Zjawiska immunologiczne w chorobach autoagresyjnych.
Autoimmunizacja.
Autoimmunizacja jest to reaktywność komórek układu odporności adaptacyjnej zwróconą przeciwko własnym antygenom ustroju. Odpowiedz adaptacyjna zależy wyłącznie od immunokompetentnych limfocytów T i B, rozpoznających antygen (własny lub obcy) poprzez ich receptory błonowe. Zakres swoistości tych receptorów oraz liczebność immunokompetentnych limfocytów kształtuje się w trakcie ich dojrzewania i różnicowania w grasicy (limfocyty T) i szpiku kostnym (limfocyty B).
Receptor dla antygenu limfocyta T i B ma strukturę immunoglobulin (2 łańcuchy ciężkie i 2 lekkie), tą różnicą że nie zawiera fragmentu Fc, lecz odcinek śródbłonowy, wiążący receptor z błoną komórkową. Podczas dojrzewania i różnicowania limfocytów (grasica, szpik kostny) zachodzi proces tzw rekombinacji somatycznej DNA , tj. losowego przemieszczanie się około 400 genów ułożonych w segmentach w łańcuchu DNA. Kodują one skład i sekwencje aminokwasów tej części receptora dla antygenu, która wchodzi w interakcję z komplementarną dla niej strukturą antygenu (epitop). Nowo powstające limfocyty (miliardy komórek), wykazują ekspresję receptora o unikalnej swoistości, co powoduje że odnowa limfocytów w grasicy i szpiku kostnym zapewnia niezwykle otwarty zakres ich swoistości antygenowych. Ta olbrzymia różnorodność swoistości powoduje, że każda substancja (antygen obcy lub autoantygen) potencjalnie może wywołać odpowiedz adaptacyjną, a jej konsekwencją jest obecność limfocytów autoreaktywnych. Dla uniknięcia autoimmunizacji i zapewnienia optymalnych możliwości reakcji z antygenami obcymi, repertuar ten podlega rygorystycznej selekcji zachodzącej w grasicy, szpiku kostnym (tolerancja centralna) i obwodowych narządach limfoidalnych (tolerancja obwodowa)
Selekcja limfocytów w grasicy i szpiku kostnym dotyczy niedojrzałych jeszcze komórek limfoidalnych wykazujących: a) ekspresję niekompletnej struktury receptora dla antygenu z powodu tzw „nie produktywnej” rekombinacji DNA- komórka nie rozpoznaje żadnych swoistości (ani własnych ani obcych i ginie), b) ekspresję czynnościowo efektywnych receptorów dla antygenu, a więc rozpoznajacych autoantygeny w mikrośrodowisku komórek zrębu szpiku kostnego lub grasicy (limfocyty autoreaktywne).
Istnieją dwie możliwości selekcji tych limfocytów, tj. selekcja negatywna (eliminacja lub trwała inaktywacja komórek) lub selekcja pozytywna (przeżycie komórek, lub tylko czasowa ich inaktywacja).
Selekcja negatywna zachodzi kiedy: a) limfocyt nie rozpoznaje żadnych swoistości i komórka ginie ponieważ nie ulega stymulacji i nie może ulegać dalszemu różnicowaniu, b) receptor wykazuje silną reaktywność z autoantygenami (wiązanie wysokiego powinowactwa), co także indukuje delecję aktywowanych limfocytów; selekcja negatywna dotyczy ogromnej większości (95%) limfocytów generowanych grasicy i szpiku kostnym.
Selekcja pozytywna (5% limfocytów grasicy i szpiku) zachodzi, kiedy ich receptor dla antygenu wykazuje słabą reaktywność z autoantygenami (wiązanie pośredniego powinowactwa), co jednak zapewnia możliwość ich dalszej stymulacji, a co za tym idzie przeżycie i dalsze różnicowanie. Limfocyty te tworzą populację immunokompetentnych limfocytów B i T. Receptory dla antygenu tych limfocytów tworzą tzw repertuar swoistości, który jest osobniczo zmienny. Szacuje się, że w ustroju średnia liczba potencjalnych swoistości receptorów dla antygenu komórek B (a więc też immunoglobulin) wynosi 1014 a dla komórek T nawet 1018 . W skład tego repertuaru wchodzą autoreaktywne limfocyty B i T, które uniknęły delecji odpowiednio w szpiku kostnym i grasicy.
Ich populacja zawiera: a) komórki „ignorujące” autoantygen. (indukowane zbyt słabo aby doszło do ich delecji, lecz wystarczająco silnie aby przetrwać dalsze etapy różnicowania limfocytów); jest to populacja potencjalnie autoreaktywnych limfocytów, które w sprzyjających okolicznościach (np. infekcja) mogą inicjować reakcje autoagresyjne, b) komórki „rozpoznające” autoantygeny o takich swoistościach narządowych, które nie są reprezentowane w centralnych narządach limfoidalnych i dlatego nie ulegają tam delecji. Dojrzałe, autoreaktywne limfocyty B i T są stale obecne w ustroju. Ich reaktywność jest kontrolowana przez szereg mechanizmów tzw tolerancji obwodowej.
-Mechanizmy tolerancji obwodowej limfocytów B:
Delecja autoreaktywnych limfocytów B w strefach T zależnych tkanki limfoidalnej. „Dziewicze” limfocyty B (zarówno autoreaktywne jak i rozpoznające antygeny obce) wchodzą do węzłów chłonnych obwodowych przez żyłki z wysokim śródbłonkiem (HEV) i migrują do strefy T zależnej. Limfocyty B rozpoznające antygen obcy (sygnał I) są tam kostymulowane (sygnał II) przez uczulone na ten antygen pomocnicze limfocyty T CD4+; inicjuje to dalszą migrację aktywowanych komórek B do ich ośrodków rozmnażania (primary follicles-grudki pierwotne). Przeciwnie, autoreaktywne komorki B pozostają w strefach T zależnych, gdyż nie ulegają kostymulacji przez autoreaktywne limfocyty T CD4+ (gdyż normalnie ich brak u osób zdrowych) i giną (apotoza).
Delecja autoreaktywnych komórek B w strefach B zależnych tkanki limfoidalnej. .
Podczas procesu tzw mutacji hipersomatycznych (generowanie nowych swoistości przeciwciał w trakcie różnicowania komórek B w ośrodkach rozmnażania), autoreaktywne limfocyty B po aktywacji przez autoantygen (sygnał I) ulegają apotozie, gdyż nie zachodzi ich kostymulacja (brak pomocniczych limfocytów T CD4+, swoistych dla autoantygenu). Proces ten zapewnia usuwanie autoreaktywnych limfocytow B w strefach B zależnych obwodowych narządów limfoidalnych;
Anergizacja autoreaktywnych komorek B
Interakcja autoreaktywnych komórek B z autoantygenem w formie rozpuszczalnej powoduje anergię limfocytów B, spowodowaną spadkiem ekspresji receptora dla autoantygenu (immunoglobulina błonowa klasy IgM) i zahamowaniem receptorowo-zależnych dróg aktywacji limfocyta. Komórki te mają skrócony cykl życiowy i giną albo na skutek niemożności wejścia do grudek chłonnych pierwotnych, albo wskutek uruchomienia T zależnych mechanizmów apoptozy- interakcja z rozpoznającymi autoantygen limfocytami T (poniżej). Wskazuje to na potencjalną możliwość przedłużania okresu przeżycia autoreaktywnych B limfocytów, co ma znaczenie w chorobach autoagresyjnych.
Delecja autoreaktywnych komorek B poprzez mechanizm apoptozy zależnej od autoreaktywnych limfocytow T
Mechanizm indukowany przez autoreaktywne limfocyty T CD4+, indukowane autoantygenem, co stymuluje ekspresję ligandy dla antygenu Fas (FasL). Kontakt receptorów FasL limfocytów T z autoreaktywnymi limfocytami B, o wysokiej ekspresji antygenu Fas (CD95) indukuje ich apoptozę. Proces ten zachodzi przy braku optymalnej kostymulacji (anergia komórek B) i ich aktywacji przez autoantygen. Anergizowane limfocyty B wykazują zwiększoną wrażliwość na apoptozę (wysoki poziom ekspresji CD95). Mechanizm ten pełni ważna rolę w usuwaniu autoreaktywnych komorek B. U myszy brak prawidłowej ekspresji genu Fas lub FasL (mutacje) prowadzi do powstania zespołu autoagresyjnego podobnego do SLE u człowieka, charakteryzującego się obecnością autoprzeciwciał o podobnym profilu swoistości antygenowych.
-Mechanizmy tolerancji obwodowej limfocytów T
Obejmują 5 zjawisk , tj .ignorancję, delecję, anergię , supresję na poziomie kostymulacji, aktywną supresję i dewiację immunologiczną (via dzialanie innych komórek i cytokin).
Ignorancja polega na ignorowaniu obecności autoantygenu przez potencjalnie autoreaktywne limfocyty T, które koegzystują z autoantygenem, lecz nie ulegaja aktywacji. Proces ten zachodzi poprzez: a) brak stymulacji autoreaktywnych komorek T z powodu niskiej ekspresji kompleksu autoantygen/MHC, niewystarczającej do spowodowania delecji lub anergii limfocytów autoreaktywnych, b) wiązanie niskiego powinowactwea kompleksu autoantygen/MHC przez receptory autoreaktywnych limfocytów T, c) separację autoreaktywnych komorek T od autoantygenów przez bariery anatomiczne (np. krew-mózg,), d) aktywację autoreaktywnych komórek T przez kompleks autoantygen/MHC (sygnał I) lecz bez sygnalu kostymulacyjnego (sygnał II), e) brak efektu pomocniczego (kostymulujacego) limfocytów T CD4+ dla autoreaktywnych limfocytów T CD8+ (cytotoksycznych). „Ignorujące” autoantygen limfocyty T są stale obecne w populacji limfocytów osób zdrowych. Dowodem tego jest uzyskanie z tej populacji limfocytów T rozpoznających in vitro insulinę lub bialko podstawne mieliny. Komórki te, tj. „dziewicze”, potencjalnie autoreaktywne limfocyty T, nie mogą wchodzić do innych tkanek oprócz limfoidalnej (przez żyłki z wysokim śródbłonkiem-HEV). Nie powodują więc ich destrukcji w warunkach fizjologicznych. Komorki autoreaktywne „ignorujace” ulegają jednak uczynnieniu w warunkach ich aktywacji, np. immunizacja zwierzat eksperymentalnych z szeregiem autoantygenów związanych z adjuwantami indukuje chorobę autoagresyjną.
Delecja polega na usuwaniu (apoptoza) limfocytów autoreaktywnych, stymulowanych przez autoantygen. Zachodzi poprzez: a) indukcję limfocytów przez silny antygenowo swoisty sygnał stymulujący (sygnał I). Limfocyt jednak ginie bo stymulacja zachodzi przy braku antygenowo nieswoistego, kostymulujacego sygnału II; sygnał II jest dostarczany przez tzw komórki prezentujące antygen –APC, za pośrednictwem ich receptorów błonowych np. antygenów HLA-DR, cząsteczek CD80, CD86, i szeregu adhezyn oraz cytokin (IL-1, IL-6, TNF-alfa, etc), b) aktywację limfocytów w warunkach deficytu czynników wzrostowych, c) indukcję ekspresji cząsteczki CD95 (Fas) jej ligandy FasL; interakcja Fas/FasL indukuje apoptozę komorek z ekspresją FasL. Ponieważ aktywowane limfocyty T wykazuja zarówno ekspresję Fas jak i FasL ich interakcja powoduje apoptozę limfocytów z ekspresją FasL. Pacjenci z defektem ekspresji cząsteczki Fas (brak apoptozy) wykazują ostry zespól limfoproliferacyjny. Niektóre tkanki , np. przednia komora oka wykazuja konstytutywną ekspresję ligandy FasL. W przypadku kiedy limfocyty T CD95+ dostaną się do tkanki (uraz, zapalenie) ulegaja one tam apoptozie bez wywoływania tam uszkodzeń.
Anergia jest to stan inaktywacji limfocytów, spowodowany utratą ich zdolności do syntezy interleukiny-2 po stymulacji przez antygen. Nie wchodzą one w cykl komórkowy (podzialowy) i nie proliferują. Zjawisko to zachodzi w warunkach niekompletnej indukcji limfocytów T przez antygen (słaby sygnał I, obecny sygnał II, lub też prawidłowy sygnał I lecz słaby sygnał II). Anergizowane komorki T zachowują zdolność do syntezy niektórych cytokin, np. IL-10 która blokuje aktywację komórek T. Wykazują także ekspresję receptorów dla IL-2 i dlatego stan anergii limfocytów T może odwracany przez ich stymulację przez IL-2 pochodzącą z innych komórek (znaczenie w zaostrzaniu /lub inicjowaniu zjawisk autoagresyjnych przez czynniki stymulujace syntezę cytokin – np. infekcja, dzialanie adjuwantów, itp).
Supresja na poziomie kostymulacji (tj. generowania sygnalu II)-polega na uruchamianiu sygnałów blokujacych nadmierną aktywację limfocytów T, rozpoznajacych antygen, co powoduje zatrzymanie .procesu stymulacji limfocyta z momentem eliminacji antygenu. Zjawisko to obejmuje ekspresję szeregu czasteczek kostymulacyjnych z których najlepiej poznane to: a) cząsteczka CD152 (CTLA-4), której ekspresja wzrasta w trakcie stymulacji limfocyta T, b) cząsteczka CD28 limfocyta T, c) cząsteczki CD80 i CD86 występujace w błonie komorkowej APC (komórki prezentujace antygen).
Cząsteczka CTLA-4 limfocyta T wiąże cząsteczki CD86 i CD80 z większym powinowactwem aniżeli czasteczka CD28. Powoduje to uruchomienie negatywnego sygnału blokujacego komorki T , które nie wchodza w cykl komórkowy i giną (apotoza). Zjawisko to ma duże znaczenie w regulacji poziomu odpowiedzi autoagresyjnej. Blokada ekspresji czasteczki CD152 przyśpiesza progresję cukrzycy, a loci genów IDDM5 , CTLA-4 i CD25 (receptor dla IL-2) nie można rozdzielić zarówno u myszy jak i u człowieka.
Aktywna supresja oraz dewiacja polega odpowiednio na: a) stałym blokowaniu aktywności indukowanych przez autoantygen limfocytów T przez inne komórki, b) modulacji przez cytokiny profilu odpowiedzi odpornościowej.
Aktywacja komórek supresyjnych towarzyszy każdej odpowiedzi odpornościowej, w tym także autoagresyjnej. Transgeniczne myszy, których limfocyty T wykazują swoistość dla białka podstawnego mieliny nie mają objawów neurologicznych SM (stwardnienie rozsiane), ponieważ nie przechodza przez barierę krew/mózg („ignorancja”). Podanie mieliny z adjuwantem indukuje encephalitis u tych myszy, ponieważ wywołane przez adjuwant zapalenie uszkadza barierę krew/mózg i autoreaktywne limfocyty T przechodzą do tkanki docelowej. Po kilku tygodniach często dochodzi jednak do spontanicznej remisji, spowodowanej działaniem supresyjnych limfocytów T o fenotypie CD4/CD25+ (tj. wykazujących ekspresję receptora dla IL-2); zapobiegajają one aktywacji i proliferacji autoreaktywnych komorek T które uniknęły delecji w grasicy. Ten typ supresyjnych limfocytów nie proliferuje ani nie syntetyzuje cytokin po aktywacji poliklonalnej lub antygenowo swoistej. Limfocyty te pełnia ważna rolę w zapobieganiu indukcji innych chorób autoagresyjnych zarówno na modelu zwierzęcym (cukrzyca, uogólnione zapalenie jelit, zespół autoagresyjny po tymektomii u genetycznie predysponowanych, nowo narodzonych myszy) jak i w warunkach klinicznych. (cukrzyca). Docelowymi komórkami na które działają te limfocyty są limfocyty CD4+ CD25- . Wiele innych komórek o funkcji supresyjnej uczestniczy w regulacji odpowiedzi autoagresyjnej, np. supresyjno/indukcyjne limfocyty T o fenotypie CD4RA/CD4+ , które aktywują efektorowe komórki supresyjne (limfocyty T CD8+), supresyjne monocyty i makrofagi, a nawet komórki B; wszystkie one uczestniczą też w regulacji odpowiedzi na antygen obcy.
Dewiacja polega na regulacji profilu odpowiedzi odpornościowej (w kierunku reaktywności typu komórkowego lub humoralnego) przez cytokiny. Cytokiny determinujące pro-komórkowy profil reaktywności układu odpornościowego to IFN-g, IL-12, 1L-18, TNF-a, natomiast cytokiny stymulujące raczej humoralne reakcje odpornościowe to IL-4, 1L-13 i IL-10. Wzajemnie hamują one zarówno poziom swojej ekspresji jak i indukowane przez nie aktywności komórkowe. Przyczynia się to do utrzymywania określonego profilu odpowiedzi odpornościowej. W schorzeniach autoagresyjnych często dochodzi do przesunięcia (dewiacji) tego profilu (np. w cukrzycy typu I cytotoksyczne reakcje typu komórkowego wywołuja destrukcję komorek beta wysp trzustki, a w toczniu układowym dochodzi do masywnej syntezy autoprzeciwciał o szerokim zakresie swoistości).
-Autoimmunizacja jako zjawisko fizjologiczne w układzie odpornościowym.
„Produktem ubocznym” odnowy limfocytów i generowania ich repertuaru swoistości jest obecność limfocytów autoreaktywnych w tym repertuarze. U każdego osobnika istnieje typowy dla niego „fizjologiczny, niski poziom autoimmunizacji”. Zależy on od predyspozycji genetycznych i warunków środowiskowych. Stymulacja limfocytów przez autoantygeny jest konieczna dla ich odnowy i przeżycia obwodowych, „dziewiczych” limfocytów T i B, przed ich ewentualną aktywacją przez antygen.
Wykładnikiem „autoimmunizacji fizjologicznej” jest obecność tzw przeciwciał naturalnych, tj. powstajacych bez udziału egzogennej stymulacji i obecnych w surowicy przez całe życie, oraz szereg reaktywności komórkowych, mających znaczenie dla odnowy limfocytów.
Przeciwciala naturalne (IgM, IgG, IgA) powstają w wyniku stymulacji autoreaktywnych limfocytów B przez autoantygeny, są to więc autoprzeciwciała. Wykazują stały repertuar swoistości-od wczesnego dzieciństwa do wieku dojrzałego. Ich poziom wzrasta z wiekiem (z przewagą klasy IgG), co wskazuje że autoreaktywne limfocyty T współuczestniczą (jako komórki pomocnicze) w ich syntezie. Naturalne przeciwciała są bardziej polireaktywne (dane przeciwcialo wiąże różne antygeny) aniżeli immunoglobuliny powstałe w wyniku immunizacji przez obcy antygen (swoistość zawężona do tego antygenu). Wykazują swoistości zwrócone przeciwko wielu antygenom, np. tubulinie, aktynie, tyroglobulinie, transferynie, kolagenowi, cytochromowi c, składnikom jadra komórkowego i cytoplazmy (niski poziom), grupom krwi (reguła Landsteinera), immunoglobulinie IgG (np. czynnik reumatoidalny).
Przeciwciała naturalne pełnią funkcje efektorowe i immunoregulacyjne. Funkcje efektorowe obejmują: a) eliminację wielu bakterii i wirusów, b) inaktywację toksyn, c) działania opsonizujące, d) usuwanie zużytego materiału komorkowego i cząsteczkowego, e) indukkcję odnowy mieliny, f) osłabianie litycznego dzialania dopełniacza (prewencja generowania litycznego kompleksu C5-C9) poprzez wiązanie aktywowanych komponent C3b i C4b na komórkach docelowych, g) neutralizację działania autoprzeciwciał (swoistość anty-idiotypowa, poprzez wiązanie idiotypów, tj. określonych serologicznie obszarów regionów zmiennych czasteczki immunoglobulin), tworzac dimery z komplementarnymi idiotypami tych przeciwciał
Funkcje immunoregulacyjne p.ciał naturalnych zachodzą poprzez ich wiązanie z cząsteczkami o funkcji regulacyjnej: a) receptorami komórek T, tj. CD4, CD8, TcR, b) antygenami HLA klasy I i II, c) receptorami dla fragmentu FcIgG i receptorami dopełniacza, d) cytokinami ( IL-6, IL-1, TNF-alfa, IFN-alfa, GM-CSF) i ich receptorami komórkowymi. Interakcje te mają znaczenie dla utrzymywania określonego poziomu aktywacji wielu komórek układu odpornościowego (limfocytów T, B, monocytów, makrofagów i granulocytów).
Poziom i typ reaktywności (komórkowa lub humoralna) limfocytow odpowiadających na autoantygen (oraz antygen obcy) zależy od jego natury oraz od warunków mikrośrodowiska, w którym zachodzi rozpoznanie (określony profil cytokin, cząsteczek kostymulacyjnych etc). Warunki te z kolei są wypadkową tzw czynników genetycznych i środowiskowych, predysponujacych do określonego typu reakcji odpornościowej. Ponieważ stan „autoreaktywności” układu odpornościowego jest fizjologiczny i osobniczo zmienny, stąd kluczowym problemem jest wykazanie w jaki sposób dochodzi do nadmiernej stymulacji autoreaktywnych limfocytów T i B i jaki jest ich udział w wywoływaniu uszkodzeń tkanek docelowych [1,2,3,4]
Klasyfikacja chorób z autoagresji
Choroby autoagresyjne, z wyjątkiem reumatoidalnego zapalenia stawów i autoagresyjnego zapalenia tarczycy występuja u około 5% populacji w krajach Zachodu. Stanowią niezwykle zróżnicowana grupę chorób, których etiologia jest ciągle mało poznana. Chorobami z autoagresji określa się schorzenia o różnej manifestacji klinicznej, wywołane przez nieprawidłową (wzmożoną) odpowiedz limfocytów T lub B (najczęściej obu tych populacji) na autoantygeny. Ich klasyfikacja patogenetyczna może opierać się na kryteriach klinicznych, uwzględniajacych: 1) choroby układowe, kiedy proces chorobowy obejmuje wiele narządów (np. toczeń układowy) lub , 2) narządowo swoiste, kiedy proces chorobowy ma lokalizację narządową (np. cukrzyca typu I), lub kryteriach immunologicznych uwzględniajacych: a) uogólniony defekt limfocytów w zakresie ich selekcji, funkcji regulacyjnych, efektorowych lub homeostazy (jak w chorobach układowych), b) nieprawidłową odpowiedz limfocytów tylko na określone autoantygeny ( jak w schorzeniach o swoistości narządowej).
Mechanizmy immunologiczne determinujące systemowy lub narządowy profil odpowiedzi autoagresyjnej nie są znane. Generalnie można brać pod uwagę 2 czynniki: 1) zakres defektu limfocytów w zakresie utraty tolerancji, b) dostępność autoantygenów i poziom ich ekspresji). W chorobach układowych jest prawdopodobne, że defekt z zakresie eliminacji autoreaktywnych limfocytów jest bardziej uogólniony i dotyczy zarówno mechanizmu delecji klonalnej jak i klonalnej inaktywacji. Stąd liczba limfocytów autoreaktywnych jak i zakres ich swoistości jest szeroki. Często występują zmiany w składzie subpopulacji limfocytów obwodowych i uogólnione defekty ich funkcji (słaba reaktywność na aktywację poliklonalna, lub antygeny powszechne), hypergammaglobulinemia lub dysgammaglobulinemia. Autoantygenami są struktury jądra komórkowego, chromatyny, cytoplazmy i błon komórkowych wielu typów komórek, obecnych w wielu tkankach ustroju. Poziom i zakres swoistości wykrywanych autoprzeciwcial jest znaczny. Często wykrywa się limfocyty T reagujące z wieloma autoantygenami. in vitro. W chorobach narządowo swoistych autoreaktywne limfocyty stymulowane są przez antygeny o swoistości tkankowej. W chorobie Grave’s-Basedova (nadczynność tarczycy) dochodzi do syntezy autoprzeciwciał o swoistości zwróconej przeciwko receptorowi dla hormonu tyreotropowego (TSH) tarczycy; w zapaleniu tarczycy typu Hashimoto autoprzeciwciała wykazują swoistość przeciwko peroksydazie tarczycy; w cukrzycy typu I przeciwciała wykazują swoistość przeciwko insulinie. Jest prawdopodobne, że systemowe i narzadowo swoiste choroby autoagresyjne mają różną etiologię, co też stanowiło przesłankę do wprowadzenia tego podziału. Choroby narządowo swoiste takie jak Graves-Basedova, Hashimoto thyroiditis, autoimmunologiczna anemia złośliwa, autoimmunologiczna ch. Addisona, vitiligo, miastenia gravis często występują w 2 lub więcej kombinacjach u jednego chorego lub u członków jego rodziny. To samo dotyczy systemowych chorób autoagresyjnych takich jak toczeń układowy, pierwotny zespól Sjogrena czy polyomyositis, które często występują w wielu kombinacjach; np. toczeń układowy i zespół Sjogrena mogą wspólistnieć zarówno u tej samej osoby jak i pojawiać się u członków rodziny chorego. Dotyczy to wielu chorób z autoagresji. Inne jak np. autoimmunologiczna anemia hemolityczna może występować jako odrębna jednostka chorobowa lub też pojawiać się w przebiegu innych chorób (np. toczeń układowy). Generalnie zakres ekspresji klinicznej chorób autoagresyjnych zależy od skojarzonego działania wielu czynników: a) genetycznych, b) środowiskowych (wewnętrznych i zewnętrznych, zaangażowanych w inicjowaniu choroby), c) kinetyki zmian patologicznych w przebiegu choroby, d) różnych mechanizmów destrukcji tkanek. Ich znajomość ma wpływ na przyjęcie odpowiedniej strategii terapeutycznej [5]
Mechanizmy efektorowe odpowiedzi autoimmunologicznej
Uszkodzenia tkanek w chorobach autoagresyjnych spowodowane są reakcjami wielu typów komórek efektorowych, indukowanych przez antygeny będące integralną częścią tych tkanek. Reakcje są przewlekłe ponieważ stale dochodzi do stymulacji limfocytów przez nowe autoantygeny, pojawiajace się w trakcie choroby. Ważnym wyjątkiem jest cukrzyca typu I, spowodowana całkowitym zniszczeniem komórek beta wysp trzustki, co powoduje ustanie syntezy insuliny –jednego z głownych autoantygenów w tej chorobie. Efektorowe mechanizmy immunologiczne destrukcji tkanek w chorobach autoagresyjnych sa takie same jak w przypadku odpowiedzi immunologicznej indukowanej przez antygen obcy (bakterie, wirusy, grzyby, pasożyty). Klasyfikuje się je jako reakcje typu II, III, i IV. Choroby autoagresyjne różnią się reakcji nadwrażliwości typu I (IgE-zależne, atopowe) tym, że przeciwciała klasy zasadniczo IgE nie biorą udziału w wywolywaniu reakcji autoagresyjnych.
Efektorowe reakcje typu II.
Mechanizm nadwrażliwości typu II jest powszechny w wielu chorobach autagresyjnych. Autoantygen związany z tkanką lub błoną komórkową granulocytów, krwinek czerwonych, trombocytow, limfocytów stymuluje syntezę przeciwciał klasy IgM i IgG. Kompleks antygen/przeciwciało na powierzchni komórek docelowych uruchamia szereg reakcji efektorowych, uszkadzajacych komórki i tkanki: 1) fagocytozę z udzialem granulocytow i makrofagów, 2) efekt lityczny dopełniacza, tj. indukcję składników C5-C9, 3) cytotoksyczność zależną od przeciwciał (reakcja ADCC), inicjowana via receptory dla fragmentu FcIgG obecne na komorkach efektorowych ; receptory te wchodzą w interakcję z fragmentem Fc przeciwciał IgG, opłaszczajacych komórki i tkanki. Dwa typy komórek wywierają efekt cytotoksyczny poprzez ten mechanizm; a) tzw komorki K (granulocyty, monocyty, komórki tuczne, makrofagi, płytki), b) limfocyty NK (tj. tzw naturalne komorki zabijajace-natural killers). Wymienione mechanizmy efektorowe w funkcjonują różnym zakresie, w zależności od lokalizacji tkankowej i komórkowej autoantygenu. Odpowiadają one za szereg patologii jak np. 1) autoimmunologiczną anemię hemolityczną, wywołaną przez p. ciala antyerytrocytarne klasy IgG lub IgM opłaszczające erytrocyty; autoprzeciwciała te wchodzą w interakcję z receptorami dla fragmentu FcIgG lub receptorami C3 dopełniacza makrofagów śledziony i watroby, co indukuje ich fagocytozę.
2) czerwienicę prawdziwą, wywołaną przez autoprzeciwciała o swoistości przeciwko receptorowi dla fibrynogenu (GpIIb:IIIa) płytek krwi,
3) granulocytopenię lub limfopenię. Komórki jądrzaste w przeciwieństwie do płytek i erytrocytów są bardziej oporne na lityczne działanie dopełniacza, gdyż są chronione przez szereg białek regulacyjnych, hamujących aktywność kompleksu litycznego C5-C9. Jednak autoprzeciwciała o swoistości zwróconej przeciwko granulocytom i limfocytom inicjują fagocytozę i reakcję cytotoksyczna typu ADCC w śledzionie i wątrobie.
4) uszkodzenia tkanek. Wiązanie przeciwciał IgM i IgG z autoantygenami tkankowymi uszkadza tkanki poprzez: a) aktywację dopełniacza, co powoduje odkładanie się w tkance sublitycznych ilości kompleksu C5-C9; w zależności od typu tkanki dochodzi do syntezy szeregu cytokin prozaopalnych, stymulacji reakcji utleniania –wybuchu tlenowego, mobilizacji fosfolipidów błonowych i syntezy kwasu arachidonowego, prekursora prostaglandyn i leukotrienów (lipidowych mediatorów zapalenia), b) dzialania chamotaktyczne fragmentów C5a i C3a dopełniacza, oraz leukotrienów B4. Powoduje to powstawanie nacieku tkankowego granulocytów i makrofagów, które ulegają dalszej aktywacji przez wiązanie się z fragmentami Fc autoprzeciwciał i składowymi C3 dopelniacza (via odpowiednio ich receptory dla fragmentu FcIgG i receptory C3).
Przykładem patologii zależnej w znacznej części od przedstawionych wyżej reakcji typu II jest autoagresyjne zapalenie tarczycy typu Hashimoto, gdzie poziom autoprzeciwciał przeciwko peroksydazie i tyreoglobulinie jest bardzo wysoki. W tej chorobie autoagresyjnej jak i we wszystkich innych, zaangażowane sa także komórkowe, T zależne reaktywności cytotoksyczne.
Innym przykładem reakcji autoagresyjnych typu II są interakcje autoprzeciwciał z hormonalnymi receptorami komórkowymi, co powoduje albo stymulację albo hamowanie funkcji hormonalnych komórek docelowych. W chorobie Graves-Basedova receptor dla przysadkowego hormonu tyreotropowego (TSH-R) komórek tarczycy jest rozpoznawany przez autoprzeciwciala anty-TSH- R. Powoduje to stymulację syntezy hormonów tarczycy. W normalnych warunkach nadmiar hormonów tarczycy uruchamia mechanizm sprzężenia zwrotnego; wysoki ich poziom blokuje syntezę TSH przez przysadkę. Jednak w chorobie Graves –Basedova mechanizm ten nie funkcjonuje ponieważ autoprzeciwciała stale stymulują syntezę hormonów, co powoduje nadczynność tarczycy. W miastenia gravis autoprzeciwciała przeciwko podjednostce alfa receptora dla acetylocholiny powodują jego internalizację i degradację, co powoduje unieczynnienie działania acetylocholiny i przerwanie sygnału stymulującego, przekazywanego w połączeniach neuron/mięśnie; spadek napięcia mięśni, zanik mięśni. W cukrzycy insulino-opornej autoprzeciwciała przeciwko komórkowym receptorom dla insuliny powoduja oporność komórek ustroju na dzialanie insuliny, co powoduje hiperglikemię i kwasicę ketonową. Autoprzeciwciała p-ko komórkowym receptorom dla insuliny mogą mieć też dzialanie pobudzające, działajac jak insulina, co powoduje hipoglikemię.
Reaktywność typu II w rzadkich przypadkach indukowana jest przez autoprzeciwciala przeciwko antygenom macierzy pozakomórkowej. Przykładem tego typu reakcji jest zespól Goodpasteura. Autoprzeciwciała mają swoistość przeciwko łańcuchowi a3 kolagenu typu IV błony podstawnej kłębków nerkowych, a niektórych przypadkach także błony podstawnej pęcherzyków płucnych. Obecność autoprzeciwciał powoduje aktywację monocytów, granulocytów z krwi obwodowej oraz stymulację bazofilów tkankowych i komórek tucznych (via interakcję fragmentu Fc IgG tych przeciwciał z receptorami FcR na komórkach). Indukuje to aktywację dopelniacza i uwalnianie chemokin, co skutkuje naciekami neutrofilow w obrebie kłębka i jego niszczenie.
-Efektorowe reakcje autoagresyjne typu III
Reaktywność typu III zależy od krażących kompleksów immunologicznych utworzonych wskutek reakcji antygenu w formie rozpuszczalnej z przeciwciałami IgG. Efekt patogenny wywoływany jest przez małe, słabo fagocytowane, rozpuszczalne kompleksy, utworzone w nadmiarze antygenu w stosunku do przeciwciał. Odkładają się one w endotelium małych naczyń w tkankach (płuca, nerki, serce, wątroba, siatkówka, stawy, skóra). Tutaj aktywują: a) komórkowe reakcje cytotoksyczne zależne od ich interakcji z receptorami dla fragmentu FcIgG leukocytów, b) stymulują cytolityczne działanie ukladu dopełniacza. Powstawanie kompleksów immunologicznych towarzyszy każdej odpowiedzi odpornościowej z udziałem przeciwciał. Jednak w warunkach fizjologicznych (eliminacja antygenu) są one szybko usuwane, gdyż tworzone są w nadmiarze przeciwciał w stosunku do antygenu i występują w formie stosunkowo dużych trudno rozpuszczalnych agregatów, łatwo usuwanych poprzez:
a) krwinki czerwone, wiążące kompleksy via receptory dla dopełniacza; erytrocyty służą tu jako nośnik kompleksów, usuwanych następnie w śledzionie i wątrobie, b) fagocyty wiążące kompleksy poprzez receptor dla fragmentu FcIgG oraz receptory dla dopełniacza, co powoduje ich fagocytozę i sprawia że nie dochodzi do uszkodzeń tkanek.
System usuwania kompleksów immunologicznych zawodzi w trzech sytuacjach: 1) w przypadku choroby posurowiczej (podanie znacznych ilości białek surowicy); choroba ma charakter przejściowy i ustępuje z chwilą usunięcia kompleksów, 2) w przewleklych infekcjach bakteryjnych i wirusowych (np. endocarditis pochodzenia bakteryjnego, kiedy odpowiedz immunologiczna na drobnoustroje zlokalizowane w zastawkach serca nie prowadzi do ich eliminacji, lecz do stałej indukcji syntezy przeciwcial przez antygeny bakteryjne i powstawania patogennych kompleksów kompleksów, powodujacych destrukcję małych naczyń (nerki, płuca, skóra), 3) w przypadku układowych chorób autoagresyjnych takich jak SLE i reumatoidalne zapalenie stawów. Są to choroby, w których udział kompleksów immunologicznych w ich patogenezie jest bardzo znaczny. W przypadku SLE dochodzi do syntezy autoprzeciwciał klasy IgG o swoistości zwroconej przeciwko autoantygenom występujacym powszechnie we wszystkich komórkach jądrzastych ustroju. Głownymi autoantygenami są trzy wewnątrzkomórkowe nukleoproteiny: nukleosom, spliceosome i mały kompleks cytoplazmatycznych rybonukleoprotein cytoplazmatycznych, zawierajacy dwa białka znane jako Ro i La ( od pierwszych 2 liter imion 2 pacjentów, u których po raz pierwszy wykryto autoprzeciwciała swoiste dla tych białek). Aby antygeny te powodowały odpowiedz immunologiczną (synteza autoprzeciwciał) muszą one wykazywać lokalizację pozakomórkową. W przypadku SLE dochodzi do masywnej ekspozycji tych autoantygenów w martwych lub ginących komórkach i ich uwalniania przez uszkodzone tkanki. Duża ilość stale uwalnianych autoantygenów w SLE powoduje permanentną produkcję małych kompleksów immunologicznych , odkładajacych się w ścianach małych naczyń krwionośnych kłębkow nerkowych, stawów, skóry i innych narzadąch co powoduje aktywację komorek fagocytujących (via receptory dla fragmentu FcIgG i receptory dopełniacza). Brak receptora dla fragmentu FcIgG (FcR) (myszy z delecją genu dla tego receptora) powoduje, że nie dochodzi do uszkodzeń tkanek u tych zwierząt, pomimo odkładania się kompleksów immunologicznych w naczyniach kłębków nerkowych.
Efektorowe reakcje typu IV. Zależą od antygenowo swoistych limfocytów T. Reakcje tego typu inicjowane są przez antygen (immunogenne peptydy), prezentowany limfocytom T CD4+ przez komórki prezentujace (APC) wraz odpowiednimi antygenami HLA-DR (faza indukcyjna reakcji). Faza efektorowa zalezy od cytotoksycznych limfocytów T CD8+, wywierających efekt cytotoksyczny wobec komórek docelowych. Mechanizm działania efektorowego tych komórek w chorobach autoagresyjnych jest taki sam jak w przypadku ich udziału w eliminacji antygenu obcego (wirusy, zakażenia bakteryjne wewnątrzkomórkowe). Aktywowane efektorowe limfocyty T CD8+ zaangażowane są w destrukcji tkanek w większości chorób autoagresyjnych, a zwłaszcza cukrzycy typu I, reumatoidalnym zapaleniu stawów i stwardnieniu rozsianym. W schorzeniach tych dochodzi do nacieku tkanek przez T limfocyty i aktywowane makrofagi.
Mechanizmy efektorowe chorób autoagresyjnych są najczęściej bardzo złożone i obejmuja zarówno humoralne (II, III typ reakcji) jak i komórkowe (IV typ reakcji) komponenty odpowiedzi immunologicznej [6].
Znaczenie czynników genetycznych kształtowaniu zachorowalności na choroby autoagresyjne.
Czynniki genetyczne wpływające na ekspresję chorób autoagresyjnych obejmują wiele genów, z których tylko niektóre zostały częściowo zidentyfikowane. Dotyczą one: a) genów związanych z głównym układem zgodności tkankowej (HLA), b) genów kontrolujących ekspresję receptorów komórkowych i cytokin o funkcji regulacyjnej, c) innych genów, nie związanych bezpośrednio z kontrolą reaktywności układu odpornościowego. Z wymienionych czynników częściowy związek z określonymi chorobami z autoagresji dotyczy jedynie genów układu HLA. Jest to zespól ponad 200 genów zlokalizowanych w obrębie chromosomu 6. Około 40 z nich koduje ekspresję antygenów leukocytarnych. Reszta stanowi asortyment genów ewolucyjnie z nimi nie związanych, a część wykazuje związek czynnościowy. Wiele genów HLA nie ma nic wspólnego z ukladem odpornościowym. Geny ukladu HLA zaangażowane w odpowiedzi immunologicznej dzielą się na dwie klasy (I i II), różniące się strukturalnie i czynnościowo. Kodują one łańcuchy polipeptydowe cząsteczek HLA. Cząsteczka HLA klasy I składa się łańcucha polipeptydowego a (kodowany przez układ genów klasy I) i łańcucha b , tj beta2 mikroglobuliny (kodowany przez gen na chromosomie 15). Łańcuch a posiada 5 domen: a1 i a2 (tworzą rowek wiążący immunogenny peptyd), domenę a...
que-hiciste