neben seiner Rolle in der Hämostase hat PF4 viele andere biologische Wirkungen, die auch von seiner Assoziation mit extrazellulären Glykosaminoglykanen (GAGs) abhängen können; diese wurden an anderer Stelle besprochen.

Rolle von PF4 in der HIT-Immunogenese (Antikörperentwicklung)

Neben der Anwesenheit von Heparin während der Antikoagulanzientherapie hängt die Bildung von immunogenen Komplexen, die Antikörper hervorrufen, von der Verfügbarkeit von PF4 ab. Der Plasmaspiegel von PF4 ist proportional zum Ausmaß und zur Dauer der Thrombozytenaktivierung und des PF4-Umsatzes und hängt in hohem Maße vom zugrunde liegenden klinischen Status des jeweiligen Patienten ab. Erhöhte PF4-Spiegel werden bei entzündlichen oder infektiösen Erkrankungen, Diabetes, Herz-Kreislauf- und Nierenerkrankungen, Atherosklerose und anderen Erkrankungen, die die Gefäßgesundheit beeinträchtigen, oder als Reaktion auf traumatische medizinische Eingriffe oder einen kardiopulmonalen Bypass beobachtet. Nach der Freisetzung aus aktivierten Thrombozyten assoziiert PF4 rasch mit Heparansulfat auf Endothelzellen und kann durch Heparin, für das es eine höhere Affinität hat, wieder in den Kreislauf gebracht werden. Dieser durch Heparin freisetzbare PF4-Pool (HR-PF4) kann durch Messung des PF4-Spiegels im Plasma vor und nach der Injektion von Heparin bewertet werden; nachfolgende Heparin-Dosen setzen weniger PF4 für ein Intervall frei, das mit der Geschwindigkeit der PF4-Akkumulation auf dem Endothel zusammenhängt. HR-PF4 ist ein weiteres Maß für die Verfügbarkeit von PF4. Im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen wurde bei mehreren Patientengruppen, darunter solchen mit Diabetes, Atherosklerose, Nieren-, Herz-Kreislauf- oder Koronararterienerkrankungen, ein höheres Niveau und eine höhere Rate der Wiederherstellung des extrazellulären PF4 nachgewiesen. Die zugrundeliegende Erkrankung, insbesondere wenn sie mit einer Thrombozytenaktivierung einhergeht, wirkt sich auf die Verfügbarkeit von PF4 und die Wahrscheinlichkeit der Bildung von multimolekularen PF4/Heparin-Komplexen aus.

Die Verfügbarkeit von PF4 wird sowohl durch eine akute als auch durch eine chronische Thrombozytenaktivierung beeinflusst und spielt logischerweise eine Rolle für das Risiko der Bildung von PF4/Heparin-Antikörpern im Rahmen einer Antikoagulanzientherapie. Dies könnte eine Erklärung für die häufige Beobachtung sein, dass bestimmte Patientengruppen bekanntermaßen ein erhöhtes Risiko für die Entwicklung von HIT-Antikörpern haben. Daher ist es wichtig zu erkennen, dass es neben der Art, Dosis und Dauer der Heparintherapie auch patientenbezogene Variablen gibt, die bei der Bewertung des Risikos für die Bildung von HIT-Antikörpern wichtig sind.

Rolle von PF4 in der HIT-Pathogenese (Antikörperfunktion)

In der Literatur ist gut dokumentiert, dass das Vorhandensein von HIT-Antikörpern bei der Mehrheit der seropositiven Patienten keine Thrombozytopenie oder Thrombose verursacht. Erst wenn bestimmte HIT-Antikörper ihr PF4-Antigen binden und Immunkomplexe bilden, kommt es zu einer anschließenden Fc-gamma-Rezeptor-vermittelten Thrombozytopenie und/oder Thrombose. Das HIT-Syndrom hängt also nicht nur vom Vorhandensein von HIT-Antikörpern mit ausreichendem Titer und ausreichender Spezifität ab, sondern auch vom Vorhandensein des antigenen PF4-Targets. Viele der Bedingungen, die das Risiko der Antikörperbildung durch Aktivierung der Thrombozyten und Freisetzung von PF4 (wie oben beschrieben) erhöhen, erhöhen in ähnlicher Weise das Risiko klinischer Folgen aufgrund der HIT-Antikörper-Immunkomplex-vermittelten Thrombozytenaktivierung.

Im Gegensatz zur Immunogenese (Bildung von Antikörpern), die vom Vorhandensein von Heparin abhängt, kann die HIT-Pathogenese (Antikörperfunktion) nach Beendigung der Antikoagulanzientherapie auftreten, was als „verzögerte HIT“ bezeichnet wird. Studien haben gezeigt, dass PF4, das an Glykosaminoglykane auf der Oberfläche von Endothelzellen, Monozyten und Thrombozyten gebunden ist, das HIT-Antikörperzielantigen präsentieren kann. Das antigene Ziel von HIT kann also auch ohne Heparin verfügbar sein, wenn PF4 aus aktivierten Blutplättchen mit GAGs auf Gefäßzellen assoziiert. Es gibt keine Hinweise darauf, dass extrazelluläres, mit GAG assoziiertes PF4 die Antikörperbildung initiiert; allerdings können HIT-Antikörper, die durch Heparin-Exposition entstehen, an diese Stellen binden und HIT-Antigen-Antikörper-Immunkomplexe bilden. Tatsächlich treten thrombotische Komplikationen im Zusammenhang mit HIT häufig an Stellen auf, an denen die Gefäße durch das Legen eines Katheters geschädigt wurden, oder an chirurgischen Stellen, wo sich PF4 in hohen Konzentrationen ansammeln kann. Viele Situationen, sowohl während als auch nach einem Krankenhausaufenthalt, können sich auf den Grad der Thrombozytenaktivierung auswirken und zu einem Anstieg des GAG-assoziierten PF4 und des potenziellen HIT-Zielantigens führen. Chronische Gesundheitszustände wie Atherosklerose, Diabetes oder Hypercholesterinämie sowie spontane/isolierte Infektionen oder Verletzungen könnten beispielsweise die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer HIT bei seropositiven Patienten verändern, indem sie die Thrombozytenaktivierung und die Verfügbarkeit von PF4-Zielantigen erhöhen. Derzeit bilden Scoring-Systeme, die auf der Bewertung des klinischen Erscheinungsbildes basieren, zusammen mit Labormessungen des Titers, des Isotyps und der In-vitro-Funktionalität von PF4/Heparin-Antikörpern die Grundlage für die Beurteilung der Wahrscheinlichkeit einer klinischen HIT. Patientenbezogene Faktoren, einschließlich des Status der Thrombozytenaktivierung und des PF4-Umsatzes, spielen sicherlich eine Rolle für das HIT-Risiko. Weitere Forschungsarbeiten sind erforderlich, um zu verstehen, wie diese Faktoren bewertet werden können, um die Risikovorhersage zu verbessern.

PF4/Heparin-Komplexe

Die Entwicklung und Funktionalität von HIT-Antikörpern hängt nicht nur von der Verfügbarkeit von PF4 ab, sondern vor allem vom PF4-Gehalt im Verhältnis zu Heparin (oder anderen GAG). Die Bindung des kationischen PF4-Tetramers an Heparin oder ein anderes polymeres Anion erfolgt durch relativ unspezifische elektrostatische Wechselwirkungen, wobei die Größe und die Eigenschaften der entstehenden Komplexe von der jeweiligen Konzentration bestimmt werden. Zahlreiche In-vitro-Studien wurden unter Verwendung von aus HIT-Patienten isolierten Antikörpern durchgeführt, um die Eigenschaften der PF4/Heparin-Komplexe zu bestimmen, die am stärksten antigenisch (kreuzreaktiv) sind. Diese Studien zeigen, dass Komplexe, die bei nahezu äquimolaren Verhältnissen von PF4 und Heparin gebildet werden, mit einer optimalen Antikörperbindung korrelieren. Bei höheren Heparinanteilen sind die Komplexe kleiner und binden nicht zur Bildung von Thrombozyten aktivierenden HIT-Antikörper-Immunkomplexen. Das Verhältnis von Thrombozytenfaktor 4 zu Heparin (PHR) im Bereich von 3:1 bis 0,7:1 führt zu ultragroßen Komplexen (ULC) mit neutraler Oberflächenladung und Anordnungen von eng aneinander liegenden PF4-Tetrameren. Es wird angenommen, dass diese einzigartigen, nahezu äquimolaren PHR-Komplexe Konformationsänderungen innerhalb und/oder zwischen den PF4-Tetrameren verursachen, die Neoepitope freilegen, die die HIT-Antikörperbindungsstelle darstellen.

Experimentelle und klinische Studien unterscheiden zwischen Antigenität und Immunogenität, d. h. zwischen Antikörperbindung oder Kreuzreaktivität und Antikörperbildung oder Serokonversion. Experimente mit einem Mausmodell zur Untersuchung der HIT-Immunogenese haben gezeigt, dass Maus-PF4 (mPF4)/Heparin-Komplexe, aber nicht mPF4 allein die Entwicklung von mPF4/Heparin-reaktiven Antikörpern verursachen. Je höher die Konzentration der mPF4/Heparin-Komplexe war, desto stärker war die Antikörperbildung. Eine etwas überraschende Studie zeigte, dass die äquimolaren, ladungsneutralen mPF4/Heparin-Verhältnisse zwar zu den größten und antigensten Komplexen führten, dass aber kleinere, hohe PHR-Komplexe (d. h. PF4>>Heparin) mit positiver Nettoladung an der Oberfläche eine stärkere mPF4/Heparin-Antikörperbildung verursachten. Verschiedene klinische Studien kommen zu dem Schluss, dass das Risiko einer HIT-Serokonversion mit niedermolekularen Heparinen (LMWHs) im Vergleich zu unfraktioniertem Heparin weitaus geringer ist, obwohl LMWHs in In-vitro-Tests mit HIT-Antikörpern kreuzreagieren und eine maximale Thrombozytenaktivierung verursachen. Fälle von HIT-Antikörper-Serokonversion wurden bei Patienten gemeldet, die mit dem Pentasaccharid Fondaparinux behandelt wurden. Überraschenderweise reagieren die durch Fondaparinux ausgelösten Antikörper in vitro mit Heparin und LMHWs, aber nicht mit Fondaparinux. Somit sind die PF4/Heparin-Komplexe, die die meisten HIT-Antikörper binden, möglicherweise nicht mit denen identisch, die eine de novo-Antikörperbildung auslösen.

Interessant ist auch, dass sich die gerinnungshemmenden Verhältnisse von PF4 und Heparin von denen der antigenen oder immunogenen Komplexe unterscheiden. Nur Heparin im Überschuss zu PF4 hat eine gerinnungshemmende Wirkung. Heparin wird durch PF4, das in vitro in PHRs vorhanden ist, bis zu einem Verhältnis von 0,42:1 neutralisiert (d. h. PF4<Heparin). Heparin würde durch PF4/Heparin-Komplexe in dem äquimolaren Bereich neutralisiert, der mit der maximalen HIT-Antikörperbindung einhergeht. Es ist schwierig, den Prozess der Immunisierung den PF4/Heparin-Verhältnissen zuzuschreiben, die bei einer wirksamen Antikoagulation vorliegen würden. Im Gegenteil, die Möglichkeit, dass höhere PHRs immunogener sind, würde erklären, warum eine minimale Heparinexposition, wie z. B. Heparinspülungen, und eine niedrigere relative Dosierung, wie z. B. prophylaktisches oder therapeutisches Heparin, oft sehr immunogen sind. Während über die physiochemischen Eigenschaften von PF4/Heparin-Komplexen, in denen HIT-Antikörper-Bindungsstellen exponiert sind, viel gelernt wurde, ist die Natur des In-vivo-Immunogens weniger gut verstanden.

PF4 und angeborene Immunität

Mit der Entdeckung, dass ein spezifischer PF4/Heparin-Komplex das HIT-Antigen war, schien es, dass die „Fremdheit“ der heparingebundenen PF4-Konformation die Immunantwort und die Bildung von Antikörpern auslöste. Studien mit Antikörpern, die aus HIT-Patienten isoliert wurden, zeigten jedoch bald, dass PF4, das an andere Glykosaminoglykane gebunden ist, ebenfalls von PF4/Heparin-Antikörpern angegriffen werden kann. Diese Antikörper binden auch an PF4 auf Endothelzellen, Monozyten oder Blutplättchen oder an PF4, das auf anionischen Oberflächen immobilisiert ist. Das konformationelle Neoepitop kann zwar von anderen PF4-Bindungspartnern freigelegt werden, aber keiner ist so immunogen wie unfraktioniertes Heparin. Dies deutet darauf hin, dass der Anstoß für die HIT-Immunantwort möglicherweise komplexer ist als das Vorhandensein einer Konformationsänderung in einem Eigenprotein.

Die HIT-Immunantwort hat mehrere einzigartige Aspekte und ist noch nicht vollständig verstanden. Adaptive oder erworbene Immunantworten sind durch antigenspezifische Antikörper des IgG-Isotyps und durch ein Immungedächtnis für eine effiziente Reaktion auf eine nachfolgende Antigenexposition gekennzeichnet. Erworbene Reaktionen treten relativ langsam auf, da Antikörper produzierende B-Zellen mit T-Zellen zusammenarbeiten, die spezifisch präsentierte Epitope des Ziels erkennen. Eine unmittelbarere, weniger spezifische B-Zell-Reaktion tritt als Reaktion auf generische Klassen von pathogenen Organismen auf und ist unabhängig von einer früheren Exposition. Diese schnelle angeborene Reaktion ist durch eine weniger spezifische, flüchtigere Population von IgM-Antikörpern gekennzeichnet. Die HIT-Immunreaktion ist einzigartig. Sie ist durch PF4/GAG-spezifische Antikörper gekennzeichnet, die bereits einige Tage nach der Heparin-Exposition auftreten. Trotz des schnellen Auftretens sind HIT-Antikörper häufig vom IgG-Isotyp. Die HIT-Antikörpertiter nehmen jedoch schnell ab, und es gibt keine B-Zell-Gedächtnisreaktion. Die HIT-Immunogenese ist weder für die angeborene noch für die adaptive Reaktion typisch, sondern weist Merkmale beider Reaktionen auf.

Neben ihrer Rolle bei der Hämostase werden Thrombozyten zunehmend als Immuneffektorzellen anerkannt. PF4 gehört zu einer hochkonservierten Familie von Wirtsabwehr-Effektor-Polypeptiden, den Kinocidinen, die sowohl eine antimikrobielle als auch eine leukozytenchemotaktische Aktivität aufweisen und eine Rolle bei den Aktionen des angeborenen und des adaptiven Immunsystems spielen. PF4 und andere Kinocidine enthalten ein charakteristisches kationisches, amphipathisches Motiv, das mit geladenen Lipidmembranen interagiert und diese unterbricht. In seiner antimikrobiellen Funktion bindet PF4 an bestimmte Bakterien-, Pilz- und Parasitenarten und fördert so die Immunabwehr.

Diese angeborene Immunfunktion von PF4 kann die ungewöhnliche Immunantwort auf PF4 in Gegenwart von Heparin erklären. In seiner antimikrobiellen Rolle bindet PF4 an anionische Komponenten von Bakterienoberflächen. Es wurde entdeckt, dass an Bakterien gebundenes PF4 zur Affinitätsanreicherung von HIT-Antikörpern aus Patientenseren verwendet werden kann, was zeigt, dass Antikörper, die als Reaktion auf eine Heparintherapie gebildet werden, mit PF4-Epitopen auf Bakterienzellen reagieren. Es gibt auch immer mehr Belege dafür, dass der umgekehrte Fall zutrifft, dass nämlich Antikörper, die als Reaktion auf mikrobielle Infektionen gebildet werden, PF4/Heparin-Komplexe erkennen. PF4/Heparin-reaktive IgG- und IgM-Antikörper wurden bei bis zu 6 % der Normalbevölkerung nachgewiesen. Ansonsten gesunde Personen mit einer bakteriellen Parodontalinfektion, die jedoch nicht mit Heparin behandelt wurden, haben messbare PF4/Heparin-kreuzreaktive Antikörper, die im Verhältnis zum Schweregrad ihrer Erkrankung stehen. Und „spontane HIT“ wurde bei Patienten beschrieben, die klinische Symptome und HIT-reaktive Antikörper entwickelten, ohne in der Vergangenheit Heparin ausgesetzt gewesen zu sein, insbesondere in Fällen einer kürzlich erfolgten bakteriellen Infektion. Somit könnte eine Immunreaktion auf endogene, PF4-gebundene mikrobielle Targets das Auftreten von kreuzreaktiven PF4/Heparin-Antikörpern bei Heparin-naiven Patienten oder die häufige Beobachtung erklären, dass schwerkranke oder septische Patienten ein höheres Risiko haben, in Gegenwart von Heparin eine HIT zu entwickeln. Diese Studien deuten auf eine Ähnlichkeit zwischen PF4, das an Mikroben gebunden ist, und PF4, das an Heparin oder an Gefäßzellen gebunden ist, hin.

Ein direkter Test des Konzepts, dass endogene PF4-gebundene Zielantigene dem Antigen ähneln, das durch Heparin während der Antikoagulanzientherapie erzeugt wird, verwendete ein Mausmodell der polymikrobiellen Bakteriose und zeigte, dass die bakterielle Exposition zur Entwicklung von PF4/Heparin-reaktiven Antikörpern mit einem zeitlichen Verlauf einer typischen primären Immunantwort führte. Diese Studien stützen das Konzept, dass HIT-Antikörper natürlich vorkommenden Antikörpern ähneln können, die durch PF4 als antimikrobielles Mittel ausgelöst werden. Dies bietet einen Kontext, um zu verstehen, wie eine Antikoagulanzientherapie die Bildung von Antikörpern provozieren kann, da das Vorhandensein von PF4 in Komplexen mit Heparin oder exprimiert auf der Oberfläche von Gefäßzellen die Präsentation von PF4, das an einen Erreger gebunden ist, imitieren und eine schützende, angeborene Immunantwort auslösen kann.

Heparin als Immunadjuvans

Natürlich vorkommende lösliche Proteine sind in Ermangelung eines Adjuvans wie Alaun oder verschiedene Ölemulsionen, die empirisch als immunstimulierende Mittel verwendet wurden, wenig immunogen. Adjuvantien organisieren antigene Oberflächenepitope; Proteine, die in einer sich wiederholenden und geordneten Weise exprimiert werden, sind viel immunogener als in löslicher Form und können B-Zell-Rezeptoren (BCRs) direkt vernetzen. Heparin zeigt PF4 in eng beieinander liegenden, sich wiederholenden, kammartigen Anordnungen, die polymere, sich wiederholende Epitope bilden. In dieser Hinsicht kann Heparin als Adjuvans dienen, das zu einer angeborenen Immunantwort auf PF4 führt.

Zellen des Immunsystems exprimieren eine Vielzahl von Mustererkennungsrezeptoren (PRRs), einschließlich Toll-like-Rezeptoren (TLRs). Diese Rezeptoren reagieren auf erregerassoziierte molekulare Muster (PAMPs), die für Erregergruppen charakteristisch sind, sich aber von ihrem „Selbst“ unterscheiden, so dass eine begrenzte Anzahl von Rezeptoren eine große Vielfalt von Erregern erkennen kann. Mustererkennungsrezeptoren sind „Bedrohungsdetektoren“, die Signale an andere Immunzellen auslösen. Es wird immer deutlicher, dass häufig verwendete Adjuvantien PRRs aktivieren und dass angeborene Immunreaktionen für ihre Wirksamkeit von zentraler Bedeutung sind. In der Tat liegt der Schwerpunkt in letzter Zeit auf der Entdeckung neuartiger Liganden von PRRs zur Verwendung als Adjuvantien, um die Effizienz der Impfstoffentwicklung zu erhöhen. Es ist möglich, dass spezifische PF4/Heparin-Komplexe die antimikrobielle Konformation von PF4 als pathogenes Molekülmuster aufweisen und diese Rezeptoren aktivieren. Heparin erhöht auch die Immunogenität von kationischen Bindungspartnern wie IL-8, neutrophilenaktivierendem Peptid-2 und Protaminsulfat. Immunisierungsexperimente mit Mäusen haben gezeigt, dass Heparin die Immunogenität der kationischen Proteine Protamin und Lysozym erhöht und dass die Immunreaktionen einer PF4/Heparin-Serokonversion ähneln. Eine Hypothese lautet daher, dass Heparin als Adjuvans fungiert, indem es Peptidmotive erzeugt, die als Agonisten für angeborene Mustererkennungsrezeptoren des Immunsystems wirken.

Die Aktivierung von TLR ist sowohl für angeborene als auch für adaptive Immunreaktionen von zentraler Bedeutung. Spezifische TLRs reagieren auf bestimmte Erregerklassen und erzeugen ein kontextspezifisches, einzigartiges Profil von Zytokinsignalen, die das Ausmaß und die Feinstruktur der B-Zell-Antikörperantwort modulieren. Auf diese Weise liefert die Erkennung von PAMPs durch das angeborene Immunsystem Informationen über die Art des Erregers, um die wirksamste adaptive Effektorantwort zu aktivieren und zu orchestrieren. Ein längerer Rezeptoreinsatz ist für die Differenzierung und Vermehrung von Lymphozyten und dendritischen Zellen erforderlich, damit Plasmazellen mit hoher IgG-Affinität und B-Gedächtniszellen entstehen. Im Gegensatz dazu kann zur raschen Neutralisierung sich replizierender Krankheitserreger eine schnellere Reaktion durch eine TLR-Agonisten-vermittelte Aktivierung dendritischer Zellen und spezifischer B-Zell-Untergruppen hervorgerufen werden, die über einen T-Zell-unabhängigen Weg sowohl IgM als auch klassenspezifisches IgG und IgA produzieren. Die gleichzeitige Stimulation von TLRs und BCRs kann schnelle antimikrobielle Antikörperreaktionen auslösen, um die Erregerlast einzudämmen, bis die T-Zell-abhängigen Antikörperreaktionen ihren Höhepunkt erreichen. Das Gleichgewicht zwischen der angeborenen und der adaptiven Immunantwort könnte von der Konzentration und der Dauer der Antigenexposition abhängen. Im Falle der HIT könnte eine anhaltend hohe Konzentration des PF4-Zielantigens eine adaptive Immunreaktion unterstützen, während eine kurzzeitige Exposition nur zu einer T-Zell-unabhängigen Antikörperproduktion führen könnte, ohne dass eine Gedächtnisreaktion entsteht. Es gibt Hinweise auf beide Arten von Immunreaktionen bei HIT. Die Hypothese, dass PF4-Komplexe mit Heparin einem konservierten pathogenen Molekülmuster ähnlich genug sind, um TLRs zu aktivieren, könnte dazu beitragen, Aspekte der Immunogenese von HIT zu erklären.

Vorbeugungs-/Behandlungsstrategien

Bislang haben sich Strategien zur Vorbeugung oder Behandlung von HIT darauf konzentriert, die Verwendung von unfraktioniertem Heparin zugunsten von LMWHs oder direkten Thrombininhibitoren zu minimieren. Diese alternativen Antikoagulanzien haben erhebliche Nachteile: Sie sind teurer und komplexer zu handhaben als Heparin und bergen ein Blutungsrisiko, das durch das Fehlen wirksamer Umkehrmittel erschwert wird. Die Fokussierung auf die zentrale Rolle von PF4 in der Pathogenese der HIT ermöglicht es uns, neue Ansätze zur Vorbeugung oder Behandlung dieses Syndroms zu erkennen.

Wie bereits erwähnt, sind HIT-Antikörper notwendig, aber nicht ausreichend, um die intensive Thrombozytenaktivierung zu verursachen, die zu Thrombozytopenie und/oder Thrombose führt. Die Bildung von thrombozytenaktivierenden Immunkomplexen hängt von der Verfügbarkeit des PF4-Zielantigens ab, und das HIT-Risiko ist daher am höchsten in Situationen, die durch eine intensive PF4-Freisetzung gekennzeichnet sind. Es ist logisch, dass die Minimierung der Verfügbarkeit von PF4 oder die anderweitige Verhinderung der Bildung von PF4/Heparin-Komplexen Strategien wären, um das Risiko der Immunogenese und der Pathogenese von HIT-Antikörpern aufzuheben.

Eine solche Strategie wurde durch die Beobachtung von Patienten mit familiärer Hypercholesterinämie nahegelegt. Diese Patienten erreichen keine ausreichende Senkung des Low-Density-Lipoprotein (LDL)-Cholesterins durch Diät oder Statintherapie und müssen sich häufig LDL-Apheresebehandlungen unterziehen. Trotz der wiederholten Exposition gegenüber Heparin und der Prädisposition für Gefäßerkrankungen ist die Inzidenz von HIT in dieser Bevölkerungsgruppe gering. Ausgehend von dieser Beobachtung untersuchten die Forscher den PF4-Spiegel im Plasma und auf der Oberfläche der Blutplättchen vor und nach der Apherese. Sowohl der PF4-Gehalt im Plasma als auch auf der Oberfläche der Thrombozyten wurde durch das Verfahren erheblich reduziert. Dies könnte das Ausbleiben der Immunogenese trotz der häufigen Heparinexposition bei diesen Patienten erklären. Darüber hinaus könnte sich dies als therapeutische Strategie zur Verringerung der Antigenverfügbarkeit bei seropositiven Patienten mit hohem HIT-Risiko erweisen.

Die Präsentation des PF4-Zielantigens ergibt sich aus den physiochemischen Eigenschaften von Komplexen aus Heparin und PF4-Tetrameren, die bei bestimmten Molverhältnissen gebildet und aufrechterhalten werden. In diesen hoch geordneten Komplexen ermöglicht die Heparinbindung eine enge Annäherung an spezifische Aminosäuren auf PF4-Tetrameren, die das antigene Epitop bilden. Zwei neuere Studien zeigen, dass eine Störung der tetrameren Organisation von PF4 durch Aminosäuresubstitutionen oder durch kleine Hemmstoffmoleküle, die auf die Dimer-Dimer-Schnittstelle abzielen, die Bildung von ULCs verhindert. Komplexe aus PF4-Varianten und Heparin wurden von HIT-Antikörpern schlecht erkannt, und PF4-Antagonistenmoleküle hemmten die durch HIT-Antikörper vermittelte Thrombozytenaktivierung. Diese Studien zeigen, dass Strategien zur Veränderung oder Verringerung des PF4-Zielantigens zu neuen therapeutischen Ansätzen für die Behandlung von HIT führen können.

Im Allgemeinen werden antigene Epitope freigelegt, wenn PF4 an ein aus Heparin gewonnenes gerinnungshemmendes Medikament bindet. Zusätzlich zu seiner gerinnungshemmenden Wirkung hat Heparin starke entzündungshemmende Eigenschaften; die Gefahr von Blutungen verhindert jedoch seine Verwendung für nichtthrombotische Indikationen. Heparin, das an den Positionen 2-O und 3-O desulfatiert ist (ODSH), behält seine entzündungshemmenden Eigenschaften bei, hat aber eine geringere gerinnungshemmende Wirkung. ODSH ist weiterhin in der Lage, an PF4 zu binden und mit ihm Komplexe zu bilden, verursacht jedoch in Gegenwart von HIT-Antikörpern keine Thrombozytenaktivierung, was darauf hindeutet, dass es kein antigenes PF4-Ziel freilegt. ODSH kann mit immobilisiertem Heparin um die Bindung von PF4 konkurrieren und kann PF4 von der Zelloberfläche verdrängen. In Kombination mit Heparin verringert ODSH die Immunogenität in vivo und verbessert die durch HIT-Antikörper vermittelte Thrombozytenaktivierung in vitro. Die Fähigkeit von ODSH, einen Teil des verfügbaren PF4 zu sequestrieren, ohne immunogene Komplexe zu bilden, kann in Kombination mit Heparin ein wirksames Mittel sein, um das PF4/Heparin-Verhältnis zugunsten weniger antigener Komplexe zu verschieben. Darüber hinaus könnte die Verfügbarkeit von weniger PF4, das die AT-Bindung blockiert und die Neutralisierung von Heparin bewirkt, möglicherweise die gerinnungshemmende Wirkung erhöhen. Somit können die entzündungshemmenden, nicht gerinnungshemmenden Eigenschaften von ODSH dazu beitragen, die Sicherheit und Wirksamkeit anderer Antikoagulanzien zu erhöhen. Ein besonderer Vorteil ist, dass ODSH bereits in Studien nachgewiesen wurde, dass es dem Menschen sicher verabreicht werden kann.

Schlussfolgerungen

Ein entscheidender Faktor für das Risiko, dass HIT-Antikörper infolge einer Therapie mit Heparin-Antikoagulantien ausgelöst werden, ist das Vorhandensein von PF4. Das Vorhandensein von PF4 bestimmt auch, ob HIT-Antikörper zu Thrombozytopenie und/oder Thrombose führen, da nur Immunkomplexe aus Antikörper und Zielantigen, nicht aber Antikörper allein, die pathogene Thrombozytenaktivierung bewirken. In dieser Übersicht wird die Hypothese vorgestellt, dass Heparin als Adjuvans dient, das die Antikörperbildung erleichtert, indem es PF4 in einem Motiv darstellt, das als pathogenassoziiertes molekulares Muster erkannt wird und ein Agonist für Mustererkennungsrezeptoren auf Immunzellen ist. Techniken, die auf die Sequestrierung von PF4 oder die Minimierung seiner Konformationsänderung abzielen, sind vielversprechende Forschungsbereiche für die Entwicklung wirksamer klinischer Interventionen zur Vorbeugung oder Behandlung von HIT.