Zastanawiasz się, jak wydać pracę doktorską, habilitacyjną lub monografie? Chcesz dokonać zmian w stylistyce i interpunkcji tekstu naukowego? Nic prostszego! Zaufaj Wydawnictwu Borgis - wydawcy renomowanych książek i czasopism medycznych. Zapewniamy przede wszystkim profesjonalne wsparcie w przygotowaniu pracy, opracowanie dokumentacji oraz druk pracy doktorskiej, magisterskiej, habilitacyjnej. Dzięki nam nie będziesz musiał zajmować się projektowaniem okładki oraz typografią książki.

© Borgis - Nowa Medycyna 12/1999
Włodzimierz Maśliński, Anna Koc, Maria Ziółkowska
Cytokiny w patogenezie reumatoidalnego zapalenia stawów (r.z.s.) ? nadzieja na leki nowej generacji
Cytokines in the pathogenesis of rheumatoid arthritis (RA) ? a hope for drugs of a new generation
z Zakładu Patofizjologii i Immunologii Instytutu Reumatologicznego w Warszawie
Kierownik Zakładu: doc. dr hab. biol. Włodzimierz Maśliński
Cytokiny stanowią grupę niskocząsteczkowych białek wpływających na funkcje komórek i warunkujące ich wzajemne oddziaływanie. Sygnał aktywujący komórkę przekazywany jest poprzez związanie cytokiny ze swoistym dla niej receptorem. Cytokiny kontrolują wszystkie fazy odpowiedzi immunologicznej: indukcyjną, efektorową i wygaszającą. Co więcej, istotnie wpływają na procesy zapalenia: regulują ekspresję cząsteczek adhezyjnych na komórkach śródbłonka, indukują syntezę prostaglandyn, aktywują szereg komórek uczestniczących w zapaleniu: makrofagi, neutrofile, komórki tuczne, wpływają na syntezę białek ostrej fazy, stymulują sekrecję metoloproteinaz, etc. (3). Mimo występującego nakładania się niektórych funkcji poszczególnych cytokin, tworzą one ściśle powiązaną sieć, której elementy wzajemnie się regulują i kontrolują.
Istnieje szereg mechanizmów zabezpieczających przed niekontrolowaną produkcją cytokin (13, 29). Po pierwsze, większość cytokin nie jest produkowana konstytutywnie, ale do ich ekspresji niezbędne są sygnały aktywujące procesy transkrypcji i translacji. Po drugie, szereg cytokin jest produkowana w postaci nieaktywnych biologicznie prekursorów, które ulegają aktywacji dopiero w obecności specyficznych enzymów proteolitycznych. Po trzecie, sekrecja wielu cytokin jest często zależna od dodatkowej aktywacji lub obecności proteaz, które uwalniają aktywne cytokiny z powierzchni komórkowej. Należy tu jednak wspomnieć, że niektóre cytokiny eksponowane na powierzchni komórek (np. TNF-a, IL-15) wykazują również aktywność biologiczną. W takich jednak przypadkach niezbędny jest bezpośredni kontakt komórki docelowej z efektorową, co znacznie ogranicza zasięg działania tych cytokin. Czwarty mechanizm kontrolujący aktywność cytokin wykorzystuje ich neutralizację po związaniu z rozpuszczalnymi (złuszczonymi) receptorami lub białkami wiążącymi dane cytokiny. W ten sposób może być neutralizowana IL-2, TNF-a, IL-1b czy IL-18. Jednak nie zawsze rozpuszczalne receptory neutralizują związaną cytokinę: rozpuszczalny receptor dla IL-6 po związaniu się z IL-6 zwiększa jej biologiczną aktywność. Istnieją też antagoniści receptorów, których wiązanie nie wywołuje efektu biologicznego, ale kompetycyjnie blokuje dostępność receptora dla agonisty. Taka sytuacja ma miejsce w przypadku antagonisty dla receptora IL-1 (IL-1Ra). W końcu, niektóre cytokiny wykazują efekty biologiczne preferujące dany typ odpowiedzi immunologicznej (2, 22). Na przykład w obecności IL-12 obserwuje się przewagę limfocytów Th1 (produkujących IL-2, IFN-g, IL-17) i związanej z ich wpływem dominacji odpowiedzi typu komórkowego, podczas gdy w obecności dużych ilości IL-4 następuje preferencyjna stymulacja proliferacji limfocytów Th2 (produkujących IL-4) prowadząca w konsekwencji do amplifikacji odpowiedzi typu humoralnego i związanej z nią produkcji przeciwciał.
Dzięki tym mechanizmom kontrolującym produkcję, aktywację i neutralizację cytokin, w większości sytuacji procesy immunologiczno-zapalne przechodzą przez wszystkie etapy niezbędne do eliminacji czynnika inwazyjnego oraz naprawy zaistniałych uszkodzeń, po czym następuje wygaszenie całego procesu. Taka ściśle kontrolowana równowaga, pomiędzy czynnikami wzmagającymi dany typ odpowiedzi immunologiczno-zapalnej a ich naturalnymi inhibitorami, jest niezbędna dla prawidłowego funkcjonowania całego organizmu.
Niestety, istnieją sytuacje, gdy ta równowaga jest zaburzona przez zbyt długi okres i w efekcie obserwuje się chroniczny proces immunologiczno-zapalny (5, 12). Z takimi procesami mamy do czynienia np. w reumatoidalnym zapaleniu stawów, gdzie produkcja cytokin prozapalnych (TNF-a, IL-1b, IL-8, GM-CSF, IL-15, IL-17) zdominowała cytokiny uznawane w tej sytuacji za przeciwzapalne (IL-1Ra, IL-4, IL-13, IL-10, TGF-b, rozpuszczalne receptory dla TNF-a czy IL-1b) (7, 10, 14, 21, 28). Badania ostatniej dekady wykazały istnienie swoistej hierarchii cytokin prozapalnych u chorych na r.z.s., którą obrazowo przedstawia się jako kaskadę (ryc. 1).
Ryc. 1. Kaskada cytokin w patogenezie r.z.s.
Wiele danych wskazuje bowiem, że na szczycie tej kaskady występują wzajemnie się indukujące TNF-a i IL-1b, które z kolei mogą stymulować produkcję innych cytokin prozapalnych. W związku z tym postawiono hipotezę, że neutralizacja tych kluczowych cytokin spowoduje ograniczenie dominacji syntezy cytokin prozapalnych i w rezultacie może doprowadzić do ograniczenia, a nawet zakończenia chronicznego procesu immunologiczno-zapalnego. W celu sprawdzenia tej hipotezy przeprowadzono szereg doświadczeń, w których stosując neutralizujące przeciwciała przeciwko TNF-a lub IL-1b badano przebieg indukowanego kolagenem zapalenia stawów u myszy, będącego jednym ze zwierzęcych modeli r.z.s. (5, 10, 15). Wyniki, które wykazały bardzo istotne ograniczenie zachorowalności i ciężkości przebiegu procesu immunologiczno-zapalnego (głównie przeciwciała przeciwko TNF-a) oraz ograniczenie procesu zapalnego wraz z zahamowaniem procesu degradacji chrząstki stawowej (przede wszystkim IL-1Ra) skorelowane z obniżeniem produkcji cytokin prozapalnych potwierdziły tę hipotezę. W związku z tymi bardzo zachęcającymi wynikami, przeprowadzono szereg prób klinicznych na pacjentach z r.z.s. Zastosowano kilka zbliżonych funkcjonalnie czynników neutralizujących TNF-a:
a) chimeryczne przeciwciała składające się z fragmentu Fc (klasy IgG1) ludzkiego przeciwciała sprzężonego z fragmentem Fab mysiego przeciwciała rozpoznającego ludzki TNF-a (cA2) (8, 18),
b) humanizowane przeciwciała, w których jedynie epitopy rozpoznające TNF-a pochodziły od mysiego przeciwciała, zaś reszta cząsteczki stanowiła ludzkie przeciwciało klasy IgG4 (CDP571) (32), lub
c) białko fuzyjne zbudowane z zewnątrzkomórkowego fragmentu receptora dla TNF-a (p75) połączonego z fragmentem Fc ludzkiego przeciwciała klasy IgG1 (24, 25, 34).
Ryc. 2. Struktura leków blokujących aktywność biologiczną TNF-a.
Pozytywne wyniki badań klinicznych z zastosowaniem terapii anty-TNF-a prawdopodobnie zadecydowały o tym, że pod koniec 1998 roku amerykańska agencja Food and Drug Administration (FDA) wyraziła zgodę na stosowanie u chorych na r.z.s. leku Enbrel? (Etanercept), a w 1999 leku RemicadeÔ (Infliximab). Struktura tych leków została przedstawiona na rycinie 2. Etanercept jest ludzkim rekombinowanym białkiem fuzyjnym, a Infliximab chimerycznym przeciwciałem monoklonalnym. Oba leki blokują aktywność biologiczną TNF-a obecnego w krążeniu. Większe powinowactwo do TNF-a posiada chimeryczne przeciwciało (Infliximab). Ponadto, Infliximab rozpoznaje tylko TNF-a, a Etanercept zarówno TNF-a jak i należący do tej samej rodziny TNF-b (limfotoksyna). Infliximab reaguje również z TNF-a związanym z komórkami i może inaktywować lub nawet doprowadzić do destrukcji tych komórek. Ten efekt może wzmagać skuteczność leku, ale z drugiej strony może również zwiększać jego niepożądane działanie. Etanercept jest podawany podskórnie dwa razy na tydzień, a Infliximab dożylnie raz na dwa miesiące. W przypadku obu tych nowych leków znacznie lepsze efekty uzyskiwano przy stosowaniu terapii skojarzonej z niskimi dawkami metotreksatu (18, 34).
Mimo wysokich kosztów leczenia (około 12 000 USD rocznie), Etanercept zastosowano już u ponad 30 000 pacjentów. Jak do tej pory, mimo że nie następuje całkowite wyleczenie, zarówno parametry kliniczne, jak i laboratoryjne wskazują, że lek ten jest bardzo skuteczny w zahamowaniu postępów choroby, a zwłaszcza w ograniczeniu zapalenia. Nie ma jednak jeszcze danych, czy jego stosowanie będzie również hamowało degradację chrząstki ? efekt uzyskany przy stosowaniu blokowania biologicznej aktywności IL-1 po podawaniu antagonisty jej receptora (IL-1Ra) (6). Ponieważ na modelach zwierzęcych obserwowano addytywne efekty jednoczesnego blokowania TNF-a i IL-1b, można się więc spodziewać, że w niedalekiej przyszłości będą przeprowadzone próby kliniczne z zastosowaniem blokowania obu tych cytokin.
W tym miejscu warto też podkreślić, że chociaż blokowanie obu tych cytokin jest bardzo efektywne, to około 20-30% zwierząt ma pewne lub wszystkie objawy indukowanego zapalenia stawów. Taki wynik sugeruje istnienie cytokiny (lub cytokin), które mogą stymulować syntezę nie tylko TNF-a i IL-1b, ale również i innych cytokin, włączonych w patogenezę r.z.s. Takim kandydatem jest interleukina IL-15 (19, 21), której podwyższone poziomy obserwuje się w płynie stawowym i surowicach u chorych na r.z.s. (20, 36). Co więcej okazało się, że IL-15 indukuje syntezę szeregu innych cytokin ? w tym TNF-a (1, 20). Nasze badania wykazały, że podawanie antagonisty IL-15 (stworzonego przez mutację punktową Q108D ludzkiej IL-15) blokuje w 80% indukcję kolagenowego zapalenia stawów u myszy (16). Co więcej, u tych myszy nie obserwuje się podwyższonych poziomów TNF-a i IL-1b. Ponieważ wykazaliśmy również, że IL-15 (ale nie TNF-a) indukuje syntezę prozapalnej cytokiny IL-17 (35), blokowanie biologicznych funkcji IL-15 może okazać się następnym celem w terapii r.z.s. (30).
Występujące w r.z.s. zaburzenie równowagi na korzyść odpowiedzi typu Th1 skłoniło do badań, w których zastosowano cytokiny mogące przesunąć równowagę na korzyść odpowiedzi typu Th2 (22). W modelach zwierzęcych skuteczne okazało się podawanie IL-4 i IL-13. Jednakże ostatnie badania kliniczne przeprowadzone na pacjentach z r.z.s. nie wykazały oczekiwanego zahamowania procesu chorobowego. Zastosowanie przeciwciał neutralizujących IL-12 (a więc hamujących odpowiedź Th1) skutecznie blokowało wczesne fazy kolagenowego zapalenia stawów u myszy. Jednakże w późniejszych fazach, te same przeciwciała powodowały nasilenie objawów chorobowych. Te wyniki wskazują, że istnieją powiązania w sieci cytokin, których wpływ na przebieg choroby nie jest do końca poznany.
IL-10 oraz TGFb, wykazujące wiele efektów immunosupresyjnych, po pozytywnych wynikach obserwowanych w przebiegu kolagenowego zapalenia stawów, są obecnie w różnych fazach badań klinicznych (9, 15, 22). Wyniki tych badań nie zostały jeszcze opublikowane.
Modulację sieci cytokin obserwuje się również po podawaniu klasycznych leków. Ostatnio wprowadzana do leczenia r.z.s. Cyklosporyna A (11, 26, 33) blokuje syntezę tych cytokin, których indukcja zależy od aktywacji czynnika jądrowego aktywowanych limfocytów T (NF-AT): IL-2, IL-3, IL-4, TNF-a, GM-CSF, (27, 31). Glikokortykosteroidy, poprzez indukcję lipokortyny, powodują obniżenie syntezy wielu cytokin prozapalnych: IL-1, TNF-a, IFN-g, IL-2 (23). Metotreksat, oprócz innych efektów obniża produkcję, wydzielanie i wiązanie IL-1 (9, 17). Jednocześnie normalizuje obserwowane w r.z.s. niskie poziomy IL-2. W końcu sole złota i D-Penicylamina blokując wiązanie czynnika transkrypcyjnego AP-1 do DNA, hamują indukcję syntezy TNF-a, IL-1b, metaloproteinaz i cząsteczek adhezyjnych (4, 9).
W podsumowaniu można powiedzieć, że postęp w naszym rozumieniu wzajemnych powiązań w sieci cytokin i ich roli w przebiegu r.z.s. pozwolił na zidentyfikowanie szeregu krytycznych cytokin, których blokowanie okazało się skuteczne w ograniczaniu postępu tej choroby. Można się spodziewać, że w najbliższej przyszłości dzięki zidentyfikowaniu roli nowo odkrytych cytokin (np. IL-15, IL-17, IL-18), modulacja sieci cytokin będzie jeszcze skuteczniejsza. Zidentyfikowanie tych istotnych punktów kontrolujących sieć cytokin może również przyczynić się do syntezy leków selektywnie blokujących/stymulujących produkcję lub aktywności biologiczne wybranych cytokin. Mimo, że obecna wiedza nie pozwala jeszcze na w pełni kontrolowaną terapię genową, postęp w tej dziedzinie może znacznie obniżyć olbrzymie koszty produkcji i oczyszczania stosowanych obecnie związków biologicznie aktywnych.
Piśmiennictwo
1. Alleva D.G. et al.: IL-15 functions as a potent autocrine regulator of macrophage proinflammatory cytokine production.Evidence for differential receptor subunit utilization associated with stimulation or inhibition. J. Immunol., 1997, 159:294. 2. Avice M-N: et al.: IL-15 promotes IL-12 production by human monocytes via T cell-dependent contact and may contribute to IL-12 mediated IFN-g secretion by CD4+ T cells in the absence of TCR ligation. J. Immunol., 1998, 161:3408. 3. Badalto R. et al.: Role of cytokines, acute-phase protein and chemokines in the progression of rheumatoid arthritis. Semin. Arthritis Rheum. 1996, 26:526. 4. Barrera P. et al.:Effects of antirheumatic agents on cytokines. Semin. Arthritis Rheum. 1996, 25:27. 5. Burmester G.R. et al.: Mononuclear phagocytes and rheumatoid synovitis. Mastermind or workhorse in arthritis? Arthritis Rheum. 1997, 40:25. 6. Campion G.V, et al.: Dose-range and dose-frequency study of recombinant human interleukin-1 receptor antagonist in patients with rheumatoid arthritis. The IL-1Ra arthritis study group. Arthritis Rheum. 1996, 39:1092. 7. Chabaud M. et al.: Human IL-17. A T-cell derived cytokine produced by rheumatoid synovium. Arthritis Rheum. 1999, 42:963. 8. Charles P. et al.: Regulation of cytokines, cytokine inhibitors, and acute-phase proteins following anti-TNF-a therapy in rheumatoid arthritis. J. Immunol. 1999, 163:1521. 9. Danning C.L., Boumpas D.T.: Commonly used disease-modifying antirheumatic drugs in the treatment of inflammatory arthritis: An update on mechanisms of action. Clin. Exp. Rheumatol. 1998, 16:595. 10. Feldmann M. et al.: Role of the cytokines in rheumatoid arthritis. Annu. Rev. Immunol. 1996, 14:397. 11. Ferraccioli G.F. et al.: Effects of cyclosporin on joint damage in rheumatoid arthritis. Clin. Exp. Rheumatol. 1997, 15:83. 12. Fox D.A.: The role of T cells in the immunopathogenesis of rheumatoid arthritis. New perspectives. Arthritis Rheum. 1997, 40:598. 13. Jędrzejczak W.W. i wsp.: Cytokiny. Zastosowanie kliniczne. 1997, Volumed s.c. 14. Jovanovic D.V. et al.: IL-17 stimulates the production and expression of proinflammatory cytokines, IL-1b and TNF-a, by human macrophages. J. Immunol. 1998, 160:3513. 15. Kalden J.R., Manger B.: Biologic agents in the treatment of inflammatory rheumatic diseases. Curr. Opin. Rheumatol. 1998, 10:174. 16. Lacraz S.F. et al.: The dramatic therapeutic effect of an IL-15 mutant/Fc protein upon collagen-induced arthritis in mice. 1999 (in submission). 17. Li E. et al.: Disease-modyfying antirheumatic drugs. Curr. Opin. Rheumatol., 1998, 10:159. 18. Maini R.N. et al.: Therapeutic efficacy of multiple intravenous infusions of anti-tumor necrosis factor a monoclonal antibody combined with low-dose weekly methotrexate in rheumatoid arthritis. Arthritis Rheum. 1998, 41:1552. 19. Masliński W. et al.: IL-15 and IL-15 receptors ? a new target in the treatment of rheumatoid arthritis? Reumatologia 1998, 36:83. 20. McInnes I.B. et al.: Interleukin-15 mediates T cell-dependent regulation of tumor necrosis factor a production in rheumatoid arthritis. Nature Med. 1997, 3:189. 21. McInnes I.B., Liew F.Y.: Interleukin 15: a proinflammatory role in rheumatoid arthritis synovitis. Immunol. Today 1998, 19:75. 22. Miossec P., van den Berg W.: Th1/Th2 cytokine balance in arthritis. Arthritis Rheum. 1997, 40:2105. 23. Morand E.F.: Corticosteroids in the treatment of rheumatologic diseases. Curr. Opin. Rheumatol. 1998, 10:179. 24. Moreland L.W. et al.: Etanercept therapy in rheumatoid arthritis. A randomized, controlled trial. Ann. Intern. Med. 1999, 130:478. 25. Moreland L.W. et al.: Treatment of rheumatoid arthritis with a recombinant human tumor necrosis factor receptor (p75)-Fc fusion protein. N. Engl. J. Med. 1997, 337:141. 26. Pasero G. et al.: Slow progression of joint damage in early rheumatoid arthritis treated with cyclosporin A. Arthritis Rheum 1996, 39:1006. 27. Ranger A.M. et al.: Inhibitory function of two NFAT family members in lymphoid homeostasis and Th2 development. Immunity 1998, 9:627. 28. Robak T., Glądalska A.: Cytokiny w reumatoidalnym zapaleniu stawów. Post. Hig. Med. Dośw. 1997, 51:621. 29. Robak T.: Biologia i farmakologia cytokin. 1995, Wydawnictwo Naukowe PWN. 30. Ruchatz H. et al.: Soluble IL-15 receptor a-chain administration prevents murine collagen-induced arthritis: a role for IL-15 in development of antigen-induced immunopathology. J. Immunol. 1998, 160:5654. 31. Schreiber S.L., Crabtree G.R.: The mechanism of action of cyclosporin A and FK506. Immunol. Today 1992, 13:136. 32. Strand V. et al.: Novel therapeutic agents for the treatment of autoimmune diseases. 1997, Marcel Dekker Inc. New York. 33. van den Borne B.E.E.M. et al.: Low dose cyclosporine in early rheumatoid arthritis: effective and safe after two years of therapy when of therapy when compared with chloroquine. Scand. J. Rheumatol., 1996, 25:307. 34. Weinblatt M.E. et al.: A trial of etanercept, a recombinant tumor necrosis factor receptor: Fc fusion protein, in patients with rheumatoid arthritis receiving methotrexate. N. Engl. J. Med. 1999, 340:253. 35. Ziolkowska M. et al.: High levels of il-17 in rheumatoid arthritis patients: IL-15 triggers in vitro IL-17 production via cyclosporine A sensitive mechanism. Arthritis Rheum. 1999, 42:S198. 36. Ziolkowska M. et al.: IL-15 and proinflammatory cytokines (TNFa, IL-1b, IL-6) are elevated in serum of rheumatoid arthritis and juvenile arthritis patients. Immunol. Lett. 1997, 56:410.
Nowa Medycyna 12/1999
Strona internetowa czasopisma Nowa Medycyna