Rola komórki dendrytycznej w zakażeniu Helicobacter pylori

Udział komórek dendrytycznych (dendritic cell – DC) w odpowiedzi immunologicznej na zakażenie Helicobacter pylori (H. pylori) cieszy się wielkim zainteresowaniem, ponieważ mogą one stanowić pomost między wrodzoną a nabytą odpowiedzią immunologiczną. Zostały one zidentyfikowane jako te komórki, które jako pierwsze odpowiadają na czynniki stymulujące bakterii [1] i odgrywają ważną rolę komórek prezentujących antygen [2].
Przewlekłe zakażenie H. pylori prowadzi do zapalenia błony śluzowej żołądka, natomiast u części chorych – choroby wrzodowej, a u ok. 1% – raka żołądka. Mimo że kolonizacja ludzkiego żołądka H. pylori zachodzi przeważnie w dzieciństwie, to w przypadku braku efektywnego leczenia trwa przez wiele lat. Odpowiedź immunologiczna i zapalna rozwija się u wszystkich zakażonych osób, a mimo to ponad 80% nie ma żadnych objawów klinicznych związanych z zakażeniem H. pylori przez całe życie, u części z nich objawy występują dopiero w wieku dorosłym. Prawdopodobieństwo rozwinięcia się choroby u osób zakażonych jest w większości determinowane przez odpowiedź zapalną, która wiąże się z wirulencją szczepów, genetyczną predyspozycją gospodarza i kofaktorami środowiskowymi. Odpowiedź immunologiczna i zapalna na zakażenie tymi bakteriami jest w dwójnasób istotna – zapalenie błony śluzowej żołądka może prowadzić do rozwoju dalszych następstw klinicznych, a nieskuteczna odpowiedź immunologiczna i zapalna jest przyczyną utrzymywania się zakażenia [3].
Komórki dendrytyczne w zależności od umiejscowienia anatomicznego, morfologii i fenotypu można podzielić na komórki narządów nielimfatycznych, limfatycznych oraz krwi. Nieregularny kształt DC zapewnia im większą powierzchnię kontaktu z antygenem i limfocytami, natomiast ich zdolność ruchowa stwarza możliwości skutecznego wyłapywania antygenów ze środowiska. Komórki dendrytyczne charakteryzują się zdolnością sekrecji wielu substancji, w tym interleukin (IL-1, IL-6, IL-7, IL-8, IL-9, IL-10, IL-12, IL-15, IL-18), chemokin (MCP-1) czy innych cytokin (TNF-α, INF-a, IFN-g, G-CSF, GM-CSF, TGF-b). Na powierzchni DC stwierdzono również obecność receptorów uczestniczących w procesach migracji w kierunku ogniska zapalnego bądź węzłów chłonnych (CCR1, CCR2, CCR4, CCR5, CCR6, CCR7, CXCR1, CXCR2, CXCR4).
Wykazano także, że DC mogą penetrować warstwę komórek powierzchniowych nabłonka jelitowego (in vitro i in vivo) oraz bezpośrednio kontaktować się z bakterią [4–6]. Komórki dendrytyczne poprzez aktywację dziewiczych limfocytów T i B jako jedyne są zdolne do pobudzania pierwotnej odpowiedzi immunologicznej.
Najważniejszą grupą receptorów rozpoznających patogen (pattern-recognition receptors – PRR), poznaną stosunkowo niedawno, są receptory Toll-podobne (Toll-like receptors – TLR). Ligandami dla tych receptorów okazują się struktury egzogenne pochodzące z bakterii (lipopolisacharydy – LPS, peptydoglikany czy białka szoku termicznego, heat shock protein – HSP) oraz struktury endogenne pochodzące z makroorganizmów (produkty rozpadu martwych komórek), które określa się jako wzorce molekularne związane z patogenami (patogen associated molecular patterns – PAMP) [7].
Znanych jest 13 receptorów Toll-podobnych (TLR1–TLR13), z których TLR2 oraz TLR4 wykazują powinowactwo do bakterii, natomiast TLR5 to szczególny typ receptora, który – wiążąc flagelinę (białko rzęsek bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych) – zwiększa odporność organizmu w wyniku aktywacji monocytów, DC i NK oraz limfocytów T. Receptory Toll-podobne po połączeniu z różnymi ligandami (PAMP) indukują i syntetyzują cytokiny prozapalne, zwiększają ekspresję antygenów zgodności tkankowej (MHC) oraz cząstek kostymulujących, występujących na komórkach układu odpornościowego, czego wynikiem jest aktywacja odpowiedzi zapalnej [8].
Na DC stwierdzono obecność następujących receptorów Toll-podobnych: TLR2, TLR3, TLR5, TLR7, TLR8, TLR9 i TLR10.
Wykazano, że w infekcjach bakteryjnych TLR aktywuje i stymuluje DC, powodując ich dojrzewanie, zwiększając ich zdolność migracji do węzłów chłonnych, w których to wpływają na różnicowanie limfocytów T do Th1 – odpowiedzialnych głównie za odporność komórkową [9]. Lipopolisacharydy zewnętrznej błony komórkowej osłony H. pylori poprzez TLR2, przy współudziale TLR4 i cząsteczek kostymulujących CD80 oraz CD86, wzmagają syntezę TNF-α, IL-10, IL-12, chemokin, a także jądrowego czynnika transkrypcyjnego B (nuclear factor kappa B – NF-kB) [10], natomiast TLR5 – wiążąc flagelinę – wpływa na indukcję odpowiedzi zapalnej poprzez aktywację monocytów, komórek NK i DC oraz zwiększoną produkcję cytokin, głównie TNF-α i IL-6, a także molekuł kostymulujących (CD80 i CD86) występujących na DC [11, 12].
Wyróżnia się dwie rodziny receptorów PRR w komórkach nabłonkowych błony śluzowej przewodu pokarmowego – omówione wcześniej TLR oraz cząsteczki Nod (nucleotide binding oligomerization domain) – Nod1, Nod2 – i ostatnio odkrytą IPAF (Nod-like receptor – NLRC4). Białka receptorowe Nod są aktywowane przez ligandy H. pylori, gdyż mają one geny typu IV sekrecji [13].
Po aktywacji poprzez TLRs (receptory Toll-podobne) DC mogą następnie aktywować limfocyty T w różnym kierunku i są zdolne do pobudzania zarówno Th1, jak i Th2/Treg (regulatorowe limfocyty T) wskutek zwiększonej produkcji odpowiednio IL-12 czy IL-10 [14, 15].
Jednym z czynników wirulencji H. pylori jest białko aktywujące neutrofile (H. pylori neutrophil activating protein – HP-NAP), które bierze aktywny udział w rozwijającym się procesie zapalnym, zwiększając właściwości adhezyjne neutrofilów do komórek nabłonka i wzrost wydzielania IL-8. HP-NAP jest agonistą TLR2 zdolnym do indukowania wydzielania IL-12 (która jest kluczową cytokiną dla różnicowania się „naiwnych” limfocytów T w limfocyty o fenotypie Th1). Indukuje również monocyty do wydzielania IL-23 i różnicowania w dojrzałe DC. Powoduje on zwiększenie ekspresji cząsteczek MHC klasy II oraz produkcję IL-12 przez DC, a także wzrost czynników kostymulujących (CD80 i CD86). Wpływa ponadto na różnicowanie się limfocytów w fenotyp Th1 nie tylko poprzez wytwarzanie cytokin IL-12 czy IL-23, ale również poprzez pobudzanie dojrzewania DC wykazujących wysoką ekspresję (HLA-DR, CD80 i CD86) [16].
Komórka dendrytyczna po kontakcie z H. pylori może wydzielać IL-12, pobudzającą limfocyty Th1 do produkcji INF-g, IL-2 czy TNF-α. Może również poprzez produkcję IL-10 aktywować odpowiedź immunologiczną za pośrednictwem Th2 (wydzielają one wówczas IL-4, IL-5, IL-10 czy IL-13) lub Treg, które poprzez IL-10 i TGF-b pobudzają limfocyty Th2, a hamują Th1 [17].
Ważnymi determinantami, które mogą być potencjalnymi antygenami białek zewnętrznej błony H. pylori, są Omp18 i HpaA, indukujące dojrzewanie DC [18].
Wykazano, że aktywacja i dojrzewanie DC przebiega niezależnie od obecności w genomie bakterii cagPAI czy vacA, a aktywacja produkcji cytokin przez DC występuje zarówno po kontakcie z inaktywowanymi bakteriami w formalinie, nadsączem kultury bakterii i może być częściowo zależna od LPS ściany H. pylori [19].
Szczepy tej bakterii mające cag PAI (geny związane z wyspą patogenności – cag pathogenity island) znacząco częściej są odpowiedzialne za chorobę wrzodową czy raka żołądka niż szczepy cagA(–). cag PAI są grupą ok. 30 genów, z których część koduje system sekrecji typu IV (T4SS) umożliwiający „wstrzyknięcie” cagA do cytoplazmy komórki nabłonka. Szczepy H. pylori mające cag PAI stymulują linie komórek epitelialnych do wydzielania dużej ilości cytokiny prozapalnej IL-8. Proces ten zapoczątkowuje rozpoznający patogen receptor (PRR) – Nod1, który rozpoznaje bakterie Gram-ujemne [20, 21].
Po aktywacji DC może być również zwiększona produkcja IL-23 [22], która należy do rodziny IL-12, zawiera podjednostkę p40 IL-12 i pobudza proliferację produkujących IL-17 limfocytów T (Th17) [23].
Komórki dendrytyczne aktywowane w kontakcie z H. pylori przez 48 godz. wykazują znacząco słabszą zdolność do pobudzania produkcji INF-g w zetknięciu z „naiwnymi” limfocytami T w porównaniu z DC aktywowanymi tylko przez 8 godz. [22]. Odnotowano, że przedłużona ekspozycja na różne stymulujące czynniki powoduje „wyczerpanie” DC, prowadzące do zmniejszenia produkcji cytokin i zmianę w stymulowaniu naiwnych komórek T, które w większości przekształcają się w Th2 lub niespolaryzowane komórki T [15, 22].
Być może ważną rolę w przewlekłym zakażeniu H. pylori odgrywa czas, podczas którego DC po kontakcie z antygenem docierają do węzłów limfatycznych. Znaczącą funkcję w odpowiedzi człowieka na zakażenie H. pylori pełni odpowiedź limfocytów T-helper. Istnieją jednak dowody na to, że siła tej odpowiedzi Th1 może być suboptymalna. Taka może być odpowiedź na osłabioną aktywację limfocytów T przez DC [22]. Przypuszczalnie przewlekły kontakt DC z H. pylori powoduje utratę zdolności do indukowania odpowiedzi Th1, co może przyczyniać się do przetrwania zakażenia.

Piśmiennictwo
1. Pulendran B, Palucka K, Banchereau J. Sensing pathogens and tuning immune responses. Science 2001; 293: 253-6.
2. Sallusto F, Lanzavecchia A. Mobilizing dendritic cells for tolerance, priming, and chronic inflammation. J Exp Med 1999; 189: 611-4.
3. Robinson K, Argent RH, Atherton JC. The inflammatory and immune response to Helicobacter pylori infection. Best Pract Res Clin Gastroenterol 2007; 21: 237-59.
4. Rescigno M, Urbano M, Valzasina B i wsp. Dendritic cells express tight junction proteins and penetrate gut epithelial monolayers to sample bacteria. Nat Immunol 2001; 2: 361-7.
5. Chieppa M, Rescigno M, Huang AY, Germain RN. Dynamic imaging of dendritic cell extension into the small bowel lumen in response to epithelial cell TLR engagement. J Exp Med 2006; 203: 2841-52.
6. Niess JH, Brand S, Gu X i wsp. CX3CR1-mediated dendritic cell access to the intestinal lumen and bacterial clearance. Science 2005; 307: 254-8.
7. Beutler B. Innate immune responses to microbial poisons: discovery and function of the Toll-like receptors. Ann Rev Pharmacol Toxicol 2003; 43: 609-28.
8. Janssens S, Beyaert R. Role of Toll-like receptors in pathogen recognition. Clin Microbiol Rev 2003; 16: 637-46.
9. Pasare C, Medzhitov R. Toll-like receptors: linking innate and adaptive immunity. Adv Exp Med Biol 2005; 560: 11-8.
10. Mandell L, Moran AP, Cocchiarella A i wsp. Intact gram-negative Helicobacter pylori, Helicobacter felis, and Helicobacter hepaticus bacteria activate innate immunity via toll-like receptor 2 but not toll-like receptor 4. Infect Immun 2004; 72: 6446-54.
11. Reis e Sousa C. Toll-like receptors and dendritic cells: for whom the bug tolls. Semin Immunol 2004; 16: 27-34.
12. Guiney DG, Hasegawa P, Cole SP. Helicobacter pylori preferentially induces interleukin 12 (IL-12) rather than IL-6 or IL-10 in human dendritic cells. Infect Immun 2003; 71: 4163-6.
13. Viala J, Chaput C, Boneca IG i wsp. Nod1 responds to peptidoglycan delivered by the Helicobacter pylori cag pathogenicity island. Nat Immunol 2004; 5: 1166-74.
14. Banchereau J, Briere F, Caux C i wsp. Immunobiology of dendritic cells. Ann Rev Immunol 2000; 18: 767-811.
15. Iliev ID, Matteoli G, Rescigno M. The yin and yang of intestinal epithelial cells in controlling dendritic cell function. J Exp Med 2007; 204: 2253-7.
16. Amedei A, Cappon A, Codolo G i wsp. The neutrophil-activating protein of Helicobacter pylori promotes Th1 immune responses. J Clin Invest 2006; 116: 1092-101.
17. Kranzer K, Eckhardt A, Aigner M i wsp. Induction of maturation and cytokine release of human dendritic cells by Helicobacter pylori. Infect Immun 2004; 72: 4416-23.
18. Voland P, Hafsi N, Zeitner M i wsp. Antigenic properties of HpaA and Omp18, two outer membrane proteins of Helicobacter pylori. Infect Immun 2003; 71: 3837-43.
19. Kranzer K, Söllner L, Aigner M i wsp. Impact of Helicobacter pylori virulence factors and compounds on activation and maturation of human dendritic cells. Infect Immun 2005; 73: 4180-9.
20. Robinson K, Argent RH, Atherton JC. The inflammatory and immune response to Helicobacter pylori infection. Best Pract Res Clin Gastroenterol 2007; 21: 237-59.
21. Backert S, Ziska E, Brinkmann V i wsp. Translocation of the Helicobacter pylori CagA protein in gastric epithelial cells by a type IV secretion apparatus. Cell Microbiol 2000; 2: 155-64.
22. Mitchell P, Germain C, Fiori PL i wsp. Chronic exposure to Helicobacter pylori impairs dendritic cell function and inhibits Th1 development. Infect Immun 2007; 75: 810-9.
23. Harrington LE, Hatton RD, Mangan PR i wsp. Interleukin 17-producing CD4+ effector T cells develop via a lineage distinct from the T helper type 1 and 2 lineages. Nat Immunol 2005; 6: 1123-32.