Dr.Virág István: Neutrophil granulocyta – Cystás fibrosis (CME NEU CF)

Jó másfél évtizede - a cystás fibrosisos tüdő "proteáz-antiproteáz harctér"-i tudósítás (1) megjelenése körüli időben - megszaporodtak a neutrophil granulocyták (más néven: polymorphonuclearis leukocyták, PMN) működését, szerepét tárgyaló publikációk.

Terjedelmes (7-38 oldal), tartalmas összefoglalók jelentek meg, melyekből az érdeklődő olvasó sok mindent megtudhat a klasszikus felfogásról és annak módosulását, fejlődését jelentő adatokról. Ezek fontosabb témapontjai, felsorolásszerűen:

• A neutrophil granulocyta
• a cystás fibrosisos gyulladásban kulcsszerepet játszhat (2)
• a krónikus cystás fibrosisos tüdőbetegség patomechanizmusában, a légúti hámsejtekkel együtt vesz részt (3,4)
• biológiájának felismerései klinikai következményekkel járnak (5)
• különböző, újonnan feltárt funkciói az immunitás és a gyulladás területén is túlmutatnak (6)
• működése sokoldalú (7)
• természete változékony, és "rejtélyes" szerepet játszik az akut respiratiós distress szindrómában (ARDS) (8)
• kölcsönhatásban áll a T-sejtekkel (9)
• "ingadozó", "egyensúlyozó" működést fejt ki: védekezés vs. károsítás (10)
• kapcsolataival mintegy "szociális háló"-t képez az immunrendszerben (11)
• apoptosisának szabályozása, valamint a macrophag általi felvétele a gyulladás során új stratégiát jelent (12,13)

A továbbiakban a témára vonatkozó régebbi ("klasszikus"), ám időtálló, valamint az újabb adatok szemelvényszerű és vázlatos ismertetése a mucoviscidosisos betegek ellátását végző CF doktorok, a gyermekorvosok tájékoztatását és érdeklődésük felkeltését célozza.

Integrin, migráció

A neutrophilek sejtfelszíni adhéziós molekuláinak (integrinek) aktivációja során a - citokin, chemokin - stimulus indukálta jelátviteli utak az intracellularis integrin-farokra hatnak. Az aktivációhoz szükséges két folyamat a receptorok konformációjának megváltozása miatt az affinitásuk, valamint - a sejtmembránon való "csoportosulásuk" (clustering) révén – az aviditásuk megváltozása. Az integrinnek az aktin cytoskeletonhoz való kötődése – talin-1, kindlin-3 és más tényezők által – szükséges az adhézióhoz. Újabban a gelsolin-t találták felelősnek a β1-integrin affinitásának szabályozásáért és a sejt adhéziójáért. A neutrophil granulocyta P-selectin glycoprotein ligand-1 (PSGL-1) révén kötődik az érendothel szelektinjeihez, majd a gördülésen (rolling) keresztül eljut az érfalon való átjutáshoz (transmigration). Miután ellátta feladatát (a támadó pathogen "megsemmisítése"), a régi felfogás szerint egyetlen sorsa volt: a sejthalál. Újabban kiderült azonban, hogy visszafelé is migrálhat (fordított migráció). Ezeknek a "vissza-migráló" neutrophileknek lehet szerepe a gyulladás, a proinflammatorikus válasz megszűnésében, és így a szükségtelen további sejtkárosodás kivédésében. A neutrophilek a lymphocyta proliferáció gátlásával modulál(hat)ják az adaptív immunválaszt, és szerepel(het)nek az antigén prezentációjában. Mindez arra utal, hogy a neutrophil granulocyta - a hagyományos felfogástól eltérően – nem tekinthető pusztán antibakteriális funkciójú, rövid élettartamú sejtnek(14). A neutrophilek migrációja - és egyéb termékeik hatása - szerepet játszhat autoimmun betegségekben (pl. rheumatoid arthritis, szisztémás lupus erythematosus, vasculitis) is (15).

A neutrophilek migrációja elsődlegesen az érendothelen át történik (transendothelialis). Kóros körülmények között pedig a hámon át, transepithelialisan migráló neutrophilek antimikrobás anyagai (pl. proteázok, oxidánsok, melyeknek célpontjai az epithelialis sejtek) gyulladásos károsodást okozhatnak. Ez szerepelhet különböző tüdőbetegségek pathogenesisében, pl. akut respiratiós distress szindróma (ARDS), krónikus obstruktív tüdőbetegség (COPD), cystás fibrosis (16). A neutrophil - mint láttuk - képes átvándorolni a hámon és bejutni a lumenbe (a gastrointestinalis, hepatobiliaris rendszerben, a húgyutakban, a légutakban, pl. cystás fibrosis) is. Ebben mikrobialis termékek (pl. lipopoliszaccharida, LPS) és adhezív kölcsönhatások szerepelnek valamint a Toll-like receptorok modulálhatják a folyamatot. Így a leukocyta - epithel - mikrobialis kölcsönhatások befolyásolják az antimikrobás választ (17).

A neutrophil granulocyta egyes komponensei

Az akut respiratiós distress szindróma (ARDS) létrejöttében a neutrophilek microparticulumai és a gap junctionon át történő intercellularis kommunikáció (GJIC) is szerepel. A microparticulumok relative homogén csoportját képezik az exosomák: 50-150 nm átmérőjű, lipid kettősréteggel (sejtmembrán) borított, stimulációra kibocsátott sejtrészecskék. Ezeket, mint keringő bioaktív effektorokat recipiens sejtek internalizálhatják, s így a legkülönbözőbb biológiai funkciókat fejthetik ki. A "sejtközötti rések" - gap junctions - pedig transzmembrán proteinekből, connexinekből épülnek fel, melyek hexagonális connexonokat alkotnak, és kis molekulák számára permeábilisak. Az aktivált neutrophilek felszínén is vannak connexonokat képező connexinek (18). Az aktivált neutrophilekből származó microvesiculumok (neutrophil derived microvesicles NDMV), mint az immunválasz kulcsfontosságú mediátorai, hatnak az endothelsejtekre, thrombocytákra és a myeloid sejtekre (monocyta, macrophag, dentritikus sejt) is (19). A neutrophilek a fertőzések elleni primer védekezésen kívül fontosak a gyulladásos és immunválaszok finom regulációjában is. Ezt különböző citokinek - köztük a chemotaktikus hatású chemokinek - de novo termelésével és kibocsátásával érik el (20). A neutrophilek gyors immunválasza azon is múlik, hogy tárolják az intracellularis proinflammatorikus vegyületeket (citokinek, chemokinek, emésztő enzimek), majd ezeket szabályozott exocytosissal kibocsátják. (E miatt de novo szintézisükre "szinte nincs is szükség"). A neutrophil szekréció három mozzanata: 1. a proinflammatorikus mediátorok szintézise, szállítása, tárolása; 2. a vesiculum mobilizációja és a mediátorok kibocsátása; 3. továbbá ezek de novo szintézisének "felszabályozása" a már a fertőzés, gyulladás színhelyén lévő neutrophilekben (21).

A neutrophil "kritikus" szerepet játszik gazdaszervezet bakteriális és gombás fertőzések elleni védekezésében, de nem megfelelő ("dysregulált") aktivációja viszont autoimmun és gyulladásos betegségek folyamán szövetkárosodáshoz vezethet. A neutrophil felszíni receptorai a pathogen invázió és a gyulladásos környezet felismerését szolgálják. Ide tartoznak a G-proteinhez kapcsolt chemokin és "chemoattraktiv", a citokin, az Fc, az adhéziós receptorok (szelektinek/szelektin ligandok és integrinek), a veleszületett immunválasz Toll-like receptorai és a C-tipusú lektinek. Mindezek sokféle jelátviteli útvonalat aktiválnak (22).

PHAGOCYTOSIS

A mikroorganizmusok bekebelezésekor a neutrophil "szintetizálja" és aktiválja a NAPH oxidázt a phagosomában, így szuperoxid aniont és hidrogénperoxidot generál. Ehhez járul még az azurophil granulumok enzime, a myeloperoxidáz. Együttes hatásukra a klorid oxidálódik, hipoklórsav és több más reakciótermék képződik. A phagosoma komponenseinek komplex hatása a bekebelezett mikroorganizmus életképességének elvesztésében tetőzik (23). A Pseudomonas aeruginosa (opportunista pathogen) felelős a krónikus obstruktív tüdőbetegségben szenvedő és a cystás fibrosisos betegek fertőzéses morbiditásáért. Ennek a baktériumnak a phagocytosisában a flagellumok motilitásának is szerepe van (a folyamat a motilis alakok esetében hatékonyabb, viszont a nem motilisak perzisztálnak!). A P. aeruginosa az epithelsejteket is megtámadhatja: az itt, valamint a phagocytosisban szereplő molekuláris mechanizmusok több részlete már tisztázott (24).

NET

2004-ben írták le, hogy a neutrophil képes a kórokozók sejten kívüli elölésére is, ún. neutrophil extracellularis csapda (NET) kibocsátása útján. Minthogy ennek során a neutrophil elveszíti életképességét, a folyamatot NETosis-nak nevezték el. A baktericid hatás a NET összetételéből következik: chromatin filamentumok, DNS, granulum komponensek, hisztonok, cytoplazma fehérjék. Mivel a jelenség más fajokban (növényekben!) is ismert, tágabb értelemben ET-ről beszélhetünk. A NET képződése voltaképpen fertőzésre adott immunválasz, de szerepel számos gyulladásos és autoimmun folyamatban is (25). A hálószerű szerkezetű NET-ek létrejöttének kiváltó okai kevéssé ismertek. A molekuláris mechanizmus egyik tényezőjeként a foszfolipáz C (PLC) szerepel(het) a phagosoma NADPH oxidáz (Nox2 komplex), a reaktv oxigén gyökök (ROS) termelésében. Ezek ("valami módon") transzlokálják a neutrophil elasztázt az azurophil granulumokból a sejtmagba, ahol a hisztonokra proteolitikus hatást kifejtve a chromatin relaxatióját váltja ki, és végül ez a "dekondenzált" chromatin jut ki a NET-ben (26). Az egyik, általánosan elfogadott álláspont szerint a NET képződés (NETosis) a sejthalál különleges formája, amely különbözik a necrosistól és az apoptosistól. Kiváltója a baktériumokkal, gombákkal és/vagy aktivált thrombocytákkal való kontaktus, illetve gyulladásos stimulusok: mindezek szembeötlő morfológiai elváltozásokhoz vezetnek. A NET fő hatása a csapdába esett kórokozó elölése, ám a kibocsátott chromatin és a proteázok a keringésbe jutva prokoaguláns, prothrombotikus hatásúak; a cystás fibrosisos betegek légúti folyadékában megtalálható DNS-fehérje komplexek pedig növelik a köpet viszkozitását és rontják a tüdőfunkciót (27). Nemcsak sejtpusztulással járó ("öngyilkos") NET képződés létezik, hanem - egyes vizsgálatok szerint - vitális NET is, amelynek során a neutrophil nem pusztul el, nem veszti el minden funkcióját. Mindkét forma szerepelhet az autoimmun és vasculitises betegségek pathogenesisében (28).

KALCIUM

A neutrophil granulocyta a gyulladás primer mediátora pl. krónikus obstruktív tüdőbetegségben, cystás fibrosisban. A proinflammatorikus stimulusok sejtszinten mobilizálják a Ca2+-t a raktárakból a cytosolba. A homeostasis helyreállítására a "cytosolos" Ca2+ eltakarítása (clearence) a ciklikus AMP-függő protein kináz-modulált endomembrán Ca2+ ATP-áz (PMCA) révén történik, egyéb mechanizmusok mellett. A Ca 2+ homeostasis helyreállítása, az intracellularis Ca2+ raktárak feltöltése – ez úton pedig a neutrophilek "megzabolázása" – farmakológiai mediátorok útján, újszerű kemoterápiás stratégiát jelenthet ezekben a kórállapotokban (29). A neutrophil kalcium- és cink-kötő fehérjét (Calprotectin) tartalmaz. Ennek extracellularis koncentrációja számos kórállapotban (pl. rheumatoid arthritis, Crohn betegség, cystás fibrosis) megnő. Jelentős antifungális hatása mellet chemotaktikus, integrin-aktiváló tényező. Számos sejtféleségre nézve növekedést gátló és apoptosist indukáló hatása van, és gyulladásos mediátornak tekinthető (30). Cystás fibrosisos gyermekekben fertőzéses pulmonalis exacerbatio esetén a Calprotectin (CP) magas szintje jelzi a gyulladásos folyamat kiterjedését. Számos más kórállapotban (pl. gyulladásos bélbetegség, juvenilis idiopathiás arthritis, akut appendicitis, egyes daganatok) megemelkedik a faecalis (FCP) és vagy a szérum (SCP), illetve a monocyták/macrophagok CP szintje (31).

EGYÉB

A rák progressziójában szerepelhet a gyulladás: a magas neutrophil / lymphocyta arány (NLR) sok tumorban rossz prognózist jelez. Több mint 40000 beteget felölelő nemzetközi tanulmány szerint a 4 feletti érték kb. másfél-kétszeres kockázatot jelent a különböző jellegű túlélés (overall OS, cancer-specific CSS, progression-free PFS, disease-free survival DFS) tekintetében (32). 138 cystás fibrosisos gyermek kórtörténetének áttekintése alapján az NLR 3 feletti értéke szignifikánsan korrelált a testtömeg index-szel és az alacsonyabb FEV1 értékkel, vagyis a klinikai állapottal, s így hasznos biomarker lehet (33). A neutrophil alapfolyamatainak dysregulatiója súlyos periodontitist okoz állatmodellben és emberben is. Mind az excesszív aktivitás, mind pedig congenitalis funkció-defektus súlyos – korán kezdődő – periodontitishez vezethet (34) A Franciscella tularensis azon kevés kórokozó egyike, amely képes "behatolni" a neutrophil granulocytába – valamint az alveoláris II típusú (AT II) sejtbe és macrophagba. Rendelkezik olyan mechanizmusokkal, melyek "kivédik" a neutrophilek "elimináló" hatását. Valószínű, hogy tularaemiában a neutrophilek nem jelentenek hatékony védelmet, sőt inkább hozzájárulnak a betegség progressziójához. Ezért pl. migrációjuk manipulációja megfelelő kiegészítő kezelés lehet (35). Az asthma ellátásában rögzített indikációi mellett a Montelucast-ról (ciszteinil-leukotrién receptor antagonista) kiderült, hogy hatással van a neutrophil granulocytára, és hatékony (lehet) olyan kórállapotokban, - pl. cystás fibrosis - amelyekben az epithelsejt/neutrophil kölcsönhatás szerepet játszik (36).

IRODALOM *

1. Balfour-Lynn IM.
   The protease-antiprotease battle in the cystic fibrosis lung.
   J R Soc Med. 1999;92 Suppl 37:23-30.
2. Witko-Sarsat V et al.
   Inflammation and CFTR: might neutrophils be the key in cystic fibrosis?
   Mediators Inflamm. 1999; 8(1):7-11.
3. Conese M et al.
   Neutrophil recruitment and airway epithelial cell involvement in chronic cystic fibrosis lung isease.
   J Cyst Fibros. 2003 Sep;2(3):129-135.
4. Terheggen-Lagro SWJ et al.
   The role of airway epithelium and blood neutrophils in the inflammatory response in cystic fibrosis.
   J Cyst Fibros. 2005 Aug; 4 Suppl 2:15-23.
5. Cowburn AS et al.
   Advances in neutrophil biology: clinical implications.
   Chest. 2008 Sep;134(3):606-12.
6. Mócsai A.
   Diverse novel functions of neutrophils in immunity, inflammation, and beyond.
   J Exp Med. 2013 Jul;210(7):1283-99.
7. Mayadas TN, Cullere X, Lowell CA.
   The multifaceted functions of neutrophils.
   Annu Rev Pathol. 2014;9:181-218.
8. Williams AE, Chambers RC.
   The mercurial nature of neutrophils: still an enigma in ARDS?
   Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2014 Feb;306(3):L217-3o.
9. Kalyan S, Kabelitz D.
   When neutrophils meet T cells: beginnings of a tumultuous rerelationship with underappreciated potential.
   Eur J Immunol. 2014 Mar;44(3):627-33.
10. Bardoel BW et al.
    The balancing act of neutrophils.
    Cell Host Microbe. 2014 May 14;15(5):526-36.
11. Scapini P, Cassatella MA.
    Social networking of human neutrophils within the immune system.
    Blood. 2014 Jul 31;124(5):710-9.
12. McCracken JM, Allen LA.
    Regulation of human neutrophil apoptosis and lifespan in healthand disease.
    J Cell Death. 2014 May 8;7:15-23.
13. Martin KR, Ohayon D, Witko-Sarsat V.
    Promoting apoptosis of human neutrophils and phagocytosis by macrophages: novel strategies in the resolution of inflammation.
    Swiss Med Wkly. 2015 Feb 21;145:w14056.
14. Langereis JD.
    Neutrophil integrin affinity regulation in adhesion, migration, and bacterial clearence.
    Cell Adh Migr. 2013 Nov-Dec;7(6):476-81.
15. Shelef MA, Tauzin S, Huttenlocher A.
    Neutrophil migration: moving from zebrafish models to human autoimmunity.
    Immunol Rev. 2013 Nov;256(1):269-81.
16. Zemans RL, Colgan SP, Downey GP.
    Transepithelial migration of neutrophils: mechanisms and implications for acute lung injury.
    Am J Respir Cell Mol Biol. 2009 May;40(5)519-35.
17. Reaves TA, Chin AC, Parkos CA.
    Neutrophil transepithelial migration: role of toll-like receptor sin mucosal inflammation.
    Mem Inst Oswaldo Cruz. 2005 Mar; 100 Suppl 1:191-8.
18. Dengler V et al.
    Neutrophil intercellular communication in acute lung injury. Emerging roles of microparticles and gap junctions.
    Am J Respir Cell Mol Biol. 2013 Jul;49(1):1-5.
19. Johnson BL III, Kuethe JW, Caldwell CC.
    Neutrophil derived microvesicles: emerging role of a key mediator to the immune ersponse.
    Endocr Metab Immune Disord Drug Targets. 2014;14(3):210-7.
20. Sheshachalam A et al.
    Granule protein processing and regulated secretion in neutrophils.
    Front Immunol. 2014 Sep 19;5:448.
21. Tecchio C, Micheletti A, Cassatella MA.
    Neutrophil-derived cytokines: facts beyond expression.
    Front Immunol. 2014 Oct 21;5:508.
22. Futosi K, Fodor S, Mócsai A.
    Neutrophil cell surface receptors and their intracellular signal transduction pathways.
    Int Immunopharmacol. 2013 Nov;17(3):638-50.
23. Nauseef WM.
    Myeloperoxidase in human neutrophil host defense.
    Cell Microbiol. 2014 Aug;16(8):1146-55.
24. Lovewell RR, Patankar YR, Berwin B.
    Mechanisms of phagocytosis and host clearance of Pseudomonas aeruginosa.
    Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2014 Apr 1;306(7):L591-603.
25. Vorobjeva NV, Pinegin BV.
    Neutrophil extracellular traps: mechanisms of formation and role in health and disease.
    Biochemistry (Mosc). 2014 Dec;79(12):1286-96.
26. Branzk N, Papayannopoulps V.
    Molecular mechanisms regulating NETosis in infection and disease.
    Semin Immunopathol. 2013 Jul;35(4):513-30.
27. Zavrotniak M,Rapala-Kozik M.
    Neutrophil extracellular traps (NETs) – Formation and implications.
    Acta Biochim Pol. 2013;60(3):277-84.
28. Yipp BG, Kubes P.
    NETosis: how vital is it?
    Blood. 2013 Oct 17;122(16):2784-94.
29. Tintinger G, Steel HC, Anderson R.
    Taming the neutrophil: calcium clearence and influx mechanisms as novel targets for pharmacological control.
    Clin Exp Immunol. 2005 Aug;141(2):191-200.
30. Yui S , Nakatani Y, Mikami M.
    Calprotectin (S100A8/S100A9), an inflammatopry protein complex from neutrophils with a broad apoptosis-inducing activity.
    Biol Pharm Bull. 2003 Jun;26(6):753-60.
31. Vaos G et al.
    The role of calprotectin in pediatric disease,
    Biomed Res Int. 2013;2013:542363.
32. Templeton AJ et al.
    Prognostic role of neutrophil-to-lymphocyte ratio in solid tumors: a systematic review and metaanalysis.
    J Natl Cancer Inst. 2014 May 29;106(6):dju124.
33. O'Brien CE, Price ET.
    The blood neutrophil to lymphocyte ratio correlates with clinical status in children with cystic fibrosis: a retrospective study.
    PLoS One. 2013 Oct 2;8(10):e77420.
34. Hajishengallis E, Hajishengallis G.
    Neutrophil homeostasis and periodontal health in children and adolts.
    J Dent Res. 2014 Mar;93(3):231-7.
35. Allen LA.
    Neutrophils: potential therapeutic targets in tularemia?
    Front Cell Infect Mikrobiol. 2013 Dec 27;3:109.
36. Tintinger GR et al.
    Montelukast: more than a cysteinyl leukotriene receptor antagonist?
    Scientific World Journal. 2010 Dec 14;10:2403-13.

* Az összes (1 - 36) Review – az érdeklődők gyors és könnyű tájékozódása érdekében – FullText ( PDF) mellékelten rendelkezésre áll. Az alábbi linken letölthetől:

CME NEU CF - Full text-ek