Ucpávání (zveřejňování) k prevenci ucpávání hlenu

O existenci hlenu v dýchacích cestách se ví již dlouho, ale teprve relativně nedávno bylo všeobecně uznáno, že hypersekrece hlenu hraje významnou roli v patogenezi chronických obstrukčních plicních onemocnění, včetně astmatu, chronické obstrukční plicní nemoci a cystické fibrózy. Hlen dýchacích cest je složitá směs tekutin a bílkovin. Důležitými složkami jsou gelotvorné muciny, což jsou vysokomolekulární glykoproteiny, jejichž neobvyklé viskoelastické vlastnosti umožňují interakci gelu s řasinkami epitelu, a tím podporují odstraňování usazených cizorodých látek. Podrobný přehled mucinů dýchacích cest je uveden na jiném místě 1. Vzhledem ke svému klinickému významu a omezené účinnosti současných léčebných postupů 2, 3 je hypersekrece hlenu lákavým cílem pro nové léčebné postupy.

Jak se vyvinul hlen jako důležitý zdroj obrany hostitele v dýchacích cestách a jaké jsou role sekrece hlenu u chronických obstrukčních onemocnění dýchacích cest? Při migraci ryb z vody na souš nahradily plíce při výměně dýchacích plynů žábry. Umístění plic v těsné blízkosti srdce, hluboko v hrudní dutině, zvýšilo potřebu vzduchové trubice pro dopravu vdechovaného vzduchu do plic. Vdechovaný vzduch však obsahuje také mikroby a další dráždivé látky, které se usazují na povrchu epitelu dýchacích cest, způsobují zánět a napadají hostitele. V reakci na to si hostitel vyvinul obranná opatření, která invazivní organismy obvykle ničí a odstraňují. Mezi obrannými reakcemi hostitele na vdechnuté vetřelce hrají obvykle hlavní ochrannou roli vylučované muciny dýchacích cest. Nabrané muciny zachycují vetřelce, kteří jsou následně odstraněni kašlem a mukociliárním clearance 4. U zdravých jedinců je mucinů v dýchacích cestách málo, ale jsou dostatečné k tomu, aby účinně a s minimálními příznaky zachytily a odstranily vetřelce. U chronických zánětlivých onemocnění dýchacích cest, jako je astma, však dochází k přehnané produkci mucinů, což vede k příznakům a obstrukci dýchacích cest. V hlavních dýchacích cestách vede hypersekrece ke kašli a produkci sputa. V malých periferních dýchacích cestách může hypersekrece hlenu vzhledem k jejich geometrii vést k ucpání lumen dýchacích cest. U fatálního astmatu je hypersekrece hlenu nápadná a předpokládá se, že hraje hlavní roli jako příčina smrti 5-8.

Různí badatelé zdůrazňují význam obstrukce malých dýchacích cest (ucpávání hlenem). Je třeba poznamenat, že vzhledem k lokalizaci ucpaných lumenů v malých dýchacích cestách bylo klinické rozpoznání hlenových zátek problematické a obstrukce periferních dýchacích cest zůstala relativně tichou zónou plic, která není snadno identifikovatelná fyziologicky, radiologickým vyšetřením nebo bronchoskopickým vyšetřením. Diagnostika zátek dýchacích cest zůstává pro vyšetřovatele výzvou!“

V poslední době začala být hypersekrece hlenu uznávána jako hlavní klinický problém u chronických onemocnění dýchacích cest a zintenzivnilo se studium mucinů. Nejprve byly klonovány mucinové geny, což poskytlo nástroje pro další výzkum mucinů. Protože se na povrchu epitelu usazují invazivní organismy, alergeny, cigaretový kouř a další dráždivé částice, hledali badatelé signalizační mechanismy, které by hostiteli umožnily invazivní organismy zachytit.

Pokud se na povrchu epitelu dýchacích cest usadí invazivní organismus, bylo prokázáno, že dochází ke kaskádě dějů, která vrcholí aktivací receptoru na povrchu epitelu, receptoru pro epidermální růstový faktor (EGFR), a vede k produkci mucinu9. Následně bylo zjištěno, že široká škála podnětů způsobuje produkci mucinu a další obranné reakce prostřednictvím aktivace EGFR 10. V původní studii, která uváděla, že aktivace EGFR ligandem EGFR má za následek produkci mucinu, bylo rovněž uvedeno, že produkce mucinu vyvolaná ovalbuminem u potkanů byla inhibována selektivním inhibitorem tyrozinkinázy EGFR, což implikuje kaskádu EGFR v produkci mucinu vyvolané alergenem 9. V původní studii bylo uvedeno, že aktivace EGFR ligandem EGFR má za následek produkci mucinu u potkanů. Následné studie popsaly řadu signálů zapojených do povrchové kaskády epitelu, které vyvolávají aktivaci EGFR a různé výstupy (např. interleukin-8 a antibakteriální peptidy) různými podněty (např. Pseudomonas aeruginosa, viry, lipopolysacharid, cigaretový kouř, alergeny, neutrofilní elastáza a oxidanty)10 . Signální dráha zahrnuje aktivaci povrchového receptoru (např. receptoru podobného Toll (TLR)), aktivaci proteinkinázy C, tvorbu reaktivních forem kyslíku, aktivaci povrchové matrixové metaloproteázy (MMP), často tumor nekrotizujícího faktoru-α konvertujícího enzymu (TACE), který štěpí membránově vázané ligandy EGFR, které se vážou na EGFR a aktivují jej, což vede k tvorbě různých proteinů a glykoproteinů 1 .

V roce 2009 Zhu a spol.11 uvedli, že hlavní a vedlejší skupina rhinoviru (RV) indukuje produkci mucinu, která zahrnuje novou cestu závislou na TLR3-EGFR. Jejich studie zapojily TLR3 do signalizační kaskády a tito autoři předpokládali, že protivirový obranný mechanismus TLR a proliferace/oprava fosfatidylinositol-3′-kinázy cestou EGFR mohou hrát důležitou roli při exacerbaci onemocnění dýchacích cest vyvolané virem. Tento článek nenaznačil mechanismus zvláštních (přehnaných) účinků u astmatu. V další zajímavé studii Bartletta a spol. 12 bylo alergické onemocnění dýchacích cest vyvolané ovalbuminem zesíleno infekcí RV-1B, ale mechanismus zesílení nebyl popsán.

V tomto čísle časopisu European Respiratory Journal studovali Hewson a spol. 13 indukci mucinu 5 subtypů A a C (MUC5AC) vyvolanou RV, původně u astmatických dobrovolníků, a uvedli, že experimentální infekce RV-16 vedla k indukci MUC5AC úměrně virové náloži. Poté infikovali buněčnou linii karcinomu plic (NCI-H292) RV-16 a prokázali, že infekce RV způsobila významnou indukci mucinu. MUC5AC mRNA se zvyšovala v závislosti na dávce mezi 8 a 48 hodinami po infekci (vrchol 24 hodin). RV indukovaná exprese mucinu byla inhibována selektivním inhibitorem EGFR a potlačena inhibitorem aktivace mitogenem aktivované proteinkinázy (MEK). Inhibitor MEK blokoval mucinovou odpověď 3-24 h po infekci. Uvedli, že infekce RV indukovala fosforylaci MEK po 3-24 h (obr. 4c) a inhibitor vazby Sp1 vedl k inhibici exprese mucinu (obr. 4d). Inhibitor inhibitoru kinázy nukleárního faktoru-κB podjednotky β (obr. 5b) inhiboval expresi mucinu.

Poté zkoumali, zda infekce RV indukuje uvolňování transformujícího růstového faktoru-α (TGF-α) a zda je závislé na nukleárním faktoru-κB (NF-κB). RV-16 indukoval uvolňování TGF-α a byl významně blokován inhibicí NF-κB (obr. 6b). Autoři dospěli k závěru, že signální dráha indukce NF-κB RV aktivovala MMP a následnou dráhu EGFR-MEK/extracelulárním signálem regulované kinázy vedoucí k syntéze a sekreci MUC5AC. Nejnovějším a nejpodnětnějším aspektem této práce je navrhovaný popis signální dráhy indukované virem vedoucí k produkci mucinu.

Všeobecně se v předchozích studiích uvádělo, že více podnětů způsobuje aktivaci sekvence povrchových signálních molekul a vede k aktivaci EGFR, včetně signalizace receptorem relevantním pro daný podnět (často TLR), následuje uvolnění reaktivních forem kyslíku, aktivace MMP, často TACE, což vede ke štěpení proligandu EGFR, který se pak váže na EGFR a aktivuje jej. Tato sekvence vede přes řadu navazujících molekul (např. Ras, Raf a mitogenem aktivovanou proteinkinázu) a přes promotor ke stimulaci produkce nového proteinu (např. mucinů). V tomto článku Hewsona a spol.13 autoři předpokládají, že podnět (RV) vstupuje do buňky a přímo aktivuje NF-κB, která pak stimuluje MMP, a tím vyvolá pokračující kaskádu, včetně štěpení proligandu, uvolnění rozpustného ligandu EGFR a aktivace EGFR. To je nová koncepce, která by změnila pořadí a načasování signalizační kaskády (obr. 8 z 13). Pro ověření této dráhy jsou rozhodující otázky načasování. Například kdy dochází k fosforylaci EGFR? Na obrázku 3b RV-16 aktivuje EGFR v 8-12 h. V předchozích publikacích badatelé zjistili reakce EGFR během několika minut zbývajících do ∼0,5-1 h 10 . V publikaci Hewson et al. 13 není fosforylace EGFR zobrazena před 4 h. Dochází k dřívější fosforylaci EGFR? Je zajímavé, že mRNA mucinu je uváděna po 8 h, možná dříve, než je uváděna fosforylace EGFR. V budoucích studiích je tedy otázka načasování a analýza signalizace na základě času zásadní pro určení fungování této signální dráhy. Kromě toho mechanismy rozpoznávání RV na povrchu epitelu, vstup RV dovnitř epitelové buňky a jeho vztah k aktivaci EGFR vyžadují další studie.

Buňky přežívají díky modulaci svých aktivit v čase. V tomto ohledu se badatelé snaží vyvinout systémovou biologii pro předvídání složitých dějů. Analýza systémové biologie však ukazuje, že zabudování času do systémů je velmi obtížné! Zde navrhujeme, že pečlivá disekce signálních drah v čase může být i nadále užitečná při objevování biologických mechanismů.

V současné době se uznává klinický význam hypersekrece hlenu při onemocnění dýchacích cest a badatelé zintenzivnili studium základních mechanismů, včetně produkce mucinu a mechanismů, které jsou základem hypersekrece hlenu. Klinický význam periferních hlenových zátek a obtížnost diagnostiky těchto lézí vyžadují nové přístupy k diagnostice i terapii. Je třeba určit mechanismy, které způsobují, že virové infekce vyvolávají exacerbace astmatu, a jak lze těmto exacerbacím předcházet nebo je účinně léčit. Vzhledem k tomu, že buňky nemalé plicní rakoviny, které byly použity ve studii Hewsona a spol. 13, mohou vykazovat podstatně odlišné signální mechanismy než buňky astmatiků, může použití primární kultury epiteliálních buněk získaných od astmatiků přinést nové poznatky. Jedná se o naléhavé otázky, které naléhavě vyžadují další zkoumání. Současné důsledky zhoršeného zdravotního stavu a závažné finanční dopady virových infekcí u astmatiků v současné době ukládají vysokou prioritu budoucího výzkumu při objasňování mechanismů podílejících se na hypersekreci sliznic.

Zde je poslední poznámka pro plicní badatele. Plicní specializace se začala rozvíjet pozdě. Avšak vzhledem k významu plic a dýchacích cest při zánětlivých, imunitních a nádorových onemocněních, jejich umístění v těsné blízkosti atmosféry a snadné dostupnosti se předpokládá, že růst plicního výzkumu se bude nadále zrychlovat! Zapojujeme se do něj!“

• ©ERS 2010