ZJAWISKO APOPTOZY W CHOROBACH

Nowiny Lekarskie 2007, 76, 1, 48-54
JOANNA RUTKOWSKA
ZJAWISKO APOPTOZY W CHOROBACH ALERGICZNYCH
APOPTOSIS IN ALLERGIC DISEASES
Katedra Biologii i Ochrony Środowiska
Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu
Kierownik Katedry: prof. dr hab. n. med. Krzysztof Wiktorowicz
Streszczenie
Programowana śmierć komórki (apoptoza) jest mechanizmem, dzięki któremu organizm kontroluje ilość i jakość komórek. Może być uruchomiona
przez wiele czyników. Apoptoza zachodzi w warunkach fizjologicznych i jej celem jest eliminacja zbędnych komórek. Indukcja apoptozy w
komórkach układu immunologicznego jest jednym z podstawowych mechanizmów zakończenia odpowiedzi immunologicznej. W patogenezie
alergii istotną rolę odgrywa nadmierna produkcja przeciwciał klasy IgE swoistych wobec alergenu. W regulacji produkcji IgE uczestniczą głównie
interleukiny 4 i 13, produkowane przez limfocyty Th2. Większa wrażliwość komórek Th1 na apoptozę przywraca równowagę zaburzoną nasiloną
odpowiedzią Th2. U pacjentów niealergicznych odpowiedź na białka alergenów wytłumiona jest przez limfocyty T regulatorowe. Dysproporcja
w subpopulacjach limfocytów Th2 i Treg wpływa na brak tolerancji alergenu.
SŁOWA KLUCZOWE: apoptoza, choroba alergiczna, limfocyty T.
Summary
Programmed cell death (apoptosis) can be initiated by various factors. An important mechanism of signal transduction involves a system connected with the activation of caspases, enzymes belonging to the group of cystein proteases. Apoptosis is a physiologic process aimed to eliminate
the unnecessary cells. Induction of apoptosis in the immune cells is one of the basic mechanisms switching the immune reaction off. Excessive
production of allergen-specific antibodies class IgE plays a key role in the allergy pathogenesis. Synthesis of IgE, in majority, is regulated by the
interleukin 4 and 13, produced by Th2 lymphocytes. The balance shifted towards Th2 is also caused by higher sensitivity of Th1 cells to apoptosis.
In non-allergic patients a response to the allergen is suppressed by the regulatory T cells. Disproportion between Th2 and Treg lymphocyte subpopulations results in a non-sufficient tolerance to allergen. Properly regulated apoptosis should maintain the balance within the immune system.
KEY WORDS: apoptosis, allergy, lymphocytes T.
Przeżycie organizmów żywych zależy od
prawidłowego i skoordynowanego działania różnych
typów komórek. Przejawem tego w początkowych
stadiach rozwojowych jest zachowanie odpowiednich
komórek w różnych tkankach i dalsze ich różnicowanie,
natomiast eliminacja zbędnych [1].
Śmierć komórek może zachodzić na drodze dwóch
różnych procesów: nekrozy (martwicy) i apoptozy, określanej
jako programowana śmierć komórki (programmed cell
death-PCD). Te dwa rodzaje śmierci charakteryzują się
cechami, pozwalającymi na ich precyzyjne odróżnienie.
Apoptoza jest wynikiem realizacji programu
genetycznego, niezależnego od czynnika prawidłowego
czy patologicznego, który go zapoczątkował. Jest to
proces zasadniczo różniący się od nekrozy, podczas której
dochodzi do obrzmienia komórki, przerwania błony i
wylania się jej zawartości, co nieuchronnie prowadzi do
rozwoju zapalenia. W apoptozie powstałe ciałka i komórki
apoptotyczne usuwane są poprzez proces fagocytozy,
gdzie biorące w nim udział makrofagi nie produkują
prozapalnych cytokin, natomiast wzrasta produkcja
cytokin przeciwzapalnych [2].
Śmierć nekrotyczna jest przypadkowa, spowodowana
przez duże uszkodzenie i dotyczy zwykle grupy komórek
w danej tkance. Apoptoza może być indukowana lub
programowana i zachodzić w pojedynczej komórce [3]. W
przeciwieństwie do nekrozy, która jest procesem biernym i degeneracyjnym, apoptoza zachodzi w warunkach
fizjologicznych [1].
W rozwoju organizmów wielokomórkowych apoptoza
pełni szereg funkcji związanych z wybiórczym usuwaniem
komórek nieprawidłowych, niefunkcjonalnych, błędnie
umiejscowionych, zainfekowanych, uszkodzonych, czyli
ogólnie takich, które stanowią zagrożenie dla organizmu.
Przykładem tego może być usuwanie z populacji
limfocytów linii T i B komórek niewytwarzających
funkcjonalnych receptorów lub rozpoznających antygeny
własnych tkanek, co mogłoby doprowadzić do reakcji
autoimmunologicznych [4].
Mechanizmy apoptozy
Największy wpływ na zrozumienie procesu
apoptozy miała identyfikacja genów kodujących białka
odpowiedzialne za inicjację i przebieg a także uczestniczące
w samym procesie śmierci. Wiedza o genetycznych
podstawach apoptozy w komórkach ssaków pochodzi w
większości z obserwacji nicienia Caenorhabditis elegans.
U hermafrodyty C. elegans spośród 1090 komórek
somatycznych, które wytwarzane są podczas rozwoju,
131 ulega apoptozie. Śmierć tych komórek zależy
Zjawisko apoptozy w chorobach alergicznych
od aktywności co najmniej trzech genów oznaczonych:
ced-3, ced-4 i ced-9 [5]. Dwa z nich, ced-3 i ced-4 są
niezbędne, aby zaszła apoptoza, podczas gdy trzeci, ced9, chroni komórki przed apoptozą indukowaną aktywacją
(activation induced cell death- AICD). Co ciekawe, istnieje
znaczna homologia pomiędzy tymi genami u obleńców
i ssaków, w tym także u człowieka, co wykazano podczas
klonowania tych genów [5].
Eksperymenty polegające na transfekcji genów
potwierdziły, że ced-3 może wywoływać śmierć w wyniku
aktywacji komórek ssaków, podczas gdy ekspresja
ludzkiego bcl-2 może zahamować śmierć komórek obleń
ców. Wynika z tego, że geny kontrolujące śmierć i przeżycie
komórek ssaków funkcjonują w komórkach obleń-ców
i odwrotnie, a mechanizm AICD jest regulowany przez
wyspecjalizowane cząsteczki [5].
Ryc. 1. Programy śmierci komórkowej (PCD) u robaków i
człowieka.
Sygnały śmierci inicjują tory przemian bezpośrednio hamując
akcję genów anty-apoptotycznych (ced-9 u C. elegans i Bcl-2
u człowieka) albo aktywując czynniki, które są zdolne do supresji działania tych białek (tak jak Egl-1 i BAD). Zahamowanie
ced-9 lub Bcl-2 prowadzi do wyzwolenia następnego etapu
śmierci, a następowa aktywacja ced-4 albo Apaf-1 programuje
nieodwracalną fazę wykonawczą ced-3 albo kaspaz (proteazy
cysteinowe).
Badania Horovitza i wsp. [5] nad C. elegans
doprowadziły do identyfikacji szeregu genów, które
wpływają na różne aspekty śmierci komórki. Jednym
z najistotniejszych genów w tym procesie jest gen ced3, który koduje enzym nazywany kaspazą. Jest on
homologiczny do kaspaz w komórkach ssaków, które
mogą bezpośrednio uczestniczyć w procesie śmierci [6].
49
Kaspazy są enzymami zaangażowanymi w
wewnątrzkomórkowej kaskadzie reakcji prowadzących do
apoptozy [7]. Aktywacja kaspaz jest niemal zawsze związana
z nieodwracalnym uruchomieniem programowanej śmierci
[6].
Na etapie regulacji (ryc. 2.) mogą jeszcze działać
mechanizmy i białka, które zabezpieczają przed
uruchomieniem nieodwracalnej fazy wykonawczej i
równoważą działanie genów prowadzących do apoptozy.
U ssaków białka te tworzą dużą rodzinę, która obejmuje co
najmniej 14 składowych. Wszystkie one wykazują wysoki
stopień swoistości, co jest istotne w wywoływaniu śmierci
apoptotycznej, ponieważ proces ten obejmuje proteolizę
poszczególnych grup białek. W wielu przypadkach
cięcie białek przez kaspazy powoduje inaktywację
białek docelowych. Jednakże kaspazy mogą również
aktywować białka odcinając od nich domeny inhibitorowe
lub inaktywując podjednostkę, która reguluje aktywność
enzymu.
Kaspazy są początkowo obecne jako nieaktywne
proenzymy – prokaspazy. Prokaspazy same też mogą być
aktywowane przez proteolizę. Wystawienie prokaspazy
na działanie innej aktywnej cząsteczki kaspazy jest
sposobem jej aktywacji. Ten proces został nazwany
kaskadą kaspaz i aktywuje leżące poniżej w procesie
przemian kaspazy efektorowe: 3, 5 i 7. Te 3 kaspazy
o krótkich prodomenach uważane są za główny czynnik
apoptotycznej śmierci komórki i są w ten proces bardziej
zaangażowane niż należące do tej samej rodziny kaspazy
o długich prodomenach [5].
Ryc. 2. Cztery etapy przebiegu apoptozy wg Morita i Tilly [5].
Pierwszy etap obejmuje różne bodźce uszkadzające komórkę. Na
drugim etapie aktywowane są wczesne cząsteczki sygnałowe (w
tabeli podane są przykładowe sygnały). Na trzecim etapie sygnał
ten jest porównywany z sygnałami anty-apoptotycznymi. Jeżeli
induktory śmierci przeważą, komórka popełnia samobójstwo:
wchodzi w czwarty i ostateczny etap, w którym aktywacja
cząsteczek efektorowych prowadzi do jej śmierci.
Wykaz skrótów w tabeli: Fas-L – ligand Fas; TNF-α – czynnik
martwicy nowotworu (tumour necrosis factor); TNFR – receptor
błonowy TNF; p53 – białko kodowane przez gen TP53; Bcl-2
– białko onkogenu białaczki (oncogene B cell leukemia), Bax,
50
Joanna Rutkowska
Bad, Bid – białka błonowe z rodziny Bcl, CAD – enzym DN-aza
aktywowany przez kaspazy (caspase activated DN-ase)
Czynniki wywołujące śmierć komórki indukują
apoptozę przez aktywację specyficznych receptorów,
które należą do nadrodziny TNF/NGF. Łańcuchy
tych receptorów charakteryzują się szczególną
wewnątrzkomórkową domeną śmierci (death domain
– DD), która jest kluczowa dla apoptozy przekazywanej
przez te ligandy. Związanie ligandów prowadzi do
trymeryzacji receptorów, w związku z tym funkcjonalne,
rozpuszczalne formy ligandu Fas albo TNF-α również
występują jako trymery [5].
Najlepiej scharakteryzowanym receptorem śmierci jest
Fas (CD95, Apo-1), i to właśnie z jego udziałem najczęściej
dochodzi do AICD [8]. Fas jest białkiem transbłonowym
typu II, glikoproteiną typową dla błon komórek układu
immunologicznego, m.in. limfocytów cytotoksycznych
[4]. Cząsteczka ta posiada 157 aminokwasową domenę
zewnątrzkomórkową, 17 aminokwasową hydrofobową
domenę transbłonową oraz 145 aminokwasowy
karboksylowy koniec cytoplazmatyczny. Właśnie w
tym wewnątrzkomórkowym odcinku zawarta jest 68aminokwasowa domena śmierci (DD), która jest wspólna
dla kilku innych przedstawicieli nadrodziny receptorów
TNFR, mogących potencjalnie również przesyłać sygnał
apoptotyczny [9, 10].
Trymeryzacja receptorów śmierci i następująca
asocjacja trzech domen śmierci wewnątrz cytoplazmy
umożliwia utworzenie wywołującego śmierć kompleksu
sygnałowego (death inducing signaling complex-DISC),
który prowadzi do aktywacji pro-kaspazy 8. Aktywacja
receptorów śmierci może też prowadzić do wytworzenia
dodatkowych substancji pełniących funkcję sygnałów
śmierci, takich jak ceramidy [5].
Odpowiedź immunologiczna
Uruchomienie odpowiedzi komórkowej albo
humoralnej zależy od aktywacji określonej subpopulacji
pomocniczych limfocytów T. W indukcji odpowiedzi typu
komórkowego uczestniczą limfocyty Th1, a humoralnego
Th2. Subpopulacje te różnią się profilem wydzielanych
cytokin.
Obydwa typy limfocytów mają na swojej powierzchni
cząsteczki CD4 i rozpoznają antygen prezentowany w
połączeniu z cząsteczkami MHC klasy II [11].
Limfocyty Th1 wydzielają IL-2, IL-3,IL-12 i IL-18 [12],
limfokinę i IFN-γ, natomiast limfocyty Th2 interleukiny
IL- 3,4,5,6,10 i 25. Cytokiny wydzielane przez limfocyty
Th1 wspomagają proliferację i różnicowanie klonów
komórek efektorowych – limfocytów cytotoksycznych
(Tc), zwalczających infekcje wirusowe, bądź limfocytów
nadwrażliwości typu późnego (TDTH) w przypadku
infekcji pasożytami wewnątrzkomórkowymi. Populacja Th2
wspomaga proliferację i poliklonalną odpowiedź limfocytów
B, a także wpływa na swoistość ich odpowiedzi.
Poznanie
subpopulacji
limfocytów
Th
różniących
się
wydzielanymi
cytokinami
umożliwiło
zrozumienie
antagonizmu
pomiędzy odpowiedzią typu humoralnego a komórkowego [11]. Populacje limfocytów Th1i Th2
kontrolują wzajemnie swoją aktywność. IFNγ
produkowany przez limfocyty Th1 hamuje Th2, a IL10 wydzielana przez Th2 hamuje aktywność Th1.
Należy podkreślić, że skuteczność odpowiedzi zależy
od jej właściwego ukierunkowania. Reakcje niszczące
wolnożyjące bakterie są mało skuteczne w przypadku
pasożytów wewnątrzkomórkowych.
Limfocyty T odgrywają bardzo ważną rolę w regulacji
odpowiedzi immunologicznej i jest to rola zarówno
wspomagająca, jak i hamująca.
Od dawna wiadomo było, że populacja limfocytów w
trakcie życia okresowo zwiększa się i maleje, ale oscyluje
wokół stałych wartości.
Indukcja
apoptozy
cytotoksyczne (Tc)
poprzez
limfocyty
Namnażanie się komórek limfoidalnych jest
niezbędne do skutecznej odpowiedzi immunologicznej
przeciwko atakującym organizm drobnoustrojom, ale
po pokonaniu infekcji namnożone komórki efektorowe
muszą zostać wyeliminowane. Wygaszanie odpowiedzi
immunologicznej po zwalczeniu infekcji prowadzi do
śmierci olbrzymiej ilości limfocytów, które brały udział
w tej odpowiedzi.
Wyższe kręgowce rozwinęły całą sieć szlaków
sygnalizacji komórkowej, aby zapewnić mechanizmy
kontroli aktywacji i ekspansji komórek podczas odpowiedzi
immunologicznej, a potem eliminację na drodze apoptozy
tych komórek, które nie są już potrzebne. Pozakomórkowe
sygnały odbierane przez powierzchniowe receptory, które
wywołują aktywację wewnątrzkomórkowych kaskad
sygnałowych są zasadniczymi elementami kontroli tych
procesów. Ważne łańcuchy sygnałowe prowadzą do
uszkodzenia mitochondriów i uwolnienia silnego aktywatora
kaspaz – cytochromu C – do cytoplazmy. Zjawisko to
powiązane jest ze zmianą ekspresji genów rodziny Bcl-2,
pozostających pod kontrolą genu białka p53, a aktywność
tego ostatniego determinuje początek szlaku apoptozy. Wiele
procesów immunologicznych kończy się apoptozą z udziałem
oddziaływań receptora Fas (CD95/APO-1) i jego ligandu
FasL, obu szeroko rozpowszechnionych na komórkach
układu immunologicznego. Po związaniu CD95 cząsteczka
adaptorowa – białko zawierające domenę śmierci związane
z receptorem Fas i prokaspaza 8 są przyłączane do receptora
i tworzą kompleks sygnałowy indukujący śmierć. Wiązanie
prokaspazy 8 prowadzi do jej autokatalitycznej aktywacji,
podczas której aktywny enzym jest uwalniany do cytozolu.
Raz aktywowana prokaspaza 8 może indukować PCD
[13]. Takie oddziaływanie jest zasadniczym sposobem
Zjawisko apoptozy w chorobach alergicznych
zabijania komórek docelowych przez limfocyty T
i komórki NK.
Eliminacja komórek na drodze apoptozy
Przykładem fizjologicznej roli, jaką pełni w złożonym
organizmie proces apoptozy, jest regulacja liczby
limfocytów.
Układ odpornościowy spełnia tak ważną rolę w
obronie organizmu przed mikroorganizmami i pasożytami
oraz dysponuje tak skutecznymi mechanizmami
efektorowymi, że jego czynność musi podlegać bardzo
precyzyjnej i sprawnej regulacji zarówno wspomagającej,
jak i hamującej rozwój procesów odpornościowych. W tej
regulacji biorą udział różne subpopulacje limfocytów T
pomocniczych (T helper) i regulatorowych (T reg) oraz
przeciwciała.
Odpowiednio regulowana apoptoza utrzymuje
równowagę
w
układzie
immunologicznym.
Zjawiska te uczestniczą w eliminacji limfocytów
autoreaktywnych, a także w ograniczaniu nadmiernej
ekspansji limfocytów odpowiadających na obce
antygeny [11]. Zarówno wzrost, jak i spadek nasilenia
apoptozy prowadzą do nieprawidłowości [7] i gromadzenia się komórek immunologicznych podczas chorób
zapalnych, takich jak astma [13].
Eliminacja
komórek
efektorowych
układu
immunologicznego,którejużwypełniłyswojezadanieodbywa
się również na drodze apoptozy, w której pośredniczy Fas.
Delecja klonalna niedojrzałych limfocytów T w grasicy odbywa się bez udziału systemu Fas/FasL. Ponadto apoptoza
zachodzi podczas takich reakcji, jak usuwanie limfocytów B
w centrach namnażania po aktywacji antygenem.
Atopia i alergia
Atopia i alergia są pojęciami zbieżnymi, które określają
pewne spektrum nieprawidłowych odpowiedzi na antygeny
środowiskowe nazywane alergenami. W rozpoznaniu atopii
pomocne są badania laboratoryjne i oznaczanie całkowitego
poziomu IgE w surowicy, swoistych alergenowo IgE w
surowicy, a przede wszystkim testy skórne punktowe [14].
Jest to choroba o podłożu immunologicznym, cechująca
się podwyższonym poziomem IgE, prowadzącym do
wystąpienia objawów klinicznych astmy, atopowego
zapalenia skóry i zapalenia błony śluzowej nosa i spojówek.
Interleukiny 4 i 13 produkowane przez limfocyty Th2,
odgrywają centralną rolę w regulacji produkcji IgE i
rozwoju nadwrażliwości natychmiastowej. Reakcja ta występuje w wyniku oddziaływania zewnątrzpochodnego
antygenu z przeciwciałami IgE związanymi z receptorami
powierzchniowymi (FcεRI) komórek tucznych i
bazofilów krwi. Zachodzi ona miejscowo w różnych
narządach lub może mieć charakter uogólniony, w zależności od drogi wnikania alergenu. Prowadzi to do
uwalniania mediatorów zapalenia, w tym histaminy i
licznych proteaz oraz do syntezy de novo prostaglandyn,
51
leukotrienów, czynnika aktywującego płytki (PAF) i cytokin
prozapalnych [15].
Genetyczne uwarunkowania alergii
Na rozwój alergii wpływają czynniki środowiskowe
i genetyczne. Obserwacje kliniczne jednoznacznie
wskazują, że ryzyko wystąpienia alergii jest większe u osób
z obciążeniem rodzinnym. W wypadku, gdy u jednego
z rodziców stwierdzona została alergia, ryzyko jej rozwoju
u dziecka wzrasta do 40%, gdy chorują oboje rodziców,
ryzyko sięga 60%. Zapadalność na choroby alergiczne
jest częstsza u chłopców [11].
Bardzo istotne jest zidentyfikowanie genów
odpowiedzialnych za występowanie u alergików nadmiernych
reakcjinanieszkodliweantygenyśrodowiskowe.Poszukiwania
te obejmują badania nad dziedziczeniem nadreaktywności w
zakresie odpowiedzi immunologicznej z udziałem IgE, czyli
predyspozycji do alergii i badania nad korelacją występowania
określonych antygenów MHC z odpowiedzią na dany alergen
[11]. Znaleziono przekonywujące dowody na zaangażowanie
w te reakcje odrębnych regionów genomu. Używając
metod przesiewowego badania całego genomu i szczegółowych metod mapowania genetycznego ustalono dotąd
istnienie czterech niezależnych regionów skojarzonych
z występowaniem alergii i astmy. Każdy z nich ma inne
właściwości funkcjonalne i każdy może wskazywać na inny
szlak metaboliczny w patogenezie astmy. Geny podatności
zostały omówione w artykule Kere i Laitinen [15], którzy
zidentyfikowali na chromosomie 7p gen, odpowiedzialny za
podwyższoną produkcję IgE i podatność na astmę. Gen ten,
kodujący receptor związany z białkiem G (GPCR) i ulegający
wysokiej ekspresji w tkankach zapalnych, wydaje się być
wprost związany z fenotypem astmatycznym zależnym od
wysokiego poziomu IgE [15].
Predyspozycja genetyczna i czynniki środowiskowe
ustalają próg aktywacji, funkcje efektorowe i czas życia
komórek T, innych komórek zapalnych i komórek danej
tkanki. U osób z atopową chorobą alergiczną ulegają
apoptozie aktywowane, swoiste wobec alergenu limfocyty
T, wykazujące wysoką ekspresję IFN-γ, co przesuwa
równowagę w kierunku przeżywających limfocytów Th2.
W tkankach dotkniętych procesem alergicznym komórki
te zaczynają produkować zapalne cytokiny i wywołują
aktywację i śmierć komórek nabłonka. U osób z alergią
na pojedynczy alergen, ale bez podłoża atopowego,
dominuje natomiast zakłócenie równowagi na skutek
przewagi limfocytów Th2 swoistych wobec alergenu nad
komórkami T reg1 [16].
Patogeneza alergii
Aktywacja subpopulacji limfocytów T, które wydzielają
czynniki zapalenia, w tym IL-4, IL-5 i/lub IL-13, to
kluczowe wydarzenie w patogenezie alergii. Interleukiny
są niezbędne do produkcji IgE swoistych dla alergenu, IL4 przy inicjacji odpowiedzi o charakterze przewlekłym,
52
Joanna Rutkowska
IL-13 przy ich podtrzymaniu, IL-5 jest wymagana do
przeżycia eozynofili. Razem te cytokiny inicjują reakcje
nadwrażliwości natychmiastowej przeciwko alergenom i aktywują tkanki zapalne i komórki efektorowe
alergii. Swoiste dla alergenu limfocyty T można znaleźć
zarówno u osób alergicznych, jak i u zdrowych, uczulonych
na alergen [15].
Współczesne środowisko człowieka nie tylko stale
pomnaża liczbę potencjalnych alergenów, ale także
poprzez działanie różnych czynników szkodliwych natury
biologicznej, fizycznej i chemicznej poważnie uszkadza
naturalne bariery ochronne ustroju i ułatwia ich penetrację.
Regulacja odpowiedzi alergicznej
– Rola komórek dendrytycznych (DC)
Aktywacja DC i subpopulacji swoistych efektorowych
lub regulatorowych limfocytów przez alergen to
wstępne etapy, prowadzące do alergii lub do normalnej
odpowiedzi immunologicznej. Kuipers i Lambrecht [15]
opisali wzajemną zależność komórek dendrytycznych,
limfocytów Th2 i T reg w rozwoju alergii i astmy a także
wykazali, że DC mają swoją funkcję podczas odpowiedzi
efektorowej w klinicznych postaciach choroby. Z
perspektywy terapeutycznej zdolność DC do stymulowania
ekspansji i funkcji swoistych w stosunku do alergenu
komórek T reg może zostać wykorzystana do stworzenia
nowych sposobów zapobiegania lub leczenia alergii i
astmy. DC różnego pochodzenia stymulują ekspansję
populacji komórek T, która wykazuje fenotyp T reg,
charakteryzujący się produkcją IL-10. A zatem limfocyty
T reg są definiowane przez swoją funkcję i są dominującą
populacją komórek T u osób zdrowych, w porównaniu
z alergikami [15].
– Rola limfocytów T reg
U zdrowych osób odpowiedź na białka alergenów
jest silnie wytłumiana przez limfocyty T regulatorowe,
wydzielające IL-10 i/lubTGFβ. Rozwój niedostatecznej liczby
T reg wydaje się być znakiem rozpoznawczym stanu
alergicznego, w porównaniu ze zdrowymi osobami, u
których występuje dostateczna liczna komórek T reg IL10+. Zarówno komórki efektorowe Th1 i Th2, jak i komórki
T reg wymagają aktywacji przez DC i peptyd antygenowy.
A zatem trzy funkcjonalne fenotypy limfocytów T wykazują
stan aktywacji na obwodzie i wymagają ciągłej stymulacji
antygenowej do ekspansji i aktywności, a prawdopodobnie
również do podtrzymania pamięci immunologicz-nej.
Wydaje się zatem oczywiste, że te wszystkie trzy fenotypy
funkcjonalnych komórek T należą do frakcji komórek T
wykazujących ekspresję CD25 (markera aktywowanych
limfocytów T). Inne czynniki transkrypcyjne są zwykle
czynne w każdym z tych fenotypów komórek efektorowych
lub regulacyjnych [15].
Brak równowagi pomiędzy limfocytami Th2 i T
reg powoduje niedostateczną tolerancję alergenu [15].
Wykazano to dla prawidłowej i alergicznej odpowiedzi
na różne alergeny, używając limfocytów CD4+ świeżo
wyizolowanych z krwi obwodowej, wydzielających
IL-10 (T reg1), IL-4 (Th2) lub IFNγ (Th1). Równowaga
pomiędzy efektorowymi limfocytami Th1 i Th2 a T reg
jest utrzymywana przez komórki prezentujące antygen
i warunki środowiskowe, a sądzi się, że proces podobny
do różnicowania się komórek Th1 i Th2 może także
generować komórki populacji regulatorowych. Wydaje się
zwłaszcza, że siła wiązania TCR do peptydu związanego
na MHC klasy II i ilość antygenu odgrywają zasadniczą
rolę. Siła oddziaływań pomiędzy kompleksem TCR
– antygenem – kompleksem MHC jest decydująca dla
wytworzenia odpowiednich fenotypów cytokinowych
[15].
– Rola TGFβ
Indukowanie komórek T reg, supresja lub zmiana
odpowiedzi immunologicznej są regulowane przez
TGFβ. Schmidt-Weber i Blaser [15] dokonali przeglądu
regulacyjnej funkcji TGFβ w indukcji tolerancji
immunologicznej i roli TGFβ w procesach zapalnych
i zmianach tkankowych. TGFβ jest zdolny do
wywierania licznych działań wewnątrz i poza układem
immunologicznym. Ostatnie odkrycia podkreślają rolę
TGFβ w supresji i różnicowaniu się limfocytów T reg.
Jednak rośnie też liczba argumentów za udziałem TGFβ w
procesach naprawczych, co prowadzi do odkładania się macierzy międzykomórkowej i przebudowy tkanki.
TGFβ może działać korzystnie w przewlekłych
procesach zapalnych, takich jak astma, hamując swoistą
odpowiedź immunologiczną, podczas gdy zmiana tkanki
wywoływana przez TGFβ jest poważnym powikłaniem w
tych chorobach zapalnych [15].
Migracja komórek T
Aktywowane limfocyty T selektywnie zasiedlające skórę
mają antygen limfocytów skojarzonych ze skórą (cutaneous
lymphocyte antygen, CLA), dzięki czemu mogą być
izolowane. Co ciekawe, limfocyty, które przemieściły się
i uległy aktywacji w skórze przeżywają, chociaż wykazują
w wysokim stopniu ekspresję receptorów śmierci i
wydzielają odpowiadające im ligandy. Są one chronione
przed apoptozą przez cytokiny, takie jak IL-2, IL-4 i IL-15,
a także przez niektóre białka macierzy [15].
Gdy komórki T ulegną aktywacji, migrują przy udziale
chemokin i mediatorów zapalnych komórek efektorowych
do ognisk zapalnych. Komórki T, które przywędrowały do
tkanki i uległy tam dalszej aktywacji, prawdopodobnie pod
wpływem superantygenów bakteryjnych lub wirusowych,
wykazują przedłużone przeżycie w tkance, wspomagane
głównie przez białka macierzy międzykomórkowej, jak
i niektóre cytokiny. Wreszcie, w odpowiedzi nawet na
małe ilości IFNγ lub TNFα wydzielanego przez komórki T
i komórki efektorowe podczas odpowiedzi alergicznej,
Zjawisko apoptozy w chorobach alergicznych
pobudzane są receptory śmierci na komórkach danej tkanki,
które powodują zmiany gąbczaste tkanki i indukowaną aktywacją śmierć (AICD) komórek nabłonka. Ta seria zjawisk
immunologicznych doprowadza do destrukcji tkanek objętych
zapaleniem. Co ciekawe, komórki Th1 są bardziej podatne
na AICD niż komórki Th2. Wydaje się to być przyczyną
niezrównoważonej odpowiedzi, przesuniętej w kierunku Th2.
A zatem zróżnicowana regulacja AICD w komórkach Th1 i
Th2, przedłużone przeżywanie aktywowanych komórek T
i eozynofili w tkance, a także AICD komórek nabłonka są
w ostatecznym rozrachunku odpowiedzialne za powstanie
i objawy zapalenia alergicznego w konkretnym narządzie.
Tak dzieje się również w wyprysku indukowanym przez leki.
Dokładne zrozumienie mechanizmów komórkowych na
poziomie cząsteczek jest podstawą celowanej terapii i może
być wykorzystane w zapobieganiu chorobom alergicznym i
innym o podłożu zapalnym [15].
Fazy choroby alergicznej
Rozwój chorób alergicznych można podzielić na fazę
indukcji i fazę efektorową. Faza indukcji charakteryzowana
jest przez przesunięcie równowagi odpowiedzi Tkomórkowej w stronę limfocytów Th2, czemu towarzyszy
wzrost IgE z receptorami powierzchniowymi komórek
tucznych i eozynofili. Może być tak, że to środowisko
immunologiczne w narządach podatnych na choroby
alergiczne faworyzuje odpowiedź Th2 albo alergeny
powodują dysregulację, lub też nadmierną aktywację
komórek Th2.
Efekt objawia się w fazie efektorowej, której różne
składniki odpowiedzi Th2 pojawiają się po wywołaniu
stanu zapalnego. Proces zapalny może być dwufazowy.
Najpierw następuje degranulacja komórek tucznych,
co powoduje uwolnienie mediatorów z efektem
farmakologicznym zarówno na otaczające tkanki, jak i z
aktywnością chemotaktyczną. To prowadzi do wtórnego
zapalenia przez przyciąganie eozynofilów, monocytów, neutrofilów i dodatkowych limfocytów do miejsca reakcji.
Uwalniane są duże ilości cytokin, które w dalszym ciągu
zaburzają homeostazę [14].
W atopowym zapaleniu skóry krążące limfocyty
wykazujące ekspresję antygenu CLA+ i CD45RO+, ze
swoistymi dla skóry receptorami zasiedlania, stanowią
populację aktywowanych komórek pamięci i efektorowych.
Wykazują one wysoki poziomy Fas i ligandu dla Fas oraz
podlegają apoptozie pod wpływem aktywacji. Wyizolowane
komórki CLA+ CD45O+ od pacjentów atopowych wykazują
szczególną właściwość w apoptozie zainicjowanej in vivo,
polegającą na degradacji prokaspaz i tworzeniu aktywnej
formy kaspazy 8. Przede wszystkim komórki Th1 z puli
aktywowanych komórek pamięci i komórek efektorowych w
sposób selektywny podlegają śmierci na skutek aktywacji, co
u chorych z atopowym zapaleniem skóry przesuwa
odpowiedź immunologiczną w kierunku przeżywających
komórek Th2 [17].
53
Limfocyty T przeważają w naciekach komórkowych
w zapaleniu alergicznym. Zaburzenie równowagi poprzez
przesunięcie w stronę Th2 – obwodowej odpowiedzi
immunologicznej wydaje się być istotnym czynnikiem w
patogenezie [18].
Akdis i wsp. [15] wskazali na znaczącą rolę regulacyjną
apoptozy w selekcji limfocytów T i w zapaleniach tkanki
w chorobach alergicznych. Wykazali oni, że defekty
apoptozy i tolerancji obwodowej limfocytów T określają
fenotyp alergiczny. W zapaleniu alergicznym limfocyty T
są początkowo aktywowane przez alergeny pochodzące
z powietrza, pokarmu, autoantygeny, superantygeny
bakteryjne [18].
Aktywowane limfocyty T swoiste wobec alergenu,
najłatwiejsze do pobudzenia przez superantygeny
bakteryjne lub wirusowe i produkujące następnie
duże ilości IFNγ, ulegają apoptozie przede wszystkim
w krążeniu. Może to być przyczyną przekierowania
odpowiedzi immunologicznej w kierunku przeżywających
komórek Th2. W zaatakowanych tkankach pod wpływem
stymulacji superantygenem, komórki te produkują cytokiny
efektorowe, które z kolei indukują zmiany gąbczaste
i apoptozę komórek nabłonka w skórze i płucach. W badaniach Akdis i wsp. [15] opisano, że apoptoza krążących
komórek pamięci lub efektorowych była ograniczona
do osób atopowych, podczas kiedy nieatopowi pacjenci
zdrowi i uczuleni na jad pszczeli nie wykazywali śladu
apoptozy komórek T in vivo [17].
Ostatnio w krajach rozwiniętych notuje się wzrost
nasilenia i częstości występowania chorób atopowych.
Jednym z czynników wpływających na tę tendencję może
być spadek częstości chorób zakaźnych, w tym chorób
pasożytniczych i gruźlicy, dzięki poprawie standardu życia,
szczepieniom i lekom przeciwrobaczym [19].
Podsumowanie
W odpowiedzi alergicznej zaburzone są nie tyle
mechanizmy apoptozy, co szlaki regulatorowe, prowadzące
do przedłużania życia komórek, które fizjologicznie
powinny wypełnić swoje zadanie i zginąć. W oparciu
o obecny stan wiedzy wydaje się, że za to zakłócenie
odpowiada przede wszystkim nieprawidłowa aktywność
i/lub liczba limfocytów T reg.
Piśmiennictwo
1. Ramirez C. R., Carracedo A.J., Moreno A.C., Guerra M.P.:
Apoptosis and disease. Alergol. Immunol. Clin., 1999, 14, 6,
367-374.
2. Guerra F., Carracedo J., Madueno J.-A., Sanchez-Guijo P., Ramirez R.: Allergens Induce Apoptosis in Lymphocytes from
Atopic Patients. Human Immunol.,, 1999, 60, 840-847.
3. Zimmermann K.C., Green D.R.: How cells die: Apoptosis
pathways. J. Allergy Clin. Immunol.,2001, 108, 99-103.
4. Kłyszejko-Stefanowicz L.: Cytobiochemia. Wydawnictwo
Naukowe PWN, Warszawa, 2002, 772-814.
5. Vaskivuo T.: Regulation of apoptosis in the female reproduc-
54
Joanna Rutkowska
tive system: Acta Universitatis Ouluensis Medica D 676, 2002
University of Oulu, Oulu Finland.
6. Lenardo M.J.: Introduction: The molecular regulation of lymphocyte apoptosis. Immunology, 1997, 9, 1-5.
7. Sepiashvili R.I., Shubich M.G., Kolesnikova N.V., Slavyanskaya T.A., Lomtatidze L.V.: Apoptosis in immunologic processes. Clin. Applied Immunol., 2001, Reviews 1, 163-172.2
8. Lynch D.H., Ramsdell F., Alderson M.R.: Fas and FasL in the
homeostatic regulation of immune responses. Immunol. Today,
1995, 16, 569.
9. Itoh N., Nagata S.: A novel protein domain required for apoptosis. Mutationalanalysis of human Fas antigen., J. Biol. Chem.,
1993, 268, 10932.
10. Krammer P.H.: CD95 (APO-1/Fas)-mediated apoptosis: live
and let die. Adv. Immunol., 1995, 71, 163.
11. Gołąb J., Jakóbisiak M., Lasek W. Immunologia. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002, 337-356.
12. Multiple pathways driving IgE production and chronic dermatitis in mice: a model for atopic dermatitis? J. Invest. Dermatol.,
2005, 124, 1, 11-12.
13. Holtzman M.J., Green J.M., Jayaraman S., Arch R.H.: Regula-
tion of T cell apoptosis. Apoptosis, 2000, Nov; 5(5), 459-71.
14. Yazdanbakhsh M., van den Biggelaar A., Maizels R. M.: Th2
responses without atopy: immunoregulation in chronic helminth infection and reduced allergic disease. Trends Immunol.,
2001, 22, 7, 372-377.
15. Blaser K.: Allergy and hypersensitivity:From genes to phenotype. Curr. Opin. Immunol., 2004, 16, 685-688.
16. Akdis C., A., Blaser K., Akdis M.: Apoptosis in tissue inflammation and allergic disease. Curr. Opin. Immunol.,, 2004, 16,
717-723.
17. Adkis M., Trautmann A., Klunker S.i wsp.: T helper (Th) 2 predominance in atopic diseases is due to preferential apoptosis
of circulating menory/effector Th1 cells. FASEB J., 2003, 17,
1026-1035.
18. Akdis C.A., Blaser K., Akdis M.: Apoptosis in tissue inflammation and alergic disease. Curr. Opin. Immunol., 2004, 16,
717-723.
19. Mao Xiao-Quan, Sun D.-J., Miyoshi A. i wsp.: The Link between Helminthic Infection and Atopy. Parasitol. Today, 2000,
16, 5, 186-188.