Imunoglobulin A a choroby ledvin

Overview

Imunoglobulin A (IgA) je dominantním imunoglobulinem slizničních povrchů, nalézáme jej ale také v plazmě. U člověka a u primátů se vyskytuje ve dvou podtřídách: IgA1 a IgA2. Cirkulující IgA je převážně monomer IgA1, sekretorní IgA je ponejvíce dimer nebo tetramer s různým poměrem IgA1 a IgA2 na jednotlivých sliznicích. Jeho hlavním fyziologickým úkolem je obrana slizničního povrchu proti rozvoji infekce. Rozvoji infekce (např. močové) zabraňuje buď specificky prostřednictvím antigen-vazebných míst nebo nespecificky tak, že se prostřednictvím svých cukerných řetězců váže na lektiny bakterií, a tím brání jejich adhezi na slizniční povrch. IgA1 má na každém ze svých těžkých řetězců nejméně dva N-glykozidicky vázané oligosacharidy a 3 až 5 O-glykozidicky vázaných cukerných řetězců. Výskyt O-glykozidicky vázaných oligosacharidů na cirkulujících glykoproteinech je vzácný. Odchylná skladba těchto řetězců může být antigenní determinantou pro přirozeně se vyskytující protilátky. Vznikají cirkulující imunitní komplexy obsahující IgA1, které se ukládají v glomerulech, a rozvíjí se IgA nefropatie. Uloženiny IgA v glomerulech se vyskytují rovněž u řady dalších primárních a systémových glomerulonefritid. Klíčová slova: imunoglobulin A - infekce močových cest - IgA nefropatie - glomerulonefritis

Úvod

Imunoglobulin A (IgA) je v souvislosti s ledvinovými chorobami vnímán obvykle jen v patogenetickém vztahu k IgA nefropatii. Uplatňuje se však i u řady dalších chorob. Sem patří jiné primární glomerulonefritidy, u nichž jsou vedle jiných imunoglobulinů častá i depozita IgA. Glomerulární uloženiny IgA jsou časté u alkoholické cirhózy a jiných chronických jaterních onemocnění, u nespecifických střevních zánětů, u dermatitis herpetiformis a u řady dalších chorob. Spolu s IgG hraje významnou roli v obraně proti rozvoji infekce močových cest. Jako sekreční imunoglobulin je přítomen v moči a v sekretech ženského i mužského pohlavního traktu a brání kolonizaci uropoetického traktu mikroogranizmy a rozvoji infekce.

Struktura IgA

Na rozdíl od IgG (molekula tvaru Y) má molekula IgA v roztoku tvar T. Skládá se ze dvou lehkých a ze dvou těžkých řetězců (obr. 1), vzájemně spojených kovalentní vazbou disulfidickými můstky. Dva vrcholy molekuly označujeme jako F(ab)₂, bazální část jako Fc. Vazebné centrum pro antigeny je na dvou vrcholech molekuly a je součástí F(ab)₂. Aminokyselinová skladba vazebného centra F(ab)₂ je proměnná (variabilní část, značí se V), a proto je schopna vázat pro ni specifický antigen. Monomer IgA tedy má 2 vazebná místa pro tentýž antigen, sestávající z hypervariabilních segmentů lehkých a těžkých řetězců na vrcholu každého F(ab)₂. Ostatní části (směrem k bázi Y) mají neměnné pořadí aminokyselin, stejné u všech molekul téže třídy IgA, a tvoří konstantní část molekuly, sestávající ze tří domén, označovaných jako Cα1, Cα2 a Cα3. Zcela na bázi molekuly je tzv. koncová část („tail“). Na Fc segment se váží různé receptory, které jsou přítomny hlavně na buňkách bílé krevní řady. Uprostřed molekuly, mezi C1 a C2 doménou těžkého řetězce, je tzv. pantová oblast („hinge region“).

Molekuly IgA se snadno vzájemně spojují tzv. J-řetězcem a tvoří dimer až tetramer. Úměrně tomu přibývá specifických vazebných míst pro antigen (např. tetramer jich má 8).

IgA, stejně jako ostatní imunoglobuliny, je glykoprotein a v organizmu člověka a některých primátů se vyskytuje ve dvou podtřídách: IgA1 a IgA2. Obě podtřídy mají téměř shodnou skladbu aminokyselin bílkovinné kostry konstantní části molekuly. Výjimkou je pantová oblast. Fylogeneticky mladší IgA1 zde má navíc 13 aminokyselin, které byly inzertovány ve fylogeneze u člověka, šimpanze a gorily, ale chybí v IgA2 a v IgA ostatních obratlovců. Sedm z nich jsou hydroxyaminokyseliny serin a treonin. Tato část molekuly činí IgA výjimečným mezi cirkulujícími glykoproteiny, protože na hydroxylové skupiny serinu a treoninu se váží cukerné řetězce („O-linked“) [64], jimž je přisuzována významná úloha v rozvoji některých ledvinových chorob (IgA nefropatie, purpura Henochova-Schoenleinova). Tento typ cukerných řetězců se zřídka vyskytuje na cirkulujících glykoproteinech. Pantová oblast IgA1 člověka je též substrátem pro bakteriální IgA1 proteázy, produkované patogeny jako je Gonococcus, Meningococcus, Pneumococcus a Haemophilus, které IgA štěpí na F(ab)₂ a Fc fragment, čímž interferují s jejich fagocytózou a blokují vazbu s protilátkami. Kromě toho má IgA na jiných místech těžkých řetězců další cukerné řetězce, vázané na postranní aminoskupinu argininu („N-linked“). Je to častá forma glykozylace i na cirkulujících glykoproteinech. Její vztah k rozvoji ledvinových chorob je však prozkoumán méně [48,66], přestože odchylná struktura tohoto cukerného řetězce na imunoglobulinu G byla popsána u systémového lupus erythematodes, revmatoidní artritidy a Crohnovy choroby [20,33,60].

Denní produkce IgA u člověka (50 mg/kg/24 h) daleko převyšuje produkci všech ostatních izotypů imunoglobulinů dohromady [38]. Jeho nižší plazmatická hladina (ve srovnání s IgG) je dána jeho krátkým poločasem. Na rozdíl od IgG a IgM dosahuje IgA hladin obvyklých v dospělosti až v době puberty.

IgA nacházíme jednak v cirkulaci, jednak na sliznicích (sekreční IgA - S-IgA). První je tvořen převážně v kostní dřeni, ve slezině a v lymfatických uzlinách, druhý převážně plazmatickými buňkami a lymfocyty ve sliznicích. Polymerický IgA produkovaný ve slizničních tkáních je po vazbě na transmembránový receptor, nazývaný polymerický imunoglobulinový receptor (polyIg R), selektivně transportován na slizniční povrchy spolu s částí receptoru nazývanou sekreční komponenta. Ta zvyšuje odolnost S-IgA k proteolytickým enzymům, zvláště v gastrointestinálním traktu.

Cirkulující IgA je tvořen především podtřídou IgA1 v monomérní formě (asi 85 %). Naopak S-IgA na sliznicích je převážně dimer nebo tetramer [20] s IgA1 jako dominantní podtřídou v dýchacím a horním gastrointestinálním traktu. V tlustém střevě a ženském pohlavním traktu je v mírné převaze IgA2. IgA2 má navíc dva alotypy, označované jako A2m(1) a A2m(2), jejichž zastoupení vykazuje rasovou závislost. Jde pouze o odlišnost struktury, specifický význam těchto podtříd není zatím dostatečně prozkoumán. Kromě IgA nacházíme na sliznicích také IgG a IgM. Pentamerní IgM je také vázán na polymerický imunoglobulinový receptor a secernován spolu s jeho zbytkem (sekreční komponenta) na povrchy sliznic. Jako slizniční imunoglobulin se uplatňuje hlavně při deficitu IgA (1 : 500 až 1 : 700 v Evropské a americké populaci, ale 1 : 18000 v Japonsku) [38]. Tito jedinci nemají vyšší výskyt infekcí močových cest (nikoliv však zánětů respiračního traktu) než osoby s plným zastoupením imunoglobulinů.

IgA jako slizniční imunoglobulin

IgA je tedy nejvýznamnější protilátkou slizničních povrchů [68]. Hlavním fyziologickým úkolem slizničních imunoglobulinů je bránit mikroorganizmům v adhezi na slizniční povrch. IgA se prostřednictvím svých cukerných řetězců (zahrnují i oligosacharidy J-řetězce a sekreční komponenty) váže na lektiny (adheziny) bakterií [48,49]. Tato vazba zabrání kontaktu mikroorganizmu s cukernými řetězci na epiteliích sliznic, adhezi k nim, zánětlivé aktivaci slizničních epitelií a v konečném důsledku rozvoji zánětu [51]. Jiným mechanizmem, kterým IgA brání průniku bakterií do sliznice, je jejich aglutinace. IgA a zejména S-IgA se váže prostřednictvím specifické protilátkové aktivity (a též svých cukerných řetězců) na mnohé bakteriální antigeny a aglutinuje je. S-IgA, na rozdíl od IgG, neaktivuje klasickou cestou komplement, a proto jeho interakce s mikroorganizmy nevyvolává agresivní zánět [51]. Může ovšem aktivovat komplement prostřednictvím proteinu vážícího manózu („mannan-binding protein“ - MBP). U ledvinových onemocnění byla tato cesta aktivace komplementu popsána jenom v několika publikacích [47]. Ve větší míře se však uplatňuje u některých autoimunitních nemocí, jako je revmatoidní artritida a nespecifické střevní záněty. V těchto případech se změněná struktura cukrů na IgG podílí na lokální aktivaci komplementu lektinovou cestou a vede k rozvoji zánětu.

Infekce močových cest (IMC)

IMC je definována jako přítomnost mikroorganizmů (nejčastěji G- bakterií) ve vývodných močových cestách případně v ledvinovém parenchymu a v prostatě. V klinické praxi představuje nejčastější postižení močového traktu. Třídíme ji z několika hledisek:

• a) na komplikovanou a nekomplikovanou podle přítomnosti/absence jiné patologie močového ústrojí (kameny, vezikoureterální reflux apod.) nebo přidružených onemocnění (diabetes mellitus, imunodeficience)
• b) na horní (pyelonefritis) a dolní (uretritis, cystitis, prostatitis) podle lokalizace
• c) na akutní a chronickou podle časového průběhu
• d) na asymptomatickou a symptomatickou z hlediska klinických projevů.

Moč zdravého člověka je sterilní. Hodnota významné (signifikantní) bakteriurie, udávaná jako 100 000 mikrobů/ml moče (CFU - „colony forming units“) byla odvozena empiricky. Nižší koncentrace bakterií je považována za možný důsledek kontaminace moči na konci uretry a distálně od jejího ústí a ev. dalšího pomnožení bakterií v moči před zpracováním. Počet bakterií v moči je však třeba zvažovat kriticky a s ohledem na klinický nález. Podle některých kritérií již 1000 CFU/ml (jediného mikroba) může provázet nekomplikovanou IMC u žen a 10000 CFU/ml je slučitelných s diagnózou pyelonefritidy, zejména u dětí [5,31]. Při IMC pronikají bakterie do močového traktu zdaleka nejčastěji z rezervoáru střevních bakterií v aborální části tlustého střeva přes perineum vzestupnou cestou. IMC začíná kolonizací vaginálního vestibula/předkožkového vaku a následně se infikuje močová trubice, močový měchýř a vzácně ledvinový parenchym a prostata (prostatický sekret má silné baktericidní vlastnosti).

O vzniku IMC rozhoduje jednak virulence mikroba, jednak obranné schopnosti sliznice močového traktu a jedince celkově. Prvním krokem v jejím rozvoji je adherence bakterií ke slizničnímu povrchu, druhým je interakce adherovaných bakterií se slizničními a infiltrujícími buňkami.

Adherence bakterií (E. coli) je nejčastěji zprostředkována jemnými výčnělky na jejich povrchu, tzv. fimbriemi („pili“). Většina IMC je vyvolána právě bakteriemi, které mají fimbrie [22]. Na povrchu fimbrií jsou molekuly bohaté oligosacharidy, kterým říkáme adheziny. Adheziny mají schopnost vázat se na glykoproteiny a glykolipidy sliznice močového, gastrointestinálního a genitálního traktu, a to právě na jejich cukerné řetězce [42]. Mají tedy charakter lektinu, tj. schopnost reagovat s cukernými řetězci různých molekul [17,23]. Častým vazebným místem fimbriemi opatřených bakterií je disacharid složený ze dvou molekul galaktózy [αGal(1-4)-Galβ]. Tento receptor je přítomen na uroepiteliích, v ledvinách a v tlustém střevě, ale ne na leukocytech, což chrání tyto bakterie před fagocytózou. Bylo činěno mnoho pokusů klasifikovat bakterie a jejich fimbrie ve vztahu k rozvoji a typu IMC, dosud však bez valného klinického významu. Nejvýznamnější je třídění fimbrií založené na schopnosti monosacharidu manózy inhibovat jejich vazbu na uroepitelie. Tato inhibice souvisí se skladbou a vlastnostmi jejich cukerných řetězců, které rozeznávají právě manózu (ale i jiné cukry) [42,59] na glykoproteinech a glykolipidech slizničních buněk močového traktu. To má praktický význam v tom, že bakterie s fimbriemi, jejichž vazba na epitelie není inhibována manózou („Type 1 fimbrie“), mají tendenci vyvolat akutní pyelonefritidu [15], zatímco ty, jejichž adherenci manóza inhibuje („Type 2 fimbrie“), jsou častou příčinou méně agresivních IMC.

Adherovaný mikrob vystupňuje činnost svých genů pro virulenci a růst. Při nedostatečně fungujících obranných mechanizmech mohou adherující mikroby prolomit slizniční bariéru a prostřednictvím transmembránových signálů aktivovat buňky sliznice. Tím začíná druhý krok v rozvoji IMC, kterým je sekrece chemokinů, cytokinů a reaktivních radikálů kyslíku [34] buňkami sliznice, s atrakcí zánětotvorných buněk, především neutrofilních leukocytů (např. IL-8 je silným signálem pro atrakci polymorfonukleárních leukocytů) [26]. Následuje rozvoj zánětu.

Při zachované funkci obranných slizničních systémů jsou mikroby po vazbě na S-IgA a jiné vazebné molekuly sliznic [1,56] eliminovány ze slizničního povrchu a proces se vyhojí. K eliminaci bakterií přispívá samotná mikce (dostatečný příjem tekutin s následnou polyurií), antibakteriální vlastnosti moči, osmolarita moče, pH, imunoglobuliny, Tammův-Horsfallův mukoprotein (s O-glykozidickými cukernými řetězci aj). a další obranné schopnosti sliznice (defenziny). V experimentu jsou bakterie eliminovány po jejich instilaci do močového měchýře v průběhu tří dnů. U některých pacientů je druhá fáze (tj. reakce sliznice na adhezi) defektní nebo je vystupňována virulence mikroba a vznikne IMC. Zánět se obvykle vyhojí per defectum a vznikne jizva. Ta predisponuje k recidivám IMC. Příkladem je zjizvení ledvinové tkáně při první atace horní močové infekce u vezikoureterálního refluxu a častý rozvoj chronické intersticiální nefritidy v pozdějším období. V jiné situaci buď správně nefunguje signální systém pro atrakci neutrofilů a/nebo mikroorganizmy neprodukují faktory virulence ve významném množství a vyvíjí se saprofytický vztah mezi hostitelským organizmem a patogenem („friendly co-existence“) [32]. Klinickým výsledkem je stav označovaný jako asymptomatická bakteriurie, častá u žen po menopauze. Není ji třeba léčit. Výjimkou jsou imunosuprimovaní pacienti, diabetici a zejména těhotné ženy, u nichž může přejít v akutní pyelonefritidu.

Z hlediska imunitních procesů hrají základní roli v obraně močového systému proti infekci procesy nespecifické („innate“) imunity, které jsou nezávislé na typu antigenu [8,58]. Většina IMC se vyhojí dříve, než se dostaví specifická imunitní reakce.

V ledvině ani ve sliznici vývodných močových cest není, na rozdíl např. od gastrointestinálního traktu, přítomna preexistující lymfatická tkáň. V mukóze a submukóze se nacházejí jen ojedinělé CD8+ a CD4+ lymfocyty, γ,δ T-buňky tam zcela chybí [29]. Teprve při IMC dávají infiltrující lymfocyty vznik lymfocytárním agregátům [25].

V moči zdravých jedinců se nacházejí v malém množství imunoglobuliny IgA, IgG a IgM [11,19]. Koncentrace IgA v moči se pohybuje v širokém rozmezí od 170 do 1000 ng/ml a IgG od 50 do 535 ng/ml [55]. Devadesát procent IgA v normální moči je polymer, 10 % je v monomerické formě. Jen malé množství močového IgA je IgA2 podtřídy, zatímco IgA1 polymer, obsahující J-řetězec, tvoří 90 % močového IgA [19].

Sérové specifické protilátky stoupají v průběhu IMC u pyelonefritidy způsobené E. coli a jsou namířeny proti O, případně proti K antigenu [30] a dále proti fimbriím, jejichž vazbu manóza neblokuje [14]. Jejich přítomnost je však značně nekonzistentní. Specifické protilátky proti bakteriím, které vyvolaly pyelonefritidu u dětí, byly nalezeny v moči za 7 až 10 dní po infekci a jsou ponejvíce S-IgA typu. Bakterie však mohou v močových cestách dlouhodobě perzistovat navzdory vysoké hladině specifických sérových protilátek [67]. Rovněž to, že IMC není častější při nízké hladině sérového IgA, ani při deficienci jiných imunoglobulinů, svědčí pro nepodstatnou roli specifické imunity při IMC. Vzhledem k těmto údajům je zřejmé, že ani vakcinace nehraje v prevenci a léčbě IMC zásadní roli, navzdory ojediněle popsaným případům úspěšné odezvy. Byly zkoušeny vakcíny proti lipopolysacharidu, kapsulárnímu polysacharidu i proti fimbriím enterobakterií [64], ale vzhledem k rozmanitosti antigenních epitopů vyvolávajících bakterií není vakcinace spolehlivým preventivním ani léčebným zásahem [45].

Jelikož adheze bakterií ke slizničnímu povrchu je prvním krokem ve vývoji IMC, byly činěny pokusy farmakologicky ji odvrátit [53], buď blokádou bakteriálních lektinů nebo znormalizováním bakteriální flóry ve vagíně. Prvním přístupem je např. doporučení požívat plody bohaté manózou, která se naváže na bakteriální lektiny a tím brání adhezi na cukerné řetězce glyko- a lipoproteinů sliznic (fimbrie senzitivní na manózu). Tak např. strava obsahující borůvky a brusinky, která je bohatá manózou, byla úspěšně použita při recidivujících IMC vyvolaných E. coli u starých žen [21,41]. Dalším přístupem tohoto druhu je prevence IMC intravaginální aplikací Lactobacillus, který znormalizuje bakteriální flóru a pH ve vagíně a tím potlačí růst patogenních mikrobů (Pseudomonas, Klebsiella) [43,46].

IgA nefropatie

IgA nefropatie (IgAN) byla popsána v roce 1968 [9] jako glomerulonefritida s nápadnými uloženinami IgA v glomerulárním mezangiu, převažujícími nad uloženinami ostatních imunoglobulinů a komplementu; někdy je IgA jediným imunoglobulinem depozit. Tito pacienti mají v časném stadiu choroby významnou, někdy i krátkodobě makroskopickou erytrocyturii, malou proteinurii (do 1 g/24 h) a zdánlivě benigní prognózu. V pozdějším průběhu však u některých pacientů narůstá proteinurie, objevuje se vyšší krevní tlak a pomalu klesá glomerulární filtrace [16]. Dlouhodobá pozorování ukázala, že za 20 let po diagnóze se u 30 % až 40% pacientů rozvinulo chronické selhání ledvin [16]. Specifická léčba této choroby není známa a proto je její patogeneze usilovně zkoumána. Posledních 15 let přineslo v tomto ohledu mnoho poznatků. Ukazuje se stále zřetelněji, že odchylná skladba cukerných řetězců pantové oblasti IgA1 zde hraje významnou, ne-li zásadní roli [2,28,37,61]. Protože o patogeneze IgAN bylo již v české literatuře pojednáno [35,36,39], uvádíme jen základní poznatky. Již v roce 1988 bylo zjištěno, že lektin jakalin se méně váže na IgA pacientů s IgAN než na IgA zdravých jedinců [4]. Jelikož se tento lektin specificky váže na disacharid N-acetylgalaktozamin-galaktóza, svědčilo to pro to, že tento disacharid, který se běžně vyskytuje u normálních jedinců, chybí u pacientů s IgAN. Takto neúplně syntetizovaný cukerný řetězec končí monosacharidem N-acetylagalaktozamin (GalNAc) místo galaktózou. Proti GalNAc má každý jedinec přirozeně se vyskytující protilátky. Po jejich vazbě na GalNAc se vytvoří imunitní komplexy [2,13,17,62], které cirkulují v plazmě a z dosud ne zcela jasných důvodů se ukládají v glomerulech. Jelikož IgA (na rozdíl od IgG) neaktivuje komplement klasickou cestou, má onemocnění obvykle povahu pomalu progredujícího zánětu, s mírnou hypercelularitou glomerulu. Proces však postupně vyústí ve sklerózu glomerulu a intersticia, provázené postupným úbytkem funkce. Progrese IgAN do renální insuficience je důsledkem postupně zanikajících nefronů a přetížení reziduálních nefronů s glomerulární hypertenzí a zvýšenou sekrecí cytokinů.

IgAN se také - i když jen ojediněle - vyskytuje současně s řadou jiných chorob (dermatitis herpetiformis, chronická jaterní onemocnění, nespecifické střevní záněty, ankylozující spondylitida) [16,18,44]. Není zatím jasné, zda jde pouze o koincidenci [10] nebo o společné patogenetické mechanizmy. O typizaci cukerných řetězců cirkulujícího IgA ani jeho uloženin v ledvinách nejsou u těchto chorob v literatuře zprávy.

V pitevním nálezu osob, kteří neměli klinicky zřejmou IgAN ani jinou ledvinovou chorobu, byla mezangiální depozita IgA náhodným nálezem u 0,6 až 9 % pitvaných [27,54].

Jiné glomerulonefritidy a IgA depozita

Purpura Henochova-Schoenleinova (HSP) je systémová vaskulitida s postižením ledvin morfologicky nerozlišitelným od IgAN [6]. Dalšími orgány, v nichž se ukládají imunitní komplexy obsahující IgA, jsou kůže, gastrointestinální trakt a klouby. Proto je onemocnění provázeno i klinickými projevy ze strany těchto orgánů. Podstatou HSP je stejný defekt „O-glykozidicky vázaných oligosacharidů“ jako u IgAN. Byl však prokázán jen tehdy, když bylo přítomno postižení ledvin [3]. U pacientů, kteří mají jen mimoledvinové projevy, jsou cukerné řetězce pantové oblasti dostavěny stejně, jako u zdravých jedinců.

Glomerulární uloženiny IgA jsou prakticky konstantním nálezem v biopsii ledviny u pacientů se systémovým lupus erythematodes [40]. Dále se nacházejí u akutní glomerulonefritidy (spolu s IgG a C3) [24] a u membranózně-proliferativní glomerulonefritidy (spolu s C3, IgG a ev. IgM), u níž může být IgA dominujícím imunoglobulinem. Onemocnění je potom považováno za vystupňovanou formu IgAN. Zcela výjimečně je IgA dominantním imunoglobulinovým depozitem ve formě granulárních nebo lineárních depozit podél kapilárních kliček u rychle progredující glomerulonefritidy [52,63].

Závěr

Je s podivem, že v současné imunologické i klinické literatuře není úloha IgA, který je u člověka produkován v daleko největší míře ze všech imunoglobulinů, dostatečně zdůrazněna. Navzdory tomu, že u pacientů s deficiencí IgA je výskyt autoimunitních onemocnění a slizničních nádorů zřetelně zvýšen, je třeba zdůraznit, že dominantní funkcí IgA je potlačení zánětlivých reakcí v mukózních a systémových tkáních. Poruchy normální struktury cukerné složky IgA mohou vést k rozvoji závažných chorob, na což jsme se snažili v této publikaci upozornit.

Tato publikace byla podpořena výzkumným záměrem MZd ČR MSM 0021620819 a granty NIH DK 57750 a DK 61525.

prof. MUDr. Karel Matoušovic, DrSc.

www.fnmotol.cz

e-mail: kmatousovic@hotmail.com

Doručeno do redakce: 2. 12. 2005

Přijato po recenzi: 2. 1. 2006