1.1. Mechanizmy immunologiczne w atopii

Transkrypt

1 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

2 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 Fc RI. Dochodzi do uwalniania mediatorów, głównie histaminy, tryptazy, chymazy, leukotrienów oraz czynnika martwicy nowotworów, 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

3 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- 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

4 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 Fc RI i Fc RII 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- a poziomem IgE we krwi. U osobników atopowych wykazano deficyt interleukiny-18, która indukuje uwalnianie IFN-, 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

5 W postaci przewlekłej w skórze stwierdza się komórki Th1 i IFN- [Olivry i wsp., 1999]. W reakcji immunologicznej podczas uwolnienia przez mastocyty czynników chemotaktycznych i TNF- dochodzi do nasilenia reakcji immunologicznych zależnych od limfocytów Th2, także w późnej fazie reakcji immunologicznej [Sinke i wsp., 2002; Mędrala, 2006] 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

6 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

7 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

8 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