CZYNNIKI GENETYCZNE A TERAPIA CHOROBY LEŚNIOWSKIEGO-CROHNA

Streszczenie

Choroba Leśniowskiego-Crohna'a (CD) po raz pierwszy została opisana w roku 1904 przez warszawskiego profesora Andrzeja Leśniowskiego (opis dotyczył przypadku zapalnego guza jelita cienkiego z przetoką do wstępnicy). 30 lat później trzech lekarzy z Nowego Jorku - Crohn, Ginzburg i Oppenheimer - ponownie opisało tę jednostkę chorobową jako zapalenie końcowego odcinka jelita krętego. Obecnie to ziarniniakowate zapalenie, mogące dotyczyć każdego fragmentu przewodu pokarmowego (od jamy ustnej do odbytu), znane jest jako choroba Leśniewskiego-Crohna lub w skrócie - Choroba Crohn'a (Crohn's disease, CD). Czy po ponad 100 latach od opisania choroby wiedza medyczna, szczególnie znajomość genetyki i immunologii CD, pozwalają lepiej zrozumieć procesy patogenetyczne, stan kliniczny i wpływać na leczenie pacjentów?

Choroba Leśniowskiego-Crohna'a (CD) po raz pierwszy została opisana w roku 1904 przez warszawskiego profesora Andrzeja Leśniowskiego (opis dotyczył przypadku zapalnego guza jelita cienkiego z przetoką do wstępnicy). 30 lat później trzech lekarzy z Nowego Jorku - Crohn, Ginzburg i Oppenheimer - ponownie opisało tę jednostkę chorobową jako zapalenie końcowego odcinka jelita krętego. Obecnie to ziarniniakowate zapalenie, mogące dotyczyć każdego fragmentu przewodu pokarmowego (od jamy ustnej do odbytu), znane jest jako choroba Leśniewskiego-Crohna lub w skrócie - Choroba Crohn'a (Crohn's disease, CD). Czy po ponad 100 latach od opisania choroby wiedza medyczna, szczególnie znajomość genetyki i immunologii CD, pozwalają lepiej zrozumieć procesy patogenetyczne, stan kliniczny i wpływać na leczenie pacjentów? Czy znajomość genetycznych podstaw patogenezy pomaga lepiej zrozumieć chorobę Crohn'a?
Choroba Crohn'a oraz colitis ulcerosa (CU) należą do tzw. nieswoistych zapaleń jelit (IBD - Inflamatory Bowel Disease). Objawy CD zależą od lokalizacji, rozległości oraz stopnia zaawansowania w przewodzie pokarmowym. Spośród dolegliwości z przewodu pokarmowego dominują bóle brzucha (głównie w okolicach pępka, podbrzusza lub prawego dołu biodrowego) i biegunka, którym może towarzyszyć gorączka (1). Wśród objawów pozajelitowych spotyka się stawowe (arthritis), oczne (uveitis) i skórne (pyodermia, erythrema nodosum).
Początek CD może przebiegać bezobjawowo, lub rozpocząć się bólami brzucha najczęściej typu wyrostkowego lub niecharakterystycznie - niedokrwistością i gorączką „nieznanego pochodzenia” (1). Tak zróżnicowany obraz kliniczny znajduje także swoje odzwierciedlenie w etiopatogenezie. Obecny stan wiedzy pozwala stwierdzić, że etiopatogeneza CD jak i CU jest wieloczynnikowa, ma związek z predyspozycją genetyczną danego osobnika, mikroflorą jelitową oraz czynnikami immunologicznymi błony śluzowej jelita. U pacjentów z CD opisano ponad 10 regionów w chromosomach, w których występowały mutacje.
W 2001 r. opisano pierwszy gen podatności (susceptibility gene), nazwany wówczas NOD2 (nucleotide-binding oligomerization domain), 3 lata potem zidentyfikowano nowe geny: DLG5 na 10q23, OCTN1 oraz OCTN2 w 5q31, NOD1 czyli CARD4, opisano korelację HLA czy TLR4(2). Pojawia się zatem pytanie: jaki mają one związek z rozwojem CD i czy są one istotne dla klinicysty?
NOD2 (obecnie znany jako CARD15 - caspase activating recruitment domain), lub NOD2/CARD15, zlokalizowany na chromosomie 16q12, w locus IBD1 i jest wysoce specyficzny dla CD (nie dla UC). NOD2/CARD15 jest członkiem rodziny CED-4/APAF-1 - rodziny regulatorów apoptozy. Koduje łańcuch aminokwasów, zawierający trzy funkcjonalne domeny: dwie domeny N-końcowe CARD, NBD czyli nucleotice binding domain oraz C-końcowe domeny, zawierające liczne powtórzenia leucyny (LRR, leucine - rich repeats)(2). NOD2/CARD15 jest wewnątrzcząsteczkowym elementem komórki, odpowiedzialnym pośrednio za rozpoznawanie bakteryjnych peptydoglikanów, poprzez wiązanie z dipeptydem muramylowym (muramyl dipeptide) bakterii (peptyd zlokalizowany w ścianach bakterii Gram (-) i (+)). Gen NOD2/CARD15 ulega ekspresji na obwodowych monocytach krwi, komórkach dendrytycznych, komórkach nabłonka jelit. Domeny CARD-CARD przyłączają się do kinazy RICK (RIP-like interacting CLARP kinase), która poprzez fosforylację IKKc aktywuje kompleks kinaz NF-κB (nuclear factor κB) i prowadzi do translokacji NF-κB do jądra komórki i aktywacji transkrypcyjnej NF-κB response genes, kodujących prozapalne cytokiny i defenzyny. TLR4 indukuje aktywację poprzez inne cząsteczki, takie jak Myd88, IRAK i TRAF6.
Zastanawiające jest, czy ekspresja NF-κB jest wzmożona, czy też zmniejszona w CD - w tej kwestii wyniki badań nie są jednoznaczne. W badaniu in vitro eksperymentalnie wykazano, że spadek aktywności tego białka wskazuje na efekt loss-of function.
Hisamatsu i wsp. wykazali, że produkt ekspresji NOD2/CARD15 może pełnić funkcję antybakteryjnego czynnika w komórkach CaCo2 nabłonka jelita. Komórki z CARD15/NOD2 typu wild-type nie poddają się infekcji Salmonella typhimurium. Komórki ze zmutowanym CARD15/NOD2 utraciły tę ochronną funkcję (2).
Ponadto wykazano, iż komórki jelita mogę być up-regulowane przez prozapalną cytokinę TNF-α. Aktywacja NF-κB zachodzi poprzez region LRR, zatem mutacja w tym fragmencie może wywoływać niekontrolowaną aktywację układu (w tkankach pacjentów z IBD stwierdzano wyższe stężenia NF-κB niż w komórkach zdrowych). Co ciekawe, myszy z knock-outem genu NOD-2 lub ze zmutowanym wariantem NOD-2 nie rozwijają spontanicznie CD, co dowodzi że mutacje dla NOD-2 jedynie stwarzają możliwości rozwinięcia się chorób z grupy IBD, ale ich bezpośrednio nie wywołują.
Defensyny to małe, 29-34 aminokwasowe peptydowe antybiotyki, będące integralną części lokalnego systemu immunologicznego, także jelit. Stopniowe naruszanie tej „bariery przciwzakaźnej jelit” mogłoby skutkować inwazją bakterii oraz chronicznym zapaleniem błony śluzowej jelit. Istnieje teoria, że ekspresja NOD2/CARD15 może wpływać na regulację degranulacji komórek Paneth'a. Według Kobayashi i wsp. oraz Wehkamp i wsp. u osobników z obniżoną ekspresją NOD2/CARD15 może występować obniżenie wydzielania α-defensyn przez komórki Paneth'a.
Dotychczas opisano trzy podstawowe mutacje NOD2/CARD15 - typu frame-shift (SNP13) i dwie typu missense (SNP12). Związek między mutacjami NOD2/CARD15 a fenotypem choroby został zbadany: trzy podane mutacje są związane z chorobą jelita krętego i postaci włókniejąco-przetokowych, ale są relatywnie rzadsze niż postacie okrężnicze i przetokowe w chorobie Crohn'a; nie opisano związku między powyższymi mutacjami a CU. Dotychczas nie opisano związku mutacji z objawami pozajelitowymi ani z odpowiedzią na lek infliximab .
Warto także wspomnieć o związku NOD2/CARD15 ze zwiększonym wzrostem raka okrężnicy (CRC) - obecność mutacji SNP13 zwiększa ryzyko CRC u pacjentów powyżej 50 roku życia (4).
IBD3 - mutacja występuje porównywalnie często u pacjentów z CU i CD. Region ten zawiera gen TNF, dla którego opisano polimorfizmy, skutkujące zaburzoną ekspresją TNF(5).

Integralność blony śluzowej i transport (IBD)
Geny OCTN1/SLC22A4 oraz OCTN2/SLC22A5 zlokalizowane na 5q31 kodują integralne białka błonowe, których funkcja to przezbłonowy obustronny transport karnityny (uczestniczy w oksydacji kwasów tłuszczowych, mniej istotna rola to promowanie transportu długołańcuchowych kwasów tłuszczowych przez błonę mitochondrialną) oraz kationów organicznych. Mutacje w tych genach upośledzają ten transport. Mutacja w OCTN1 redukuje transport karnityny a zwiększa aktywność transporterów kationów organicznych. Mutacja w OCTN2 natomiast upośledza działanie białek szoku cieplnego. Hamowanie oksydacji kwasów tłuszczowych może prowadzić do klinicznych i patomorfologicznych objawów colitis. Wzrost transportu jonów może wywoływać nieprawidłowy wychwyt substancji toksycznych. Wykazano możliwą asocjację między OCTN3 a CD (2).
DLG5, zlokalizowany na 10q22-23, jest członkiem związanej z błoną kinazy guanylowej (membrane-associated guanylate kinase, w skrócie MAGUK) grupy genów, kodujących bialka strukturalne komórki, a także biorące udział w zachowaniu ciągłości nabłonka i regulację wzrostu komórek (upośledzona rola w CD powoduje zwiększenie przepuszczalności nabłonka, sprzyjając rozwojowi choroby). Nosiciele różnych wariantów tego genu mają zwiększone prawdopodobieństwo zachorowania na CD.

Uklad HLA a choroba Crohn'a
Opisano wiele asocjacji CD z różnymi wariantami HLA (DRB1*0301, DR7, DQ4, DRB1*0701 i Cw*802), opisano także asocjacje między objawami układowymi (zapalenia dużych stawów, chroniczne symetryczne zapalenie małych stawów) a układem HLA. U pacjentów z DRB1*0103 w UC i CD powiązano ciężki przebieg choroby z koniecznością przeprowadzenia kolektomii (znajomość układu HLA nie pozwala pewnie przewidzieć dalszego rokowania leczonych pacjentów).

Cytokiny, nowe możliwości leczenia oraz oporność wielolekowa w IBD

U zdrowych osób na straży rozwoju cyklu zapalnego w jelicie, reakcji bakterii przewodu pokarmowego i komórek epitelialnych, komórek dendrytycznych oraz M-cells, stoją Th2/Th3 (supresory) typ IL-4, IL-5, IL-10, TGF-β. Natomiast immunologiczna odpowiedź śluzówki wobec szczepów patogennych następuje przez Th-1 i wydzielenie IL-1, IFN-γ, TNF-α. Charakterystyczna zarówno dla UC jak i CD jest utrata tolerancji na bakterie przewodu pokarmowego, a zatem zwiększona ekspresja „ogólnych” cytokin zapalnych takich jak TNF-α, IL-1, IL-6, nieprawidłowa odpowiedź komórek immunologicznych na bakterie komensale przewodu pokarmowego. W przypadku nierównowagi cytokinowej, reakcja zapalna ulega nasileniu. Nie należy jednak przeceniać istoty niedoboru przeciwzapalnych cytokin w patogenezie IBD, co sugerują podejmowane próby terapeutyczne. W przeciwieństwie do cytokin dużą nadzieję na leczenie daje szeroko używana chimera lub humanizowane przeciwciało anty-TNF, stosowane w przypadkach ciężkiego CD jak i UC. Obecnie testuje się także IL-12.
Z uwagi na zaburzenia równowagi cytokin, z których duża część uczestniczy w chorobach zapalnych, wprowadzono preparaty wyprodukowane poprzez rekombinację DNA i techniki uzyskiwania białek monoklonalnych. Wśród nich znajdują się substancje uprzednio używane do leczenia reumatoidalnego zapalenia stawów (RZS). W latach 2000-2003 etanerecept, infliximab, adalimumab włączono do panelu leków stosowanych w niezapalnych chorobach jelit.
Występujący u pacjentów z CD i CU na chromosomie 7q gen wielolekowej oporności (MDR-1 czyli multidrug resistence gene), kodujący transportowe białko błonowe, wpływa na wchłanianie w jelitach a także na farmakokinetykę leków. Istotna mutacja znana jako Ala-893Ser/Thr, występuje u myszy knock-out chorujących na colitis. Ponadto dodatkowe locus mutacji (C3435T) związane z 50% spadkiem sekrecji białek ma związek z CU, głównie z nasilonym colitis; bez istotnych związków z CD.

Nowy tor terapii: zapobieganie adhezji określonych komórek?

Śródbłonek naczyniowy jelit zmieniony zapalnie, szczególnie w CD, charakteryzuje się zwiększoną adhezją cząsteczek i ligandów integryn, takich jak E-selektyny, ICAMM-1, MAdCAM-1, VCAM-1. Z kolei w przypadku chorych z UC poziomy VCAM są wyższe w grupie kontrolnej niż u pacjentów, natomiast stężenia VEGF wykazują wartości zbliżone u pacjentów z aktywnym i nieaktywnym procesem, jak i w grupie kontrolnej. Jednym z głównych kierunków badań farmakologicznych jest terapia celowana na określone cząsteczki, takie jak np. ICAM-1.

Rola flory bakteryjnej w etiopatogenezie IBD czyli „no bacteria, no colitis”?
Fabia et al. (6) udowodnili obniżoną koncentrację anaeorobowych bakterii oraz pałeczek Lactobacillus u pacjentów z czynnym IBD; u pacjentów w okresie remisji nie obserwuje się takiej zmiany. Stosowanie probiotyków reguluje równowagę bakteryjną jelit, poprawia także stan pacjentów z IBD oraz w eksperymentalnym modelu zwierzęcym colitis, zapobiega nawrotowi choroby.
Większość modeli zwierzęcych IBD nie udaje się stworzyć u zwierząt, przebywających w środowisku bez drobnoustrojów. Ta obserwacja prowadzi do wniosku, że „bez bakterii nie ma zapalenia jelita grubego (colitis)”. Po wprowadzeniu prawidłowej flory bakteryjnej do środowiska eksperymentalnego, modelowe myszy szybko rozwijają colitis.
Antygeny bakteryjne (bialka flageliny) mogą być czynnikiem zapoczątkowującym IBD - podwyższone wartości Ig-G anty-flagellina u pacjentów z CD i w modelach zwierzęcych IBD. Ponadto w ok. 10-20% nawrotów IBD rozwijają się nadkażenia bakteriami, takimi jak Clostridium difficile, Campylobacter spp. czy zarażenie Entamoeba histolytica.

Z poważaniem

Katarzyna Mamica

Gr. B II rok OAM

---