Význam kalprotektinu v patogenezi revmatoidní artritidy a jeho využití jako biomarkeru

Overview

Revmatoidní artritida (RA) je chronické zánětlivé autoimunitní onemocnění, jehož typickým patogenetickým znakem je synovitida s tvorbou pannu vznikající na podkladě interakce mezi stromálními a zánětlivými buňkami a angiogeneze. Kalprotektin je heterodimer S100A8 a S100A9 proteinů, který je produkován zejména aktivovanými neutrofily, monocyty a makrofágy v zánětlivé tkáni a cirkulaci. U RA je tvořen hlavně v postiženém kloubu, kde podporuje zánětlivý proces, destrukci chrupavky a kostní resorpci, čím se účastní na patogenezi onemocnění. V cirkulaci může být detekován a využit jako solubilní biomarker. Jeví se jako lepší ukazatel klinické aktivity než klasicky využívané reaktanty akutní fáze a také může být použit jako prediktivní marker radiografického postižení, rentgenové progrese, terapeutické odpovědi a relapsu onemocnění.

ÚVOD

Revmatoidní artritida je nejčastější chronické zánětlivé autoimunitní onemocnění, obvykle se projevující symetrickou polyartritidou postihující zejména drobné klouby rukou a nohou. I když přesná patogeneze RA není zcela objasněna, víme, že její vznik je několikastupňový proces. Typickým klinickým příznakům artritidy předchází tzv. preklinická fáze RA (pre-RA). Té predisponují genetické faktory a předcházejí environmentální rizikové inzulty s  následnou tvorbou autoprotilátek, např. revmatoidních faktorů (RF) či protilátek proti citrulinovým proteinům (ACPA) a manifestací příznaků, jako je únava, bolest a ztuhlost kloubů (1, 2). Synoviální výstelku zdravého kloubu tvoří z  velké části synoviální fibroblasty (SF) označované také jako synovialocyty typu B, tvořící dvě až tři vrstvy, společně se synoviálními makrofágy a synovialocyty typu A. U RA dochází v kloubu postiženém zánětem k hyperproliferaci aktivovaných SF, k infiltraci makrofágy a dalšími zánětlivými buňkami a neoangiogenezi a tím tvorbě pannu, který proniká do kloubní chrupavky a  subchondrální kosti s následnou tvorbou erozí a v konečné fázi až k ankylóze kloubu (3). Kalprotektin (KLP) je S100A8/S100A9 heterodimer patřící mezi kalcium-vázající proteiny rodiny S100 proteinů. Je produkován zejména aktivovanými neutrofily, monocyty a makrofágy a může být detekován v krvi i synoviální tekutině (4). Kalprotektin má u RA několik funkcí zprostředkovaných přes Toll-like receptor 4 (TLR4), jakými jsou regulace cytoskeletu a  buněčná migrace, řízení produkce prozánětlivých cytokinů, buněčná diferenciace a apoptóza (5–8). U pacientů s RA byly nalezeny zvýšené hladiny sérového kalprotektinu ve srovnání se zdravými kontrolami (6, 9–11). Jeho hladina byla asociována s laboratorní i  klinickou aktivitou onemocnění, ultrasonograficky detekovanou synovitidou, radiografickou progresí a s terapeutickou odpovědí (12–14). Cílem tohoto přehledového článku je shrnutí poznatků o roli kalprotektinu v patogenezi RA a jeho možném využití jako biomarkeru.

ÚLOHA KALPROTEKTINU V PATOGENEZI REVMATOIDNÍ ARTRITIDY

V zánětlivém pannu u pacientů s RA dochází k abnormální akumulaci a aktivaci zánětlivého infiltrátu s vysokou produkcí zánětlivých mediátorů, včetně kalprotektinu (15). Proteiny S100A8 a S100A9 patří do rodiny S100 proteinů. Každý z nich může vázat dva ionty Ca2+ a další dvojmocné ionty kovů, jako například Zn2+. Můžeme je nalézt ve formě homodimerů, heterodimerů a  heterotetramerů. Heterodimer S100A8/S100A9, nazývaný kalprotektin, je nejstabilnější formou a  je zodpovědný za většinu biologických interakcí. Kalprotektin je typicky produkován granulocyty, monocyty a  makrofágy, ale za specifických podmínek může být vylučován i  dalšími buňkami (4, 16). U RA je kalprotektin secernován zejména v zánětem postiženém  kloubu, a  to jak aktivovanými fagocyty, tak i osteoklasty, chondrocyty a SF a z kloubní dutiny zřejmě proniká difuzí do cirkulace, pro co svědčí jeho vyšší koncentrace v kloubní dutině než v krvi (10). Jeho nejvyšší produkce se zdá být na rozhraní chrupavka-pannus (17). Ve skutečnosti patří S100A8 a S100A9 mezi proteiny s nejvíce zvýšenou tvorbou v  synoviální tekutině pacientů s  RA, kde podporují zánětlivý proces, zvyšují množství neutrofilů a monocytů, účastní se na destrukci chrupavky a kostní resorpci (obr. 1) (5, 6, 18). Za prvé – kalprotektin stimuluje produkci zánětlivých faktorů TNF-α (tumor necrosis factor-α), interleukinů (IL): IL-1β, IL-6, IL-8), fagocyty (6). Za druhé – kalprotektin zvyšuje expresi povrchového integrinového receptoru CD11b/CD18 na polymorfonukleárních buňkách a monocytech, což vede k jejich transendoteliální migraci a  akumulaci v  kloubu (5, 19). Endogenní ligandy TLR stimulují vylučování IL-22, který je zodpovědný za podporu proliferace SF a stimulaci vylučování matrixové metaloproteinázy-1 (MMP-1), i kalprotektinu. Vzhledem k tomu, že kalprotektin je také endogenním ligandem TLR, dalo by se předpokládat, že se tak vytváří pozitivní smyčka mezi IL-22 a kalprotektinem podporujícího zánět v kloubu (20). Aktivované chondrocyty také produkují kalprotektin, což vede ke katabolickému efektu na tyto buňky přes signální cestu TLR4 a aktivaci nukleárního faktoru kappa B (NF-kB). Tato aktivace vede k depleci proteoglykanů, zabraňuje tvorbě nové chrupavky a tím vede ke smrti chondrocytů (8). Kalprotektin dále způsobuje degranulaci polymorfonukleárů a  uvolnění MMP a kolagenáz a tím degradaci chrupavky. S100A8 stimuluje diferenciaci osteoklastů přes TLR4, což vede ke kostní resorpci (21).

VYUŽITÍ KALPROTEKTINU JAKO BIOMARKERU U REVMATOIDNÍ ARTRITIDY

Několik studií ukázalo, že hladina kalprotektinu je vyšší u pacientů s RA ve srovnání se zdravými kontrolami, pacienty s osteoartrózou (OA), psoriatickou artritidou (PsA), spondyloartritidou (SpA) či dnavou artritidou (11, 22). Průměrná koncentrace kalprotektinu v  synoviální tekutině RA pacientů byla více než 100násobně vyšší jako u pacientů s OA a více než dvojnásobně vyšší jako u  pacientů s  jiným zánětlivým onemocněním kloubů (PsA, SpA, dna). Také hladina kalprotektinu v  plazmě u  RA pacientů byla téměř 10násobně vyšší ve srovnání s hladinou u pacientů s OA a více než dvojnásobně vyšší než u PsA, SpA či dny (22). Hladiny sérového kalprotektinu významně korelují s  klinickými příznaky, laboratorními parametry zánětu i  aktivitou onemocnění. Z  klinických příznaků byla pozorována pozitivní asociace mezi kalprotektinem a počtem oteklých kloubů (r = 0,2 až 0,5; p < 0,001) i počtem palpačně bolestivých kloubů v několika studiích (10, 12, 22). Dále pak byla popsána korelace mezi hladinou kalprotektinu a sílou stisku ruky (r = –0,22; p < 0,05) (23) (tab. 1). Z  laboratorních parametrů hladina kalprotektinu pozitivně koreluje s  C-reaktivním proteinem (CRP) (r = 0,6–0,8; p < 0,001), sedimentací erytrocytů (FW) (r = 0,5–0,7; p < 0,001) (10, 12, 24). Z těchto údajů vyplývá, že hladina kalprotektinu je asociována s aktivitou onemocnění, což podporuje i  pozitivní korelace s  indexem aktivity onemocnění Disease Activity Score-28 (DAS-28 FW/CRP) (r = 0,3–0,6; p < 0,001), s indexem klinické aktivity onemocnění Clinical Disease Activity Index (CDAI) (r = 0,3; p < 0,001) a  zjednodušeným indexem klinické aktivity Simplified Disease Activity Index (SDAI) (r = 0,3; p < 0,001) (10, 12, 22, 24). Dokonce bylo popsáno, že kalprotektin koreluje lépe s aktivitou onemocnění než s CRP či FW (12, 25–27). U pacientů se střední až vysokou aktivitou onemocnění a  nízkým CRP byla hladina kalprotektinu signifikantně vyšší než u pacientů v remisi a nízkým CRP (28). Korelace kalprotektinu s klinickými a laboratorními parametry aktivity RA je shrnuta v tabulce 1. Dále je pozorován vztah k autoprotilátkám typickým pro RA. Pozitivní korelace s  RF (r = 0,2–0,6; p < 0,05–0,001) je potvrzena několika studiemi (9, 12, 29), avšak vztah mezi hladinami kalprotektinu a ACPA není jednoznačný (9, 12, 30). Mimo jiné hladina kalprotektinu koreluje i s ultrasonograficky (US) detekovanou synovitidou, radiografickým postižením a radiografickou progresí kloubů. Ultrasonograficky detekovaná synovitida je obvykle hodnocena semikvantitativně (0 až 3) na šedé škále (grey scale – GS) i na škále Dopplerovského mapování (power Doppler – PD). Pozitivní korelace mezi kalprotektinem a GS (r = 0,4–0,5; p < 0,05–0,001) i PD (r = 0,4–0,5; p < 0,05–0,001) byla opět doložena několika studiemi (12, 30, 31). Bylo dokonce prokázáno, že kalprotektin lépe koreluje se synovitidou v  PD módu než CRP. Další dvě studie srovnávaly míru korelace mezi markery zánětu (kalprotektin, CRP, FW, sérový amyloid A, S100A12, IL-6, vascular endothelial growth factor (VEGF)) a US-synovitidou (GS, PD). Z uvedených markerů zánětu nejlépe koreluje kalprotektin s GS i PD synovitidou (26, 32). Pomocí kalprotektinu lze rozlišit pacienty v klinické (DAS-28 < 2,6; SDAI ≤ 3,3; CDAI ≤ 2,8) a US-definované remisi (GS 0 ± 1 and PD 0) od pacientů v klinické remisi s přetrvávající subklinickou aktivitou dle US (33). Poškození kloubů můžeme hodnotit na základě klinického skóre poškození kloubů u RA, RA Articular Damage score (RAAD) nebo radiograficky pomocí Sharpova skóre modifikovaného podle van der Heijdové (34, 35). U RAAD skóre se hodnotí 35 kloubů, které jsou známkované od 0 do 2 (0 – bez známek nevratného poškození; 1 – částečné poškození; 2 – závažné poškození, ankylóza, kloubní náhrada) (35). Radiografické postižení hodnocené pomocí modifikovaného Sharpova skóre je součet erozí a zúžení kloubních štěrbin, které dosahuje hodnot 0 až 280 (34). Kalprotektin dosahuje vysoce signifikantní korelace s RAAD skóre (r = 0,4; p < 0,001) i modifikovaným Sharpovým skóre (r = 0,4; p < 0,001). Hladiny CRP ani FW dle této studie neukázaly signifikantní vztah ke skóre poškození kloubů (13). V další studii byla hodnocena radiografická progrese po 2 letech pomocí modifikovaného Sharpova skóre. Radiografická progrese byla definovaná jako změna v skóre ≥ dvě jednotky za 2 roky. Vysoké hladiny kalprotektinu (odds ratio; OR = 6,1), CRP (OR = 2,9) a FW (OR = 3,7) předpověděly progresi radiografického poškození, avšak jediný kalprotektin byl nezávislým prediktorem radiografické progrese (OR = 3,7) v analýze zahrnující CRP, FW, ACPA a demografické parametry (24). V podobné studii se hodnotila radiografická progrese po 10 letech, kde byl kalprotektin opět nezávislým prediktorem radiografické progrese (29). V neposlední řadě některé práce ukázaly, že hladina sérového kalprotektinu může být prediktivní k terapeutické odpovědi (hodnoceno dle kritérií odpovědi European League Against Rheumatism – EULAR) a  změna hladiny kalprotektinu může být dále využita i  k  monitorování odpovědi na léčbu (14, 36). Do studie s  methotrexátem byli zahrnuti pacienti s  aktivní RA (DAS-28 > 3,2), naivní na léčbu chorobou modifikujícími antirevmatickými léky (Disease-modifying antirheumatic drugs – DMARDs). Vstupní hladina sérového kalprotektinu byla u  pacientů s  odpovědí na léčbu signifikantně vyšší ve srovnání s  pacienty bez odpovědi (24  µg/ml vs. 9,6  µg/ml; p = 0,003) (37). Další práce hodnotily prediktivní hodnotu kalprotektinu k odpovědi na léčbu biologickými DMARDs (bDMARDs). Choi ve své studii ukázal kalprotektin jako velmi slibný prediktivní biomarker. Vstupně před zahájením léčby měli pacienti s dobrou odpovědí na terapii adalimumabem (1,1 µg/ml vs. 0,7 µg/ml; p = 0,01), infliximabem (2,7 µg/ml vs. 1,2 µg/ml; p = 0,001) a rituximabem (2,8 µg/ml vs. 1,1 µg/ml; p < 0,001) signifikantně vyšší hladinu sérového kalprotektinu ve srovnání s pacienty bez odpovědi na léčbu (14). V jiné studii s bDMARDs (adalimumab, infliximab, etanercept, rituximab, golimumab, certolizumab, abatacept, tocilizumab) se hodnotila prediktivní hodnota biomarkerů (KLP, CRP, FW, S100A12, IL-6, VEGF) k odpovědi na léčbu. Jediný kalprotektin měl vstupně signifikantně vyšší sérovou hodnotu u pacientů s dobrou odpovědí ve srovnání s pacienty bez odpovědi (p = 0,03), navíc pokles hladiny kalprotektinu po 1 měsíci předpověděl odpověď na terapii po 3, 6 i 12 měsících (p < 0,001) (26). K poklesu hladiny sérového kalprotektinu dochází v odpovědi na terapii konvenčními i biologickými DMARDs (10, 27). Dokonce bylo popsáno, že kalprotektin je lepší v monitorování odpovědi na léčbu než CRP, FW či SAA (32) a je nezávislým prediktivním markerem relapsu u  pacientů s  RA a  PsA (HO = 2,4; p = 0,002). U pacientů v remisi či s nízkou aktivitou onemocnění, u kterých později došlo k relapsu, byla hladina kalprotektinu před zahájením léčby vyšší ve srovnání s pacienty, kteří byli nadále v remisi (38). Na rozdíl od fekálního kalprotektinu, který se v dnešní době běžně využívá v diagnostice a monitoraci aktivity idiopatických střevních zánětů, se stanovení hladiny sérového kalprotektinu u revmatických onemocnění v běžné klinické praxi zatím nevyužívá (39). I když jedna práce navrhla mezní hodnotu sérového kalprotektinu 900 ng/ml k odlišení pacientů se zánětlivou artritidou (RA, PsA, SpA) od pacientů s nezánětlivou artropatií se senzitivitou 95 % a specificitou 82 % (40), je nutná validace těchto hodnot ve velkých kohortách pacientů se zánětlivými nemocemi odlišného původu i nezánětlivými onemocněními včetně zdravých kontrol.

ZÁVĚR

Kalprotektin je u pacientů s RA produkován zejména lokálně v místě zánětu v postiženém kloubu, kde se podílí na patogenezi onemocnění, a difuzí je pak uvolňován do cirkulace, kde může být detekován a využit jako solubilní biomarker. Kalprotektin se jeví jako lepší ukazatel klinické aktivity RA než klasicky využívané reaktanty akutní fáze, umožňuje detekovat pacienty s přetrvávající subklinickou aktivitou, je prediktivním faktorem radio rafického postižení a  rentgenové progrese, terapeutické odpovědi a relapsu onemocnění. Jeho sérové hladiny u pacientů s RA jsou vyšší než u jiných zánětlivých revmatických onemocnění s  potenciálním využitím v  diferenciální diagnostice a v běžné klinické praxi jako je tomu u jiných zánětlivých onemocnění.

Adresa pro korespondenci:

MUDr. Nora Petrovská

Revmatologický ústav

Na Slupi 4

128 50

Praha

e-mail: petrovska@revma.cz

Autorky prohlašují, že nejsou v konfliktu zájmů.