Patofizjologia RZS

Uwaga: Więcej aktualnych informacji dotyczących patogenezy RZS można znaleźć w wykładach prowadzonych przez autora na tej stronie internetowej.

• Choroba zapalna mediowana przez układ odpornościowy
• Histopatologia
• Inicjacja choroby
• Propagacja choroby
• Mediatory zapalne w RZS

Immune Mediated Inflammatory Disease

W ciągu ostatniej dekady znacząco poszerzyliśmy naszą wiedzę na temat patobiologii leżącej u podstaw reumatoidalnego zapalenia stawów. Wprowadzenie celowanej terapii biologicznej dostarczyło raczej doświadczalnych niż eksperymentalnych dowodów na działanie wielu różnych szlaków immunologicznych i zapalnych. Każdego roku pojawiają się opisy nowych cytokin, mediatorów i szlaków, które są obiecujące w odkrywaniu złożonych ścieżek patobiologicznych.

Reumatoidalne zapalenie stawów jest najlepiej scharakteryzowane jako choroba zapalna mediowana przez układ odpornościowy (IMID). W ramach, które rozpoznają zarówno aktywację immunologiczną, jak i szlaki zapalne, możemy zacząć oceniać wiele elementów inicjacji i rozprzestrzeniania się choroby. Ramy te podkreślają, że raz zapoczątkowana choroba, nawet po wyeliminowaniu przypuszczalnego czynnika wyzwalającego, ma swoje drogi przekazywania informacji, które prowadzą do samoczynnego utrwalania się procesu.

Histopatologia

Synowium

Synowium, w normalnych stawach, jest cienką, delikatną wyściółką, która spełnia kilka ważnych funkcji. Stanowi ona ważne źródło składników odżywczych dla chrząstki, ponieważ sama chrząstka jest unaczyniona. Ponadto komórki błony maziowej syntetyzują substancje smarujące, takie jak kwas hialuronowy, a także kolageny i fibronektynę, które stanowią strukturalne ramy błony maziowej.

1. Wyściółka błony maziowej lub warstwa intymna: Normalnie warstwa ta ma grubość zaledwie 1-3 komórek. W RZS warstwa ta jest znacznie przerośnięta (grubość 8-10 komórek). Podstawowe populacje komórek w tej warstwie to fibroblasty i makrofagi.

2. Obszar podintymny błony maziowej: W tym miejscu znajdują się synowialne naczynia krwionośne; w tym obszarze zwykle znajduje się bardzo mało komórek. W RZS jednak obszar podintymny jest silnie naciekany komórkami zapalnymi, w tym limfocytami T i B, makrofagami, komórkami tucznymi i komórkami jednojądrowymi, które różnicują się w wielopostaciowe osteoklasty. Intensywnemu naciekowi komórkowemu towarzyszy wzrost nowych naczyń krwionośnych (angiogeneza). W RZS przerośnięta błona maziowa (zwana też pannusem) wnika w sąsiadujące z nią chrząstki i kości i powoduje ich erozję. Jako taka, może być postrzegana jako tkanka podobna do guza, choć rzadko występują w niej figury mitotyczne i oczywiście nie dochodzi do przerzutów.

Chrzęstna tkanka stawowa

Składająca się głównie z kolagenu typu II i proteoglikanów, jest zwykle bardzo sprężystą tkanką, która absorbuje znaczne obciążenia i uderzenia. W RZS jej integralność, sprężystość i zawartość wody są zaburzone. Wydaje się, że jest to spowodowane wytwarzaniem enzymów proteolitycznych (kolagenazy, stromelizyny) zarówno przez komórki błony maziowej, jak i przez same chondrocyty. Cytokiny, w tym IL1 i TNF, zwiększają wytwarzanie reaktywnych form tlenu i azotu, nasilając szlaki kataboliczne chondrocytów i destrukcję macierzy, a także hamują tworzenie nowej chrząstki. Leukocyty wielojądrzaste w płynie maziowym mogą również przyczyniać się do tego procesu degradacji.

Kości

Złożone głównie z kolagenu typu I kości ulegają destrukcji, co jest charakterystyczne dla RZS. Proces ten jest napędzany przede wszystkim przez aktywację osteoklastów. Osteoklasty różnicują się pod wpływem cytokin, zwłaszcza interakcji RANK z jego ligandem. Ekspresja tych cytokin jest napędzana przez cytokiny, w tym TNF i IL1, a także inne cytokiny, w tym IL-17. Mediatory pochodzące z aktywowanych komórek błony maziowej mogą również przyczyniać się do destrukcji kości.

Jama maziowa

Jama maziowa jest zwykle tylko przestrzenią „potencjalną”, w której znajduje się 1-2 ml płynu o dużej lepkości (spowodowanej obecnością kwasu hialuronowego) i niewiele komórek. W RZS dochodzi do powstawania dużych zbiorników płynu („wysięków”), które są w efekcie filtratami osocza (a zatem są wysiękowe – tzn. zawierają dużo białka). Płyn maziowy jest silnie zapalny. Jednak w przeciwieństwie do reumatoidalnej tkanki maziowej, w której komórkami naciekającymi są limfocyty i makrofagi, ale nie neutrofile, w płynie maziowym dominującą komórką jest neutrofil.

Początek choroby

Poszukiwania nieuchwytnego pojedynczego czynnika wyzwalającego RZS trwają od wielu lat. W wielu badaniach nie udało się jednoznacznie wykazać, że jakikolwiek organizm lub narażenie jest pojedynczo odpowiedzialne za chorobę. Jednak wiele dobrze przeprowadzonych badań epidemiologicznych i genetycznych dostarczyło cennych informacji, które pozwoliły nam na ogólne, choć wciąż niepełne, zrozumienie dynamicznego procesu inicjacji choroby.

Podatność genetyczna

W początkach lat 80. opisano związek RZS z antygenami MHC, a konkretnie ze wspólnym epitopem występującym w HLA-DR4. MHC klasy II na powierzchni komórki prezentującej antygen wchodzi w interakcję z receptorem komórek T w kontekście specyficznego antygenu, zwykle małej sekwencji peptydowej z białka. Sekwencja reszt aminokwasowych o wysoce konserwatywnej sekwencji i cechach ładunku w regionie hiperzmiennym HLA-DR4 pozostaje największym opisanym genetycznym czynnikiem ryzyka dla RZS, szacowanym na około 30% genetycznego ryzyka choroby. Istnieje hipoteza, że peptyd wyzwalający (lub peptydy) o ścisłym dopasowaniu konformacyjnym do kieszeni utworzonej przez te reszty jest wczesnym zdarzeniem prowadzącym do aktywacji limfocytów T. Ostatnio odkryto, że zmodyfikowane cytrulinowane peptydy mogą mieć znaczącą specyficzność wiązania dla wspólnych alleli epitopów, a niektóre dane sugerują obecnie, że cytrulinowane sekwencje z różnych białek są związane z ograniczeniem allelicznym. (Bardziej szczegółowe omówienie cytrulinacji znajduje się poniżej).

W RZS opisano również inne podatności genetyczne, ale ich względny udział w chorobie nie jest jeszcze dobrze zdefiniowany. Należą do nich deiminaza peptydyloargininowa-4 (PAD-4), która może prowadzić do zwiększonej cytrulinacji, PTNP22, STAT4 i CTLA4, które mogą być zaangażowane w aktywację komórek T, receptory TNF i inne.

To, że RZS ma komponent genetyczny, potwierdzają również liczne badania bliźniąt jednojajowych (pochodzących z tego samego zarodka, a więc o niemal identycznym DNA) i dwujajowych (pochodzących z różnych zarodków). W tych badaniach zgodność między bliźniętami była wyższa u bliźniąt monozygotycznych i wynosiła od 15 do 35% w porównaniu z bliźniętami dizygotycznymi, u których zgodność wynosiła 5%. Nawet częstość występowania RZS u bliźniąt dizygotycznych była wyższa niż szacowana w populacji ogólnej i wynosiła około 1%. Należy jednak podkreślić, że nawet w przypadku bliźniąt o niemal identycznym DNA, daleko było do idealnej korelacji rozwoju RZS, co wskazuje na wiele innych czynników związanych z rozwojem choroby niż czynniki genetyczne.

Wyzwalacze choroby

Fakt, że nie ma idealnej zgodności genetycznej, wskazuje na inne czynniki w rozwoju choroby. Poszukiwanie tych nieuchwytnych wyzwalaczy okazało się w dużej mierze mało odkrywcze. W wielu dobrze przeprowadzonych badaniach wykazano, że palenie papierosów jest istotnym czynnikiem ryzyka rozwoju choroby, a także jej ciężkości. Co ciekawe, związek ten jest szczególnie silny u osób, które są nosicielami wspólnego epitopu, a jeszcze silniejszy u pacjentów, u których występują autoprzeciwciała RZS.

Szukanie infekcji bakteryjnych lub wirusowych jako przyczyn RZS było często przedmiotem hipotez, a wielu pacjentów wiąże wystąpienie objawów z poprzedzającą je infekcją; jednakże odzyskiwanie organizmów lub ich DNA z krwi lub tkanki stawowej nie przyniosło rezultatów w postaci odkrycia „tej” nieuchwytnej infekcji odpowiedzialnej za RZS. Niemniej jednak, zdolność infekcji do aktywacji szeregu szlaków immunologicznych i zapalnych może „napędzać pompę” w połączeniu z innymi czynnikami.

Prawdopodobnie najbardziej ekscytującym wydarzeniem ostatnich kilku lat w zakresie inicjacji RZS jest rosnąca liczba badań oceniających możliwą rolę bakterii jamy ustnej jako czynnika wyzwalającego RZS. Od dawna opisywano związek pomiędzy chorobami przyzębia a RZS, jednak związek przyczynowo-skutkowy jest daleki od udowodnienia. Choroby przyzębia charakteryzują się znacznym stanem zapalnym dziąseł, który prowadzi do destrukcji kości i macierzy kolagenowej. Obie te choroby są chorobami zapalnymi, w które zaangażowanych jest wiele tych samych mediatorów i szlaków, więc może to być po prostu związek między dwoma procesami zapalnymi. Jednakże, obecnie wiadomo, że specyficzny gatunek bakterii, Porphyromonas gingivalis, który kolonizuje pacjentów z chorobami przyzębia i wyznacza progresję od zapalenia dziąseł do bardziej agresywnego zapalenia przyzębia, posiada enzym, który może powodować cytrulinację białek. W związku z rosnącym uznaniem, że cytrulinacja białek jest wczesnym wydarzeniem prowadzącym do odpowiedzi immunologicznej przeciwko nim w RZS, dane te sugerują, że infekcja przyzębia może poprzedzać rozwój RZS u niektórych pacjentów, służąc jako czynnik inicjujący chorobę. Wiele grup na całym świecie, w tym nasza własna, bada obecnie te szlaki, aby lepiej zrozumieć te procesy.

Cytrulinacja

Rozpoznanie przeciwciał skierowanych przeciwko cytrulinowanym peptydom w RZS było ważnym wydarzeniem, które poprawiło identyfikację choroby i dostarczyło informacji prognostycznych. Cytrulina jest modyfikacją potranslacyjną, która występuje na resztach argininowych zawartych w białkach i peptydach. Istnieje szereg enzymów, które mogą powodować cytrulinację, obecnych w różnych typach komórek i tkanek, znanych jako deiminazy peptydyloargininy (PAD). Cytrulinacja jest normalnym procesem, niezbędnym do prawidłowego tworzenia się skóry i innych funkcji fizjologicznych. Jednakże, w reumatoidalnym zapaleniu stawów rozwija się odpowiedź autoimmunologiczna przeciwko cytrulinowanym peptydom, wykrywana jako przeciwciała przeciwko cytrulinowanym peptydom (ACPA). Jednym z testów wykrywających te przeciwciała jest test wykrywający anty-cykliczne cytrulinowane peptydy (anty-CCP), obecnie najczęściej stosowany test diagnostyczny w tym kierunku. Obecność przeciwciał anty-CCP jest >98% specyficzna dla rozpoznania reumatoidalnego zapalenia stawów, jednak nie u wszystkich chorych na RZS wystąpią przeciwciała anty-CCP.

Ważne znaczenie ma fakt, że przeciwciała anty-CCP mogą być wykrywane nawet do 15 lat przed wystąpieniem objawów klinicznych RZS, co wskazuje na przedkliniczną fazę choroby, w której trwa już aktywacja immunologiczna. Ponadto ostatnio wykazano, że specyficzne sekwencje cytrulinowanych peptydów wiążą się z allelami wspólnych epitopów z wysokim powinowactwem i mogą prowadzić do aktywacji komórek T.

Mechanizmy cytrulinacji prowadzące do RZS pozostają niejasne. W populacjach opisano polimorfizm w genie PAD4, który może prowadzić do zwiększonej cytrulinacji. U chorych na RZS rozwijają się również reakcje autoprzeciwciał przeciwko białku PAD4, co wiąże się z bardziej agresywnym przebiegiem choroby. Jeden z gatunków bakterii jamy ustnej Porphyromonas gingivalis posiada enzym PAD. Biorąc pod uwagę opisane zależności między chorobami przyzębia a RZS, wysunięto hipotezę, że bakteria ta może również inicjować cytrulinę w przedklinicznych fazach RZS.

Propagacja choroby

Aktywacja komórek T

Po zetknięciu się z antygenem w kontekście MHC na komórce prezentującej antygen, limfocyt T jest ustawiony w trzech możliwych położeniach: aktywacji, anergii/tolerancji lub apoptozy (śmierci). Aktywacja limfocytu T jest możliwa tylko wtedy, gdy otrzyma on „drugi sygnał” poprzez zaangażowanie dodatkowych receptorów komórkowych. Jeden z najważniejszych z tych drugich sygnałów jest dostarczany przez cząsteczkę CD28 na powierzchni komórki T, ale wiele innych drugich sygnałów jest zaangażowanych w ten proces „kostymulacji”. Po zaangażowaniu tych receptorów, komórka T zwykle staje się aktywna. Brak zaangażowania receptorów stymulujących lub zaangażowanie receptora down-regulatorowego powoduje, że komórka staje się tolerancyjna na antygen (np. nie aktywuje się po ekspozycji na antygen) lub ulega zaprogramowanej śmierci komórkowej poprzez apoptozę. Proces kostymulacji komórek T jest przerywany przez abatacept, terapię biologiczną stosowaną w leczeniu RZS.

Kiedy komórki T stają się aktywne, proliferują i zaczynają wydzielać dodatkowe cytokiny, w tym IL-2, która przyspiesza ich proliferację, oraz, w zależności od innych czynników, cytokiny takie jak IFN-γ, TNF i IL-4. To właśnie w wyniku działania tych cytokin pochodzących z komórek T dochodzi do aktywacji dodatkowych komórek. Komórki T oddziałują również bezpośrednio poprzez receptory powierzchniowe z innymi komórkami w celu wygenerowania dodatkowych sygnałów aktywacji.

Aktywacja komórek B i autoprzeciwciała

Komórki B ulegają aktywacji poprzez interakcje z komórkami T oraz poprzez rozpuszczalne cytokiny, które zwiększają ich proliferację i różnicowanie. Komórki B wykazują ekspresję szeregu receptorów na swoich powierzchniach podczas ich różnicowania, w tym cząsteczki CD20, która jest tracona podczas końcowego różnicowania do komórek plazmatycznych tworzących przeciwciała. Komórki B i komórki plazmatyczne można znaleźć w reumatoidalnym zapaleniu błony maziowej, czasami w postaci agregatów limfoidalnych w podsynowej części błony maziowej. Efekty działania komórek B wykraczają poza ich rolę w tworzeniu komórek plazmatycznych, włączając w to produkcję cytokin, bezpośrednie interakcje komórkowe, a same służą jako komórki prezentujące antygen limfocytom T. Rola komórek B w RZS została wyraźnie wykazana dzięki skuteczności rytuksymabu, który eliminuje krążące komórki B, choć ma ograniczony wpływ na powstawanie autoprzeciwciał.

Jedną z cech większości chorób autoimmunologicznych jest obecność autoprzeciwciał specyficznych dla danej choroby, które pomagają zdefiniować jej fenotyp. Przeciwciała są wytwarzane przez komórki plazmatyczne, które stanowią końcowy etap różnicowania się limfocytów B. Reumatoidalne zapalenie stawów charakteryzuje się obecnością autoprzeciwciał znanych jako czynniki reumatoidalne (RF) i przeciwciała przeciwko cytrulinowanemu peptydowi (ACPA, które obejmuje przeciwciało przeciwko cyklicznemu cytrulinowanemu peptydowi lub anty-CCP). Czynniki reumatoidalne są od dawna znane jako cecha wielu pacjentów z RZS. Są to autoprzeciwciała w klasycznym sensie; są to przeciwciała skierowane przeciwko natywnym przeciwciałom, najczęściej opisywane jako przeciwciała IgM, które rozpoznają część Fc cząsteczek IgG, ale RF mogą być również izotypami IgG lub IgA. Czynniki reumatoidalne nie są specyficzne dla rozpoznania RZS, ale występują w wielu innych stanach zapalnych i autoimmunologicznych. Należą do nich: zespół Sjogrena, przewlekłe infekcje, w tym gruźlica i zapalenie wsierdzia, zapalenie wątroby typu C, przewlekła choroba nerek lub wątroby, choroby limfoproliferacyjne, w tym szpiczak i inne schorzenia. Chociaż czynnik reumatoidalny może występować w innych stanach zapalnych, ACPA są wysoce specyficzne dla reumatoidalnego zapalenia stawów i definiują bardziej agresywny fenotyp choroby (omówiony bardziej szczegółowo powyżej).

Aktywacja komórek efektorowych

Mimo że komórki T i B reprezentują aspekty immunologiczne RZS, większość szkód wywołanych chorobą jest napędzana przez komórki efektorowe i ich produkty, w tym cytokiny i inne mediatory. Wyściółka błony maziowej w RZS stanowi ekspansję komórek fibroblastopodobnych i makrofagów. To właśnie makrofag jest jednym z głównych aktorów procesu uszkadzania komórek efektorowych w RZS. Makrofagi są bogatym źródłem i głównym producentem cytokin prozapalnych, w tym TNF, IL-1, IL-6, IL-8 i GMCSF. Cytokiny te dalej stymulują makrofagi, jak również inne komórki mikrośrodowiska, w tym fibroblasty i osteoklasty, a wreszcie w odległych miejscach w organizmie poprzez receptory na powierzchni komórek, w tym hepatocyt, który jest odpowiedzialny za wytwarzanie białek odpowiedzi ostrej fazy (takich jak białko C-reaktywne). Makrofagi są również producentami prostaglandyn i leukotrienów, tlenku azotu oraz innych mediatorów prozapalnych o działaniu miejscowym i ogólnoustrojowym. Fibroblast maziowy wydziela również cytokiny, w tym IL-6, IL-8 i GM-CSF, oraz inne mediatory, w tym proteazy destrukcyjne i kolagenazy.

Neutrofile są rekrutowane w bardzo dużej liczbie do jamy reumatoidalnej, gdzie mogą być aspirowane do płynu maziowego. Rekrutacja neutrofilów do stawu jest prawdopodobnie napędzana przez IL-8, leukotrien B4 i prawdopodobnie zlokalizowaną aktywację dopełniacza przez C5a. Neutrofile w płynie maziowym są w stanie aktywacji, uwalniając wolne rodniki będące pochodnymi tlenu, które depolimeryzują kwas hialuronowy i inaktywują endogenne inhibitory proteaz, sprzyjając w ten sposób uszkodzeniu stawu.

Chondrocyty, podobnie jak fibroblasty maziowe, są aktywowane przez IL1 i TNF do wydzielania enzymów proteolitycznych. Mogą więc przyczyniać się do rozpuszczania własnej macierzy chrzęstnej, tłumacząc w ten sposób postępujące zwężanie się przestrzeni stawowych widoczne radiologicznie w tej chorobie.

Mediatory zapalne w RZS

Cytokiny

Jedną z najważniejszych grup mediatorów w RZS są cytokiny. Najbardziej znane z nich to TNF, IL-1 i IL-6. Cytokiny te, uwalniane w mikrośrodowisku błony maziowej, mają działanie autokrynne (aktywują tę samą komórkę), parakrynne (aktywują pobliskie komórki) i endokrynne (działają w odległych miejscach) i odpowiadają za wiele ogólnoustrojowych manifestacji choroby. Istnieje wiele wspólnych funkcji TNF, IL-1 i IL-6, a te cytokiny z kolei zwiększają ekspresję pozostałych. Wśród ważnych efektów działania tych cytokin znajdują się:

• Indukcja syntezy cytokin
• Upregulacja cząsteczek adhezyjnych
• Aktywacja osteoklastów
• Indukcja innych mediatorów zapalenia, w tym prostaglandyn, tlenku azotu, metaloproteinaz mtrix
• Indukcja odpowiedzi ostrej fazy (np.białko C-reaktywne, zwiększone OB)
• Cechy ogólnoustrojowe (np, zmęczenie, gorączka, kacheksja)
• Aktywacja komórek B (IL-6)

Inne cytokiny są coraz częściej opisywane w RZS. Należą do nich IL-8, która jest zaangażowana w rekrutację komórek, GM-CSF zaangażowany w rozwój makrofagów, IL-15 zaangażowana w proliferację limfocytów T, IL-17, która ma plejotropowy wpływ na wiele typów komórek, w tym na ekspresję RANK przez osteoblasty, co prowadzi do aktywacji osteoklastów, oraz IL-23 zaangażowana w zwiększanie różnicowania komórek TH17.

Rozpuszczalne mediatory zapalenia, które mogą dyfundować z krwi i/lub powstawać lokalnie w obrębie jamy stawowej, obejmują prostaglandyny, leukotrieny i metaloproteinazy macierzy. Prostaglandyny biorą udział w łagodzeniu bólu, lokalizowaniu stanu zapalnego i wywierają pewien wpływ na kości, a leukotrieny odgrywają rolę w przepuszczalności naczyń krwionośnych i chemotaksji. Metaloproteinazy macierzy (MMP) są silnymi enzymatycznymi degradatorami macierzy kolagenowej chrząstki. Kininy powodują uwalnianie prostaglandyn z fibroblastów błony maziowej, a także są silnymi czynnikami algicznymi (wywołującymi ból). Komplement może być dostępny do interakcji z kompleksami immunologicznymi w celu wytworzenia dodatkowych bodźców chemotaktycznych. Neuropeptyd substancja P jest silnym wazoaktywnym, prozapalnym peptydem, który również został uwzględniony w RZS.