Chcesz wydać pracę doktorską, habilitacyjną czy monografię? Zrób to w Wydawnictwie Borgis – jednym z najbardziej uznanych w Polsce wydawców książek i czasopism medycznych. W ramach współpracy otrzymasz pełne wsparcie w przygotowaniu książki – przede wszystkim korektę, skład, projekt graficzny okładki oraz profesjonalny druk. Wydawnictwo zapewnia szybkie terminy publikacji oraz doskonałą atmosferę współpracy z wysoko wykwalifikowanymi redaktorami, korektorami i specjalistami od składu. Oferuje także tłumaczenia artykułów naukowych, skanowanie materiałów potrzebnych do wydania książki oraz kompletowanie dorobku naukowego.

© Borgis - Medycyna Rodzinna 2/2009, s. 25-28
*Leopold Śliwa
Mikrochimeryzm potencjalną przyczyną chorób autoimmunologicznych
MICROCHIMERISM A POTENTIAL CAUSE OF AUTOIMMUNE DISEASES
Zakład Biologii Rozwoju Człowieka, Instytut Pielęgniarstwa i Położnictwa, Wydział Nauk o Zdrowiu, Uniwersytet Jagielloński, Collegium Medicum w Krakowie
Kierownik Zakładu: dr hab. Leopold Śliwa
Summary
Chimera is an organism that has two or more different populations of genetically distinct cells that originated in different zygotes. Experimentally chimeras are obtained by joining embryonic cells from the same species or even from different species. Under natural conditions chimerism is known also in humans and it is caused by the migrations of various cell types in embryonic period. During development such cell exchange between dizygotic twins as well as between embryo and mother organism is possible. This phenomenon has clinical significance and may be used in the prenatal diagnostics.
Fetal cells enter the maternal circulation during all pregnancies. The fetal cells may persist many years in their blood and tissues, resulting in microchimerism. These some cell transfer may be exist between twins children in prenatal period. It has been shown accompained with some pregnancy related disorders. Microchimerism is associated with diseases preferentially affect women and several autoimmune diseases. High levels of microchimeric cells in scleroderma led to a hypothesis postulating its contribution to disease development. Furthermore, microchimerism was observed in other autoimmune diseases. Recent reports shown then microchimeric cells are capable to capacity to differentiation and regeneration of damaged tissues in autoimmune diseases. These facts necessitate reconsideration of the first theories and give hope for new medical treatment strategies.
Pojęcie chimera wywodzi się z mitologii starożytnej Grecji. Według klasycznego mitu było to niebezpieczne i nieprzychylne człowiekowi stworzenie o zastraszającym wyglądzie. Jego niezwykłość wynikała z faktu, że ciało chimery składało się z elementów różnych, nie pasujących do siebie zwierząt: lwa, kozy, węża i smoka. W biologii mianem chimery określa się organizmy zbudowane z komórek odmiennych genetycznie, posiadających różne genomy i pochodzących od różnych osobników. Tego typu organizmy można uzyskać w trakcie eksperymentów embriologicznych, np. łącząc wczesne zarodki, które mają zdolności do regulacji embrionalnej i dzięki temu ostatecznie uzyskuje się pojedyncze, normalnie żyjące osobniki powstałe z połączenia dwu organizmów. Jednym z pierwszych tego typu eksperymentów było uzyskanie czarno-białej myszy po połączeniu zarodków z dwu szczepów różniących się kolorem sierści. Zjawiskiem chimeryzmu można określić sytuację jaka występuje np. w organizmie pacjentów po przeszczepie narządów lub transfuzji krwi. Naturalne chimery mogą również powstawać u człowieka w trakcie ciąży w wyniku przemieszczania się przez łożysko komórek płodu do organizmu matki lub matczynych na stronę płodu. Stwierdzono, na podstawie badań genetycznych, możliwość przemieszczania się macierzystych komórek embrionalnych pomiędzy bliźniaczymi płodami rozwijającymi się wspólnie w macicy. Komórki takie wchodzą następnie w skład ich organizmów i pozostają w nich przez długi czas, nawet przez całe życie (1). Zjawisko chimeryzmu płodowego nie ogranicza się do człowieka, ale jak się wydaje, może być powszechne w świecie zwierząt. Szczególnie interesujące jest ono u amerykańskich małp, marmozet, u których ponad 95% płodów może być osobnikami chimerowymi (2).
Inspirujący i wyjątkowy przypadek chimeryzmu zarodkowego człowieka przedstawili Sourer i współpracownicy (3) opisując parę bliźniąt, w której morfologicznie normalnie rozwinięty chłopiec, mający prawidłowe, zewnętrzne cechy płciowe i jądra, posiadał w swoim ciele obok komórek męskich również żeńskie, a jego siostra nie była normalną dziewczynką ale osobnikiem hermafrodytycznym o nieprawidłowych narządach rozrodczych i morfologicznych cechach płciowych. Wyjątkową była również budowa jej gruczołów rozrodczych, które miały charakter ovotestis, czyli budowę pośrednią pomiędzy jajnikiem a jądrem, były również potencjalnie zdolne do produkcji zarówno komórek jajowych, jak i plemników. Jednocześnie pomimo tych nieprawidłowości dzieci żyły i rozwijały się prawie normalnie pod względem fizycznym i intelektualnym.
W trakcie przesiewowych badań genetycznych stwierdzono, że zjawisko chimeryzmu w ograniczonym zakresie występuje zaskakująco często. We krwi ciężarnych kobiet, jak również kobiet, które nie rodziły a były w ciąży zakończonej poronieniem lub resorbcją płodu, spotykane są komórki płodowe. Podobnie w ciele wielu dzieci mogą występować komórki matczyne lub pochodzące od bliźniaczego płodu, nawet w przypadku kiedy nie nastąpił jego rozwój. Zjawisko tego rodzaju nazwano mikrochimeryzmen płodowo-matczynym lub zarodkowym (4). W czasie ciąży przez łożysko stosunkowo łatwo mogą migrować prymitywne komórki mające charakter macierzystych, od 5 tygodnia z płodu do krwioobiegu matki a po 13 tygodni również w przeciwnym kierunku. Proces wymiany komórek jest tak powszechny, że w 36 tygodniu u wszystkich przebadanych w tym aspekcie przyszłych matek stwierdzono występowanie znacznej liczby komórek ich płodów (5, 6, 7). Po porodzie ilość płodowych komórek szybko się zmniejsza, niemniej u wielu kobiet mogą być one obecne nawet przez wiele lat. Sugeruje się, że tak trwałe komórki pochodzą z embrionalnych komórek pierwotnych. Liczba ciąż jest w tym przypadku istotnym czynnikiem zwiększającym u kobiety poziom mikrochimeryzmu (8). Szczególnie istotnym dla ustalenia się poziomu komórek chimerowych w krwi matki lub jej dziecka ma sposób porodu. Jeżeli odbywa się on siłami natury, w sposób prawidłowy, a zwłaszcza ulega przedłużeniu, stymuluje to wnikanie komórek matczynych do organizmu dziecka. Jeżeli jednak zostanie wykonane cesarskie cięcie, zwłaszcza oszczędzające, w tym przypadku komórki płodowe łatwiej i intensywniej migrują do matki (9, 10). Jednocześnie przemieszczanie się komórek płodowych do organizmu matki nasila się w przypadku ciąży patologicznej kończącej się często urodzeniem martwego płodu lub przedwczesnym jego poronieniem. Szczególnie dużą liczbę komórek płodowych w krwi oraz innych narządach kobiet (np. płucach) stwierdzono w przypadku występowania u położnic stanu przedrzucawkowego i rzucawkowego (11).
Płodowe komórki znajdujące się w organizmie matki mogą znaleźć w przyszłości zastosowanie diagnostyczne. Chociaż wprowadzenie do diagnostyki badań tych komórek jak również wolnego płodowego DNA wymaga jeszcze dużego nakładu pracy nad wynalezieniem, usprawnieniem metod postępowania i standaryzacją wyników, jednak jest obiecujące ze względu na korzyści płynące z takiej nieinwazyjnej metody badania prenatalnego. Możliwość izolowania komórek płodu z krwi matki i idące za tym ich badania cytogenetyczne, biochemiczne oraz molekularne i genomowe mogą pozwolić na diagnozowanie i ustalenie możliwości postępowania w przypadku wielu genetycznie uwarunkowanych jednostek chorobowych (12).
Szczególnie interesującym aspektem obecności obcych komórek, zwłaszcza zarodkowych, słabo zróżnicowanych i tym samym totipotencjalnych, mających cechy komórek macierzystych w ciele osobnika jest ich oddziaływanie immunologiczne i możliwość wpływu na procesy autoimmunizacyjne. W chwili obecnej przyczyny rozwoju wielu jednostek chorobowych wynikających z zaburzeń procesów immunologicznych, agresji na własne antygeny, określanych mianem autoimmunologicznych nie są w pełni wyjaśnione. Jedna z możliwych hipotez na ten temat zakłada istotną rolę obecności obcych komórek i ich wpływu na procesy odpornościowe organizmu, a zwłaszcza przełamywanie bariery immunologicznej (13). Hipoteza ta nie jest jednoznacznie potwierdzona i powszechnie aprobowana, warta jednak szerszego zaprezentowania z punktu widzenia medycyny. Pierwszą przesłanką wskazującą na możliwość związku zjawiska mikrochimeryzmu z powstawaniem chorób autoimmunologicznych jest występowanie wielu takich jednostek chorobowych znacznie częściej u kobiet niż u mężczyzn. W trakcie badań epidemiologicznych stwierdzono, że toczeń rumieniowaty, choroby tarczycy np. Gravesa-Basedowa i Hashimoto oraz twardziny występują w ponad 80% u kobiet. Podobnie, choć w nieco mniejszym odsetku (około 70%) dotyczy to reumatoidalnego zapalenia stawów, stwardnienia rozsianego oraz nużliwości mięśni. W etiologii wymienionych jednostek chorobowych jako istotną przyczynę ich wystąpienia wskazuje się na autoagresję komórek układu odpornościowego (14).
Choroby o podłożu autoimmunologicznym, których przyczyny można wiązać ze zjawiskiem mikrochimeryzmu mogą rozwijać się u kobiet starszych, a nawet będących w okresie menopauzalnym lub nie są związane z wiekiem i występują również u ludzi młodych, a nawet dzieci. Do pierwszej grupy można zaliczyć przede wszystkim twardzinę układową, w przebiegu której u pacjentek stwierdzono w obrębie zmian patologicznych dużą ilość komórek mikrochimerycznych pochodzenia płodowego (15). Przebieg i charakterystyczne objawy tej choroby podobne są do obserwowanych w przewlekłym zespole reakcji przeszczepu przeciw gospodarzowi jaki może być jednym z powikłań następujących po allogenicznej transplantacji. W wycinkach uszkodzonych chorobowo tkanek pobranych od pacjentek z twardziną układową jak również w ich krwi stwierdzono obce osobniczo i genetycznie komórki o charakterze komórek dendrytycznych, limfocyty T i B, komórki Langerhansa, fibroblasty i inne. Interesującą obserwacją było wykazanie, że około jedna piąta z nich była pochodzenia męskiego gdyż zawierała aktywne chromosomy Y (16, 17). Mikrochimeryczną etiologię zaburzenia potwierdzono również w badaniach eksperymentalnych prowadzonych z zastosowaniem modelu mysiego, w którym nasilenie migracji komórek a tym samym mikrochimeryzmu, było indukowane działaniem na ciężarne samice myszy chlorkiem winylu (18).
Charakterystyczne zmiany skórne, chociaż o innym charakterze niż w przypadku twardziny układowej, obserwuje się u pacjentek z toczniem rumieniowatym układowym. Chociaż w przypadku tej choroby istnieją liczne przesłanki wskazujące na podłoże autoimmunologiczne i rolę obcych dla organizmu komórek dla jej wystąpienia nie udało się u pacjentek stwierdzić występowania w rejonach zmienionej chorobowo skóry komórek pochodzenia płodowego. Jednak w przypadku gdy typowe objawy tocznia współegzystują z zapaleniem nerek, pacjentki miały w swoim organizmie znaczną liczbę obcych komórek. Stopień mikrochimeryzmu u tych pacjentek był istotnie wyższy od opisywanego w populacji zdrowych kobiet, jak również kobiet z typowymi objawami tocznia rumieniowatego. Dane te wskazują na złożony charakter przyczyn wystąpienia chorobowych zmian skórnych charakterystycznych dla tej choroby (19).
Przykładem jednostki chorobowej, występujących częściej niż w ogólnej populacji, u kobiet w okresie okołomenopauzalnym może być pierwotna marskość żółciowa wątroby. Na jej związek (przynajmniej niektórych form) wskazuje znaczny stopień chimeryzmu stwierdzony u badanych w tym aspekcie pacjentek. W zmienionej chorobowo tkance wątroby stwierdzono wysoki, przekraczający 30% odsetek komórek o męskim kariotypie. Stan ten nie ogranicza się u pacjentek jedynie do wątroby, gdyż podobne stosunki ilościowe obserwowano w ich krwi (20). Uzyskane wyniki badań mikrochimeryzmu w etiologii wzmiankowanego typu marskości wątroby nie są jednoznaczne a wyjaśnienie klinicznego podłoża wymaga dalszych badań uzupełniających.
Najsilniejszy związek obecności mikrochimeryzmu z przyczyną wystąpienia objawów chorobowych u dojrzałych kobiet ma miejsce w przypadku zaburzeń tarczycy mających podłoże autoimmunologiczne. W badaniach klinicznych, przeprowadzonych metodą FISH, pacjentek z klasycznymi objawami choroby Gravesa-Basedowa stwierdzono w tkance tarczycy jak również krwi obwodowej około 60% komórek z chromosomem Y, a więc pochodzących wyjściowo od płodów męskich. Komórki krwi miały w tym przypadku charakter pierwotnych limfocytów, i jak się wydaje, zachowywały zdolność do szybkich podziałów mitotycznych. Komórki zmienionej tkanki tarczycy były podobne do komórek będących podstawowymi dla tego gruczołu lub znamionowały początkowe stadia przekształceń w kierunku nowotworowych. Podobną sytuację stwierdzono w przypadku pacjentek dotkniętych chorobą Hashimoto. Choć u nich odsetek komórek noszących chromosom Y wynosił około 40% (21). Zaprezentowane przykłady wskazują na znaczenie kliniczne zjawiska mikrochimeryzmu dla zdrowia kobiet. Jednak wyniki jakie udało się uzyskać do chwili obecnej nie są jednoznaczne i nie rozstrzygają ostatecznie problemu chorób autoimmunologicznych. Problem wymaga dalszych badań klinicznych, prowadzonych z zastosowaniem najnowszych metod biologii molekularnej i genetyki oraz poszukiwania i badania odpowiednich modeli zwierzęcych. W tym ostatnim przypadku szczególnie przydatne będą odpowiednio uzyskane i hodowane szczepy zmodyfikowanych genetycznie transgenicznych myszy.
Znane są również choroby o podłożu autoimmunologicznym, rozwijające się u pacjentów w młodym wieku, co do których sugerowane jest znaczenie występowania zjawiska mikrochimeryzmu. Jednocześnie nie udało się stwierdzić w ich przypadku tak wyraźnego związku z płcią. Szczególnym przykładem może być cukrzyca typu 1. Rozwija się ona u dzieci i ludzi młodych bez względu na płeć. U pacjentów badanych w kierunku stwierdzenia mikrochimeryzmu udowodniono, że pochodzenie obcych komórek jest przeważnie matczyne. Komórki kobiety będącej w ciąży przechodzą przez łożysko i kolonizują organizm jej dziecka. W niektórych przypadkach mogą one przełamywać jego barierę immunologiczną i prowadzić do autoagresji skierowanej przeciwko komórkom wysp trzustkowych. Jednak w przypadku cukrzycy typu 1 sytuacja nie jest tak jednoznaczna, a rola komórek matczynych u pacjentów może być zupełnie inna.
U dzieci z rozwijającą się cukrzycą, przy pomocy zastosowania metod badań genetycznych i immunohistochemicznych, stwierdzono występowanie w trzustce niewielkiej ilości komórek z chromosomami XX pochodzenia matczynego. Poziom mikrochimerycznych komórek był niski i wynosił 0,07%. W tym przypadku ilość ta nie wydaje się być istotną dla zainicjowania i wywołania zaburzeń trzustki, w wyniku których zachodziło szkodliwe dla organizmu, obniżenie poziomu jej hormonów. Znalezienie licznych komórek charakteryzujących się innymi kariotypami np. XXX, XXXX oraz XXXY w obrębie zmienionych patologicznie wysp trzustki jest przesłanką wskazującą na rolę mutacji w wywoływaniu objawów chorobowych. Jednocześnie sugeruje się, że mikrochimerowe komórki matczyne mogą mieć znaczenie w regeneracji uszkodzeń i przywracaniu prawidłowych funkcji gruczołu. To ostatnie stwierdzenie jest obecnie intensywnie badane w aspekcie możliwości leczenia cukrzycy u młodych ludzi poprzez wykorzystanie komórek obcego pochodzenia wprowadzanych do uszkodzonego gruczołu trzustkowego (22).
Komórki matczyne stwierdzono również w uszkodzonych narządach: sercu, wątrobie i innych zmieniających się w wyniku autoagresji układu immunologicznego u dzieci z wrodzonym toczniem noworodkowym. Sugeruje się, że obce komórki pojawiające się w tkankach w okresie życia płodowego inicjują nieprawidłową reakcję odpornościową. Jednak po porównaniu poziomu mikrochimeryzmu u bliźniąt nie stwierdzono jego związku z wystąpieniem objawów patologicznych. Znaczenie zjawiska mikrochimeryzmu, jako przyczyny stanu chorobowego lub, jak się sugeruje, również możliwości regeneracji uszkodzonych tkanek oraz mechanizm działania komórek matczynych w organizmie jej dziecka nie są ostatecznie znane (23).
Jako przykład dziecięcej jednostki chorobowej uzależnionej od wystąpienia zjawisk autoimmunologicznych można wskazać młodzieńcze zapalenie skórno-mięśniowe. W jego przypadku komórki mikrochimeryczne mogą pochodzić z okresu ciążowego od matki lub w późniejszym okresie życia po wykonaniu przeszczepu przenikać z jego obszaru do całego organizmu. W przypadku tej choroby istnieje sugestia wskazująca na możliwość uaktywniania komórek chimerowych i wywoływanie przez nie nieprawidłowych reakcji w wyniku kontaktu z własnymi, już wcześniej powstałymi patologicznymi komórkami pacjenta (24).
Wiedza na temat zjawiska mikrochimeryzmu powstającego w okresie ciąży stale się poszerza. Poznawane są możliwości i mechanizmy przenikania komórek przez łożysko z organizmu matki do płodu oraz komórek płodowych do matki lub współistniejącego w macicy bliźniaka. Rozwijają się również metody badawcze ułatwiające poznawanie genetycznych i molekularnych aspektów zjawiska. W badaniach immunologicznych i klinicznych usiłuje się wyjaśnić znaczenie obecności i mechanizmu działania obcych komórek w organizmie jako przyczyny rozwoju licznych chorób. Osiągnięcie odpowiedniego stanu wiedzy wymaga jednak jeszcze licznych badań i doświadczeń. Wydaje się, że przyjęcie hipotezy mówiącej o roli komórek mikrochimerycznych w wywoływaniu chorób o podłożu autoimmunologicznym u kobiet z jednoczesnym wykryciem zjawiska migracji komórek matczynych na stronę zarodka pozwala na założenie możliwości ich udziału w indukcji stanów autoimmunologicznych również u mężczyzn. Zjawiska mikrochimeryzmu matczyno-płodowego nie można również interpretować jednoznacznie negatywnie gdyż niektóre fakty wskazują na znaczenie pierwotnych komórek obcego pochodzenia w regeneracji i naprawie uszkodzonych w wyniku stanów patologicznych organów. To ostatnie stwierdzenie daje nadzieję na kliniczne wykorzystanie komórek mikrochimerycznych i opracowanie nowych sposobów leczenia niektórych jednostek chorobowych.
Piśmiennictwo
1. Yaz Z et al.: Male microchimerism in women without sons: quantitative assessment and correlation with pregnancy history. Am J Med 2005; 118: 899-906. 2. Haig D: What is a marmozet. Am J Primatol 1999; 49: 285-296. 3. Sourer VL et al.: A case of true hermaphroditism reveals and unusual mechanism of twinning. Human Genet 2007; 121: 179-185. 4. Szaryńska M: Mikrochimeryzm płodowo-matczyny i jego znaczenie kliniczne. Postępy Biol. Kom. 2007; 34: 85-102. 5. Thomas MR et al.: Y chromosome sequence DNA amplified from peritoneal blood of women in early pregnancy. Lancet 1994; 343: 413-414. 6. Agiga H et al.: Kinetics of fetal cellular and cell-free DNA in the maternal circulation during and after pregnancy implications for noninvasive prenatal diagnosis. Transfusion 2001; 41: 1524-1530. 7. Lo YM et al.: Quantitative analysis of the bidirectional fetomaternal transfer of nucleated cells and plasma DNA. Clin Chem 2000; 46: 1301-1309. 8. Bianchi DW et al.: Male fetal progenitur cells persist in maternal blond for as long as 27 years postpartum. Proc Natl Acad Sci USA 2003; 93: 705-708. 9. Lin H et al.: Least nicrotransfusion from mother to fetus in elective cesarean delivery. Obstet Gynecol 1996; 87: 244-248. 10. Kaneda T et al.: Detection of maternofetal transfusion by placental alkaline phosphatase levels. J Pediatr 1997; 130: 730-735. 11. Hahn S et al.: Fetal cells and cell free nucleic AIDS in maternal blond: new tools to study abnormal placentation? Placenta 2005; 26: 515-526. 12. Bischoff FZ et al.: Cell-free fetal DNA and intact fetal cells in maternal blood circulation: implications for first and second trimester non-invasive prenatal diagnosis. Human Reprod Update 2002; 8: 493-500. 13. Nelson JL: Microhimerism and human autoimmune diseases. Lupus 2002; 11: 651-654. 14. Whitacre CC: Sex differences in autoimmune disease. Nature Immunol 2001; 2: 777-780. 15. Nelson JL et al.: Microchimerism and HLA-compatible relationships of pregnancy in scleroderma. Lancet 1998; 351: 559-567. 16. McNallan KT et al.: Immunophenotyping of chimeric cells in localized scleroderma. Rheumatology (Oxford) 2007; 46: 398-402. 17. Scaletti C et al.: Th-2-oriented profile of male offspring T cells present in women with systemic sclerosis and reactive with maternal major histocompatibility complex antigens. Arthritis Rheum 2002; 46: 445-450. 18. Christner PJ et al.: Increased numbers of microchimeric cells of fetal origin are associated with dermal fibrosis in mice following injection of winyl chloride. Arthritis Rheum 2000; 43: 2598-2605. 19. Mosca M et al.: Correlations of Y chromosome microchimerism with diseases activity in patients with SLE: analysis of preliminary data. Ann Rheum Dis 2003; 62: 651-654. 20. Invernizzi P et al.: Blood fetal microchimerism in primary biliary cirrhosis. Clin Exp Immunol 2000; 122: 418-422. 21. Renne C et al.: Thyroid fetal male microchimerism in mothers with thyroid disorders: presence of Y-chromosomal immunofluorescence in thyroid-infiltrating limphocytes is more prevalent In Hoshimoto´s thyroiditis and Graves´ disease than In follicular adenomas. J Clin Endocrinol Metab 2004; 98: 5810-5814. 22. Nelson JL et al.: Maternal microchimerism in peripheral blood in type 1 diabetes and pancreatic islet beta cell microchimerism. Proc Natl Acad Sci USA 2007; 104: 1637-1642. 23. Stevens AM et al.: Maternal and sibling microchimerism in twins and triples discordant for neonatal lupus syndrome-congenital heart block. Rheumatology (Oxford) 2005; 44: 187-191. 24. Reed AM et al.: Does HLA-dependent chimerism underline the pathogenesis of juvenile dermatomyositis? J Immunol 2004; 172: 5041-5046.
otrzymano: 2009-01-06
zaakceptowano do druku: 2009-02-02

Adres do korespondencji:
*Leopold Śliwa
Zakład Biologii Rozwoju Człowieka Uniwersytet Jagielloński, Collegium Medicum
ul. Kopernika 7, 31-034 Kraków
tel.: (0-12) 422 99 49
e-mail: leosliwa@cm-uj.krakow.pl

Medycyna Rodzinna 2/2009
Strona internetowa czasopisma Medycyna Rodzinna