WSTĘP

Systematyczny wzrost częstości zachorowań na choroby alergiczne, zwłaszcza w krajach wysoko 

rozwiniętych, obserwowany jest od lat 60-tych dwudziestego wieku. Zgodnie z obecnie panującymi poglądami, poza niewątpliwą rolą czynników środowiskowych, w tym tzw.  „teorii higienicznej”, istotne 

znaczenie przypisuje się również indywidualnym predyspozycjom pacjenta. Dużą uwagę poświęca się m.in. badaniom nad genetycznym uwarunkowaniem chorób alergicznych [1, 2]. Dostępność coraz lepszych metod diagnostycznych umożliwia wczesne wykrywanie chorób alergicznych. Pozwala również na poszukiwanie czynników prognostycznych, przydatnych do określania ryzyka rozwoju chorób alergicznych, często na długo przed pojawieniem się pierwszych objawów. Taka diagnostyka, prowadzona np. u noworodków, czy wręcz w okresie prenatalnym, pozwoliłaby na bardziej efektywne zastosowanie prewencji pierwotnej. Niniejsze opracowanie jest próbą przedstawienia aktualnych badań i poglądów na temat postulowanej roli wewnętrznych czynników predykcyjnych w rozwoju chorób alergicznych.

UKŁAD ODPORNOŚCIOWY PŁODU

W czasie ciąży, rozwijający się płód pozostaje w macicy w warunkach sterylnych i jest w zdecydowanie mniejszym stopniu, niż po porodzie, narażony na inwazję patogenów. Aby utrzymać sterylne środowisko w macicy współdziała wiele mechanizmów odporności nieswoistej, chroniących dziecko przez inwazją mikroorganizmów. Śluz szyjkowy zawiera w swoim składzie czynniki o działaniu bakteriobójczym, skuteczne zarówno wobec bakterii Gram-dodatnich, jak i Gram-ujemnych, np. laktoferynę, lizozym, czy defensynę-α. Nabłonek macicy wykazuje ekspresję receptorów z grupy TLR (receptory Toll-podobne) , m.in. TLR1 i TLR9 [3]. Dzięki zdolności rozpoznawania m.in. składników komórek bakteryjnych, receptory TLR odgrywają kluczową rolę we wczesnej, nieswoistej odpowiedzi immunologicznej. Pobudzenie tych receptorów stymuluje wydzielanie naturalnego antybiotyku – defensyny-β, jak również ekspresję różnych cytokin, m.in. IFN-β, IL-6, oraz IL-8. Zwłaszcza ta ostatnia cytokina jest jednym z najsilniejszych chemoatraktantów dla neutrofilów, przyciągając je do miejsca zakażenia. Czynniki przeciwbakteryjne, m.in. fosfolipazę A2 (PLA2), laktoferynę, czy białko wiążące LPS, wykryto w znaczących stężeniach również w płynie owodniowym [4].

Powstawanie układu odpornościowego ma miejsce w bardzo wczesnym okresie życia płodowego. Komórki pnia (stem cells) oraz komórki szeregów granulocytopoezy i monocytopoezy są obecne w wątrobie płodu już 

w 5-6 tygodniu ciąży, a w szpiku pojawiają się około 12 tygodnia [5]. W następnych tygodniach, między 13-16 tygodniem życia płodowego, obwodowe narządy limfatyczne zasiedlane są przez limfocyty [6, 7, 8]. Pod koniec tego okresu, około 

15-16 tygodnia ciąży, rozwija się już zdolność do odpowiedzi na stymulację poliklonalną. O zdolności płodu do rozwijania aktywnej, choć jeszcze niedojrzałej odpowiedzi swoistej może świadczyć obecność immunoglobulin IgM, stwierdzana w krążeniu płodów u tych matek, które w czasie ciąży zostały poddane szczepieniu przeciwko tężcowi [9].

Dzięki zabezpieczeniom zapewnianym przez środowisko wewnątrzmaciczne układ odpornościowy płodu rozwija się powoli. Jeszcze u noworodków stwierdza się obniżoną liczbę prekursorów monocytów i spoczynkowych granulocytów obojętnochłonnych, które ponadto wykazują niedojrzałość funkcjonalną. Opóźnionej chemotaksji, migracji oraz adhezji komórkowej towarzyszy mniejsza aktywność bakteriobójcza neutrofilów, zwłaszcza wobec bakterii Gram-ujemnych [4].

Również monocyty płodu i noworodka cechuje nieco mniejsza sprawność. Przejawia się ona obniżoną ekspresją cząsteczek głównego układu zgodności tkankowej (MHC) klasy II oraz obniżoną aktywnością receptorów z rodziny TLR. Uważa się, że zwłaszcza dwa z nich, receptory TLR2 i TLR4, odgrywają istotną rolę w obronie przeciwko takim patogenom, jak Streptococcus grupy B, Listeria monocytogenes, cytomegalowirus, wirus RS, czy bakterie z grupy Enterobacteriaceae. Stwierdzono, że na monocytach/makrofagach dzieci urodzonych przedwcześnie, poziom receptorów TLR4 pozostawał obniżony w stosunku do poziomu wykrywanego u osób dorosłych, natomiast poziom TLR2 w obu grupach był porównywalny. U dzieci urodzonych o czasie poziom obu receptorów TLR był podobny do poziomu obserwowanego u dorosłych [10, 11, 12].

Ciekawą obserwacją, dotyczącą funkcjonowania układu odpornościowego w okresie płodowym, jest preferencyjne wspomaganie odporności humoralnej, zależnej od limfocytów Th2, i hamowanie odpowiedzi komórkowej, kontrolowanej przez limfocyty Th1. Jedną z przyczyn może być profil cytokin, wydzielanych przez komórki prezentujące antygen. Wykazano, że w okresie płodowym, komórki te produkują mniej TNF, IFN-γ, IFN-α, IL-12 i IL-1β, więcej natomiast IL-6, IL-8, IL-10, oraz IL-23, w porównaniu do ich aktywności po urodzeniu. Uważa się, że takie przesunięcie równowagi w kierunku subpopulacji Th2 zapobiega rozwojowi Th1-zależnej reakcji zapalnej (typu komórkowego) między matką i płodem. Ta swoista dewiacja immunologiczna umożliwia utrzymanie ciąży – zapobiega poronieniom i występowaniu przedwczesnych porodów. Stwierdzono, że nadmierna produkcja cytokin pro-zapalnych (m.in. TNF i IL-1β) w czasie ciąży jest związana z występowaniem porodów przedwczesnych. Szczególnie silną korelację zaobserwowano w przypadku nadmiernej produkcji TNF, cytokiny odpowiedzialnej za indukcję apoptozy w komórkach łożyska [4, 13].

Możliwe, że zjawisko przesunięcia równowagi Th1-Th2 może mieć również związek (co najmniej pośredni) z immunomodulującym działaniem hormonów steroidowych, a zwłaszcza progesteronu. Stwierdzono m.in., że obniżony poziom progesteronu we wczesnym okresie ciąży był czynnikiem predykcyjnym zwiększonego ryzyka rozwoju atopowego zapalenia skóry u dziewczynek (ale nie u chłopców) we wczesnym dzieciństwie [14].

PIERWSZE DNI PO PORODZIE

Powtarzająca się ekspozycja na patogeny środowiskowe pozwala po porodzie na przekierowanie odpowiedzi z dominującej Th2 na Th1. Jak zakłada „teoria higieniczna”, dopiero kontakt z patogenami umożliwia dalsze prawidłowe dojrzewanie układu immunologicznego.

U noworodków liczba limfocytów T jest dwukrotnie wyższa, niż u dorosłych. Później, u niemowląt, pomimo spadku, nadal jednak pozostaje wyższa, niż u dorosłych. Niemal 90% noworodkowych limfocytów T stanowią limfocyty dziewicze, a tylko ok. 10% to limfocyty pamięci (CD45RO+/CD4+) [15]. Limfocyty T wykazują niską ekspresję markerów powierzchniowych, w tym receptorów dla cytokin, świadczących o ich aktywacji (np. CD25, CD69, CD154). Obserwacja ta może tłumaczyć słabszą, niż u dorosłych, odpowiedź limfocytów noworodkowych na IL-12, a silniejszą na IL-4 [16].

Zdolność do wytwarzania przeciwciał u noworodka jest upośledzona. Tuż po urodzeniu istotną rolę odgrywają przeciwciała IgG, otrzymane w okresie płodowym od matki, oraz IgA, przekazywane podczas karmienia piersią. Pełną zdolność do produkcji immunoglobulin dziecko uzyskuje dopiero w wieku około 8 lat [4].

Pozostaje otwarte pytanie o możliwość uczulenia się na czynniki środowiskowe podczas ciąży. W jednym z badań oceniano obecność w płynie owodniowym oraz we krwi matek alergenu roztoczy kurzu domowego (Der p1), na który eksponowane były kobiety ciężarne. Obecność Der p1 wykryto w płynie owodniowym u ponad połowy tych matek, u których stwierdzano obecność alergenu we krwi obwodowej. Powyższa obserwacja może potwierdzać możliwość wewnątrzłonowego narażenia na alergeny [17].

WCZESNA DIAGNOSTYKA IMMUNOLOGICZNA

W najmłodszej grupie wiekowej, ze względu na wciąż jeszcze słabo rozwinięte mechanizmy swoistej odpowiedzi immunologicznej, możliwości diagnostyczne w zakresie rozpoznawania chorób alergicznych są dość ograniczone. Większość danych dotyczących możliwych mechanizmów rozwoju nadwrażliwości pochodzi z badań na modelach zwierzęcych. Cennych informacji dostarczają jednak porównawcze badania prospektywne, polegające na wielokrotnie powtarzanej analizie wybranych parametrów odpowiedzi immunologicznej u dzieci zdrowych lub u pacjentów z wysokim ryzykiem rozwoju alergii.

BADANIA Z WYKORZYSTANIEM KRWI PĘPOWINOWEJ

W przypadku badań mających na celu ewentualne oszacowanie ryzyka rozwoju alergii u noworodka, pierwszym, łatwo dostępnym materiałem do analizy może być jego krew pępowinowa. Niestety, wyniki uzyskane dotychczas są mało spójne.

Związek podwyższonego stężenia IgE we krwi pępowinowej oraz wystąpienia objawów alergii w starszym wieku sugerowały badania wielu grup. Pesonen i wsp. stwierdzali korelację pomiędzy stężeniem IgE we krwi pępowinowej a występowaniem astmy w 10 r.ż. i alergicznego nieżytu nosa w 20 r.ż. [18]. Podobną zależność wykazali Sadeghnejad i wsp. – podwyższone stężenie IgE we krwi pępowinowej korelowało ze zwiększonym ryzykiem wystąpienia alergii w wieku 4 i 10 lat, oraz z rozwojem astmy w 10 roku życia [19]. Również Ferguson i wsp. sugerowali związek pomiędzy podwyższonym stężeniem IgE we krwi pępowinowej i występowaniem epizodów świszczącego oddechu i astmy w 7 r.ż. [20].

W odróżnieniu od obserwacji przytoczonych powyżej, Miyahara i wsp. nie potwierdzili związku pomiędzy stężeniem IgE we krwi pępowinowej, a wystąpieniem alergii w okresie niemowlęcym [21]. W innym modelu doświadczalnym stwierdzono, że podwyższone stężenie IgE bardziej, niż dodatni wywiad rodzinny, koreluje z wystąpieniem dodatnich odczynów w punktowych testach skórnych z alergenami wziewnymi (m.in. alergeny sierści psa, kota, roztoczy kurzu domowego czy pyłki traw). Z drugiej jednak strony parametr ten pozostawał bez ewidentnego związku z rozwojem objawów alergii ze strony układu oddechowego w wieku późniejszym [22].

Również próby prognozowania ryzyka rozwoju alergii na podstawie różnic w odpowiedzi komórek krwi pępowinowej na stymulację nie dały dotychczas jednoznacznych wyników. Proliferacja komórek krwi pępowinowej po stymulacji alergenami inhalacyjnymi (m.in. roztoczy kurzu domowego, pyłków traw i sierści kota) nie wykazywała żadnej istotnej korelacji z wystąpieniem alergii w 6 roku życia [23].

W jednym z badań wykazano jednak, że po nieswoistej stymulacji komórek krwi pępowinowej przy użyciu fitohemaglutyniny (PHA) obniżona ekspresja IL-10 korelowała z rozwojem alergii na białko jaja w 1 r.ż. [24].

Niewykluczone, że użytecznym parametrem może okazać się analiza fenotypu komórek występujących we krwi pępowinowej. Wykazano, że dzieci matek z chorobami alergicznymi wykazują obniżoną liczbę limfocytów Treg (CD4+CD25+high), w porównaniu z dziećmi matek zdrowych. Limfocyty te wykazywały również obniżoną ekspresję antygenu Foxp3 [25].

Podobnie, ocena eozynofilii we krwi pępowinowej może okazać się parametrem przydatnym do prognozowania ryzyka rozwoju nadwrażliwości. Zaobserwowano, że u dzieci, u których w okresie noworodkowym stwierdzano statystycznie znamiennie wyższą, niż u dzieci zdrowych, eozynofilię, w 1 miesiącu życia rozwijał się wyprysk niemowlęcy. Stwierdzono również korelację pomiędzy występowaniem wyprysku niemowlęcego, a epizodami świszczącego oddechu do 2 roku życia [26].

Kolejnym markerem zwiększonego ryzyka chorób alergicznych może okazać się CCL17. Jest to cytokina z grupy chemokin, konstytutywnie wydzielana przez grasicę, jak również przez komórki trofoblastu. Zaobserwowano korelację pomiędzy podwyższonym stężeniem CCL17 we krwi pępowinowej, a późniejszym rozwojem atopowego zapalenia skóry u niemowląt, przy czym podwyższone stężenie CCL17 stwierdzano również u tych dzieci, których matki nie miały objawów alergii [21].

Możliwe, że jednym z parametrów różnicujących pacjentów pod względem ryzyka rozwoju alergii może być odpowiedź ich limfocytów na stymulację odpowiednimi ligandami dla receptorów z rodziny TLR lub alergenami. Reakcję oceniano mierząc produkcję cytokin pro-zapalnych – m.in. IL-1β, IL-6, IL-10, IFN-γ i TNF. Zaobserwowano m.in., że u dzieci zdrowych odpowiedź na stymulację TLR narastała wraz z wiekiem, a profil wydzielanych cytokin (m.in. IFN-γ) promował odpowiedź typu komórkowego (Th1). U pacjentów, u których początkowo nasilona reakcja na stymulację TLR zmniejszała się wraz z wiekiem, oraz dominował profil cytokin Th2, rozwijała się alergia [27].

BADANIA GENETYCZNE

Poza badaniami opisanymi powyżej, podejmowane są również próby ustalenia genetycznych markerów ryzyka rozwoju chorób alergicznych. Jednym z takich markerów genetycznych może być obecność mutacji w genie dla filagryny. Filagryna jest jednym z białek warunkujących prawidłową funkcję naskórka, jako bariery. Uszkodzenie, lub brak filagryny prowadzi m.in. do większej utraty wody, oraz zwiększa podatność naskórka na uszkadzające działanie promieniowania UV. Związek mutacji genu dla filagryny ze zmianami chorobowymi naskórka wykazano w przypadku, tzw. rybiej łuski zwykłej, jak również w przypadku atopowego zapalenia skóry. Przeprowadzone ostatnio badania wykazały, że mutacje R501X, 2282del4, R2447X oraz S3247X istotnie zwiększają ryzyko rozwoju objawów zarówno atopowego, jak i nieatopowego zapalenia skóry. Ponadto, wykazano związek występowania mutacji R501X i 2282del4 z rozwojem alergicznego nieżytu nosa i astmy oskrzelowej u pacjentów z atopowym zapaleniem skóry [28].

Według początkowych poglądów, rodzinne występowanie astmy mogło sugerować ograniczoną ilość genów zaangażowanych w rozwój tej choroby. Jednak szybko okazało się, że etiopatogeneza astmy jest znacznie bardziej złożona. Obecnie przyjmuje się, że do ostatecznego wykształcenia postaci klinicznej astmy dochodzi w wyniku interakcji wielu czynników genetycznych, jak również pod wpływem działania czynników środowiskowych.

Kolejnych danych zaczyna powoli dostarczać trwające już od 2007 roku, zakrojone na szeroką skalę badanie ludzkiego genomu pod kątem związków z różnymi chorobami – GWAS (genome-wide association study). Dotychczas zidentyfikowano kilka loci wykazujących ewidentną korelację z rozwojem astmy (m.in. 17q21 i 1q31), kilkanaście genów związanych m.in. z podwyższonym stężeniem IgE we krwi pępowinowej (m.in. polimorfizmy genów dla IL-13, receptora IL-13RA1 oraz czynnika transkrypcyjnego STAT-6), liczbą eozynofili, dodatnimi wynikami testów skórnych oraz pomiarami czynności płuc [29]. Niemniej jednak nadal dokładne ustalenie ich rzeczywistej przydatności klinicznej jako genetycznych markerów chorób alergicznych wymaga dalszych badań.

PODSUMOWANIE

W związku ze wzrostem częstości chorób alergicznych intensywnie poszukuje się nowych metod diagnostycznych. Szczególny nacisk kładziony jest na możliwość wczesnego rozpoznania, a także określenie czynników predysponujących do rozwoju choroby. Pozwoliłoby to na zastosowanie profilaktyki pierwotnej. Wydaje się, że na obecnym stanie wiedzy nie można jednoznacznie określić czynników predykcyjnych, choć prowadzone badania, zwłaszcza genetyczne, są obiecujące.

..............................................................................................................................................................

PIŚMIENNICTWO

1. Denham S., Koppelman G., Blakey J. i wsp.: Meta-analysis of genome-wide linkage studies of asthma and related traits. Respiratory Research, 2008, 9, 38-49.

2. Ege M., Strachan D., Cookson W. i wsp.: Gene-environment interaction for childhood asthma and exposure to farming in Central Europe. J Allergy Clin Immunol, 2011, 127, 138-144.

3. Schaefer T., Desouza K., Fahey J. i wsp.: Toll-like receptor (TLR) expression and TLR-mediated cytokine/chemokine production by human uterine epithelial cells. Immunology, 2004, 112, 428-436.

4. Levy O.: Innate immunity of the newborn: basic mechanisms and clinical correlates. Nature Rev, 2007, 7, 379-390.

5. Migliaccio G., Migliaccio A., Pertti S. i wsp.: Human embryonic hemopoiesis. Kinetic of progentitors and precursors underlying the yolk sac-liver transition. J Clin Invest, 1986, 78, 51-60.

6. Asma C.G., van der Bergh R., Vossen J.: Use of monoclonal antibodies ina a study of the development T lymphocytes in the human fetus. Clin Exp Immnuol, 1983, 53, 429-436.

7. Royo C., Touraine J., de Bouteiller O.: Ontogeny of T lymphocyte differentiation in the human fetus: acquisition of phenotype and functions. Thymus, 1987, 10, 57-73.

8. Timens W., Rozeboom T., Poppema S.: Fetal and neonatal development of human spleen: an immunohistological study. Immunology, 1987, 60, 603-609.

9. Gill T., Repetti C., Metlay L. i wsp.: Transplacental immunization of the human fetus to tetanus by immunization of the mother. J Clin Invest, 1983, 72, 987-996.

10. Henneke P., Berner R.: Interaction of neonatal phagocytes with group B streptococcus: recognition and response. Infect Immun, 2006, 74, 3085-3095.

11. van der Graaf, Netea M., Verschueren I., van der Meer i wsp.: Differential cytokine production and Toll-like receptor signalling pathways by candida albicans blastocondia and hyphae. Infect Immun, 2005, 73, 7458-7464.

12. Kurt-Jones E.: Pattern recognition receptors TLR4 and CD14 mediate response to respiratory syncytial virus. Nature Immunol, 2000, 1, 398-401.

13. Szepfalusi Z.: The maturation of the fetal and neonatal immune system. J. Nutr, 2008, 138, 1773S-1781S.

14. Pincus M., Keil T., Rucke M. i wsp.: Fetal origin of atopic dermatitis. J Allergy Clin Immunol, 2009, 125 (1), 273-275.

15. Hassan J., Reen D.: Neonatal CD4+ CD45RA+ T celles: precursors of adult CD4+ CD45RA+ T celles. Res Immunol, 1993, 144, 87-92.

16. de Vries E., dr Bruin-Versteeg S., Comans-Bitter W. i wsp.: Longitudinal survey of lymphocyte subpopulations in the first year of life. Pediatr Res, 2000, 47, 528-537.

17. Holloway J., Warner J., Vance G. i wsp.: Detection of house-dust-mite allergen in amniotic fluid and umbilical-cord blood. Lancet, 2000,  356, 1900-1902.

18. Pesonen M., Kallio M., Siimes M. i wsp.: Cord serum immunoglobulin E as a risk factor for allergic symptoms and sensitization in children and young adults. Pediatr Allergy Immunol, 2009, 20, 12-18.

19. Sadeghnejad A., Karmaus W., Davis S. i wsp.: Raised cord serum immunoglobulin E increases the risk of allergic sensitisation at ages 4 and 10 and asthma at age 10. Thorax, 2004, 59, 936-942.

20. Ferguson A., Dimich-Ward H., Becker A. i wsp.: Elevated cord blood IgE is associated with recurrent wheeze and atopy at 7 yrs in a high risk cohort. Pediatr Allergy Immunol, 2009, 20, 710-713.

21. Miyahara H., Okazaki N., Nagakura S. i wsp.: Elevated umbilical cord serum TARC/CCL17 levels predict the development of atopic dermatitis in infancy. Clin Exp Allergy, 2010, 41, 186-191.

22. Chang C., Gauvey-Kern K., Johnson A. i wsp.: Cord blood versus age 5 mononuclear cell proliferation on IgE and asthma. Clin Mol Allergy, 2010, 8, 11.

23. Prescott S., King B., Strong T. i wsp.: The value of perinatal immune responses in predicting allergic disease at 6 years of age. Allergy, 2003, 58, 1187-1194.

24. Neaville W., Tisler Ch., Bhattacharya A. i wsp.: Developmental cytokine response profiles and the clinical and immunologic expression of atopy during the first year of life. J Allergy Clin Immunol, 2003, 112, 740-746.

25. Schaub B., Liu J., Hoppler S. i wsp.: Impairment of T-regulatory cells In cord blood of atopic mothers. J Allergy Clin Immunol, 2008, 121, 1491-1499.

26. Matsumoto K., Shimanouchi Y., Kawakubo K. i wsp.: Infantile eczema at one month of age is associated with cord blood eosinophilia and subsequent development of atopic dermatitisand wheezing illness until two years of age. Int Arch Allergy Immunol, 2005, 137 (suppl), 69-76.

27. Tulic M., Hodder M., Forsberg A. i wsp.: Differences in innate immune function between allergic and nonallergic children: new insights into immune ontogeny. J Allergy Clin Immunol, 2010, in press.

28. van den Oord R., Sheikh A.: Filaggrin gene defects and risk of developing allergic sensitisation and allergic disorders: systematic review and meta-analysis. BMJ 2009.

29. Sleiman P., Hakonarson H.: Recent advances in the genetics and genomics of asthma and related traits. Curr Opin Pediatr, 2010, 22, 307-312.

..............................................................................................................................................................

Adres do korespondencji:

Katarzyna Grzela

Klinika Pulmonologii i Alergologii Wieku Dziecięcego
ul. Działdowska 1, 01-184 Warszawa
katarzyna.grzela@gmail.com

Pracę nadesłano: 22.03.2011 r.
Przyjęto do druku: 28.04.2011 r.