Patofyziologické mechanismy rozvoje ANCA asociovaných vaskulitid

Overview

ANCA pozitivní vaskulitidy jsou závažná autoimunní onemocnění postihující převážně cévy malých kalibrů v různých orgánových systémech, současně je onemocnění doprovázeno přítomností ANCA protilátek v séru. Jedná se o skupinu nejčastějších systémových vaskulitid dospělých a na základě klinických projevů se člení do 3 fenotypů, těmi jsou: granulomatóza s polyangiitidou (dříve Wegenerova granulomatóza), mikroskopická polyangiitida a eozinofilní granulomatóza s polyangiitidou (dříve Churg-Straussové syndrom).

Podobně jako u jiných autoimunních onemocnění i ANCA pozitivní vaskulitidy se vyvinou u pacientů s genetickou predispozicí, kteří jsou vystavení kauzálním faktorům z prostředí, nejčastěji infekci. Mechanismy, kterými ANCA protilátky způsobí rozvoj vaskulitidy, zahrnují excesivní aktivaci neutrofilů, které následně uvolní prozánětlivé cytokiny, volné kyslíkové radikály a lytické enzymy. Navíc aktivované neutrofily indukují tvorbu neutrofilových extracelulárních pastí při procesu zvaném NETóza. Uvolněné antigeny neutrofilů se prostřednictvím antigen presentujících buněk vystaví imunitnímu systému, který dále stimuluje tvorbu protilátek a vytvoří začarovaný kruh postižení s destrukcí tkání.

Porozumění patogeneze ANCA pozitivních vaskulitid je klíčem nejen k optimální diagnostice a léčbě, ale patologovi dává nástroj pro pochopení morfologických znaků rozvoje onemocnění, včetně různých fází progrese a hojení.

Klíčová slova:

ANCA pozitivní vaskulitida – AAV – GPA – MPA – patofyziologie

ANCA asociované vaskulitidy (AAV) jsou závažná život ohrožující onemocnění, která se na základě klinických projevů člení do 3 fenotypů, těmi jsou: granulomatóza s polyangiitidou (GPA; dříve Wegenerova granulomatóza), mikroskopická polyangiitida (MPA) a eozinofilní granulomatóza s polyangiitidou (EGPA; dříve Churg-Straussové syndrom). Jde o autoimunní onemocnění s protilátkami proti antigenům granul neutrofilů a peroxidázovým lyzozomům monocytů. Pozitivní detekce ANCA protilátek je součástí diagnózy AAV. K průkazu se používají dvě techniky, jednou z nich je imunofluorescenční detekce, která zařazuje protilátky do skupiny podle cytoplasmatické (c-ANCA) nebo perinukleární (p-ANCA) pozitivity. V každé skupině je pouze jeden cílový antigen, tj. proteináza 3 (PR3) a myeloperoxidáza (MPO); protilátky pouze proti těmto antigenům vedou k rozvoji AAV. V morfologii jsou AAV charakterizované nekrotizujícím zánětem cévní stěny (s tzv. fibrinoidní nekrózou) a nejčastěji jsou postiženy cévy malých kalibrů (venuly, kapiláry, arterioly) v nejrůznějších orgánech (viz článek v tomto čísle). I když obvyklou manifestací je postižení oblasti ORL, plic a ledvin, primární manifestace AAV byla popsána prakticky v jakékoli lokalitě.

Onemocnění je léčitelné, ale současná terapie je toxická a její dlouhodobé užívání má svá rizika. Navíc u některých pacientů není optimálně efektivní a část pacientů má relabující onemocnění, jehož léčba, ale i bioptické posuzování aktivity, jsou komplikované. Obecně lze shrnout, že v prvním roce onemocnění pacienty ohrožují převážně závažné infekční komplikace, později se uplatňují kardiovaskulární projevy.

Porozumění patogeneze AAV je klíčem k optimální diagnostice (použití biomarkerů výhodnějších než detekce ANCA protilátek) a k volbě terapie (co přesně a u koho blokovat). Pro patologa znamená porozumění základní patogenezi nástroj pro pochopení klinických otázek, na které by z morfologie mohl odpovědět. Současně mu to pomáhá v rozhodování při klasifikaci závažnosti onemocnění a odlišení morfologie, která do obrazu AAV nepatří. 

V posledním desetiletí došlo k velkému rozvoji poznatků o roli mnoha komponent imunitního systému při vzniku AAV, včetně klíčové role ANCA protilátek a neutrofilů. Obecná teorie předpokládá, že AAV se vyvine u pacientů s predisponujícím genetickým pozadím, kteří jsou vystaveni kauzativním faktorům z prostředí. Jakmile jsou vytvořeny ANCA protilátky dojde k excesivní aktivaci neutrofilů, které začnou vypouštět zánětlivé cytokiny, volné kyslíkové radikály a lytické enzymy. Dále dojde k tvorbě neutrofilových extracelulárních pastí (NETs = neutrophil extracellular traps) při procesu zvaném NETóza. Uvolněné MPO a PR3 z neutrofilů podléhající NETóze se dostávají do kontaktu s dendritickými buňkami (antigen prezentující buňky), které je zpracují a vystaví imunitnímu systému; což umožní další tvorbu ANCA autoprotilátek a tím je podporován začarovaný kruh postižení.

ROLE ANCA AUTOPROTILÁTEK A SLOŽEK ZÁNĚTU

V současné době je doloženým faktem, že ANCA protilátky mají centrální postavení v rozvoji AAV, protože indukují excesivní aktivaci neutrofilů, jejichž degranulace vede k poškození endotelu a nekrózám cévní stěny. V roce 1954 byla na základě morfologie poprvé vyslovena teorie, že všechny 3 AAV klinické syndromy (GPA, MPA, EGPA) mohou mít společnou patogenezi. V té době do objevu ANCA protilátek zbývalo cca 30 let (1). V experimentu (pro MPO) a také v lidské patologii (přenosem protilátek z matky na plod s rozvojem AAV u dítěte) je doloženo, že ANCA protilátky způsobují rozvoj klinických příznaků a morfologických charakteristik AAV (2,3). Dnes existuje 5 skupin myších a krysích modelů pro MPO (pasivní, aktivní, navozený léky atd.), které dokládají patogenní roli ANCA v rozvoji onemocnění. Jiná situace je v případě PR3, kde vývoj zvířecího modelu se ukázal jako velmi komplikovaný a dosud existuje pouze jeden myší model s uměle konstruovaným lidským-myším chimerickým imunitním systémem (4). Důvodem může být rozdílná struktura a exprese PR3 u hlodavců a také vyšší podíl buněčné imunitní odpovědi při tvorbě granulomatózní destrukce. Jedním z prvních přelomových experimentů, který prokázal patogenitu ANCA autoprotilátek, bylo využití myšího modelu s vyřazeným genem MPO (2). Prvním krokem bylo získání anti-MPO protilátek u myší s knockoutovaným genem pro MPO, které byly imunizovány podáním MPO. Po dosažení dostatečných hladin anti-MPO protilátek, byly „wild type“ myši injikovány těmito protilátkami, a to vedlo rychle (během týdne) k rozvoji hematurie a proteinurie s histologicky verifikovanou pauciimunní nekrotizující glomerulonefritidou, která je typickým morfologickým projevem AAV v ledvině.

ANCA protilátky aktivují neutrofily, které svoji agresivní výbavou rychle a těžce poškodí cílové struktury. Proto část dalších experimentů byla cílena právě na objasnění postavení neutrofilů v rozvoji AAV. Pokusy s myšími modely, kterým byly podány protilátky proti neutrofilům, dokázaly, že myši bez neutrofilů nevyvinou AAV, i když počty monocytů zůstaly normální (5).

Kromě toho, že neutrofily jsou zdrojem cílových antigenů, využívají v mikroprostředí zánětu i dalších svých vlastností. Při jejich aktivaci dochází k uvolnění tzv. neutrofilových extracelulárních pastí (NETs = neutrophil extracellular traps) při procesu zvaném NETóza. NETs byly poprvé popsány v roce 2004 jako součást fyziologické reakce organismu při eliminaci bakterií, kdy jsou patogeny uvězněny v dekondenzovaných vláknech chromatinu jader neutrofilů pokrytých antimikrobiálními peptidy (např. elastázou, MPO, PR3 a dalšími).

Teprve další dva kroky tohoto procesu mění fyziologickou reakci směrem k rozvoji autoimunního onemocnění (6,7). Jedním z nich je nedostatečná degradace NETs (to vysvětluje také, že léky blokující degradaci NETs, např. prophylthiouracil, vedou k rozvoji léky indukované AAV). Dalším krokem je zpracování antigenu antigen prezentujícími buňkami a jeho vystavení imunitnímu systému k tvorbě protilátek. Tato část reakce je významně svázaná s vrozeným genotypem, s HLA antigeny 2. třídy (HLA-DP pro PR3; HLA-DQ pro MPA). Lidé s HLA molekulami, které jsou schopné prezentovat MPO a PR3, jsou ti, kteří budou velmi pravděpodobně tvořit ANCA protilátky (8).

Genetické vlivy na pozadí rozvoje onemocnění vysvětlují také epidemiologii různého geografického výskytu podtypů AAV (PR3 AAV je častější u kavkazské rasy a MPO AAV je častější v Asii, včetně Japonska). Genotypy odpovídají lépe sérologii než klinickým syndromům, což ukazuje, že rozdílná imunitní odpověď proti PR3 a MPO je závislá na molekulách HLA systému a onemocnění je mnoha autory klasifikováno nikoli podle klinických syndromů, ale podle sérologie.

V zánětlivém prostředí jsou další komponenty, které se vždy významně uplatňují v rozvoji imunitní odpovědi; mezi nejdůležitější patří cytokiny a jejich receptory (v širším slova smyslu sem lze řadit interleukiny, chemokiny, lymfokiny, různé růstové faktory atd.). I když s vysokou pravděpodobností nepředstavují klíčový faktor, jejich spoluúčast na rozvoji a progresi zánětlivého stavu v průběhu AAV je nepochybná, už proto, že jde o zánět stimulující látky, které mohou být aktivovány infekcemi a mohou prozánětlivě působit na počátku onemocnění, stejně jako při jeho rekurenci/relapsu. Synergistický prozánětlivý efekt byl testován v myších modelech např. přidáním bakteriálních lipopolysacharidů k aplikaci MPO. Zvířata s MPO a lipopolysacharidy měla daleko těžší projevy onemocnění (9).

Nepochybná je role B a T lymfocytů, nejen jako zdroje protilátek s nezbytnou spoluprací obou podtypů. V obecné rovině u téměř všech autoimunitních onemocnění dochází k selhání T buněčné regulace, která nedokáže zabránit imunitní reakci namířené proti vlastním tkáním. U AAV je doložena nerovnováha ve více podtypech T pomocných lymfocytů, které přispívají k poškození tkáně a progresi onemocnění. Navíc část T regulačních lymfocytů v mikroprostředí zánětu diferencuje na T-pomocné lymfocyty 17, což je podtyp ovlivňující neutrofily, jehož dysregulace vede ke zvýšené produkci a vcestování neutrofilů do místa zánětu (10).

V oblasti patogeneze AAV nebyla zpočátku role komplementu považovaná za důležitou. Aktivita komplementu je dobře známá součást imunokomplexových procesů, ale v průběhu AAV v glomerulech ani v cévních stěnách nejsou identifikované imunokomplexy, přesto je z experimentů doloženo, že alternativní cesta komplementu se podílí na rozvoji AAV (11). To je ilustrováno v myších modelech, kde zvířata s vyřazeným faktorem B nebo s blokací C5 onemocnění nevyvinou (12,13). Na rozdíl od zvířat s knockoutovaným C4, která onemocní (C4 je komponentou klasické cesty komplementu, která je aktivovaná protilátkami a navíc je to bod, kde se klasická cesta setkává s lektinovou). Pokud zvířata s vyřazeným C4 vyvinou stejné onemocnění jako „wild type“ myši, znamená to, že k rozvoji AAV v experimentu není zapotřebí klasické ani lektinové cesty.

TVORBA AUTO-REAKTIVNÍCH ANCA PROTILÁTEK

Jedním z nejdůležitějších faktorů při rozvoji AAV je vznik a přetrvávání tvorby ANCA protilátek, což vede k poškození tkáně s morfologií nekrotizující vaskulitidy. Nejčastěji se uvádějí dva mechanismy, které mohou vést k dysregulaci imunitní odpovědi a k tvorbě ANCA protilátek. 

Jedním je rozvoj autoimunitní reakce na podkladě molekulárních mimikrů, druhým je indukce autoimunity způsobená imunitní odpovědí ke komplementárnímu peptidu autoantigenu, což má za následek tvorbu protilátek proti vlastnímu autoantigenu.

V případě molekulárních mimikrů jde o dobře známý mechanismus podobnosti bakteriálních a humánních molekul. V průběhu infekce se tvoří protilátky proti bakteriálním komponentám, které pak mohou zkříženě reagovat s dalšími humánními antigeny. U pacientů s AAV je známá sezónní oscilace s vyšším výskytem v zimě a na jaře. Současně je doloženo, že vyšší počet relapsů mají chroničtí nosiči zlatého stafylokoka v oblasti ORL sliznic.

Komplikovanější je druhý mechanismus uplatňující se u PR3 AAV, jde o teorii založenou na tvorbě komplementárních proteinů, kdy nejprve dojde k tvorbě protilátek ke komplementárnímu peptidu, který je komplementární k autogennímu epitopu (14). Jde o obecnou teorii vzniku autoimunních chorob a prvním impulzem i zde může být infekce. V případě PR3 AAV jde o především o stafylokokové infekce, kde je prokázáno, že Staphylococcus aureus má peptidy, které napodobují komplementární peptid PR3.

ZÁVĚR

Experimentální data a zvířecí modely přinesly mnoho důkazů o patogenní roli ANCA autoprotilátek, které iniciují autoimunitní odpověď, způsobují akutní léze a bez léčby vedou k život ohrožující progresi onemocnění. Stále se rozvíjející pokrok v porozumění patogeneze AAV již dnes vede k vývoji účinnější, méně toxické a cílené terapie, což je předpokladem pro snižování morbidity a mortality onemocnění.

Protože AAV jsou velmi agresivní choroby, je rychlá diagnostika v časných fázích onemocnění imperativem, který umožní cílenou terapii a právě ta povede k udržení funkce postižených orgánů a k zachování kvality života.

PROHLÁŠENÍ

Autor práce prohlašuje, že v souvislosti s tématem, vznikem a publikací tohoto článku není ve střetu zájmů a vznik ani publikace článku nebyly podpořeny žádnou farmaceutickou firmou. Toto prohlášení se týká i všech spoluautorů.

 Adresa pro korespondenci:

MUDr. Lenka Bartoňová

Pracoviště klinické a transplantační patologie  

Transplantcentrum IKEM

Vídeňská 1958/9,

140 21 Praha 4

tel.: 236 055 229

e-mail: lenka.bartonova@ikem.cz