Vliv infekčního agens na vývoj imunity

přehledné články

Vliv infekčního agens na vývoj imunity Effect of infectious agents to the development of immunity FRANTIŠEK KOPŘIVA

Dětská klinika FN a LF UP, Olomouc SOUHRN V průběhu 20. století došlo v rozvinutých zemích k nárůstu incidence mnoha chronických zánětlivých onemocnění. I když zákony genetiky a specifické spouštěče, jako např. viry, mohou ovlivňovat mechanismy změn, je jejich rychlost tak veliká, že se nedá vysvětlit bez zřetele na změny životního prostředí. Zvýšení imunologických onemocnění je obvykle vysvětlováno snížením počtu patogenů v zažívacím ústrojí nebo narušením rovnováhy střevních mikrobů, což je příčinou poruchy imunoregulace v organismu. Kolonizace lidí červy byla do 20. století běžná. V moderním městském prostředí je snížen počet těchto patogenů, zvaných též „old friends“. Klíčová slova: infekce, evoluce, imunita, parazit, bakterie, člověk

SUMMARY Throughout the twentieth century, there were striking increases in the incidences of many chronic inflammatory disorders in the rich developed countries. Although genetics and specific triggering mechanisms such as viruses are likely to be involved, the increases have been so rapid that any explanation that omits environmental change is incomplete. A popular explanation is that the increased prevalence of immunologic diseases is due to a diminished or altered exposure to gut-dwelling microbes, resulting in a disordered immunoregulation. Colonization of humans with helminths was nearly universal until the early 20th century. These organisms (”old friends“) are depleted from the modern urban environment. Key words: infection, evolution, immune system, parasite, bacteria, human

Úvod Od zrození lidského rodu trvá nikdy nekončící boj s infekčními patogeny. Imunitní systém je základní homeostatický mechanismus, udržující integritu organismu a zajišťující 1. obranyschopnost, 2. autotoleranci, 3. imunitní dohled. V průběhu evoluce se již u fylogeneticky nejstarších druhů vyvíjely různé obranné imunitní mechanismy proti patogenům, od nitrobuněčných virů, bakterií či prvoků až po mnohobuněčné střevní červy, a člověk jako vrchol vývojové pyramidy využívá jejich nejdokonalejší formy. Vývoj organismů nám může přiblížit fylogenetický strom („strom života“), což je grafické zobrazení připomínající strom, jímž se znázorňují příbuzenské vztahy mezi různými biologickými druhy či jinými taxonomickými (systematickými) jednotkami, o nichž se předpokládá, že mají jednoho společného předka. Každé větvení (uzel) představuje hypotetického posledního společného předka. Každá větev znamená jednu evoluční linii, na jejímž konci jsou dané taxony, skupiny konkrétních (žijících nebo vymřelých) organismů, které mají společné určité znaky. Při tvorbě fylogenetických stromů se vychází z údajů o podobnosti mezi jednotlivými taxonomickými jednotkami. Existuje mnoho možností jak tuto podobnost definovat. V poslední době se hojně využívají znalosti z oblasti molekulární biologie. Vychází se ze sekvencí bází v genomech jednotlivých biologických druhů, případně lze použít srovnání složení vytvořených jednotlivých aminokyselin a proteinů.

Alergie 4/2015

Pojem vývoj má v češtině dvojí rozměr: vývoj individuální (ontogeneze, vývin), čímž je myšlena tvorba a rozvoj tvarů v průběhu života jedince, zatímco vývojem historickým (evoluce, fylogeneze) je míněn vývoj individuálních změn selekcí a mechanismy genetiky. Vývoj imunitního systému člověka tak můžeme sledovat následně současně dvojím pohledem jeho významu. V průběhu milionů let rozvoje živočišné říše se imunita zprvu vyvíjela velice pozvolna. I organismy, které nemají žádné bílé krvinky, mají do jisté míry rozvinutý imunitní systém schopný rozlišovat cizí od svého. Pokud bílé krvinky bezobratlí mají, jedná se o fagocytující buňky, které zajišťují evolučně starší tzv. nespecifickou (vrozenou) imunitu. Svou funkcí jsou tak předchůdci lidských makrofágů. Byly prokázány u většiny živočichů – od primitivních houbovců, u hmyzu až k obratlovcům (22). Vrozená či také nespecifická imunita zajišťuje první linii obrany proti infekci. Jednotlivé složky vrozené imunity jsou schopné pomocí např. toll-like receptorů poznat a rozlišit různé patogeny – viry, bakterie – podle typických molekul na jejich površích (PAMPs Pathogen Associated Molecular Patterns) (2). Dominantní úlohu v mechanismech vrozené imunity mají tzv. fagocyty, zejména makrofágy a neutrofily schopné pohltit cizorodé částice v těle. Nezanedbatelná je úloha sliznic a pokožky, tedy bariér, které jednak mechanicky zabraňují vstupu infekce a navíc produkují řadu antimikrobiálně působících látek a podílejí se na zánětlivé odpovědi. Vrozená

241

přehledné články Bacteria Spirochetes

Archaea Green Filamentous bacteria Gram positives

Proteobacteria Cyanobacteria Planctomyces

Eukaryota Entamoebae

Methanosarcina Methanobacterium Halophiles

Slime molds

Animals Fungi

Methanococcus T. celer Thermoproteus Pyrodicticum

Bacterioides Cytophaga

Plants Ciliates Flagellates Trichomonads Microsporidia

Thermotoga Diplomonads

Aquifex

Obr. 1: Fylogenetický strom znázorňující vztahy mezi hlavními skupinami života

imunita zpravidla předchází tu adaptivní a mnohdy zcela postačuje ke zvládnutí infekce. U evolučně mladší, tzv. specifické neboli také adaptivní či získané imunity, jejímiž dominantními buňkami jsou T- a B-lymfocyty, je situace odlišná. Spolupracuje s imunitou vrozenou a má s ní i mnoho společných rysů. Získaná imunita se vyvinula u nejstarších čelistnatých obratlovců (Gnathostomata), vyjma mihule a sliznatky. Gnathostomata mají podobné T-buněčné a B-buněčné receptory, MHC komplexy, ale probíhá u nich i unikátní jev označovaný jako V(D)J rekombinace, která náhodně vybírá a spojuje segmenty genů kódujících specifické proteiny zásadní pro fungování imunitního systému. Tento proces rekombinace dává vzniknout rozmanitému repertoáru molekul receptorů T-buněk (TCR) a imunoglobulinů, nezbytných k rozpoznávání množství antigenů, ať už pocházejících z cizorodých bakterií, virů, parazitů, nebo vlastních poškozených buněk, zejména nádorových. Společný původ řady významných povrchových znaků a receptorů dokazují přesvědčivě analogie a podobnosti v jejich struktuře u nízkých živočišných forem i u člověka. Platí to pro druhové, diferenciační i histokompatibilitní znaky i pro receptory fagocytů, dendritických buněk a NK buněk i T- a B-lymfocytů. Specifická imunita se tak zapojuje do obrany organismu v průběhu rozvíjející se infekce a jsou jí předloženy antigeny (např. v podobě cizorodých struktur na MHC komplexech). Adaptivní imunita má imunologickou paměť a budoucí imunitní odpověď vůči konkrétnímu patogenu je obvykle mnohem silnější. T-lymfocyty zajišťují především buněčnou imunitu, zatímco B-lymfocyty jsou nástroje humorální imunity a tvoří protilátky. Savci včetně člověka mají dokonale vybudovaný thymus a systém buněčné imunity. Tvoří 5, resp. 9 typů imunoglobulinů (IgG1-4, IgM, IgA1-2, IgD, IgE). Geny pro receptory T-lymfocytů a geny pro receptory B-lymfocytů (imunoglobuliny) se začaly odštěpovat od původních pragenů asi před miliardou let a osamostatňovat se před zhruba 600 miliony let. Vývojové zmnožování a rozrůzňování probíhalo pomalu, ale trvale. K divergenci histokompatibilitních znaků I. a II. třídy došlo asi před 200 miliony let (23).

242

Chceme-li pochopit podstatu historického vývoje imunitního systému a jeho funkcí, musíme se pokusit zodpovědět otázku, jaké byly jeho hlavní hnací síly – polyfyletický (bez blízkého společného předka) vznik složek imunitního systému – selekční tlak vnějšího a vnitřního prostředí. Historie našeho druhu je napínavá a to nejspíš nejenom proto, že je o nás samotných. Genetici se v posledních letech intenzivně sváří o to, zda lidstvo prošlo katastrofami, které extrémně snížily počet lidí na Zemi. Původ bakterií zůstává stále tajemstvím. Někteří vědci se domnívají, že doputovaly na naši planetu společně s meteority. První známé formy života, které se na Zemi objevily, byly právě bakterie. Siglec lektiny (anglicky sialic acid binding Ig-like lectin) jsou receptorové proteiny z nadrodiny imunoglobulinů, které z vnějšího okolí buňky vážou kyselinu sialovou. Varki a spol. analyzovali dva primátí geny pro siglec lektiny, Siglec-13 a Siglec-17. Obvykle se významně podílejí na regulaci imunitního systému. Ve Varkiho laboratoři překvapivě zjistili, že dotyčné geny sice fungují v bílých krvinkách našich nejbližších žijících příbuzných, šimpanzů, u nás samotných však tomu tak není. Šimpanzi exprimují protein Siglec-13 ve svých monocytech. Gen pro Siglec-13 není v lidském genomu přítomen, byl historicky ztracen v průběhu rekombinací. Gen Siglec-17 je přítomen, ale jeho aktivita je změněna bodovou mutací. V NK buňkách se tvoří mRNA, ale nevytváří se příslušný protein. Streptokoky skupiny B a E. coli K1 po vazbě na tyto dva receptory potlačují imunitní obranu a byly tímto mechanismem schopné vyvolat smrtící infekce hlavně u novorozenců. Autoři předpokládají, že v původní kolébce lidstva, v Africe, došlo k dramatickému snížení lidské populace až na desetitisíce. V pokuse rekonstruovali ztracené receptory Siglec-13 a Siglec-17, které vázaly bakterie – Streptococcus skupiny B, známý také jako Streptococcus agalactiae a Escherichia coli K1. V dalším experimentu vybavili lidské imunitní buňky chybějícími proteiny a tyto buňky s receptory

Alergie 4/2015

přehledné články Siglec-13 a Siglec-17 byly daleko zranitelnější než ty, které receptory neměly. Na podkladě intenzivního selekčního tlaku proti oběma receptorovým proteinům a během dramatického vymírání lidského druhu, které se podle Varkiho týkalo možná devíti z deseti dávných lidí, oba zrádné receptory z našeho genomu víceméně zmizely. Dostupná genetická data naznačují, že část našich předků přišla o proteiny Siglec-13 a Siglec-17 možná už někdy kolem odštěpení našeho druhu od neandrtálců a denisovanů zhruba před 440 až 270 tisíci let. Někteří lidé totiž měli funkční verzi genu Siglec-13 ještě asi před 46 tisíci let (25). Naši předci po celou tu dobu umírali v časném období na bakteriální nákazy. Eliminace obou receptorových proteinů nám pomohla v boji proti bakteriálním infekcím, je ale otázkou, nakolik nám zase uškodila jejich ztráta. Podle některých názorů právě relativně rychlé ztráty podobných regulátorů imunity, kterých jsme zažili vícero, ve svém důsledku výrazně přispěly k nápadnému sklonu lidí trpět rakovinným bujením, autoimunitními poruchami či alergiemi. Je to vlastně docela štěstí, že tu teď všichni jsme. Jinou skupinou patogenů, které provázejí lidstvo od jeho zrodu, jsou mycobacteria, a proto se dlouhodobě a intenzivně studuje jejich vliv i na evoluci imunitního systému člověka. Výsledky práce publikované v roce 1997 The Inverse Association Between Tuberculin Responses and Atopic Disorder Shirakawou a kol. se v dalších letech neprokázaly (21). Nepotvrdila se ani asociace mezi výskytem SLC11A1 genotypu a přítomností atopie a alergie na inhalační alergeny jedinců vakcinovaných BCG vakcinou ve srovnání s neoočkovanou skupinou (2, 15). Vývojově je jednou z nejvýznamnějších hnacích sil vztah parazit-hostitel. Historii těchto vztahů, mechanismy koexistence i cesty ovlivňující hostitele studuje evoluční ekologie a snaží se osvětlit další otazníky vývoje imunity. Stále není plně doceněná úloha parazitů, kteří během vývoje významně ovlivňovali a ovlivňují stránky životního prostředí a přispívali k jeho změnám i evoluci druhů a jeho imunitní odpovědi. Evoluční ekologie se snaží kvantifikovat vztah parazita a jeho hostitele a zhodnotit jeho vliv na životní podmínky. Pokouší se odhalit i vlivy měnící hostitelskou odpověď na vlastního parazita či důsledky jeho vlivu na vlastní vývoj jedince. V pokuse výzkumníci sledovali vliv životního prostředí a populace parazitů na růst a přežití mláďat evropských kormoránů chocholatých (Phalacrocorax aristotelis) během pěti let a změny vyvolané experimentální antiparazitární léčbou. Změna zastoupení parazitů v zažívacím ústrojí byla jednoznačnou příčinou menšího růstu a hmotnosti kormoránů. Změnila se i imunitní odpověď a resistence k infekcím (6). Před 10 000 lety se lidstvo začalo živit i zemědělstvím a pastevectvím a lidská adaptace na měnící se podmínky prostředí je od té doby více v oblasti kulturní a technologické než na úrovni vlastní genetické výbavy. Rozmanitost lidského druhu je spíše výsledkem populační exploze než adaptací na specifické podmínky prostředí. Jako příklad můžeme uvést skutečnost, že člověk není geneticky adaptovaný na život v chladném klimatickém pásmu, ale naučil se oblékat do kožešin.

Alergie 4/2015

Na základě studia genomu červů se předpokládá, že hominidi byli infikování asi před milionem let od hyen. Člověk se nakazil parazity – cizopasnými červy – v době, kdy si začal ochočovat a chovat domácí zvířata asi před 10 000 lety. Je otázkou, zda v tomto období odpovídající 500 generací mohlo dojít, za předpokladu dostatečně silného selekčního tlaku, ke změně frekvence genů v populaci. Vzájemná interakce mezi imunitním systémem obratlovců s některými zástupci hlavních skupin cizopasných červů započala před stovkami milionů let. V té době se začala vyvíjet adaptivní imunologická odpověď, jejíž základní vlastnosti utvářel vzájemně společně sdílený vztah cizopasných červů a organismu. Začlenění rekombinantních aktivačních genů (RAG) do genomu umožňující vývoj funkce B- a T-lymfocytů se uskutečnil v období divergence sliznatek a chrupavčitých žraloků a rejnoků. V době asi před 540 miliony let byli tito živočichové infikováni předchůdci současných parazitů, jež vyvolávali v organismu uvolnění Th2 cytokinů a alternativní i klasickou aktivaci makrofágů. Cizopasní červi se od klasických patogenů liší jak velikostí, tak životním cyklem, jenž se vyznačuje relativně časově náročným dozráváním helmintů. Mikroby představují bezprostřední hrozbu pro organismus, který proti nim spouští rychlou, relativně agresivní zánětlivou odpověď. Proti cizopasným červům organismu spouští mírnou imunologickou odpověď se silnou regulační složkou, jejíž efektivita se zvyšuje v průběhu týdnů, měsíců nebo dokonce roků. Každý orgán a tkáň je potenciálním cílem různých druhů parazitárních infekcí a většina z nich napadá člověka v oblastech tropů. V tropických oblastech jsou děti infikovány červy v časném dětství a dochází k rozvoji pomalé imunologické odpovědi. Červi vyvolávají v organismu aktivitu Th2 lymfocytů a tvorbu cytokinů IL-4, IL-13 a IL-5, tvorbu specifických protilátek všech tříd (IgG1 i vysokou hladinu celkových IgE) a urychlují i proliferaci a diferenciaci eozinofilů. Specifické protilátky nejsou blokující nebo neutralizační a po jejich vazbě na povrchové struktury červů mohou maskovat „cizího“ červa před aktivitou jiných imunitních mechanismů lidského organismu. Ve sliznicích je zvýšené množství žírných buněk s navázanými IgE protilátkami na povrchu. Po vazbě na antigeny parazitů dojde k degranulaci žírných buněk a uvolnění mediátorů. Eozinofily ze svých granulí uvolňují eozinofilový neurotoxin, eozinofilový kationický protein a eozinofilovou peroxidázu, které působí cytotoxicky na střevní červy. Složitý životní cyklus červů se během jejich vývoje skládá z vývojových stadií, která se od sebe antigenně odlišují, což významně omezuje cílenou účinnou imunitní odpověď. Určitá skupina červů nezpůsobuje v organismu významné poškození, a vytvoří se tak dlouhodobý vzájemný vztah, ze kterého má ale prospěch jen samotný červ. Th2 odpověď tak na jedné straně vyvolává určitou resistenci organismu na červy, ale na druhé straně též imunopatologickou odpověď. Z pohledu červa je povaha primární obranné reakce hostitelského organismu „přijatelná až přátelská“, a proto je první infekce často úspěšná a není dramaticky potlačena. Druhá vlna invaze – reinfekce – je již vystavena daleko silnější a účinnější obraně organismu (3).

243

přehledné články U lidí s cizopasnými červy v tropech je snížená odolnost proti mikrobiálním patogenům a u jedinců v rozvinutých zemích bez těchto parazitů je narušená imunologická kontrola (alergie a autoimunita), což je pravděpodobně příčinou vyšší frekvence alergických a autoimunitních onemocnění v této populaci. Jelikož lidský organismus byl od svého zrodu historicky osídlen množstvím cizopasných červů, vyvinula se Th2/Treg odpověď. Nabízí se tak úvaha, že absence vlivu cizopasných červů v lidském organismu v moderní době narušilo historicky vzniklou imunoregulační síť vzniklou pod určitým selekčním tlakem cizopasných červů a zapříčinilo nárůst alergických onemocnění a autoimunitních v rozvinutých zemích. Hypotéza „the old friends“ – předpokládá, že saprofyti vnějšího prostředí (zahrnující i mycobacterie a lactobacily) bylo třeba tolerovat imunitním systémem, přestože byly přítomné v potravě a ve vodě (pseudokomenzálové) a vlastně neškodili. Podobně bylo nutné tolerovat cizopasné červy, i když někteří nejsou vždy neškodní a mohou poškozovat tkáně. Oba typy jsou rozeznávány PRR receptory (Pattern recognition receptors) – TLR2 a CARD15 – na povrchu dendritických buněk (DC) a řídí diferenciaci T reg lymfocytů. Dlouhodobá přítomnost antigenů či parazitů v potravě a střevní flóře způsobuje nepřetržité uvolňování cytokinů IL-10 a TGF-ß vyvolávajících supresi zánětlivé odpovědi. Např. u pacientů s MS (Roztroušenou sklerózou) v Argentině počet exacerbací onemocnění při současné parazitární infekci klesl v průběhu 4–6 let, neboť T reg rozeznávají autoantigen a potlačují rozvoj onemocnění uvolněným IL-10 a TGF-ß (5). Epidemiologické a experimentální důkazy potvrzují, že urbanizace nastartovaná v 19. století narušila „soužití“ člověka a patogenů a vyvolala nárůst imunoregulačních poruch. Ztráta biologické rozmanitosti druhů vyvolává znepokojení z možných nežádoucích dopadů na lidstvo jako takové. Důvody této ztráty jsou složité a z velké části jsou důsledkem industrializace, znečištění životního prostředí a využívání chemických látek, které mají dopad jak na životní prostředí, tak na mikroorganismy, se kterými lidé žili od nepaměti. Můžeme sledovat dva trendy – změnu biologické rozmanitosti světa a nárůst prevalence zánětlivých onemocnění postihujících epiteliální povrchy. Zánět je základní fyziologickou obrannou reakcí organismu, ale je i znakem alergických a autoimunitních onemocnění, různých forem nádorů a deprese. Zdá se, že prostředí bohatší na mikroby je prevencí proti vzniku imunitní deregulace (alergie a autoimunitní onemocnění). U populace žijící v prostředí s větším zastoupením zeleně je na kůži vyšší koncentrace actinobacterií, což koreluje se zvýšenou tvorbou klíčového protizánětlivého cytokinu tolerance produkovaného monocyty – IL-10. Zdá se, že prostředí – složení microbiot – zásadně ovlivňuje imunitní reakce a funkce u člověka. Chemické látky ničí přirozené zastoupení druhů rostlin, zvířat i mikroorganismů (4). Mikroflóra zažívacího ústrojí je po právu v centru zájmu imunologů. Pokud je mezi mikroorganismy ve střevní mikroflóře rovnováha a vyvážený stav, hovoříme o symbióze. Dojde-li však k nerovnováze (dubióze) narušením diverzity z různých příčin činností moderního člověka

244

a z toho vyplývajícím změnám ve složení mikrobiální flóry – zastoupení „pro a protizánětlivých mikrobů“ –, nastane nedostatečná diferenciace T reg lymfocytů a nárůst alergií, nespecifických střevních zánětů, cukrovky i psychiatrických onemocnění? Díky změnám životního stylu a hygienického standartu je snížen historicky častý orofekální přenos patogenů vyvolávajících chronické infekce – Helicobacter pylori, Hepatitis A, enterovirus, Salmonella, Toxoplasma gondii, Giardia lamblia či Entamoeba. Moderní hygiena může být příčinou rozvoje virové infekce v pozdějším věku, než bylo běžné v průběhu lidské evoluce. Imunitní systém je vystaven těmto infekcím historicky v jiné fázi vyzrávání a hladiny transplacentárních protilátek jsou již nižší, což je příčinou rozvoje autoimunních autoprotilátek (17). Ve stravě moderního člověka je více saponinů, gliadinu, lektinů, ale i zvýšené množství tuků – látek, které ovlivňují střevní permeabilitu a následně i prostupnost pro endotoxin a rozvoj a tíži zánětu. I nadměrná spotřeba cukru, obsaženého v různých pochutinách a nápojích oblíbených u dětí i dospělých, negativně ovlivňuje složení střevní mikroflóry a její fungování. Ve studiích byly prokázány rozdíly microbiot – složení flóry stolice – u evropských dětí a u dětí z Burkiny Faso (BF). U evropských dětí stolice obsahovala více Bacteroides a méně Firmicutes a Enterobacteriaceae. Rody Prevotella a Xylanibacter byly prokázány jen ve stolici u dětí z BF. Faecalibacterium pruasnitzii, protizánětlivý komenzál, nalezený u dětí z BF, chybí u Evropanů s Crohnovou nemocí. Vytvořené SCFA mastné kyseliny s krátkým řetězcem mají protizánětlivý účinek.

A vracíme se opět k parazitům… Během dlouhé koevoluce parazitů a jejich hostitelů – lidí, dá se říci v souhlase s Darwinovou evoluční teorií, červi měli vyvinuté mechanismy, aby byli tolerováni. Ty je chránily před poškozením a narušením jejich životního prostředí, což jim umožňovalo přežití. Tlumily tak imunitní odpověď a podílely se na regulaci imunitního systému. Infekce způsobené parazity vyvolávají silnou Th2 odpověď. Glycan Lex na povrchu červů vyvolává mnohočetné signalizace přes TLR4 cestou nezávislou na MyD88/TRIF. Na druhé straně studie prokázaly, že specifické glykany červů se v kooperaci s dendritickými buňkami (APC) mohou podílet na regulaci polarizace naivních T-lymfocytů uvolněných cytokiny. PAMPS signály – LPS, flagelin nebo peptidoglyken – spouštějí signální cesty skrze specifické TLR receptory nebo NOD like receptory. Glykoproteiny parazitů indukují Th2/Treg fenotypy, ale cesta signalizace není jasná. V roce 1947 bylo 36 % Evropanů infikováno červy Enterobius vermicularis, Trichuris trichirua a Ascaris lumbricoides. Ve studii provedené u dětí z Etiopie byla prokázána negativní asociace mezi přítomností parazita měchovce (Necator americanus a Ancylostoma duodenale) a nižší procento dětí s wheezingem. U dětí na základní škole v Tchaj-wanu zase přítomnost Enterobia negativně koreluje s astmatem

Alergie 4/2015

přehledné články a rýmou. Také zprávy z Vietnamu či Venezuely i Gabonu potvrzují nárůst alergií u dětí po antiparazitární léčbě (16). Těžko změníme životní styl a vrátíme se do doby, kdy člověk byl lovcem-sběračem. Asi bychom se měli zaměřit na změnu moderních prostředků hygieny a „dát“ šanci patogenům „old friends“. A bránit se cíleně např. E. coli O104 (11). Nicméně výzkum mechanismů, které umožňují „old friends“ zvýšit imunoregulaci, a jejich využití jako léků, vakcín nebo probiotik v boji proti rostoucí epidemii chronických onemocnění, čeká na kritické zhodnocení (1). Zdá se , že změna prostředí trvající 10 let není dostačující doba ke změně aktivity imunitního systému, ale je přesto příčinou zvýšené incidence chronických zánětlivých onemocnění. Vynucená imunomodulace organismu je vyvolaná kulturní adaptací a ne kulturní revolucí! (A. Woolcock). Sledovaným ukazatelem kvality životního prostředí je i koncentrace CO2, která v roce 2005 dosáhla hodnoty 379 ppm (parts per milion) na rozdíl od 280 ppm v roce 1870 (14). Salama vyslovil hypotézu o ochraném vlivu H. pylori proti alergických nemocem a nespecifickým střevním zánětům (IBD). H. pylori je historicky členem mirobiomu zažívacího ústrojí. Jelikož bylo prokázáno, že vyvolává žaludeční vřed a karcinom žaludku, došlo ve druhé polovině 20. století ke snížení jeho výskytu v populaci díky ATB léčbě. HP zvyšuje tvorbu IL-10 a T reg lymfocytů. Podobná negativní asociace byla prokázána mezi infekcí vyvolanou Salmonelou a snížením výskytu alergické rýmy a astmatu (20). Další stále diskutovanou otázkou je možný negativní účinek ATB léčby na zastoupení fyziologické flóry v organismu. Murk prokázal zvýšené riziko vývoje astmatu u dětí, jejichž matky byly v těhotenství léčené ATB (12). Cho doložil, že změny mikroflóry a jejich genetické výbavy vyvolané ATB se mohou podílet na vzniku obezity s narušením metabolismu cukrů a mastných kyselin s krátkým řetězcem. ATB jen indikovaně… Méně je více? (9). Další intenzivně studovanou oblastí je epigenetika. Bývá také definována jako tzv. chromatinová dědičnost, neboť bylo prokázáno, že je způsobena (či lépe provázena) strukturními i chemickými modifikacemi chromatinu – především DNA a nukleosomálních histonů. Epigenetika je výrazně charakterizována jako nejistá (nestabilní) dědičnost, která se neřídí mendelovskými pravidly. Znamená to, že epigeneticky řízené lokusy se zpravidla vyznačují neúplnou penetrancí a variabilní expresivitou. Vynořila se tak otázka, zdali negativní vlivy životního prostředí jsou schopné vyvolat epigenetické změny modifikací genomu, které mohou být dědičné, ale jsou nezávislé na změně sekvence DNA, a změnit reaktivitu imunitního systému. Faktory prostředí aktivují nebo umlčují geny změnou DNA (CPG) a mění aktivitu chromatinu – acetylace histonů, metylace,fosforylace – i strukturu chromatinu nebo prostřednictvím mikroRNA inhibicí genového přepisu, což mění výsledný fenotyp nemoci (10). Studie dědičnosti chorob provedené u monozygotních dvojčat prokázaly, že k významným epigenetickým modulacím dochází již in utero.

Alergie 4/2015

Dále bylo prokázáno, že v prostředí bohatém na mikroby dochází u jedince v časném věku k aktivaci příslušných genů řídících regulační mechanismy imunitních reakcí i prozánětlivou odpověď a tvorbu prozánětlivých cytokinů. A z tohoto pohledu se jeví prenatální expozice mikroby např. v kravíně jako ochranná, neboť jako odpověď se objevují vysoké počty cirkulujících Treg lymfocytů. V další studii byl prokázán přestup mateřských buněk přes placentu, které vstupovaly do lymfatických uzlin plodu a řídily diferenciaci supresivních Treg buněk, aby potlačily protimateřskou imunitu. Nižší zastoupení Foxp3 v lidské placentě je chápáno jako rizikový faktor rozvoje alergických onemocnění. Zásadní roli hrají látky ze znečištěného ovzduší a proces metylace Foxp3 jako příčina epigenetické modulace, k čemuž může dojít již prenatálně transplacentárně. Tyto změny mohou proběhnout i u dospělých jedinců, což není neočekávané vzhledem k vlastní plasticitě epigenetických mechanismů (8, 19). Tyto předpoklady potvrzují studie na myším modelu, kdy selektivní deplece Treg v průběhu senzibilizace alergenem dramaticky zvyšuje tíži a rozsah experimentálního alergického zánětu plic. Jiným pokusem bylo vystavení březích myší gramnegativní, nepatogenní bakterii Acinetobacter lwoffii F78, která byla nalezena v kravínech a která aktivuje TLR 2, 3, 4 a 9. Tato prenatální expozice zabraňuje vzniku alergického fenotypu u myších mláďat. Tento mechanismus se vysvětluje zvýšenou expresí TLR receptorů v plicích matky se spuštěním přechodné místní Th1 zánětlivé reakce s uvolněním cytokinů do organismu, vyvolávající následně potlačení jak exprese TLR receptorů, tak i tvorby cytokinů v placentě. Na myším modelu bylo prokázáno, že mikroby tak předávají A. lwoffii F78 tento ochranný vliv transgeneračně cestou IFNgama dependentní epigeneticky změněné acetylací chromatinu histonu4(H4) – promotoru CD4 + T buněk (5). Během vývoje lidského rodu nás obklopují mikroorganismy, které indukují imunoregulační mechanismy a významným způsobem se podílejí na vzniku tolerance. Náš životní styl a životní prostředí dramaticky ovlivňují zastoupení patogenů, a tím vývoj vrozené a specifické imunity. Mikroby ovlivňují organismus nebo se dostávají do těla zažívacím ústrojím, např. ve stravě, dýchacím ústrojím, kůží i pochvou. Změnou našeho životního stylu i pokroku – urbanizace, průmyslová revoluce, změny a znečištění životního prostředí a prostoru – se snižuje rozmanitost složení mikroorganismů ovlivňujících vývoj jedince a jeho imunitní systém. Za pokrok platíme ztrátou přirozeného prostředí biologické rozmanitosti. Bariérové mikrobiomy (GIT, dýchací ústrojí) umožňují interakci s DNA vnějšího prostředí a můžeme je považovat za druhé – další genetické rezervoáry, které souběžně existují v rámci koevoluce člověka a prostředí. Klíčovou otázkou se jeví obnovení tolerance v různých populacích změněné globalizací světa (18). Na základě probíhajících změn ve světě byla vyslovena hypotéza biodiverzity, kterou můžeme považovat za rozšíření hypotézy „old friends“. V materiálu Světové alergologické organizace (WAO) byla prokázána až překvapující negativní asociace s úbytkem biologických druhů a nárůstem chronických onemocnění. Populační

245

přehledné články růst a přeměna světa – jeho urbanizace – vedou ke ztrátě biologické rozmanitosti životního prostředí, změn lidské mikroflóry a vzniku dubiózy, která je příčinou imunologické dysregulace a snížené tolerance imunitního systému a přetrvávající neadekvátní zánětlivé odpovědi vyvolávající onemocnění (7). Z uvedených příkladů změn v interakci s patogeny a životním prostředím přímo či nepřímo vyplývá, že moderní člověk ve svém snažení o ovládnutí svého životního prostředí a přírodních zákonů narušuje historické koevoluční vztahy s dalšími biologickými členy přírody, s nimiž postupně dozrával v lůně přírody v nejdokonalejšího tvora. Člověk by měl kriticky zvážit své další kroky a přestat být extenzivně agresivní vůči svému okolí. Měl by si uvědomit, že je součástí přírody a zhodnotit a využít vztahy se svými souputníky – patogeny (bakteriemi, viry či parazity) a eliminovat jejich negativní vliv na vlastní imunitní systém. Měl by kriticky využít jejich vlastnosti a posílit jejich historickou pozitivní úlohu, podílející se na evoluci jeho vlastního imunitního systému, a využít tyto poznatky v prevenci civilizačních chronických onemocnění.

9. 10.

11.

12.

13. 14.

15.

Autor prohlašuje, že v souvislosti s tématem, vznikem a publikací tohoto článku není ve střetu zájmů a vznik ani publikace článku nebyly podpořeny žádnou farmaceutickou firmou.

16.

LITERATURA 1. Albenberg LG, Wu GD. Diet and the intestinal microbiome: associations, functions, and implications for health and disease. Gastroenterology 2014; 146: 1564-72. 2. Alm JS, Sanjeevi CB, Miller EN, Dabadghao P, Lilja G, Pershagen G, Blackwell JM, Scheynius A. Atopy in children in relation to BCG vaccination and genetic polymorphisms at SLC11A1 (formerly NRAMP1) and D2S1471. Genes Immun 2002; 3: 71-77. 3. Carvalho L, Sun J, Kane C, Marshall F, Krawczyk C, Pearce EJ. Review series on helminths, immune modulation and the hygiene hypothesis: mechanisms underlying helminth modulation of dendritic cell function. Immunology 2009; 126: 28-34. 4. Daley D. The evolution of the hygiene hypothesis: the role of early-life exposures to viruses and microbes and their relationship to asthma and allergic diseases. Curr Opin Allergy Clin Immunol 2014; 14: 390-6. 5. Everts B, Smits HH, Hokke CH, Yazdanbakhsh M. Helminths and dendritic cells: sensing and regulating via pattern recognition receptors, Th2 and Treg responses. Eur J Immunol 2010; 40: 152537. 6. Granroth-Wilding HM, Burthe SJ, Lewis S, Reed TE, Herborn KA, Newell MA, Takahashi EA, Daunt F, Cunningham EJ. Parasitism in early life: environmental conditions shape within-brood variation in responses to infection. Ecol Evol 2014; 4: 3408-19. 7. Haahtela T, Holgate S, Pawankar R, Akdis CA, Benjaponpitak S, Caraballo L, Demain J, Portnoy J, von Hertzen L; WAO Special Committee on Climate Change and Biodiversity. The biodiversity hypothesis and allergic disease: world allergy organization position statement. World Allergy Organ J 2013; 31: 3. 8. Horner AA, Raz E. Do microbes influence the pathogenesis of

18.

246

17.

19.

20.

21.

22. 23.

24. 25.

allergic diseases? Building the case for Toll-like receptor ligands. Curr Opin Immunol 2003; 5: 614-9. Cho I, Blaser MJ. The human microbiome: at the interface of health and disease. Nat Rev Genet 2012; 13: 260-70. Koboziev I, Reinoso Webb C, Furr KL, Grisham MB. Role of the enteric microbiota in intestinal homeostasis and inflammation. Free Radic Biol Med 2014; 68: 122-33. Kuijk LM, van Die I. Worms to the rescue: can worm glycans protect from autoimmune diseases? IUBMB Life 2010; 62: 30312. Murk W, Risnes KR, Bracken MB. Prenatal or early-life exposure to antibiotics and risk of childhood asthma: a systematic review. Pediatrics 2011; 127: 1125-38. Ohshima Y. Mucosal immunity and the onset of allergic disease. Allergol Int 2013; 62: 279-89. Reddel HK, Bateman ED, Becker A, Boulet LP, Cruz AA, Drazen JM, Haahtela T, Hurd SS, Inoue H, de Jongste JC, Lemanske RF Jr, Levy ML, O‘Byrne PM, Paggiaro P, Pedersen SE, Pizzichini E, Soto-Quiroz M, Szefler SJ, Wong GW, FitzGerald JM. A summary of the new GINA strategy: a roadmap to asthma control. Eur Respir J 2015; 46: 622-39. Rook GA, Hamelmann E, Brunet LR. Mycobacteria and allergies. Immunobiology 2007; 212 : 461-73. Rook GA. The changing microbial environment and chronic inflammatory disorders. Allergy Asthma Clin Immunol 2008; 15: 117-24. Rook GA. Hygiene hypothesis and autoimmune diseases. Clin Rev Allergy Immunol 2012; 42: 5-15. Rook GA, Lowry CA, Raison CL. Microbial ”Old Friends“, immunoregulation and stress resilience. Evol Med Public Health 2013; 1: 46-64. Rook GA, Lowry CA, Raison CL. Hygiene and other early childhood influences on the subsequent function of the immune system. Brain Res 2015; 18: 47-62. Salama NR, Hartung ML, Müller A. Life in the human stomach: persistence strategies of the bacterial pathogen Helicobacter pylori. Nat Rev Microbiol 2013; 11: 385-99. Shirakawa T, Enomoto T, Shimazu S, Hopkin JM. The inverse association between tuberculin responses and atopic disorder. Science 1997; 275: 77-9. Schmid-Hempel P. Variation in immune defence as a question of evolutionary ecology. Proc Biol Sci 2003; 22: 357-66. Sirisinha S. Evolutionary insights into the origin of innate and adaptive immune systems: different shades of grey. Asian Pac J Allergy Immunol 2014; 32: 3-15. Takeda K, Akira S. Toll-like receptors in innate immunity. Int Immunol 2005; 7: 1-14. Wang X, Mitra N, Secundino I, Banda K, Cruz P, Padler-Karavani V, Verhagen A, Reid C, Lari M, Rizzi E, Balsamo C, Corti G, De Bellis G, Longo L; NISC Comparative Sequencing Program, Beggs W, Caramelli D, Tishkoff SA, Hayakawa T, Green ED, Mullikin JC, Nizet V, Bui J, Varki A. Specific inactivation of two immunomodulatory SIGLEC genes during human evolution. Proc Natl Acad Sci U S A 2012; 109: 9935-40.

prof. MUDr. František Kopřiva, Ph.D. Dětská klinika FN a LF UP, Olomouc I. P. Pavlova 6 779 00 Olomouc e-mail: [email protected]

Alergie 4/2015