MOLEKULARNE ASPEKTY PROCESU ZAPALNEGO I SYSTEMY PRZECIWZAPALNE

Zagadnienia: 1. Główne zjawiska odpowiedzi zapalnej 2. Migracja komórek 3. Udział cząstek adhezyjnych 4. Mechanizmy zabijania drobnoustrojów 5. Cytokiny i inne mediatory zapalenia 6. Regulacja procesu zapalnego 7. Wstrząs endotoksyczny 8. Rezolucja procesu zapalnego 9. Białka HMGB1 10. TNF - główny mediator 11. Endogenna odpowiedź przeciwzapalna 12. Chemioterapia infekcji

Zapalenie (inflammatio) jest złożonym, dynamicznym procesem zachodzącym w żywych, unaczynionych tkankach po zadziałaniu bodźca uszkadzającego. Objawy zapalenia: zaczerwienienie (rubor) - rozszerzenie naczyń podwyższenie temperatury (calor) - wzrost przepływu krwi obrzęk (tumor) - wzrost przepuszczalności naczyń i wzrost osmotyczności środowiska zapalenia ból (dolor) - uciskające działanie obrzęku i drażnienie zakończeń nerwowych przez mediatory zapalenia upośledzenie funkcji (funtio laesa)

Zapalenie jest odpowiedzią, które, gromadzi leukocyty i cząsteczki krążące w osoczu w miejscach zakażenia lub uszkodzenia tkanek.

Cząsteczki chemotaktyczne pobudzają migrację i nadają kierunek ruchowi leukocytów.

Międzykomórkowe cząstki adhezyjne (adhezyny) Rodzina supergenu immunoglobulin - komórkowe cząstki adhezyjne (CAM): ICAM VCAM MAdCAM PECAM - 1 (CD 31)

Integryny leukocytów - białka zbudowane z dwóch niekowalencyjnie związanych polipeptydów ( i ) przechodzących przez błonę komórkową. Pośredniczą w adhezji leukocytów do śródbłonka i macierzy pozakomórkowej.

Selektyny - cząstki adhezyjne, selektywnie wiążące reszty węglowodanowe na leukocytach i śródbłonkach lub macierzy pozakomórkowej (domeny lektynowe). Selektyny E (ELAM-1, Endothelial Leukocyte Adhesion Molecule-1) P (GMP-140, Granule Membrane Protein -140) Selektyny L (LAM -1 Leukocyte adhezion Molecule)

Cząsteczki adhezyjne regulują przyczepianie się komórek i ich migrację przez śródbłonek. Każdy typ ruchu komórki zachodzi z udziałem rożnych zestawów cząstek adhezji i czynników chemotaktycznych.

Reaktywne związki tlenu (ROIs - Reactive Oxygen Intermediates) w procesach zabijania: anion ponadtlenkowy O2- nadtlenek wodoru H2O2 rodnik hydroksylowy .OH tlen singletowy 1 O2 oraz pochodne chlorowcowe : kwas podchlorawy HOCL i produkty jego reakcji z aminami - chloraminy

Reaktywne związki azotu RNIs (Reactive Nitrogen Intermediates): NO - „zabójca komórkowy”-powstający w wyniku aktywacji iNOS działa poprzez: - hamowanie oksydacyjnej fosforylacji w mitochondriach - inaktywację enzymów zawierających ugrupowanie FeS - powoduje zniszczenia struktury DNA

Dopełniacz w patogenezie pewnych chorób Układowa aktywacja dopełniacza Martwica tkanek aktywuje dopełniacz Aktywacja dopełniacza może powodować uszkodzenia tkanek w wyniku tworzenia kompleksów immunologicznych in vivo.

Zapalenie podlega regulacji przez chemokiny, układy enzymatyczne osocza, cytokiny oraz przez produkty komórek tucznych, trombocytów i leukocytów.

HMGB1 - mediator późnej fazy zapalenia, wstrząsu endotoksycznego i letalności

HMGB1 jest białkiem, które podlega regulacji w czasie rozwoju HMGB1 wiąże się do DNA typu B bez specyficzności sekwencyjnej wiązanie to zaburza silnie podwójną helisę indukuje rozchylenia 90o i większe. Te zmiany struktury przestrzennej ułatwiają gromadzenie się kompleksów złożonych z wielu białek w danym miejscu.

HMGB1 znajduje się także poza jądrem w cytoplazmie i matrix zewnątrzkomórkowym. Białka HMGB1 działają poprzez receptory komórkowe głównie RAGE (receptors for advanced glycation end products). HMGB1 przekazują sygnał dla układu cytokin i odgrywają główną rolę w szoku septycznym

Szok septyczny a HMGB1 Białka HMGB1 są produkowane przez różne typy komórek i działają jako późne mediatory letalności endotosyny. Pacjenci septyczni posiadają podniesiony poziom HMGB1 w surowicy.

HMGB1 a apoptoza i nekroza Uwalnianie HMGB1  nekroza (aktywacja układu cyotkin i reakcji zapalnych) Immobilzacja HMGB1 – brak uwalniania  apoptoza

Przekazywanie sygnału przez HMGB1: Masowe pojawianie się HMGB1 prowadzi do szoku septycznego.

HMGB1 są uwalniane: pasywnie przez komórki nekrotyczne lub aktywnie przez komórki zapalne .

Zapalenie - układ przeciwzapalny (Inflammatory reflex – Anti-inflammatory pathway) Homeostaza jest utrzymana, gdy proces zapalny jest kontrolowany przez odpowiedź przeciwzapalną i integrowany przez układ nerwowy. Kontrola zapalenia przez układ nerwowy jest odruchowa.

TNF amplifikuje i przedłuża odpowiedź zapalną przez uwalnianie cytokin IL-1, HMGB1 i innych mediatorów jak eikozanoidy, ROI i NOI, które promują dalsze reakcje zapalne i uszkodzenie tkanek. TNF jest zasadniczy dla realizacji zapalenia i w normalnie przebiegającym odczynie jego aktywność spada.

Endogenna odpowiedź przeciwzapalna Endogenna odpowiedź przeciwzapalna hamuje proces zapalny, ograniczając wystąpienie odpowiedzi potencjalnie szkodliwej dla organizmu.

Cholinergiczny szlak przeciwzapalny Acetylocholina hamuje ekspresję TNF w makrofagach na poziomie post-transkrypcyjnym. Inne komórki poza nerwowymi, które produkują acetylocholinę ( epitelialne, endotelialne i lim T) mogą również brać udział modulacji funkcji tkankowych makrofagów  regulacji odpowiedzi przeciwzapalnej. Monocyty są niewrażliwe na działanie acetylocholiny - tylko wysokie stężenia cholinergicznych agonistów hamują sytezę cytokin w monocytach. Receptor dla acetylocholiny obecny na makrofagach jest różny od receptora muskarynowego na limfocytach, jednojądrzstych leukocytach krwi i makrofagach alweolarnych.

Przeciwzapalny szlak “dyfuzyjny” kontra przeciwzapalny szlak nerwowy a. Szlak ,,dyfuzyjny” – krążęnie dostarcza komórek zapalnych (monocytów i neutrofili) i cytokin do i z miejsca zapalnego – czynniki prozapalne w uszkodzonej tkance (TNF, IL-1, HMGB1) dyfundują do krążenia, czynniki przeciwzapalne hormony i cytokiny (glikokortykoidy, -MSH, IL-10, spermina) dyfundują do tkanki zapalnej. b. Szlak nerwowy - reguluje aktywność tkankowych makrofagów – jest zlokalizowany, szybki i zintegrowany przez CSN. Acetylocholina, adrenalina i noradrenalina hamują uwalnianie TNF, substancja P stymuluje syntezę cytokin, wzmacnia odpowiedź prozapalną i mediuje ból.

Połączone przeciwzapalne działanie sympatycznego i parasympatycznego układu nerwowego jest synergistyczne, ogranicza proces zapalny lokalnie (szlak nerwowy) i systemowo (szlak humoralny).

Chemioterapia infekcji Czynniki działające na mikroorganizmy są to naturalne lub syntetyczne substancje chemiczne, które hamują wzrost lub niszczą mikroorganizmy (bakterie, grzyby i wirusy). Czynniki te optymalnie powinny działać tylko na proces charakterystyczny dla danego patogenu oraz docierać do miejsca infekcji. Termin antybiotyki powszechnie używany powinien być zarezerwowany tylko w odniesieniu dla substancji naturalnych.

Oporność na leki przeciwbakteryjne może być właściwa bakteriom lub nabyta przez modyfikacją struktury genomu mikroorganizmów. Oporność na leki jest również problemem infekcji wywoływanych przez pierwotniaki (malaria) i wirusy (HIV), w mniejszym stopniu w infekcjach grzybiczych.