Abstract
Interleukin-6 se v současnosti těší značnému zájmu jako potenciální terapeutický cíl u systémové sklerózy (SSc). V tomto článku je podán přehled biologie interleukinu-6 a jsou zkoumány důkazy o dysregulaci interleukinu-6 u SSc. Je diskutována úloha klasických a trans signálních drah interleukinu-6 v jevech důležitých pro SSc, jako je chronický zánět, autoimunita, dysfunkce endoteliálních buněk a fibrogeneze. Jsou zhodnoceny existující důkazy o tom, že intervence zaměřené na blokování signalizace interleukinu-6 mají u SSc terapeutický význam.
1. Úvod
Systémová skleróza (SSc) je onemocnění pojivové tkáně charakterizované fibrózou, vaskulopatií a imunologickými abnormalitami. V posledních letech se ukázalo, že zánět hraje klíčovou roli při zprostředkování patofyziologického procesu, který je základem SSc, a to zejména na počátku onemocnění. Aktivace a dysfunkce endotelových buněk jsou v patogenezi onemocnění klíčové, mohou být vyvolány prozánětlivým prostředím a mohou vést ke vzniku profibrotického fenotypu.
Interleukin-6 (IL-6) je pleiotropní cytokin. Kromě své úlohy v reakci akutní fáze má IL-6 rozmanité role v řízení chronického zánětu, autoimunity, dysfunkce endoteliálních buněk a fibrogeneze. Proto se v současné době těší velkému zájmu revmatologické komunity jako potenciální terapeutický prostředek u SSc, onemocnění, které v současné době postrádá léčbu zaměřenou na základní patogenezi.
Nejnovější důkazy naznačují, že IL-6 může hrát důležitou roli v dysfunkci endoteliálních buněk a fibrogenezi u tohoto onemocnění, a v současné době se připravují klinické studie, jejichž cílem je dále zkoumat, zda tocilizumab, monoklonální protilátka namířená proti receptoru IL-6, může být terapeutickým přínosem pro pacienty se SSc.
2. Biologie interleukinu-6
Biologie interleukinu-6 je složitá. Jen málo buněk exprimuje receptor pro interleukin-6 (IL-6R, gp80). Tento receptor je u lidí exprimován na hepatocytech, monocytech, B-buňkách a neutrofilech. Nachází se také na podskupině T buněk, ale existují důkazy, že T buňky reagují na IL-6 převážně prostřednictvím procesu známého jako trans signalizace .
Endoteliální buňky a fibroblasty neexprimují IL-6R a předpokládá se, že také reagují na IL-6 prostřednictvím trans signalizace . sIL-6R existují v séru a vážou se na IL-6 a vytvářejí komplex IL-6/sIL-6R. Rozpustný IL-6R (sIL-6R) vzniká dvěma oddělenými mechanismy, jednak proteolytickým štěpením z povrchu neutrofilů a jednak sekrecí alternativně sestřihané verze z neutrofilů a monocytů .
Ačkoli regulace proteolytického štěpení sIL-6R není zcela objasněna, je známo, že je stimulován C-reaktivním proteinem (CRP). Štěpení z povrchu neutrofilů, ale ne monocytů, je také stimulováno chemoatraktanty (interleukin-8 (IL8), C5a, leukotrien B4 (LTB4) a destičky aktivující faktor (PAF)) . K proteolytickému štěpení může docházet prostřednictvím enzymu podobného TNFα, konvertujícímu enzymu, i když to nepředstavuje veškeré proteolytické štěpení .
My a další prokázali, že v séru SSc je zvýšená koncentrace chemoatraktantu IL-8 pro neutrofily , který může stimulovat uvolňování sIL-6R z neutrofilů. Kromě toho se v literatuře objevují zprávy, že v bronchoalveolární lavážní tekutině pacientů s plicním onemocněním SSc jsou zvýšené hladiny LTB4 , které mohou rovněž přispívat k tvorbě sIL-6R.
Komplex IL6/sIL6R se může vázat na receptor gp130, který je všudypřítomně exprimován na buňkách včetně endoteliálních buněk a fibroblastů, a aktivovat signální dráhu přenašečů signálu a aktivátorů transkripčního proteinu 3 (STAT3) . Aktivace endotelových buněk prostřednictvím trans signalizace vede ke zvýšení exprese adhezních molekul (mezibuněčná adhezní molekula-1 (ICAM-1), vaskulární buněčná adhezní molekula-1 (VCAM-1)), uvolňování chemokinů (IL-8 a monocytární chemotaktický protein-1 (MCP-1)) a uvolňování IL-6 (obrázek 1).
Interleukin-6 trans signalizace. Receptory IL-6 jsou exprimovány na leukocytech včetně neutrofilů, ale nejsou exprimovány na tkáňových rezidentních buňkách, například na endoteliálních buňkách. Endotelové buňky mohou reagovat na IL-6 prostřednictvím receptoru gp130 pouze tehdy, je-li IL-6 vázán na rozpustný receptor IL-6 (sIL-6R). sIL-6R vznikají sekrecí alternativně sestřihané verze receptoru nebo proteolytickým odštěpením z povrchu neutrofilů. Existuje také pool rozpustného gp130 (sgp130), který může vázat komplexy IL-6/sIL6R a zabránit jejich vazbě na buněčný gp130. Lokální koncentrace IL-6, sIL-6R a sgp130 tedy regulují signalizaci IL-6.
3. Interleukin-6 u systémové sklerózy
IL-6 je cytokin s několika potenciálně důležitými rolemi v patogenezi SSc. Je zvýšený v séru pacientů se systémovou sklerózou, zejména u pacientů s difuzním kožním postižením a v časné fázi onemocnění . Imunocytochemické studie rovněž prokázaly, že IL-6 může být zvýšen v lézní tkáni v pozdější fázi onemocnění, kdy se ostatní prozánětlivé cytokiny rozptýlí.
Několik dalších pozorování dále podporuje roli tohoto interleukinu u SSc. Fibroblasty izolované a kultivované z lézní kůže pacientů se SSc konstitutivně produkují vyšší hladiny IL-6 než nelezní nebo zdravé dárcovské fibroblasty . To ukazuje na důležitost zohlednění lokálních koncentrací cytokinů u onemocnění. Sérové koncentrace nemusí nutně odrážet lokální hladiny příslušného cytokinu v místě léze. Proto má zvláštní význam použití modelů in vitro ke zkoumání lokálních interakcí mezi fibroblasty, endoteliálními buňkami a imunitními buňkami za přítomnosti lokálně zvýšených hladin cytokinů. Bylo také prokázáno, že stimulované i nestimulované fibroblasty z lézní kůže produkují zvýšené hladiny IL-8, který se může podílet na lokálním uvolňování sIL-6R z neutrofilů .
Předchozí výzkum ukázal, že mononukleární buňky periferní krve pacientů se SSc při kultivaci in vitro produkují v kultivačním supernatantu vyšší hladiny IL-6 a sIL-6R než kontrolní mononukleární buňky periferní krve, ačkoli hladiny sgp130 byly ekvivalentní . Kromě toho byly hladiny IL-6R zvýšeny v séru pacientů s omezenou kožní SSc (lcSSc) ve srovnání s kontrolami .
Transkripce IL-6 je pod kontrolou hypoxického prvku odpovědi prostřednictvím hypoxií indukovaného faktoru-1-α (HIF-1-α). Měření odebraná z kůže pacientů s lézí prokázala trvalý pokles napětí kyslíku , až na ekvivalent 3 % O2, který je dostatečný k indukci signalizace HIF-1α .
Kromě toho je důležité poznamenat, že hemodynamický tok může potlačit signalizaci indukovanou IL-6 v endoteliálních buňkách . Jelikož je tento průtok u SSc dysregulován, může to hrát důležitou roli při modulaci účinků IL-6 na endoteliální buňky u tohoto onemocnění.
4. Účinky interleukinu-6 na B buňky
IL-6 má také zásadní vliv na B buňky, podporuje diferenciaci plazmatických buněk a produkci protilátek. To může vysvětlovat polyklonální expanzi B-buněk a hypergamaglobulinémii, která je u SSc často pozorována .
Deplece B-buněk pomocí rituximabu (monoklonální protilátka namířená proti CD20) u 9 pacientů s progresivním kožním onemocněním SSc, refrakterním na léčbu cyklofosfamidem, vedla po 3 měsících ke klinickému zlepšení kožního skóre, které přetrvávalo až 36 měsíců. Souběžně s tím došlo k poklesu sérové koncentrace IL-6 .
5. Interleukin-6 a vliv na zánět
IL-6 se podílí na vzniku a šíření chronického zánětu. Zpočátku při akutním zánětu podporují prozánětlivé cytokiny akumulaci neutrofilů a uvolňování IL-6. Neutrofily pak uvolňují své IL-6R v reakci na chemokiny, jako je IL-8. To podporuje diferenciální regulaci produkce chemokinů endoteliálními buňkami, podporuje produkci MCP-1 a snižuje produkci IL-8, a proto podporuje akumulaci monocytů. Trans signalizace IL-6 také zvyšuje expresi endoteliálních adhezních molekul leukocytů (VCAM-1, ICAM-1), což dále podporuje akumulaci leukocytů . Kromě toho může IL-6 hrát roli při podpoře apoptózy neutrofilů, a tedy při řešení akutního (nespecifického) zánětu . Jiní však uvádějí antiapoptotický účinek IL-6 na neutrofily , zatímco Biffl et al. prokázali, že tento účinek závisí na koncentraci neutrofilů . V naší laboratoři jsme nebyli schopni reprodukovat žádný specifický účinek IL-6 na apoptózu neutrofilů při koncentracích IL-6 od 0,1 do 100 ng/ml (osobní sdělení Helen Wright).
Naopak IL-6 údajně zachraňuje T-buňky před apoptózou, což podporuje chronický zánětlivý buněčný infiltrát . Trans signalizace IL-6 také podporuje uvolňování IL-6 z fibroblastů a endoteliálních buněk v systému pozitivní autokrinní zpětné vazby. Lze proto předpokládat, že IL-6 může hrát roli při šíření chronického zánětu, jaký se vyskytuje například u SSc. To je v souladu s imunocytochemickými experimenty, které ukazují, že IL-8 a IL-6 jsou nadměrně exprimovány v lézích kůže pacientů se SSc, i když v různých vzorcích: nadměrná exprese IL-8 je spojena s časným onemocněním (<1 rok), zatímco nadměrná exprese IL-6 je spojena s pozdějším onemocněním .
IL-6 byl rovněž zapojen do autoimunity. Důkazy od pacientů s Crohnovou chorobou naznačují, že autoreaktivní T-lymfocyty jsou odolné vůči apoptóze v důsledku ochrany trans signalizací IL-6 prostřednictvím signální dráhy STAT3 . IL-6 inhibuje Na2+/K+ ATPázu, která reguluje internalizaci antigenu a prezentaci antigenu dendritickými buňkami T buňkám, což může podporovat prezentaci autoantigenů . A konečně, podle Matzingerovy „teorie nebezpečí“ naivní T buňky umírají, pokud dostanou signál ze správné prezentace antigenu, který není následován ligací CD40 . Existují důkazy, že komplex IL-6/sIL-6R může tento druhý signál nevhodně nahradit, a vést tak k přetrvávání autoreaktivních T buněk . Kromě toho se autoimunitní jevy zvyšují s věkem v souladu s věkem souvisejícím nárůstem vylučování sIL-6R . Lissilaa et al. zkoumali roli IL-6 v modelech autoimunitní zánětlivé artritidy indukované kolagenem (CIA) a antigenem indukované artritidy (AIA). Pomocí protilátek, které specificky blokovaly klasickou signální dráhu IL-6 a trans signální dráhu, zjistili, že klasická dráha IL-6 je nezbytná a dostatečná pro rozvoj patogenních Th17 T buněk, které se podílejí na autoimunitě, a pro tvorbu antitypové odpovědi IgG kolagenu II, která je spojena s projevy onemocnění v modelu CIA. Na modelu AIA také prokázali, že trans signalizace IL-6 je zodpovědná za řízení lokálních zánětlivých reakcí . SSc je onemocnění spojené s autoimunitními jevy. U SSc se vyskytuje mnoho různých autoprotilátek (viz tabulka 1) a profil autoprotilátek v mnoha případech koreluje s klinickými projevy. Neexistují však přesvědčivé důkazy o přímé roli autoprotilátek v patogenezi, i když někteří badatelé uvádějí, že protilátky proti endotelovým buňkám, které se vyskytují u části pacientů, jsou spojeny s aktivací endotelových buněk .
|
||||||||||||||||||||
6. Interleukin-6 a vliv na fibrogenezi
Fibroblasty pacientů se SSc jsou fenotypově jedinečné. Při izolaci a kultivaci in vitro nadále produkují nadbytek kolagenu . IL-6 je profibrogenní cytokin. Bylo prokázáno, že buď zvyšuje, nebo snižuje proliferaci fibroblastů, zvyšuje syntézu fibroblastového kolagenu, glykosaminoglykanu a tkáňového inhibitoru metaloproteinázy-1 (TIMP-1) a zvyšuje produkci MCP-1 a IL-6 . IL-6 reguluje expresi vaskulárního endoteliálního růstového faktoru (VEGF), důležitého mediátoru angiogeneze a fibrózy, který je u pacientů se SSc zvýšený .
Jedna série případů ukázala, že použití tocilizumabu, který blokuje trans signalizaci IL-6, u 2 pacientů s difuzní kožní SSc (dcSSc), z nichž jeden měl postižení ledvin a druhý plicní fibrózu, vedlo ke snížení ztluštění kůže měřeného Rodnanovým kožním skóre a Vesmetrem (který měří viskoelasticitu nebo tvrdost kůže). Kromě toho kožní biopsie odebrané před léčbou tocilizumabem a po ní ukázaly snížení kolagenu .
7. Interleukin-6 a vliv na aktivaci endoteliálních buněk
Předpokládá se, že aktivace endotelu má ústřední význam pro patogenezi SSc. Existují také důkazy o zvýšené apoptóze endoteliálních buněk, i když pro to chybí potvrzující důkazy in vivo . Kuřecí linie 200 Kalifornské univerzity v Davisu, zvířecí model SSc, vykazuje důkazy o časné apoptóze endoteliálních buněk, která předchází infiltraci zánětlivých buněk a rozvoji fibrózy .
Sérové markery aktivace endoteliálních buněk, například von Willebrandův faktor (vWF), sICAM-1 a sE-selektin, jsou v séru pacientů se SSc zvýšené a zdá se, že korelují s aktivitou onemocnění .
Předchozí studie prokázaly roli IL-6 při aktivaci endoteliálních buněk. Aktivace endotelových buněk prostřednictvím trans signalizace vede ke zvýšení exprese adhezních molekul (ICAM-1, VCAM-1), uvolňování chemokinů (IL-8 a MCP) a uvolňování IL-6 .
Nedávno jsme prokázali, že sérum SSc je v přítomnosti neutrofilů schopno zvýšit aktivaci endotelových buněk a apoptózu v závislosti na IL-6 . Předpokládá se, že za těchto okolností působí neutrofily jako donory IL-6R. V našich studiích vedlo obohacení poolovaného kontrolního séra o IL-6 ke zvýšení apoptózy endoteliálních buněk a exprese E-selektinu v přítomnosti neutrofilů, což napodobuje účinky séra SSc. Inaktivace komplementu nezrušila účinky séra SSc, ani přidání katalázy k odstranění reaktivních forem kyslíku. Inhibitor serinových proteáz AEBSF částečně blokoval účinky séra SSc na apoptózu endoteliálních buněk, ale významně neovlivnil aktivaci endoteliálních buněk sérem SSc . Strategie k odstranění nebo zablokování účinků IL6 v séru SSc včetně imunodeplece IL6 a přidání protilátky blokující IL6 zvrátily účinky séra SSc na aktivaci a apoptózu endoteliálních buněk . Nejvýznamnější však bylo, že sgp130, který specificky blokuje trans signalizaci IL6, zrušil účinky séra SSc .
8. Závěr
Blokáda IL-6 a specificky blokáda trans signalizace IL-6 může mít své opodstatnění při léčbě SSc, onemocnění, které dosud postrádá možnosti léčby přímo zaměřené na patogenetický mechanismus. Trans signalizace IL-6 je specificky zapojena do řízení lokálního zánětu a vyvolávání endoteliálních a fibroblastových reakcí, a proto může být cílení na tuto signální dráhu IL-6 u SSc nejvýhodnější. SSc má však také důležité a pravděpodobně patogenní autoimunitní jevy a cílení na klasickou signální dráhu IL-6 může být nezbytné k ovlivnění tohoto důležitého aspektu onemocnění. V současné době dostupný lék tocilizumab cílí jak na klasickou, tak na trans signální dráhu. Ve vývoji jsou další látky, které specificky blokují trans signalizaci, a mohou být užitečné na myších modelech SSc k určení, která signální dráha je pro toto onemocnění nejdůležitější.
IL-6 je zvýšena v séru pacientů se SSc, zejména u časné dcSSc. Kromě toho se nachází také v imunohistochemických vzorcích u časného i pozdního onemocnění a u dcSSc i lcSSc. Fibroblasty a monocyty izolované od pacientů se SSc autonomně produkují IL-6 in vitro.
Předběžné nerandomizované kontrolované studie malého rozsahu poukazují na důležitou roli IL6 u SSc. Deplece B-buněk vede ke snížení sérových hladin IL-6, což se odráží v současném snížení kožního skóre. Ještě důležitější je, že blokování trans signalizace IL-6 pomocí tocilizumabu vedlo ke zlepšení kožního skóre u 2 pacientů s difuzním onemocněním. Tyto údaje pevně stanovují IL-6 jako atraktivní kandidátský terapeutický cíl, zejména pokud jde o prevenci fibrózy.
Nové a vzrušující údaje však navíc naznačují, že IL-6 hraje roli v endoteliálních a zánětlivých projevech tohoto onemocnění, což z něj může učinit potenciální cíl u mnohem širšího okruhu pacientů se SSc s aktivním cévním nebo zánětlivým (např. kloubním) onemocněním, ale relativně malou fibrózou. Na řešení těchto důležitých otázek se připravují studie; na jejich výsledky se netrpělivě čeká.
.
