Immunologia - prelekcja 12.11.2007
Cytokiny to glikoproteiny uczestniczące w reakcjach między komórkami. Biorą udział w procesach odpornościowych, zapaleniu oraz funkcjonowaniu różnych komórek. Cechują je takie właściwości jak:
Plejotropowość (wielokierunkowość) - zdolność danej cytokiny do wywoływania różnych zmian czynnościowych w bardzo różnych komórkach
Redundancja (powtókowość) - zdolność różnych cytokin do dawania podobnych efektów w następstwie oddziaływania na różne receptory komrókowe
Antagonizm - dwie lub więcej cytokin może wywoływać przeciwstawne efekty, znosząc nawzajem swoje działanie
Synergizm - dwie lub więcej cytokin może wywierać zbliżone efekty, wzmacniając wzajemnie swoje działanie.
Cytokiny oddziałują na przeżycie, różnicowanie, dojrzewanie oraz czynność dojrzałych komórek. W patologii natomiast są one odpowiedzialne za:
Gorączkę
Objawy grypopodobne
Wstrząs
Wzrost zapotrzebowania na sen
Spadek masy ciała
Anemię
Wpływ na produkcję białek ostrej fazy (tu szczególnie IL-6)
Gojenie ran
Zabijanie wewnątrzkomórkowe (np. prątków)
Niszczenie komórek zakażonych wirusami
W odniesieniu do komórek docelowych cytokiny mogą wywierać działanie autokrynne - komórka sama wytwarza i odpowiada na sygnał np. limfocyt Th i IL-2, parakrynne - komórka działa na sąsiednie komórki lub endokrynne - wyspecjalizowane komórki wydzielnicze działają na cały organizm przekazując sygnał za pomocą krążenia krwi. Oddziaływanie cytokin zależy od lokalnego kontaktu między komórkami.
Cytokiny dzielą się na:
Hematopoetyny - IL-2, IL-7, G-CSF, GM-CSF - nazwa ich wzięła się od udziału w procesach krwiotworzenia
Interferony - IFN alfa, beta i gamma
Czynniki wzrostu komórek - FGF, EGF i VEGF - główna funkcja: wzmagają proliferację odpowiednio fibroblastów, nabłonków i śródbłonka naczyń
Cytokiny nadrodziny TNF - TNF, limfotoksyny: LT-alfa, LT-beta, FasL, TRAIL (TN related apoptosis inducing ligand) - biorące udział m. in. w procesach apoptozy
Chemokiny - „małe cytokiny”, o małej masie cząsteczkowej, ok. 20-30 peptydów
Receptory dla cytokin mogą być zarówno błonowe jak i rozpuszczalne (cytoplazmatyczne). Dzielą się na:
Immunoglobulinopodobne - dla IL-1, M-CSF
Cytokin klasy I - dla hematopoetyn oraz IL-1 do 7, 9, 11, 12
Cytokin klasy II - dla IFN
Nadrodziny TNF
Sprzężone z białkami G - dla chemokin
Pod względem budowy receptory te wykazują często homologię, np. receptory dla LI-3, IL-5 oraz GM-CSF posiadają taką samą podjednostkę beta. Skutkiem tak zbliżonej budowy jest w/w efekt redundancji.
Większość cytokin przekazuje sygnał do komórki za pomocą kinaz tyrozynowych JAK (od ang. JAnus Kinase) lub białek STAT (Signal Transducers and Activators of Transcription).
Aktywność cytokin zależy od:
Ich ilości
Stanu komórki (spoczynek lub pobudzenie)
Obecności receptora o niskim lub wysokim powinowactwie
Obecności receptorów rozpuszczalnych
Obecności antagonistów receptorów (np. IL-1Ra)
Mechanizmów regulujących (np. SOCS - Supressors Of Cytokine Signalling)
Chemokiny to cytokiny o małej masie, zawierające cysteinę i określoną liczbę reszt aminokwasowych między dwiema pierwszymi resztami cysteiny. W zależności od tego dzieli się je na klasy, C, CC, CXC oraz CXC3. Chemokiny odpowiadają za chemotaksję, aktywację leukocytów oraz odpowiedź przeciwnowotworową. Ich szczególna rola w patologii wiąże się z właściwościami ich receptorów:
Receptor chemokin CXCR4 (fuzyna) jest koreceptorem dla T-tropowego wirusa HIV atakującego limfocyty T
Receptory chemokin CCR3, DDR5 są koreceptorami dla M-tropowych wirusów HIV atakujących monocyty i makrofagi
W rasie kaukaskiej występuje mutacja genów dla tych receptorów warunkująca brak ich ekspresji. Sprawia to że homozygoty recesywne w zakresie tego genu (ok. 1% populacji) są odporne na infekcję wirusem HIV.
Cytokiny profilu Th1 i Th2 - różnicowanie limfocytów Th0 w Th1 i Th2 zachodzi pod wpływem klas komórek prezentujących antygeny DC (dendritic cells) odpowiednio 1 i 2. Równowagę Th1/Th2 warunkują cytokiny IL-10 oraz IFN gamma. Przewaga stężenia IFN gamma hamuje rozwój linii Th2 i powoduje przewagę Th1, natomiast IL-10 wywiera działanie przeciwne, hamuje Th1 i daje przewagę Th2. Gdy stężenia obu cytokin są równe, typy Th (a w efekcie typy odpowiedzi) są zbalansowane. Jednym z patomechanizmów działania HIV na układ odpornościowy jest kierowanie odpowiedzi odpornościowej w stronę nieskutecznej Th2, przez co organizm staje się podatny na infekcje.
Zarówno Th1 jak i Th2 wydzielają IL-3 i GM-CSF. Dla utrzymania się Th0 w niezróżnicowanym stanie najlepsze są warunki: ↑IL-2, ↓IL-4, obecność IFN gamma. Profile cytokinowe Th to:
Th1 IL-2, IFN gamma, TNF, LT alfa, IL-18
Th2 IL4,5,6,10, TGF beta
Th1 odpowiada za zwalczanie zakażeń drobnoustrojami wewnątrzkomórkowymi (np. prątki), nadwrażliwość typu późnego (np. alergia kontaktowa, próba tuberkulinowa), ma także udział w patogenezie miażdżycy (dziś definiowanej jako proces autoimmunologiczny), cukrzycy typu I (młodzieńczej, autoimmunologiczne zniszczenie betacytów trzustki) oraz SM (sclerosis multiplex, stwardnienie rozsiane).
Th2 odpowiada za zwalczanie zakażeń drobnoustrojami wewnątrzkomórkowymi, daje tolerancję dla płodu w ciąży, indukuje odpowiedź poszczepienną (szczególnie ważne w szczepieniach przeciw WZW typu B), bierze udział w patogenezie nadwrażliwości typu I (stymuluje produkcję IgE), procesów zwłóknieniowych oraz tętniaków.
Cytokiny profilu Tc1 i Tc2 - podobnie jak limfocyty CD4, także komórki CD8 cytotoksyczne dzielą się na dwa typy. Ich profile cytokinowe to:
Tc1 Il-2, IFN gamma, TNF alfa
Tc2 IL-4, IL-10
Tc1 odpowiada za cytotoksyczność, supresję IgE/Th2 (działa antyalergicznie), i regulację Fas-zależną, natomiast Tc2 - także za cytotoksyczność, supresję zapalnych limfocytów T oraz przyciąganie eozynofili - co ma z reguły znaczenie negatywne, jest jednak potrzebne w zwalczaniu zakażeń pasożytniczych.
Farmakologiczna stymulacja Th - nikotyna wywiera stymulujący wpływ na Th1 przyczyniając się do rozwoju zmian miażdżycowych (patrz wyżej). Natomiast leki takie jak statyny (inhibitory reduktazy HMG-CoA) czy pentoksyfilina (zwiększająca zdolność erytrocyta do zmiany kształtu) stymulują Th2.
Oznaczanie cytokin i ich receptorów przydatne jest z diagnostyce:
Inwazyjnych zakażeń - oznaczamy IL-6 w celu zdiagnozowania sepsy u noworodka, wcześniej używany marker pyrokalcytonina wzrasta nieswoiście
Niedoborów odpornościowych - oznaczamy IL-12, np. w przebiegu zakażenia prątkami jej stężenie jest niewystarczające
Zakażeń prątkami i salmonellami - oznaczamy podjednostkę beta 1 IL-12R, w zakażeniach tych blokowana jest jej ekspresja
Alergii - oznaczamy IL-4 variant, jego tzw. atopia powoduje zwiększoną wrażliwość komórek odpornościowych i zwiększoną produkcję IgE
Cytokiny prozapalne to:
TNF
IL-1
IL-6
IL-12
IL-18
Chemokiny
IFN gamma
IL-6 może też działać przeciwzapalnie, antagonistycznie wobec pozostałych, np. po wzmożonym wysiłku fizycznym.
Cytokiny antyzapalne to:
IL-10
IL-4
Działają antagonistycznie do cytokin prozapalnych np. w ostrych zakażeniach, ale w nadwrażliwości typu I czyli alergii są prozapalne.
Lokalne i układowe zapalenie - zarówno w jednym jak i w drugim wzrasta TNF, IL-1, IL-6 oraz chemokiny, w przypadku zapalenia układowego jednak wzrost jest o wiele większy. Zapalenia lokalne to np. lokalne zakażenie lub miażdżyca, układowe to np. sepsa i SLE (toczeń).
Oznaczanie cytokin - warianty:
Ilościowo w płynach ustrojowych
Produkcja cytokin w hodowlach wyizolowanych komórek (limfocytów, monocytów, makrofagów) i ich oznaczanie ilościowe
Oznaczanie cytokin wewnątrz komórek (różnicowanie Th1 i Th2) - jakościowe
Oznaczanie stężeń cytokin metodami ELISA i cytometrii przepływowej
Cytokiny jako leki - zastosowanie terapeutyczne znalazły:
IFN alfa - opis poniżej
IFN beta w leczeniu postaci remisyjno-nawrotowej SM (konkuruje z IFN gamma)
IFN gamma w leczeniu przewlekłej choroby ziarniakowej - spada częstość i ciężkość zakażeń
GM-CSF, G-CSF w leczeniu neutropenii
IL-2 w leczeniu przerzutów raka nerki
IL-1 w leczeniu trombocytopenii
Erytropoetyna w leczeniu niedokrwistości
Natomiast z receptorów cytokin stosowanych w terapii wymienić należy:
TNFRp75:FC - blokowanie TNF i LT beta w terapii reumatoidalnego zapalenia stawów, łojotokowego zapalenia skóry i zesztywniającego zapalenia stawów kręgosłupa
IL-1Ra - blokowanie IL-1 alfa i IL-1 beta w terapii RZS
Mimo dużej skuteczności terapia cytokinowa nie może być stosowana na masową skalę i u wszystkich pacjentów. Istnieje szereg uwarunkowań, wskazań i przeciwskazań dotyczących leczonego schorzenia, aktulanego stanu pacjenta oraz możliwych powikłań ograniczających możliwość zastosowania danej cytokiny jako leku. Przykładem tu może być interferon gamma.
IFN gamma - wskazania:
Przewlekłe WZW typu B i C
Białaczka wielkokomórkowa
Chłoniak skórny T-komórkowy
Przewlekła białaczka szpikowa
Chłoniaki nieziarnicze o niskiej złośliwości
Mięsak Kaposiego w AIDS
Czerniak złośliwy
Kłykciny kończyste
INF gamma - przeciwskazania:
Nadwrażliwość
Ciężkie choroby serca
Niewydolność krążenia
Ciężka niewydolność nerek, wątroby lub szpiku
Napady drgawek w wywiadzie
Upośledzona czynność OUN
Ciężka depresja
Ciąża
Karmienie piersią
Ostrożnie w procesach autoimmunologicznych i po przeszczepach allogenicznych - działa immunostymulacyjnie
Możliwe objawy uboczne:
Grypopodobne związane z wyrzutem cytokin
Chudnięcie, nawrót choroby wrzodowej
Objawy hematologiczne, przemijająca leukopenia, u 33-5% leczonych małopłytkowość, niedokrwistość
Objawy neurologiczne - od zaburzeń nastroju, depresji po drgawki, zwężenie naczyń mózgowych, utratę przytomności i śpiączki
Objawy krążeniowe - często poważne - skoki ciśnienia, zaburzenia rytmu serca, zatrzymanie akcji serca, obrzęk płuc
Inne - zapalenie tarczycy, cukrzyca, toczeń
1