1.1. Mechanizmy immunologiczne w atopii

Mechanizmy atopii
1.1. Mechanizmy immunologiczne w atopii
Wyjaśniając mechanizmy immunologiczne atopii, w tym atopowego zapalenia skóry, starano się prześledzić patomechanizm choroby od momentu
kontaktu alergenów ze skórą bądź błoną śluzową do chwili pojawienia się
objawów choroby. Badano naturalne przypadki atopii, jak i wykonywano
próby doświadczalnego wywołania objawów u pacjentów atopowych pod
wpływem ekspozycji na różne grupy alergenów. Starano się również określić,
jak dochodzi do przewlekłych zmian i jakie czynniki immunologiczne wpływają na podtrzymywanie objawów klinicznych, prowadząc do ich nasilania
się. Celem badań była ocena zarówno mechanizmów komórkowych, jak
i humoralnych, badano różnice pomiędzy pacjentami atopowymi a osobnikami zdrowymi w tkankach „docelowych” dla choroby w skórze, układzie oddechowym, przewodzie pokarmowym, błonach śluzowych, a także
uchwytne i istotne zaburzenia występujące we krwi [Sinke i wsp., 2002].
W badaniach modelowych prowadzonych na psach rasy beagle, poddawanych doświadczalnemu uczulaniu naskórnemu na alergeny roztoczy
kurzu domowego, wykazano, że cechy histopatologiczne wycinków skóry u ludzi i psów atopowych są bardzo podobne. Zmiany takie cechują
naciek komórek jednojądrzastych oraz okołonaczyniowe zapalenie skóry
z gąbczastością naskórka. Naciek komórek, głównie granulocytów kwasochłonnych i limfocytów, gromadził się w postaci mikroropni w naskórku.
Widoczne były także komórki dendrytyczne z przeciwciałami IgE [Olivry
i Hill, 2001]. Wskazuje to na kluczową rolę komórek dendrytycznych,
przeciwciał klasy IgE oraz ich zależności w procesie immunologicznym
AZS [Marsella i wsp., 2006].
Najistotniejszą rolę w patomechanizmie objawów związanych z atopią
odgrywają: uwalnianie miejscowych cytokin, różnicowanie komórek T pomocniczych, powstawanie przeciwciał klasy IgE, czynniki infekcyjne oraz
superantygeny. Główną odpowiedzią immunologiczną jest I typ reakcji we-
13
Mechanizmy atopii
dług Gella i Coombsa, czyli odpowiedź natychmiastowa, zależna od przeciwciał IgE. Stwierdzano również, że u psów atopowych miana przeciwciał
IgG są wyższe niż u psów zdrowych, co może również wskazywać na ich
rolę w reakcjach nadwrażliwości. Podczas stymulacji układu immunologicznego zarówno u psów atopowych, jak i zdrowych dochodzi do wzrostu specyficznych przeciwciał IgG. Jednak ich dokładna rola w przebiegu
AZS nie jest określona [Hou i wsp., 2005]. W innych badaniach podczas
określania poziomów specyficznych IgE i IgGd stwierdzano wyższe wartości IgE, a niższe przeciwciał IgGd u psów atopowych. Wyniki te wskazują
na większe znaczenie diagnostyczne specyficznych przeciwciał IgE w AZS
[Lian i Halliwell, 1998]. Pomimo że jednoznacznie określono występowanie podwyższonych poziomów allergenospecyficznych przeciwciał IgE
u psów atopowych w porównaniu z psami zdrowymi, to wysoki ich poziom nie jest zawsze konieczny do wywołania objawów choroby [Marsella
i Olivry, 2003]. U psów atopowych i zdrowych oceniano również poziomy
przeciwciał swoistych dla poszczególnych rodzajów alergenów pokarmowych. Stwierdzono, że psy chore mają większe poziomy IgE i IgG w odpowiedzi na większość alergenów pokarmowych [Foster i wsp., 2002].
Badając skórę atopowych psów, oceniano mechanizmy komórkowe
i rolę mastocytów, eozynofili, neutrofili, limfocytów, komórek Langerhansa, komórek dendrytycznych prezentujących antygen i makrofagów. Rola
mastocytów w łańcuchu skórnych reakcji alergicznych była podkreślana
wielokrotnie. U psów badano okolice predysponowane do występowania zapalenia i stwierdzano większe zagęszczenie tych komórek w skórze
przestrzeni międzypalcowych i małżowin usznych [Hill i Olivry, 2001].
Wykazano, że u psów atopowych na powierzchni mastocytów dochodzi
do ekspresji receptorów dla IgE poprzez cząstkę FcHRI. Dochodzi do uwalniania mediatorów, głównie histaminy, tryptazy, chymazy, leukotrienów
oraz czynnika martwicy nowotworów D, które odpowiadają za reakcje naczyń krwionośnych mikrokrążenia skóry i reakcje komórkowe. Stwierdzono, że w skórze psów występują różne grupy i heterogenność mastocytów,
które degranulują wybiórczo, w zależności od postaci atopowego zapalenia
skóry [Welle i wsp., 1999].
Kluczową rolę w atopowym zapaleniu skóry odgrywają również limfocyty T i B. Limfocyty B są odpowiedzialne za produkcję przeciwciał, jednakże
u psów stwierdza się nieliczne komórki tego typu w skórze, pomimo nasilonych reakcji alergicznych, co wskazuje, że produkcja przeciwciał i aktywność tych komórek występują poza układem powłokowym, np. w węzłach
chłonnych [Hill i Olivry, 2001]. Limfocyty T i ich typy, określane na podstawie ekspresji receptorów jako CD4 i CD8, występują u psów i kotów
14
Mechanizmy atopii
w skórze objętej procesem chorobowym w większej liczbie w porównaniu
do ich liczby w skórze zdrowej. Niektórzy autorzy podkreślają zwiększoną proporcję obu typów komórek na korzyść limfocytów CD4. Komórki
T z receptorem CD4 odpowiedzialne są za odpowiedź immunologiczną
na antygeny zewnątrzpochodne poprzez kontakt z komórkami prezentującymi antygen [Sinke i wsp., 1997]. U psów uczulanych na antygeny pyłków drzewa cedrowego stwierdzono istotną rolę w patogenezie receptorów
CD4+ na komórkach Th2 we krwi. Wzrost ekspresji tych receptorów wykazano u psów z naturalną nadwrażliwością i doświadczalnie uczulanych
w porównaniu do psów zdrowych (Maeda, 2004). W wyniku immunoterapii swoistej dochodzi do zmiany proporcji IFN-J do Il-4, ze wzrostem
stężenia interferonu we krwi i stałym poziomem interleukiny. Wskazuje
to na ekspresję receptorów na komórkach Th1 podczas immunoterapii swoistej oraz dominującą rolę komórek Th2 w stanach atopowych [Shida i wsp.,
2004]. W innych badaniach również podczas immunoterapii swoistej obserwowano zwiększenie we krwi populacji limfocytów T regulujących i interleukiny-10, co koreluje ze zmniejszeniem poziomu specyficznych IgE.
Odpowiedź na immunoterapię swoistą u psów atopowych wyraźnie zmienia
proporcje limfocytów, co potwierdza, że główną przyczyną zaburzeń immunologicznych w patomechanizmie AZS są nieprawidłowości w stosunkach
różnych grup limfocytów względem siebie [Keppel i wsp., 2008].
Granulocyty kwasochłonne w reakcjach nadwrażliwości widoczne
są w skórze głównie u koni i kotów, rzadziej zaś występują w dużej liczbie
u psów. Jednakże w porównaniu do psów zdrowych, u psów z AZS w badaniu histopatologicznym widoczne są w zwiększonej koncentracji. Podczas
prowokacji naskórkowej u psów z AZS alergenami roztoczy D. farinae uzyskiwano obfity naciek eozynofilów w postaci mikroropni w skórze właściwej bezpośrednio pod naskórkiem [Olivry i wsp., 1997]. Czasami tworzą
one mikroropnie podrogowe i degranulują, obecne są także w postaci egzocytozy. Eozynofile uwalniają czynniki chemotaktyczne podczas degranulacji oraz posiadają właściwości fagocytarne. W reakcjach nadwrażliwości
powodują niepożądane niszczenie tkanki.
Inne komórki linii monocytarnej – komórki dendrytyczne – odpowiadają za reakcje obronne przeciwko antygenom mającym kontakt z naskórkiem. Ich główną rolą jest aktywacja limfocytów T – w przypadku AZS
– na alergeny poprzez MHC klasy II. W bioptatach ze skóry zmienionej
zapalnie u psów atopowych stwierdza się liczne gromadzenie się ich w naskórku [Day, 1996]. W badaniu skóry psów z AZS stwierdzano skupiska
i aktywność komórek Langerhansa (KL) w naskórku pobranym z miejsc
występowania wykwitów, ale nie obserwowano gromadzenia się tychże ko-
15
Mechanizmy atopii
mórek w skórze pozbawionej zmian. KL są odpowiedzialne za prezentację
antygenu (ang. epidermal antigen-presenting Langerhans cells), co ma potwierdzać, że alergeny po kontakcie ze skórą reagują z układem immunologicznym, prowokując ciąg reakcji immunologicznych. Badania te potwierdzają przeznaskórkową drogę indukcji reakcji alergicznej i kluczową rolę
eozynofilów, limfocytów Th2 i komórek Langerhansa w rozwoju objawów
atopowego zapalenia skóry u psów [Olivry i Hill, 2001].
Zarówno u ludzi, jak i u zwierząt czynnikami, które nasilają i podtrzymują reakcje zapalne w skórze są antygeny bakterii i grzybów drożdżakowych. Stwierdzono nadwrażliwość na alergeny Malassezia furfur w testach
płatkowych u ludzi oraz na superantygeny, takie jak egzotoksyny Staphylococcus aureus. Superantygeny mogą stymulować limfocyty Th2, a tym
samym reakcję zapalną na drodze niespecyficznej, jak i immunologicznej
IgE-zależnej, co nasila reakcje zapalne [Sinke i wsp., 2002].
Biorąc pod uwagę powyższe wyniki badań, należy stwierdzić, że wczesna
faza reakcji alergicznej (powstanie rumienia i świądu) związana jest z degranulacją mastocytów, które uwalniają mediatory zapalenia do tkanek
po opłaszczeniu przez przeciwciała klasy E [Ledin i wsp., 2006; Mędrala,
2006]. Drugą stwierdzaną cechą jest zaburzenie równowagi pomiędzy limfocytami Th1 a Th2, ze zwiększeniem aktywności komórek Th2. Wzrost wydzielania interleukiny-4 przez limfocyty T pomocnicze odgrywa kluczową
rolę we wczesnej fazie reakcji immunologicznej. Dochodzi także, pod wpływem Il-5, do gromadzenia się eozynofilów i makrofagów w skórze, które
produkują Il-12 oraz białka toksyczne, powodujące wystąpienie późnej fazy
reakcji zapalnej po kilku godzinach od kontaktu z alergenem. Il-4 prowokuje limfocyty B do produkcji przeciwciał oraz hamuje aktywność limfocytów
Th1, sprzyjając wtórnym zakażeniom bakteryjnym, co nasila świąd i zapalenie. Aby doszło do aktywacji komórek Th2, komórki Langerhansa obecne
w skórze powodują prezentację antygenu połączonego z immunoglobuliną
E w węzłach chłonnych. Dzięki receptorowi dla fragmentu FcHRI i FcHRII
na immunoglobulinach E możliwe są: łączenie się komórek Langerhansa
i transport przeciwciał z antygenem do okolicznych węzłów chłonnych. Komórki Langerhansa odpowiedzialne są za późną fazę reakcji zależnej od IgE
po ponownym kontakcie z alergenem. Reakcje te pojawią się 3-4 godziny po kontakcie z alergenem. Ważną obserwacją było odkrycie zależności pomiędzy niskim poziomem interferonu-J a poziomem IgE we krwi.
U osobników atopowych wykazano deficyt interleukiny-18, która indukuje
uwalnianie IFN-J, który z kolei zmniejsza syntezę przeciwciał E, proliferację limfocytów Th2 i ekspresję receptów na Th2 dla Il-4, co koreluje z osłabieniem objawów klinicznych [Leung i Soter, 2001; Leung i Bieber, 2003].
16
Mechanizmy atopii
W postaci przewlekłej w skórze stwierdza się komórki Th1 i IFN-J [Olivry
i wsp., 1999]. W reakcji immunologicznej podczas uwolnienia przez mastocyty czynników chemotaktycznych i TNF-D dochodzi do nasilenia reakcji immunologicznych zależnych od limfocytów Th2, także w późnej fazie
reakcji immunologicznej [Sinke i wsp., 2002; Mędrala, 2006].
1.2. Zaburzenia dotyczące bariery skórnej
w przebiegu atopii i AZS
Do niedawna uważano, że podstawowym patomechanizmem atopii są zaburzenia związane z układem immunologicznym. Obecnie wiadomo,
że nie mniej ważne są zmiany dotyczące budowy i funkcji naskórka i filmu
skórnego. Zmiany te stwierdzane u osobników atopowych, nawet niewykazujących objawów choroby, odpowiedzialne są między innymi za zwiększone ryzyko rozwoju alergii.
Badania dotyczące tego typu nieprawidłowości były prowadzone początkowo u ludzi. Stwierdzono, że u osób atopowych dochodzi do różnego
typu zaburzeń dotyczących naskórka, prowadzących do łatwiejszego przechodzenia alergenów przez naskórek i zwiększających ryzyko uczulenia.
Zaburzenia dotyczące funkcji skóry nasilają się w przebiegu choroby, jeśli
dochodzi do uczulenia. Tego typu zmiany zostały w ostatnich latach zbadane również u psów.
Obecnie uważa się, że podstawową drogą wnikania alergenów do organizmu jest droga przezskórna. Wykazano, że ciągła przeskórna ekspozycja
na alergeny prowadzi do pobudzenia limfocytów Th2 i rozwoju zapalenia skóry. Przypuszcza się więc, że zwiększona penetracja alergenów przez
skórę, której funkcja jest upośledzona, prowadzi do łatwiejszego rozwoju
alergii u osobników predysponowanych [Boralevi i wsp., 2008; Kondo
i wsp., 1998].
U psów atopowych stwierdzono występowanie szeregu zaburzeń dotyczących naskórka. Przykładowo stwierdzono, że dochodzi do poszerzenia przestrzeni międzykomórkowych. Zmiany te stwierdzane były również w skórze
psów atopowych, u których w chwili wykonania badania nie stwierdzono
zmian, i przed ekspozycją na alergeny. Oznacza to, że u psów atopowych
dochodzi do osłabienia połączenia pomiędzy korneocytami, a stan ten występuje w okresie, kiedy nie ma objawów klinicznych choroby.
W ostatnich badaniach stwierdzono ponadto, że u psów atopowych
dochodzi do dysregulacji w genie S100A8. Gen ten odpowiedzialny jest
za gojenie się ran, chemotaksję i mechanizmy obronne w stosunku do mikroorganizmów. Gen ten wykazuje około 23-krotny wzrost ekspresji
u psów z AZS [Merryman-Simpson i wsp., 2008].
17
Mechanizmy atopii
Do oceny zaburzeń dotyczących funkcji skóry powszechne stosuje się
pomiar parametrów biofizycznych skóry, takich jak przeznaskórkowa utrata
wody czy uwodnienie naskórka. Najpowszechniej stosowanym parametrem
jest pomiar przeznaskórkowej utraty wody (TEWL). Parametr ten określa zdolność naskórka do zatrzymania wody i tym samym świadczy o jego
integralności. Wzrost tego parametru stwierdzany jest w wielu sytuacjach,
w których dochodzi do uszkodzenia naskórka. Początkowo stwierdzono
u ludzi, że osoby chore na AZS mają podwyższony poziom przeznaskórkowej utraty wody. Ostatnio przeprowadzone badania wykonane u psów
potwierdzają, że TEWL jest wyższy u psów z AZS w porównaniu do zdrowych zwierząt. Wzrost TEWL stwierdzany był przed podaniem alergenu
na skórę, która klinicznie nie wykazywała żadnych zmian. Dodatkowo dowiedziono, że parametr ten przyjmuje wyższe wartości w okolicach predysponowanych do ich rozwoju, w porównaniu do pozostałych okolic ciała.
Co ważne, stwierdzano te zmiany u psów w okresie, w którym nie występowały objawy kliniczne choroby. Po ekspozycji na alergen u osobników
atopowych w predysponowanych okolicach (pachy, pachwiny, małżowiny uszne, przedramię, broda – u zwierząt młodych, u starszych natomiast
w okolicy pach) dochodziło do znaczącego wzrostu przeznaskórkowej utraty wody [Hightower i wsp., 2010]. Opisane informacje dotyczące TEWL
wskazują na występowanie defektów naskórka u psów atopowych, które
to występują już przed pojawieniem się objawów choroby. Okolice predysponowane mają zwiększoną przepuszczalność wody w naskórku i zapewne
ułatwia to wnikanie alergenów do naskórka.
U psów z AZS, u których występowały już zmiany skórne, stwierdzono,
że dochodzi do obniżenia zawartości wody w komórkach naskórka, natomiast zawartość wody w naskórku nie objętym procesem chorobowym nie
różni się statystycznie od zawartości wody w naskórku psów zdrowych.
Przesuszenie naskórka pojawia się więc dopiero wraz z rozpoczęciem objawów klinicznych [Shimada i wsp., 2008].
Kolejnymi nieprawidłowościami dotyczącym naskórka, które zostały
udowodnione u psów atopowych, są zaburzenia dotyczące lipidów. Lipidy naskórka wytwarzane są w warstwie ziarnistej naskórka, w organellach
określanych jako ciałka lamellarne (ang. lamellar bodies – LB) i uwalniane
są do przestrzeni międzykomórkowej, gdzie ułożone są w charakterystyczny blaszkowaty sposób (blaszki lipidowe – lipid lamellae – LL). Tego typu
organizacja zabezpiecza przed utratą wody, jak i zapobiega wnikaniu substancji egzogennych. Lipidy naskórka złożone są z ceramidów, cholesterolu,
kwasów tłuszczowych i estrów cholesterolu. W badaniach z zastosowaniem
mikroskopu elektronowego przeprowadzonych u psów z AZS stwierdzo-
18
Mechanizmy atopii
no, że dochodzi do zaburzeń w strukturze blaszek lipidowych położonych
pozakomórkowo – były one cieńsze, występowały również zaburzenia ich
ciągłości. Obliczono, używając skali półilościowej, że u psów atopowych
grubość blaszek lipidowych była o połowę mniejsza w miejscach niewykazujących objawów chorobowych w porównaniu do ich grubości u psów
zdrowych [Inman i wsp., 2001]. Udowodniono również, że u psów atopowych wiele przestrzeni międzykomórkowych nie jest wypełnionych lipidami. Przykładowo Pin i wsp. (2008) zaobserwowali, że u psów atopowych
w skórze niezmienionej lipidami wypełnione jest jedynie nieco ponad 30%
przestrzeni międzykomórkowych w warstwie rogowej, podczas gdy u psów
zdrowych jest to prawie 90%. W przypadku ekspozycji na alergen dochodzi
do uwalniania lipidów do przestrzeni międzykomórkowej, ale nie są one
ułożone w sposób prawidłowy (zachowują kształt owalny jak ciałka lamellarne) i nie są w stanie zmniejszyć narażenia na alergen. W skórze zwierząt
atopowych dochodzi również do zatrzymania lipidów w ciałkach lamellarnych warstwy ziarnistej i nie są one uwalniane do przestrzeni międzykomórkowych. U atopowych osobników stwierdzono ponadto, że blaszki
lipidowe są nieregularne i poprzerywane [Inan i wsp., 2001; Piekutowska
i wsp., 2008]. Ostanie badania wykonane u atopików potwierdzają występowanie tych zaburzeń, stwierdzono też, że przestrzenie międzykomórkowe
w warstwie rogowej naskórka u takich psów są poszerzone, i to w skórze,
która nie jest poddana działaniu alergenu. Również ciałka lamellarne ulegają
zatrzymaniu nawet w warstwie rogowej, a u zdrowych psów w tej warstwie
naskórna już nie są obecne [Marsella i wsp., 2010]. Ekspozycja na alergeny dodatkowo nasila te wszystkie nieprawidłowości, prowadząc do jeszcze
większej dezorganizacji struktury lipidów naskórka. Wówczas przestrzenie
międzykomórkowe są wypełnione dużą ilością bezpostaciowego materiału
lipidowego. Stwierdzono, że dalsza ekspozycja na alergeny prowadzi do poszerzenia przestrzeni międzykomórkowych (Marsella i wsp., 2010).
U psów atopowych stwierdzono także obniżenie ilości ceramidów w naskórku. Ceramidy są uważane za jedne z najważniejszych lipidów naskórka;
spadek poziomu tych lipidów prowadzi do zwiększenia przeznaskórkowej
utraty wody, a ponadto zwiększa podatność na infekcje wywołane przez
gronkowce. Podobnie jak w przypadku innych opisanych zaburzeń, obniżenie ilości ceramidów było obecne w skórze, która nie była w chwili badania
objęta procesem zapalnym. Zaburzenia dotyczące lipidów dotyczyły wyłącznie ceramidów, natomiast ilość cholesterolu i kwasów tłuszczowych nie ulega
zmianie. Większy spadek zawartości ceramidów obserwowany był w skórze,
na której obecne były zmiany [Shimada i wsp., 2008]. Jak wykazały ostatnio
prowadzone badania, niedobór dotyczy ceramidów 1 i 9. W najnowszych
19
Mechanizmy atopii
badaniach stwierdzono, że wraz ze spadkiem zawartości ceramidów wzrasta
ilość cholesterolu, podniesiony jest więc stosunek cholesterol/ceramidy. Zaburzenia tego rodzaju mogą być odpowiedzialne za osłabienie funkcji barierowej skóry, co między innymi prowadzi do zwiększonej przepuszczalności
naskórka dla alergenów [Reiter i wsp., 2009].
Kolejnym wykrytym w przebiegu AZS zaburzeniem jest spadek ilości
fragiliny. Fragilina jest białkiem pełniącym istotną rolę w procesie rogowacenia. Zaburzenia dotyczące tego białka były stwierdzane u ludzi z AZS.
Badania przeprowadzone u psów potwierdzają, że dochodzi do obniżenia
ekspresji tego białka w skórze zwierząt atopowych. Podobnie jak w innych
opisanych powyżej nieprawidłowościach, obniżenie ilości fragiliny dotyczy
skóry, która nie jest klinicznie zmieniona [Marsella i wsp., 2008].
20