HAVA YOLU YENİDEN YAPILANMASI (REMODELİNG), GELİŞİMİ VE ÖNLENEBİLİRLİĞİ

1. HAVA YOLU YENİDEN YAPILANMASI (REMODELİNG), GELİŞİMİ VE ÖNLENEBİLİRLİĞİ Dr. Hakan Çermik GATA Haydarpaşa Eğitim Hastanesi İstanbul

2. Yeniden Yapılanma ile Giden Akciğer Hastalıkları • Primer etkili • İdiopatik pulmoner fibrozis (UIP) • Adult Respiratory Distress Sendromu (ARDS-DAD) • Kollajen vasküler hastalık ile giden fibrozis • Kriptojenik organize pnömoni (COP) • Bronşiolitis obliterans (BO) - transplantasyona bağlı • Sarkoidozis • Histiositozis X (Eozinofilik granuloma) • Hermansky-Pudlak Sendromu

3. Yeniden Yapılanma ile Giden Akciğer Hastalıkları • Sekonder etkili • Asbestozis • Hipersensitivite pnömonisi • İlaca bağlı akciğer hastalığı (Drug-induced lung disease) • Astım, amfizem (KOAH) ve akciğer radyasyonuna bağlı hava yolları etrafında gelişen fibrozis

4. Hasar Sellüler ve vasküler cevap Akut inflamasyon Kronik inflamasyon Parankimal çatı sağlam Parankimal çatı bozulmuş Rejenerasyon (Normal yapıya dönüş) İyileşme (Skar) Fibrozis

5. Kronik inflamasyon Makrofaj ve lenfositlerin aktivasyonu Growth Faktörler PDGF, FGF, TGFβ Sitokinler TNF, IL-1, IL-4, IL-13 MMP MMP 2-9 Steroid TIMP Fibroblast, endotel hücreleri, myofibroblast artışı Artmış kollajen sentezi Kollajenin ortadan kaldırılmasında azalma FİBROZİS

6. İstenmeyen yeniden yapılanma

7. Akciğerde kronik infilamasyon ve yeniden yapılanmayı (remodeling) tanımlayan kriterler • Makrofaj ve lenfosit infiltrasyonu • Anjiogenezis • Fibroblast proliferasyonu (myofibroblast) • Konnektif dokuda artma (fibrozis) • İşlevsel parankim kaybı Chest. 2003 123(3):417-22.

8. İnflamasyon, mediatörler, • ekstrasellüler matriks regülatörleri • TGF-Beta Sinyalizasyonu ve ekstrasellüler matriks homestazı • Matriks Metalloproteinazlar • Epitelyal ve endotelyal bariyerlerde yeniden yapılanma • Myofibroblast

9. İnflamasyon, mediatörler, • ekstrasellüler matriks regülatörleri • TGF-Beta Sinyalizasyonu ve ekstrasellüler matriks homestazı • Matriks Metalloproteinazlar • Epitelyal ve endotelyal bariyerlerde yeniden yapılanma • Myofibroblast

10. Sızdıran bariyer Fibrozis Rezolüsyon J. Clin. Invest. 113:148–157 2004

11. Akciğer Fibrozisinde Profibrotik Mediatörler • Lökotrienler • Leukotrienes C4, E4A • Proteaz inhibitörleri • PAI-1A • APC inhibitor • Tissue inhibitor of metalloprotease-1 • Kemokinler • IL-1b • CXC ligand epithelial neutrophil activating protein-78 • MCP-1A • Sitokinler • TGF-a, TGF-bA • IGF-1 • TNFa • Connective tissue growth factor • PDGF • Endothelin-1A • Thrombin A J. Clin. Invest. 2004113:148–157.

12. Mediatör seviyeleri • BAL sıvılarında artmış fibrozise karşı • PGE2 • IFN-γ düşük seviyede • IPF de uygulanan IFN-γ ile tedavi yaklaşımı

13. Mediatör seviyeleri • Her bir mediatör çok sayıda mediatörü etkilemekte her birinin seviyelerini değiştirmekte • Tek bir özel mediatörün o hastalık için belirlenmesi hastalığın gidişini değiştirebilecek • Hücre matriks ve hücre-hücre etkileşimleri • Mediatör seviyelerinin ölçülmesi, hastalığın gidişini tahmin etme veya tedaviye cevabını yansıtmadı

14. Lipid mediatörler ve kemokinler • PGE2 için gerekli cyclooxygenase eksikliğinde fibroziste artma Am. J. Pathol. 2001 158:1411–1422. • Lökotrien sentezinde gerekli 5-lipooksijenaz eksikliğinde fibroziste azalma • PGE2 fibrozisi baskılar • Lökotrienler (LTC4) fibrozisi arttırır Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2002 165:229–235

15. Lipid mediatörler ve kemokinler • CC kemokin (β kemokin) olan monosit kemotaktik protein-1 (MCP-1) eksikliğinde; • Fibroziste azalma • Akut veya kronik inflamasyonda bir değişiklik gözlenmedi. J. Immunol. 2001.167:4368–4377. • Trombosit aktive eden faktör (PAF) eksikliğinde; • Akut inflamasyonda azalma • Fibroziste değişiklik yok • İntegrin β6 eksikliğinde; • İnflamasyonda artma • Fibrozis bloke olmuşCell. 1999 96:319–328.

16. İnflamasyon ve yeniden yapılanma • İnflamatuar cevabın regülasyonu ile matriks yeniden yapılanması arasında düşük bir korelasyon bulunmuş • İnflamasyon sinyal aktarım yolları ile matrikste birikime ve progresif fibrozise neden olan moleküler olaylar farklı • Anti-inflamatuar ajanlar; • Göreceli olarak progresif fibrozisin engellenmesinde yetersiz

17. İnflamasyon, mediatörler, • ekstrasellüler matriks regülatörleri • TGF-Beta Sinyalizasyonu ve ekstrasellüler matriks homestazı • Matriks Metalloproteinazlar • Epitelyal ve endotelyal bariyerlerde yeniden yapılanma • Myofibroblast

18. Ekstrasellüler matriks Epitel Bazal membran İnterstisyel matriks

19. Epitel-mezenkimal iletim • Epitel-mezenkim iletişimde öne çıkan mediatörler • Wnt sinyal iletim sistemi/β catenin • Sonic hedgehog (SHH) • EGF • Fibroblast growth faktör 10 • TGF-β1/bone morfojenik protein • Fibronektin • SHH; akciğer hasarında, mezenkimal genişlemeden sorumlu Curr. Biol.1998. 8:1083–1086

20. Epitel-mezenkimal iletim • Wnt/β-catenin, EGF, TGF- β1 sinyali ile matriks sekrete eden myofibroblastlar • Epitelyal hücrelerin geçici matriks içinde ilerlemeleri • UIP (Usual İnterstisyel Pnömoni) • Fibroblastik odakta fibroblast benzeri hücrelerde ve hiperplastik epitelyal hücrelerde wnt sinyalizasyonu sonucu nükleer β-catenin birikimi • Am. J. Pathol. 2003. 162:1495–1502 • B-catenin sinyalinde başlıca hedef olan MMP-7 yüksek oranda • Proc. Natl. Acad. Sci. 2002 99:6292–6297

21. Epitel-mezenkimal iletim • Erken ve tekrarlayan epitel hücre stimulasyonu ve hasarı, • Yeniden yapılanmada inflamasyon ve mezenkimal hücre etkileşimleri daha az etkili • Terapotik olarak şüphenilen moleküller üzerindeki çalışmalar henüz yetersiz durumdadır.

22. TGF- β sinyalizasyonu ve ekstrasellüler matriks homestazı • TGF-β • Fibroblast göçü, proliferasyonu • Kollajen ve fibronektin sentezi • MMP nin ESM üzerindeki etkisini azaltma • Monositler için kemotaktik • TGF- β fazlalığında • Embriyonik evrede hipoplazi, alveolar epitelyal hücre gelişmesini baskılar. • Yetişkin akciğerinde ise progresif fibrozis gelişir.

23. İnhibitör SMAD 7

24. SMAD • SMAD 2,3 sitoplazmadaki TGF-β1 sinyalizasyonundaki ana protein mediatörüdür. • İnhibitör SMAD 7; IFN-γ ve IL-7 tarafından stimule edilir. • İleri dönemde; • Aktif TGF-β1 seviyelerini ayarlayacak • TGF-β1 e cevap veren hücre cevabını değiştiren sinyal yollarına etkili tedavi yolları önem kazanacaktır İnhibitör SMAD 7

25. Plasmin ve Trombin • Plasminojen aktivatör inhibitör (PAI-1) eksikliğinde fibrozis gelişmiyor. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2002,283 :1023–1032 • Ürokinase/plasmin/PAI-1 sistemi önemli DAD, UIP, skleroderma, sarkoidozis prokoagülan ve antifibrolitik yollar aktifleşmekte Crit. Care Med. 2003 31:213–220 • Trombin fibrinöz matriks yapımını sağlamakta Fibrozisli hastalarda BAL sıvılarında artmış olarak izlenmektedir.

26. Plasmin ve Trombin • PAR-1 UIP hastaların epitel hücrelerinde rastlandı • Trombin, protease activated reseptör-1 (PAR-1) uyarması ile fibrotik sitokinler • IL-1β ve connective tissue growth faktör (CTGF) uyarır. Crit. Care Med. 2003.31:231–237 • Trombin aktivitesinin inhibisyonu • fibrozis gelişimini baskılar. Am. J.Pathol. 2001.159:1383–1395 Biochem. Soc. Trans. 2002, 30:211–216.

27. Plasmin ve Trombin: • Trombinin ortamda uzun süre kalması • Dokuda mediatörlerin daha da artması • UIP, sarkoidoz, CVD hastalardaki • APC seviyelerinin düşmesi, • APC inhibitör seviyelerinin artması Am. J. Respir. Crit. Care Med. 157:1850–1854. • APC inhibitör ve PAR-1 yara iyileşmesinde rol oynar • Akciğerlerde yoğun matriks birikimine yol açar.

28. İnflamasyon, mediatörler, • ekstrasellüler matriks regülatörleri • TGF-Beta Sinyalizasyonu ve ekstrasellüler matriks homestazı • Matriks Metalloproteinazlar • Epitelyal ve endotelyal bariyerlerde yeniden yapılanma • Myofibroblast

29. Matriks Metalloproteinazlar MT-MMP; Membran bağlı enzim TIMP ; Tissue inhibitors of MMP

30. Metalloproteinaz etkileşimi Stimülasyon PDGF EGF IL-1/ TNF Ekstrasellüler matriks MMP Kollajenaz İnhibisyon TGF-β Steroid TIMP

31. IL-13 ; MMP-9 ve -12 indüklemesi ile aksiyon gösterir ve yeniden yapılanmaya neden olur • MMP-2, -9, -13 ve -14; IL-13 ü MMP-12 den bağımsız olarak arttırmakta • MMP-9 PML birikimini engellemekte • MMP-12 eozinofil ve makrofaj birikimine devam ettirmektedir J. Clin. Invest. 2002110:463–474 • KOAH; BAL sıvısında MMP-12 artışı saptanmıştır Inflamm Res. 2005 Jan;54(1):31-6

32. İnflamasyon, mediatörler, • ekstrasellüler matriks regülatörleri • TGF-Beta Sinyalizasyonu ve ekstrasellüler matriks homestazı • Matriks Metalloproteinazlar • Epitelyal ve endotelyal bariyerlerde yeniden yapılanma • Myofibroblast

33. Epitelyal hücrelerin önemi • Kemotaktik faktörler • Alveolar hücre ölümü ( apopitozis ) erken dönem bulgu NORMAL ALVEOL AKUT AKCİĞER HASARI (DAD) Bronş epiteli Dejenere bronş epiteli Nekrotik Tip I pnömosit Tip I pnömosit Ödem sıvısı Alveolar makrofaj Sellüler debris Alveol PML birikimi ve göçü Hyalin membran Tip II pnömosit Kapiller

34. Fas sinyal iletimi • Epitelyal hücre apopitozu • DAD ; çok belirgin • UIP, BO ; fokal • Fas sinyal kaskatı sonundaki apopitoz ile proinflamatuar mediatörlerin salınması ve yoğun inflamasyonun ortaya çıkması Am. J. Pathol. 2002 161:1783–1796 Respirology. 2002 7:15–21

35. İnflamasyon, mediatörler, • ekstrasellüler matriks regülatörleri • TGF-Beta Sinyalizasyonu ve ekstrasellüler matriks homestazı • Matriks Metalloproteinazlar • Epitelyal ve endotelyal bariyerlerde yeniden yapılanma • Myofibroblast

36. İPF ve myofibroblastlar • Myofibroblastlar programlı hücre ölümüne uğrar • İPF, myofibroblastlar ölmez • Myofibroblastlar bölgeye daha çok inflamatuar hücre çekilmesini sağlar • Artmış kollajen birikimi • Myofibroblastlar kontraktil yapılar • Anormal ekstrasellular matriks formasyonu ile normal akciğer parankimi ortadan kalkar Strieter Chest. 2001;120:77-85.Phan SH.. Chest. 2002;122:286-289

37. İdiopatik Pulmoner Fibrozis UIP de myofibroblastlar

38. İdiopatik Pulmoner Fibrozis UIP de myofibroblastlar

39. Astımda düz kaslar • Eozinofil sitolizi ile TGF-ß üzerinden fibroblast uyarımı • Myofibroblastik yönde yoğun bir değişim görülür • Myofibroblast grupları düz kas hücreleri gibi kasılma göstermekte ve fatal sonuçlar oluşturmaktadır Respiratory Reviews 2000 Vol 5 no 3

40. Astımda düz kaslar • Astım tedavisinde steroid tedavisinin • Goblet hücre hiperplazisi • Subepitelyal hücre hiperplazisi • Subepitelyal kollajen depositleri, artmış kapiller ağ ve düz kas hipertrofisine etkisi az • Yeni yaklaşım myofibroblast ve düz kas hücreleri üzerinde yoğunlaşmakta Lung Remodeling in Asthma: A New Target of Anti-Asthma Therapy Drug Design Reviews 2005, ( 2) 129-136(8)

41. Farede genetik yapı değişikliklerinden öğrendiklerimiz • Fare modelinde bleomisin etkisi ile oluşturulan fibrozis • Epitelyal hücre hasarı • İnflamasyon ve alveolar eksüda • Fibroblast aktivasyonu, yeni kollajen depolanması • Alveolar duvarların kalınlaşması ile akciğer kompliansının düşmesi • Genetik yapıya bağlı farklı klinik tablo • Bazılarında progresif • Bazılarında zamanla gerileme görülmekte

42. İnsanda genetik mutasyonlara dayalı matriks yeniden yapılanmasındaki hastalıklardan öğrendiklerimiz UIP • Surfaktan protein C (SPC) gen mutasyonları (6. kromozom SPC gen bölgesi) • Otozomol dominant • SPC eksikliğinde pnömoni ve şiddetli akciğer hasarı J. Biol. Chem. 2003 278:14291–14298 Hermansky-Pudlak Sendromu - Albinizm - Platelet disfonksiyonuna bağlı artmış kanama riski - Progresif lizozomal ceroid lipid birikimi • Otozomal resesif • Puerto Riko, progresif pulmoner fibrozis, 30 lu yaşlarda ölüm • Tip II alveolar hücrelerde lizozomal distorsiyon ve hücresel toksisite Virchows Arch. 2000. 437:304–313

43. ÖĞRENDİKLERİMİZ

44. SONUÇ • Klinik açıdan matriks yeniden yapılanması ile giden hastalıklarda progresif seyredecek hastaların önceden belirlenmesi henüz sağlanamamıştır. • İnterstisyel pnömonilerde • Radyolojik ve histopatolojik paternler önemli • NSIP prognozu UIP den iyi

45. SONUÇ • Steroid kullanımı • COP steroidlere cevap verir • UIP, DAD, BO efektif değil • Moleküler bir açıklaması yok

46. SONUÇ • İnflamatuar sinyal iletici yollar • Fibrozis ile benzer yolları kullandıkları halde farklı tetikleyici olaylar sürecin progresyon göstermesine neden olmaktadır. • Mezenkimal sinyal iletici yollar • Epitelyal hasar, matriks yeniden yapılanması ve mezenkimal sinyal iletici yolları arasındaki etkileşiminin incelenmesi yeni yaklaşımlar sağlayacaktır.

47. SONUÇ • Genomik seviyede deneysel ve klinik araştırmalar yakın zamanda yeni tedavi yaklaşımları doğuracaktır. • Yeni tarama araçları bize riski belirleme ve progresyonu önceden tahmin etme şansını verecektir.

48. SONUÇ • Tekrarlayan epitel ölümü; • Matriks yeniden yapılanması ve hastalığın gidişinde temel faktörlerden biri; • Enfeksiyonların kontrol altına alınması • Hava kirliliğinin engellemesi • Sigara içiminin azaltılması • Çalışma şartlarının iyileştirilmesi • Akciğer transplantasyonu