Genetyka

Jednym z genów związanych z CD jest CARD15 (caspase recruitment domain family, member 15), znany również pod nazwą NOD2 (nucleotide-binding oligomerization domain containing 2), którego produkt odgrywa rolę regulacyjną w układzie odpornościowym. Znaleziono trzy mutacje odpowiedzialne za zaburzenia rozpoznawania bakterii przez region białka bogaty w leucynę – zamianę aminokwasu Arg702Trp i Gly908Arg, a także zmianę ramki odczytu 1007fs. W Europie u 25-35% pacjentów z rozpoznaną chorobą Crohna jest obecna przynajmniej jedna z tych mutacji. 

Wspomniany region leucynowy jest odpowiedzialny za wiązanie dipeptydu muramylowego (MDP), który stanowi fragment obecnego powszechnie w ścianie komórkowej bakterii peptydoglikanu.

Po związaniu MDP następuje aktywacja jądrowego czynnika NF-κB, który reguluje transkrypcję wielu genów w komórce. Badania na modelu zwierzęcym wykazały, że myszy z mutacją genu CARD15 wytwarzały mniej α-defensyn i były bardziej podatne na infekcje bakteryjne (Listeria monocytogenes). Podobnie u pacjentów z CD zaobserwowano obniżone stężenie α-defensyn, które są produkowane m.in. przez komórki Panetha znajdujące się w jelicie krętym. Wyniki te są także spójne z badaniami epidemiologicznymi, ponieważ CARD15 ulega konstytutywnej ekspresji w komórkach Panetha.

Skutkiem innych badań była natomiast obserwacja, że komórki z mutacją CARD15 utrzymywały większą aktywację NF-κB, co również koreluje z obserwacją, że u pacjentów z aktywną chorobą obserwowana jest aktywacja NF-κB.

W rezultacie wydaje się, że za rozwój choroby może odpowiadać nadmierny rozrost flory bakteryjnej przewodu pokarmowego poprzez zaburzenie wrodzonej odpowiedzi immunologicznej na patogeny.

Z chorobą Crohna są prawdopodobnie związane również mutacje w genach kodujących transportery kationów organicznych – OCTN1 oraz OCTN2, ponieważ zaobserwowano ich występowanie u części pacjentów z mutacją w genie CARD15, u których rozwinęła się choroba.

Mutacje dotyczą regionu SLC22A4 kodujacego OCTN1 oraz regionu promotora OCTN2 – SLC22A5. Transportery te ulegają ekspresji głównie w nabłonku jelitowych, makrofagach oraz limfocytach T i odpowiadają m.in. za regulację transportu karnityny.

Kolejnym odkrytym genem, którego mutacje są związane zarówno z CD, jak i UC jest DLG5 – produkt genu pomaga w utrzymaniu integralności nabłonka jelit. W przypadku CD zaobserwowano, podobnie jak w poprzednim przypadku, korelację mutacji DLG5 z CARD15. Potwierdzony został związek substytucji 113G>A w genie DLG5 z chorobą Crohna.

Z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego oraz chorobą Crohna ma również związek mutacja w genie oporności wielolekowej MDR1, który koduje transporter regulujący wypływ leków i ksenobiotyków z komórek – glikoproteinę P 170. Białko to ma także aktywność flipazy przenoszącej amfipatyczne substraty z warstwy wewnętrznej do zewnętrznej błony komórkowej. W badaniach na myszach defekt genu MDR1 wiązał się z opornymi na leczenie postaciami IBD oraz wyłączenie genu wiązało się z rozwojem CU.

Gen kodujący receptor aktywowany przez proliferatory peroksysomów γ (PPARγ) także bierze udział w patogenezie IBD poprzez hamowanie aktywności NF-κB. Ekspresja PPARγ jest obniżona w zarówno w czynnym CU, jak i CD. Ekspresję zwiększa natomiast kwas 5-aminosalicylowy.

Ostatnio odkryto związek pomiędzy polimorfizmem pojedynczych nukleotydów (SNP) w genie ATG16L1 związanym z autofagią a zwiększonym ryzykiem rozwoju choroby Crohna. Ekspresja genu ATG16L1 jest szeroko rozpowszechniona w nabłonku jelitowym, APC, limfocytach T i limfocytach B oraz mogą być zaangażowane w odpowiedź na wewnątrzkomórkowe bakterie.

Odpowiedź immunologiczne

Zarówno w chorobie Crohna, jak i we wrzodziejącym zapaleniu jelita grubego obserwowany jest wzrost liczby komórek układu immunologicznego, jak również produkcji cytokin i chemokin prozapalnych oraz cząsteczek adhezyjnych i kostymulatorów układu immunologicznego.

Pomiędzy chorobami występują jednak pewne różnice w ekspresji cytokin związanych z limfocytami Th1 oraz Th17 – wzrost INF-γ, IL-17 i IL-21 w CD oraz IL-5 i IL-13 w CU, a także cytokin biorących udział we wrodzonej odpowiedzi immunologicznej - IL-12, IL-23 i IL-27, które wykazują zwiększoną ekspresję w CD. Natomiast IL-1β, IL-6, IL-8, IL-18, TNF wykazują wzrost ekspresji w obu przypadkach.

Makrofagi jelitowe ze względu na obniżoną ekspresję receptorów jak TLR czy CD14, mają mniejszą zdolność rozpoznawania bakterii. Obniżona ekspresja receptorów TLR występuje również na komórkach nabłonka jelitowego, co pozwala uniknąć nadmiernej odpowiedzi na bakterie bytujące w świetle przewodu pokarmowego. Sygnał z receptorów TLR powoduje zwiększenie ekspresji czynnika transkrypcyjnego NF-κB, który następnie pobudza transkrypcję m.in. cytokin (IL-1β, TNF, IL-6, IL-8), chemokin (ICAM1) oraz innych molekuł jak np. CD40, CD80 czy CD86 związanych z patogenezą IBD.

Aktywacja receptora TLR4 rozpoznającego lipopolisacharyd (LPS) błony komórkowej bakterii wpływa także dodatnio na ekspresję genów dla MyD88, kinaz MAP oraz receptorów PPARγ. W badaniach uwidoczniono zwiększoną ekspresję TLR4 w jelicie cienkim i odbytnicy pacjentów z UC oraz czynną chorobą CD, a także zwiększoną ekspresję TLR2 w końcowym odcinku jelita cienkiego u pacjentów z rozpoznaną CU. Na ogromny udział odpowiedzi immunologcznej w patogenezie wskazuje dodatkowo łagodzenie choroby Crohna po zastosowaniu przeciwciał monoklonalnych przeciw TNF czy IL-12, a także CU po zastosowaniu inhibitorów cytokin.

Pomimo, iż w doświadczeniach blokowanie szlaku NF-κB łagodzi objawy CU, nie jest możliwe selektywne hamowanie aktywacji szlaku ponieważ w zależności od typu komórek wywiera różne funkcje m.in. wpływ ochronny poprzez pobudzenie ekspresji m.in. białka 3 indukowanego TNF, CARD15, COX2, β defensyn czy PPARγ.

Podobnie oddziałuje IL-6, której działanie polega m.in. na aktywacji szlaku STAT3. Szlak ten wpływa na wzrost ekspresji białek antyapoptotycznych co w początkowym etapie wywiera działanie ochronne na komórki śródbłonka. Jednak w normalnych warunkach w błonie śluzowej limfocyty T ulegają apoptozie na drodze Fas zależnej co chroni komórkę przed nadmierną reakcją na antygeny bakterii stanowiących florę fizjologiczną jelit. Podczas rozwoju zarówno CD, jak i CU zaobserwowano znacznie obniżony poziom apoptozy – w przypadku CD zaobserwowano wzrost aktywności białek antyapoptotycznych Bcl-2 oraz Bcl-xl, a także obniżoną ekspresję białka proapoptotycznego Bax.

W przypadku odpowiedzi związanej z limfocytami T w CD następuje wzrost ekspresji charakterystycznego dla limfocytów Th1 IFN-γ, który jest stymulowany przy udziale IL-12 produkowanej przez komórki prezentujące antygeny (APC). IL-12 zwiększa także ekspresję IL-21 i razem stymulują różnicowanie i aktywację Th1. Kolonie bakterii stymulują jelitowe komórki dendrytyczne do wydzielania IL-23. Poza tym IL-6, TGFβ oraz IL-23 produkowane przez komórki biorące udział w odporności wrodzonej, stymulują limfocyty Th17 do wydzielania IL-17. Co ciekawe szlaki te wzajemnie się wykluczają, ponieważ IFN-γ i IL-17 wzajemnie hamują swoją ekspresję.

W przypadku wrzodziejącego zapalenia jelita grubego odpowiedź limfocytów T nie została do końca scharakteryzowana. Jednak wyniki badań sugerują udział nietypowej odpowiedzi limfocytów Th2 poprzez limfocyty NKT, które wydzielają IL-13. Limfocyty NKT są pobudzane natomiast poprzez komórki APC, które przy udziale ekspresji CD1d - stanowiącej cząsteczkę nieklasyczną głównego układu zgodności tkankowej (MHC) - prezentują lipidowe antygeny limfocytom T.

W stanie zapalnym błony śluzowej u pacjentów z aktywną postacią IBD, komórki dendrytyczne są obecne w zwiększonych ilościach i na drodze odpowiednich cytokin prezentują antygeny drobnoustrojów limfocytom T.

Komórki pełniące funkcje efektorowe oraz regulacyjne dostają się do jelit poprzez integrację ze śródbłonkiem naczyniowym oraz diapedezę przez ścianę naczyń. Limfocyty T są opłaszczone przez integrynę α4β7, która wiąże się z cząsteczką adhezyjną naczyń błony śluzowej – adresyną (MadCAM). Poza tym komórki śródbłonka jelita wytwarzają cząsteczkę adhezyjną CCL25, która wiąże limfocyty T z ekspresją receptora CCR9. W stanie zapalnym jelit występuje zwiększone ekspresja cząsteczek adhezyjnych, co sprzyja przenikaniu limfocytów T.

Cytokiny prozapalne takie jak TNF, IL-1β czy IL-6 także wpływają na wzrost ekspresji cząsteczek adhezyjnych VCAM1, VLA4 oraz ICAM1, powodując przenikanie neutrofilów oraz monocytów do miejsca stanu zapalnego śródbłonka.

Odkrycie drogi przenikania limfocytów do jelit dostarczyło nowych molekularnych punktów uchwytu dla leków blokujących rozwój stanu zapalnego w jelitach. Zastosowanie w leczeniu IBD znalazło m.in. przeciwciało monoklonalne wiążące TNFα (Infliksymab). Poza tym w ostatnim czasie wprowadzono szereg innych opartych na podobnej zasadzie m.in. golimumab (również wiąże TNF), vedolizumab (przeciwciało wiążące integrynę α4β7). Niestety dobrze zapowiadające się przeciwciało natalizumab, które wiązało integryny α4β7 (ligand MAdCAM1) oraz α4β1 (ligand VLA4) nie znalazło zastosowania w terapii CD mimo dobrych wyników, ze względu na działania niepożądane. Obecnie inne przeciwciała monoklonalne są w różnych fazach badań klinicznych jak np. ustekinumab (wiąże podjednostkę p40 IL-12 i IL-23) czy etrolizumab (wiąże podjednostkę β7 integryny).

Jak wynika z powyższego opisu, nieswoiste choroby zapalne jelit mają skomplikowany patomechanizm powstawania, który wciąż nie został do końca poznany. Jednak badania które są prowadzone pozwalają na projektowanie nowych, selektywnych leków, dzięki którym możliwa jest znaczna poprawa jakości życia osób cierpiących na IBD poprzez ograniczenie nadmiernej reakcji zapalnej toczącej się w miejscach zmienionych chorobowo, co przekłada się na obniżenie dolegliwości oraz osiągnięcie remisji choroby.