Rola receptora IL-4 w patogenezie chorób atopowych

Transkrypt

1 Danielewicz IMMUNOLOGIA H, Boznañski KLINICZNA A. Rola receptora IL-4 w patogenezie chorób atopowych 15 Rola receptora IL-4 w patogenezie chorób atopowych The IL-4 receptor role in the pathogenesis of atopic disorders HANNA DANIELEWICZ, ANDRZEJ BOZNAÑSKI I Katedra Pediatrii, Klinika Pediatrii, Alergologii i Kardiologii, AM Wroc³aw Streszczenie W artykule przedstawiono aktualny stan wiedzy dotycz¹cy roli receptora IL-4 w patogenezie schorzeñ uwarunkowanych atopi¹. Szczególna uwagê zwrócono na budowê receptora, jego funkcjonalne typy oraz procesy regulacyjne decyduj¹ce o transdukcji sygna³u inicjowanego przez IL-4, z uwzglêdnieniem implikacji genetycznych. Omówiono równie zastosowanie rekombinowanej formy sil-4r w terapii chorób atopowych. S³owa kluczowe: atopia, receptor dla IL-4, terapia chorób alergicznych Summary In the article actual knowledge about the IL-4 receptor role in the pathogenesis of atopic disorders was reviewed. Particular attention was paid to the structure, functional types and regulation processes in the signal transduction with the implication of genetic aspects. The therapy of atopic diseases with recombinant sil-4r was also discussed. Key words: atopy, IL-4 receptor, therapy of allergic disorders Alergia Astma Immunologia, 2007, 12(1): Nades³ano: Zakwalifikowano do druku: Adres do korespondencji / Address for correspondence Hanna Danielewicz I Katedra Pediatrii, Klinika Pediatrii, Alergologii i Kardiologii AM ul. Hoene-Wroñskiego 13 c, Wroc³aw tel./fax (71) , danhil@tlen.pl Wykaz skrótów u ywanych w tekœcie: CHR cytokine homology binding region CIS cytokine-inducible inhibitors of signaling ECP eosinophil cationic protein GCR-β, GCR-α glycocorticosteroid receptor ICAM-1 intercellular adhesion molecule-1 IFN-γ interferon γ IGF-1 insulin growth factor 1 IL- interleukin- IL-4Rα interleukin-4 receptor α chain IRS insulin receptor substrate ITIM immunotyrosine-based inhibitory motif JAK Janus kinase MHC II major histocompatibility complex class II NF-AT nuclear factor of activated T-cell NF-κB nuclear factor κb SH2 Src homology 2 SHIP SH2-containing inositol 5-phosphatase SHP SH2 domain-containing phosphatase sil-4r soluble IL-4 receptor SNP single nucleotide polymorphism SOCS suppressor of cytokine signaling SOS slat overly sensitive Src Rous sarcoma oncogene homologue STAT signal transducer and activator of transcription SSI STAT-induced STAT inhibitors TGF transforming growth factor V-CAM 1 vascular cell adhesion molecule 1 Wprowadzenie Badania genetyczne dotycz¹ce chorób atopowych przy aktualnym stanie wiedzy stanowi¹ w pewnym sensie trzon wspó³czesnej alergologii. Zapewne jesteœmy dalecy od wykorzystania zdobyczy genetyki w terapii genowej, ale osi¹gniêcia w tej dziedzinie decyduj¹ o nowych pogl¹dach na patomechanizm chorób uwarunkowanych atopi¹. Aktualna wiedza na temat udzia³u IL-4 [1,2,3,4], IL-13 [5] oraz ich receptorów [6] w patogenezie atopowych chorób alergicznych wskazuje na to, e dobrym genem-kandytatem podatnoœci na atopiê/astmê jest gen dla ³añcucha α receptora IL-4, zlokalizowany w obrêbie chromosomu 16 (16p11.2-p12.1) [7], który stanowi kluczowy element odpowiedzi na obie cytokiny. Rola IL-4 i IL-13 w procesach alergicznych Istniej¹ dwa g³ówne komponenty odpowiedzialne za proces produkcji IgE: pierwszym z nich jest sygna³ warunkuj¹cy ró nicowanie komórek Th0 w kierunku Th2, drugim jest wspó³dzia³anie pomiêdzy cytokinami a limfocytami Th2, prowadz¹ce do stymulacji limfocytów B i prze³¹czenia produkcji immunoglobulin w kierunku IgE. Oba komponenty zwi¹zane s¹ bezpoœrednio z IL-4, która dzia³a poprzez swój receptor zlokalizowany m.in. na powierzchni limfocytów B, limfocytach T, komórkach

2 16 Alergia Astma Immunologia 2007, 12(1): prekursorowych szpiku, komórkach tucznych, makrofagach, monocytach, komórkach endothelium i epithelium, fibroblastach, komórkach miêœniowych, komórkach w¹troby oraz komórkach mózgowych. Sama IL-4 produkowana jest przez aktywowane limfocyty Th2, limfocyty Th0, subpopulacje œledzionowych i grasiczych limfocytów T, komórki tuczne, bazofile, eozynofile, komórki NK, komórki oskrzeli, fibroblasty i komórki miêsni g³adkich [8,9]. Cytokina ta dzia³a na ró nych poziomach w czasie trwania odpowiedzi alergicznej. Przede wszystkim reguluje produkcjê IgE, immunoglobuliny G4, indukuje ekspresjê cz¹steczek MHC II klasy, B7, CD40, receptorów o niskim powinowactwie dla IgE (CD23) na limfocytach B i makrofagach, receptora o wysokim powinowactwie dla IgE na komórkach tucznych i bazofilach, stymuluje proliferacjê limfocytów T, B oraz wp³ywa na wzrost wielu komórek mieloidalnych. IL-4 wp³ywa równie na funkcjê wielu cz¹steczek, bior¹cych udzia³ w reakcjach zapalnych, m.in. wykazano, e pod jej wp³ywem nastêpuje zwiêkszona produkcja mrna dla receptora IL-4, zale ne od stymulacji alergenowej produkcja mrna i dojrza³ych protein IL-3, IL-5, IL-13 w hodowlach ludzkich komórkach tucznych [10]. IL-4 hamuje apoptozê limfocytów T i B, apoptozê indukowan¹ antyimmunoglobuln¹, czynnikiem Fas oraz glikokortykosteroidami. IL-2 dzia³a synergistyczne z IL-4, wp³ywaj¹c na produkcjê klonów limfocytów opornych na dzia³anie glikokortykosteroidów, prezentuj¹cych alternatywny wariant receptora glikokortykosteroidowego GCR-β, który jest niezdolny do odpowiedzi na glikokortykosteroidy, wi¹ e natomiast i hamuje funkcjê klasycznego receptora GCR-α [4]. Pewien wplyw IL-4 wywiera równie na funkcjê nab³onka naczyñ poprzez stymulacjê ekspresji czynników ICAM-1 i VCAM-1 i hamowanie E-selektyny [11,12] oraz indukuje ekspresjê chemokin prozapalnych, takich jak eotaksyny 1, 2 i 3, a w obrêbie komórek tucznych uaktywnia syntetazê leukotrienu C4, tym samym wp³ywaj¹c na procesy zapalenia i remodelingu u pacjentów astmatycznych. Dodatkowy mechanizm, przez który IL-4 wp³ywa na obturacjê oskrzeli wystêpuj¹c¹ w astmie oskrzelowej, jest indukcja ekspresji genu mucyny i hipersekrecji œluzu [4]. IL-13 dzia³a synergistycznie w stosunku do IL-4, obie cytokiny wykazuj¹ znaczne podobieñstwo funkcji. Wspólny element, jakim jest IL-4Rα, czyni go idealnym punktem uchwytu dla terapii skierowanej równoczeœnie przeciwko tym dwóm czynnikom. Ze wzglêdu na ma³¹ homologiê strukturaln¹ pomiêdzy IL-4 i IL-13, ma³o prawdopodobne wydaje siê uzyskanie czynnika, który zablokuje obie cytokiny. Ale receptor, wspólny dla obu, mo e byæ blokowany przez pojedynczy inhibitor. Przeciwcia³a skierowane przeciwko IL-4Rα hamuj¹ funkcje obu cytokin [13]. Dzia³anie IL-13 mo na podzieliæ na dwie kategorie: modulacyjn¹, niezale n¹ od IL-4, która przejawia siê przez wp³yw na czynnik transkrypcyjny NF-κB, (reguluj¹cy ekspresjê eozyny i eozynofiliê indukowan¹ IL-5) oraz prozapaln¹ zale n¹ od IL-4, odpowiedzialn¹ za transmigracjê eozynofili [14]. IL-13 wykazuje wiele dzia³añ wspólnych z IL-4. W niektórych sytuacjach logicznym siê wydaje model konkurencyjnego wi¹zania z receptorami powierzchniowymi tych dwóch cytokin, aczkolwiek nie wszystkie komórki, które wi¹ ¹ IL-4, wi¹ ¹ równie IL-13 [15]. Receptory dla IL-13 zosta³y znalezione na wielu komórkach z wyj¹tkiem limfocytów T, dlatego funkcja przekierowania limfocytów Th0 na Th2 jest unikatow¹ zdolnoœci¹ IL-4 [5]. IL-4 wspólnie z IL-13 wp³ywaj¹ równie na funkcje fibroblastów dróg oddechowych oraz stymuluj¹ proliferacjê matrix i miêœniówki g³adkiej [16]. Jednak jedynie IL-13 wp³ywa na w³óknienie subepithelium, mimo e obie cytokiny reguluj¹ produkcjê TGF-β, który aktywuje miofibroblasty, miêœnie g³adkie i mitogeny naczyniowe [17]. W wielu badaniach potwierdzono znacz¹c¹ rolê IL-4, jak¹ odgrywa ona w procesach alergicznych i autoimmunologicznych. Badania prowadzono z u yciem transgenicznych myszy z nadekspresj¹ IL-4 oraz pozbawionych genu dla IL-4, w mysim modelu leiszmaniozy i indukcji tolerancji alogenicznej. Badania u ludzi równie potwierdzaj¹ wa n¹ rolê IL-4 w patogenezie atopii/astmy [18,19]. IL-13, podobnie jak IL-4, jest równie identyfikowana w tkankach zapalnych. Myszy z nadekspresj¹ genu dla IL-13 wykazuj¹ zapalenie eozynofilowe, hypersekrecjê œluzu, w³óknienie dróg oddechowych i niespecyficzn¹ nadreaktywnoœæ dróg oddechowych [20]. W zwi¹zku z licznymi badaniami, dotycz¹cymi tych dwóch cytokin, w oparciu o dotychczasow¹ wiedzê, powsta³a obiecuj¹ca koncepcja, wedle której zablokowanie produkcji IL-4, IL-13 lub ich wi¹zania ze specyficznym receptorem, mia³oby przynieœæ pozytywne efekty terapeutyczne u osób obci¹ onych chorobami alergicznymi. Receptor dla IL-4, budowa i funkcja Podobnie jak w przypadku IL-4, w wielu badaniach potwierdzono istnienie zwi¹zku pomiêdzy wystêpowaniem chorób alergicznych a poziomem ekspresji receptora dla IL-4, który warunkuje dzia³anie tej cytokiny. Receptor dla IL-4 jest heterodimerem zbudowanym z ³añcucha α (CD124) o wysokim powinowactwie oraz wspólnego dla wielu cytokin w rodzinie receptorów hematopoetyn (m.in.: IL-2, IL-7, IL-9, IL-15, IL-21), ³añcucha γ (CD132) typ pierwszy receptora, ulegaj¹cy ekspresji na komórkach hematopoetycznych, lub wspólnego dla IL-13, ³añcucha α1, o niskim powinowactwie lub ³añcucha alfa2 o wysokim powinowactwie typ drugi receptora, prezentowanego na komórkach niehematopoetycznych i hematopoetycznych, z wyj¹tkiem limfocytów T. Typ pierwszy receptora wi¹ e jedynie IL-4, podczas gdy typ drugi wykazuje zdolnoœæ odpowiedzi na obie cytokiny. Oba typy receptorów nale ¹ do I nadrodziny receptorów cytokin, która charakteryzuje siê obecnoœci¹ najmniej jednego regionu CHR, sk³adaj¹cego siê z 2 domen fibronektyny III [21,22]. W obu typach receptorów

3 Danielewicz H, Boznañski A. Rola receptora IL-4 w patogenezie chorób atopowych 17 * Numeracja uwzglêdniaj¹ca bia³ko sygna³owe, zbudowane z 25 aminokwasów kluczow¹ rolê w procesie przekazywania sygna³u odgrywa ³añcuch α IL-4R. Podjednostka IL-13 alfa2 pe³ni prawdopodobnie funkcje regulatorowe [23]. Transdukcja sygna³u, warunkowanego dzia³aniem IL- 4, odbywa siê przez uk³ad kinaz JAK, nale ¹cych do rodziny Src, które powoduj¹ fosforylacjê cz¹steczek sygna- ³owych miêdzy innymi substratów receptorów insulinowych: IRS-1, IRS-2, odpowiedzialnych za regulacjê proliferacji i apoptozy w odpowiedzi na IL-4 oraz cz¹steczek nale ¹cych do rodziny STAT (STAT6), jak równie samego receptora, który nie wykazuje funkcji enzymatycznej. añcuch α receptora IL-4 zwi¹zany jest z kinaz¹ JAK-1 oraz JAK-2, natomiast ³añcuch γ z JAK-3, ³añcuch alfa1 IL-13 zwi¹zany jest z kinaz¹ Tyk2. Istnieje prawdopodobnie funkcjonalny rozdzia³ dwóch œcie ek przekazywania sygna³u w pierwszej fazie reakcji, na STAT6-zale n¹ i IRS-zale n¹ [5]. Sekwencja sygna³owa przebiega nastêpuj¹co: IL-4, wi¹ ¹c siê z receptorem zlokalizowanym w b³onie komórkowej, indukuje hetrodimeryzacjê receptora. Nastêpnie dokonuje siê aktywacja czêœci cytoplazmatycznej receptora, zwi¹zanej z kinazami tyrozynowymi JAK, aktywowanych przez transfosforylacjê, które z kolei odpowiedzialne s¹ za fosforylacjê piêciu reszt tyrozynowych receptora. Miejsca te rozpoznawane s¹ przez domenê SH2 (Src homology 2) cz¹steczki STAT6, równie innych moleku³ zawieraj¹cych domenê SH2 i cz¹steczek wi¹ ¹cych fosforylowane reszty tyrozynowe (PTB). Powstaje kompleks, który aktywowany jest równie przez fosforylacjê. W dalszej kolejnoœci dochodzi do dimeryzacji STAT6, który zostaje przeniesiony w g³¹b j¹dra komórkowego i wi¹ e siê z DNA w obrêbie promotorów genów regulowanych przez IL-4 [20,24]. Badania nad myszami, u których zablokowano gen dla STAT6, dowiod³y, e jest on niezbêdny do indukcji ekspresji genów dla CD23, MHCII, i IL-4R, w odpowiedzi na dzia³anie IL-4. Funkcje regulatorowe w stosunku do uk³adu JAK/STAT pe³ni¹ przede wszystkim specyficzne fosfatazy (SHP-1, SHP-2, SHIP), ³¹cz¹ce siê z odpowiednimi domenami w obrêbie receptora [25]. W obrêbie receptora IL-4, w czêœci cytoplazmatycznej, znajduje siê 5 reszt tyrozynowych: Y497(Y1), Y575(Y2), Y603(Y3), Y631(Y4), Y713(Y5)*, które mo - na przypisaæ najmniej trzem oddzielnym domenom, podlegaj¹cym regulacji przez fosforylacjê. Sekwencje otaczaj¹ce te miejsca wykazuj¹ du ¹ konserwatywnoœæ miêdzygatunkow¹ [26,27]. W obrêbie pierwszej domeny, w regionie , znajduje siê tzw. motyw I4R, homologiczny do miejsca w obrêbie receptora IGF-1, którego zadaniem jest wi¹zanie z czynnikami IRS w obrêbie komórek hematopoetycznych, regulacja proliferacji i apoptozy. Mutacja centralnej tyrozyny tego fragmentu genu powoduje zablokowanie fosforylacji substratów receptorów insulinowych (IRS1), a tym samym hamuje proliferacjê w odpowiedzi na IL-4 [28]. Kolejnymi cz¹steczkami na drodze aktywacji IRS s¹ kinaza fosfatydyloinozytolu 3 oraz kinaza bia³ka aktywowanego mitogenem Ras. Fosforylowane IRS-1 i IRS-2 wchodz¹ równie w interakcjê z cz¹steczk¹ Grb-2, która z kolei wi¹ e siê z cz¹steczk¹ SOS, stanowi¹c¹ aktywator Ras. Funkcje negatywnie reguluj¹ca wobec cz¹steczek IRS pe³ni kinaza Fes, ulegaj¹ca ekspresji w komórkach hematopoetycznych [5]. Sugerowano, e na znacz¹c¹ rolê domeny Y497(Y1) w patogenezie chorób alergicznych, wskazuje zwi¹zek polimorfizmu S503P w obrêbie genu dla ludzkiego IL-4R (który znajduje siê w bezpoœrednim s¹siedztwie) z zapadalnoœci¹ na choroby atopowe i astmê oskrzelow¹ oraz stopniem nadreaktywnoœci oskrzeli. Potwierdza tê sugestiê równie obserwacja dotycz¹ca mysiego receptora, gdzie mutacja Y500F powoduje nasilenie stopnia odpowiedzi alergenowo-specyficznej oraz zapalenia [29]. Druga domena, w regionie , zawiera trzy reszty tyrozynowe: Y575, Y603, Y631, niezbêdne do maksymalnej aktywacji cz¹steczki STAT6, indukowanej IL-4, i ekspresji genu dla CD23. Region ten funkcjonuje niezale nie od motywu I4R, który równie mo e stanowiæ miejsce wspó³dzia³aj¹ce ze STAT6, prawdopodobnie na drodze poœredniej. Druga z tyrozyn Y575 mo e byæ miejscem wi¹ ¹cym STAT6, nawet bez udzia³u pozosta³ych dwóch (Y603, Y631) [30]. W pobli u tego miejsca znajduje siê zwi¹zany z atopi¹ polimorfizm pojedynczego nukleotydu SNP Q576R (Q551R), który zmienia sekwencjê regionu wi¹ ¹cego STAT6 i fosfatazy SHP-1 [31]. Miejsca odpowiedzialne za interakcje ze STAT6 znajduj¹ siê równie w obrêbie promotora genu dla receptora IL-4 [32]. Trzecia z domen, w rejonie koñca COOH receptora, zawiera jedn¹ resztê tyrozynow¹ o funkcji inhibituj¹cej, otoczon¹ tak zwanym regionem bogatym w reszty prolinowe, co wskazuje na obecnoœæ potencjalnego punktu wi¹zania wewn¹trzkomórkowych bia³ek regulatorowych. W regionie tym znajduje siê motyw ITIM (wewn¹trzkomórkowy motyw hamuj¹cy), który stanowi miejsce docelowe dla fosfatazy, zawieraj¹cej resztê SH-2 (SHP-1, SHP-2) lub/i fosfatazy 5 inozytolu (SHIP) rozpoznaj¹cych fosforylowan¹ tyrozynê. Ablacja motywu ITIM prowadzi do nadmiernej proliferacji oraz aktywacji STAT6 pod wp³ywem IL-4 [33]. Wydaje siê, e wszystkie trzy domeny bior¹ udzia³ w regulacji apoptozy, przy czym pierwsza i trzecia s¹ regulatorami pozytywnymi, natomiast druga, zwi¹zana ze STAT6, odpowiedzialna jest za regulacjê negatywn¹. Co wiêcej efekt dzia³ania tych trzech domen sumuje siê i ulega wzajemnym interakcjom [34]. Zrozumienie procesu transdukcji sygna³u przez uk³ad receptorowy ma podstawowe znaczenie dla badañ genetycznych, szczególnie w odniesieniu do mutacji, które powoduj¹ zaburzenia funkcjonalne receptora.

4 18 Alergia Astma Immunologia 2007, 12(1): B³onowa i rozpuszczalna forma receptora IL-4 Receptor dla IL-4 wystêpuje w dwóch formach zwi¹zanej z b³on¹ komórkow¹ oraz wolnej, tzw. rozpuszczalnej (sil-4r), zbudowanej z zewn¹trzkomórkowej czêœci ³añcucha α receptora b³onowego [26,35]. sil-4r jest naturalnie wystêpuj¹cym bia³kiem, produkowanym g³ownie przez komórki T, prawdopodobnie równie przez komórki innego typu. sil-4r znajduje siê w ró nych p³ynach ustrojowych [36]. Rozpuszczalna forma receptora charakteryzuje siê podobn¹ si³¹ wi¹zania jak forma b³onowa. sil-4r pe³ni funkcjê regulatorow¹, o ambiwalentnym charakterze. Opisywane s¹ zarówno w³aœciwoœci antagonizuj¹ce dzia³anie IL-4, na drodze konkurencji z form¹ b³onow¹ receptora [37], jak i promuj¹ce funkcje tej cytokiny, poprzez ochronê przed proteoliz¹ i dziêki w³aœciwoœciom transportowym. IL-4 mo e dysocjowaæ z kompleksu sil-4r/il-4, zachowuj¹c swoj¹ biologiczn¹ aktywnoœæ. W jednym z badañ oceniano efekt sil-4r na funkcjê IL-4 in vivo (myszy), poprzez podanie znakowanych izotopem IL-4 i sil-4r. IL-4 podana do ustroju bez swoistego receptora ulega³a szybkiej biodegradacji i wydaleniu z moczem. Natomiast podanie IL-4 wspólnie z jej rozpuszczalnym receptorem we wzrastaj¹cych stê eniach, skutkowa³o w zale nym od dawki, wzroœcie stê enia IL-4 we krwi oraz jej zmniejszonym wydalaniu z moczem [38]. W badaniu in vitro, wykazano, e w nads¹czach aktywowanych limfocytów T, po poda y rekombinowanej formy sil-4r powstaj¹ kompleksy IL-4/sIL-4R, które uwalniaj¹ woln¹ IL-4 nawet przy d³ugoterminowych hodowlach. Przeciwnie, przy nieobecnoœci sil-4r, IL-4 by³a szybko degradowana [39]. Prawdopodobnie charakter dzia³ania receptora zale y od stosunku stê eñ pomiêdzy IL-4/sIL4R. Przy niskim ilorazie IL-4/sIL-4R, rozpuszczalny receptor dzia³a jako inhibitor, przy wy szych stê eniach IL-4 lub ni szych stê eniach receptora, sekwencja zdarzeñ jest odwrotna [40]. Sprzeczne s¹ równie doniesienia dotycz¹ce genezy receptora. W organizmach zwierzêcych (myszy) powstaje on zarówno na drodze alternatywnego sk³adania exonu 8 genu dla ³añcucha α receptora IL-4, jak i po wp³ywem czêœciowej proteolizy b³onowej formy IL-4R. Pierwsza ze œcie ek, wydaje siê byæ zale na od IL-4 [41,42]. U ludzi s¹dzono, e bardziej prawdopodobna jest droga czêœciowej proteolizy [43]. Mechanizm regulatorowy, który odpowiada za poziom zarówno IL-4R zwi¹zanego z b³on¹ komórkow¹ jak sil-4r mo e dotyczyæ post-translacyjnej obróbki z³o onego mrna lub dzia³ania metaloproteinaz, mo e równie byæ zwi¹zany z nadmiern¹ degradacj¹ receptora lub ró n¹ aktywnoœci¹ form zwi¹zanych z b³ona komórkow¹. Udowodniono jednak istnienie dodatkowego mechanizmu produkcji sil-4r, analogicznego, do tego, jaki obserwuje siê u myszy [35]. Na chwilê obecn¹ nie mo na równie wykluczyæ faktu, e rozpuszczaln¹ formê receptora koduje odmienny od formy b³onowej fragment DNA [44]. Du o typów komórek jest zdolnych do produkcji sil-4r. Wytwarzanie receptora in vitro jest indukowane przez aktywacjê limfocytów T i IL-4.Zdolnoœæ komórek œledziony do produkcji sil-4r oraz poziom sil-4r w surowicy s¹ zdecydowanie podwy szone w czasie aktywacji limfocytów typu Th2. Jednak e produkcja sil-4r przez limfocyty Th2 wydaje siê równie byæ inicjowana przez kontakt komórek na drodze IL-1-zale nej. Obie populacje mysich limfocytów Th1 i Th2 s¹ zdolne do produkcji zarówno b³onowej jak i rozpuszczalnej formy receptora. Jednak za zwiêkszone stê enie sil-4r odpowiada g³ownie subpopulacja limfocytów Th2. Wykazano, e we wczesnej fazie odpowiedzi immunologicznej wystêpuje niski stosunek stê eñ sil-4r/il-4, podczas gdy w na póÿniejszych etapach (w których znacz¹c¹ rolê odgrywaj¹ inne komórki i cytokiny) wzrasta, a sil-4r podejmuje funkcje ujemnie reguluj¹ca dzia³anie IL-4 [45]. Funkcje hamuj¹ce w stosunku do IL-4-zale nej produkcji sil-4r pe³ni interferon-γ oraz interferon-α na drodze postranskrypcyjnej regulacji, poprzez obnizenie stabilnoœæ mrna. Regulacja odbywa siê równie na drodze dzia³ania czynników transkrypcyjnych indukowanych interferonem, m.in. bia- ³ek SOCS/SSI/CIS [46]. Rola, jaka pe³ni INF-γ mo e jednak byæ zale na od czasu dzia³ania. Wykazano, e w odpowiednich warunkach IFN-γ mo e wrêcz zwiêkszaæ ekspresjê mrna dla IL-4Rα [47]. Kruse i wsp. [35] przedstawili strukturê genetyczn¹ sil-4rα. Przypomina ona t¹ obserwowan¹ u myszy. Gen dla IL-4Rα sk³ada siê z 12 exonów oraz 11 intronów. W regionie promotora zidentyfikowano miejsca wi¹ ¹ce czynniki transkrypcyjne, w tym NF kappab, AP-1, NF-AT, CREB, STAT. Odkryto równie w regionie promotora tzw. boksy TATA i 1 intron, w zwi¹zku z czym, prawdopodobne jest istnienie wielu miejsc inicjuj¹cych transkrypcjê w obrêbie promotora, podobnie jak w organizmach mysich. Poniewa wiadomo, e produkcja mysiego IL-4Rα jest indukowana przez czynnik STAT6, który u myszy wi¹ e siê z miejscem w obrêbie promotora, poszukiwania analogicznej regulacji u ludzi, doprowadzi³y do odkrycia miejsca w pozycji 4959 intronu 2, co sugeruje nieco inn¹ drogê transkrypcji ni u myszy. Badania Schauera [48] wykaza³y, e u dzieci z astm¹ oskrzelow¹ oraz z ostrymi infekcjami dróg oddechowych, poziom sil-4r w surowicy jest znacznie obni ony. Autor jednak, wspieraj¹c siê badaniem w grupie obci¹ onych atopi¹ noworodków, gdzie nie wykaza³ istotnych ró nic w poziomie sil4r, wnioskowa³, e spadek stê enia sil-4r zwi¹zany jest raczej z zapaleniem w drogach oddechowych, ni ze statusem atopii. Równie w polskim badaniu [49] potwierdzono ró nice w poziomie sil-4r miêdzy osobami atopowymi i nieatopowymi, mimo, e nie uda³o siê wykazaæ takiej zale noœci dla IL-4 i IL-5.

5 Danielewicz H, Boznañski A. Rola receptora IL-4 w patogenezie chorób atopowych 19 Zastosowanie terapeutyczne rekombinowanej formy receptora dla IL-4 Nie ulega w¹tpliwoœci, e poczyniono udane próby zastosowania rekombinowanej formy rozpuszczalnego receptora dla IL-4 (rsil4r) w leczeniu astmy oskrzelowej. Rekombinowany wariant zbudowany jest jedynie z czêœci zewn¹trzkomórkowej, nie posiada czêœci wewn¹trzb³onowej i cytoplazmatycznej. W badaniach in vitro u myszy z wykorzystaniem hodowli limfocytów B oraz mysiej, rekombinowanej formy receptora IL-4 oraz IL-1, wykazano hamuj¹cy wp³yw cz¹steczki sil-4r na proliferacjê limfocytów B oraz ich ró nicowanie, definiowane jako sekrecja IgG1, IgE, ekspresja CD23. Dzia³anie rsil-4r by³o specyficzne dla IL-4, nie wykazano dzia³ania zale nego od IL-1, podobnie jak sil-1r nie wp³ywa³ na funkcje mediowane przez IL-4. W badaniach in vitro uzyskano równie zale ne od dawki zahamowanie proliferacji limfocytów T [50]. Przeprowadzono kilka eksperymentów in vitro, dotycz¹cych atopowego zapalenia skóry. Komórki jednoj¹drowe krwi obwodowej, pochodz¹ce od pacjentów z ciê kim atopowym zapaleniem skóry, poddano inkubacji z klinicznie istotnym dla nich alergenem. Dodatek sil-4r do hodowli silnie hamowa³ lub redukowa³ proliferacjê limfocytów. Podobn¹ d³ugoterminow¹ hodowlê za³o ono w celu analizy produkcji immunoglobulin. Tym razem poddano inkubacji limfocyty z alergenami roztoczy kurzu domowego, co skutkowa³o zwiêkszon¹ produkcj¹ IgE, IgG, IgM w 14 dniu hodowli. sil-4r dodano w 0 dniu hodowli i jego obecnoœæ potwierdzono przez ca³y okres trwania hodowli. Rekombinowany receptor blokowa³ alergenowoswoist¹ produkcje wszystkich trzech typów immunoglobulin, w najwy szym stopniu IgG [51]. Efekt jak uzyskuje siê przy u yciu sil-4r jest analogiczny do tego, jaki obserwuje siê przy zastosowaniu przeciwcia³ skierowanych przeciwko IL-4. Do zahamowania produkcji IgE wymagane s¹ wiêksze stê enia sil-4r/anty-il-4, ni do blokady IgG1. Poniewa prze³¹czanie klas immunoglobulin odbywa siê wed³ug klucza: IgM do IgG, a nastêpnie do IgE, wa nym wydaje siê stosowanie inhibicji IL-4 na wczesnych etapach odpowiedzi alergicznej. Komórki B ju produkuj¹ce alergenowi-specyficzne IgE nie s¹ wra liwe na dzia³anie sil-4r. Na chwilê obecn¹ wydajê siê, e raz rozpoczêty proces sensytyzacji, jest oporny na ten rodzaj terapii [44]. W badaniach in vivo potwierdzono hamuj¹cy wp³yw blokady systemu receptorowego IL-4/IL-13 na rozwój I typu odpowiedzi alergicznej. Antagonistyczny mutant IL-4 hamowa³ alergenowo-swoist¹ produkcjê IgE i IgG1 i ta inhibicja zapobiega³a rozwojowi objawów alergicznych w czasie lokalnej i systemowej prowokacji alergenowej [52]. W badaniach in vivo u myszy wykazano, e sil-4r hamuje produkcjê IgE do poziomu 85% w terapii anty- IgD. Przy poda y zewnêtrznej razem z egzogenn¹ IL-4 efekt hamuj¹cy lub stymuluj¹cy produkcjê IgE, zale ny by³ od stê eñ obu czynników. Rekombinowany sil-4r nie amplifikowa³ jednak dzia³ania endogennej IL-4 [53]. sil-4r hamuje równie produkcjê IgE i nadwra liwoœæ oskrzeli, je eli jest podawany w czasie ekspozycji na alergen [54]. Badania przynios³y zachêcaj¹ce rezultaty w mysich modelach astmy oskrzelowej, gdzie uzyskano znacz¹cy spadek nasilenia zapalenia alergicznego, mierzonego m.in. poziomem eozynofilii w drogach oddechowych [55]. W eksperymencie z udzia³em pacjentów z rozpoznan¹ ³agodn¹ astm¹ oskrzelow¹ badano wp³yw sil-4r na proliferacje i apoptozê limfocytów T, po segmentowej prowokacji alergenowej, w czasie ekspozycji na sil-4r. Wykazano zahamowanie proliferacji limfocytów, bez wp³ywu na ywotnoœæ komórek oraz ich apoptozê, mimo, e obserwowano spadek ekspresji antyapototycznego czynnika Bcl-2. Co wiêcej sil-4r hamowa³ produkcjê IL-5 i IL-13, poprzez zahamowanie aktywnoœci metabolicznej dojrza³ych limfocytów Th2. Nie wykazano natomiast wp³ywu sil-4r na ró nicowanie limfocytów T0 w kierunku Th1 lub Th2, przekierowanie Th2 na Th1 oraz ekspresje IFN-γ [56]. Podjêto równie próbê stworzenia modelu astmy ³¹cz¹cego w sobie badanie na ludzkich komórkach in vitro oraz na mysim modelu in vivo. W tym celu wykorzystano humanizowan¹ mysz SCID. Transfer ludzkich komórek jednoj¹drowych do organizmów mysich w po³¹czeniu z ekspozycj¹ alergenow¹ skutkowa³ produkcj¹ alergenowo-swoistych ludzkich immunoglobulin E. Nastêpnie analogicznie jak w poprzednich badaniach podano rekombinowany receptor dla IL-4. sil-4r zastosowany równoczeœnie z ekspozycj¹, hamowa³a produkcjê IgE, natomiast rezultaty by³y odmienne, gdy sil-4r stosowano, gdy limfocyty produkowa³y ju specyficzne IgE [57]. Trwaj¹ce obecnie próby klinicznego stosowania rsil- 4R u chorych z astm¹ oskrzelow¹ przynosz¹ zadowalaj¹ce wyniki. Pojedyncza dawka rsil-4r zabezpiecza chorego przed pogorszeniem parametrów czynnoœciowych uk³adu oddechowego, wywo³anych odstawieniem wziewnych glikokortykosteroidów, jest dobrze tolerowana i mo e byæ stosowana raz na tydzieñ [58]. W innym badaniu wykazano, e cotygodniowe inhalacje leku w czasie 12- tygodniowej obserwacji wp³ywaj¹ korzystnie na kontrolê astmy, mierzon¹ zarówno spadkiem reaktywnoœci na metacholinê jak i stê eniem wskaÿników zapalenia takich jak NO, svcam-1 i ECP [59].

6 20 Alergia Astma Immunologia 2007, 12(1): Piœmiennictwo 1. Paul WE. Interleukin 4: a prototypic immunoregulatory lymphokine. Blood. 1991; 77: Boznañski A, Willak-Janc E, Kajderowicz M. The detection of mrna for IL-4, IL-13 in PHA stimulated perypherial blood lymphocytes from children with atopic diseases. Allergy. 1995; 50(Suppl.26): 148. Abstracs XVI European Congress of Allergology and Clinical Immunology Madrid, Boznañski A, Willak-Janc E, Pacholczyk R. The influence of immunotherapy on mrna for IFN-gamma expression and the INF-gamma serum level in children with allergic diseases. Allergy. 1997; 52(Suppl.37): 218. Abstracts The Annual Meeting of the European Academy of Allergology and Clinical Immunology, Rhodes, Steinke JW, Borish L. Th2 cytokines and asthma. Interleukin 4: its role in the pathogenesis of asthma, and targeting it for asthma treatment with interleukin 4 antagonists. Respir Research. 2001; 2: Hershey K. IL13 receptors and signaling pathways. An evolving web. J Allergy Clin Immunol. 2003; 111: Ryann JJ. Interleukin 4 and its receptor: essential mediators of the allergic response. J Allergy Clin Immunol.1997; 99: Pritchard MA, Baker E, Whitmore SA, Sutherland GR i wsp. The interleukin-4 receptor gene (IL4Ra) maps to 16p p12.1 in the human and to the distal region of mouse chromosome 7. Genomics. 1991; 10: Bullens DMA, Rafiq K, Kasran A i wsp. Naive human T cells can be a source of IL-4 during primary immune response. Clin Exp Allergy. 1999; 118: Kay AB, Gelfand EW, Smith LJ i wsp. Matural history of asthma from childhood to adulthood. Clin Exp Allergy Review. 2002; 2: Tashimoto H, Ebisawa M, Hasegawa T i wsp. Reciprocal regulation of cultured human mast cell cytokine production by IL-4 and IFN gamma. J Allergy Clin Immunol. 2000; 106(1): Bennet BL, Cruz K, Lacson RG i wsp. IL-4 suppression of TNF alpha stimulated E-selektin gene transcription is mediated by STAT6 antagonism of NF-kappa B, J Biol Chem. 1997, 272: Palmer-Crocker R, Hughes C, Pober J i wsp. IL-4 and IL-13 activate the JAK2 tyrosine kinase and Stat6 in cultured human vascular endothelial cells through a common pathway that dose not involve the gamma chain. J. Clin Investigation. 1996; 3: Mueller TD, Zhang JL, Sebald W i wsp. Structure, binding and antagonists in the IL-4/IL-13 recptor system. Biochimica et Biophisica Acta. 2002; 1592: Webb DC, McKenzie A, Koskinen A i wsp. Integrated Signals Between IL-13, IL-4, and IL-5 Regulate Airway Hyperactivity. J Immunol. 2000; 165: Vita N, Lefort S, Caput D i wsp. Characterisation and comparison of the interleukin 13 receptor with the interleukin 4 receptor on several cell types. J Biolog Chemistry. 1995; 270: Hashimoto S, Yasuhiro G, Takeshita I i wsp. IL-4 and IL-13 induce myiofibroblastic phenotype of human lung fibroblast through c-jun NH-2 terminal kinase-dependent pathway. J Allergy Clin Imunnol. 2001; 107: Richter A, Puddicombe SM, Lordan JL i wsp. The contribution of IL-4 and IL-13 to the epithelial-mesenchymal trophic unit in asthma. Am J Respir Cell Mol.Biol. 2001; 25: Gosset P, Lamblin-Degros C, Tillie-Leblond I i wsp. Modulation of high-affinity IgE receptor expression in blood monocytes: opposite effect of IL-4 and glucocorticoids. J Allergy Clin Immunol. 2001; 107: Kimura M, Tsuruta S, Yoshida T i wsp. IL-4 production by PBMCs on stimulation with mite allergen is correlated with the level of serum IgE antibody against mite in children with bronchial asthma. J Allergy Clin Immunol. 2000; 105: Borish L, Stienke J. Cytokines and chemokines. J Allergy Clin Immunol. 2003; 11: Zhang JL, Buehner M, Sebald W i wsp. Functional epitope of common gamma chain for IL-4 binding. Eur J Biochem. 2002; 269: Bazan JF. Structural design and molecular evaluation of a cytokine receptor superfamily. Proc Natl Acad Sci USA. 1990; 87: Hilton DJ, Zhang JG, Metcalf D i wsp. Cloning and characterisation of a binding subunit of the intrleukin 13 receptor that is also a component of the intrleukin 4 receptor. Proc Natl Acad Sci USA. 1996; 93: Palmer-Crocker R, Hughes C, Pober J i wsp. IL-4 and IL-13 activate the JAK2 tyrosine kinase and Stat6 in cultured human vascular endothelial cells through a common pathway that dose not involve the gamma chain. J Clin Investigation. 1996; 3: Hua Huang, Paul WE. Protein Tyrosine Phosphatase Activity Is Required for IL-4 Induction of IL-4 Receptor alpha-chain. J Immunol. 2000; 164: Mosley B, Beckmann P, Marh CJ i wsp. The murine IL-4 receptor: molecular cloning and characterisation of secreted and membrane bound forms. Cell. 1989; 59: Nelms K, Keegan AD, Zamorano H. The IL-4 receptor: signaling, mechanism and biological functions. Ann Rev Immunology. 1999; 14: Wang HY, Zamorano J, Keegan A i wsp. A role for the insulininterleukin (IL)-4 receptor motif of the IL-4 receptor alpha chain in regulating activation of the insulin receptor substrate 2 and signal transducer and activator of transcription 6 pathways. J Biolog Chemistry. 1998; 273: Blaeser F, Bryce PJ, Nga Ho i wsp. Targeted Inactivation of the IL-4 Receptor Chain I4R Motif Promotes Allergic Airway Inflammation J Exp Med. 2003; 198: Ryan JJ, McReynolds LJ, Hua Huang i wsp. Characterisation of a Mobile Stat6 Activation Motif in the Human IL-4 Receptor.Laboratory of Immunology, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institutes of Health, Bethesda, MD J Immunology. 1998; 161: Wang HY, Shelburne CP, Zamorano J i wsp. Cutting edge: Effects of an Allergy-Associated Mutation in the Human IL-4R gene on Human IL-4-Induced signal Transduction. J Immunol. 1999; 162: Kotanides H, Reich NC. Interleukin-4-induced STAT6 recognizes and activates a target site in the promoter of the interleukin-4 receptor gene. J Biol Chem. 1996; 11(271): Kashiwada M, Giallourakis CC, Ping-Ying Pan i wsp. Immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif of the IL-4 receptor associates with SH2-containing phosphatases and regulates IL-4-induced proliferation. J Immunol. 2001; 167:

7 Danielewicz H, Boznañski A. Rola receptora IL-4 w patogenezie chorób atopowych Zamorano J, Keegan AD. Regulation of apoptosis by tyrosinecontaining domains of IL-4R alpha: Y497 and Y713, but not the STAT6-docking tyrosines, signal protection from apoptosis. J Immunol. 1998; 161: Kruse S, Forster J, Kuehr J i wsp. Characterisation of the membrane-bound and a soluble form of human IL-4 receptor alpha produced by alternative splicing. Inter Immunol. 1999; 11: Benson M, Strannwgard IL, Wennergen G i wsp. Increase of the soluble IL-4 receptor (IL-4sR) and positive correlation between IL-4sR and IgE in nasal fluids from school children with allergic rhinitis. Allergy Asthma Protc. 2000; 21(2): Gessner A, Schroppel K, Will A i wsp. Recombinant soluble interleukin-4 (IL-4) receptor acts as an antagonist of IL-4 in murine cutaneus leishmmaniasis. Infections and Immunity. 1994; 62(10): Ma Y, Hurst HE, Fernandez-Botran R i wsp. Soluble cytokine receptors as carrier proteins: effects of soluble interleukin-4 receptor on the pharmacokinetics of murine interleukin-4. J Pharmacol Exp Ther. 1996; 279(1): Jung T, Wagner K, Neumann C i wsp. Enhancement of human IL-4 activity by soluble IL-4 receptors in vitro. Eur J Immunol. 1999; 29(3): Benson M, Ander M, Cardell LO i wsp. Cytokines and cytokine recptors in allergic rhinitis: how do they relate to Th2 hypothesis in allergy? Clin Exper Allergy. 2001; 31: Blum H, Wolf M, Enssle K i wsp. Two distinct stimulus dependent pathways lead to the production of the soluble IL-4 receptor. J Immunol. 1996; 157: Chilton PM, Fernandez-Botran R. Regulation of the expression of soluble and membrane forms of the murine IL-4 receptor. Cell Immunol. 1997; 180: Idzderda RL, March CJ, Mosley B i wsp. Human interleukin 4 receptor confers biological responsiveness and defines a novel receptor family. J Exp Med. 1990; 171: Renz H. Soluble interleukin 4 receptor (sil-4r) in allergic diseases. Inflamm Res. 1999; 48: Fernnnnandez-Botran R, Chilton PM, Ma Y i wsp. The production of soluble interleukin 4 receptors is preferentially regulated by the murine TH2 cell subset. Cytokine. 1997; 9: Eui-Young S, Hyun-Hee P, Choong-Eun L i wsp. IFN-gamma and IFN-alpha posttranscriiptionally down-regulate the IL-4- induced IL-4 receptor gene expression. J Immunol. 2000; 165: Yamamoto S, Kobayashi I, Tsuji K, Upregulation of interleukin- 4 receptor by interferon-gamma: enhanced interleukin-4-induced eotaxin-3 production in airway epithelium. Am J Respir Cell Mol Biol. 2004; 31: Schauer U, Schmitt M, Muller S. Soluble interleukin 4 receptor in atopic children. Int Arch Allergy Immunol. 1995; 108: Rymarczyk B, Brzoza Z, Grzanka A, Rogala B. Analiza rodzinnego wystêpowania cech atopii i wybranych parametrów immunologicznych u chorych na astmê oskrzelow¹-doniesienie wstêpne. Alergia Astma Immunologia. 2002; 7: MaliszewskiCR, Sato TA, Vanden Boss i wsp. Cytokine receptors and B cell functions: I Recombinant soluble receptors speciffically inhibit Il-1 and IL-4 induced B cell activities in vitro. J Immunol. 1990; 144: Nasert S, Millner M, Enssle KH i wsp. Differential modulation of T cell functions by soluble IL-4R (sil-4r) in two cases of severe atopic dermatitis. Pediatr Allergy Immunol. 1996; 7: Grunewald SM, Werthmann A, Schnarr B i wsp. An antagonistic IL-4 mutant prevents type I allergy in the mouse: inhibition of the IL-4/IL-13 receptor system completely abrogates humoral immune response to Allergen and development of allergic symptoms in vivo. J Immunol. 1998; 160: Sato TA, Widmer MB, Finkelman FD, i wsp. Recombinant soluble murine IL-4 receptor can inhibit or enhance IgE response in vivo. J Immunol. 1993; 150: Renz HK, Bradley K, Enssle JE i wsp. Prevention of the development of immediate hypersensitivity and airway hyperesponsivness following in vivo treatment with soluble IL-4 receptor. Int Arch Allergy Immunol. 1996, 109: Henderson WR, Chi EY, Maliszewski CR i wsp. Soluble IL-4 receptor inhibits airway inflammation following allergen challenge in a mouse model of asthma. J Immunol. 2001; 164: Enelow R, Baramki DF, Borrish LC i wsp. Inhibition of effector T lymphocytes mediated through antagonism of IL-4. J Allergy Clin Immunol. 2004; 113: Herz U, Schnoy N, Borelli S i wsp. A human SCID-mouse model for allergic immune responses: bacterial superantigen enhances skin infalmation and supress IgE production. I Invest Dermatol. 1998; 110: Borish LC, Nelson HS, Lanz MJ i wsp. IL-4 receptor in moderate atopic asthma. A phase I/II randomised, placebo controlled trial. Am J Respir Crit Care Med. 1999; 160: Borish LC, Nelson HS, Corren J. Efficacy of soluble IL-4 receptor treatment of adults with asthma. J Allergy Clin Immunol. 2001; 107: