Niedobory odporności
Terapia genowa – czym jest i jej perspektywy
Źródło: Laboratoria.net, Autor: Magdalena Maniecka
Rozwój inżynierii genetycznej zaowocował powstaniem nowego nurtu w lecznictwie, polegającego na wprowadzaniu do organizmu obcych kwasów nukleinowych w celach terapeutycznych. Aktualnie terapia genowa nastawiona jest na dwa tematy: rekompensacja defektów genetycznych poprzez wprowadzenie właściwych sekwencji DNA oraz wyciszanie ekspresji tych genów, których produkty białkowe są szkodliwe dla organizmu.
Rozwój inżynierii genetycznej zaowocował powstaniem nowego nurtu w lecznictwie, polegającego na wprowadzaniu do organizmu obcych kwasów nukleinowych w celach terapeutycznych. Na przestrzeni ostatnich 20 lat trwały intensywne badania nad skutecznością metod i bezpieczeństwem ich stosowania. Aktualnie terapia genowa nastawiona jest na dwa tematy: rekompensacja defektów genetycznych poprzez wprowadzenie właściwych sekwencji DNA oraz wyciszanie ekspresji tych genów, których produkty białkowe są szkodliwe dla organizmu. Mimo mnogości dostępnych technik, zarówno niewirusowych, jak i wirusowych oraz nieustannego rozwoju metodologii zastosowanie tej terapii w praktyce jest znacznie trudniejsze niż początkowo przypuszczano. Obecnie terapia genowa ma charakter głównie eksperymentalny. Wyzwaniem dla naukowców jest uczynienie z niej metody skutecznej i w pełni bezpiecznej dla pacjentów.
U wszystkich organizmów żywych informacja genetyczna zawarta jest w kwasach nukleinowych, u większości z nich jest to DNA, czyli kwas deoksyrybonukleinowy. To specyficzne sekwencje zasad w DNA stanowią instrukcję do tworzenia białek, a zarazem determinują naszą przynależność do gatunku, wygląd i funkcjonowanie organizmu. Taką informację posiada każda komórka, co umożliwia organizmowi prawidłowe funkcjonowanie. Problem zaczyna się wtedy, gdy informacja zawarta w DNA zostanie zmieniona poprzez mutację. Może wtedy dojść do niepożądanych zmian w ilości lub strukturze białek, prowadzących do poważnych dysfunkcji organizmu. Już w latach 1902 – 1909 A. Garrod odkrył, iż defekty genetyczne powodujące utratę enzymu są przyczyną dziedzicznych chorób metabolicznych. Wiele lat później S. Cohen i H. Boyer opracowali podstawy inżynierii genetycznej, która umożliwiła narodzenie się nowego nurtu, pozwalającego na leczenie tego typu schorzeń już u samego ich podłoża, na poziomie sekwencji DNA [3].
Termin „terapia genowa” został wprowadzony przez Elizabeth i Wacława Szybalskich, naukowców, którzy w roku 1962 po raz pierwszy przeprowadzili transformację genetyczną komórek eukariotycznych. Dzięki zastosowaniu roztworu fosforanu wapnia udało im się wprowadzić fragmenty genomowego DNA do ludzkich komórek szpiku [9,10]. Natomiast pierwszy przykład zastosowania samej terapii genowej u człowieka miał miejsce we wczesnych latach 90-tych zeszłego stulecia w USA. Leczenie dotyczyło ciężkiego niedoboru odporności spowodowanego mutacją w genie deaminazy adenozynowej (ADA) i polegało na transferze prawidłowego genu ADA do limfocytów czteroletniej pacjentki. Od tej pory do roku 2004 przeprowadzono ponad 900 prób klinicznych terapii genowej na całym świecie, większość z nich w USA, Wielkiej Brytanii, Niemczech i Szwajcarii, do roku 2007 było ich już 1200, a w chwili obecnej prowadzonych jest 1714 prób klinicznych terapii genowej na całym świecie [17]. Mimo tak wielkiej ilości prób i doświadczeń terapia genowa nadal pozostaje eksperymentalną dziedziną medycyny. Większość strategii i metod transformacji komórek jest na etapie doświadczeń laboratoryjnych [7,13].
Wtórne niedobory odporności
Inaczej tzw. nabyte niedobory odporności, występują znacznie częściej niż pierwotne. Wtórne niedobory odporności najczęściej pojawiają się w chorobach typu: cukrzyca, anemia sierpowata, różyczka, białaczka, wietrzna ospa i różnymi zakażeniami bakteryjnymi. Przyczyną wtórnego niedoboru odporności może być niedożywienie, zabieg chirurgiczne, oparzenia czy przeszczepy narządów i podawanie leków immunosupresyjnych. Innymi przyczynami mogą być choroby układu krwiotwórczego, a także choroby autoimmunologicznych. Może być on również spowodowany przez wirusa HIV (Human Immunodeficieny Virus). AIDS czyli choroba spowodowana wirusem HIV jest również określana jako zespół nabytego upośledzenia odporności (Acquired Immunodeficiency Syndrome. Skutkiem zakażenia HIV jest spadek liczby limfocytów-T, przez co zwiększa się podatność organizmu na choroby, które przy normalnej odporności nie stanowią zagrożenia, jednak dla nosicieli HIV mogą być śmiertelne. Chorzy bardzo często mają nietypowe zapalenia płuc, infekcje grzybiczne, nowotwory oraz defekty w układzie nerwowym, które ostatecznie prowadzą do zgonu. Wtórne niedobory odporności są nabyte i najczęściej spowodowane zaburzeniami jatrogennymi. Stosowanie różnych leków immunosupresyjnych, przeciwnowotworowych czy niektórych antybiotyków dodatkowo obniża odporność organizmu.
Poniżej zestawiono szereg sytuacji w których dochodzi do zaburzeń/ niedoborów odporności.
Zaburzenia immunologiczne wieku podeszłego
W zakresie odporności komórkowej
- Stopniowy spadek liczby limfocytów T po 70 roku życia
- Wzrost liczby limfocytów CD4 i spadek liczby limfocytów CD8
- Szczątkowa funkcja grasicy
- Wzrost ekspresji CD45RO, spadek ekspresji CD45RA
- Spadek ekspresji IL-2, IL-4 i INF-γ
- Osłabienie odpowiedzi proliferacyjnej limfocytów po stymulacji PHA i ConA
- Zmniejszenie częstości dodatnich reakcji DTH, i osłabienie ich intensywności
W zakresie odporności humoralnej
- Spadek poziomu IgM, IgE i IgD, wzrost poziomu IgG
- Spadek miana naturalnych przeciwciał
- Wzrost miana autoprzeciwciał i przeciwciał antyidiotypowych
- Spadek liczby limfocytów B CD5(-) i wzrost limfocytów B CD5(+) po 70 roku życia
- Zwiększona synteza IL-4, IL-5, IL-6 , podwyższona aktywność INF-γ
Zaburzenia immunologiczne w przebiegu niewydolności nerek
- Przedłużona tolerancja na przeczep allogeniczny
- Wzrost podatności na infekcje
- Zwiększona liczba przypadków neoplazji
- Nieprawidłowa reakcja na szczepionki przeciwko infekcjom wirusowym (grypa, wzw)
Przyczyny zaburzeń immunologicznych w mocznicy
- Przewlekły niedobór białka i kalorii (niedostateczna podaż, zaburzenia wchłaniania, nadmierna utrata)
- Niedobory Zn, witamin B6 i E
- Przeładowanie żelazem (ferrytyna powyżej 500 mcg/l)
- Nisko- i wielkocząsteczkowe toksyny mocznicowe
- Przewlekła dializoterapia
Zaburzenia odporności po zabiegu operacyjnym
- Wystąpienie anergii skórnej
- Spadek IgG i IgM (przed operacją) przeciwko endotoksynom bakteryjnym
- Duży spadek (>50%) liczby limfocytów w 1 dobie po zabiegu
- Zwiększona w 1 – 2 dobie aktywność neutrofilów
- Spadek (20-30%) aktywowanych monocytów
- Podwyższone stężenie IL-6
Polekowe zaburzenia odporności
Po stosowaniu cytostatyków
- Neutropenia późna 35 – 45 dni (nieodwracalne uszkodzenie komórki macierzystej linii mieloidalnej)
- Neutropenia wczesna 7 – 14 dni (odwracalne uszkodzenie komórki macierzystej linii mieloidalnej)
Po innych lekach – lek (hapten) uruchamia nieprawidłowe niszczenie granulocytów
Po długotrwałym stosowaniu glikokortykosteroidów – hamowanie czynności granulocytów
Efekt działania glikokortykosteroidów
- Apoptoza limfocytów aktywowanych allo- i autoantygenami
- Zmniejszenie ekspresji antygenów MCH i cząsteczek adhezyjnych na powierzchniach komórek
- Hamowaniu indukcji syntazy tlenku azotu w makrofagach
- Upośledzenie funkcji limfocytów cytotoksycznych i komórek NK
- Hamowanie funkcji monocytów i makrofagów
Infekcje wikłające leczenie immunosupresyjne
- Infekcja wirusem cytomegalii (CMV) – u 80% populacji w młodości przebiega bezobjawowo, objawy przy obniżonej odporności
- Ostra infekcja wirusem ospy i półpaśca (Varicella Zoster Virus – VZV)
- Ostra infekcja wirusem opryszczki (Herpes Simplex Virus – HSV)
- Gruźlica i mykobakteriozy
- Infekcje grzybicze (candida, cryptococcus, aspergillus)
- Pneumocystodoza
Stres a odporność
W badaniach doświadczalnych na zwierzętach w warunkach stresu stwierdza się spadek wskaźników odpowiedzi komórkowej
- Spadek liczby limfocytów
- Zaburzenia ilościowe subpopulacji
- Spadek aktywności komórek NK
- Spadek odpowiedzi proliferacyjnej na antygen
- Zaburzenia fagocytozy
Przewlekły stres → podwzgórze → przysadka → układ współczulny → ACTH, katecholaminy, opioidy → obniżenie produkcji IL2
Zaburzenia odporności w wyniku promieniowania jonizującego
- Napromienianie całego ciała = napromieniowanie tkanki limfatycznej (Total Lymphoid Irradiation)
- Największa pobudliwość komórek dzielących się np. limfocytów pobudzonych alloantygenem
- Limfocyty Th bardzie wrażliwe niż limfocyty Ts
- Makrofagi i komórki NK względnie odporne na napromienianie
Zaburzenia odporności a niektóre nowotwory
Układ odporności sprawuje nadzór immunologiczny, który zapobiega nowotworzeniu poprzez wczesne wykrywanie i niszczenie komórek atypowych. Immunosupresja i upośledzenie odporności może prowadzić do zakażeń wirusowych, które z kolei mogą sprzyjać rozwinięciu się szeregu chorób nowotworowych:
- Chłoniaki nieziarnicze (Epstein-Barr Virus – EBV)
- Mięsak Kaposi (human immunodeficiency virus – HIV)
- Rak skóry i rak odbytu (human papilloma virus – HPV)
- Pierwotny rak wątroby (hepatitis B virus – HBV)
Zaburzenia odporności humoralnej w przebieg choroby nowotworowej
- Cytokiny (głównie TGF-beta transforming growth factor) wydzielane przez komórki nowotworowe (rak owsiano-komórkowy, międzybłoniak, ziarnica Hodgkina)
- Prostaglandyny (głownie PGE2) wydzielane przez makrofagi (nowotwory głowy i szyi)
- Gangliozydy produkowane m.in. przez makrofagi, erytrocyty, komórki wątroby
Zaburzenia odporności komórkowej w przebieg choroby nowotworowej
Ogólne:
- Zmniejszenie liczby limfocytów
- Zmniejszenie populacji limfocytów CD4
- Spadek lub odwrócenie wskaźnika CD4/CD8
- Osłabienie aktywności komórek NK
Miejscowe (region guza, regionalne węzły chłonne):
- Zmniejszenie liczby i zaburzenie funkcji komórek jednojądrzastych
Zaburzenia odporności w przebiegu choroby głodowej
Na szczęście w naszym kraju, ani w Europie choroba głodowa praktycznie nie występuje samoistnie. Może się objawić w przebiegu innych chorób o ciężkim i długotrwałym przebiegu /m.in. w przebiegu choroby nowotworowej, gruźlicy, zapalenia płuc, ciężkiej biegunki/. Choroba głodowa jest charakterystyczna do regionów dotkniętych wojną czy do Afryki subsacharyjskiej. W Europie w XX wieku były regiony dotknięte głodem np. wielki głód na Ukrainie w latach 1932 - 1933, oraz głód w obozach koncentracyjnych czy w nazistowskich Gettach dla Żydów. W przebiegu choroby głodowej dochodzi do szeregu zaburzeń organizmu, w tym również w zakresie układu odporności.
- Upośledzenie odpowiedzi komórkowej
- Upośledzenie fagocytozy
- Upośledzenie produkcji cytokin, przeciwciał i białek układu dopełniacza
- Zanik grasicy i grasicozależnych stref węzłów chłonnych
Inne wtórne zaburzenia odporności
- W przebiegu zakażenia (HIV, HTLV1 (Human T-cell Leukemia Virus), wirusem odry, gruźlicy
- Niedobory żywieniowe (cynku, żelaza, witamin A, E, B, kwasu foliowego)
- Endokrynopatie (nadczynność tarczycy, choroba Cushinga, cukrzyca, nadczynność przytarczyc)
- Stany po urazach, po oparzeniach, głęboka hipotermia
- Utrata białka (enteropatie wysiękowe, zespół nerczycowy)
- Alkoholizm, narkomania
