Abstract
Interleukin-6 is currently attracting significant interest as a potential therapeutic target in systemic sclerosis (SSc). W niniejszej pracy dokonano przeglądu biologii interleukiny-6 i przeanalizowano dowody na dysregulację interleukiny-6 w SSc. Omówiono rolę klasycznych i trans szlaków sygnałowych interleukiny-6 w istotnych dla SSc zjawiskach, takich jak przewlekły stan zapalny, autoimmunizacja, dysfunkcja komórek śródbłonka i fibrogeneza. Oceniono istniejące dowody na to, że interwencje mające na celu blokowanie sygnalizacji interleukiny-6 mają znaczenie terapeutyczne w SSc.
1. Wprowadzenie
Stwardnienie układowe (SSc) jest chorobą tkanki łącznej charakteryzującą się włóknieniem, waskulopatią i nieprawidłowościami immunologicznymi. W ostatnich latach stało się jasne, że zapalenie odgrywa kluczową rolę w mediowaniu procesu patofizjologicznego leżącego u podstaw SSc, szczególnie we wczesnym okresie choroby. Aktywacja i dysfunkcja komórek śródbłonka są kluczowe w patogenezie choroby, mogą być napędzane przez środowisko prozapalne i mogą prowadzić do wytworzenia fenotypu profibrotycznego.
2. Biologia interleukiny-6
Biologia interleukiny-6 jest złożona. Niewiele komórek wykazuje ekspresję receptora interleukiny-6 (IL-6R, gp80). Receptor ten jest wyrażany na hepatocytach, monocytach, komórkach B i neutrofilach u ludzi. Występuje również na podzbiorze limfocytów T, ale istnieją dowody na to, że limfocyty T reagują na IL-6 głównie poprzez proces znany jako sygnalizacja trans. Komórki śródbłonka i fibroblasty nie wykazują ekspresji IL-6R i uważa się, że również reagują na IL-6 poprzez sygnalizację trans. sIL-6R występują w surowicy i wiążą się z IL-6 tworząc kompleks IL-6/sIL-6R. Rozpuszczalna IL-6R (sIL-6R) jest wytwarzana przez dwa oddzielne mechanizmy, po pierwsze przez proteolityczne rozszczepienie z powierzchni neutrofilów, a po drugie przez wydzielanie z neutrofilów i monocytów alternatywnie spliced wersji .
Chociaż regulacja proteolitycznego rozszczepienia sIL-6R nie została w pełni wyjaśniona, wiadomo, że jest stymulowana przez białko C-reaktywne (CRP). Rozszczepienie z powierzchni neutrofilów, ale nie monocytów, jest również stymulowane przez chemoatraktanty (interleukina-8 (IL8), C5a, leukotrien B4 (LTB4) i czynnik aktywujący płytki krwi (PAF)). Rozszczepienie proteolityczne może nastąpić przez TNFα, enzym konwertujący podobny do enzymu, chociaż nie odpowiada to za wszystkie rozszczepienia proteolityczne .
My i inni wykazaliśmy, że istnieje zwiększone stężenie chemoatraktanta neutrofilów IL-8 w surowicy SSc , co może stymulować uwalnianie sIL-6R z neutrofilów. Ponadto w literaturze istnieją doniesienia o podwyższonym stężeniu LTB4 w płynie z płukania oskrzelowo-pęcherzykowego u pacjentów z chorobą płuc w przebiegu SSc, co może również przyczyniać się do wytwarzania sIL-6R.
Kompleks IL6/sIL6R może wiązać się z receptorem gp130, który ulega wszechobecnej ekspresji na komórkach, w tym komórkach śródbłonka i fibroblastach, w celu aktywacji szlaku sygnałowego transduktorów i aktywatorów białka transkrypcyjnego 3 (STAT3). Aktywacja komórek śródbłonka poprzez sygnalizację trans powoduje wzrost ekspresji cząsteczek adhezyjnych (międzykomórkowa cząsteczka adhezyjna-1 (ICAM-1), cząsteczka adhezyjna komórek naczyniowych-1 (VCAM-1)), uwalnianie chemokin (IL-8 i białko chemotaktyczne monocytów-1 (MCP-1)) oraz uwalnianie IL-6 (Figura 1).
3. Interleukina-6 w twardzinie układowej
IL-6 jest cytokiną o kilku potencjalnie ważnych rolach w patogenezie SSc. Jest ona podwyższona w surowicy pacjentów z twardziną układową, szczególnie tych z rozsianym zajęciem skóry i we wczesnym okresie choroby. Badania immunocytochemiczne wykazały również, że IL-6 może być podwyższona w tkance zmienionej chorobowo w późniejszym okresie choroby, kiedy inne cytokiny prozapalne uległy rozproszeniu.
Kilka innych obserwacji dodatkowo potwierdza rolę tej interleukiny w SSc. Fibroblasty izolowane i hodowane ze zmienionej chorobowo skóry pacjentów z SSc konstytutywnie wytwarzają wyższe poziomy IL-6 niż fibroblasty bez zmian chorobowych lub zdrowych dawców. Pokazuje to, jak ważne jest uwzględnienie lokalnych stężeń cytokin w chorobie. Stężenie cytokin w surowicy nie musi odzwierciedlać lokalnego stężenia danej cytokiny w miejscu zmiany. Dlatego też szczególne znaczenie ma wykorzystanie modeli in vitro do badania lokalnych interakcji między fibroblastami, komórkami śródbłonka i komórkami układu odpornościowego w obecności lokalnie podwyższonych stężeń cytokin. Wykazano również, że stymulowane i niestymulowane fibroblasty ze skóry zmienionej chorobowo wytwarzają zwiększone poziomy IL-8, co może być związane z lokalnym uwalnianiem sIL-6R z neutrofili .
Poprzednie badania wykazały, że komórki jednojądrowe krwi obwodowej od pacjentów z SSc, hodowane in vitro, wytwarzają wyższe poziomy IL-6 i sIL-6R w supernatantach hodowli niż kontrolne komórki jednojądrowe krwi obwodowej, chociaż poziomy sgp130 były równoważne . Ponadto poziomy IL-6R były zwiększone w surowicy pacjentów z ograniczoną skórną SSc (lcSSc) w porównaniu z kontrolami .
Transkrypcja IL-6 jest pod kontrolą elementu odpowiedzi hipoksyjnej poprzez czynnik indukujący hipoksję-1-α (HIF-1-α). Pomiary pobrane z uszkodzonej skóry pacjentów wykazały stały spadek napięcia tlenu, w dół odpowiednika 3% O2, wystarczający do wywołania sygnalizacji HIF-1-α .
W dodatku, ważne jest, aby zauważyć, że przepływ hemodynamiczny może tłumić sygnalizację indukowaną przez IL-6 w komórkach śródbłonka. Ponieważ taki przepływ jest dysregulowany w SSc, może to odgrywać ważną rolę w modulowaniu wpływu IL-6 na komórki śródbłonka w tej chorobie.
4. Wpływ interleukiny-6 na komórki B
IL-6 ma również głęboki wpływ na komórki B, promując różnicowanie komórek plazmatycznych i produkcję przeciwciał. Może to tłumaczyć poliklonalną ekspansję komórek B i hipergammaglobulinemię, która jest często obserwowana w SSc.
Deplecja komórek B przy użyciu rytuksymabu (przeciwciało monoklonalne skierowane przeciwko CD20) u 9 pacjentów z postępującą chorobą skóry SSc, oporną na leczenie cyklofosfamidem, spowodowała kliniczną poprawę w ocenie skóry po 3 miesiącach, która utrzymywała się do 36 miesięcy. Towarzyszyło temu zmniejszenie stężenia IL-6 w surowicy .
5. Interleukin-6 and Effects on Inflammation
IL-6 została włączona w generowanie i rozprzestrzenianie się przewlekłego stanu zapalnego. Początkowo w ostrym zapaleniu, cytokiny prozapalne promują akumulację neutrofilów i uwalnianie IL-6. Neutrofile następnie wyrzucają swoje IL-6R w odpowiedzi na chemokiny, takie jak IL-8. Sprzyja to różnicowej regulacji produkcji chemokin przez komórki śródbłonka, promując produkcję MCP-1 i zmniejszając produkcję IL-8, sprzyjając w ten sposób akumulacji monocytów. Sygnalizacja trans IL-6 zwiększa również ekspresję śródbłonkowych cząsteczek adhezyjnych leukocytów (VCAM-1, ICAM-1), co dodatkowo sprzyja akumulacji leukocytów. Ponadto IL-6 może odgrywać rolę w promowaniu apoptozy neutrofilów, a tym samym w ustępowaniu ostrego (nieswoistego) zapalenia. Inni jednak zgłosili antyapoptotyczny efekt IL-6 na neutrofilach, podczas gdy Biffl i wsp. wykazali, że efekt ten zależy od stężenia neutrofilów. Nie byliśmy w stanie odtworzyć żadnego specyficznego dla IL-6 wpływu na apoptozę neutrofili w naszym laboratorium przy stężeniach IL-6 od 0,1 do 100 ng/mL (komunikacja osobista Helen Wright).
Odwrotnie, IL-6 podobno ratuje komórki T przed apoptozą, co promuje przewlekły naciek komórek zapalnych. IL-6 trans sygnalizacja również promuje uwalnianie IL-6 z fibroblastów i komórek śródbłonka w pozytywnym autokrynnym systemie sprzężenia zwrotnego. Można zatem przypuszczać, że IL-6 może odgrywać rolę w szerzeniu przewlekłego stanu zapalnego, takiego jak ten obserwowany w SSc. Jest to zgodne z eksperymentami immunocytochemicznymi, które pokazują, że IL-8 i IL-6 ulegają nadekspresji w zmienionej chorobowo skórze pacjentów z SSc, chociaż w różnych wzorcach: nadekspresja IL-8 jest związana z wczesną chorobą (<1 rok), podczas gdy nadekspresja IL-6 jest związana z późniejszą chorobą.
IL-6 została również włączona do autoimmunologii. Dowody pochodzące od pacjentów z chorobą Leśniowskiego-Crohna wskazują, że autoreaktywne komórki T są odporne na apoptozę dzięki ochronie przez IL-6 trans sygnalizacji poprzez ścieżkę sygnalizacji STAT3 . IL-6 hamuje ATPazę Na2+/K+, która reguluje internalizację antygenu i prezentację antygenu przez komórki dendrytyczne komórkom T, co może promować prezentację autoantygenów. Wreszcie, zgodnie z „teorią zagrożenia” Matzingera, naiwne limfocyty T umierają, jeśli otrzymają sygnał z prawidłowej prezentacji antygenu, po którym nie następuje ligacja CD40 . Istnieją dowody na to, że kompleks IL-6/sIL-6R może niewłaściwie zastępować ten drugi sygnał i w ten sposób prowadzić do utrzymywania się autoreaktywnych komórek T . Co więcej, zjawiska autoimmunologiczne nasilają się wraz z wiekiem, co współwystępuje ze związanym z wiekiem wzrostem uwalniania sIL-6R. Lissilaa i wsp. badali rolę IL-6 w modelach CIA (collagen-induced arthritis) i AIA (antigen-induced arthritis) autoimmunologicznego zapalenia stawów. Używając przeciwciał, które specyficznie blokowały klasyczną sygnalizację IL-6 i trans szlaki sygnalizacyjne, odkryli, że klasyczny szlak IL-6 był zarówno konieczny, jak i wystarczający do rozwoju patogennych limfocytów T Th17, które są zaangażowane w autoimmunizację oraz do generowania odpowiedzi IgG przeciw kolagenowi typu II, które są związane z manifestacją choroby w modelu CIA. Wykazali oni również w modelu AIA, że sygnalizacja trans IL-6 była odpowiedzialna za napędzanie lokalnej odpowiedzi zapalnej. SSc jest chorobą związaną z występowaniem zjawisk autoimmunologicznych. W SSc stwierdza się wiele różnych autoprzeciwciał (patrz tabela 1), a profil autoprzeciwciał w wielu przypadkach koreluje z objawami klinicznymi. Nie ma jednak przekonujących dowodów na bezpośrednią rolę autoprzeciwciał w patogenezie, chociaż niektórzy badacze donoszą, że przeciwciała przeciwko komórkom śródbłonka, stwierdzane u części pacjentów, są związane z aktywacją komórek śródbłonka.
|
||||||||||||||||||||||
6. Interleukin-6 and Effects on Fibrogenesis
Fibroblasty od pacjentów z SSc są fenotypowo unikalne. Po wyizolowaniu i hodowli in vitro nadal produkują nadmiar kolagenu. IL-6 jest cytokiną profibrogenną. Wykazano, że IL-6 zwiększa lub zmniejsza proliferację fibroblastów, zwiększa syntezę kolagenu, glikozaminoglikanów i tkankowego inhibitora metaloproteinaz-1 (TIMP-1) oraz zwiększa produkcję MCP-1 i IL-6. IL-6 reguluje ekspresję czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF), ważnego mediatora angiogenezy i włóknienia, który jest podwyższony u pacjentów z SSc.
Jedna seria przypadków wykazała, że zastosowanie tocilizumabu, który blokuje trans sygnalizację IL-6, u 2 pacjentów z rozsianą skórną SSc (dcSSc), jednego z zajęciem nerek, a drugiego z włóknieniem płuc, spowodowało zmniejszenie zgrubienia skóry mierzonego punktacją Rodnana i Vesmetrem (który mierzy lepkosprężystość lub twardość skóry). Ponadto biopsje skóry wykonane przed i po leczeniu tocilizumabem wykazały zmniejszenie ilości kolagenu.
7. Interleukina-6 i jej wpływ na aktywację komórek śródbłonka
Uważa się, że aktywacja śródbłonka ma kluczowe znaczenie w patogenezie SSc. Istnieją również dowody na zwiększoną apoptozę komórek śródbłonka, chociaż brakuje potwierdzających dowodów in vivo na to. University of California at Davis linia 200 kurczaka, zwierzęcy model SSc, wykazuje dowody na wczesną apoptozę komórek śródbłonka, poprzedzającą naciek komórek zapalnych i rozwój zwłóknienia.
Markery aktywacji komórek śródbłonka w surowicy, na przykład czynnik von Willebranda (vWF), sICAM-1 i sE-selektyna, są podwyższone w surowicy pacjentów z SSc i wydają się korelować z aktywnością choroby .
Poprzednie badania wykazały rolę IL-6 w aktywacji komórek śródbłonka. Aktywacja komórek śródbłonka poprzez sygnalizację trans powoduje wzrost ekspresji cząsteczek adhezyjnych (ICAM-1, VCAM-1), uwolnienie chemokin (IL-8 i MCP) oraz uwolnienie IL-6 .
Ostatnio wykazaliśmy, że surowica SSc, w obecności neutrofili, jest zdolna do zwiększenia aktywacji komórek śródbłonka i apoptozy w sposób zależny od IL-6. To jest postulowane , że w tej okoliczności neutrofile działają jak dawcy IL-6R. W naszych badaniach, spiking połączonej surowicy kontrolnej z IL-6 spowodował zwiększoną apoptozę komórek śródbłonka i ekspresję selektyny E w obecności neutrofili, naśladując efekty surowicy SSc. Inaktywacja dopełniacza nie zmniejszyła efektów działania surowicy z SSc, podobnie jak dodanie katalazy w celu usunięcia reaktywnych form tlenu. Inhibitor proteazy serynowej AEBSF częściowo blokował wpływ surowicy SSc na apoptozę komórek śródbłonka, ale nie wpływał znacząco na aktywację komórek śródbłonka przez surowicę SSc. Strategie mające na celu usunięcie lub zablokowanie wpływu IL6 w surowicy SSc, w tym immunodeplecja IL6 i dodanie przeciwciała blokującego anty-IL6, odwróciły wpływ surowicy SSc na aktywację komórek śródbłonka i apoptozę . Najistotniejsze jest jednak to, że sgp130, który specyficznie blokuje trans-sygnalizację IL6, znosi efekty surowicy SSc.
8. Wnioski
Blokada IL-6, a w szczególności blokada trans-sygnalizacji IL-6 może mieć znaczenie w leczeniu SSc, choroby, w której jak dotąd brakuje opcji leczenia bezpośrednio ukierunkowanych na mechanizm patogenetyczny. Trans-sygnał IL-6 jest szczególnie zaangażowany w napędzanie lokalnego zapalenia i indukowanie odpowiedzi śródbłonka i fibroblastów, a zatem ukierunkowanie na ten szlak sygnalizacji IL-6 może być najbardziej opłacalne w SSc. Jednakże, w SSc występują również ważne i prawdopodobnie patogenne zjawiska autoimmunologiczne, a ukierunkowanie na klasyczny szlak sygnalizacyjny IL-6 może być konieczne, aby wpłynąć na ten ważny aspekt choroby. Obecnie dostępny lek Tocilizumab jest skierowany zarówno na klasyczny, jak i trans szlak sygnałowy. Opracowywane są inne środki, które specyficznie blokują sygnalizację trans i mogą one być użyteczne w mysich modelach SSc w celu określenia, która ścieżka sygnalizacji jest najważniejsza dla tej choroby.
IL-6 jest zwiększony w surowicy pacjentów z SSc, szczególnie we wczesnej postaci dcSSc. Ponadto stwierdza się go również w próbkach uzyskanych metodą immunohistochemii zarówno we wczesnej, jak i późnej fazie choroby oraz zarówno w dcSSc, jak i lcSSc. Fibroblasty i monocyty wyizolowane od pacjentów z SSc autonomicznie produkują IL-6 in vitro.
Wczesne, nierandomizowane badania kontrolowane na małą skalę wskazują na ważną rolę IL6 w SSc. Deplecja komórek B prowadzi do zmniejszenia stężenia IL-6 w surowicy, co znajduje odzwierciedlenie w jednoczesnym zmniejszeniu punktacji skóry. Co ważniejsze, blokowanie trans sygnalizacji IL-6 za pomocą tocilizumabu spowodowało poprawę oceny skóry u 2 pacjentów z rozsianą chorobą. Dane te ugruntowują pozycję IL-6 jako atrakcyjnego kandydata na cel terapeutyczny, szczególnie w zakresie zapobiegania włóknieniu.
Jednakże, dodatkowo, nowe i ekscytujące dane sugerują, że IL-6 odgrywa rolę w śródbłonkowych i zapalnych manifestacjach tej choroby, co może uczynić ją potencjalnym celem u znacznie szerszej grupy pacjentów z SSc z aktywną chorobą naczyniową lub zapalną (np. stawów), ale stosunkowo niewielkim włóknieniem. Badania są projektowane w celu odpowiedzi na te ważne pytania; wyniki są niecierpliwie oczekiwane.
