Allergiás asztma genomikai háttere

1. Allergiás asztma genomikai háttere 2007. november 14. Ungvári Ildikó – SE, GSII

2. Asztma(Asthma bronchiale) • krónikus légúti betegség. Jellemző a kis légutak epizódokban jelentkező gyulladása és szűkülete különböző triggerelő tényezőkre. Az asztma rohamok lehetnek enyhék és életveszélyesen súlyosak. • Tünetei:légszomj, köhögés, zihálás, mellkasi fájdalom, és feszülés, valamint ezek kombinációi. • A kiváltó okok lehetnek: allergének, fertőzés (vírus/ baktérium), fizikai munka, hirtelen éghajlatváltozás, légszennyezések mint pl. cigarettafüst + hajlamosító genetikai háttér • típusai: - allergiás asztma (extrinsicasztma) : immunológiai mechanizmusok által mediált, - nem-allergiás asztma (intrinsic asztma) • Két fázis: korai tünetek: 15-30 perccel, késői: 4-6 órával a provokáció (pl. antigén belélegzés) után.

3. Az allergiás megbetegedések új definíciói I.(EAACI javaslat 2001 szeptember) • Az allergia immunológiai mechanizmus által indított túlérzékenységi reakció. Az allergián belül megkülönböztethetünk IgE által, és nem-IgE által mediált allergiát. • Az atópia az egyéni, vagy családi hajlam arra, hogy az egyén alacsony dózisú allergén, általában fehérjék hatására IgE ellenanyagot termeljen és olyan jellegzetes tüneteket mutasson mint az asztma, rhinoconjunctivitis, vagy az ekcéma/dermatitis.

4. > 150 millió asztmás van a világon, a leggyakoribb krónikus betegség gyermekkorban. • USA: 11 milliárd $/év

5. Asztma gyakorisága néhány országban egy 2002-2003-as felmérés alapján 6-7 és 13-14évesek • UK 20.9% 24.7% • Germany 12.8% 17.5% • Austria 7.4% 15.1% • USA - 22.3% • Japan 18.2% 13.0% • New Zealand 22.2% 26.7% • Indonesia 2.8% 5.2%

6. Az allergiás betegségek heterogenitása • Az allergiás asztmás betegeknek 60-80%-nak szintén van allergiás rhinitise. Az allergiás rhinitises betegek 20-38%-ának van asztmája. • Becslések szerint az AEDS-es (atópiás ekcéma/dermatitis szindróma) újszülöttek 40%-nál 3-4 éves korára asztma fog kialakulni. • Más tanulmányokban az asztmás betegek 35%-nak van AEDS-e. • Genomikai vizsgálatokban az asztmás csoportban általában ugyanúgy kezelik azokat a betegeket, akiknek asztmája és allergiás rhinitise van, mint az asztmás és AEDS-es betegeket. Feltéve, hogy vannak olyan gének, amelyek az alsó légutak gyulladásáért felelősek (asztma), vannak olyanok, amelyek a felsőért (rhinitis), vagy általában az atópiás hajlamért, vagy az ekcémáért, ezek a gének könnyen elveszhetnek ezekben a vizsgálatokban.

7. Néhány immunológiai alapfogalom • Antigén:Az érett immunrendszer által felismert (sokszor fehérjeeredetű) struktúrák. • Antitest: B sejtek termelik, pl.: IgG,IgA, IgM, IgE • Néhány immunsejt: • Antigén bemutató (prezentáló) sejtek (APC): pl.: B sejt, monocita/makrofág, dendritikus sejtek: bekebeleznek (internalizálnak) különböző struktúrákat (pl: mikróbák, virágpor stb.), majd egy darabkájukat (az antigént) a felszínűkre viszik MHCII molekulákhoz kapcsoltan. B sejt makrofág

8. T sejtek: felületükön levő receptorukkal (TCR) hozzákötődnek az antigén-MHCII komplexhez és néhány mellette levő molekulához (kostimulációs molekulák) és aktiválódnak, különböző anyagokat bocsájtanak ki a környezetükbe. Asztmában fontos: CD4+ T helper sejtek (Th). Th0 sejtek citokinek hatására differenciálódhatnak Th1, vagy Th2 irányba

9. Th2 sejt-B sejt kölcsönhatás

10. Th0 sejt Th1 Th2

11. Az asztma gyakoriságának emelkedése • A XX. század elején Budapesten évente egy-két új asztmás gyereket diagnosztizáltak, 2002-ben 17.912-t.

12. Miért emelkednek az allergiás betegségek prevalencái? • Legelfogadottabb a tisztasághipotézis (Th1 trigger hipotézis) : a nyugati típusú társadalmakban nem engedjük, hogy a Th1 felé eltolódott immunválasz kialakuljon. • Th1 érés (maturation) hipotézis: A Th1 érés defektussal született gyerekek régebben meghaltak, manapság a jobb egészségügyi ellátás miatt életben maradnak, de allergiások, asztmásak lesznek.

13. Miért emelkednek az allergiás betegségek prevalencái? (II) • Antibiotikumok használata • A levegőben levő szennyeződések reagálnak az allergénekkel és agresszívabbá teszik őket.

14. Az asztmára való hajlam fő oka, hogy a Th1/Th2 egyensúly eltolódik Th2 irányba

15. Elhunyt asztmás tinédzser tüdőszövettani vizsgálata. Fő jellemzők: I = gyulladás (gyulladási sejtek beáramlása), MP = mucus plugging: légutakat a nyák eldugaszolja, Légúti remodelling: SF= subepitéliális fibrózis: kollagén lerakódás, MH= miociták hipertrófiája és hiperpláziája: a simaizmok térfogatának és számának növekedése, N= neovascularisatio: új erek képződése; ezek irreverzibilis változások

16. Légúti hiperreaktivitás (AHR= airway hyperresponsiveness, BHR = bronchial ...): az asztma egyik jellemzője. Túlérzékenység különböző stimulusokra, mint például: allergének, légszennyeződések, hideg levegő, fizikai munka, metakolin, hisztamin stb. A kiváltó ok megszüntetésével, vagy glükokortikoid hatására a fulladás megszűnik.Légúti hiperreaktivitás mértéke különböző súlyosságú asztmás betegekben (metakolin (Mch) hatására spirométerrel)FEV1: forced expiratory volume 1s

17. Egér asztma modell előnyei • Humán asztmához hasonló jellemzők • Ag-spec IgE • Hízósejtek, T-limfociták, eozinofilek infiltrációja a tüdőbe • Th2 citokin mintázat • Légúti túlérzékenység nem-specifikus bronchokonstriktorokra (MCh) • Szövetek hisztopatológiai vizsgálatának lehetősége • Genetikailag módosított egerek: KO, TG • Egér specifikus ellenanyagok és reagensek • Terápiás eszközök kipróbálásának lehetősége

18. Egér asztma modell hátrányai • Nem krónikus • Eozinofilek nem degranulálódnak • Az egerek nem köhögnek • A különböző egértörzsek máshogy reagálnak

19. 29 0 14 28 30 32 I.p. OVA (hasba) I.p. OVA OVA inhaláció + Al(OH)3 + Al(OH)3 1 % 5 % • Tüdő-szövettani vizsgálat • BAL (bronchoalveoláris lavage ) sejtösszetétel vizsgálata • BAL FACS analízis • Szérum IgE mérés • Génexpressziós vizsgálatok Légúti túlérzékenység mérése Provokáció Szenzitizálás I Szenzitizálás II Egér asztma modell

20. Az allergiás folyamat főbb szereplői endothel-VCAM-1

21. T sejtek (limfociták) szerepe • Az egész asztmatikus folyamat legfontosabb szereplői • T sejt hiányos egéren nem lehet asztmát előidézni • Th1 citokinek : INFg, IL-12, IL-18, TNFa • Th2 citokinek: IL-4, IL-5, IL-6, IL-13, IL-9, IL-10. • Th2/Th1 egyensúly eltolódása: az asztma Th2-es betegség • Nélkülözhetetlenek: CD4+ T sejtek, MHCII, CD28 • SCID: severe combined immunodeficiency: nincs T sejtje, és B sejtje: genetikai manipulációval állítják elő: allergén, vagy más provokáció hatására nem lesz asztmás

22. SCID egértüdő +OVA kezelés SCID egértüdő + OVA + Th2 sejtek SCID egértüdő + OVA + Th1 sejtek SCID egértüdő+OVA+Th1+Th2

23. Légúti hiperreaktivitás SCID egerekben intravénás Th0, Th1 és Th2 és intranazális OVA adása után. AHR csak a Th0 és Th2 sejtek injektálása után figyelhető meg.

24. Eozinofilek szerepe • Szintje szinkronban van az asztma súlyosságával granulumok: hisztamin, különböző enzimek (RNáz, DNáz) , MBP (major basic protein) : fő mm. károsító fehérje-emberben! Egérben MBP nélkül is AHR - hisztamin felszabadítás hízósejtekből, bazofilekből - alveoláris makrofágok aktiválása - epitéliális sejtkárosítás

25. Effektor hatásán túl immunválasz moduláló hatása is van: termelhet mind Th1, mind Th2 citokineket, befolyásolja APC-ként is a Th2 sejtek működését. • CCR3 kemokin receptort tartalmaz • Fő kemoattraktánsai: eotaxinok, RANTES, MCP-k

26. Hízósejtek (masztociták) szerepe • Azonali allergiás reakció • Hízósejt hiányos egér (allergén kezelés után): korai AHR nincs, késői AHR viszont van Hízósejt degranuláció http://www.opt.pacificu.edu/ce/catalog/13890-AS/Fig%202.jpg IL-4, IL-5, IL-9 TNFa + leukotriének, prosztaglandinok Th2 Késői allergiás reakció

27. A hisztamin szerepe allergiában és asztmában • Hízósejtek és a bazofilek termelik. • A hisztamin a korai asztmatikus reakció tünet- együttesének fontos mediátora. • Simaizom kontrakció • Érpermeabilitás • Vazodilatáció • Mucus szekréció • A plazma hisztamin koncentrációja korrelál az asztma súlyosságával. • H1 receptor antagonisták szerepe • Hisztidin dekarboxiláz: hisztamint szintetizál; HDC KO egér: nincs endogén hisztaminja

28. Légzésfunkciós vizsgálatok: hisztamin hiányos (HDC KO) egereken OVA kezelés hatására szignifikánsan kisebb AHR alakul ki HDC KO kezelt WT kezelt

29. Tüdő-szövettani vizsgálatokA HDC KO egerek tüdeje OVA kezelés hatására alig különbözik a placebóval kezelt állatokétól WT allergizált KO allergizált placebo

30. B-limfociták Th2 IgE http://letempsdescerises.blogspot.com/2005/07/da-imunidade_01.html

31. IgE szerepe • Fontos szerep a hízósejtek aktiválásában, és az azonnali allergiás reakciókban. • Két receptor: • nagy affinitású: FceRI; • kis affinitású: CD23(FceRII) • Ag-specifikus IgE, szenzitizált egereken AHR-t vált ki: FceRI KO egereken nem, CD23 KO-n igen • T sejt KO egereken Ag-spec IgE nem okoz eozinofiliát és AHR-t. Ezeket IL-5-tel lehet visszaállítani. • B sejt hiányos egereken légúti Ag szenzitizálás T sejt aktiválást és Th2 citokin termelést és eozinofiliát okozott, de nem volt AHR. Szisztémás Ag szenzitizálásnál volt AHR is: IgE nem létfontosságú az asztmában

32. WT (A,B) és IgE hiányos (C,D) állatok tüdeje „asztmásítás” után nem különbözik egymástól: IgE-nek nincs létfontosságú szerepe az asztma kialakulásában egerekben.Eozinofilek és limfociták infiltrációja figyelhető meg perivasculárisan és peribronchiálisan. Br, bronchiole; Placebo Allergénnel kezelt, asztmatikus WT IgE KO

33. Gyulladásos sejtek infiltrációja a tüdőben WT és IgE hiányos egereken: allergén kezelés (Af) után nincs szignifikáns különbség IgE KO egér

34. endothel-VCAM-1 IL-4 szerepe • Th0 sejtek differenciálása Th2 sejtekké • B sejt átkapcsolása IgE termelésre • Endothel sejtek VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule) termelését (mRNS) erősíti (ez szükséges az eozinofilek szövetbe történő infiltrációjához) • Epithel sejtek eotaxin termelését fokozza: eozinofilek odavonzása • Hízósejt érés kofaktora

35. IL-4 KO egér (C57BL/6 törzs) • OVA kezelés után nincs IgE, légúti eozinofilia, AHR • OVA spec. IgE adagolás: nincs légúti eozinofilia, AHR • IL-5 adagolás: légúti eozinofilia, AHR kialakul • Az IL-4 legfontosabb szerepe: szenzitizáláskor Th2 irányba tolja el az immunválaszt, elősegítve így az IL-5 termelést. • Egértörzsenként különböző eredmények: BALB/c IL-4 KO egerekben kialakulnak az asztmatikus tünetek (AHR) OVA hatására: más a patomechanizmus ebben az egértörzsben • IL-13, IL-4R, STAT6 szerepe

36. endothel-VCAM-1 IL-5 szerepe • Eozinofilek érését, csontvelőből való kiáramlását serkenti, növeli életképességét, érzékenyíti kemotaktikus mediátorokra, erősíti a citotoxicitását és az endothélhez való adhézióját. • IL-5 transzgenikus egérben (a tüdő epitél sejtekben, Clara cell 10 gén (CC10) promótere után) magas az eozinofilszám és súlyos asztma alakul ki.

37. IL-5 túlexpressziója a tüdő epitél sejtjeiben. a: WT egér, b,c,d: IL-5 transzgenikus egér; b,c, d: a légutak csaknem blokkolva vannak a megduzzadt peribronchiális szövetektől B, bronchiole; PV, pulmonary blood vessel; AS, alveolar space;BALT, bronchus-associated lymphoid tissue.

38. Sejtszámok a tüdőben Üres négyzet: vad, fekete négyzet: IL-5 Tg egér.

39. IL-5 szerepe • Eozinofilek érését, csontvelőből való kiáramlását serkenti, növeli életképességét, érzékenyíti kemotaktikus mediátorokra, erősíti a citotoxicitását és az endothélhez való adhézióját. • Anti-IL-5 Ag provokálás (Ag belélegeztetés) előtt megakadályozta az eozinofíliát és az AHR-t • IL-5 KO állat: normális IgE és T sejt válasz, de nincs eozinofilia és AHR

40. IL-5 és IL-4 KO egereknél nincsen fokozott AHR (C57BL/6)

41. IL-5-tel (AV5) igen, IgE-vel nem lehet visszaállítani a fokozott AHR-t IL-4 KO egerekben (IL-4 (AV4) adásával is kialakul az AHR)

42. endothel-VCAM-1 IL-13 szerepe • Közös receptor alegység az IL-4-gyel (IL-4Ra) • Mucus termelést, AHR-t és eotaxin termelést erősíti, transzgenikusan: AHR-t okoz

43. WT (wild type) és IL-13 transzgén egér légútjai Ag provokáció nélkül vs provokáció után

44. IL-13 szerepe • Közös receptor alegység az IL-4-gyel (IL-4Ra) • Mucus termelést, AHR-t és eotaxin termelést erősíti, adagolása AHR-t okoz • IL-13 függő pathomechanizmus • Elnyomja az IL-5 expressziót • IL-13 KO egér (allergén szenzitizálás és provokálás után): csökkent eozinofilia, mucus, légúti gyulladás, AHR • IL-13 neutralizálása hatásosabb, mint az IL-4-é

45. Mucus termelő sejtek száma a bronchusok epitéliumában WT és IL-13 KO állatokban

46. endothel-VCAM-1 IL-9 szerepe • T sejtek növekedési faktora, B sejtek érését és a hízósejtek proliferációját elősegíti.

47. kontroll TG TG TG IL-9 TG-egér (IL-9 a CC10 promóter után: IL-9 túlexpressziója a tüdő epitéliumában) : tüdő eozinofil szám bronchus epitélsejtjei nagyobbak (hipertrófia) mucus képződés, hízósejtek az epitéliumban (kontrollokéban nem) • De alacsony hisztamin: hízósejtek nem degranulálódtak!!!

48. IL-9 KO egér: nem különbözött a kontrolltól: Ugyanúgy kialakult OVA kezelés hatására az AHR, légúti eozinofília stb. Az IL-9 szerepét átvették más citokinek. • Pl.: IL-13: mucus termelés, IL-4, IL-5: eozinofil toborzása, hízósejt érés stb.

49. Asztma kialakulásának három lehetséges útja Hisztamin leukotriének

50. Kemokinek