Doc. prim. dr. sc. Dubravka Bobek, dr. med. spec. fizikalne i rehabilitacijske medicine, subspec. reumatolog
19.11.2015.
Uvođenje novih strategija liječenja kao što je blokada proteina HMGB1, pokazat će alarmine terapeutskim metama koje će omogućiti dugoročnu remisiju u bolesnika s upalnim reumatskim bolestima.
Danas je poznato da neravnoteža između protuupalnih i proupalnih citokina čini samo dio složenog imunosnog poremećaja i sve se više naglašava važnost prirođene imunosti u imunopatogenezi brojnih upalnih reumatskih bolesti. Naime, otkrivanje ključnih načela aktiviranja prirođenog imunosnog sustava tj. dokazivanje receptora za prepoznavanje strukturnih „predložaka“ (PRR, engl. pattern recognition receptors) izbrisalo je granicu između nespecifične i specifične imunosti te promijenilo postojeće razumijevanje imunosnog sustava. Navedeni receptori izraženi su prvenstveno na površini i u citoplazmi stanica prirođene imunosti primjerice neutrofila, makrofaga i dendritičkih stanica. Interakcija receptora i ciljnih struktura aktivira imunosne stanice da stvaraju razne citokine i druge medijatore s ciljem uklanjanja patogena.
Makrofagi i dendritičke stanice osim što su efektorske stanice prirođene imunosti predstavljaju i predočne stanice jer izražavaju HLA i kostimulacijske molekule koje im omogućuju predočavanje antigena limfocitima T i B te aktivaciju efektorskih mehanizama stečene imunosti.
Rezultati istraživanja zadnjeg desetljeća sve više ukazuju da imunosni sustav može prepoznati ne samo egzogene čimbenike (PAMP, engl. pathogen-associated molecular patterns) ili patogene nego i endogene signale opasnosti ili molekule koje se nazivaju alarmini ili molekule pridružene oštećenju (DAMP, engl. damage-associated molecular patterns) (1).
Alarmini su skupina strukturno različitih, multifunkcionalnih, endogenih molekula koje se pasivno otpuštaju iz nekrotičnih stanica nakon infekcije ili oštećenja tkiva ili ih rapidno izlučuju stimulirani leukociti i epitelne stanice. Ukoliko nema oštećenja tkiva ili infekcije alarmini imaju brojne fiziološke uloge unutar stanice. Međutim, nakon što su jednom otpušteni u međustanični prostor alarmini djeluju kao citokini i aktiviraju stanice prirođene imunosti (neutrofile, makrofage) te regrutiraju antigen-prezentirajuće stanice (dendritičke stanice) putem prepoznavanja receptora za molekularne obrasce primjerice receptora sličnih Toll-u (TLR, engl. Toll-like receptors) ili receptora za krajnje produkte uznapredovale glikozilacije (RAGE, engl. receptor for advanced glycation end products) (2). Ključna sposobnost alarmina je da pojačavanjem prirođenog imunosnog odgovora posredno djeluju na stečenu imunost te tako povezuju prirođeni i stečeni krak imunosnog odgovora (3).
U alarminsku obitelj se ubrajaju brojni članovi uključujući: protein visoke pokretljivosti iz skupine 1 (HMGB1, engl. high mobility group box 1 protein), proteine iz skupine S100 koji vežu kalcij (npr. S100A8, S100A9 i S100A12, engl. calcium-binding proteins), proteine toplinskog šoka (HSPs, engl. heat-shock proteins), neke citokine primjerice IL1-α i IL-33, fibrile amiloida-β, hijaluronske fragmente (4-6).
Smatra se da alarmini sudjeluju u imunopatogenezi brojnih upalnih reumatskih bolesti te su opisane povišene razine alarmina u serumu, sinovijalnoj tekućini ili sinoviji u reumatoidnom artritisu, sistemskom eritemskom lupusu, Kawasakijevom vaskulitisu, dermatomiozitisu i Sjogrenovom sindromu, a također i u sepsi, aterosklerozi te u psorijazi (7, 8, 11-17).
Općenito je prihvaćena uloga alarmina u pojačavanju i podržavanju upalnog procesa. Alarmini regrutiraju nezrele dendritične stanice koje prenose antigene do sekundarnih limfnih organa gdje ih prezentiraju naivnim T limfocitima i induciraju stečeni imunosni odgovor (18-20). Kontinuirano oslobađanje alarmina uzrokuje izražavanje MHC molekula, prezentaciju antigena i nekontroliranu proliferaciju T limfocita što dovodi do rasplamsavanja upale (slika 1). Tako reguliranjem stečenog imunosnog odgovora alarmini potiču kroničnu upalu i automunost.
Slika 1. Reguliranjem stečenog imunosnog odgovora alarmini potiču kroničnu upalu i automunost. Alarmini regrutiraju nezrele dendritične stanice i potiču njihovo funkcionalno sazrijevanje, potičući ih da prihvate antigene i dopreme ih u sekundarne limfne organe gdje će prezentirati antigenske epitope naivnim T limfocitima i poticati njihovu Th1 polarizaciju te izazvati stečeni imunosni odgovor. Perzistentno oslobađanje alarmina regulira izražavanje MHC molekula tipa 1 i 2 te prezentaciju antigena, kao i nekontroliranu proliferaciju T limfocita dovodeći do rasplamsavanja upale. Kratice: HMGB1=protein visoke pokretljivosti iz skupine 1 (HMGB1, engl. high mobility group box 1-protein); S100A8/9= proteini koji vežu kalcij S100A8/9 (S100A8/ S100A9, engl. calcium-binding proteins); MHC=glavni kompleks gena tkivne podudarnosti (MHC, engl. major histocompatibility complex); TCR=receptor T limfocita (TCR, engl. T-Cell Receptor) (prilagođeno prema referenci br. 4).
Alarmini aktiviraju endotelne stanice, regrutiraju i stimuliraju makrofage da produciraju proupalne citokine, primjerice TNF-α i IL-1β, dovodeći do razaranja zglobnih struktura (21-25). Dokazan je pojačan izražaj alarmina S100A8, S100A9 na fagocitima upalom zahvaćenih zglobova (7).
Značajan doprinos potvrđivanju uloge HMGB1 u upalnim reumatskim bolestima postignut je istraživanjem čiji su rezultati pokazali da je HMGB1 uključen u patogenezu sistemskog eritemskog lupusa (SLE) te da bi navedeni alarmin mogao predstavljati biljeg ove bolesti i novu metu u liječenju iste (8, 26-32). Naime, pogoršanje simptoma bolesti u SLE karakterizirano je snažnom aktivacijom imunosnog sustava i pojačanim odumiranjem stanica što izaziva oslobađanje HMGB1 u izvanstanični prostor. Povišena razina HMGB1 u izvanstaničnom prostoru dovodi do povišene sistemske razine proteina HMGB1 za koji se smatra da je u skladu s aktivnošću bolesti. Međutim, pokazalo se da konvencionalni način određivanja razine alarmina ELISA testom može dati lažno negativne rezultate u SLE bolesnika zbog stvaranja brojnih protutijela u sklopu osnovne bolesti (33,34) te Andersson i Rauvala u svom recentnom radu predlažu određivanje HMGB1 tehnikom ELISA i western blot tehnikom (35).
Nadalje, još uvijek nije jasno djeluju li HMGB1 protutijela zaštitno ili štetno za bolesnika koji boluju od SLE. Naime, većina stanica odumire zbog primarne nekroze, dok stanice koje odumiru programiranom smrću prolaze kroz sekundarnu nekrozu i tako oslobađaju nuklearni HMGB1. Nadalje, Urbonaviciute i Voll u svom recentnom radu opisali su kako HMGB1-nukleosom kompleks inhibira toleranciju na nuklearne komponente uključujući dsDNA u bolesnika sa SLE, dok Yanai i suradnici HMGB1 smatraju direktno uključenim u regulaciju produkcije INF-α koji se smatra centralnim citokinom u patogenezi SLE (8,26,36). Treba napomenuti da se većina autora slaže kako je proupalna aktivnost HMGB1 u SLE uvjetovana redoks - statusom aminokiseline cisteina na poziciji 106 dok će oksidacija istog eliminirati proupalni učinak HMGB1 što je ključna tema novih istraživanja (37-39).
Koncentracija S100 proteina korelira s aktivnošću bolesti u velikom broju upalnih stanja, slično laboratorijskim pokazateljima upale CRP i sedimentacije (SE) (40-42). U različitim upalnim artritisima pokazalo se da serumske koncentracije alarmina S100A8/S100A9 bolje koreliraju s aktivnošću bolesti i destrukcijom zgloba nego klasični pokazatelji upale, vjerojatno zbog njihovog lokalnog izražavanja i otpuštanja u izravnom odgovoru na oštećenje tkiva (43-45). Osim toga, serumski S100A8/S100A9 proteini mogu precizno prikazati težinu bolesti i odgovor na liječenje te predvidjeti recidiv bolesti, kliničku i radiološku progresiju kao što je razvoj erozivne bolesti i progresija oštećenja zglobova (46-50).
U nedavnim istraživanjima opisana je povišena serumska koncentracija i genski izražaj proteina koji veže kalcij S100A12 u mononuklearima periferne krvi bolesnika s reumatoidnim artritisom (51-55). Osim studija koje dokazuju sistemsku ulogu proteina S100A12, imunohistokemijske analize pokazale su povećanje sinovijalnog izražaja proteina S100A12 u zglobovima pogođenim reumatoidnim ili psorijatičnim artritisom (51-55). U suprotnosti prema relativno zakašnjelom otpuštanju HMGB1, rana prisutnost proteina S100 na upalnim mjestima objašnjava njihovu uključenost u ranim upalnim događajima (54,56). Razina istog alarmina, osim u RA i PsA određivana je u upalnim crijevnim bolestima, vaskulitisima i nađena je povišena u odnosu na zdravu kontrolu (57-59).
Jedno od istraživanja alarmina S100A12 u dječjoj populaciji proveli su 2008. godine Wittkowski i suradnici evaluirajući vrijednost navedenog alarmina kao molekularnog biljega u postavljanju diferencijalne dijagnoze između sistemskog JIA i drugih uzroka vrućice nepoznatog podrijetla (FUO, engl. fever of unknown origin) (60).
Neregulirana upala je osnova patofizioloških procesa mnogih bolesti. Identifikacija proupalnih citokina posebice TNF-α kao terapijskog cilja 1990-ih godina dovela je do impresivnog napretka u liječenju bolesnika oboljelih od reumatoidnog artritisa (RA) (61). Nažalost, blokada citokina se nije pokazala učinkovitom u svih bolesnika, primjerice, nije dala očekivane rezultate u liječenju bolesnika s akutnim upalnim bolestima kao što su traumom induciran sindrom sistemskog upalnog odgovora (SIRS, engl. systemic inflammatory response syndrome) ili sepsa (62, 63). Identifikacija alarmina kao ključnih posrednika upalnih procesa u tim poremećajima i spoznaja da je njihovo oslobađanje popraćeno regulacijom receptora sugerira alarminski signalni put kao alternativni cilj liječenja (slika 2).
Slika 2. Alarminski put kao potencijalna terapijska meta u upalnoj kaskadi prirođene imunosti. Uzvodni alarminski signalizacijski putovi su potencijalni terapijski ciljevi imunomodulacije u akutnim i kroničnim upalnim bolestima. U životinjskim modelima alarmini su izravno ciljani protutijelima ili kompetitivnim inhibitorima npr., domena A (HMGB1) ili su ciljani receptori koji prepoznaju molekularne obrasce (PRR, engl. patern recognation receptors) s antitijelima ili topljivim "decoy" receptorima. Kratice: HMGB1=protein visoke pokretljivosti iz skupine 1 (HMGB1, engl. high mobility group box 1-protein); S100A8/9= proteini koji vežu kalcij S100A8/9 (S100A8/ S100A9, engl. calcium-binding proteins); TCR=receptor T limfocita (TCR, engl. T-Cell Receptor); TLR=Tollu-sličan receptor (TLR, engl. Toll-like receptors); RAGE=receptor za krajnje produkte uznapredovale glikozilacije (RAGE, engl. receptor for advanced glycation end products); TNF=čimbenik nekroze tumora (TNF, engl. tumor necrosis factor); INF-y =interferon-y (prilagođeno prema referenci br. 4).
Kao što je gore navedeno, nizvodna citokinska blokada uključujući TNF-α klinički je korisna u liječenju kroničnih upalnih bolesti i upalnih bolesti crijeva, ali nije učinkovita u svih bolesnika. Stoga, strategije koje su usmjerene na proupalna svojstva S100 proteina mogu pružiti novi pristup za imunoterapiju uzvodno od TNF-α i NF-KB aktivacije. Međutim, za razliku od S100 proteina, čini se da je djelovanje alarmina HMGB1 neovisno o TNF-α (64). Naime, anti-TNF-α terapija nije pokazala utjecaj na HMGB1 izražaj, dok su antitijela protiv HMGB1 i antagonisti A domene molekule HMGB1 uspješno inhibirali razvoj sinovijalne upale kao i oteklinu zglobova u životinjskim modelima artritisa (64-66). Nadalje, vezanje HMGB1 s drugim endogenim molekulama poput nukleosoma poništava imunosnu toleranciju i doprinosi razvoju autoimune bolesti (8). Stoga su alarmini privlačne mete u liječenju RA i drugih kroničnih upalnih bolesti osobito kod pacijenata koji ne reagiraju na anti-TNF-α terapiju.
Iako još uvijek nema kliničkih studija o specifičnom liječenju kojemu je meta HMGB1, postoje studije čiji rezultati upućuju na utjecaj lijekova koji se primjenjuju u liječenju pojedinih upalnih reumatskih bolesti na HMGB1. Utvrđena je smanjena pojavnost izvanstaničnog sinovijalnog HMGB1 u bolesnika s RA nakon intraartikularne injekcije kortikosteroida (67). Također, dokazan je smanjen izražaj HMGB1 u mišićima bolesnika s kroničnim miozitisom nakon sistemske primjene kortikosteroida (13). Andersson i sur. (2010.) pokazali su da liječenje solima zlata, tradicionalnom terapijom za reumatoidni artritis, inhibira HMGB1, ali ne i otpuštanje TNF iz aktiviranih makrofaga. Mala studija sistemske blokade TNF infuzijama infliksimaba u bolesnika s RA nije pokazala nikakve promjene u pojavljivanju HMGB1 u sinoviji. To može ukazivati da TNF nije glavni pokretač izvanstaničnog HMGB1 tijekom reumatoidnog sinovitisa (65). Najjače indicije koje govore o važnosti uloge HMGB1 u patogenezi artritisa temelje se na rezultatima dobivenim na životinjskim modelima koji koriste niz različitih eksperimentalnih strategija kako bi smanjili upalu posredovanu HMGB1. Mnogi odvojeni terapijski modaliteti koji neutraliziraju aktivnost izvanstaničnog HMGB1 ili njegovih receptora ili otpuštanja izvanstaničnog HMGB1 su uspješno primijenjeni u različitim modelima artritisa.
Nadalje, rezultati Kokkole i sur. (2003.) sugeriraju da intervencija neutralizirajućim poliklonskim anti-HMGB1 protutijelima sprječava napredovanje postojećeg artritisa u glodavaca, smanjujući kliničke znakove artritisa i gubitak tjelesne težine (68). Važno je napomenuti da se neutraliziranjem HMGB1 također stječe značajna zaštita hrskavice i kosti zgloba od destrukcije koja je glavni uzrok kroničnog invaliditeta u te bolesti (69,70). Liječenje smanjuje pojavnost TNF i IL-1β i histološke znakove upale. Važno pitanje u procesu proizvodnje monoklonskog protutijela na HMGB1 jest kako smanjiti oslobađanje endogenog HMGB1 iz hibridnih stanica koji bi mogao blokirati vezna mjesta za protutijela. Naime, u uvjetima kulture sa stresom, hipoksijom ili nekrozom hibridoma, stanice će otpuštati HMGB1 kojeg će prepoznati anti-HMGB1 monoklonska antitijela i time smanjiti njihovu učinkovitost liječenja.
Još jedan uspješan način inhibiranja aktivnosti HMGB1 u artritisu temelji se na primjeni tkz. A-domene rekombinantnog proteina HMGB1. Analize strukture i funkcije molekule HMGB1 pokazale su da DNA-vezujuća B-domena posreduje proupalne učinke HMGB1, dok je DNA-vezujuća A-domena protuupalna molekula. Domena A inhibira ove aktivnosti premještanjem membranskog HMGB1 receptora na stanicama (15). Sistemska primjena HMGB1 A-domene u glodavaca s artritisom značajno poboljšava artritis „score“, smanjuje gubitak tjelesne težine uzrokovan bolešću i popravlja histološki nalaz u miševa i štakora (71). Pojavnost IL-1β u sinoviji i destrukcija zglobne hrskavice je također značajno smanjena u životinja tretiranih s A-domenom.
Trombomodulin (TM) je endotelni antikoagulantni kofaktor koji promiče stvaranje aktiviranog proteina C posredovano trombinom, a aktivnost HMGB1 neutralizirana je vezivanjem na N-terminalnu lektinsku domenu TM-a, dijela molekule koji ne sudjeluje u procesima zgrušavanja (72). Nadalje, miševi kojima nedostaje lektinu-nalik domena TM-a razvijaju teži oblik artritisa i artritis s bržim nastupom nego divlji kontrolni tip miševa.
Zaključno, jasna je potreba za novim istraživanjima na ovom području, ali opće je vjerovanje da će se usmjeravanje interesa na alarmine pokazati korisnim. Očekuje se da će uvođenje novih strategija liječenja kao što je blokada proteina HMGB1, pokazati alarmine terapeutskim metama koje će omogućiti dugoročnu remisiju u bolesnika s upalnim reumatskim bolestima.