Wprowadzenie
Związek pomiędzy układem immunologicznym a sercowo-naczyniowym jest ciekawym i wciąż badanym zagadnieniem. Choć pierwsze obserwacje wskazujące na jego istnienie liczą już kilkadziesiąt lat, to dopiero ostatni okres dostarczył przekonujących dowodów potwierdzających tą zależność.
Celem poniższej pracy jest przedstawienie związku pomiędzy układem immunologicznym a podwyższonymi wartościami ciśnienia tętniczego krwi.
Odpowiedź immunologiczna — podstawowe informacje
Główną rolą układu immunologicznego jest ochrona organizmu przed patogenami i nowotworami. Układ immunologiczny zbudowany jest z narządów centralnych, takich jak szpik kostny i grasica, oraz narządów obwodowych, takich jak śledziona, węzły chłonne, tkanka limfoidalna związana z błoną śluzową (MALT, mucosa-associated lymphoid tissue). Należą do niego także naczynia limfatyczne i krążące leukocyty. Odpowiedź immunologiczna obejmuje dwie główne składowe: odpowiedź nieswoistą (innate immunity) i swoistą (adaptive immunity), które ściśle ze sobą współdziałają [1] (ryc. 1).
Odpowiedź nieswoista
W odpowiedź nieswoistą zaangażowane są bariery anatomiczne skóry i błon śluzowych, dopełniacz, białka ostrej fazy, czynniki bakteriobójcze, bakteriostatyczne i przeciwnowotworowe [m.in. laktoferyna, lizozym, defensyny, kalprotektyna, czynnik martwicy nowotworów (TNF, tumor necrosis factor), interleukina 1 (IL-1), chemokiny] oraz komórki układu odpornościowego (m.in. neutrofile, bazofile, eozynofile, monocyty, makrofagi, komórki dendrytyczne, komórki naturalni zabójcy (NK, natural killers), komórki Langerhansa, mastocyty).
Mechanizmy odporności wrodzonej są aktywowane po wykryciu endogennych (DAMP, damage-associated molecular patterns, wzorce molekularne związane z uszkodzeniem) i egzogennych (PAMP, pathogen-associated molecular patterns, wzorce molekularne związane z patogenami) struktur/sygnałów zagrożenia organizmu, czyli odpowiednio uszkodzonych komórek i drobnoustrojów. Sygnały zagrożenia są wykrywane przez receptory rozpoznające wzorce (PRR, pattern recognition receptors), które mogą być zlokalizowane zarówno w błonie komórkowej (TLR, Toll-like receptors), jak i w obrębie cytoplazmy (NLR, NOD-like receptors) [1]. Ich aktywacja prowadzi do aktywacji enzymu kaspazy-1 oraz syntezy cytokin prozapalnych, czyli aktywacji białek inflammasomu. Aktywacja inflammasomu prowadzi do rozwoju ostrego stanu zapalnego (reakcja miejscowa i ogólnoustrojowa).
Odpowiedź swoista
Odpowiedź swoista (nabyta) obejmuje odpowiedź humoralną i komórkową.
Pierwsza z nich jest związana z powstawaniem antygenowo swoistych przeciwciał wytwarzanych przez limfocyty B, które po pobudzeniu odpowiednim antygenem przekształcają się w komórki plazmatyczne. Limfocyty B rozpoznają antygeny (związane w kompleksach, z powierzchnią komórek lub rozpuszczone) za pośrednictwem receptorów immunoglobulinowych limfocyta B (BCR, B cell receptor). Antygen jest prezentowany przez wyspecjalizowaną komórkę (APC, antygen presenting cell), np. limfocyty B, komórki dendrytyczne, monocyty/makrofagi, w kontekście MHC klasy II (major histocompatability complex) limfocytom pomocniczym Th2, które rozpoznają go za pomocą receptorów limfocytów T (TCR, T-cell receptor), przy udziale molekuł adhezyjnych (CD80/ CD86 na APC i CD28 na limfocycie Th) i cytokin (m.in. IL-1, IL-6, TNFα, IL-4, IL-10). W rezultacie dochodzi do aktywacji limfocytów B, które stają się komórkami efektorowymi.
W odpowiedzi komórkowej uczestniczą limfocyty T cytotoksyczne (Tc) rozpoznające antygeny prezentowane w kontekście MHC klasy I przez komórki APC. Aktywowane limfocyty Tc wydzielają IL-2 i różnicują się w komórki efektorowe i pamięci. Ponowny kontakt z tym samym antygenem prowadzi do wtórnej odpowiedzi limfocytów Tc pamięci, która jest szybka i swoista.
Nadciśnienie tętnicze a układ immunologiczny — czy istnieją dowody wskazujące na związek?
Dostępnych jest wiele wyników badań wskazujących na związek pomiędzy aktywacją układu immunologicznego a wysokością ciśnienia tętniczego krwi. Zależności te obserwowano zarówno na poziomie genomu (aktywacja/inaktywacja grup genów wpływała jednocześnie na wartości ciśnienia oraz aktywność układu immunologicznego [2]), podwyższonych stężeń cytokin zapalnych oraz zwiększonej liczby komórek prozapalnych [3–5] u zwierząt lub pacjentów z nadciśnieniem tętniczym. Wykazano, iż niektóre geny biorące udział w regulacji wartości ciśnienia tętniczego jednocześnie wpływają na komórki układu immunologicznego, ich aktywację lub różnicowanie [2, 6]. Stężenia wskaźników zapalnych, takich jak: białko C-reaktywne (CRP, C-reactive protein) IL-6, Il-1β, TNFγ, IL-18 oraz chemokina 2 (CCL2, CC-chemokin ligand-2) w krwi obwodowej wzrastają wraz ze wzrostem wartości ciśnienia tętniczego [5]. Już wiele lat temu zaobserwowano wyższe stężenie immunoglobuliny G (IgG) w surowicy pacjentów z nadciśnieniem tętniczym w porównaniu z grupą kontrolną [7, 8]. W ostatnim czasie Siedliński i wsp. wykazali związek, potencjalnie przyczynowy, pomiędzy wartościami ciśnienia tętniczego a liczbą limfocytów we krwi obwodowej w grupie ponad 500 000 osób [9]. Zwiększoną liczbę limfocytów Th1 i Th17 w śledzionie, naczyniach krwionośnych i nerkach obserwowano zarówno u zwierząt, jak i u ludzi z nadciśnieniem tętniczym [10–12]. Wykazano obecność nacieków limfocytów T CD4+ i CD8+ w nerkach zwierząt z nadciśnieniem tętniczym, jednak jedynie limfocyty CD8+ były aktywowane antygenowo [13]. Natomiast u zwierząt pozbawionych limfocytów T i B (mysi model ciężkiego złożonego niedoboru odporności lub szczep myszy Rag1 –/–) nie obserwowano wzrostu wartości ciśnienia tętniczego i uszkodzeń narządowych pomimo podawania angiotensyny II (Ang II) lub aldosteronu [14, 15], jednocześnie transfer limfocytów T powodował u myszy wzrost wartości ciśnienia tętniczego i dysfunkcję endotelium [14]. Podobnych wyników dostarczyły prace przeprowadzone na szczurach Dahl pozbawionych genu Rag1, stymulowanych dietą wysokosodową [16], wlewem Ang II [17] lub dietą bogatobiałkową [18]. Limfocyty T mogą w nerkach wpływać na absorbcję sodu i wody poprzez bezpośrednie działanie na kotransporter sodowo-chlorkowy [19].
Stwierdzono istnienie związku pomiędzy stanem zapalnym a nadciśnieniem tętniczym u pacjentów z przewlekłymi chorobami zapalnymi, między innymi z reumatoidalnym zapaleniem stawów, łuszczycowym zapaleniem stawów, zesztywniającym zapaleniem stawów kręgosłupa lub zapaleniem przyzębia [20–24]. W tych grupach chorych nadciśnienie tętnicze rozwija się wcześniej i jest trudniejsze do leczenia. Jego rozwój, poza klasycznymi czynnikami ryzyka sercowo-naczyniowego, może być konsekwencją przewlekłego stanu zapalnego lub też efektem wdrożonego leczenia (m.in. długotrwałe stosowanie glikokorytykoidów) [25]. Przewlekły stan zapalny, poprzez promowanie tworzenia DAMPs lub immunizację przez antygeny niezwiązane bezpośrednio z regulacją ciśnienia krwi (np. zakażenie Porphyromonas gingivalis) [26] może indukować rozwój nadciśnienia tętniczego [3]. Pośrednich dowodów na udział czynników zapalnych w kontroli ciśnienia tętniczego krwi u pacjentów z chorobami zapalnymi dostarczają także badania z wykorzystaniem leków wpływających bezpośrednio na stężenie lub dostępność interleukin zapalnych [27]. Podawanie mykofenolanu mofetylu pacjentom z reumatoidalnym zapaleniem stawów lub łuszczycą oraz towarzyszącym nadciśnieniem tętniczym skutkowało spadkiem ciśnienia skurczowego i rozkurczowego oraz zmniejszeniem nerkowej sekrecji TNFα [28]. Podobnie Murray i wsp. zaobserwowali spadek wartości ciśnienia tętniczego u pacjentów leczonych inhibitorami TNFα. Jednocześnie w metaanalizie 11 randomizowanych badań klinicznych obejmujących pacjentów z reumatoidalnym zapaleniem stawów, leczonych inhibitorami TNFα, wykazano zwiększenie ryzyka rozwoju nadciśnienia tętniczego [29]. Wyniki badań z wykorzystaniem przeciwciał monoklonalnych przeciwko IL-17 nie są jednoznaczne, obserwowano zarówno spadek, jak i brak wpływu takiego leczenia na wartości ciśnienia tętniczego [27]. W badaniu CANTOS [30] oceniano wpływ leczenia kanakinumabem (przeciwciało monoklonalne przeciwko IL-1β) na redukcję ciśnienia tętniczego krwi i częstość występowania nadciśnienia tętniczego. Terapia kanakinumabem nie obniżała wartości ciśnienia tętniczego niezależnie od wyjściowych wartości stężenia białka C-reaktywnego wysokiej czułości (hsCRP, high-sensitivity C-reactive protein) jednocześnie odnotowano redukcję częstości zdarzeń sercowo-naczyniowych.
Patomechanizm aktywacji odpowiedzi immunologicznej w nadciśnieniu tętniczym
Wpływ układu immunologicznego na rozwój nadciśnienia tętniczego jest niezwykle złożony i obejmuje aktywację odpowiedzi zarówno nieswoistej, jak i swoistej [3]. Można wyodrębnić dwie fazy odpowiedzi zapalnej, początkową, związaną z inicjacją i eskalacją stanu zapalnego oraz późniejszą, związaną z propagacją zapalenia i zajęciem przez aktywowane komórki zapalne struktur bezpośrednio regulujących wartości ciśnienia tętniczego krwi [5].
Precyzyjna identyfikacja czynników inicjujących stan zapalny nie jest jeszcze w pełni poznana, ale z dużym prawdopodobieństwem można przyjąć, że m.in. przewlekła nadmierna aktywacja układu współczulnego, nadmierna aktywność układu renina–angiotensyna–aldosteron, wysokie spożycie soli, stres, otyłość, dysfunkcja mikrobiomu, mechaniczne siły oddziałujące na naczynie prowadzą do mechanicznego lub oksydacyjnego uszkodzenia tkanek [5] i w konsekwencji do uwolnienia alarmin (DAMPs) oraz powstania neoantygenów [3]. Neoantygenami nazywane są endogenne molekuły, które w wyniku różnych modyfikacji przestały być rozpoznawane jako własne i zachowują się jak obce antygeny [31], w konsekwencji czego mają zdolność aktywacji odpowiedzi immunologicznej. Zarówno alarminy, jak i neoantygeny oddziałują na odporność wrodzoną i nabytą.
Jak wspomniano we wstępie, alarminy, poprzez aktywację receptorów TLR zlokalizowanych na makrofagach i komórkach dendrytycznych, aktywują inflamasom, w szczególności białko 3 zawierające domeny NOD, LRR i pirynowe (NLRP3, NLR pyrin-domain-containing 3). Kluczowe dla nadciśnienia są TLR4 oraz TLR2, których ekspresja jest zwiększona w naczyniach, nerkach, sercu oraz mózgu u zwierząt z nadciśnieniem tętniczym [32], natomiast intensywne leczenie hipotensyjne powoduje zmniejszenie tej ekspresji [33]. Podobnie, nadekspresja komponentów inflamasomu NLRP3 obecna jest w narządach biorących udział w regulacji ciśnienia tętniczego krwi [34], a konsekwencją jego aktywacji jest produkcja i uwolnienie prozapalnych cytokin takich jak: IL-1β i IL-18, chemokina CCL2 i CCL5, co w dalszej kolejności skutkuje aktywacją kolejnych komórek układu odpornościowego. Zahamowanie inflamasomu NLRP3 prowadzi do obniżenia ciśnienia tętniczego u myszy oraz zmniejszenia dysfunkcji nerek [35, 36]. Dodatkowo inflamasom może być bezpośrednio aktywowany przez wysokie stężenie sodu oraz kryształy kwasu moczowego [37]. Do DAMPs kluczowych w nadciśnieniu należą m.in. białko o dużej ruchliwości elektroforetycznej (HMGB1, high-mobility group box 1; ligand receptora TLR4 [38]), DNA mitochondrialne (ligand receptora TLR9 [39]) lub lipopolisacharydy bakteryjne (LPS, lipopolysaccharides; ligand TLR4; ich obecność w naczyniach krwionośnych to m.in. konsekwencja zaburzonego mikrobiomu jelitowego oraz nieszczelności bariery jelitowej [40]).
Komórki dendrytyczne (należące do komórek prezentujących antygen), po fagocytozie neoantygenów oraz migracji do obwodowych narządów limfatycznych (śledziona), prezentują neoantygeny specyficzne dla nadciśnienia, pobudzając do aktywacji i różnicowania limfocyty T. Zablokowanie kostymulacji limfocyt T–komórka dendrytyczna przez abatacept (białko fuzyjne wybiórczo hamujące drogę kostymulacji, poprzez specyficzne wiązanie z CD80 i CD86 — blokada II sygnału w obrębie synapsy immunologicznej) u myszy prowadziło do zahamowania rozwoju nadciśnienia indukowanego przez Ang II lub octan deoksykortykosteronu (DOCA, deoxycorticosterone acetate) i związanej z tym dysfunkcji naczyń [41]. Jako neoantygen funkcjonować mogą także białka szoku cieplnego (HSP70, heat shock proteins) [42] lub izolewuglandyny (powstające na skutek nieenzymatycznej peroksydacji lipidów jako efekt działania wolnych rodników tlenowych), które aktywują komórki dendrytyczne, zwiększając ekspresją na ich powierzchni CD80/CD86 [43].
Limfocyty B pod wpływem neoantygenów i przy współpracy limfocytów Th w obwodowych narządach limfatycznych przekształcają się w komórki plazmatyczne i rozpoczynają produkcję autoprzeciwciał. Kompleksy immunologiczne (kompleksy antygen–przeciwciało), poprzez stymulację receptorów FcγR na makrofagach i aktywację układu dopełniacza, promującą dalszy rozwój zapalenia, nasilają dysfunkcję endotelium i remodeling naczyniowy [3]. Dodatkowo, niektóre z przeciwciał mogą w bezpośredni sposób oddziaływać na receptory lub kanały jonowe w narządach odpowiedzialnych za utrzymanie prawidłowego ciśnienia tętniczego krwi (np. α1 receptory adrenergiczne, β1 receptory, AT I, kanały wapniowe) [44, 45]. Ponadto, stwierdzono zwiększone miana przeciwciał przeciwko HSP60 i HSP70 u pacjentów z nadciśnieniem w porównaniu z grupą kontrolą [46].
Większość aktywowanych limfocytów T ostatecznie ginie po ustąpieniu działania antygenu i odpowiedzi immunologicznej, część staje się komórkami T pamięci, które mogą przetrwać u ludzi przez wiele lat. Po ponownej ekspozycji na antygen te komórki pamięci mogą zostać szybko reaktywowane, migrują ze szpiku kostnego do nerek oraz naczyń i są źródłem cytokin, m.in. interferon gamma (INFγ, interferone gamma) i IL-17 [11, 47].
Pod wpływem różnych czynników, m.in. Ang II lub diety wysokosodowej, w narządach docelowych bezpośrednio odpowiedzialnych za regulację wartości ciśnienia tętniczego krwi, produkowane i wydzielane są chemokiny i molekuły adhezyjne (np. CCL1, CCL5) [48]. Pod ich wpływem komórki zapalne (monocyty, makrofagi, komórki dendrytyczne, komórki supresorowe szpiku, granulocyty, limfocyty T) przemieszczają się do serca, naczyń krwionośnych, nerek, w których wydzielają kolejne cytokiny (m.in. IL-6, TNFα, IFNγ, IL-17, IL-9). Skutkuje to dalszym nasileniem lokalnego stanu zapalnego, prowadząc do dysfunkcji endotelium, wzrostu oporu obwodowego oraz wartości ciśnienia tętniczego krwi. Cytokiny zapalne hamują działanie syntazy tlenku azotu (NO, nitric oxide), generują tworzenie wolnych rodników tlenowych, stymulują dalszą ekspresję molekuł adhezyjnych, nasilają hipertrofię i włóknienie. IL-17A podnosi wartości ciśnienia tętniczego, zmniejsza zależną od NO wazodylatację naczyń [49], wpływa na wzrost sztywności aorty poprzez zwiększenie odkładania kolagenu [15]. Przeciwciała skierowane przeciwko IL-17A lub jej receptorowi obniżają ciśnienie tętnicze i zmniejszają nacieki z limfocytów w nerkach i naczyniach u zwierząt poddanych działaniu Ang II [50]. TNFα obniża zdolność śródbłonka do produkcji NO [51], prowadząc do skurczu naczyń i reabsorpcji sodu w nerkach. Myszy pozbawione TNFα cechują się brakiem wzrostu ciśnienia tętniczego w porównaniu z myszami z grupy kontrolnej po podaniu Ang II [52]; podanie przeciwciał przeciwko receptorowi dla TNFα zmniejszało wartość ciśnienia tętniczego, natomiast podanie TNFα szczurom z grupy kontrolnej powodowało wzrost wartości ciśnienia tętniczego [53]. Myszy pozbawione genu dla IL-6 miały niższe wartość ciśnienia tętniczego niż myszy typu dzikiego podczas infuzji Ang II [54], podwyższone stężenie IL-6 jest niezależnym prognostykiem dysfunkcji endotelium u pacjentów z nadciśnieniem tętniczym [55]. U myszy pozbawionych INFγ stwierdzano zmniejszony przerost i włóknienie mięśnia sercowego w odpowiedzi na podawanie Ang II [56]. Z kolei limfocyty CD8+ produkują zwiększoną ilość IFNγ u pacjentów z nadciśnieniem w porównaniu z osobami zdrowymi [11].
Nadciśnienie tętnicze wiąże się z obniżoną liczbą limfocytów T regulatorowych [57], a wzrost ich stężenia lub aktywności chroni przed rozwojem samego nadciśnienia lub jego powikłań [58, 59]. Podobnie zmniejszona aktywność niezmiennych komórek naturalnych zabójców (iNKT, invariant natural killer T cells) [60] lub komórek supresorowych szpiku (MDScs, myeloid-derived suppresor cells) [61] przyczynia się do rozwoju nadciśnienia, obniżonego wytwarzania IL-10 lub wzrostu wytwarzania INFγ, IL-17. IL-10 ma działanie przeciwzapalne, podawana myszom z nadciśnieniem tętniczym zmniejsza skurczowe ciśnienie tętnicze i aktywność oksydazy zredukowanej formy fosforanu dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADPH, nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) oraz poprawia funkcję endotelium [62]. Dodatkowo IL-10 chroni przed wzrostem ciśnienia tętniczego i uszkodzeniem endotelium związanym z podawaniem angiotensyny II [63].
Podsumowanie
Układ immunologiczny odgrywa istotną rolę w patogenezie nadciśnienia tętniczego poprzez aktywację złożonych mechanizmów stanu zapalnego obejmujących zarówno wrodzony, jak i nabyty układ odporności. W nadciśnieniu tętniczym opisano m.in. aktywację komórek układu immunologicznego oraz zwiększoną produkcję cytokin prozapalnych. Układ odpornościowy nie tylko przyczynia się do podwyższenia ciśnienia tętniczego krwi, ale także pośredniczy w powstawaniu zmian narządowych oraz ich progresji. W związku z powyższym celowane leczenie ukierunkowane na zmniejszenie wytwarzania cytokin zapalnych i aktywacji układu immunologicznego potencjalnie może prowadzić do obniżenia ciśnienia tętniczego oraz redukcji powikłań narządowych. Konieczne są jednak dalsze badania, zanim terapie immunomodulujące będą mogły być stosowane u wybranych pacjentów z nadciśnieniem tętniczym.
