20. KOMÓRKOWE I MEDIATOROWE MECHANIZMY ODPOWIEDZI

20. KOMÓRKOWE I MEDIATOROWE
MECHANIZMY ODPOWIEDZI
IMMUNOLOGICZNEJ WCZESNEJ FAZY
Paul M. O’Byrne, Carl G.A. Persson, Martin K. Church
DEFINICJA: Odpowiedź alergiczna wczesnej fazy to taka,
która zachodzi w ciągu 30 minut od prowokacji alergenem. Jest
ona w znacznej mierze zapoczątkowana przez aktywację
komórek tucznych, przy czym głównymi mediatorami reakcji są
histamina i leukotrieny cysteinylowe. Objawy kliniczne są
swoiste dla danego narządu. Należą do nich:
• w górnych drogach oddechowych: kichanie, świąd,
wysięk z nosa oraz blokada nosa,
• w dolnych drogach oddechowych: skurcz oskrzeli,
duszność, świsty i kaszel,
• na skórze: bąbel, rumień i świąd.
W górnym odcinku dróg oddechowych, miejscowa prowokacja
alergenowa wywołuje natychmiastowe odczyny ze strony błony śluzowej nosa u uczulonych pacjentów, jak świąd, kichanie, blokadę nosa oraz wytwarzanie wodnistej wydzieliny. Wczesna odpowiedź ulega zwykle złagodzeniu w ciągu 1-3 godzin. W przeciwieństwie do
podwójnej odpowiedzi alergicznej w obrębie dolnego odcinka dróg
oddechowych, wyraźnie odrębne odpowiedzi fazy późnej nie są często spotykane w błonie śluzowej nosa, chociaż nieznacznie nasilone
procesy w niej zachodzące i objawy nieżytowe mogą utrzymywać się
znacznie ponad 3 godziny po prowokacji dużą ilością alergenu. Po-
WSTĘP
Odpowiedź alergiczna wczesnej fazy jest zapoczątkowana przez
uwalnianie mediatorów z komórek tucznych, po prowokacji alergenem osoby uczulonej. Chociaż rodzaje mediatorów są praktycznie
takie same we wszystkich tkankach, to jednak wywołane przez nie
objawy różnią się, co jest uzależnione od odrębności anatomicznych
narządów docelowych. Na przykład, w dolnych drogach oddechowych wystąpi skurcz oskrzeli, w nosie wysięk i blokada, bąbel i reakcja rumieniowa na skórze, a zapaść sercowo-naczyniowa w układowej reakcji anafilaktycznej.
CHARAKTERYSTYKA ODPOWIEDZI
ALERGICZNYCH WCZESNEJ FAZY
Podanie alergenu osobie uczulonej na drodze wziewnej powoduje
zwężenie dróg oddechowych, które rozwija się w ciągu 10-15 minut,
osiąga największe nasilenie po 30 minutach i zazwyczaj ustępuje
w ciągu 1-3 godzin. Jest to wczesna odpowiedź astmatyczna (ryc.
20.1). U niektórych pacjentów zwężenie dróg oddechowych nie powraca do stanu wyjściowego albo też nawraca po 3-4 godzinach,
osiągając maksimum po 6-12 godzinach – jest to późna odpowiedź
astmatyczna (patrz ryc. 20.1). Późna odpowiedź astmatyczna nie
musi być poprzedzona przez ujawniającą się klinicznie odpowiedź
wczesną. A zatem w podgrupie chorych uczulonych, podanie alergenu na drodze wziewnej wywołuje izolowaną odpowiedź późną po
3-8 godzinach, przy braku jawnej klinicznie wczesnej odpowiedzi
astmatycznej.
Ryc. 20.1. Wczesna i późna odpowiedź astmatyczna. (na górze) Izolowana wczesna odpowiedź astmatyczna po inhalacji ekstraktu z roztocza kurzu domowego (Dermatophagoides
pteronyssinus). Zwężenie dróg oddechowych rozwinęło się po 10-15 minutach od ekspozycji
na alergen i ustąpiło w ciągu ok. 2 godzin. (na dole) Po odpowiedzi wczesnej rozwinęła się
późna odpowiedź astmatyczna, jako reakcja na inhalacje z alergenem roztocza kurzu domowego. Zwężenie dróg oddechowych wystąpiło ponownie po ok. 3 godzinach, następnie zmiany
stopniowo nasilały się, aby osiągnąć maksimum po ok. 8 godzinach. Pomiary kontrolne wykonywano po inhalacjach z samym rozcieńczalnikiem. (FEV1 – nasilona objętość oddechowa
po 1 sekundzie)
325
20.
KOMÓRKOWE I MEDIATOROWE MECHANIZMY ODPOWIEDZI IMMUNOLOGICZNEJ WCZESNEJ FAZY
nadto, przy donosowej prowokacji alergenowej występuje efekt
uwrażliwienia, po którym błona śluzowa wykazuje zwiększoną wrażliwość na histaminę lub też na kolejną prowokację alergenem w następnym dniu.
Śródskórne podanie alergenu wywołuje charakterystyczną „potrójną odpowiedź”, opisaną po raz pierwszy przez Thomasa Lewisa w 1927 r. Pierwszym objawem, który występuje prawie natychmiast, jest zaczerwienienie w miejscu wstrzyknięcia alergenu. Następnie w ciągu 5-10 minut pojawia się obszar obrzękowy, zwany
bąblem, którego wielkość jest zależna od dawki alergenu. Może on
mieć tylko kilka milimetrów średnicy (ryc. 20.2a). W tym czasie
wokół bąbla rozwija się obszar rumienia, którego wielkość jest także
zależna od dawki alergenu i na przekroju może mierzyć kilka centymetrów (patrz ryc. 20.2a). Bąbel i rumień zanikają zwykle w ciągu
ok. 30 minut. Po próbie prowokacyjnej z dużą ilością alergenu,
u osoby szczególnie mocno uczulonej, po 6-8 godzinach może dojść
do wytworzenia odpowiedzi alergicznej późnej fazy, która charakteryzuje się bardziej uogólnionym obrzękiem i rumieniem wokół miejsca wstrzyknięcia alergenu (ryc. 20.2b).
histaminę, proteazy i proteoglikany, a także stymulację tych komórek do syntezy i uwalniania nowo powstających mediatorów,
jak PGD2 i LTC4.
4. Po prowokacji alergenowej in vivo, podwyższone poziomy histaminy i tryptazy można wykryć w płynie uzyskanym po płukaniu drzewa oskrzelowego (bronchoalveolar lavage – BAL)
u chorych na astmę alergiczną, a także w popłuczynach nosa
w jego nieżycie, w płynie łzowym przy zapaleniu spojówek oraz
w krążeniu w układowej reakcji anafilaktycznej. Również w moczu można stwierdzić wykrywalne ilości stabilnych produktów
końcowych leukotrienu LTE4.
5. Leki, jak kromoglikan sodowy, których przypuszczalnym mechanizmem działania jest hamowanie uwalniania mediatorów z komórek tucznych, hamują odpowiedzi alergiczne wczesnej fazy
wywołane prowokacją alergenową.
KOMÓRKI BIORĄCE UDZIAŁ
W ODPOWIEDZI ALERGICZNEJ
WCZESNEJ FAZY
W celu wykazania, że dany mediator bierze udział w patogenezie
odpowiedzi alergicznej, konieczne jest stwierdzenie obecności tego
mediatora lub jego metabolitów w płynach ustrojowych w dających
się wykryć ilościach, podczas wzbudzanej odpowiedzi alergicznej.
Należy również wykazać, że egzogenne podanie tego mediatora wywołuje efekty podobne do odpowiedzi alergicznej, a hamowanie syntezy lub działania mediatora zapobiega wystąpieniu tej odpowiedzi
lub łagodzi jej przebieg.
Wiadomo obecnie, że alergeny zapoczątkowują wystąpienie wczesnej fazy odpowiedzi alergicznej za pośrednictwem mechanizmów
zależnych od IgE. Dostarczono niedawno definitywnych dowodów
potwierdzających kluczową rolę IgE, skutecznie lecząc pacjentów
z alergią przy pomocy rekombinowanych, humanizowanych przeciwciał monoklonalnych przeciw IgE (rhuMAb-E25), które wpłynęły na obniżenie poziomu wolnych IgE w surowicy, poprzez tworzenie nieczynnych biologicznie kompleksów immunologicznych
z wolnymi IgE. Później przeprowadzono u tych pacjentów prowokację alergenową i wykazano znaczne zmniejszenie nasilenia odpowiedzi immunologicznej wczesnej fazy.
Zebrane dotychczas, wymienione poniżej dowody wskazują, że
komórką zapoczątkowującą odpowiedź alergiczną wczesnej fazy jest
komórka tuczna.
1. Komórki tuczne zamieszkują stale wszystkie tkanki biorące udział
w reakcjach alergicznych.
2. Komórki tuczne wiążą IgE za pomocą receptora o wysokim powinowactwie FcHRI na powierzchni swoich błon komórkowych.
3. Krzyżowe związanie się IgE powoduje degranulację komórek
tucznych, które uwalniają wcześniej utworzone mediatory, w tym
MEDIATORY BIORĄCE UDZIAŁ
W ODPOWIEDZI ZAPALNEJ WCZESNEJ
FAZY
Histamina
Od dawna było wiadomo, że histamina jest mediatorem ostrych reakcji alergicznych u ludzi. Była to jedna z pierwszych substancji chemicznych, które wiązano z komórkami tucznymi. E-imidazololetylamina została po raz pierwszy zsyntetyzowana w 1907 r., a nazwę
„histamina” (z greckiego słowa histos, czyli tkanka) otrzymała z uwagi na jej powszechne występowanie w tkankach zwierząt. W klasycznym badaniu farmakologicznym, Henry Dale wykazał, że histamina ma silne działanie kurczące oskrzela i rozszerzające naczynia po
dożylnym wstrzyknięciu u zwierząt doświadczalnych. Trzynaście lat
później, w tym samym laboratorium zauważono, że wiele objawów
powstających po wstrzyknięciu antygenu uczulonym zwierzętom można powtórzyć podając samą histaminę. Od tego czasu stwierdzono,
że histamina jest mediatorem humoralnym ostrej reakcji alergicznej.
Opisując odpowiedź ze strony skóry jako bąbel i rumień, Lewis poRyc. 20.2. Skórna odpowiedź na alergen. (a) Reakcja typu bąbla i rumienia po
10 minutach od śródskórnego wstrzyknięcia alergenu
osobie uczulonej. (b) Późna
reakcja skórna, 8 godzin po
śródskórnym wstrzyknięciu
alergenu osobie uczulonej
a
326
b
MEDIATORY BIORĄCE UDZIAŁ W ODPOWIEDZI ZAPALNEJ WCZESNEJ FAZY
szerzył wiedzę nt. wpływu histaminy na naczynia. Sugerował on, że
ten mediator może być uwalniany z magazynów komórkowych w skórze po odpowiedniej stymulacji.
Wykazano wzrost poziomu metabolitów histaminy w moczu podczas wczesnej fazy odpowiedzi astmatycznej wywołanej przez prowokację alergenową oraz po przywarciu alergenów do błony śluzowej górnych dróg oddechowych. Przy pomocy czułego testu radioimmunologicznego wykryto również podwyższenie poziomu histaminy w surowicy po prowokacji alergenowej w drogach oddechowych oraz wzbudzeniu przez alergen odpowiedzi skórnej typu bąbla i rumienia.
Histamina cechuje się szeroką gamą działań biologicznych, spełnianych za pośrednictwem pobudzania swoistych receptorów powierzchniowych na komórkach. Wykrycie związków chemicznych,
które działają w sposób swoiście antagonistyczny w stosunku do farmakologicznego działania histaminy, doprowadziło do wyodrębnienia trzech podtypów receptorów histaminowych, nazwanych H1, H2
i H3, przy czym ten ostatni występuje głównie w tkance nerwowej.
Dołączenie się histaminy do receptora H1 powoduje wystąpienie
skurczu oskrzeli oraz mięśni gładkich przewodu pokarmowego. U ludzi skurczowa odpowiedź oskrzeli na histaminę podaną na drodze
wziewnej jest wykorzystywana do badania stopnia nasilenia niespecyficznej reaktywności dróg oddechowych, co jest przydatne w diagnostyce astmy. Po wstrzyknięciu śródskórnym, histamina powoduje powstanie bąbla i rumienia, a aplikacja donosowa wywołuje wiele objawów nieżytu nosa.
Ważna rola histaminy jako mediatora wazoaktywnego w chorobach alergicznych u ludzi jest potwierdzona przez skuteczne działanie antagonistów receptora H1 w modyfikowaniu przebiegu chorób
związanych z reakcjami zależnymi od IgE. Leki, będące antagonistami receptora H1 znalazły zastosowanie szczególnie w leczeniu
alergicznego zapalenia spojówek i błony śluzowej nosa, miejscowych
i układowych reakcji anafilaktycznych i pokrzywki. W dawkach terapeutycznych, leki antyhistaminowe mogą zahamować ok. 75% odpowiedzi skórnej typu bąbla i rumienia, wywołanej podskórnym podaniem alergenu, co wskazuje na istotną rolę histaminy w przebiegu
tych procesów, zachodzących za pośrednictwem komórek tucznych.
Skuteczne leczenie nieżytu nosa i pokrzywki za pomocą leków antyhistaminowych wskazuje na podstawową rolę histaminy w patogenezie tych chorób.
W obrębie dolnych dróg oddechowych histamina, wspólnie z leukotrienami, jest w dużym stopniu odpowiedzialna za wystąpienie wywołanego przez alergen skurczu oskrzeli u chorych na astmę. Udowodniono to wykazując, że wcześniejsze leczenie podawanymi łącznie lekami antyhistaminowymi i antyleukotrienowymi może prawie
całkowicie zahamować wczesną odpowiedź astmatyczną. Wydaje
się, że szczątkowy skurcz oskrzeli, który nie jest zniesiony przez leki
antyleukotrienowe, zachodzi za pośrednictwem histaminy. Leki antyhistaminowe skutecznie zmniejszają również wywołane przez alergen objawy oraz wysięk surowiczy po przytwierdzeniu się alergenu
do błony śluzowej górnych dróg oddechowych.
(5-HPETE), a następnie do LTA4, za pomocą kompleksu katalitycznego składającego się z 5-LO i białka aktywującego 5-LO (5LO-activating protein – FLAP). Interakcja ta zachodzi na błonie
jądrowej, gdzie lokalizuje się FLAP. W następnym etapie, w obecności syntazy LTC4 do LTA4 dodawany jest glutation. Powstaje
wówczas LTC4, który jest przenoszony na zewnątrz komórki, gdzie
po odszczepieniu reszty kwasu glutaminowego przez J-glutamylotranspeptydazę dochodzi do wytworzenia LTD4. Po odszczepieniu
reszty glicynowej od LTD4 przez różne dwupeptydazy powstaje
LTE4. Ponieważ wszystkie te cząsteczki zawierają cysteinę, nadano im wspólną nazwę leukotrienów cysteinylowych (Cys LT). Składają się one na tzw. uprzednio „wolno reagującą substancję anafilaksji” (slow-reacting substance of anaphylaxis – SRS-A).
Wszystkie trzy Cys LT mają taki sam zakres aktywności biologicznej, chociaż LTE4 działa znacznie słabiej od swoich cząsteczek
prekursorowych i jest metabolitem wydalniczym. Komórki tuczne,
granulocyty kwasochłonne i makrofagi pęcherzyków płucnych to komórki, które zawierają enzymy niezbędne do wytwarzania Cys LT
w płucach.
Cys LT są uwalniane z ludzkich płuc po prowokacji alergenowej w warunkach in vitro. Obserwowano również wzrost poziomu
LTE4 w moczu po podaniu alergenu in vivo. Stopień jego wydzielania z moczem korelował dodatnio z nasileniem wczesnej odpowiedzi astmatycznej, co wykazuje, że wytwarzanie i uwalnianie leukotrienów zachodzi w powiązaniu z odpowiedziami alergicznymi wczesnej fazy. Dane z badań immunocytochemicznych wskazują, że źródłem Cys LT w odpowiedzi wczesnej fazy jest komórka tuczna. Jest
to przeciwstawne do odpowiedzi fazy późnej, gdzie ich głównym źródłem stają się granulocyty kwasochłonne.
Początkowo wykazano, że Cys LT są bardzo silnymi czynnikami kurczącymi mięśnie gładkie ludzkich dróg oddechowych w warunkach in vitro. Obserwowano, że LTC4 i LTD4 podane drogą
wziewną wywołują silny skurcz oskrzeli, zarówno u pacjentów z astmą, jak i u osób zdrowych (ryc. 20.3). U niektórych zdrowych osób
ich działanie było do 10 000 razy silniejsze od działania metacholiny. Wykazano również, że Cys LT działają dłużej niż histamina podana drogą wziewną. Skurcz oskrzeli wywołany wziewnym podaniem LTD4 ustępował zwykle w ciągu 1-2 godzin, jednak po nim
nie następowała faza późna skurczowej odpowiedzi ze strony oskrze-
Leukotrieny cysteinylowe
Leukotrieny cysteinylowe (LT) LTC4 i LTD4 powstają z kwasu
arachidonowego na drodze jego utleniania przez 5-lipoksygenazę (5LO). Synteza leukotrienów jest zapoczątkowywana przez działanie
enzymu, fosfolipazy A2, która w sposób selektywny odszczepia kwas
arachidonowy od fosfolipidów. Kwas arachidonowy jest sekwencyjnie przekształcany do kwasu 5-hydroperoksyeikosatetranoinowego
Ryc. 20.3. Odpowiedzi ze strony dróg oddechowych na wdychane mediatory skurczu oskrzeli w przebiegu astmy. Stosunkowa siła działania poszczególnych mediatorów jest różna, przy
czym najsilniejszymi badanymi do tej pory u ludzi mediatorami są leukotrieny cysteinylowe
i substancja podobna do tromboksanu U46619. (FEV1 – nasilona objętość oddechowa; LT –
leukotrien; PG – prostaglandyna)
327