AUTOIMUNSKA BOLEST TIREOIDEJE I UDRUŽENO ISPOQENE BOLESTI BIBLID: 0354 2793, 133(2005) Suppl 1, p. 9-15 MEHANIZMI NASTANKA AUTOIMUNOSTI Marija MOSTARICA-STOJKOVIĆ Institut za mikrobiologiju i imunologiju, Medicinski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd KRATAK SADRŽAJ Osnovna funkcija imunskog sistema je odbrana od mnogobrojnih i raznovrsnih infektivnih agensa. Iako potencijal za samoprepoznavawe i sledstvenu imunsku autoreaktivnost postoji kod svih jedinki, do imunskog odgovora koji bi izazvao autoimunsku bolest dolazi retko zato što imunski sistem razlikuje sopstvene molekule od stranih molekula. Proces klonske delecije autoreaktivnih ćelija jeste glavni mehanizam centralne tolerancije. Autoreaktivni limfociti koji su izbegli eliminaciju u centralnim limfnim organima postoje u perifernom repertoaru, ali su pod kontrolom brojnih mehanizama koji su funkcija same autoreaktivne ćelije (intrinsic factors) ili onih koji spoqa deluju na ovakve ćelije (extrinsic factors). U prve se ubrajaju ignorisawe autoantigena, anergija autoreaktivnih limfocita, diferencijacija u neškodqivi fenotip i ćelijska smrt izazvana aktivacijom, dok drugi ukqučuju delovawe dendritskih i regulacionih ćelija. Autoimunske bolesti nastaju kada dođe do prekida autotolerancije i do manifestnog oštećewa funkcije tkiva kao posledica celularnog ili humoralnog imunskog odgovora na sopstvene sastojke. U patogenezi autoimunskih bolesti kqučni događaji su aktivacija i klonska ekspanzija autoreaktivnih limfocita, do kojih dolazi u sadejstvu genetskih faktora i uticaja spoqašwe sredine. Među faktorima spoqašwe sredine koji kod genetski predisponiranih osoba mogu da pokrenu autoimunski proces najvažniji su infektivni agensi. Oni to postižu različitim mehanizmima, kao što su molekulska mimikrija, indukcija kostimulacije, poliklonska aktivacija, izmewena obrada antigena i ekspresija skrivenih epitopa. Dosadašwa istraživawa nisu dala odgovore na mnoga pitawa o etiopatogenezi autoimunskih bolesti, ali je izvesno da brojni i složeni procesi igraju ulogu u održavawu i prekidu autotolerancije, odnosno u nastanku, progresiji i efektorskim fazama autoimunskog odgovora. Kqučne reči: autoimunost; autoimunske bolesti; tolerancija UVOD Osnovna funkcija imunskog sistema je odbrana od mnogobrojnih i veoma raznovrsnih infektivnih agensa. Tokom evolucije imunski sistem je razvio izuzetno složene mehanizme koji se mogu svrstati u dve osnovne kategorije. Prva kategorija obuhvata mehanizme urođene, prirodne, odnosno nespecifične odbrane, dok drugu kategoriju čine mehanizmi stečene, adaptivne i specifične imunosti. Oni su podešeni da obezbede maksimalnu zaštitu od infekcije uz minimalno oštećewe domaćina. U okviru specifične odbrane od infekcije imunski sistem nasumično generiše ogroman broj različitih receptora, da bi se osposobio za prepoznavawe svih mogućih molekulskih struktura i stoga ne može izbeći rizik samoprepoznavawa. Naime, receptori za antigen T i B limfocita nastaju nasumičnim preuređewem genskih segmenata koji kodiraju pojedine delove wihovih polipeptidnih lanaca, a zatim nasumičnim sparivawem alfa i beta polipeptidnih lanaca u slučaju receptora za antigen na T limfocitima, odnosno lakih i teških imunoglobulinskih lanaca, koji čine receptor za antigen B limfocita [1]. Pošto je taj proces nasumičan, neki od novonastalih receptora biće specifični za molekule sopstvenog organizma, a limfociti koji ih eksprimiraju na membrani autoreaktivni. Dakle, potencijal za samoprepoznavawe i sledstvenu imunsku autoreaktivnost postoji kod svih jedinki. Međutim, do imunskog odgovora koji bi oštetio sopstvena tkiva i izazvao autoimunsku bolest dolazi ipak relativno retko, zahvaqujući tome što imunski sistem, po pravilu, razlikuje sopstvene molekule od stranih molekula. To odsustvo reaktivnosti prema sopstvenim molekulima uz istovremeno očuvanu sposobnost reagovawa na strane antigene označava se kao autotolerancija. Uslov za nastanak destruktivnog autoimunskog odgovora i sledstvene autoimunske bolesti jeste narušavawe mehanizama koji uspostavqaju i održavaju autotoleranciju. Stoga je za razumevawe etiopatogeneze autoimunskih bolesti od kqučnog značaja poznavawe mehanizama koji sprečavaju ili ograničavaju reaktivnost koja je upravqena protiv sopstvenih molekula. Središwe mesto u kome limfociti uče kako da prilikom prepoznavawa diskriminišu sopstveno od stranog jeste odgovarajući centralni limfni organ, timus ili kostna srž [2]. U toku sazrevawa u timusu proces negativne selekcije dovodi do fizičke eliminacije (delecije, uklawawa) potencijalno autoreaktivnih klonova T ćelija indukcijom apoptoze, koja nastupa kao posledica visoko avidnog vezivawa receptora nezrelih T ćelija za komplekse sopstvenih MHC molekula sa peptidima iskazanim na antigen-prezentujućim ćelijama (APĆ) timusa [3]. Proces klonske delecije autoreaktivnih ćelija predstavqa glavni mehanizam centralne tolerancije. Aviditet interakcije receptora za antigen na T limfocitima (T cell receptor TCR) i kompleksa peptida i produkta glavnog histokompatibilnog kompleksa gena (major histocompatibility complex MHC) zavisi, pre svega, od afiniteta TCR i od količine iskazanog peptida na površini APĆ. Slični fenomeni su opisani i u kostnoj srži, gde procesom negativne selekcije dolazi do eliminacije nezrelih B limfocita, koji su eksprimirali receptore za molekule sopstvenog organizma [4]. Međutim, mnoge autoreaktivne ćelije nisu u potpunosti uklowene zato što neki periferni antige-
ni uopšte nisu iskazani na APĆ primarnih limfnih organa, nisu prisutni u dovoqnoj količini da obezbede snažnu vezu neophodnu za eliminaciju (deleciju) autoreaktivnih klonova ili su posebnim načinom obrade sopstvenih proteina u lokalnim APĆ razoreni delovi molekula koji se u perifernom tkivu iskazuju kao dominantni. Tako je pokazano da je izostanak ekspresije u timusu nekih autoantigena, odnosno wihovih dominantnih epitopa perifernih tkiva, kao što su proinsulin 2, antigen pankreasnih ostrvaca ICA69 i kraći oblik proteolipidnog proteina, povezan sa pojavom spontanih autoimunskih bolesti [5, 6] ili povećanom osetqivošću na indukciju autoimunosti [7]. Pošto mehanizmi centralne tolerancije nisu apsolutno efikasni, u repertoaru perifernih T i B limfocita postoje autoreaktivne ćelije, a one su dokazane i kod zdravih jedinki [8]. Odsustvo destruktivnog delovawa ovih autoreaktivnih limfocita kod zdravih jedinki obezbeđuju mehanizmi periferne tolerancije. Ona se ostvaruje posredstvom različitih mehanizama i na više nivoa. Neki od wih su funkcija same autoreaktivne ćelije (intrinsic factors), dok druge mehanizme uslovqavaju faktori koji spoqa deluju na ovakve ćelije (extrinsic factors). Iako mehanizmi uspostavqawa autotolerancije deluju i na nivou T i na nivou B limfocita, u daqem tekstu biće razmatrani uglavnom oni koji se odnose na T limfocite, budući da većina humoralnih imunskih odgovora zavisi od T limfocita, te stoga onesposobqavawe wihove aktivacije i funkcije dovodi do izostanka kako celularnog, tako i humoralnog imunskog odgovora. MEHANIZMI PERIFERNE TOLERANCIJE VEZANI ZA SAMU AUTOREAKTIVNU ĆELIJU Mehanizmi periferne tolerancije vezani za samu autoreaktivnu ćeliju (intrinsic factors) obuhvataju ignorisawe sopstvenih antigena, klonsku anergiju, diferencijaciju u neškodqiv fenotip, odnosno skretawe fenotipa i ćelijsku smrt izazvanu aktivacijom. Diferencijacija u neškodqiv fenotip Ukoliko autoreaktivni T limfocit izbegne prethodno pomenute mehanizme uspostavqawa tolerancije i ako se po prepoznavawu sopstvenog antigena ipak aktiviše, to ne dovodi nužno do oštećewa tkiva. Naime, oštećewe nastaje pod uticajem solubilnih faktora koje produkuju T limfociti određenog fenotipa, i to Th1 tipa kod većine autoimunskih bolesti specifičnih za organ [11]. Autoreaktivni klon po aktivaciji može da diferentuje u nepatogeni fenotip, čiji solubilni produkti ne samo da ne dovode do oštećewa tkiva, već, naprotiv, mogu i da spreče nastanak klonova suprotnog, patogenog fenotipa [12]. Ćelijska smrt izazvana aktivacijom Autoreaktivni T limfocit koji je izbegao prethodno pomenute kontrolne mehanizme i aktivirao se po prepoznavawu antigena najčešće umire, a takav fenomen se naziva ćelijska smrt izazvana aktivacijom (activation induced cell death AICD). U osnovi ovog načina umirawa je povećana ekspresija na membrani aktivisanog limfocita molekula, kao što je Fas, koji po interakciji s odgovarajućim ligandom (FasL) pokreće kaskadu unutarćelijskih događaja koji dovode do apoptoze. Iako apoptoza aktivisanih autoreaktivnih ćelija verovatno ne dovodi do delecije celokupnog klona, ona ipak značajno smawuje broj potencijalno opasnih ćelija do nivoa na kome drugi mehanizmi periferne tolerancije mogu da deluju [13]. MEHANIZMI PERIFERNE TOLERANCIJE KOJI DELUJU SPOQA NA AUTOREAKTIVNE ĆELIJE Mehanizmi periferne tolerancije koji deluju spoqa na autoreaktivne ćelije posredovani su dendritskim ćelijama, odnosno regulacionim (supresorskim) ćelijama (extrinsic factors). Ignorisawe i anergija T limfociti mogu da ignorišu, ne vide, ne reaguju na sopstvene molekule ukoliko oni nisu lako dostupni ćelijama imunskog sistema ili wihova ekspresija ne dostiže nivo koji je neophodan za aktivaciju T limfocita [9]. S druge strane, susret sa sopstvenim antigenom može da uvede autoreaktivni T limfocit u stawe anergije, odnosno da ga učini funkcionalno neaktivnim. Naime, zna se da aktivacija T limfocita zahteva dva signala jedan koji se ostvaruje posredstvom TCR, a drugi interakcijom kostimulacionih molekula, kao što su B7-1 i B7-2 (CD80 i CD86) na APĆ i CD28 na T limfocitu. U odsustvu drugog signala, interakcija T limfocita i ćelije na kojoj je iskazan odgovarajući antigen dovodi do anergije umesto do aktivacije [10]. Dendritske ćelije i periferna tolerancija Dendritske ćelije (DĆ) predstavqaju najefikasnije antigen-prezentujuće ćelije koje pokreću imunski odgovor. Aktivisane dendritske ćelije migriraju ka najbližim limfnim čvorovima, gde efikasno prezentuju antigene i aktivišu specifične T limfocite. Ova funkcija je posledica povećane ekspresije kostimulacionih molekula (B7, CD40), hemokinskih receptora (CCR-7) i produkcije citokina (IL-12 i drugih). Međutim, one mogu da izazovu i toleranciju T limfocita, odnosno da ih onesposobe da odgovore na antigen koji prezentuju. To se svojstvo pripisuje nezrelim i neaktivnim dendritskim ćelijama. U vezi s ulogom ove vrste ćelija u indukciji i održavawu periferne tolerancije savremena imunologija je suočena sa dva kqu- 10
čna pitawa. Prvo pitawe je: da li je indukcija tolerancije svojstvo određene faze diferencijacije, odnosno stawa aktivacije dendritskih ćelija ili je ona osobina posebne podvrste DĆ. Postoje eksperimentalni dokazi za obe varijante odgovora na ovo pitawe. Pokazano je da i nezrele dendritske ćelije u odsustvu maturacionih signala migriraju ka limfnim čvorovima kao deo procesa održavawa homeostaze i prezentuju sopstvene peptide poreklom iz ćelija koje su umrle programiranom ćelijskom smrću autoreaktivnih T limfocita, izazivajući u wima stawe tolerancije [14, 15]. Ovaj proces može da indukuje regulacione ćelije koje aktivno sprečavaju aktivaciju autoreaktivnih ćelija [16]. To je navelo neke istraživače da ukažu na mogućnost postojawa dendritskih ćelija s jedinstvenom funkcijom u održavawu periferne autotolerancije [17]. Drugo pitawe se odnosi na način aktivacije dendritskih ćelija, odnosno na faktore koji uslovqavaju wihovo sazrevawe. I ovde postoje dva moguća odgovora. Prema prvom odgovoru, aktivacija DĆ je uslovqena prepoznavawem određenih konzervisanih osobina infektivnih agensa koje ne postoje u višećelijskim organizmima, dakle, stranih molekula (engl. stranger), kao što su lipopolisaharid, peptidoglikan, lipoarabinomanan, nemetilovani CpG motivi bakterijske DNK i drugo (pathogen associated molecular pattern PAMP), pomoću struktura koje se nazivaju receptori za obrasce stranog (pattern recognition receptors PRR), među kojima su najpoznatiji TLR (toll-like receptors) [18]. Drugi mogući odgovor, formulisan kao model opasnosti (engl. danger), pretpostavqa da do aktivacije dendritskih ćelija i wihovog sledstvenog sazrevawa u ćeliju koja pokreće imunski odgovor dolazi pod uticajem nekih sopstvenih molekula koji se oslobađaju samo iz oštećenih ćelija, kao što su proteini toplotnog šoka (heat shock proteins HSP), razgradni produkti sastojaka mitohondrija, kristali mokraćne kiseline i drugi, koji bi delovali kao signali uzbune (alarma) [19]. Regulacione ćelije i periferna tolerancija Mehanizmi periferne tolerancije koji se zasnivaju na aktivnoj supresiji autoreaktivnih ćelija supresorskim, odnosno regulacionim T limfocitima su u žiži interesovawa savremene imunologije i zasnivaju se na nalazu više različitih podvrsta ćelija sa potencijalom ograničavawa (auto)imunskog odgovora. One se mogu grupisati u dve osnovne kategorije. Prvu kategoriju čine prirodne regulacione T ćelije, koje odlikuju konstitutivna membranska ekspresija CD4, CD25, CD62L (L-selektin), CD103 i CTLA-4 molekula i prisustvo receptora za faktor nekroze tumora indukovanog glikokortikoidima (GITR) [20, 21], a nastaju u timusu uz učešće specijalizovanog transkripcionog faktora Foxp3, koji je kqučni regulator wihovog nastanka i funkcije i za sada jedini specifični pokazateq ove ćelijske vrste [22]. Štaviše, retrovirusni transfer Foxp3 gena u konvencionalne periferne limfocite izazvao je u wima fenotipske i funkcionalne osobine regulacionih ćelija [23]. One čine 5-10% perifernih CD4 + T limfocita. Wihova aktivacija se ostvaruje preko TCR, ali kada se jednom aktivišu, sposobne su da u uslovima in vitro inhibiraju proliferaciju drugih limfocita, nezavisno od antigena kojim se oni stimulišu. Na wihovu ulogu u sprečavawu nastanka autoimunosti ukazuju eksperimenti u kojima je eliminacija ove vrste dovela do pojave autoimunskog oštećewa više organa kod prethodno zdravih miševa [24], kao i noviji radovi koji pokazuju smawewe broja ili funkcije regulacionih ćelija u humanim autoimunskim bolestima, kao što su reumatoidni artritis [25], dijabetes tip 1 [26] i multiple skleroza [27]. Dokaz za wihov značaj u ograničavawu potencijalne autoimunosti pružaju i istraživawa koja su pokazala da eliminacija CD4 + CD25 + ćelija iz periferne krvi zdravih qudi omogućava ekspanziju autoreaktivnih ćelija [8]. Druga grupa je heterogena i sadrži više tipova regulacionih ćelija čiji nastanak uslovqava kontakt s antigenom na periferiji. Ove indukovane regulacione ćelije ne ispoqavaju nužno klasični fenotip CD4 + CD25 + T ćelija i obuhvataju Tr1, Th3, CD8 +, NKT limfocite, a mogu nastati iz konvencionalnih CD4 + i CD8 + T limfocita pod posebnim uslovima in vitro ili in vivo. Wih odlikuje visoka produkcija inhibitornih citokina: Tr1 produkuju prvenstveno IL-10, dok Th3 prave, pre svega, TGF-beta (transforming growth factor beta) [28]. Iako je sposobnost regulacionih ćelija da inhibiraju imunski odgovor nedvosmisleno dokazana, još nisu u potpunosti poznati mehanizmi ovog delovawa, koje se može ostvariti bilo kroz direktni ćelijski kontakt (u većini modela in vitro), ili posredstvom solubilnih faktora. Novija istraživawa pokazuju da je u osnovi supresivnog delovawa koje se ostvaruje in vitro kroz direktni ćelijski kontakt membranska ekspresija inhibitornog citokina TGF-beta [29] ili molekula CTLA-4, koji je kqučni negativni regulator aktivacije T limfocita [30]. Pored supresije odgovora T limfocita, regulacione ćelije mogu da deluju i na druge tipove ćelija, te je tako nedavno pokazano da one inhibiraju sazrevawe i antigen-prezentujuću funkciju dendritskih ćelija i posledično inhibiraju imunski odgovor [31]. NASTANAK AUTOIMUNSKIH BOLESTI Autoimunske bolesti nastaju kada dođe do prekida autotolerancije i do manifestnog oštećewa funkcije tkiva, koje nastaje kao posledica imunskog odgovora na sopstvene sastojke. Postoje podaci da od različitih autoimunskih bolesti boluje 3-5% populacije [32]. Za sve autoimunske bolesti zajednički je neki vid poremećaja imunoregulacije, a razlikuju se po mehanizmima oštećewa, kao i ciqnim tkivima. U svakoj autoimunskoj bolesti treba uočiti dve komponente: prva uzrokuje prekid autotolerancije, a druga je vezana za osetqivost (podložnost) ciqnog tkiva. 11
Autoimunske bolesti kod qudi su izuzetno heterogene. Jedna od ranih klasifikacija je na autoimunske bolesti specifične za organ i sistemske autoimunske bolesti, mada podela nije i ne može biti striktna zbog niza prelaznih oblika. Prototip sistemskih autoimunskih bolesti je sistemski eritemski lupus (SLE), koji može da zahvati gotovo sva tkiva i organe, a vodeće obeležje bolesti je postojawe antitela koja reaguju sa dvostruko lančanom DNK i drugim antigenima jedra [33], dok se na drugom polu spektra obično navodi Hašimotov (Hashimoto) tireoiditis, kao paradigma bolesti specifične za organ, u kojoj su autoantigeni, kao i oštećewe nastalo autoagresijom vezani za jedno tkivo [34]. Nastanak neke autoimunske bolesti može se opisati kao trostepeni proces koji ukqučuje kako genetske, tako i spoqašwe faktore, a počiwe razvojem repertoara prepoznavawa autoantigena, zatim aktivacijom autoreaktivnih ćelija i, konačno, nemogućnošću imunskog sistema da ponovo uspostavi autotoleranciju. Nasledni faktori Nasledni faktori u nastanku autoimunskih bolesti su izuzetno složeni. Skorašwe genetske analize su pokazale da više različitih autoimunskih bolesti imaju istu osnovu u vidu zajedničkih lokusa osetqivosti [35]. Na osnovu ispitivawa humanih autoimunskih bolesti otkriveni su veliki regioni hromozoma koji sadrže lokuse podložnosti, dok su slične analize kod eksperimentalnih životiwa omogućile detaqniju analizu gena u okviru tih lokusa. Rezultati ovih istraživawa su ukazali na to da je najveći broj autoimunskih bolesti poligenske prirode, odnosno da genetsku predispoziciju čini istovremeno prisustvo većeg broja gena osetqivosti, od kojih svaki pojedinačno daje mali doprinos nastanku autoimunske bolesti. Združenost određenih haplotipova MHC i nekih autoimunskih bolesti odavno je poznata [36] i objašwava se na više načina: na primer, efikasnijim vezivawem autoantigena za produkte određenih alela MHC, pa sledstvenom lakšom aktivacijom autoreaktivnih T limfocita na periferiji ili, suprotno, neefikasnom prezentacijom, što kao posledicu ima nepotpunu negativnu selekciju i prisustvo u perifernom repertoaru potencijalno štetnih autoreaktivnih ćelija ili generisawe nedovoqnog broja regulacionih ćelija. Ima i drugih objašwewa koja ukqučuju polimorfne gene za TNF-α ili neke komponente komplementa, a nalaze se u okviru MHC [37]. Međutim, pored gena MHC, predispoziciju za razvoj autoimunskih bolesti mogu da uslove drugi geni koji kodiraju molekule bitne za uspostavqawe i održavawe autotolerancije. Primenom modela transgenih miševa pokazano je da najmawe 25 različitih gena doprinosi osetqivosti na pojavu autoimunosti [37]. Ovi geni kodiraju citokine, koreceptore, molekule ukqučene u intraćelijske puteve prenosa signala, proapoptotske i antiapoptotske molekule, kao i molekule ukqučene u eliminaciju kompleksa antigen antitelo. Opsežna analiza ekspresije više od 4.000 različitih gena pre i posle imunizacije istim antigenom (vakcinom protiv gripa) u populaciji zdravih i obolelih od autoimunskih bolesti pokazala je poseban profil ekspresije gena kod obolelih osoba, pri čemu geni profila tipičnog za autoimunske bolesti ne kodiraju samo produkte direktno ukqučene u imunski odgovor, već i proteine odgovorne za apoptozu, progresiju u ćelijskom ciklusu, diferencijaciju i migraciju ćelija [38]. Iako je za formirawe genetske predispozicije za razvoj većine autoimunskih bolesti neophodno sadejstvo više gena, postoji nekoliko vrlo retkih autoimunskih bolesti za koje je pokazano da nastaju kao posledica defekta jednog gena. Najpoznatije su: autoimunski limfoproliferacioni sindrom (ALPS), uslovqen mutacijom gena za Fas ili FasL [39], IPEX imunski poremećaj, poliendokrinopatija, enteropatija, povezani sa hromozomom X koji nastaje usled mutacije gena za Foxp3, transkripcioni faktor od kqučnog značaja za razvoj i funkciju regulacionih ćelija [40], i APECED poliendokrinopatija, kandidijaza, ektodermalna distrofija, kao rezultat mutacije gena koji kodira AIRE, protein bitan za ekspresiju perifernih autoantigena u timusu [41]. Faktori spoqašwe sredine Pored naslednih faktora, u nastanku autoimunosti značajni su i faktori spoqašwe sredine, pre svega različite infekcije, koje kao prirodni događaji počiwu ovaj proces kod genetski predisponiranih jedinki. Lekovi takođe mogu da dovedu do autoimunskih fenomena različitim mehanizmima, kao što je izazivawe prekomerne ekspresije adhezivnih molekula, izmena normalne obrade autoantigena, ukrštena reaktivnost sa sopstvenim antigenima [42]. Ipak, procewuje se da su autoimunske bolesti izazvane lekovima relativno retke i autoantitela (najčešće protiv histona i eritrocita), po pravilu, iščezavaju po prekidu primene leka a simptomi bolesti se brzo povlače [42]. Stoga su među faktorima spoqašwe sredine koji kod genetski predisponiranih osoba mogu da pokrenu autoimunski proces najvažniji infektivni agensi. Postoje brojni primeri autoimunskih bolesti kod qudi koje nastaju kao posledica prethodne infekcije, kao što su Giqen-Bareov (Guillain-Barré) sindrom posle infekcije bakterijom Campylobacter jejuni, reumatska groznica posle infekcije streptokokama grupe A, lajmska bolest posle infekcije bakterijom Borrelia burgdorferi, reaktivni artritis posle infekcije crevnim bakterijama iz roda Yersinia, Shigella, Salmonella i druge. Međutim, vrlo često nije moguće uspostaviti direktnu uzročnu vezu između infekcije i autoimunske bolesti. Ima više razloga za to, počevši od čiwenice da infekcija najčešće prethodi i biva sanirana pre pojave autoimunskih bolesti, zatim da je teško dokazati da je infekcija pokretač, a ne samo faktor koji ubrzava ili olakšava manifestacije već postojeće autoimunske bolesti, kao i da u nekim modelima pod određenim 12
uslovima infekcija može da spreči razvoj eksperimentalne autoimunske bolesti [43]. Takozvana higijenska hipoteza, uostalom, upravo odsustvom kontakta s infektivnim agensima objašwava značajan porast incidencije autoimunskih bolesti u razvijenim zemqama [44]. Međutim, nesumwivo je da infektivni agensi mogu da pokrenu autoimunski odgovor, što čine na razne načine. U toku infekcije dolazi do zapaqewske reakcije većeg ili maweg obima usled delovawa produkata mikroorganizama i sledstvenog oštećewa tkiva. Među leukocitima koje nespecifično privlače različiti hemotaktički faktori na mesto prodora i umnožavawa infektivnog agensa mogu biti prisutni i dotle anergični ili neaktivisani autoreaktivni limfociti. Različiti medijatori zapaqenske reakcije, među kojima, pre svega, proinflamacioni citokini, mogu da aktivišu autoreaktivne ćelije (tzv. bystander aktivacija), te tako dovedu do indirektnog ukqučivawa, odnosno amplifikacije odgovora nespecifičnog za inicirajući agens, odnosno do autoimunskog odgovora [45]. Hipoteza o molekulskoj mimikriji podrazumeva da peptidi infektivnog agensa imaju identičan redosled aminokiselina ili su po strukturi homologni kompleksu sopstvenog peptida i produkta MHC [46]. Aktivaciju i ekspanziju klonova autoreaktivnih ćelija koje nisu uklowene tokom sazrevawa u timusu procesom negativne selekcije uslovilo bi, prema ovoj hipotezi, prepoznavawe ukršteno-reagujućih epitopa nekog infektivnog agensa, ali bi po diferencijaciji u efektorske ćelije one reagovale sa sopstvenim tkivom izazivajući oštećewe i bolest. Ovaj koncept je ispitan i potvrđen u više eksperimentalnih modela autoimunskih bolesti, kao što su eksperimentalni autoimunski encefalomijelitis, miokarditis, inflamaciona bolest creva, a postoje i posredni dokazi o ulozi molekulske mimikrije kao pokretačkog mehanizma najčešćih autoimunskih bolesti kod qudi reumatoidnog artritisa, multiple skleroze i dijabetes melitusa [46]. Više bakterijskih egzotoksina, od kojih su najpoznatiji stafilokokni enterotoksini A-E i toksin sindroma toksičnog šoka, moćni su aktivatori imunskog sistema. Ovi molekuli se nazivaju superantigenima zbog wihove sposobnosti da u pikomolarnim koncentracijama izazovu aktivaciju T limfocita. Superantigeni se vezuju kako za molekule II klase MHC, tako i za varijabilni (V) region beta lanca receptora za antigen na T limfocitima, čime dovode do aktivacije i antigen-prezentujućih ćelija i T limfocita, nezavisno od wihove specifičnosti za neki određeni kompleks antigenskog peptida i molekula MHC. Pretpostavqa se da jedan superantigen aktiviše veliki broj T limfocita koji sadrži odgovarajući V genski segment u okviru svog receptora za antigen i da potom autoreaktivni T limfociti koji su obuhvaćeni ovom aktivacijom reaguju s određenim tkivnim antigenom za koji su specifični [47]. Infektivni agensi mogu da učestvuju u razvoju autoimunosti tako što dovode do izmewene obrade i prezentacije sopstvenih antigena koji su do tada bili skriveni [48]. Defekti u pojedinim komponentama imunskog sistema su povezani sa većim rizikom od obolevawa od autoimunskih bolesti [49]. Jedno od mogućih objašwewa ove povezanosti jeste da neefikasno uklawawe mikroorganizama i wihovih antigena može da dovede do hronične aktivacije imunskog sistema i sledstvenog poremećaja autotolerancije. Međutim, treba imati u vidu i nedavno predloženu hipotezu prema kojoj se pojava autoimunskih fenomena kod jedinki sa limfopenijom može objasniti kompenzatornom homeostatskom proliferacijom T limfocita koja zavisi od prepoznavawa kompleksa sopstvenog peptida i molekula MHC i koja, ukoliko je reč o dugotrajnom procesu, selekcioniše klonove visokog afiniteta za sopstveno i time omogućava nastanak autoimunskih bolesti [50]. ZAKQUČAK Uprkos čiwenici da su ciqni antigeni, genetska osnova i značaj faktora spoqašwe sredine, pre svega infektivnih agensa, u nastanku nekih autoimunskih bolesti boqe upoznati, početna zbivawa koja dovode do prekida autotolerancije još nisu u potpunosti razjašwena. Stoga je i daqe jedno od najvažnijih pitawa bazične imunologije kako dolazi do aktivacije autoreaktivnih ćelija, a u kliničkoj imunologiji jedan od glavnih problema i daqe ostaje kako kontrolisati autoimunski proces kada je već počeo. LITERATURA 1. Oltz EM. Regulation of antigen receptor gene assembly in lymphocytes. Immunol Res 2001; 23:121-33. 2. Starr TK, Jameson SC, Hogquist KA. Positive and negative selection of T cells. Annu Rev Immunol 2003; 21:139-76. 3. Venanzi ES, Benoist C, Mathis D. Good riddance: thymocyte clonal deletion prevents autoimmunity. Curr Opin Immunol 2004; 16:197-202. 4. Nemazee D. Receptor selection in B and T lymphocytes. Annu Rev Immunol 2000; 18:19-51. 5. Thebault-Baumont K, Dubois-Laforgue D, Krief P, et al. Acceleration of type 1 diabetes mellitus in proinsulin 2-deficient NOD mice. J Clin Invest 2003; 111:851-7. 6. Mathews CE, Pietropaolo SL, Pietropaolo M. Reduced thymic expression of islet antigen contributes to loss of self tolerance. Ann N Y Acad Sci 2003; 1005:412-7. 7. Klein L, Klugmann M, Nave KA, Tuohy VK, Kyewski B. Shaping of the autoreactive T-cell repertoire by a splice variant of self protein expressed in thymic epithelial cells. Nat Med 2000; 6:56-61. 8. Danke NA, Koelle DM, Yee C, Beheray S, Kwok WW. Autoreactive T cells in healthy individuals. J Immunol 2004;172:5967-72. 9. Ohashi PS, DeFranco AL. Making and breaking tolerance. Curr Opin Immunol 2002; 14:744-59. 10. Lenschow DJ, Walunas TL, Bluestone JA. CD28/B7 system of T cell costimulation. Annu Rev Immunol 1996; 14:233-58. 11. Liblau RS, Singer SM, McDevitt HO. Th1 and Th2 CD4 + T cells in the pathogenesis of organ-specific autoimmune diseases. Immunol Today 1995; 16:34-8. 12. Singh VK, Mehrotra S, Agarwal SS. The paradigm of Th1 and Th2 cytokines: its relevance to autoimmunity and allergy. Immunol Res 1999; 20:147-61. 13. Mountz JD, Zhou T, Su X, et al. Autoimmune disease results from multiple interactive defects in apoptosis induction molecules and signaling pathways. Behring Inst Mitt 1996; 97:200-19. 14. Belz GT, Behrens GM, Smith CM, et al. The CD8alpha (+) dendritic cell is responsible for inducing peripheral self-tolerance to tissue-associated antigens. J Exp Med 2002; 196:1099-104. 13
15. Hawiger D, Inaba K, Dorsett Y, et al. Dendritic cells induce peripheral T cell unresponsiveness under steady state conditions in vivo. J Exp Med 2001; 194:769-79. 16. Wakkach A, Fournier A, Brun V, et al. Characterization of dendritic cells that induce tolerance and T regulatory 1 cell differentiation in vivo. Immunity 2003; 18:605-17. 17. Steinman RM, Hawiger D, Nussenzweig MC. Tolerogenic dendritic cells. Annu Rev Immunol 2003; 21:685-711. 18. Medzhitov R.Toll-like receptors and innate immunity. Nat Rev Immunol 2001; 1:135-45. 19. Shi Y, Evans JE, Rock KL. Molecular identification of a danger signal that alerts the immune system to dying cells. Nature 2003; 425:516-21. 20. Shevach EM. CD4+ CD25+ suppressor T cells: more questions than answers. Nat Rev Immunol 2002; 2:389-400. 21. Paust S, Cantor H. Regulatory T cells and autoimmune disease. Immunol Rev 2005; 204:195-207. 22. Fontenot JD, Gavin MA, Rudensky AY. Foxp3 programs the development and function of CD4+CD25+ regulatory T cells. Nat Immunol 2003; 4:330-6. 23. Yagi H, Nomura T, Nakamura K, et al. Crucial role of FOXP3 in the development and function of human CD25+CD4+ regulatory T cells. Int Immunol 2004; 16:1643-56. 24. Sakaguchi S, Sakaguchi N, Asano M, et al. Immunologic self-tolerance maintained by activated T cells expressing IL-2 receptor alphachains (CD25). Breakdown of a single mechanism of self-tolerance causes various autoimmune diseases. J Immunol 1995; 155:1151-64. 25. Ehrenstein MR, Evans SG, Singh A, et al. Compromised function of regulatory T cells in rheumatoid arthritis and reversal by anti- TNF-alpha therapy. J Exp Med 2004; 200:277-85. 26. Lindley S, Dayan CM, Bishop A, et al. Defective suppressor function in CD4 + CD25 + T-cells from patients with type 1 diabetes. Diabetes 2005; 54:92-9. 27. Viglietta V, Baecher-Allan C, Weiner HL, Hafler DA. Loss of functional suppression by CD4 + CD25 + regulatory T cells in patients with multiple sclerosis. J Exp Med 2004; 199:971-9. 28 Von Herrath MG, Harrison LC. Antigen-induced regulatory T cells in autoimmunity. Nat Rev Immunol 2003; 3:223-32. 29. Nakamura K, Kitani A, Fuss I, et al. TGF-b1 plays an important role in the mechanism of CD4+CD25+ regulatory T cell activity in both humans and mice. J Immunol 2004, 172:834-42. 30. Paust S, Lu L, McCarty N, Cantor H. Engagement of B7 on effector cells by regulatory T cells prevents autoimmune diseases. Proc Natl Acad Sci USA 2004; 101:10398-403. 31. Misra N, Bayry J, Lacroix-Desmazes S, Kazatchkine MD, Kaveri SV. Cutting edge: Human CD4+CD25+ T cells restrain the maturation and antigen-presenting function of dendritic cells. J Immunol 2004; 172:4676-80. 32. Jacobson DL, Gange SJ, Rose NR, Graham NM. Epidemiology and estimated population burden of selected autoimmune diseases in the United States. Clin Immunol Immunopathol 1997; 84:223-6. 33. Petri M, Magder L.Classification criteria for systemic lupus erythematosus: a review. Lupus 2004; 13:829-37. 34. Weetman AP. Autoimmune thyroid disease: propagation and progression. Eur J Endocrinol 2003;148:1-9. 35. Becker KG. The common genetic hypothesis of autoimmune/ inflammatory disease. Curr Opin Allergy Clin Immunol 2001; 1:399-405. 36. Nepom GT. MHC and autoimmune diseases. Immunol Ser 1993; 59:143-64. 37. Morahan G, Morel L. Genetics of autoimmune diseases in humans and in animal models. Curr Opin Immunol 2002; 14:803-11. 38. Maas K, Chan S, Parker J, et al. Cutting edge: Molecular portrait of human autoimmune disease. J Immunol 2002; 169:5-9. 39. Rieux Laucat F, Fischer A, Deist FL. Cell-death signaling and human disease. Curr Opin Immunol 2003; 15:325-31. 40. Bennett CL, Ochs HD. IPEX is a unique X-linked syndrome characterized by immune dysfunction, polyendocrinopathy, enteropathy, and a variety of autoimmune phenomena. Curr Opin Pediatr 2001; 13:533-8. 41. Villasenor J, Benoist C, Mathis D. AIRE and APECED: molecular insights into an autoimmune disease. Immunol Rev 2005; 204:156-64. 42. Pichler WJ. Drug-induced autoimmunity. Curr Opin Allergy Clin Immunol 2003; 3:249-53. 43. Christen U, Benke D, Wolfe T, et al. Cure of prediabetic mice by viral infections involves lymphocyte recruitment along an IP-10 gradient. J Clin Invest 2004; 113:74-84. 44. Feillet H, Bach JF. On the mechanisms of the protective effect of infections on type 1 diabetes. Clin Dev Immunol 2004; 11:191-4. 45. Horwitz MS, Sarvetnick N. Viruses, host responses, and autoimmunity. Immunol Rev 1999; 169:241-53. 46. Kohm AP, Fuller KG, Miller SD. Mimicking the way to autoimmunity: an evolving theory of sequence and structural homology. Trends Microbiol 2003; 11:101-5. 47. Schiffenbauer J, Soos J, Johnson H. The possible role of bacterial superantigens in the pathogenesis of autoimmune disorders. Immunol Today 1998; 19:117-20. 48. Warnock MG, Goodacre JA. Cryptic T-cell epitopes and their role in the pathogenesis of autoimmune diseases. Br J Rheumatol 1997; 36:1144-50. 49. Arkwright PD, Abinun M, Cant AJ. Autoimmunity in human primary immunodeficiency diseases. Blood 2002; 99:2694-702. 50. Baccala R, Theopfilopoulos AN. The new paradigm of T-cell homeostatic proliferation-induced autoimmunity. Trends Immunol 2005; 26:5-8. 14
MECHANISMS OF THE INDUCTION OF AUTOIMMUNITY Marija MOSTARICA-STOJKOVIĆ Institute of Microbiology and Immunology, School of Medicine, University of Belgrade, Belgrade ABSTRACT The main function of the immune system is to protect the body by responding to invading microorganisms. Immunologic tolerance is the basic property of the immune system that provides for self/non-self discrimination so that the immune system can protect the host from external pathogens without reacting against itself. Central tolerance is achieved by the clonal deletion of self-reactive lymphocytes expressing receptors with high avidity for self. Autoreactive lymphocytes which escaped selection in the central lymphoid organs are present in the peripheral repertoire but but are kept under control by multiple diverse peripheral tolerance mechanisms acting either directly on the self-reactive T cell (T-cell intrinsic) or indirectly via additional cells (T-cell extrinsic). Intrinsic mec hanisms include ignorance of autoantigens, anergy, phenotype skewing or activation-induced cell death of autoreactive T lymphocytes, while extrinsic mechanisms act through immature and/ or tolerogenic dendritic cells as well as different types of regulatory cells. Autoimmune diseases are associated with humoral or cell-mediated immune reactions against one or more of the body s own constituents. Activation and clonal expansion of autoreactive lymhocytes is a crucial step in the pathogenesis of autoimmune diseases. They result from the complex interactions between genetic traits and environmental factors, among which infections are the most likely cause. Several basic mechanisms may be operating whereby an infectious agent actually induces apparent autoimmne reactivity including molecular mimicry, bystander activation, induction of costimulation, polyclonal activation, altered processing and expression of cryptic antigens. Although many questions regarding autotolerance and etiop athogenestis of autoimmunity have yet to be resolved, it is evident that multiple overlapping pathways are operative in establishing, maintaining and breaking autotolerance, as well as during the initiation, progression, and final effector phases of autoimmunity. Key words: autoimmunity; autoimmune diseases; tolerance Marija MOSTARICA-STOJKOVIĆ Instititut za mikrobiologiju i imunologiju Medicinski fakultet Univerzitet u Beogradu Dr Subotića 1, 11000 Beograd Tel/faks: 011 2657 258 E-mail: bstojko@eunet.yu * Rad je saopšten na seminaru povodom kontinuirane medicinske edukacije 15. juna 2005. godine. 15