Prof. dr hab. n. med. Otylia KOWAL-BIELECKA

Klinika Reumatologii i Chorób Wewnętrznych UM w Białymstoku

Eikozanoidy w patogenezie twardziny układowej

Ponieważ eikozainoidy regulują zarówno odczyn zapalny, produkcję kolagenu, jak i funkcję naczyń krwionośnych, zaburzenia równowagi pomiędzy poszczególnymi klasami eikozanoidów moga mieć istotne znaczenie w patogenezie TU.

Eikozanoidy są grupą mediatorów lipidowych powstałych z kwasu arachidonowego przy udziale cyklooksygenaz oraz lipoksygenaz (ryc 1). Najlepiej poznane grupy eikozanoidów to: prostaglandyny, leukotrieny oraz lipoksyny. Prostaglandyny powstają z kwasu arachidonowego pod wpływem cyklooksygenazy (COX). Obecnie znamy dwa izoenzymy COX: konstytutywną COX-1 o stałym poziomie ekspresji w tkankach oraz indukowalną COX-2, która jest syntetyzowana w odpowiedzi na bodźce zapalne oraz czynniki wzrostowe i odpowiada za zwiększoną produkcję prostaglandyn w przebiegu procesu zapalnego.

Leukotrieny, stanowiące oddzielną grupę eikozanoidów, powstają przy udziale 5-lipoksygenazy (5-LOX). Kolejną grupę eikozanoidów stanowią lipoksyny, syntetyzowane w wyniku współdziałania dwóch lipoksygenaz: 5-LOX oraz 15-lipoksygenazy (15-LOX). Jakkolwiek do powstania lipoksyn konieczna jest obecność obu lipoksygenaz, należy podkreślić, że kluczowym enzymem regulującym syntezę tej grupy eikozanoidów jest 15-LOX. W wyniku działania 15-LOX powstaje kwas 15-hydroksyeikozatetraenowy (15-HETE), który pod wpływem 5-LOX ulega przekształceniu do lipoksyn. Lipoksyny mogą również powstawać na drodze alternatywnej, poprzez przekształcenie przez 15-LOX zsyntetyzowanego pod wpływem 5-LOX leukotrienu A4.

Ponieważ leukotrieny i lipoksyny posiadają wiele działań przeciwstawnych, możliwość przekształcenia leukotrienu A4 do lipoksyn powoduje, że równowaga pomiędzy tymi antagonistycznymi grupami eikozanoidów regulowana jest już na poziomie ich syntezy. Schemat syntezy poszczególnych grup eikozanoidów został przedstawiony na ryc. 1.

Wszystkie eikozanoidy posiadają szerokie spektrum działań biologicznych. Od dawna wiadomym jest, że eikozanoidy odgrywają kluczową rolę w regulacji procesów zapalnych. Hamowanie kaskady kwasu arachidonowego uważane jest za podstawowy mechanizm działania głównych grup leków przeciwzapalnych, a mianowicie glukokortykosteroidów oraz niesteroidowych leków przeciwzapalnych. Powszechnie znana jest również rola metabolitów kwasu arachidonowego w regulacji funkcji naczyń krwionośnych. Natomiast wyniki badań prowadzonych w ciągu ostatniej dekady wykazały, że eikozanoidy odgrywają kluczową rolę także w biologii fibroblastów oraz produkcji kolagenu. Poszczególne grupy eikozanoidów posiadają różne, często przeciwstawne, efekty działania, co sprawia, że procesy biologiczne mogą być regulowane poprzez zmiany klas syntetyzowanych eikozanoidów.

Leukotrieny uważane są za mediatory prozapalne. Leukotrien B4 (LTB4) posiada silne właściwości chemotaktyczne w stosunku do leukocytów, aktywuje leukocyty i przedłuża ich okres przeżycia. Leukotrieny cysteinylowe silnie kurczą mięśnie gładkie oskrzeli i naczyń krwionośnych oraz zwiększają ich przepuszczalność. Stwierdzono ponadto, że leukotrieny wykazują działanie chemotaktyczne w stosunku do fibroblastów, zwiększają produkcję kolagenu, a w warunkach niedoboru COX stymulują proliferację fibroblastów.

Lipoksyny posiadają silne właściwości przeciwzapalne, w znacznej mierze wynikające z antagonizowania biologicznych efektów leukotrienów. Lipoksyny hamują m.in. chemotaksję oraz aktywację leukocytów zależną od LTB4. Badania eksperymentalne wykazały, że zmiana klasy eikozanoidów z powstałych przy udziale 5-LOX leukotrienów na syntetyzowane pod wpływem 15-LOX lipoksyny ma kluczowe znaczenie dla zakończenia (rozejścia się) odczynu zapalnego. Lipoksyny powodują także, poprzez stymulację produkcji tlenku azotu (NO), rozszerzenie naczyń krwionośnych. Badania ostatnich lat wykazały, że lipoksyna A4 hamuje proliferację fibroblastów oraz syntezę kolagenu.

Prostaglandyny, z których najlepiej poznana została prostaglandyna E2 (PGE2), uważane są za mediatory pozapalne. Badania ostatnich lat wykazały jednak, że rola PGE2 w regulacji procesów zapalnych jest znacznie bardziej złożona, ponieważ PGE2 bierze również udział w wygaszeniu zapalenia poprzez zwrotne hamowanie ekspresji izoenzymu COX2 oraz stymulację ekspresji 15-LOX. Wyniki badań eksperymentalnych wykazały, że PGE2 silnie hamuje proliferację i funkcję fibroblastów, w tym również syntezę kolagenu (ryc. 2).

Twardzina układowa a eikozanoidy

Twardzina układowa (TU) jest przewlekłą układową chorobą tkanki łącznej charakteryzującą się postępującym włóknieniem skóry i narządów wewnętrznych, co z kolei prowadzi do ich niewydolności. Powikłania narządowe TU dotyczyć mogą większości układów i narządów, w tym przewodu pokarmowego, płuc, serca, nerek oraz układu ruchu.

Szczególne miejsce wśród powikłań narządowych zajmuje śródmiąższowa choroba płuc, zwana dawniej włóknieniem płuc. Powikłanie to dotyczy większości pacjentów z TU i stanowi obecnie najczęstszą przyczynę zgonów chorych z TU.

Obserwacje kliniczne oraz wyniki badań eksperymentalnych wskazują, że główną rolę w rozwoju choroby odgrywają: uszkodzenie naczyń krwionośnych, aktywacja procesów immunologiczno-zapalnych oraz nadmierna produkcja tkanki łącznej. Ponieważ eikozanoidy regulują zarówno odczyn zapalny, produkcję kolagenu, jak i funkcję naczyń krwionośnych, założyliśmy, że zaburzenia równowagi pomiędzy poszczególnymi klasami eikozanoidów mogą mieć istotne znaczenie w patogenezie TU. Badania przeprowadzone we współpracy z Center of Experimental Rheumatology w Zurychu wykazały, że w skórze chorych na TU ma miejsce wzmożona ekspresja 5-LOX, enzymu odpowiedzialnego za syntezę leukotrienów. Ekspresja 5-LOX korelowała z lokalnym odczynem zapalnym skóry. Wykazaliśmy ponadto, że ludzkie fibroblasty skórne wykazują ekspresję 5-LOX, a stymulowane jonoforem – produkują leukotrieny. Pomimo że ekspresja 5-LOX w fibroblastach ludzi chorych na TU była porównywalna z tą obserwowaną u ludzi zdrowych, fibroblasty chorych na TU produkowały więcej leukotrienu B4 (Kowal-Bielecka O., Distler O., Neidhart M., Künzler P., Rethage J., Nawrath M., Carossino A., Pap T., Müller-Ladner U., Michel B.A., Sierakowski S., Matucci-Cerinic M., Gay R.E., Gay S. Arthritis Rheum 2001; 44:1865-1875).

Ponieważ śródmiąższowa choroba płuc w przebiegu TU stanowi obecnie najczęstszą przyczynę zgonów chorych z TU, w kolejnym etapie badań oceniliśmy stężenia leukotrienów B4 (LTB4) oraz E4 (LTE4) w materiale uzyskanym drogą płukania oskrzelowo-pęcherzykowego u chorych z TU z oraz bez śródmiąższowej choroby płuc.

Stężenia obu leukotrienów były znamiennie wyższe w płucach chorych ze śródmiąższową chorobą płuc w porównaniu z chorymi na TU bez cech śródmiąższowej choroby płuc oraz osobami zdrowymi. Stężenie LTB4 dodatnio korelowało z odsetkiem neutrofili, będącym wyznacznikiem lokalnego odczynu zapalnego w dolnym odcinku układu oddechowego oraz złym wskaźnikiem prognostycznym. Leczenie dożylnymi wlewami cyklofosfamidu, będącego obecnie lekiem z wyboru w leczeniu chorych ze śródmiąższową chorobą płuc w przebiegu TU, powodowało istotne zmniejszenie stężenia LTB4 oraz odsetka granulocytów obojętnochłonnych w płucach chorych z TU (Kowal-Bielecka O., Distler O., Kowal K., Siergiejko Z., Chwiećko J., Sulik A., Gay R.E., Bodzenta Łukaszyk A., Gay S., Sierakowski S. Arthritis Rheum 2003; 48:1639-1646).

W tym miejscu należy wspomnieć, że ogłoszone na tegorocznym zjeździe American College of Rheumatology wyniki wieloośrodkowego badania klinicznego pod nazwą Scleroderma Lung Study wykazały, że leczenie cyklofosfamidem chorych ze śródmiąższową chorobą płuc w przebiegu TU oraz zapaleniem pęcherzyków płucnych powoduje istotną poprawę funkcji układu oddechowego. Ponieważ LTB4 jest jednym z najsilniejszych chemoatraktantów, obserwowane przez nas obniżenie stężenia LTB4 w płucach chorych ze śródmiąższową chorobą płuc w przebiegu TU pod wpływem terapii cyklofosfamidem może być jednym z mechanizmów odpowiedzialnych za korzystne efekty leczenia immunosupresyjnego u tych chorych.

Z uwagi iż leczenie immunosupresyjne przynosiło korzystne efekty u chorych ze śródmiąższową chorobą płuc w przebiegu TU, a efekt ten korelował z hamowaniem procesu zapalnego w dolnym docinku układu oddechowego, w kolejnym etapie badań założyliśmy, że naturalne mechanizmy odpowiedzialne za hamowanie zapalenia i/lub włóknienia są w płucach chorych ze śródmiąższowa chorobą płuc w przebiegu TU niewystarczające. Przeprowadzone przez nas badania wykazały, że stężenie PGE2 było znamiennie podwyższone w płucach chorych ze śródmiąższową chorobą płuc oraz że stężenie to korelowało ze stężeniem LTB4 oraz odsetkiem granulocytów obojętnochłonnych (Kowal-Bielecka O., Kowal K., Distler O., Rojewska J., Bodzenta-Łukaszyk A., Michel B.A., Gay R.E., Gay S., Sierakowski S. Arthritis Rheum 2005; 52:3783-3791).

Wyniki te są szczególnie interesujące w świetlne najnowszych badań eksperymentalnych, wskazujących, że w trakcie rozwoju eksperymentalnego włóknienia płuc, wskutek zmian ekspresji receptorów dla prostaglandyn, PGE2 staje się czynnikiem stymulującym proliferację fibroblastów i produkcję kolagenu. Nasze badania pokazały natomiast, że w płucach chorych ze śródmiąższową chorobą płuc w przebiegu TU występuje względny niedobór metabolitów 15-LOX, a mianowicie lipoksyny A4 oraz 15-HETE.

Przeprowadzone przez nas badania wykazały, że w przebiegu TU dochodzi do zaburzeń równowagi pomiędzy eikozanoidami stymulującymi procesy zapalne i/lub włóknienie a eikozanoidami o działaniu przeciwzapalnym i hamującym produkcję kolagenu. Zaburzenia te mogą mieć istotne znaczenie dla rozwoju zmian narządowych w przebiegu TU, a ich korekta może stanowić nowy, atrakcyjny cel terapeutyczny, zwłaszcza że dotychczas brak skutecznych i  względnie bezpiecznych metod leczenie TU. 

„Przegląd Reumatologiczny” 2006, nr 3 (9), s. 4-5.