Udział układu immunologicznego w patogenezie nieswoistych zapaleń jelit u dzieci

Nieswoiste zapalenia jelit to niejednorodna grupa przewlekłych zapaleń jelit o nieustalonej etiologii. Wśród tej grupy najczęściej mamy do czynienia z chorobą Leśniowskiego-Crohna (CD) i wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego (CU). Panuje ogólna zgodność, że ich patogeneza jest wieloczynnikowa, uwzględniając predyspozycje genetyczne, czynniki środowiskowe, bakteryjne, alergeny komórkowe oraz rozregulowanie jelitowego systemu immunologicznego. Uważa się, że zaburzenie odpowiedzi immunologicznej na antygeny pochodzące z przewodu pokarmowego takie jak: drobnoustroje czy składniki żywności prowadzi do nieprawidłowej odpowiedzi zapalnej z powstaniem niespecyficznych uszkodzeń tkanki jelitowej (1, 2, 3, 4). W warunkach prawidłowych w przewodzie pokarmowym znajduje się wiele antygenów bakteryjnych, wirusowych oraz antygenów składników pokarmowych. Prawidłowa błona śluzowa pozwala na przenikanie składników odżywczych, zapobiegając jednocześnie przedostawaniu się przez jej barierę czynników potencjalnie szkodliwych. Jest to częściowo wynikiem skomplikowanej interakcji komórkowej, począwszy od transportu antygenów z powierzchni zwróconej w kierunku światła jelita do położonych głębiej krypt jelitowych za pośrednictwem wyspecjalizowanych komórek nabłonkowych (3, 4, 5). Następujące później przetwarzanie i prezentacja antygenów limfocytom T przez makrofagi prowadzi do kaskady zjawisk, umożliwiających aktywację komórek B i wytwarzanie immunoglobulin. Jak wykazano, u dzieci z nieswoistymi zapaleniami jelit dochodzi do miejscowego pobudzenia komórek linii B z następową nasiloną syntezą immunoglobulin. Wytwarzanie przeciwciał przez limfocyty B wymaga ich kooperacji z limfocytami T. Wśród nich istotne znaczenie ma kompleks receptorowy CD3 przekazujący sygnały pobudzające, i ściśle sprzężony z receptorem, dla antygenu, białkami odpowiedzialnymi za adherencję, glikoproteinami charakteryzującymi antygeny różnicowania (CD4 lub CD8) oraz z antygenami układu HLA klasy II lub I. (1, 2) Limfocyty T helper (Th-CD4) umożliwiają przyjęcie bodźca antygenowego przez komórki B oraz nasilają odpowiedź immunologiczną za pomocą systemu cytokin. Funkcje regulatorowe dla reakcji nadmiernej spełniają limfocyty obdarzone antygenem różnicowania CD8. Doniesienia dotyczące zachowania się limfocytów i ich subpopulacji wskazują na wzrost, zwłaszcza, u dzieci z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego CD4 i obniżenie CD8 w ostrym okresie choroby. Prócz limfocytów w toczącym się procesie zapalenia udział biorą również inne komórki, wśród których wymienić należy wspomniane już cytokiny. Cytokiny są białkami, które regulują i kontrolują podstawowe funkcje komórek poprzez oddziaływanie autokrynne lub parakrynne, w tym zwłaszcza ich rozplem, różnicowanie się i migrację (6, 7, 8, 9). Zapewniają wymianę sygnałów między komórkami w czasie rozwoju odpowiedzi zapalnej. Uznano, że niektóre cytokiny takie jak: IL-1 i IL-6 mogą być uważane za markery aktywności choroby, a tkankowa koncentracja tych cytokin może być pomocna w rozpozaniu nieswoistych zapaleń jelit (7, 8, 9, 12).

Dobrze wyważony system immunologiczny śluzówki jelitowej w nieswoistych zapaleniach jelit zostaje rozchwiany i ogniskowo wykazuje objawy nieskutecznej immunologicznej eliminacji. Zmiana warunków adhezji w mikrokrążeniu śluzówkowego endotelium, powoduje wyjście z naczyń komórek T i B co prowadzi do skupienia dużej liczby komórek plazmatycznych produkujących immunoglobuliny, a także makrofagów i neutrofilów (1, 2). Mediatory uwalniane z infiltrujących komórek jednojądrowych są powodem uszkodzeń śluzówki we wrzodziejącym zapaleniu jelita grubego i głębszych warstw ściany w chorobie Leśniowskiego-Crohn´a. Liczba limfocytów B produkujących przeciwciała klasy IgG, A i M jest znacząco podwyższona, ta nieproporcjonalność szczególnie widoczna jest w immunoglobulinach klasy G (w śluzówce jest ich 30 razy więcej, a w klasie IgA 2-krotniej w stosunku do śluzówki kontrolnej).

Doniesienia wielu autorów wskazują, że śluzówka w nieswoistych zapaleniach jelit wykazuje oznaki wzrostu produkcji cytokin przez komórki immunomodulujące. W niezmienionej zapalnie śluzówce 15% jednojądrowych komórek blaszki właściwej stanowią makrofagi. Podczas rozwoju zapalenia duża liczba monocytów i makrofagów migruje do i przez blaszkę właściwą, co powoduje, że w zapalnie zmienionej śluzówce ich liczba wzrasta. Ponadto, makrofagi te mieszają się z makrofagami napływowymi o innym fenotypie. W prawidłowej śluzówce najczęściej występują makrofagi B7.1 (CD 80), a w nieswoistych zapaleniach B7.2 (CD 86). Wzmożona aktywacja makrofagów śluzówkowych w nieswoistych zapaleniach jelit była wykazywana zarówno przez ekspresję receptora IL-2, jak i wewnątrzkomórkową molekułę adhezyjną J, a także przez produkcję wolnych rodników i prozapalnych cytokin. Aktywne makrofagi wykazywały się produkcją lub indukcją dodatkowych czynników uszkadzających takich jak endotelina 1 czy metalloproteinazy, do których zaliczane są glycosaminoglicany ścian komórkowych (10, 11). Cytokiny prozapalne są uwalniane głównie w trakcie zapalenia. W wielu badaniach dotyczących ich poziomu w surowicy, jak i ekspresji tkankowej wykazano, że niektóre z nich mogłyby być potencjalnymi celami terapii.

Prozapalne cytokiny u dzieci z nieswoistymi zapaleniami jelit to: IL-1, IL-6, TNF-α.

IL–1, wytwarzana głównie przez monocyty i makrofagi, wykazuje różne działanie biologiczne na różne typy komórek. Posiada dwie formy molekularne IL-1α i IL-1ß, kodowane przez dwa oddzielne geny, które pasują do tych samych receptorów powierzchni komórek (receptor typu 1 i 2) wykazujących podobną aktywność biologiczną. Z tych dwóch form IL-1β jest głównie formą sekrecyjną podczas gdy IL-α jest bardziej związana z komórką. U chorych z CD i CU zawsze stwierdza się wzrost uwalnionej IL-1ß przez monocyty krwi obwodowej oraz komórki izolowane z zapalnie zmienionej śluzówki. Prawdopodobnie wzrost ekspresji mRNA dla IL-1ß w zmienionej zapalnie blaszce właściwej powoduje wzrost aktywności makrofagów tkankowych, które przekształcają się z monocytów krwi przenikających do tkanki (12, 24). IL–6 jedna z ważniejszych cytokin w odpowiedzi zapalnej. Produkowana jest przez różnego typu komórki ale aktywowane monocyty i makrofagi odgrywają w tej produkcji główną rolę. Z wielu biologicznych czynności najważniejszą jest indukcja i uwalnianie białek ostrej fazy (CRP) z hepatocytów. Ostra faza tej odpowiedzi u pacjentów z aktywną chorobą Leśniowskiego-Crohn´a i wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego, objawia się wzrostem aktywności CRP, poziomem kwaśnej alfa 1-glikoproteiny oraz zmianami w albuminach surowicy. mRNA dla IL-6 było oznaczane nie tylko z komórek blaszki właściwej (lamina propria) ale także z komórek nabłonka.(14,15). TNF-α – (tumor necrosis factor) – czynnik nekrotyzujący komórki nowotworowe wykazuje wysoki stopień aktywności prozapalnej w dużym stopniu związany z IL-1. Chociaż wiele komórek może produkować TNF-α, to większość tego związku jest wydzielana przez aktywowane monocyty i makrofagi. W śluzówce chorych z chorobą Leśniowskiego-Crohn´a i wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego stwierdzono dużą liczbę komórek wykazujących ekspresję TNF-α mRNA. Wzrost produkcji TNF-α w nieswoistych zapaleniach jelit, objawiający się podwyższeniem jego stężenia, jest obserwowany głównie w śluzówce i świetle jelita, ale u dzieci z aktywnym procesem zapalnym wysokie stężenie TNF-α może być wykrywane także w stolcach. Natomiast w surowicy najczęściej jest ono niskie, nawet u pacjentów z dużą aktywnością choroby. Rozpuszczalne receptory dla TNF-α p55 i p75 były wykrywane w zwiększonej ilości w surowicy pacjentów z nieswoistymi zapaleniami jelit, a ich ilość ściśle korelowała z aktywnością choroby. Dlatego też możliwe jest wykorzystanie danych o stężeniu TNF-α lub sTNF-R (receptor dla TNF) w świetle jelita, surowicy lub moczu dla oceny i dalszego postępowania u chorych z nieswoistymi zapaleniami jelit. Przyjmuje się, że TNF-α w patogenezie choroby Leśniowskiego-Crohn´a, jak i wrzodziejącym zapaleniu jelita grubego jest jednym z czynników sprawczych przez naruszenie struktur błon epitelium i endotelium, przez wzrost przepuszczalności komórek zapalnych oraz przez efekt protrombinowy na endotelium naczyń. Kliniczny efekt leczenia anty TNFα w CD sugeruje ważność tej cytokiny w rozwoju choroby (18, 19). Przenikanie komórek zapalnych do miejsc zapalenia jest jednym z ważnych elementów w inicjacji i progresji reakcji zapalnych. U chorych z nieswoistymi zapaleniami jelit może prowadzić do miejscowego uszkodzenia tkanki w obszarach zajętych chorobą. Przyjmuje się, że rozwój odpowiedzi zapalnej regulują między innymi także chemokiny ze względu na swe właściwości aktywujące i chemotaktyczne (20, 23). Do grupy tej należą: IL – 8 członek rodziny chemokin C – X –C jest głównym peptydem chemotaktycznym i aktywującym dla neutrofilów. Ponieważ neutrofile występują w dużej liczbie w śluzówce chorych z aktywnym nieswoistym zapaleniem jelit, a szczególnie we wrzodziejącym zapaleniu jelit, przypisuje się jej istotne znaczenie. Uważa się, że wysokie stężenie IL-8 w surowicy jest złym markerem aktywności choroby. W porównaniu z IL-6, która jest chemokiną krążącą, chemotaktyczne działanie IL-8 wiąże się głównie z miejscem zapalenia. Niskie stężenia tej interleukiny w surowicy mogą współistnieć z nasiloną odpowiedzią w miejscu zapalenia, co więcej, stężenie IL-8 i IL-8 mRNA jest ściśle związane z nasileniem choroby (14, 15, 21, 22). ENA-78 - peptyd aktywujący neutrofile nabłonkowe przynależy także do rodziny chemokin C– X – C powodując reakcje chemotaktyczne i aktywację neutrofili. Badania ekspresji genu dla ENA – 78 i stężenia samej proteiny w próbkach pobranych od pacjentów z nieswoistymi zapaleniami jelit wykazały obecność proteiny ENA –78 w ponad 90% komórkach nabłonka. ENA – 78 mRNA było wykrywane w nabłonku pacjentów z CU i CD. Dane te sugerują, że w nieswoistych zapaleniach jelit nabłonkowe komórki jelitowe mogą generować gradient chemotaktyczny w wyniku wydzielania ENA –78, co powoduje przejście neutrofili do warstwy komórek nabłonka. MCP – 1 – jest proteiną, należącą do rodziny chemokin C-C, która wykazuje się specyficzną chemotaktyczną aktywnością dla monocytów i limfocytów nasilając migrację monocytów do tkanki podczas zapalenia. W przeciwieństwie do normalnego jelita, gdzie jedynie pojedyncze komórki wykazują ekspresję genu MCP-1 u chorych z nieswoistymi zapaleniami jelit wykazano w tkance zmienionej zapalnie znaczny wzrost ekspresji mRNA i stężenia proteiny MCP-1 w wielu komórkach lamina propria. Uważa się, że produkcja tej proteiny może ustanawiać gradient chemotaktyczny powodujący wzrost migracji monocytów, makrofagów z krwi przez endotelium do lamina propria w przewlekłej fazie zapalenia. RANTES – podobnie jak MCP-1 jest chemokiną typu C – C i chemoatraktantem dla monocytów oraz wykazuje aktywność chemotaktyczną dla limfocytów T z fenotypem (CD4+/ CD 45R0). RANTES wykrywany jest głównie w śluzówce. Aktywność genu kodującego RANTES wykrywana była w limfocytach wewnątrznabłonkowych oraz podnabłonkowych lamina propria. Uważa się, że obecność obu tych chemokin odgrywa ważną rolę w fazie przewlekłej zapalenia w większym stopniu niż inicjacji ostrej fazy choroby (20).

Regulacja dodatnia i ujemna procesu zapalenia kontrolowana jest przez liczne mediatory uwalniane z komórek immunologicznych i nie tylko przewodu pokarmowego.

Do głównych cytokin immunoregulujących i immunomodulujących zaliczamy:

IL-1ra – która jest naturalnym antagonistą obu receptorów dla IL-1 i wytwarzana przez te same komórki produkujące IL–1. Równowaga pomiędzy poziomem IL-1 i IL-1ra we wszystkich komórkach docelowych jest determinowana aktywnością IL-1. IL-1ra posiada zdolność hamowania prozapalnego efektu IL-1, ale 100 – 1000 cząsteczek IL-1ra blokuje tylko 1 receptor IL-1. Zaburzenie równowagi stężeń IL-1/ IL-1ra może prowadzić do przewlekłego stanu choroby. Hyams i wsp. udowodnili, że stężenia IL-1ra były znacząco podwyższone u dzieci z nieswoistymi zapaleniami jelit, zwłaszcza o ciężkim i średnio ciężkim przebiegu.

IL-2 to interleukina, której przypisuje się główną rolę immunomodulującą. Uważa się, że produkcja IL-2 jest skorelowana z aktywnością wrzodziejącego zapalenia jelita grubego, nie zmienia się natomiast w chorobie Leśniowskiego-Crohn´a. Stwierdzono, że wzrost koncentracji IL-2R (receptora) w surowicy i bioptatach zależy od aktywności choroby oraz stężenia orsomukoidu (11, 13). IL-4 produkowana jest głównie przez komórki tuczne i limfocyty T. Wstępnie opisana została jako czynnik wzrostu dla komórek B ale przypisuje się jej także funkcję ujemnie regulującą monocyty i limfocyty co przejawia się w produkcji monocytów, hamowaniem produkcji IFN-γ, IL-1ß oraz TNF-α a także stymulacją syntezy IL-1ra i IL-10. Ekspresji IL-4 mRNA nie wykrywa się u pacjentów z chorobą Leśniewskiego-Crohn´a w przeciwieństwie do chorych z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego (16, 17). IL-10 produkowana jest przede wszystkim przez komórki Th2. Główną rolą IL-10 jest hamowanie zaktywowanych fagocytów (monocyty, makrofagi, granulocyty), komórek T i komórek nieimmunologicznych. Ludzka IL-10 spowalnia transkrypcję i translację IL-1, IL-6, IL-8, TNF-alfa i G-CSF (czynnik pobudzający nowotworzenie granulocytów) przez aktywowane monocyty i makrofagi. Kucharzik i wsp. zauważyli znaczącą korelację stężenia IL-10 w surowicy, a kliniczną aktywnością choroby Leśniowskiego-Crohn´a i wrzodziejącego zapalenia jelita grubego. Znajdowana też była korelacja pomiędzy stężeniami IL-10 a IL-6 i TNF-alfa u pacjentów z chorobą Leśniowskiego –Crohn´a. Stężenia w surowicy IL-1ß, sIL-2R, IFN-γ i TNF-alfa u pacjentów z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego nie korelowały ze stężeniami w surowicy IL-10 (25, 26, 27, 28). TGF-α i β (Transforming growth factors) – transformujący czynnik wzrostu. Uważa się, że ważną rolę w patogenezie nieswoistych zapaleń jelit mogą odgrywać peptydy i proteiny modulujące wzrost TGF-α i β. TGF-α – jest prawdopodobnie najważniejszym ligandem spośród rodziny nabłonkowych czynników wzrostu w śluzówce, który może stymulować proliferację ludzkich komórek nabłonka jelita grubego. TGF-β – strukturalnie nie jest związane z TGF-α może on zarówno dodatnio jak i ujemnie regulować proliferację komórek jelitowych i być promotorem różnicowania komórkowego. TGF-β moduluje produkcję innych cytokin głównie IL-1ra (wzrost), IL-1, TNF-α, IFN-γ (spadek), a także hamować wytwarzanie wolnych rodników przez makrofagi. Sugeruje to, że TGF-α może powodować nabłonkową hyperproliferację i zwiększać ryzyko zezłośliwienia w długotrwałym wrzodziejącym zapaleniu jelit. Wzrost ekspresji TGF-β1 w śluzówce pacjentów z nieswoistymi zapaleniami jelit nie jest jasny, ponieważ TGF-β promuje uszkodzenie komórek nabłonka, prawdopodobnie moduluje funkcję tego nabłonka w aktywnym wrzodziejącym zapaleniu jelita grubego i chorobie Leśniowskiego Crohn´a. Ostatnio zwraca się uwagę na udział w patomechanizmie nieswoistych zapaleń jelit IL-12, IL-15 (29, 30) jak również białek adhezyjnych takich jak: ICAM-1, -2 i -3 czy Integryn (31, 32), ale wymaga to odrębnego omówienia.