Rola chemokin w astmie

diagnostyka laboratoryjna Journal of Laboratory Diagnostics 2011 Volume 47 Number 3 323-330 Praca poglądowa Review Article Rola chemokin w astmie Role of chemokines in asthma Mateusz Bobrowski 1, Piotr Kuna 2, Mirosława Pietruczuk 1 1 Zakład Diagnostyki Laboratoryjnej, II Katedra Chorób Wewnętrznych, 2 Klinika Chorób Wewnętrznych, Astmy i Alergii, II Katedra Chorób Wewnętrznych, Uniwersytet Medyczny w Łodzi Streszczenie Astma jest przewlekłym stanem zapalnym dróg oddechowych i nadreaktywności błony śluzowej oskrzeli, który dotyka ludzi w każdym wieku na całym świecie. Choroba ta jest wynikiem niepożądanej reakcji na antygeny (alergeny) i charakteryzuje się napływem eozynofili, limfocytów Th2, bazofili i komórek tucznych do tkanek objętych procesem zapalnym. Takie specyficzne nagromadzenie się leukocytów związane jest z wyzwalaniem cytokin chemotaktycznych (chemokin). Chemokiny stanowią wyodrębnioną i szeroko rozrastającą się rodzinę cytokin cechującą się niską masą cząsteczkową oraz zdolnością do stymulowania migracji komórek w warunkach zarówno in vivo jak i in vitro. Do tej pory zidentyfikowano ponad 50 różnych chemokin. Obecnie stało się oczywiste, że chemokiny odgrywają fundamentalną rolę w rozwoju i funkcjonowaniu układu odpornościowego. Chemokiny są cytokinami o właściwościach chemotaktycznych regulujących przemieszczanie się komórek, migrację, aktywację i degranulację leukocytów poprzez białka sprzężone z receptorami typu G. W niniejszym artykule przedstawiono ostatnie doniesienia naukowe z tej dziedziny dotyczące roli chemokin w zapaleniu alergicznym oraz ich niektórych efektów biologicznych. Summary Asthma is a chronic inflammatory disease of the airways and the hyperresponsiveness of the bronchial mucosa, which affects people of all ages all over the world. This disease is a result of undesirable reaction to antigens (allergens) and is characterised with an influx of eosinophils, Th2 lymphocytes, basophils and mast cells to the inflamed tissue. Such specific accumulation of leukocyte is connected with the formation of chemotactic cytokines (chemokines). Chemokines are relatively recently identified and fast growing family of low molecular weight cytokines, which stimulate migration of the cells in vitro and in vivo. About 50 chemokines have been identified up to now in humans. It has now become evident that chemokines play fundamental role in the development and functioning of the immune system. Chemokines are chemotactic cytokines that regulate cell trafficking, and leukocyte migration, activation, and degranulation through specific G protein-coupled receptors expressed on the cell surface. In this review, we present recent developments in the field and highlight the roles of chemokines during allergic inflammation and we discuss some of the chemokines biological effects. Słowa kluczowe: astma, alergia, chemokiny, eozynofile, limfocyty Key words: asthma, allergy, chemokines, eosinophiles, lymphocytes Na astmę oskrzelową na całym świecie choruje 300 milionów ludzi. Częstość występowania astmy oskrzelowej wynosi 5-10% u ludzi dorosłych i 15-20% u dzieci i wciąż rośnie [6]. W większości przypadków leczenie astmy opiera się o stosowanie kortykosteroidów (silny wpływ przeciwzapalny) w połączeniu z agonistami receptorów beta2 (działanie rozszerzające oskrzela), które prowadzą do zahamowania procesu zapalnego dróg oddechowych [28]. Pra wie 10% pacjentów chorujących na astmę nie reaguje na standardowe leczenie. Pomimo, iż ci pacjenci są mniejszością, ryzyko zgonu wśród nich jest największe i to ta część populacji stanowi 50% wszystkich pacjentów korzystających z opieki zdrowotnej osób leczących się na astmę [6, 14]. Najnowsze doniesienia światowe definiuje astmę jako zespół chorobowy charakteryzujący się aktywacją komórek tucznych, które uwalniają mediatory powodujące skurcz mięśni gładkich oskrzeli, przez co doprowadzają do obturacji dróg oddechowych [34]. Poza tym w toczącym się procesie zapalnym dochodzi do uwalniania się eozynofilowego białko zasadowego (ECP), które uszkadza nabłonek dróg oddechowych, podwyższenia stężenia IgE w surowicy, nadmiernego wydzielania śluzu oraz proliferacji naczyń krwionośnych, obturacji dróg oddechowych, nadreaktywności oskrzeli, napływu i aktywacji eozynofilów oraz produkcji głównie cytokin 323

Rola chemokin w astmie Faza wczesna (5-60 min) eozynofile Faza późna (4-24 godz) IgE alergen makrofagi komórka tuczna degranulacja mediatory zapalne akumulacja leukocytów uszkodzenie dróg oddechowych/ nadreaktywność śluz limfocyty T Rycina 1. Fazy wczesnej i późnej odpowiedzi astmatycznej (wg Nicholas 2001 [19]- w modyfikacji własnej). o profilu limfocytów Th2 [11]. Astma oskrzelowa charakteryzuje się występowaniem codziennych napadów duszności i kaszlu oraz występowania świszczącego oddechu [5]. W przebiegu astmy możemy wyróżnić wczesną i późną fazę reakcji alergicznej (Rycina 1) [13]. Faza wczesna, natychmiastowa, to reakcja przeciwciała z alergenem, a jej przebieg ma złożony charakter. W wyniku lokalnej aktywacji komórek tucznych opłaszczonych swoistymi IgE i uwalniania mediatorów zgromadzonych w ziarnistościach, dochodzi do ostrego ataku astmy [9]. Reakcja natychmiastowa (w ciągu kilkunastu minut dochodzi do objawów klinicznych) może przechodzić w tzw. faza późną. Późna faza reakcji alergicznej jest wywołana napływem komórek zapalnych do dróg oddechowych pobudzonych przez uwalniane do krwi cytokiny i chemokiny. Stała ekspozycja komórek na bodźce w postaci alergenów podtrzymuje toczący się proces zapalny i ma poważne konsekwencje kliniczne u przewlekle chorych na astmę [9,19]. Rycina 2. Oddziaływanie chemokin na komórki układu odpornościowego [26, 29]. 324

M. Bobrowski, P. Kuna i M. Pietruczuk Tabela I. Tabela przedstawia dotychczas poznane chemokiny oraz receptory biorące udział w reakcjach alergicznych [26, 29]. CHEMOKINA NAZWA RECEPTOR Chemokiny CXC (α) CXCL1 Groα CXCR2 CXCL2 Groβ CXCR2 CXCL3 Groγ CXCR2 CXCL4 PF4 - CXCL5 ENA-78 CXCR2 CXCL6 GCP-2 CXCR2 CXCL7 NAP-2 CXCR2 CXCL8 IL-8 CXCR1, CXCR2 CXCL9 MIG CXCR3 CXCL10 IP-10 CXCR3 CXCL11 ITAC CXCR3 CXCL12 SDF-1 CXCR4 CXCL13 BCA-1 CXCR5 CXCL14 BRAK - CXCL15 - CXCL16 CXCL16 CXCR6 Chemokiny CC (β) CCL1 I-309 CCR8 CCL2 MCP-1 CCR1, CCR2 CCL3 MIP-1α CCR1, CCR5 CCL4 MIP-1β CCR5 CCL5 RANTES CCR1, CCR3, CCR5 CCL7 MCP-3 CCR1, CCR2 CCL8 MCP-2 CCR1, CCR2, CCR3, CCR5 CCL11 eotaksyna CCR3 CCL13 MCP-4 CCR1, CCR2, CCR3 CCL14 HCC-1 CCR1 CCL15 MIP-1δ CCR1, CCR3 CCL16 HCC-4 CCR1 CCL17 TARC CCR4, CCR8 CCL18 PARC - CCL19 MIP-3β CCR7 CCL20 MIP-3α CCR6 CCL21 6Ckina CCR7 CCL22 MDC CCR4 CCL23 MPIF-1 CCR1 CCL24 eotaksyna 2 CCR3 CCL25 TECK CCR9 CCL26 eotaksyna 3 CCR3 CCL27 CTACK CCR10 CCL28 MEC CCR10 Chemokiny C (γ) XCL1 limfotaktyna XCR1 XCL2 SCM-1b XCR1 Chemokiny CXC3 (δ) CX3CL1 fraktalkina CX3CR1 W ciągu ostatnich lat zwrócono szczególną uwagę na chemokiny w astmie, jako na cytokiny, które odgrywają istotną rolę w reakcji zapalnej [26]. Chemokiny to czynniki chemotaktyczne powodujące adhezję komórek oraz migrację, aktywację i degranulację leukocytów. Cząsteczki te działają głównie na neutrofile, monocyty, limfocyty, komórki dendrytyczne, eozynofile i odgrywają kluczową rolę w hemostazie i w odpowiedzi immunologicznej (Rycina 2) [22,26]. Rodzina chemokin Chemokiny stanowią stosunkowo szybko powiększającą się rodzinę cytokin odznaczających się relatywnie małym ciężarem cząsteczkowym oraz zdolnością stymulowania komórek do migracji zarówno w warunkach in vivo jak i in vitro [26]. Odgrywają kluczową rolę w rozwoju procesu zapalnego i w kontroli odpowiedzi immunologicznej, a także wspólnie z cząsteczkami adhezyjnymi biorą udział w regulacji aktywacji, proliferacji i różnicowaniu różnych leukocytów [17]. Chemokiny biorą również udział w takich procesach jak limfopoeza, angiogeneza, w regulacji różnicowania komórek efektorowych i w odrzucaniu przeszczepów [17, 31]. Ze względu na różnice w budowie chemokiny podzielono na cztery grupy: chemokiny C (γ), chemokiny CC (β), chemokiny CXC (α), chemokiny CX3C (δ), gdzie X to dowolny aminokwas [20, 23]. Podstawą ich klasyfikacji jest położenie względem siebie czterech cystein tworzących w cząsteczce chemokin dwa mostki dwusiarczkowe, determinujące ich strukturę trzeciorzędową, a zarazem aktywność biologiczną [31]. W chemokinach podrodziny CC dwie pierwsze następujące po sobie cysteiny przylegają do siebie, podczas gdy w grupie CXC oddzielone są od siebie przez jeden aminokwas, a w chemokinach CX3C przez trzy. W chemokinach typu γ brakuje cysteiny pierwszej i trzeciej [17]. Ze względu na złożoność rodziny chemokin, dokonano standaryzacji ich nomenklatury. Oznaczane są w zależności od grupy jako: C, CC, CXC, CX3C literą L (od słowa ligand) w przypadku ligandów, lub literą R (od słowa receptor) gdy wskazuje się na receptory, oraz kolejnym numerem określającym konkretną cząsteczkę [10, 16]. Chemokiny oddziałują na komórki poprzez wiązanie się ze specyficznymi białkami G, przechodzącymi siedmiokrotnie przez błonę komórkową [18]. Po połączeniu chemokiny z receptorem komórkowym białka te ulegają aktywacji i uruchamiają odpowiedź immunologiczną. Alfa chemokiny skierowane są głównie na neutrofile, monocyty i limfocyty zaś beta chemokiny oddziałują na wiele typów różnych komórek, w tym na makrofagi, eozynofile, bazofile i komórki dendrytyczne [17]. Do tej pory zidentyfikowano około 50 chemokin i 20 receptorów dla chemokin (Tabela 1) [17]. Zarówno pojedyncze chemokiny mogą wiązać się z kilkoma receptorami, jak i jeden receptor może wiązać się z kilkoma chemokinami [32]. Określenie funkcji każdej chemokiny w odpowiedzi alergicznej i charakteru sygnałów transdukcyjnych jest ważne w zrozumieniu funkcji określonej chemokiny lub jej receptora i możliwości wykorzystania ich w terapii [19]. 325

Rola chemokin w astmie Chemokiny w astmie W badaniach stwierdzono, że w astmie występuje stała ekspresja chemokin w drogach oddechowych. Dlatego uważa się, że istnieją specyficzne profile wydzielania chemokin w astmie w zależności od jej ciężkości [21]. Źródłem chemokin mających bezpośredni wpływ na rozwój astmy są komórki śródbłonka dróg oddechowych i makrofagi pęcherzykowate w płucach. Szczególną uwagę w patomechanizmie astmy odgrywają chemokiny działające chemotaktycznie na eozynofile [19]. W drogach oddechowych u chorych na astmę zidentyfikowano szereg różnych chemokin, takich jak RANTES (CCL5), MCP-3 (CCL7) i MCP-4 (CCL13), które powodują rekrutację eozynofilów poprzez liczne receptory CCR3 [4, 21]. Ponadto receptor CCR3 jest ligandem dla dwóch innych chemokin, eotaksyny-2 (CCL24) i eotaksyny-3 (CCL26) [4, 17, 29]. Pojawienie się tych chemokin powoduje aktywację receptora CCR3 na powierzchni eozynofili co powoduje napływ jonów wapnia, aktywację kinaz białkowych, aktywację ekspresji CD11b (łańcuch integryny regulujący funkcję komórki zależną od cytokin), produkcję reaktywnych form tlenu, polimeryzację aktyny i co się z tym wiąże zmianę kształtu komórki, a w końcowym etapie degranulację eozynofili i uwolnienie białek niszczących nabłonek. Dodatkowo oprócz rekrutacji i aktywacji eozynofilów, te same chemokiny mogą wpływać na inne komórki jak bazofile i limfocyty pomocnicze Th2 [17, 19]. MCP-1 (CCL2) jest jedną z pierwszych chemokin, która została zidentyfikowana przez barwienie immunohistochemiczne komórek nabłonka dróg oddechowych u chorych na astmę. Chemokina ta aktywuje receptor CCR2 zarówno na limfocytach jak i monocytach [4]. Ostatnie badania wykazały, że rozwój ciężkiej astmy wiąże się istotnie z wyższym stężeniem chemokin CCL2, MIP-1α (CCL3) i CCL5, a także wzrostem interleukiny 5 (IL-5) w popłuczynach oskrzelowopłucnych, w porównaniu do pacjentów z łagodniejszą formą astmy [19]. Patofizjologia astmy Astma oskrzelowa jest wynikiem nieprawidłowej odpowiedzi układu immunologicznego na szeroko rozpowszechnione, nieszkodliwe alergeny w środowisku. Zapalenie dróg oddechowych w astmie jest procesem z udziałem wielu komórek, tj. eozynofilów, limfocytów, komórek tucznych i neutrofilów [6, 12]. Ważną rolę w drogach oddechowych spełniają również komórki nabłonka, fibroblasty, miofibroblasty, fibrocyty i mięśnie gładkie [6, 38]. Podstawowym, rozpoczynającym zapalenie procesem jest reakcja typu natychmiastowego, uwarunkowana połączeniem się alergenu z pojawiającymi się przeciwciałami typu IgE prezentowanymi w błonie komórek tucznych. Prowadzi to do ich aktywacji i uwalniania z wnętrza związków o silnym działaniu biologicznym: proteaz, histamin, leukotrienów, cytokin prozapalnych tj. czynnika martwicy nowotworu-α (TNF-α) i interleukiny-1β (IL-1β) [14, 33]. Mediatory te z kolei mogą aktywować i uszkadzać komórki nabłonkowe dróg oddechowych [14]. Komórki dendrytyczne poprzez prezentowanie antygenu limfocytom powodują polaryzację odpowiedzi w astmie w kierunku limfocytów Th2. Dojrzałe limfocyty Th2 wędrują do płuc i wydzielają cytokiny efektorowe IL-4, IL-5, IL-9, IL-13, IL-25 i GM-CSF [6, 39]. Obecność IL-13 związana jest ze wzrostem produkcji śluzu, a IL-5 jest głównym czynnikiem regulującym proliferację, dojrzewanie i dystrybucję eozynofilów (typu komórek najbardziej charakterystycznego dla astmy). IL-5 wpływa na cykl życiowy tych komórek, oraz ich przemieszczanie się ze szpiku kostnego do krwi i tkanek. Aktywacja eozynofili prowadzi do wydzielania: MBP (główne białko zasadowe), ECP (eozynofilowe białko kationowe) czy EPO (peroksydaza eozynofilowa), związków nasilających proces zapalny w płucach przez uszkadzanie nabłonka dróg oddechowych i hamowanie ruchu rzęsek, wzmożonej produkcji zapalnych cytokin tj. TGF-β, chemokin CCL5 i CCL21 czy cytokin limfocytów Th2 [8]. Tak więc, zarówno komórki tuczne jak i eozynofile doprowadzają do uszkodzenia komórek nabłonka i stymulują nadreaktywność oskrzeli. W plwocinie u chorych na astmę zaobserwowano obecność chemokiny CXCL8, która powoduje aktywację neutrofili i uwalnianie z nich elastazy, mającej właściwości degradacji białka i niszczenia nabłonka dróg oddechowych [4]. Ponadto aktywowane neutrofile produkują mediatory prozapalne TNF-α, a w tym IL-1β, które powodują stałą patologiczną aktywację komórek nabłonka (wydzielanie CXCL8 i GM-CSF). Powoduje to dalszy napływ komórek i nasilenie objawów klinicznych [24]. Ten ciągły powtarzający się cykl nadmiernej odpowiedzi immunologicznej u pacjentów z astmą, ostatecznie prowadzi do obniżenia funkcji płuc [14]. Komórki nabłonka dróg oddechowych produkują chemokiny CCL5 i CCL11, które prowadzą do rekrutacji eozynofilów oraz chemokinę CCL20 umożliwiającą rekrutację niedojrzałych komórek dendrytycznych. Trwałe uszkodzenie komórek nabłonka przez mediatory mastocytów i eozynofilów prowadzi do ciągłego uwalniania chemokin i GM-CSF (czynnika stymulującego tworzenie koloni granulocytów i makrofagów). Czynnik ten zwiększa zarówno ekspresję cząsteczek adhezyjnych jak i właściwości fagocytarne oraz wydzielanie kolejnych cytokin zapalnych (IL-1, IL-6, G-CSF, TNF) [14]. Akumulacja eozynofilów a chemokiny Eozynofile w płucach u zdrowych pacjentów są nieobecne, ale u chorych na astmę ich ilość we krwi, w plwocinie i tkankach płuc koreluje z ciężkością choroby [5]. W ziarnistościach eozynofilnych obecne są cytotoksyczne białka kationowe: MBP, ECP, EDP (neurotoksyna pochodzenia eozynofilowego) i EPO. Eozynofile mogą również syntetyzować cytokiny, chemokiny i czynniki wzrostu i są silnym źródłem leukotrienów C4 i czynników aktywujących płytki krwi. Te dwa ostatnie czynniki są mediatorami intensywnie pobudzającymi wydzielanie śluzu i skurcz mięśni gładkich, co w istotny sposób przyczynia się do obturacji dróg oddechowych. Tak więc, eozynofilowe mediatory prozapalne są głównymi czynnikami odpowiedzialnymi za stan zapalny w astmie, 326

M. Bobrowski, P. Kuna i M. Pietruczuk w tym uszkodzenia nabłonka dróg oddechowych, nadreaktywności oskrzeli i nadmiernego wydzielania śluzu [35]. W odpowiedzi na bodźce (takie jak np. ekspozycja na alergen) eozynofile są rekrutowane z obiegu do miejsca zapalenia i działają przez udział wielu cytokin, chemokin i cząsteczek adhezyjnych [30]. Po aktywacji i degranulacji ich ziarnistości, eozynofile zaostrzają stan astmatyczny, przez uwalnianie chemokin CCL5, CCL7, CCL11 i CCL13. Obecne i wcześniejsze badania potwierdzają, że chemokina CCL5 jest silnym chemoatraktantem dla eozynofilów, a po wstrzyknięciu tej chemokiny w warunkach in vivo następuje istotny wzrost liczby eozynofilów w wysięku [26, 30]. Jednak z wszystkich wymienionych chemokin tylko CCL11 ma zdolność specyficznego wiązania się z receptorem CCR3 i jest najsilniejszym czynnikiem chemotaktycznym dla eozynofili [29]. Posiada również podobnie jak chemokiny CCL5 i CCL7 zdolność do uwalniania leukotrienów (LTC4). W badaniach na myszach udowodniono że chemokina CCL11 jest niezbędna do gromadzenia się i aktywowania eozynofilów. Również chemokiny CCL2, CXCL8 i CXCL12 (SDF-1) mogą wywoływać napływ eozynofili przy dziale jonoforów wapnia lub/i drogą chemotaksji [19]. Poza specyficznym łączeniem się receptora CCR3 z CCL11, ma on również zdolność do odpowiedzi na inne chemokiny, tj. CCL24 (eotaksyna-2), CCL26 (eotaksyna-3), CCL13 (MCP-4), CCL5 (RANTES), u których zwiększone stężenie zauważono w drogach oddechowych u osób chorych na astmę [18, 29]. Ważnymi receptorami dla chemokin są również receptory CCR4 i CCR5, przy udziale których następuje wzmocnienie odpowiedzi immunologicznej. Receptor CCR4 eksponowany jest na limfocytach Th2 i aktywowany przez chemokiny CCL22 i CCL17, uwalniane z nabłonka dróg oddechowych [4, 18]. Z kolei receptor CCR5 odpowiada na takie chemokiny jak CCL3 (MIP-1α), CCL4 (MIP-1β) oraz na CCL5, których wzrost ekspresji jest obecny w nabłonku dróg oddechowych i w komórkach mięśni gładkich u chorych na astmę [4]. Późniejsze badania wykazały również, że nie tylko chemokiny aktywujące receptor CCR3 mogą wywoływać migrację i aktywację leukocytów. Właściwość tą posiada również chemokina CCL3, która działa poprzez receptor CCR1/ CCR5 [19]. Eozynofile migrują z naczyń krwionośnych do dróg oddechowych. Ten ruch komórek musi wykorzystywać co najmniej dwa różne gradienty chemotaktyczne, które najprawdopodobniej obejmują dwa rodzaje grup receptorów dla chemokin [19]. Na przykład CCL3, CCL7 i CCL22 są silnie wyeksponowane na makrofagach, natomiast CCL5 i CCL11 są bardziej wyeksponowane na komórkach nabłonka dróg oddechowych (Rycina 3) [19, 26]. Przez poznanie tych mechanizmów, możliwie jest uzasadnienie jak chemokiny pochodzące z tkankowych makrofagów mogą stworzyć gradient chemotaktyczny dla eozynofilów w celu ich przejścia z naczyń krwionośnych do tkanek. Podczas gdy chemokiny pochodzące z nabłonka dróg oddechowych wytwarzają kolejny gradient, potrzebny do przejścia eozynofilów do dróg oddechowych. Potwierdza to również fakt, że eozynofile nie ulegają degranulacji aż do momentu pojawienia się w drogach oddechowych, w których znajduje się ich najsilniejszy chemoatraktant, degranulator jakim jest naczynia śródmiąższ płuc nabłonek dróg oddechowych makrofag śluz degranulacja mięśnie gładkie śródbłonek Rycina 3. Migracja eozynofilów w płucach wywołana chemokinami (wg Nicholas 2001 [19]- w modyfikacji własnej). 327

Rola chemokin w astmie CCL11. To zjawisko szczegółowo zbadano na modelach zwierzęcych, gdzie początkowa lokalizacja eozynofilów była zależna od chemokiny CCL3, a za wtórną rekrutację i degranulację była odpowiedzialna chemokina CCL11, ale nie chemokina CCL3. Mechanizm tak działającego gradientu stężeń chemokin można uznać za charakterystyczny dla wszystkich leukocytów, które przemieszczają się w trakcie rozwoju astmy [19]. Odpowiedź limfocytów a rola chemokin Jak opisano powyżej, proces zapalny dróg oddechowych charakteryzuje się naciekiem eozynofilów do tkanek. Ponadto w węzłach chłonnych aktywowane są antygenowo specyficzne limfocyty, które podczas reakcji zapalnej są w nich gromadzone [26, 27]. Chemokiny wywołują migrację leukocytów do dróg oddechowych oraz odgrywają ważną rolę w aktywacji leukocytów w trakcie procesu zapalnego, w których przeważającą funkcję pełni subpopulacja limfocytów o profilu cytokinowym Th2, charakteryzująca się wzmożoną produkcją IL-4, IL-5, IL-9 i IL-13 [12, 25, 32]. Powyższe interleukiny odgrywają kluczową rolę w: utrzymywaniu określonego poziomu antygenowo specyficznych przeciwciał IgE i eozynofili, rekrutacji komórek zapalnych do tkanek objętych zapaleniem, produkcji śluzu i obniżenia progu dla skurczu mięśni gładkich [27]. IL-4 stymuluje proliferację limfocytów B pobudzonych antygenem, przez co zwiększa wytwarzanie IgE oraz odgrywa kluczową rolę w różnicowaniu się limfocytów Th2 [15]. IL-13 naśladuje rolę IL-4 i wzmacnia wytwarzanie IgE oraz powoduje zmiany strukturalne w drogach oddechowych ale nie jest istotna w różnicowaniu limfocytów Th2. IL-13 w przyszłości może stać się ważnym celem terapeutycznym u chorych na astmę, ponieważ powoduje strukturalne zmiany w oskrzelach, oraz stymuluje produkcję wielu chemokin np. eotaksyny. IL-13 pobudza także wydzielanie śliny i śluzu podczas nadreaktywności oskrzeli przez aktywację STAT6 w nabłonku dróg oddechowych [4, 37]. IL-5 z kolei odgrywa ważną rolę w indukowaniu wzrostu i różnicowaniu eozynofilów [26], a IL-9 wzmaga podobnie jak IL-4 wytwarzanie IgE działając bezpośrednio na komórki tuczne [4]. Wiadomo, że limfocyty pośredniczą w odpowiedzi humoralnej także poprzez produkcje charakterystycznych chemokin, tj.: CCL1, CCL11, CCL13, CCL17 i CCL22 [36]. Ostatnie badania wskazują, że produkcja chemokin przez limfocyty Th1 lub Th2 i ich odpowiedź jest modulowana w zależności od regulacji aktywatora transkrypcji STAT 6. Stwierdzono, że limfocyty typu Th1 produkują głównie CCL5, a limfocyty typu Th2 chemokiny CCL1, CCL11 i CCL22. Ponieważ aktywator transkrypcji STAT 6 jest aktywowany głównie przez cytokiny typu Th2 (IL-4 i IL-13) jest jasne, że fenotyp produkowanych chemokin w reakcji alergicznej będzie kontrolowany wyłącznie przez poziom ekspresji cytokin typu Th2 (CCL1, CCL11 i CCL22) [19]. Dodatkowo wędrówka eozynofili z łożyska naczyniowego do przedziałów tkankowych regulowana jest przez zwiększoną ekspresję cząsteczek adhezyjnych na komórkach śródbłonka, stymulowaną przez IL-4 i IL-13. Dalsza supresja komórek Th2 przyciąganych do tkanek indukcja IgG4, IgA supresja komórek IgE supresja komórek dendrytycznych, wywołanie produkcji limfocytów Treg przez komórkę dendrytyczną komórki śródbłonka IL-4, IL-13 limf B IL-10 TGF-b DC spadek cytokin Th2 IL-9, IL-13 IL-4, IL-13 IL-3, IL-4, IL-5 Th2 T Reg Th0 Th1 IL-10 TGF-b TGF-b INF-g TNF-a supresja limfocytów efektorowych Th0/Th1 komórki nabłonka - aktywacja apoptozy produkcja śluzu regulacja produkcji śluzu kom tuczna bazofil eozynofil supresyjne działanie bezpośrednie i posrednie na komórki interakcje z osiadłymi komórkami tkanek, rola w remodelingu Rycina 4. Supresja i regulacja komórek układu immunologicznego przez limfocyty regulatorowe (wg Akdis 2006 [1]- w modyfikacji własnej). 328

M. Bobrowski, P. Kuna i M. Pietruczuk aktywacja tych populacji komórek (zarówno limfocytów jak i eozynofilów) sprzyja przewlekłemu procesowi zapalnemu występującemu w astmie, w tym zwiększenia produkcji śluzu, obrzęku tkanek i obturacji dróg oddechowych [19]. Analizie subpopulacji limfocytów Th1 i Th2 w warunkach in vitro, wykazała różną ekspresję receptorów dla chemokin. Natywne limfocyty T prezentują na powierzchni wiele receptorów dla chemokin, w tym CCR7 i CXCR4, które są tracone po ich aktywacji [36]. Receptory te są niezbędne do wejścia limfocytów do węzłów chłonnych przez żyłki z wysokim śródbłonkiem (HEV- High Endothelial Vanules), które posiadają specyficzne ligandy CCL19 i CCL21 [34, 36]. Następnie dochodzi do zmiany ekspresji receptorów dla chemokin na limfocytach. Limfocyty które są skierowane w kierunku odpowiedzi typu Th1 (różnicujące się poprzez IL-12 i IFN-γ) eksponują na powierzchni receptory CXCR3 i CCR5, podczas gdy limfocyty typu Th2 (powstające przez IL-4, IL-5 i IL-13) eksponują na powierzchni receptory CCR3, CCR4, CCR8 i CXCR4 [6, 19]. Ważną rolę odgrywa również fraktalkina (CXCL1), chemokina produkowana przez nabłonek dróg oddechowych po stymulacji TNF-α, IL-1β lub/i IFN-γ. Fraktalkina działa chemotaktycznie w stosunku do monocytów, komórek tucznych i pośredniczy w adhezji i migracji limfocytów [7]. W ostatnich latach coraz większą rolę przypisuje się limfocytom regulatorowym (Treg), które mają możliwość kontroli i zmiany rozwoju chorób alergicznych za pośrednictwem kilku głównych szlaków [3, 25]. Limfocyty Treg mają zdolność hamowania odpowiedzi immunologicznej i w różny sposób wpływają znacząco na przebieg chorób alergicznych (Rycina 4). Treg osłabiają odpowiedź przeciwzapalną, a także zdolność komórek dendrytycznych do prezentacji antygenu i powstawania efektorowych limfocytów Th1, Th2 i Th17. Dzięki temu hamują bezpośrednio produkcję interleukin, czyli podstawowych cytokin uczestniczących w odpowiedzi efektorowej w reakcji alergicznej. Treg mają zdolność również do tłumienia zapalenia alergicznego poprzez bezpośrednie działanie na komórki tuczne, bazofile i eozynofile [27]. Ich aktywność jest związana z wytwarzaniem cytokin przeciwzapalnych, tj. TGF-β (transformujący czynnik wzrostu β) i interleukiny 10 lub poprzez bezpośredni kontakt z komórką docelo wą [39]. Według najnowszych doniesień to właśnie równowaga pomiędzy limfocytami Treg a Th2 odgrywa istotną rolę w rozwoju alergii i w odpowiedzi immunologicznej na alergen [2]. Podsumowanie Jak wykazano w powyższej pracy, istotną rolę w zapaleniu alergicznym i w odpowiedzi immunologicznego układu odpornościowego odgrywają chemokiny. Potrzeba jednak dalszych badań, aby odpowiedzieć sobie na pytanie jak chemokiny i ich receptory przyczyniają się do rozwoju astmy u ludzi, ponieważ większość dotychczasowych publikacji oparta jest o modele zwierzęce [26]. Piśmiennictwo 1. Akdis M. Healthy immune response to allergens: T regulatory cells and more. Curr Opin Immunol 2006; 6: 738-744. 2. Akdis M, Akdis CA. Mechanisms of allergen-specific immunotherapy. J Allergy Clin Immunol 2007; 4: 780-791. 3. Akdis M, Verhagen J, Taylor A i wsp. Immune responses in healthy and allergic individuals are characterized by a fine balance between allergen-specific T regulatory 1 and T helper 2 cells. J Exp Med 2004; 11: 1567-1575. 4. Barnes PJ. The cytokine network in asthma and chronic obstructive pulmonary disease. J Clin Invest 2008; 11: 3546-3556. 5. Cohn L, Elias JA, Chupp GL. Asthma: mechanisms of disease persistence and progression. Annu Rev Immunol 2004; 22: 789-815. 6. Desai D, Brightling C. Cytokine and anti-cytokine therapy in asthma: ready for the clinic? Clin Exp Immunol 2009; 1: 10-19. 7. El-Shazly A, Berger P, Girodet PO i wsp. Fraktalkine produced by airway smooth muscle cells contributes to mast cell recruitment in asthma. J Immunol 2006; 3: 1860-1868. 8. Foster PS, Rosenberg HF, Asquith KL i wsp. Targeting eosinophils in asthma. Curr Mol Med 2008; 6: 585-590. 9. Gauvreau GM, Evans MY. Allergen inhalation challenge: a human model of asthma exacerbation. Contrib Microbiol 2007; 14: 21-32. 10. Grodecka M, Waśniowska K. Interceptory ciche receptory chemokin. Postepy Hig Med Dosw 2010; 61: 231-239. 11. Holgate ST, Arshad HS, Roberts GC i wsp. A new look at the pathogenesis of asthma. Clin Sci (Lond) 2010; 7: 439-450. 12. Humbles AA, Lloyd CM, McMillan SJ i wsp. A critical role for eosinophils in allergic airways remodeling. Science 2004; 5691: 1776-1779. 13. Jeffery PK, Haahtela T. Allergic rhinitis and asthma: inflammation in a one-airway condition. BMC Pulm Med 2006; 6(Suppl 1): S5. 14. Kallal LE, Lukacs NW. The role of chemokines in virus-associated asthma exacerbations. Curr Allergy Asthma Rep 2008; 5: 443-450. 15. Kang DH, Weaver MT. Airway cytokine responses to acute and repeated stress in a murine model of allergic asthma. Biol Psychol 2009; 1: 66-73. 16. Kaplan AP. Chemokines, chemokine receptors and allergy. Int Arch Allergy Immunol 2001; 4: 423-431. 17. Laing KJ, Secombes CJ. Chemokines. Dev Comp Immunol 2004; 5: 443-460. 18. Lloyd CM, Rankin SM. Chemokines in allergic airway disease. Curr Opin Pharmacol 2003; 4: 443-448. 19. Lukacs NW. Role of chemokines in the pathogenesis of asthma. Nat Rev Immunol 2001; 2: 108-116. 20. Lukacs NW, Hogaboam CM, Kunkel SL. Chemokines and their receptors in chronic pulmonary disease. Curr Drug Targets Inflamm Allergy 2005; 3: 313-317. 21. Lukacs NW, Oliveira SH, Hogaboam CM. Chemokines and asthma: redundancy of function or a coordinated effort? J Clin Invest 1999; 8: 995-999. 22. Luster AD. Antichemokine immunotherapy for allergic diseases. Curr Opin Allergy Clin Immunol 2001; 6: 561-567. 23. Murdoch C, Finn A. Chemokine receptors and their role in inflammation and infectious diseases. Blood 2000; 10: 3032-3043. 24. Osei-Kumah A, Wark PA, Smith R i wsp. Asthma during pregnancy alters immune cell profile and airway epithelial chemokine release. Inflamm Res 2010; 5: 349-358. 25. Ozdemir C, Akdis M, Akdis CA. T regulatory cells and their counterparts: masters of immune regulation. Clin Exp Allergy 2009; 5: 626-639. 26. Palmqvist C, Wardlaw AJ, Bradding P. Chemokines and their receptors as potential targets for the treatment of asthma. Br J Pharmacol 2007; 6: 725-736. 329

Rola chemokin w astmie 27. Palomares O, Yaman G, Azkur AK i wsp. Role of Treg in immune regulation of allergic diseases. Eur J Immunol 2010; 5: 1232-1240. 28. Pawlak.J., Ziętkowski Z, Bodzenta-Łukaszyk A. Beta-blokery i statyny w astmie. Postepy Hig Med Dosw 2009; 63: 634-642. 29. Pease JE. Asthma, allergy and chemokines. Curr Drug Targets 2006; 1: 3-12. 30. Radinger M, Lotvall J. Eosinophil progenitors in allergy and asthma - do they matter? Pharmacol Ther 2009; 2: 174-184. 31. Rossi D, Zlotnik A. The biology of chemokines and their receptors. Annu Rev Immunol 2000; 18: 217-242. 32. Schuh JM, Blease K, Kunkel SL i wsp. Chemokines and cytokines: axis and allies in asthma and allergy. Cytokine Growth Factor Rev 2003; 6: 503-510. 33. Siddiqui S, Hollins F, Saha S i wsp. Inflammatory cell microlocalisation and airway dysfunction: cause and effect? Eur Respir J 2007; 6: 1043-1056. 34. Van Hove CL, Maes T, Joos GF i wsp. Chronic inflammation in asthma: a contest of persistence vs resolution. Allergy 2008; 9: 1095-1109. 35. Walsh GM. Targeting eosinophils in asthma: current and future state of cytokine- and chemokine-directed monoclonal therapy. Expert Rev Clin Immunol 2010; 5: 701-704. 36. Weninger W, von Andrian UH. Chemokine regulation of naive T cell traffic in health and disease. Semin Immunol 2003; 5: 257-270. 37. Wills-Karp M. Interleukin-13 in asthma pathogenesis. Immunol Rev 2004; 202: 175-190. 38. Wills-Karp M, Karp CL. Biomedicine. Eosinophils in asthma: remodeling a tangled tale. Science 2004; 5691: 1726-1729. 39. Wojas J, Pajtasz-Piasecka E. Oddzialywanie komórek dendrytycznych z limfocytami T regulatorowymi. Postepy Hig Med Dosw 2010; 64: 167-174. Adres do korespondencji Zakład Diagnostyki Laboratoryjnej II Katedra Chorób Wewnętrznych Uniwersytet Medyczny w Łodzi 90-153 Łódź, ul. Kopcińskiego 22 e-mail: mati.bobrowski@wp.pl Zaakceptowano do publikacji: 29.04.2011 330