Fraktalkina budowa, własności i biologiczna rola

Transkrypt

1 Fraktalkina budowa, własności i biologiczna rola 253 Fraktalkina budowa, własności i biologiczna rola PIOTR OWŁASIUK, JOANNA M. ZAJKOWSKA 3, MAŁGORZATA PIETRUCZUK 2, SŁAWOMIR A. PANCEWICZ 3, TERESA HERMANOWSKA-SZPAKOWICZ 3 Szpital Wojewódzki w Łomży, Oddział Obserwacyjno-Zakaźny z Pododdziałem Obserwacyjno-Zakaźnym Dziecięcym, kierownik Oddziału: lek. med. P. Radom; 2 Samodzielny Publiczny Zakład Opieki Zdrowotnej w Sokółce, Oddział Internistyczno-Kardiologiczny, kierownik Oddziału: lek. med. J. Sudnik; 3 Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, Klinika Chorób Zakaźnych i Neuroinfekcji, kierownik Kliniki: dr hab. med. S.A. Pancewicz Fraktalkina budowa, własności i biologiczna rola Owłasiuk P., Zajkowska J.M. 3, Pietruczuk M. 2, Pancewicz S.A. 3, Hermanowska-Szpakowicz T. 3 Szpital Wojewódzki w Łomży, Oddział Obserwacyjno-Zakaźny z Pododdziałem Obserwacyjno-Zakaźnym Dziecięcym; 2 SP ZOZ w Sokółce, Oddział Internistyczno-Kardiologiczny; 3 Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, Klinika Chorób Zakaźnych i Neuroinfekcji Chemokiny, jako czynniki chemotaktyczne, znane były już w latach 70. ubiegłego stulecia, jednak dopiero rozwój biologii molekularnej, genetyki oraz immunologii, jaki dokonał się w ciągu ostatnich lat, umożliwia odkrywanie coraz to nowych cząsteczek, poznawanie ich struktury chemicznej oraz zrozumienie pełnionych przez nie funkcji. Fraktalkina (Fkn, CX3CL) jest jedyną w swoim rodzaju chemokiną, należącą do grupy CX3C chemokin, i będącą jej jedyną przedstawicielką. Występuje w postaci związanej z błoną komórkową oraz jako forma rozpuszczalna. Na komórki docelowe oddziałuje poprzez receptor CX3CR związany z białkiem G. Polimorfizm receptora CX3CR warunkuje zmienną zdolność wiązania Fkn, a co za tym idzie zmienne ryzyko zachorowania na poszczególne jednostki chorobowe. Unikalny charakter tej cząsteczki warunkują pełnione przez nią funkcje. Jest ona nie tylko czynnikiem chemotaktycznym, lecz pełni również rolę cząsteczki adhezyjnej, uczestnicząc w ten sposób w adhezji i migracji leukocytów, wykazuje właściwości cytotoksyczne, wpływa na uwalnianie cytokin, cząsteczek adhezyjnych, wolnych rodników tlenowych, inos i apoptozę komórek. Jak najszersze poznanie tej chemokiny jest nie tylko warunkiem zrozumienia patomechanizmów wielu chorób autoimmunologicznych, zapalnych czy też rozrostowych, lecz prowadzi przede wszystkim do możliwości wykorzystania Fkn, jej receptora czy też przeciwciał przeciwko nim skierowanych do nowatorskiego leczenia wymienionych schorzeń. Słowa kluczowe: fraktalkina, CX3CL, chemokiny Pol. Merk. Lek., 2009, XXVI, 53, 253 Fractalkine structure, functions and biological activity Owłasiuk P., Zajkowska J.M. 3, Pietruczuk M. 2, Pancewicz S.A. 3, Hermanowska-Szpakowicz T. 3 Regional Hospital in Lomża, Poland, Department of Infectious Diseases; 2 Independent Public Healthcare Facility in Sokólka, Poland, Departament of Cardiology and Internal Medicine; 3 Medical University of Bialystok, Poland, Departament of Infectious Diseases and Neuroinfections Although chemokines, as chemotactic factors, were already known in 70 s of the past century, it was only the progress in molecular biology, genetics and immunology which occurred in the past few years that opened the way to discover new molecules, their chemical structure and biological functions. Fkn (fractalkine, CX3CL) is a unique chemokine and the only representative of CX3C group. It exists as a membrane-bound and soluble form. It interacts with cells expressing CX3CR, a G-coupled protein receptor. The polymorphism of CX3CR gene modulates Fkn affinity to its receptror, which influences the risk of development and progression of various diseases. Its unique character is determined by its functions. Fkn is not only a chemotactic factor, but it also participates in leukocyte trafficking, adhesion and cytotoxic activities, modulates expression of cytokines, adhesion molecules, free oxygen radicals, inos and influences apoptosis. Its elucidation should not only help understanding of molecular events occurring in many autoimmune inflammatory, neoplasmatic diseases, but would allow to use Fkn, its receptor, or anti-fkn antibodies in treatment of those diseases. Key words: fractalkine, CX3CL, chemokines Pol. Merk. Lek., 2009, XXVI, 53, 253 Chemokiny, czyli cytokiny chemotaktyczne (ang. chemoattractant cytokines), to stale powiększająca się rodzina strukturalnie powiązanych ze sobą cząsteczek, które regulują aktywację, migrację i adhezję leukocytów. Termin ten został wprowadzony do nomenklatury 4 lat temu, od tego czasu opisano około 50 chemokin ludzkich. Pod względem budowy podzielono je na 4 grupy, w zależności od położenia dwóch pierwszych z czterech reszt cysteinowych wchodzących w skład cząsteczki. Są to grupy C ( ), CC ( ), CXC ( ) oraz najnowsza grupa CX3C ( ), gdzie C to cysteina, a X inna reszta aminokwasowa. W grupie C brak jest i 3 cysteiny w typowej strukturze chemokinowej, w grupie CC dwie reszty cysteinowe sąsiadują ze sobą bezpośrednio, w grupie CXC oddziela je jedna reszta aminokwasowa, w grupie CX3C dwie reszty cysteinowe oddzielone są od siebie trzema innymi resztami aminokwasowymi. Chemokiny, pod względem czynnościowym można podzielić na: indukowane wytwarzane po aktywacji przez antygen lub cytokiny, oraz konstytutywne wytwarzane stale, w sposób niezależny od stanu zapalnego, regulujące recyrkulację komórek układu immunologicznego [0]. Chemokiny oddziałują na komórki docelowe poprzez błonowe receptory związane z białkiem G. FRAKTALKINA Fraktalkina (Fkn, CX3C L), po raz pierwszy opisana w 997 roku przez Bazana i wsp., jest jedynym dotychczas poznanym przedstawicielem chemokin grupy CX3C [3]. Gen kodujący Fkn w genomie człowieka jest zlokalizowany razem z genami kodującymi MDC i TARC w obrębie chromosomu 6q3. Fraktalkina, w odróżnieniu od większości chemokin, nie jest wytwarzana w leukocytach, lecz głównie w obrębie komórek śródbłonka naczyń oraz komórek nerwowych. Obecność mrna dla Fkn wykazano w obrębie licznych na-

2 254 P. Owłasiuk i wsp. rządów, tj. w obrębie serca, nerek, wątroby, płuc, nadnercza oraz mózgu. Przy czym ekspresja Fkn w mózgu jest większa niż w innych wymienionych narządach. Potwierdzono występowanie Fkn na powierzchni komórek endotelialnych, epitelialnych oraz komórek mięśni gładkich naczyń, keratynocytów, komórek dendrytycznych OUN i skóry oraz neuronów [20, 3]. Ekspresja postaci błonowej Fkn jest pobudzana przez cytokiny prozapalne, tj. TNF-, IL-, IFN- oraz lipopolisacharydy (LPS) poprzez aktywację czynnika jądrowego NF- B [3, 33]. Do czynników hamujących wytwarzanie i powierzchniową ekspresję Fkn należą sil-6r, 5dPGJ2 oraz hipoksja. Heparyna, mitramycyna A i resweratrol poprzez zróżnicowane mechanizmy również prowadzą do obniżenia ekspresji Fkn (ryc. ) [4, 3, 7]. Ryc.. Czynniki i mechanizmy wpływające na ekspresję błonowej postaci fraktalkiny. IFN- interferon, IL- - interleukina-, LPS - lipopolisacharyd bakteryjny, TNF- czynnik martwicy nowotworów, JAK kinaza Janus, STAT układ transduktorów sygnału i aktywatorów transmisji, NF- B czynnik jądrowy B, sil-6r rozpuszczalny receptor dla interleukiny 6, 5d-PGJ 5d prostaglandyna J Fig.. Factors and pathways affecting expression of membrane-bound form of fractalkine. IFN interferon, IL- interleukin-, LPS lipopolysaccharide, TNF- tumor necrosis factor, JAK Janus kinase, STAT signal transducer and activator of transcription, NF- B nuclear factor B, sil-6r soluble IL-6 receptor, 5d-PGJ 5d prostaglandin J W tym samym roku, w którym opisana została Fkn, zidentyfikowano również receptor V28 jako jej receptor i zgodnie z nomenklaturą nazwano CX3CR. Jego gen kodujący zlokalizowany jest w obrębie chromosomu 3q2. Obecność receptora CX3CR wykazano na powierzchni monocytów/makrofagów, niemal wszystkich limfocytów NK, limfocytów T (CD4+ około 8%, CD8+ około 4%), neutrofilów, komórek tucznych, płytek krwi, komórek mięśni gładkich naczyń oraz komórek dendrytycznych, neuronów i komórek mikrogleju [0, 6, 25, 29]. Limfocyty CD4+ (Th) i CD8+ (Tc) wraz z receptorem CX3CR w większości wykazują także obecność receptorów CCR5, nie stwierdza się natomiast na ich powierzchni receptora CXCR3. Świadczy to o częściowej ich przynależności do subpopulacji limfocytów odpowiedzi immunologicznej Th -zależnej. Ponadto ekspresja receptora CX3CR na limfocytach CD4+ pokrywa się z ekspresją antygenu HLA- DR [0]. Większość komórek wraz z receptorem CX3CR ma liczne wewnątrzkomórkowe ziarnistości cytoplazmatyczne zawierające perforyny i granzymy (proteazy), co wiąże się z aktywnością cytotoksyczną tychże komórek. Zarówno w badaniach na modelu zwierzęcym, jak i na komórkach ludzkich został potwierdzony polimorfizm genu kodującego receptor CX3CR. Wykazano występowanie dwóch różnych alleli tego genu V249I oraz T280M, które determinują polimorfizm receptora, a co za tym idzie jego odmienne właściwości. Stwierdzono m.in., że postać receptora CX3CR-M280 wykazuje mniejszą zdolność wiązania Fkn [23]. Barlic i wsp., na modelu zwierzęcym wykazali, że IL-5 hamuje in vivo i in vitro, a IL-2 indukuje in vitro ekspresję receptora CX3CR [2]. BUDOWA Fraktalkina występuje w postaci związanej z błoną komórkową oraz jako postać rozpuszczalna. Postać błonowa jest wielodomenową cząsteczką (podobnie jak CXCL6), zbudowaną z 373 reszt aminokwasowych. N-końcowy, zewnątrzkomórkowy odcinek tworzy 76-aminokwasową część chemokinową, z charakterystycznym dla tej grupy fragmentem CX3C, który odpowiada za wiązanie, adhezję i aktywację komórek docelowych. W dalszej kolejności znajduje się 24-aminokwasowy mucyno-podobny trzon, który oddala część chemokinową od powierzchni komórki. Funkcjonalnie, wykazuje on podobieństwo do części rdzeniowej selektyn. Kolejne fragmenty stanowią: 9-aminokwasowa część przezbłonowa i C- końcowy, wewnątrzkomórkowy odcinek zbudowany z 37 reszt aminokwasowych [3, 9, 5]. Liu i wsp, w badaniach prowadzonych in vitro na komórkach ludzkich: ECV-304 (o charakterystyce komórek endotelialnych i epitelialnych) i fibroblastach COS-7, wykazali, że poza ekspresją na powierzchni komórki CX3CL, chemokina ta obecna jest także w obszarze wewnątrzkomórkowym, zlokalizowanym okołojądrowo, najprawdopodobniej w krążących ednosomach. Ponadto, stwierdzili oni, że Fkn przy udziale SNARE, aktywnie krąży pomiędzy tymi przedziałami [9]. Badania te były podstawą do poznania procesu biosyntezy Fkn. Pierwotnie powstaje ona w postaci wewnątrzkomórkowego, nieaktywnego prekursora, który ulega szybkiemu przekształceniu (głównie poprzez glikozylację) w postać dojrzałą o masie 00 kda. W tej postaci, jako glikoproteina, transportowana jest do błony komórkowej. Tam, poddawana działaniu metaloproteinaz (MMPs), uwalnia się w postaci wolnych cząsteczek o masie 85 kda. Proces ten w warunkach fizjologicznych zachodzi pod wpływem ADAM0, natomiast po indukcji, w znacznej mierze, wskutek działania TACE (TNF converting enzyme, ADAM7). TACE jest enzymem biorącym udział w uwalnianiu postaci rozpuszczalnych również innych cząsteczek, w tym TNF-, TNFR I i II, TGF-, L-selektyny, M-CSFR. Postać rozpuszczalną Fkn tworzy zewnątrzkomórkowa część chemokinowa wraz z fragmentem mucyno-podobnym. W obrazie mikroskopu elektronowego tworzy ona obraz główki o średnicy 3 nm i ogona o długości 26 nm [, 5]. MECHANIZM DZIAŁANIA Aktywność adhezyjna Chemokiny oraz cząsteczki adhezyjne regulują migrację poszczególnych grup leukocytów do różnych przedziałów zdrowych i/lub uszkodzonych tkanek. Pierwszy etap migracji (w klasycznej drodze) zależy od interakcji selektyn zlokalizowanych na powierzchni leukocytów, toczących się wzdłuż ściany naczynia, z ich ligandami obecnymi na komórkach śródbłonka naczyń. Następnie, integryny zlokalizowane na błonie komórkowej leukocytów ulegają aktywacji przez wytwarzane miejscowo chemokiny i wiążą się z cząsteczkami adhezyjnymi na powierzchni komórek endotelialnych. Dochodzi do związania leukocytu z komórką śródbłonka, a następnie silnej ich adhezji. W dalszej kolejności, po aktywacji wielu wewnątrzkomórkowych procesów, do zmiany konformacji

3 Fraktalkina budowa, własności i biologiczna rola 255 cytoszkieletu komórek endotelium, rozluźnienia połączeń międzykomórkowych i przechodzenia leukocytu pomiędzy komórkami śródbłonka do otaczających tkanek (diapedezy). Do momentu identyfikacji Fkn uważano, że wszystkie chemokiny działają poprzez opisaną wyżej integryno-zależną drogę migracji. Postać błonowa Fkn, której cześć chemokinowa jest prezentowana na szczycie mucyno-podobnego trzonu, sama funkcjonuje jako cząsteczka adhezyjna i bierze udział we wszystkich etapach migracji, natomiast postać rozpuszczalna wykazuje, podobnie jak inne chemokiny, silne działanie chemotaktyczne (migracja zależna od Fkn). W warunkach fizjologicznego przepływu, leukocyty mające na swojej powierzchni receptor CX3CR łączą się w sposób selektywny z domeną chemokinową postaci błonowej Fkn występującej na komórkach śródbłonka. Dochodzi do ich związania, silnej adhezji tych komórek, a następnie przechodzenia leukocytu przez ścianę naczynia zgodnie z gradientem stężeń chemokiny. Migracja odbywa się w sposób niezależny od selektyn i integryn i nie wymaga przewodzenia sygnału przez receptor powierzchniowy. Obecność fragmentu mucyno-podobnego oraz jego długość wpływa znacząco na zdolność adhezji [4, 5, 20]. Wykazano ponadto, że w czasie wiązania Fkn z jej receptorem CX3CR dochodzi do przekazania sygnału do wnętrza komórki, a następnie poprzez aktywację czynników jądrowych, do zwiększenia ekspresji innych cząsteczek adhezyjnych, w tym integryn, ICAM-, VCAM-. Powoduje to połączenie obu dróg migracji (zależnej od integryn oraz zależnej od Fkn), a co za tym idzie silniejszą adhezję niż na każdej drodze z osobna [2]. Chemotaksja i cytotoksyczność Uwolniona postać rozpuszczalna Fkn wykazuje aktywność podobną do innych chemokin. Jej główną rolą jest indukcja chemotaksji komórek, w których błonie komórkowej występuje właściwy dla niej receptor CX3CR. Ekspresję receptora dla Fkn stwierdzono m.in. na powierzchni monocytów/ makrofagów, limfocytów T (CD4 i CD8) oraz komórek NK (CD6). Poza bezpośrednim działaniem chemotaktycznym postaci rozpuszczalnej, związanie się Fkn z jej receptorem, pobudza uwalnianie innych chemokin zwiększając w ten sposób napływ komórek CX3CR-dodatnich [5, 7, 24]. Dodatkowo, aktywując limfocyty NK, powoduje m.in. uwolnienie IFN-, który zwiększa ekspresję Fkn na powierzchni komórek endotelialnych. Tworzy to układ zwrotny, w którym aktywowane przez Fkn komórki zwiększają zwrotnie jej ekspresję [33]. Rola fraktalkiny w ośrodkowym układzie nerwowym Z czasem zwiększa się liczba dowodów na to, że chemokiny odgrywają znaczącą rolę w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN), począwszy od jego embriogenezy, po procesy związane z neuropatogenezą AIDS [7, 2]. Fraktalkina wykazuje znaczną odmienność od reszty chemokin także ze względu na swoją lokalizację w obrębie komórek i tkanek. Jako jedyna chemokina ulega większej ekspresji w mózgu niż w pozostałych narządach. W warunkach fizjologicznych, znaczną ekspresję Fkn stwierdzono na powierzchni neuronów, bez wyraźnego jej zwiększenia po pobudzeniu przez czynniki zapalne. Receptor dla Fkn, w obrębie OUN, zlokalizowany jest głównie na powierzchni komórek mikrogleju. W astrocytach, zarówno Fkn, jak i jej receptor występują w niewielkich ilościach, lecz pod wpływem cytokin prozapalnych (TNF-, IFN-, IL- ) ich ekspresja ulega regulacji w górę [4, 3, 2, 33]. Pod wpływem czynników uszkadzających, takich jak: aksotomia, niedokrwienie, cytokiny prozapalne (TNF-, IFN- ), gp20, glutaminian, octan mirystnianu forbolu PMA (ang. phorbol-2-myristate-3-acetate), dochodzi do uwolnienia postaci rozpuszczalnej Fkn poprzez jej odłączenie od formy związanej z błoną komórkową, które odbywa się, tak jak i w innych tkankach, na drodze proteolizy poprzez aktywację TACE. Nie stwierdzono natomiast zwiększenia ekspresji mrna dla błonowej postaci Fkn w komórkach nerwowych [5,, 5, 22]. Występowanie receptora CX3CR stwierdzono m.in. na powierzchni astrocytów i komórek mikrogleju oraz w neuronach hipokampu. Uwolniona w wyniku uszkodzenia neuronów rozpuszczalna Fkn wiąże się ze swoimi receptorami na powierzchni wymienionych komórek. Wiążąc się z receptorami na powierzchni neuronów blokuje je, nie dopuszczając do związania się z komórkami cytotoksycznymi napływającymi do OUN, chroniąc w ten sposób neurony przed ich uszkadzającym działaniem. Poprzez aktywację PI-3-kinazy oraz fosforylację Akt wykazuje również działanie hamujące apoptozę [3, 5, 2, 22]. Rozpuszczalna Fkn, poprzez wiązanie z receptorem CX3CR obecnym na powierzchni komórek mikrogleju, powoduje zwiększoną ich proliferację oraz migrację w okolice okołoneuronalne, które uległy uszkodzeniu. Aktywowane (np. przez LPS) komórki mikrogleju wytwarzają cytokiny prozapalne, m.in. TNF, IL-6 oraz wolne rodniki tlenowe (inos), które prowadzą do uszkodzenia komórek nerwowych (zależna od LPS neurotoksyczność komórek mikrogleju). Uwolniona z powierzchni neuronów wolna Fkn wpływa hamująco na uwalnianie wymienionych cytokin prozapalnych oraz inos przez komórki mikrogleju. Efekt ten jest zniesiony przez CX3CR Ab [3, 2, 25, 30, 33]. Aktywacja Fkn zlokalizowanej na powierzchni astrocytów poprzez jej związanie z receptorem zlokalizowanym na powierzchni komórek zapalnych (limfocyty T, makrofagi) powoduje zwiększenie wytwarzania czynnika pobudzającego proliferację mikrogleju (efekt ten nie występuje pod wpływem postaci rozpuszczalnej Fkn i jest znoszony przez CX3CR Ab) [5, 2, 25, 33]. BIOLOGICZNA ROLA FRAKTALKINY Podsumowując opisane mechanizmy działania Fkn, rolę jaką spełnia można sprowadzić do kilku zasadniczych funkcji, takich jak: wzmocnienie klasycznej drogi adhezji i migracji komórek zależnej od integryn, uszkodzenie komórek śródbłonka przez enzymy proteolityczne uwolnione z ziarnistości komórek cytotoksycznych CX3CR-dodatnich w trakcie ich przechodzenia przez ścianę naczynia indukowane aktywacją kompleksu Fkn/ CX3CR, działanie chemotaktyczne (tak jak inne chemokiny) na komórki wykazujące na swojej powierzchni ekspresję CX3CR, udział w odpowiedzi Th-zależnej, udział w patogenezie i progresji chorób OUN, uczestniczenie w komunikacji pomiędzy komórkami mikrogleju a neuronami na drodze autokrynnej i parakrynnej, udział w procesie naprawczym nerwów. FRAKTALKINA W PATOGENEZIE CHORÓB Dzięki swoim zróżnicowanym właściwościom oraz występowaniu w obrębie licznych narządów i tkanek Fkn stanowi jeden z ważnych czynników w patogenezie wielu chorób o podłożu zapalnym, autoimmunologicznym oraz, jak coraz częściej się potwierdza, również chorób rozrostowych. Miażdżyca Uszkodzenie śródbłonka leży u podstawy rozwoju zmian miażdżycowych w obrębie naczyń. Blaszki miażdżycowe zawierają masywne nacieki komórek zapalnych, zwłaszcza

4 256 P. Owłasiuk i wsp. makrofagów (tworzących komórki piankowate) oraz limfocytów T. Za napływ tych komórek do ściany naczynia odpowiada kilka czynników, m.in. cytokiny prozapalne oraz chemokiny. Combadiere i wsp. badając populacje myszy pozbawione genu kodującego apolipoproteinę E (głównego dotychczas poznanego czynnika o działaniu aterogennym) oraz pozbawione genu kodującego apolipoproteinę E i genu kodującego receptor dla Fkn wykazali, że myszy drugiej grupy miały znacznie mniej nasilone zmiany miażdżycowe w obrębie naczyń oraz mniejsze nacieki komórek zapalnych w ich obrębie w porównaniu z grupą pierwszą, potwierdzając w ten sposób udział Fkn w powstawaniu zmian miażdżycowych [6]. Występowanie cząsteczek Fkn oraz jej receptora stwierdzono również na powierzchni komórek mięśni gładkich naczyń. Aktywacja układu Fkn/CX3CR w obrębie błony mięśniowej naczyń odpowiada za nasilenie proliferacji miocytów, a co za tym idzie, zgrubienie blaszki wewnętrznej neointimy i w efekcie końcowym usztywnienie ściany naczynia, będące kolejnym obrazem zmian miażdżycowych [24, 30, 3]. Choroba wieńcowa Proces miażdżycowy toczący się w obrębie naczyń wieńcowych prowadzi do rozwoju choroby niedokrwiennej serca z wszystkimi jej następstwami, do zawału mięśnia sercowego włącznie. Liczne badania, prowadzone zarówno na zwierzętach, jak i na materiale ludzkim, potwierdzają udział Fkn zarówno w patogenezie choroby wieńcowej, a w przypadku inwazyjnego jej leczenia (przezskórna interwencja wieńcowa PCI ang. percutaneous coronary intervention) udział w powstawaniu restenozy w założonym stencie. O ile w pierwszym przypadku choroby wieńcowej zarówno stabilnej, jak i niestabilnej, podwyższone stężenie rozpuszczalnej postaci Fkn w surowicy oraz zwiększenie ekspresji jej receptora CX3CR na powierzchni limfocytów T CD3+CD8+ oraz komórek jednojądrzastych krwi obwodowej PBMC (ang. peripheral blood mononuclear cells) jest odpowiedzią na istniejący stan zapalny, o tyle w przypadku restenozy w stencie do aktywacji układu Fkn/CX3CR dochodzi wskutek uwolnienia mediatorów zapalnych na drodze mechanicznego uszkodzenia śródbłonka wywołanego zakładaniem stentu w czasie PCI. Zwiększona ekspresja Fkn w przebiegu chorób układu sercowo-naczyniowego ulega redukcji pod wpływem leczenia statynami [3]. Polimorfizm receptora CX3CR warunkuje zróżnicowanie ryzyka wystąpienia chorób układu sercowo naczyniowego, w zależności od posiadanych alleli genu kodującego receptor CX3CR [8, 23, 24, 29]. Izolowane nadciśnienie płucne Zwiększona ekspresja receptora CX3CR na powierzchni krążących limfocytów CD4+ u chorych z izolowanym nadciśnieniem płucnym związana jest ze zwiększeniem ekspresji błonowej postaci Fkn na komórkach endotelialnych i epitelialnych naczyń płucnych w odpowiedzi na cytokiny prozapalne (IFN-, TNF- oraz IL-), co powoduje uszkodzenie śródbłonka oraz nadmierną proliferację błony mięśniowej stanowiąc podłoże rozwoju nadciśnienia płucnego. Balabanian i wsp. wykazali wyższe stężenie rozpuszczalnej postaci Fkn w surowicy chorych z rozpoznanym izolowanym nadciśnieniem płucnym w porównaniu z grupą kontrolną. Stwierdzili oni również zwiększoną ekspresję mrna dla Fkn w komórkach śródbłonka naczyń płucnych oraz zwiększenie ekspresji receptora CX3CR na powierzchni limfocytów CD4+ i CD8+ w badanej grupie chorych na nadciśnienie płucne, potwierdzając w ten sposób wcześniejsze doniesienia o udziale Fkn w jego patogenezie [, 3]. Ostre odrzucanie przeszczepu Ostre odrzucanie przeszczepu charakteryzuje się znaczną aktywacją komórek układu immunologicznego, co prowadzi do ich masywnego napływu w obręb przeszczepionego narządu. Powstają w ten sposób nacieki, złożone głównie z makrofagów, komórek NK oraz innych leukocytów. Robinson i wsp. badając przeszczepy naczyniowe serca u myszy wykazali zwiększoną ekspresję Fkn w obrębie śródbłonka przeszczepionych naczyń oraz w otaczających je tkankach w przypadku, gdy doszło do reakcji ostrego odrzucania przeszczepu. Wykazali oni również, że użycie przeciwciał przeciwko receptorowi Fkn CX3CR w tej grupie myszy znacznie wydłuża czas życia przeszczepu naczyniowego bez dodatkowego stosowania środków immunosupresyjnych. Badania prowadzone na bioptatach nerek, pobranych od chorych po przeszczepie nerki, wykazały znacznie wyższą ekspresję receptora CX3CR w obrębie narządu wykazującego cechy odrzucania przeszczepu w porównaniu z bioptatami nerek bez oznak tego procesu. W przypadku ostrego, naczyniowego odrzucania przeszczepu dominującą lokalizacją komórek cytotoksycznych CX3CR-dodatnich okazał się obszar subendotelialny błony wewnętrznej naczyń. Natomiast w fazie ostrego komórkowego odrzucania przeszczepu komórki zapalne CX3CR-dodatnie naciekają głównie nabłonek kanalików nerkowych oraz obszar okołokanalikowy [27, 3]. Choroby nerek Zwiększenie stężenia Fkn oraz liczne komórki cytotoksyczne wykazujące ekspresję powierzchniową receptora CX3CR stwierdzono u ludzi m.in. w przebiegu nefropatii cukrzycowej, nefropatii błonowej, ogniskowym i segmentowym stwardnieniu i szkliwieniu kłębuszków nerkowych, kłębuszkowym mezangialno-rozplemowym zapaleniu nerek, kłębuszkowym zapaleniu nerek z tworzeniem półksiężyców oraz innych typach nefropatii i kłębuszkowych zapaleniach nerek. Segerer i wsp. wykazali również, że zastosowanie przeciwciał przeciwko receptorowi CX3CR znacznie zmniejsza napływ limfocytów T i monocytów, zapobiegając tworzeniu nacieków komórkowych oraz powstawaniu stanu zapalnego w obrębie kłębuszków nerkowych [28, 3]. Choroby alergiczne Komórki nabłonka dróg oddechowych wytwarzają i eksponują na swojej powierzchni cząsteczki Fkn po stymulacji przez uwalniane w przebiegu procesu zapalnego cytokiny prozapalne. W pęcherzykach płucnych dochodzi do indukowanego alergenem uwalniania rozpuszczalnej postaci Fkn, której rola polega tu głównie na chemotaktycznym przyciąganiu komórek zapalnych CX3CR-dodatnich do miejsca wniknięcia alergenu i aktywacji odpowiedzi immunologicznej Th -zależnej. Rimaniol i wsp. wykazali zwiększenie stężenia rozpuszczalnej postaci Fkn w surowicy oraz zwiększoną ekspresje receptora CX3CR na powierzchni limfocytów CD4+ napływających do pęcherzyków płucnych u chorych na astmę oskrzelową i katar sienny. Również stężenie Fkn w popłuczynach oskrzelowo-pęcherzykowych w grupie chorych na astmę oskrzelową (w okresie zaostrzenia lub po stymulacji alergenem) pozostawało na znacznie wyższym poziomie niż w grupie kontrolnej [26, 3]. Choroby reumatologiczne W patogenezie reumatoidalnego zapalenia stawów potwierdzono dotychczas udział wielu czynników, w tym: cząsteczek adhezyjnych (ICAM-, VCAM-, E-selektyny), cytokin prozapalnych (IL-, IL-7, IL-8 i in.) oraz chemokin, m.in. IL-8 i Fkn. Występowanie Fkn stwierdzono w obrębie płynu stawowego jak i tkankach okołostawowych objętych procesem zapalnym, natomiast zwiększoną ekspresję receptora CX3CR wykazano na powierzchni cytotoksycznych komórek zapalnych naciekających stawy. Układ Fkn/receptor CX3CR odpowiada również za powstawanie nacieków komórkowych, uszkodzenie ścian naczyń oraz rozwój zapalenia naczyń w

5 Fraktalkina budowa, własności i biologiczna rola 257 przebiegu ziarniniaka Wegenera. W surowicy chorych z aktywną postacią ziarniniaka Wegenera stwierdzono podwyższone stężenie wolnej Fkn dodatnio korelujące ze zwiększoną ekspresją receptora CX3CR na powierzchni PBMC. W toczniu rumieniowatym układowym, przebiegającym z zajęciem nerek, zaobserwowano zwiększoną ekspresję Fkn w obrębie kłębuszków nerkowych oraz stwierdzono nadmierną aktywację monocytów/makrofagów CD6+ CX3CR-dodatnich, korelującą z masywnością nacieków oraz nasileniem zmian zapalnych i proliferacyjnych kłębuszków nerkowych [3]. Wirusowe zapalenie wątroby typu C Badania prowadzone przez Wasmutha i wsp. na izolowanych komórkach wątrobowych chorych z aktywną postacią wirusowego zapalenia wątroby typu C wykazały zwiększoną ekspresję mrna dla receptora CX3CR w ich obrębie, korelującą dodatnio z zaawansowaniem marskości wątroby indukowanej wirusem HCV. Kontynuując swoje badania zaobserwowali oni również, że występowanie alleli receptora V249I jest związane z obecnością bardziej nasilonych zmian marskich w wątrobie [32]. HIV Zwiększoną ekspresję Fkn stwierdzono w obrębie węzłów chłonnych oraz mózgu chorych zarażonych HIV. Ta podwyższona aktywność Fkn w OUN z jednej strony ma działanie neuroprotekcyjne zapewniające ochronę neuronów przed neurotoksynami indukowanymi przez HIV odpowiadającymi za nasiloną apoptozę komórek nerwowych w przebiegu AIDS, a co za tym idzie rozwój demencji w obrazie klinicznym. Z drugiej strony zwiększona ekspresja Fkn powoduje napływ CX3CR-dodatnich limfocytów Th do OUN prowadząc dodatkowo do uszczuplenia i tak zmniejszającej się populacji limfocytów obwodowych [5, 7, 3]. Występowanie fraktalkiny stwierdzono również na powierzchni keratynocytów i dendrocytów skóry w przebiegu schorzeń dermatologicznych, takich jak: łuszczyca czy liszaj płaski. Coraz częściej pojawiają się też doniesienia potwierdzające udział Fkn i jej receptora CX3CR w patogenezie chorób nowotworowych, tj. raku płuca czy raku jelita grubego. Podwyższone stężenie sfkn, zarówno w surowicy, jak i płynie mózgowo-rdzeniowym wykazano w przebiegu licznych chorób OUN, m.in. stwardnieniu rozsianym, zespole Guillain-Barré a, stwardnieniu zanikowym bocznym, chorobie Parkinsona oraz wirusowym i bakteryjnym zapaleniu opon mózgowo-rdzeniowych [3]. PODSUMOWANIE Badania nad rolą i właściwościami fraktalkiny mogą być warunkiem zrozumienia patomechanizmów wielu chorób autoimmunologicznych, zapalnych czy rozrostowych, lecz przede wszystkim prowadzić do możliwości wykorzystania Fkn, jej receptora czy też przeciwciał przeciwko nim skierowanych do nowatorskiego leczenia wymienionych schorzeń. PIŚMIENNICTWO. Balabanian K., Foussat A., Dorfmüller P. i wsp.: CX3C chemokine fractalkine in pulmonary arterial hypertension. Am. J. Respir. Crit. Care. Med., 2002, 65, Barlic J., Sechler J.M., Murphy P.M. IL-5 and IL-2 oppositely regulate expression of the chemokine receptor CX3CR. Blood, 2003, 02, Bazan J.F., Bacon K.B., Hardiman G. i wsp.: A new class of membranebound chemokine with a CX3C motif. Nature, 997, 385, Berangere Re D., Przedborski S.: Fractalkine: moving from chemotaxis to neuroprotection. Nature Neuroscience, 2006, 9, Boehme S.A., Lio F.M., Maciejewski-Lenoir D. i wsp.: The chemokine fractalkine inhibits Fas-mediated cell death of brain microglia. J. Immunol., 2000, 65, Combadiere C., Potteaux S., Gao I-L. i wsp.: Decreased atherosclerotic lesion formation in CX3CR/apolipoprotein E double knockout mice. Circulation, 2003, 07, Cotter R., Williams C., Ryan L. i wsp.: Fractalkine (CX3CL) and brain inflammation: Implications for HIV--associated dementia. J. Neurovirol., 2002, 8, Damas J.K., Boullier A., Waehre T. i wsp.: Expression of fractalkine (CX3CL) and its receptor, CX3CR, is elevated in coronary artery disease and is reduced during statin therapy. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 2005, 25, Fong A.M., Erickson H.P., Zachariah J.P. i wsp.: Ultrastructure and function of the fractalkine mucin domain in CX(3)C chemokine domain presentation. J. Biol. Chem., 2000, 275, Foussat A., Coulomb-L Hermine A., Gosling J. i wsp.: Fractalkine receptor expression by T lymphocyte subpopulations and in vivo production of fractalkine in human. Eur. J. Immunol., 2000, 30, Garton K.J., Gough P.J., Blobel C.P. i wsp.: Tumor necrosis factor-alphaconverting enzyme (ADAM7) mediates the cleavage and shedding of fractalkine (CX3CL). J. Biol. Chem., 200, 276, Goda S., Imai T., Yoshie O. i wsp.: CX3C-chemokine, fractalkine-enhanced adhesion of THP- cells to endothelial cells through integrindependent and -independent mechanisms.j. Immunol., 2000, 64, Hatori K., Nagai A., Heisel R. i wsp.: Fractalkine and fractalkine receptors in human neurons and glial cells. J. Neuroscience Res., 2002, 69, Haskell Ch.A., Cleary M.D., Charo I.F.: Molecular uncoupling of fractalkine-mediated cell adhesion and signal transduction. Rapid flow arrest of CX3CR-expressing cells is independent of G-protein activation. J. Biol. Chem., 999, 274, Hundhausen C., Misztela D., Berkhout T.A. i wsp.: The disintegrin-like metalloproteinase ADAM0 is involved in constitutive cleavage of CX3CL (fractalkine) and regulates CX3CL-mediated cell-cell adhesion. Blood, 2003, 02, Imai T., Hieshima K., Haskell Ch.A. i wsp.: Identification and molecular characterization of fractalkine receptor CX3CR which mediates both leukocyte migration and adhesion. Cell, 997, 9, Imaizumi T., Yoshida H., Satoh K.: Regulation of CX3CL/fractalkine expression in endothelial cells. J. Atheroscler. Thromb., 2004,, Kastenbauer S., Koedel U., Wick M. i wsp.: CSF and serum levels of soluble fractalkine (CX3CL) in inflammatory diseases of the nervous system. J. Neuroimmunol., 2003, 37, Liu G-Y., Kulasingam V., Alexander R.T. i wsp.: Recycling of the Membrane-anchored Chemokine, CX3CL. J. Biol. Chem., 2005, 20. Lucas A.D., Chadwick N., Warren B.F. i wsp.: The transmembrane form of the CX3CL chemokine fractalkine is expressed predominantly by epithelial cells in vivo. Am. J. Pathol., 200,, Maciejewski-Lenoir D., Chen S., Feng L. i wsp.: Characterization of fractalkine in Rat Brain Cells: Migratory and Activation Signals for CX3CR- -Expressing Microglia. J. Immunol., 999, 63, Meucci O., Fatatis A., Simen A.A. i wsp.: Expression of CX3CR chemokine receptors on neurons and their role in neuronal survival. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A, 2000, 97, Niessner A., Marculescu R., Haschemi A. i wsp.: Opposite effects of CX3CR receptor polymorphism V249I and T280M on the development of acute coronary syndrome. Thromb. Haemost., 2005, 93, Ollivier V., Faure S., Tarantino N. i wsp.: Fractalkine/CX3CL production by human aortic smooth muscle cells impairs monocyte procoagulant and inflammatory responses. Cytokine, 2003, 2, Papadopoulos E.J., Sassetti Ch., Saeki H. i wsp.: Fractalkine, a CX3C chemokine, is expressed by dendritic cells and is up-regulated upon dendritic cell maturation. Eur. J. Immunol., 999, 29, Rimaniol A-C., Till S.J., Garcia G. i wsp.: The CX3C chemokine fractalkine in allergic asthma and rhinitis. J. Allergy Clin. Immunol., 2003, 2, Robinson L.A., Nataraj Ch., Thomas D.W. i wsp.: A role for fractalkine and its receptor (CX3CR) in cardiac allograft rejection. J. Immunol., 2000, 65, Segerer S., Hughes E., Hudkins K.L. i wsp.: Expression of the fractalkine receptor (CX3CR) in human kidney diseases. Kidney International, 2002, 62, Schäfer A., Schulz Ch., Eigenthaler M. i wsp.: Novel role of the membrane-bound chemokine fractalkine in platelet activation and adhesion. Blood, 2004, 03, Schäfer A., Schulz Ch., Fraccarollo D. i wsp.: The CX3C chemokine fractalkine induces vascular dysfunction by generation of superoxide anions. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 2007, 27, Umehara H., Bloom E.T., Okazaki T. i wsp.: Fractalkine in vascular biology. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 2004, 24, Wasmuth H.E., Zaldivar M.M., Berves M.L. i wsp.: The fractalkine receptor CX3CR is involved in liver fibrosis due to chronic hepatitis C infection. J. Hepatol., 2008, 48, Yoshida H., Imaizumi T., Fujimoto K. i wsp.: Synergistic stimulation by tumor necrosis factor- and interferon- of fractalkine expression in human astrocytes. Neuroscience Letters, 200, 303, 32. Otrzymano 3 lipca 2008 r. Adres: Piotr Owłasiuk, Szpital Wojewódzki w Łomży, Oddział Obserwacyjno- Zakaźny z Pododdziałem Obserwacyjno-Zakaźnym Dziecięcym, Łomża, ul. M. Skłodowskiej-Curie