SINTEZE

Interacţiuni microorganism-gazdă implicate în declanșarea proceselor autoimune din artritele reactive

 Microorganism-host interactions that trigger the autoimmune processes in reactive arthritis

First published: 20 noiembrie 2016

Editorial Group: MEDICHUB MEDIA

Abstract

Autoimmune diseases etiology is hard to be determined. It implies the interrelation between genetic and environmental factors. Reactive arthritis is an autoimmune disease that develops in response to an infection, usually with Chlamydia spp., Salmonella spp., Yersinia spp., Shigella spp., Campylobacter spp. Postinfection persistence of bacterial antigens (DNA, RNA, lipopolysaccharide) was demonstrated. Nevertheless, the complete mechanism of reactive arthritis etiopathogenesis remains to be clarified. It seems that gut microbiota plays a key role, its perturbation leading to increased intestinal permeability which results in translocation of the microbial antigens to the joints. Uncovering the mechanisms underlying the pathogenesis of the disease would help conceive novel therapeutic targets for the treatment of reactive arthritis.

Keywords
autoimmune diseases, reactive arthritis

Rezumat

Etiologia bolilor autoimune este greu de determinat, implicând o coroborare a factorilor genetici și de mediu. Artrita reactivă este o boală autoimună care se dezvoltă ca răspuns la o infecție, de obicei cu Chlamydia spp., Salmonella spp., Yersinia spp., Shigella spp., Campylobacter spp. Deși s-a demonstrat persistența post-infecție a antigenelor bacteriene (ADN, ARN, lipopolizaharid) la nivel articular, mecanismul complet al etiopatogeniei artritei reactive rămâne încă cu multiple semne de întrebare. Se pare că și microbiota intestinală joacă un rol important în patogeneza bolii, disbiozele ducând la creșterea permeabilității intestinale, ceea ce permite translocarea antigenelor microbiene la nivelul articulațiilor. Elucidarea în profunzime a mecanismelor implicate în etipatogeneză poate duce la conceperea de noi ținte terapeutice în tratamentul artritei reactive.

Introducere

Afecțiunile autoimune sunt condițiile în care sistemul imunitar al unui individ atacă propriile celule ale organismului, provocând distrugerea țesutului propriu(1). Ele sunt cauzate de pierderea autotoleranţei şi de apariţia unui răspuns autoimun exagerat, care determină leziuni tisulare. Etiologia bolilor autoimune este dificil de elucidat, implicând mai mulți factori, inclusiv factori genetici şi de mediu(2). Au fost identificate mai mult de optzeci de boli autoimune. Alterarea răspunsului imun normal poate fi cauzată de factori genetici, care se pot asocia cu intervenția unor factori de mediu.

Termenul de artrită reactivă a fost introdus prima dată pentru a descrie asocierea enterocolitei provocate de tulpini de Yersinia spp. cu artrita și a fost destinat să diferențieze această formă acută, de artrită non-supurativă, care se caracterizează prin culturi articulare negative, de artrita infecțioasă, purulentă(3). Rolul infecției în patogeneza spondiloartropatiilor este cel mai clar ilustrat în artrita reactivă, declanșată de infecții ale tractului genitourinar sau de infecții enterice cu anumite bacterii intracelulare, cum ar fi Chlamydia spp., Salmonella spp., Yersinia spp., Shigella spp., Campylobacter spp.(4). S-a demonstrat clar că bacteriile sau componentele bacteriene, precum lipopolizaharidele (LPS) și acizii nucleici, sunt capabile să persiste în organism pentru o perioadă lungă. La nivel molecular, epitopii de origine microbiană interacționează cu receptori cu specificitate largă sau îngustă, celulari sau solubili, existenți în organismul gazdei umane, pentru a declanșa reacții de diferite tipuri și intensități, prin intermediul mecanismelor imunității înnăscute și/sau adaptative.

Dintre receptorii care intervin în această interreacție, locii genetici codanți pentru antigenul leucocitar uman clasic (HLA) sau complexul major de histocompatibilitate (CMH) au fost descoperiți în 1970 și s-au remarcat ca fiind candidați pentru predispoziția la unele boli infecțioase și/sau autoimune(5). Alela HLA-B27 a complexului major de histocompatibilitate (CMH) de clasa I prezintă o asociere izbitoare cu artritele inflamatoare din grupul spondilartropatiilor, dar este încă neclar modul în care contribuie în patogeneza acestor boli(6). S-a sugerat că interacțiunea gazdă-bacterie este perturbată, dar nu se cunoaște mecanismul prin care HLA-B27 este implicat în patogeneza bolii(7). Mimetismul molecular între proteinele bacteriene și proteine ale celulei-gazdă a fost propus ca un posibil mecanism în patogeneza spondilartropatiilor.

Aceste infecții ale tractului intestinal și ale tractului urinar pot fi urmate de un tablou clinic caracteristic, cu aspect de artrită sterilă, însoțite uneori de inflamații în alte țesuturi, cum ar fi tendoane (tendinită), situsurile de inserție a tendoanelor (entesită), ochi (conjunctivită, uveită), tractul genito-urinar (uretrită) și pielea (eritem nodos, keratodermie blenoragică)(8). În ReA declanșată de bacterii enterice, persistența antigenelor bacteriene poate explica apariția unei reacții inflamatoare în membrana sinovială. S-a dovedit faptul că anumite componente bacteriene (lipopolizaharidele – LPS și ADN-ul bacterian) pot induce leziuni articulare direct prin stimularea secreției de proteaze și colagenaze de către condrocite.

Este probabil că aceste bacterii supraviețuiesc într-un situs extraarticular, în special în membranele mucoasei sistemului digestiv și/sau în ganglionii limfatici, și sunt transferate la articulații de către monocite, probabil într-un mod recurent(9).

Antigenele bacteriene sunt preluate de celulele prezentatoare de antigen (APC), cum ar fi celulele dendritice (DC), și fragmentate în peptide, care sunt asociate cu moleculele CMH pentru a fi prezentate limfocitelor T, prin intermediul receptorilor limfocitelor T (TCR)(2).

 

Figura 1. Mecanismele etiopatogenice ale infecțiilor artritogene (schemă adaptată după Sibilia J. et al.(15))


 

Au fost descrise mecanisme multiple pentru a explica modul în care agenții patogeni ar putea induce activarea și expansiunea critică a limfocitelor T autoreactive și debutul bolii autoimune(2).

Înțelegerea contribuției factorului genetic și a celui infecțios la declanșarea autoimunității în spondilartropatii constituie o condiție necesară pentru optimizarea diagnosticului și a terapiei acestor boli.

1. Entități incluse în grupul SpA

Spondiloartropatiile includ un grup înrudit de tulburări inflamatoare multisistem conexe clasificate în acord cu Assessment of Spondylo Arthritis international Society (ASAS) în(10):

  • Spondiloartrita axială (SpA), incluzând spondilita anchilozantă (SA)
  • Artrita reactivă (ReA)
  • Artrita asociată cu boli inflamatoare ale intestinului (IBD)
  • Artrita psoriazică (AP)
  • Spondiloartrita nediferențiată (uSpA)
  • Spondiloartropatia juvenilă (JSpA)
  • Uveita acută anterioară.

2. Artritele reactive

ReA este definită ca o sinovită sterilă dezvoltată după o infecție veche, de obicei la nivelul tractului genitourinar sau gastrointestinal. S-a inclus în această categorie constelația de manifestări clinice cunoscute adesea sub denumirea de sindrom Reiter, constând în conjunctivită, irită, leziuni ale pielii, artrită neinfecțioasă, manifestări cardiace și neurologice(11). Detectarea componentelor microbiene (ADN și ARN, LPS) în articulațiile pacienților cu ReA a condus la reconsiderarea acestei definiții(12). În prezent, ReA este mai bine definită ca o sinovită mediată imun, care rezultă din infecții bacteriene lente și se caracterizează prin persistența intraarticulară a bacteriilor viabile necultivabile și/sau a antigenelor bacteriene imunogenice sintetizate de bacterii active metabolic din articulații și/sau din alte situsuri anatomice(13).

3. Patogeneza artritei reactive

În apariția artritei reactive sunt implicați doi factori: genetic și infecțios.

ReA este, cu siguranță, provocată de o boală infecțioasă și mai mulți factori contribuie la dezvoltarea sa. Sunt incriminate trei aspecte centrale ale patogenezei ReA:

  • prezența bacteriilor sau a produșilor bacterieni în articulații;
  • interacțiunea bacterie-gazdă;
  • răspunsul imun local antiinfecţios.

Există dovezi că doar antigenicitatea bacteriilor nu determină inducerea artritei. Mai degrabă, aceasta poate fi o proprietate particulară a capacității bacteriei de a avea acces la articulații sau la tipurile particulare de celule și de a se sustrage mecanismelor de apărare ale gazdei(14). Figura 1 sintetizează istoria naturală a infecţiilor artritogenice(15).

• Bacteriile artritogenice pot avea acces la diferite situsuri extraarticulare, mai ales la membranele mucoaselor.

• Bacteriile pot persista în aceste situsuri și/sau pot să difuzeze în cavitatea articulară prin bacteriemii recurente (Chlamydia, Borrelia etc.) sau pot fi transportate de către monocite (Yersinia, Salmonella etc.).

• Bacterii viabile și active (Chlamydia, Mycoplasma etc.) sau pur și simplu resturi antigenice bacteriene (Yersinia, Salmonella, Shigella etc.) vor ajunge în membranele sinoviale.

• Acest „contact“ cu sinoviala poate fi urmat de următoarele evenimente alternative:

  • eliminarea bacteriilor sau a resturilor lor antigenice de către sistemul imunitar al unei gazde imunocompetente;
  • persistența de bacterii viabile și active sau a resturilor antigenice în gazdele „tolerante“, în special ca urmare a mimetismului molecular, cu posibilitatea de a declanșa sau nu stimularea excesivă a sistemului imunitar;
  • stimularea excesivă a sistemului imunitar al unei gazde predispuse, care declanșează inflamația sinovialei (artrită).

Imunitatea înnăscută este prima linie de apărare împotriva agenților patogeni (bacterii, virusuri, fungi, paraziți). Imunitatea înnăscută este din ce în ce mai mult recunoscută ca un mecanism-cheie, nu numai în prevenirea invaziei organismului de către agenții patogeni, dar, de asemenea, și în patogeneza bolilor autoimune și inflamatoare, prin implicarea în devierea răspunsului imun sau în promovarea unui răspuns reglator. Răspunsurile imunității înnăscute sunt specifice pentru grupuri de molecule sau macromolecule conservate în componența mai multor grupuri de agenți patogeni, de obicei în peretele celular(16). Detectarea acestor grupuri de antigene comune unor agenţi patogeni infecţioşi (virusuri, bacterii, fungi) se realizează prin intermediul unui număr limitat de receptori (pattern recognition receptors – PRR –, receptorii de recunoaştere a motivelor antigenice comune), exprimaţi pe macrofage, monocite, CD, neutrofile. Cei mai cunoscuţi receptori celulari PRR sunt TLR (Toll like receptors) şi NLR (Nod-like receptors) (NOD = nucleotide binding oligomerisation domain)(17).

TLR sunt receptori primari ai răspunsului imun înnăscut şi recunosc determinanţi antigenici din grupul PAMP (pathogen associated molecular patterns): LPS, acizii teichoici, flagelina, ARN dublu catenar viral, ARN monocatenar exogen, ADN bacterian nemetilat, lipoarabinomananul, b-glucanii, mananii din peretele celular fungic etc.

Prin definiţie, moleculele PAMP sunt esenţiale pentru viabilitatea agenţilor infecţioşi şi structural sunt relativ constante, cu posibilităţi limitate de variaţie, pentru că orice schimbare majoră ar fi dezavantajoasă sau chiar letală pentru microorganism.

3.1. PAMPs și căi de semnalizare implicate în inflamația articulațiilor

Deoarece infecțiile mai frecvente și severe sunt cauzate de bacterii Gram‑pozitive, un element-cheie bacterian care ar putea declanșa un răspuns inflamator este peretele celular. Acesta este alcătuit din acidul teicoic și cel peptidoglican, asociate cu proteine și lipide. Elementul inflamator crucial este peptidoglicanul, sau mai precis glicanul, compus din unități repetitive de N-acetil-glucozamină și acid N-acetil-muramic. Peptidoglicanul a fost detectat în țesutul sinovial în special în macrofage, dar nu se cunoaște dacă acest material provenit de la bacterii era deja prezent în țesuturi sau a fost transportat de către celulele mononucleare(18). Un răspuns proinflamator complet include TNFa, IL 1, IL6, IL 10, IL 12 și producția de NO, precum și exprimarea moleculelor de adeziune endotelială, fiind indus de peretele celular bacterian prin activarea MAPKinazelor și translocarea NF-kB.

Interacțiunea dintre patogen și celula-gazdă este un lanț complex de evenimente. Pașii cruciali pentru supraviețuirea bacteriei sunt aderarea la celula-gazdă, replicarea în celule și diseminarea.

Bacteriile interferează cu căile intracelulare de semnalizare ale gazdei, cum sunt de exemplu căile NF-kB, și a protein-kinazelor activate de mitogen (MAPK)(7). Mulți agenți patogeni intracelulari interferează cu fosforilarea mediată de kinaze (de exemplu, MAPK) sau cu defosforilarea mediată de fosfataze(7). Proteinele efectoare YpkA de la Yersinia spp. au similarități structurale și funcționale cu serin/treonin kinazele eucariote și în celula-gazdă sunt activate prin autofosforilare(19). YpkA modulează reorganizarea citoscheletului(19). Proteinele efectoare OspG de la Shigella flexneri și proteinele efector YopP și YopJ de la Yersinia spp. împiedică activarea NF-kB(7). OspF de la S. flexneri defosforilează kinaza reglată de semnalul extracelular (extracellular signal–regulated kinase; ERK2), prevenind activarea sa și transducția semnalului în aval, inhibând transcrierea NF-kB(7). YopP/J de la Yersinia spp. inhibă MAPK p38 și fosforilarea kinazei JNK (c-Jun NH2-terminal kinase), ceea ce duce la endocitarea redusă a antigenului și la prezentarea modificată a antigenului de către celulele dendritice(7). YopP/J induce, de asemenea, apoptoza, eventual prin reducerea semnalizării NF-kB, iar IpaB de la Shigella spp. și SipB, TlpA de la Salmonella enterica induc apoptoza prin activarea caspazei 1(20). La Salmonella, TlpA, de asemenea inhibă activitatea TIR de la mamifere: proteinele TLR4, receptorul IL-1 și factorul 88 de diferențiere a celulelor mieloide (MyD88) și transcrierea NF-kB(7). TlpA este crucial pentru supraviețuirea intracelulară în macrofagele umane și este necesar pentru manifestarea completă a virulenței acestei bacterii(7). Mai mult decât atât, efectorii TTSS de la Shigella spp. și Salmonella spp. sunt în măsură să inactiveze ireversibil căile MAPK ale gazdei, prin îndepărtarea fosfatului din fosfotreonina din bucla de activare(21). Kinazele sunt reglatori-cheie ai funcțiilor celulare în celulele eucariote și cele care catalizează fosforilarea altor proteine, mediind semnalizarea celulară(7).

Majoritatea kinazelor sunt serin/treonin (Ser/Thr) kinaze, adică fosforilează resturile de Ser sau Thr ale diferitelor substraturi. Unele kinaze fosforilează restu­rile de tirozină (Tyr). Mai mult decât atât, diferitele kinaze fosforilează toate trei tipurile de resturi de aminoacizi și unele chiar și alți aminoacizi, cum ar fi histidina(7). Fosforilarea reversibilă reglează activitatea enzimatică, stabilitatea proteinelor, localizarea celulară și interacțiunile proteină-proteină. Aceste acțiuni mediază multe procese celulare, ca, de exemplu, transcrierea, metabolismul, apoptoză, inflamația, reglarea ciclului celular și diferențierea celulelor(7). Dereglarea activității kinazelor a fost legată de multe boli umane, inclusiv de dezvoltarea unor tulburări metabolice și cancer(7).

3.2. Căile protein-kinazelor activate de mitogen – Mitogen-activated protein kinase pathways

MAPKs sunt omniprezente în celulele eucariote, sunt implicate în multe procese și modulează transcripția genelor și sinteza proteinelor(7). Cascadele MAPK funcționează în paralel și sunt deosebit de importante în controlul deciziilor privind soarta celulelor, de exemplu controlul ciclului celular și moartea celulară programată(7). MAPKs pot fi, de asemenea, activate prin mitogeni, factori de creștere, citokine, antigene, interacțiunile celulă-celulă, hormoni, PAMPs și DAMPs (danger associated molecular patterns)(7). Structurile microbiene conservate sunt recunoscute prin PRRs, cum ar fi TLR sau receptori ai familiei NOD. Polimorfismele NOD2 care predispun la SpA sunt localizate în primul rând în regiunea repetitivă bogată în leucină a proteinei (leucine-rich repeat region of the protein), o regiune responsabilă pentru detectarea antigenelor bacteriene și a unor factori de stres, derivați din țesuturile endogene(22).

Acești factori sunt numiți modele moleculare asociate leziunilor (damage-associated molecular patterns; DAMPs) și pot fi considerate ca semnale periculoase care indică stresul celular sau deteriorarea celulară. Faptul că PAMPs și DAMPs împărtășesc aceiași receptori pentru activarea sistemului imunitar înnăscut poate oferi, de asemenea, o legătură între inflamația intestinală (cu PAMPs derivate din patogeni) și cea a articulațiilor (cu DAMPs derivate din țesuturi)(22).

MAPKs conțin un domeniu comun al kinazei (KD) și un motiv specific de legare a substratului, de asemenea, numit situs de legătură (Cargnello și Roux, 2011). Există patru căi MAPK convenționale: căile ERK1/2, JNK, p38 kinaza și ERK5. Aceste căi au trei kinaze de bază, iar semnalul este tradus prin fosforilare secvențială(7). Mai mult decât atât, MAP kinaza kinaza kinaza kinaza (MAP4K) acționează ca un activator în amonte de MAP3K și MAPK(23). MAP3Ks și MAP2Ks sunt Ser/Thr kinaze. MAP3Ks sunt activate prin fosforilare sau interacțiunea cu modulatorii din amonte, reprezentați de moleculele mici de GTP legate de MAP4Ks. MAP kinazele convenționale sunt activate prin fosforilarea simultană a Tyr și Thr de la motivele conservate Thr-X-Tyr din bucla de activare. MAPKs convenționale sunt prezente fie în citoplasmă (ERK1/2, ERK5), fie în citoplasmă și nucleu (izoforme p38).

Calea p38 este de obicei activată de stimuli de stres și proinflamatoare (iradiere cu raze ultraviolete, șoc termic, șoc osmotic, citokine și PAMPs) și sunt implicate în diferențierea celulelor, apoptoza și autofagie(7). Astfel, p38 și MAPKs sunt reglatori importanți ai răspunsului imun; cascada de semnalizare p38 poate fi activată prin citokine inflamatoare și, la rândul său, reglează expresia citokinelor(7). Toate căile MAPK activează transcrierea, dar calea p38 este implicată, de asemenea, în reglarea posttranscripțională(7). Substraturile p38 includ atât kinaze cât și factori de transcriptie, inclusiv MAPKAPKs ca MAPKAPK2-5, mitogeni și protein-kinaze activate de stres (MSKs) și factori de transcripție cum ar fi NF-kB și ATF 1, 2 și 6 (activating transcription factor)(7).

4. Rolul structurilor bacteriene în etiologia artritei reactive. Artritele reactive și microbiomul

O problemă critică, ridicată de mai mulți cercetători, este de a identifica care dintre proteinele și epitopii bacterieni sunt recunoscuți de limfocitele T în cazul ReA. Acest fapt este relevant din mai multe motive. În primul rând, gama de epitopi poate fi diferită față de cea observată în uretrita necomplicată ori enterite sau recunoașterea anumitor epitopi poate fi esențială pentru rezolvarea rapidă ori eliminarea organismelor infecțioase, în timp ce, în mod invers, recunoașterea altora poate predispune la cronicizare. În al doilea rând, identificarea epitopilor bacterieni poate fi relevantă din punct de vedere terapeutic, în momentul în care poate fi încercată inducerea toleranței pentru epitopii dăunători.

În formele enterice de ReA, persistența antigenelor bacteriene poate explica apariția unei reacții inflamatoare în membrana sinovială. Este probabil că aceste bacterii supraviețuiesc într-un situs extraarticular, în special în membranele mucoasei sistemului digestiv și/sau ganglionii limfatici, și sunt transferate la articulații de către monocite, probabil într-un mod recurent(9). Yersinia spp. și Salmonella spp. pot infecta constant mucoasa intestinului și ganglionii digestivi, dar nu membrana sinovială(9). Aceste bacterii sunt, de asemenea, prezente în monocite, care pot servi ca un rezervor și un „transportator“. Încercările de a cultiva Yersinia spp. sau Salmonella spp. din articulațiile afectate sunt în general nereușite(9), însă ADN de Yersinia spp., Shigella spp. sau Campylobacter spp. a fost identificat în câteva studii realizate pe puțini pacienți(9). Antigenele de patogeni intestinali Yersinia enterocolitica, Salmonella enterica serotip Enteritidis, S. enterica serotip Typhimurium au fost identificate în articulații folosind teste imunohistochimice pe mostre de țesut sinovial sau lichid sinovial(13).

Un studiu recent a investigat mecanismele implicate în invazia, degradarea, precum și în persistența Yersinia spp. și a Salmonella spp. în lichidul sinovial(9). Infecția lichidului sinovial cu aceste bacterii începe cu aderența bacteriilor la membrana celulară sinovială și este urmată de endocitarea bacteriilor morfologic intacte în celule. Câteva ore după infectare, bacteriile au prezentat activitate metabolică foarte scăzută și a început un proces care, în cele din urmă, a condus la dispariția totală a bacteriilor din citosol (tije de acid nucleic bacterian liber cunoscute sub numele de „fantome“)(9).

Yersinia are două proteine de înveliș, care sunt eco-reactive cu receptorul tirotropinei (există o similaritate structurală, mimetism molecular, între receptorul uman al tirotropinei și Y. enterocolitica) și au o activitate mitogenă pe limfocitele B(9). Pacienții cu niveluri ridicate de anticorpi anti-Yersinia sunt predispuși la tulburări ale glandei tiroide(24).

Structurile de suprafață de la tulpinile de Yersinia spp. sunt critice pentru aderarea și internalizarea acestor bacterii. LPS de Yersinia spp. și proteinele de șoc termic de 61-kDa (hsp) au fost identificate în lichidul sinovial și în celulele sangvine periferice timp de patru ani la pacienții cu ReA(25), ceea ce explică faptul că răspunsurile umorale la pacienții cu ReA au fost de lungă durată și puternice. Adezina (YadA) de la Yersinia spp. se leagă specific la colagenul articular și poate contribui la potențialul lor artritogenic(26). Un epitop natural derivat dintr-o proteină de Yersinia spp. este prezentat complexului major de histocompatibilitate CMH de clasa I, chiar dacă bacteriile se găsesc mai ales extracelular și, atunci când sunt prezente în compartimentul intracelular, rămân în întregime în vacuole. O astfel de prezentare poate favoriza recunoașterea celulelor infectate de către limfocitele T citotoxice(9). Y. enterocolitica, precum și S. enterica serotip Typhimurium au capacitatea de a induce apoptoza macrofagelor, iar in vitro s-a demonstrat că Yersinia spp. perturbă funcțiile celulelor dendritice, mecanisme care ar putea fi importante pentru supraviețuirea bacteriană(9). Proteina ribozomală L23 de 14kDa de la Yersinia spp. poate, de asemenea, să fie un antigen relevant. Mai multe grupuri de cercetători au fost de acord că o proteină de 19 kDa, identificată ca subunitate a beta-ureazei la Yersinia enterocolitica, despre care a fost anterior demonstrat că induce artrita la șoareci, este relevantă. Aceasta este o proteină cationică care aderă cu ușurință la cartilaje.

LPS de Salmonella spp. a fost găsit în țesutul sinovial timp de doi ani de la debutul infecției. O altă dovadă indirectă privind persistența salmonelelor în organismul gazdei este prezența pentru câteva luni a anticorpilor la titruri mari în probele de ser la pacienții cu ReA, în timp ce titrurile de anticorpi sunt scăzute la pacienții cu salmoneloză fără artrită(25). Shigella infectează numai celulele epiteliale digestive și transportul prin monocite este foarte puțin probabil, deoarece aceste bacterii distrug rapid monocitele prin apoptoză. Prezența ADN-ului de Shigella spp. în articulațiile pacienților cu ReA nu a fost demonstrată în mod convingător, sugerând că numai anumite componente bacteriene sunt transportate la nivelul articulațiilor. S-a raportat că numai tulpini de Shigella spp. conținând plasmidul pHS-2 sunt artritogenice(27).

În bolile induse de Chlamydia spp., proteina de șoc termic de 57kDa a fost descoperită de două grupuri de cercetători a fi un antigen-țintă foarte puternic, prin analogie cu proteinele de șoc termic de 60kDa prezente în aproape toate celulele bacteriene și mamaliene(28). Deși, la prima vedere, recunoașterea unei proteine de șoc termic atât de vast exprimată poate sugera că reactivitatea încrucișată cu un antigen uman a fost un mecanism patogenic important, de fapt epitopul recunoscut are o similaritate mică și nu prezintă deloc reactivitate încrucișată cu echivalentul său uman. De asemenea, au fost derivate clone care să recunoască histona de 18kDa, o altă proteină cationică și un antigen de 30kDa care nu a fost în totalitate caracterizat(28). În prezent, toate eforturile investite în cercetarea ReA au fost direcționate către identificarea peptidelor, derivate bacteriene care stimulează limfocitele T sinoviale în ReA.

4.1. ADN-ul bacterian și artrita reactivă

ADN‑ul bacterian reprezintă un alt candidat imunostimulator, acesta diferind de cel eucariot prin prezenţa a mai multe motive nemetilate CpG (citozină-fosfat-guanină), care pot stimula intens monocitele/macrofagele şi astfel ar putea fi un antigen-ţintă. S-a arătat experimental că administrarea intraarticulară de ADN bacterian (Escherichia coli, Staphylococcus aureus) sau pur și simplu de motive CpG nemetilate este suficientă pentru a declanșa artrita la șoareci(15). Ipoteza este că ADN‑ul bacterian poate fi direct responsabil pentru o parte dintre inflamațiile articulare. Acest lucru merită investigat suplimentar la om, în special pentru a evalua dacă cantitatea de ADN bacterian necesar pentru a induce artrita este comparabilă cu cantitatea de ADN „inoculat“ la șoareci și care declanșează in vitro artrita reactivă(15).

4.2. LPS bacteriene și artrita reactivă

Lipopolizaharidul bacterian joacă un rol important în patogeneza ReA(9), pentru că el contribuie în mare măsură la virulența bacteriei și intervine în modularea răspunsului imun. LPS intraarticulare sunt stimulatori macrofagici puternici și pot declanșa sinteza de citokine proimflamatorii (TNF-a, IL-1 și IL-6) prin activarea receptorilor CD14-Toll like(29). LPS, de asemenea, cresc posibilitatea afluxului limfocitelor în articulații prin efectele lor asupra endoteliului vascular, induc producerea proteinei monocitare chemotactice 1 în condrocitele articulare umane, cresc secreția de IL8 care este chemotactică și activatoare a PMN în condrocite(9) și scad expresia C5aR pe monocite(30). Toate schimbările contribuie la recrutarea leucocitelor în sinovială și conduc la persistența monocitelor fagocitare în MS (membrana sinovială) inflamată. LPS, împreună cu macrofagele, contribuie la degradarea matricei cartilajului prin colagenaze și prin alte proteaze neutre secretate de condrocite. LPS scad sinteza de proteoglican și induc producerea de către condrocite a oxidului nitric(31). Ca răspuns la LPS, monocitele produc factorul tisular care se asociază cu complicații trombotice(9).

4.3. Artrita reactivă și microbiomul

Rolul potențial al microflorei comensale în dezvoltarea de ReA este de mare relevanță, având în vedere că majoritatea bacteriilor cauzatoare de boli intestinale au fost derivate din cele comensale și care au dobândit gene de la surse externe sau din încrucișări între patogeni(32). O varietate de microorganisme comensale, inclusiv Pseudomonas spp., Salmonella spp., Bacillus cereus și Lactobacillus spp., a fost identificată prin PCR în membrana sinovială a pacienților cu ReA(32). S-a arătat că microflora intestinală convențională joacă un rol important în dezvoltarea artritei în modelul șobolan-transgenic HLA-B27 pozitiv(32), dar este necesară stabilirea rolului exact și/sau a relației dintre microfloră și funcția compromisă a barierei intestinale.

Mulți autori consideră acum că SpA și IBD (boala inflamatorie intestinală) ar fi două dintr-o serie de boli interdependente care includ artrita și boala ileocolonică(32). Prevalența IBD a crescut constant, în special la copii(32), iar incidența mai scăzută a IBD în unele țări în curs de dezvoltare a condus la sugestia că expunerea la agenți patogeni în viața timpurie ar putea reduce riscul de IBD(32).

Limfocitele T CD4 + autoreactive sunt stimulate prin efectele înnăscute pro-inflamatoare ale b-glucanului sau mananului printr-o cale IL-23 dependentă. IL-23 stimulează limfocitele T CD4 + naive să se diferențieze în limfocite Th17, producând IL-17 și o cascadă de citokine pro-inflamatoare care implică IL-1, IL-6 și TNF-a, cunoscute a avea un rol esențial în patogeneza atât a IBD, cât și a SpA(32). Aceste limfocite T CD4 + par să aibă specificitate pentru articulații și coloana vertebrală, iar ileita pare să rezulte dintr-un proces independent de limfocitele T CD4 + stimulate de b-glucan. Chiar dacă IL-23 poate fi implicată, alți factori proinflamatori, de exemplu producția de IL-17 de către celule ale sistemului imunitar înnăscut, conduc de asemenea la IBD. Polimorfismele genetice din cadrul acestei căi, inclusiv IL23R, IL12B, STAT3 și CARD9, sunt asociate atât cu SpA, cât și cu IBD la om(32). CARD9 mediază semnalele receptorilor Dectin-1 și Dectin-2, care recunosc b-glucanul, o componentă a pereţilor celulari bacterieni şi fungici(22). CARD9 amplifică, de asemenea, activarea NOD2 (CARD15) de către muramil dipeptid, în plus față de semnalizarea ADN bacterian/ADN viral(22).

Atât în patogeneza IBD, cât și în cea a SpA, s-a demonstrat, de asemenea, un rol esențial al celulelor limfoide înnăscute (ILC) NKp44 +, ca sursă dominantă de IL-22 la pacienții cu SA. Studii recente au arătat impactul profund al ILCs producătoare de IL-22 asupra homeostaziei microbiotei. IL-22R este exprimată pe celulele stromale, astfel că multe efecte exercitate de IL-22 pot fi observate la nivelul epiteliului intestinal. Printre acestea se numără producția de PPA (peptide antimicrobiene), fucozilarea celulelor epiteliale, producția de mucus(22). Deficiența ILC/IL-22 poate permite difuzarea extraintestinală a bacteriilor intestinale comensale, cum ar fi Alcaligenes spp., sau a agenților patogeni intestinali. ILC poate limita, de asemenea, extinderea răspunsului limfocitelor reactive Th17 și să favorizeze inducerea de limfocite T reglatorii (Tregs). Astfel, expansiunea celulelor NKp44 22-IL + din intestinul pacienților SpA poate reflecta o încercare de a restabili homeostazia și de a limita inflamația intestinală. Invers, antagonismul NKp44 s-a dovedit că stimulează producția de TNF și a altor citokine inflamatoare. Celulele T înnăscute – cu potențial reglatoriu (Treg) – au fost, de asemenea, invocate în patogeneza SpA. Limfocitele T invariant natural killer (iNKT) par să atenueze inflamația determinată de TNF în articulații și în intestin (M. Asquits și col., 2014). Limfocitele Tgd sunt limfocite T neconvenționale care, la fel ca celulele iNKT, răspund mai rapid decât limfocitele „tradiționale“, pot recunoaște antigenele microbiene și prezintă roluri divergente în promovarea sau ameliorarea IBD în modelele animale. Rolul limfocitelor Tgd în patogeneza SpA s-a evidențiat prin expansiunea lor în sângele periferic al pacienților cu SA. Având în vedere impactul iNKT, al limfocitelor Tgd și al populațiilor ILC asupra microbiomului intestinal, o direcție interesantă de cercetare poate fi investigarea modului în care schimbările disbiotice pot modifica echilibrul între funcțiile reglatorii și efectoare (figura 2). Capacitatea acestor celule ale imunității înnăscute de a răspunde rapid le poate face extrem de sensibile la mediul microbian și citokinic al țesuturilor-gazdă și poate să explice rolul lor complex în patogeneza SpA și IBD(22).


 

Figura 2. Căile multiple implicate în patogeneza IBD și SpA sunt influențate de relația microbiotă - gazdă. Microbiota intestinală este modelată atât de factorii externi (de exemplu, factorii de mediu sau de infecții) și de către gazdă în sine. Funcția de barieră, manipulări bacteriene / căi homeostatice (cum ar fi autofagie sau stres ER) și răspunsurile imune ale gazdei pot contribui la compoziția microbiotei, dar sunt, de asemenea, dirijate de însăși microbiota (săgețile negre). Caseta de dialog imunitar între gazdă și microbiotă este deosebit de complexă; răspunsurile efectoare și reglatorii trebuie să coexiste pentru a permite imunitatea față de patogenii  enterici, evitând în același timp răspunsurile inflamatorii cronice la agenții microbieni comensali (a se vedea textul principal). Liniile negre denotă că aceste diferite căi sunt interconectate. De exemplu, manipularea dietei  ar putea modula în mod indirect microbiota  prin efecte directe asupra funcției de barieră sau imunității gazdei. 
PPA - peptide antimicrobiene, Tconv - limfocitele T convenționale, Treg - limfocite T reglatorii, IEL - limfocite intraepiteliale, ILC - celule limfoide înnăscute, iNKT - celulele T invariant natural killer, DCs - celule dendritice. (adaptare după Asquith M. et al. (22)).


 

Până în prezent, s-au realizat câteva studii cuprinzătoare ale microbiomului uman în SpA, deși Klebsiella pneumoniae, Bacteroides vulgatus și bacterii sulfat reducătoare (SRB), de exemplu Disulfovibrio disulfuricans, au fost implicate în patogeneza atât a SpA, cât și a colitei ulcerative (UC). SRBs au fost găsite în număr mai mare în materiile fecale ale pacienților cu SpA și în colonul pacienților cu IBD(32). Hidrogenul sulfurat produs de SRBs inițiază leziuni ale mucoasei cu o creștere a permeabilității intestinale(32). S-a sugerat că K. pneumoniae și B. vulgatus pot fi implicate în patogeneza SA și IBD. Microbiota intestinală poate fi marcată de efectele asupra mecanismelor de apărare ale mucoasei (de exemplu, competiții pentru colonizarea mucoasei și substraturi metabolice plus sinteza de factori de reglementare, cum ar fi acizii grași cu lanț scurt și bacteriocine)(33) și răspunsurile imune înnăscute și adaptative ale gazdei și sunt, prin urmare, parte integrantă a menținerii homeostaziei imune pentru intestinul în curs de dezvoltare și cel adult(33). Bacteriile comensale diferă prin capacitatea lor de a promova dezvoltarea țesuturilor limfoide asociate intestinului și de a menține funcția lor(33). Microbiota GIT interacționează extensiv cu gazda prin suprafața mucoasei intestinale, care este continuu expusă la o serie de microorganisme comensale. GIT este adesea supus la „insulte“ intrinseci și extrinseci care pot în mod semnificativ perturba homeostazia GIT. Toxinele pot apărea ca urmare a activității bacteriene adverse sau prin influențe alimentare și de mediu(33) și acestea pot acționa pe funcția de barieră a enterocitelor(33). Disbioza este o perturbare a GIT, care poate fi indusă prin administrarea de antibiotice, practici dietetice imprudente, medicamente, deficite imune, inflamație și infecții cu agenți patogeni care duc la creșterea numărului de bacterii Gram-negative și transferul produselor lor genetice, cum ar fi lipopolizaharide (LPS), permeabilitatea epiteliului intestinal generând inflamație sistemică și endotoxemie(33). Enterocitele GIT în asociere cu bacterii zaharolitice sau bacterii proteolitice sunt expuse la o serie de molecule cu potențial toxic care predispun la diferite boli(33). Aceste celule secretă chemokine, citokine, peptide antimicrobiene și imunoglobulina A secretorie (sIgA), ca răspuns la microbiota enterică și la agenții patogeni (figura 2)(33). Enterocitele și celulele dendritice exprimă două proteine receptor majore (TLRs și NOD1, NOD2) de recunoaștere a paternurilor gazdei (PRR), care sunt cruciale pentru activarea celulelor imune ca răspuns la antigenele microbiene specifice și care permit gazdei diferențierea bacteriilor comensale de cele patogene(33).

Celulele dendritice modulează un răspuns imun sau toleranţa la antigenele bacteriene prin stimularea fie a limfocitelor efectoare (Th1 sau Th2) sau a limfocitelor reglatoare T (Treg). Răspunsurile inflamatoare ale gazdei la bacterii patogene sunt controlate de NF-kB, care este responsabil pentru expresia chemokinelor și citokinelor.

Cele mai multe bacterii comensale nu activează NF-kB, ci mai degrabă unele specii pot reține semnalele inflamatoare, ca răspuns la bacteriile patogene prin limitarea activării NF-kB (Luis Vitetta și col. 2013). Imunotoleranţa la bacterii comensale dintr-un intestin sănătos este, în parte, din cauza lipsei de exprimare sau a redistribuirii TLRs din membranele apicale epiteliale pe lungimea TGI, care se crede că limitează activarea TLRs de către bacteriile comensale și produsele bacteriene(33). Mai mult, enterocitele intestinale exprimă niveluri ridicate ale proteinei care interacționează cu TLR – Toll-interacting protein (Tollip), exprimată constitutiv sau indus, care limitează răspunsurile inflamatoare mediate de TLR. Expresia Tollip este corelată direct cu încărcătura bacteriană luminală in vivo și este cea mai mare în mucoasa colonului sănătos(33). Pe scurt, relația intimă dintre microbiota „normală“ a intestinului și celulele sistemului imun înnăscut și adaptativ probabil dictează pragul homeostatic al intestinului. Acest echilibru delicat permite sistemului imunitar intestinal să rămână gata de a răspunde rapid la patogeni intestinali. Cu toate acestea, modificările disbiotice la nivel intestinal – de exemplu, mediate de modificări prezumtive în bariera de apărare, detecția microbiană sau manipularea bacteriană – pot deplasa acest echilibru spre căi efectoare inflamatoare. În prezent, legăturile dintre inflamația intestinală și cea a articulațiilor rămân neclare, dar, în conformitate cu această setare, translocarea extraintestinală de produse microbiene, migrarea celulelor imune intestinale sau eliberarea de citokine sistemice pot crea un micromediu comun favorabil patogenezei SpA.

Concluzii

Mecanismele intime ale patogenezei ReA – cum ar fi: persistența antigenelor bacteriene în anumite situsuri ale gazdei, receptorii primari ai răspunsului imun înnăscut, limfocitele T, microbiomul, rolul factorilor de mediu – sunt încă neclare. Efectorii celulari și moleculari ai imunității înnăscute sunt direct implicați în inflamația articulațiilor și în distrugerea cartilajului articular. Imunitatea înnăscută este un mecanism-cheie în patogeneza bolilor autoimune și inflamatoare iar aceste mecanisme constituie un obiectiv pentru strategii noi de tratament antiinflamator și imunoreglator.

Trecerea în revistă a cunoștințelor actuale privind patogeneza ReA deschide noi direcții de cercetare, care pot contribui la descoperirea unor noi modalități de abordare terapeutică a ReA.

Înțelegerea căilor intracelulare modificate prin caracteristicile genetice ale bacteriilor și direcționate în scopul de a facilita replicarea și supraviețuirea lor poate duce la o mai bună înțelegere a patogenezei acestor boli, oferind astfel abordări noi de tratament.

Complexitatea informației acumulate cu privire la contribuția factorilor ereditari, microbieni și de mediu la modelarea interrelației gazdei umane cu componentele microbiene se constituie într-un argument puternic pentru derularea de cercetări aplicative în scopul ameliorării diagnosticului și multiplicării alternativelor terapeutice în artritele reactive. 

Bibliografie

  1. Grammatikos AP, Tsokos GC. Immunodeficiency and autoimmunity: lessons from systemic lupus erythematosus. Trends Mol Med. 2012;18(2):101-8.
  2. Delogu LG, Deidda S, Delitala G, et al. Infectious diseases and autoimmunity. J Infect Dev Ctries. 2011;5(10):679-687.
  3. Kuipers JG, Kohler L, Zeidler H. Reactive or infectious arhritis. Ann Rheum Dis. 1999;58:661-664.
  4. McMichael A, Bowness P. HLA-B27: natural function and pathogenic role in spondyloarthritis. Arthritis Res. 2002;4(Suppl 3):S153-S158.
  5. Blackwell JM, Jamieson SE, Burgner D. HLA and Infectious Diseases. Clin Microbiol Rev. 2009;22(2):370-385.
  6. Allen RL, Bowness P, McMichael AJ. The role of HLA-B27 in spondyloarthritis. Immunogenetics. 1999;50:220-227.
  7. Sahlberg AS, Granfors K, Penttinen MA. HLA-B27 and host-pathogen interaction. Adv Exp Med Biol. 2009;649:235-44.
  8. Townes JM. Reactive arthritis after enteric infections in the United States: the problem of definition. Clin Infect Dis. 2010;50:247-54.
  9. Colmegna I, Cuchacovich R, Espinoza LR. HLA-B27-associated reactive arthritis: pathogenetic and clinical considerations. Clin Microbiol Rev. 2004;17(2):348-369.
  10.  Zeidler H, Calin A, Amor B. A historical perspective of the spondyloarthritis. Curr Opin Rheumatol. 2011;23:327-33.
  11. Ruben B, Janitzia VM. Reactive arthritis. Ann Rheum Dis. 1996;55:564-570.
  12. Gerard HC, Branigan PJ, Schumacher HR, Hudson AP. Synovial Chlamydia trachomatis in patients with reactive arthritis/Reiter’ssyndrome are viable but show aberrant gene expression. J. Rheumatol.1998; 25:734-742.
  13. Toivanen P. From reactive arthritis to rheumatoid arthritis. J Autoimmun. 2001;16:369-371.
  14. Sieper J, Braun J, Kingsley GH. Report on the fourth international workshop on reactive arthritis. Arthritis Rheum. 2000;43:720-734.
  15. Sibilia J, Limbach FX. Reactive arthritis or chronic infectious arthritis? Ann Rheum Dis. 2002;61:580-587.
  16. Falgarone G, Jaen O, Boissier MC. Role for innate immunity in rheumatoid arthritis. Joint Bone Spine. 2005;72(1):17-25 .
  17. Izcue A, Coombes JL, Powrie F. Regulatory lymphocytes and intestinal inflammation. Annu Rev Immunol. 2009;27:313-338.
  18. Kivity S, Agmon-Levin N, Blank M. Infections and autoimmunity-friends or foes? Trends Immunol. 2009;30(8):409-14.
  19. Prehna G, Ivanov M I, Bliska JB, et al. Yersinia virulence depends on mimicry of host Rho-family nucleotide dissociation inhibitors. Cell. 2006;126:869-80.
  20. Scott AM, Saleh M. The inflammatory caspases: guardians against infections and sepsis. Cell Death Differ. 2007;14:23- 31.
  21. Zhu Y, Li H, Long C, et al. Structural insights into the enzymatic mechanism of the pathogenic MAPK phosphothreonine lyase. Mol Cell. 2007;28:899 913.
  22. Asquith M, Elewaut D, Lin P, et al. The role of the gut and microbes in the pathogenesis of spondyloarthritis. Best Pract Res Clin Rheumatol. 2014;28(5):687-702.
  23. Plotnikov A, Zehorai E, Procaccia S, et al. The MAPK cascades: signaling components, nuclear roles and mechanisms of nuclear translocation. Biochim Biophys Acta. 2011;1813:1619-1633.
  24. Schoppet M, Bubert A, Huppertz H. Dendritic cell function is perturbed by Yersinia enterocolitica infection in vitro. Clin Exp Immunol. 2000;122:316-323.
  25. Granfors K, Jalkanen S, Lindberg AA, et al. Salmonella lipopolysaccharide in synovial cells from patients with reactive arthritis. Lancet. 1990;335:685-688.
  26. Braun J, Yin Z, Spiller I, et al. Low secretion of tumor necrosis alpha but no other Th1 or Th2 cytokines by peripheral blood mononuclear cells correlates with chronicity in reactive arthritis. Arthritis Rheum. 1999;42:2039-2044.
  27. Siepe J, Braun J. Pathogenesis of spondylarthropathies: persistent bacterial antigen, autoimmunity or both. Arthritis Rheum. 1995;38:1547-1554.
  28. Kingsley G, Sieper J. Third International Workshop on Reactive Arthritis. Ann Rheum Dis. 1996; 55:564-570.
  29. Zhang H, Kaur I, Nielsen DW, et al. Yersinia enterocolitica envelope proteins that are crossreactive with the thyrotropin receptor (TSHR) also have B-cell mitogenic activity. J Autoimmun. 1996;9:509-516.
  30. Katona IM, Ohura K, Allen JB, et al. Modulation of monocyte chemotactic function in inflammatory lesions: role of inflammatory mediators. J Immunol. 1991;146:708-714.
  31. Sakurai H, Kohsaka H, Liu HM, et al. Nitric oxide synthase expression in inflammatory arthritides. J Clin Investig. 1995;96:2357-2363.
  32. Yeoh N, Burton JP, Suppiah P, et al. The role of the microbiome in rheumatic diseases. Curr Rheumatol Rep. 2013;15:314.
  33. Vitetta L, Coulson S, Linnane AW, Butt H. The gastrointestinal microbiome and musculoskeletal diseases: a beneficial role for probiotics and prebiotics. Pathogens. 2013;2:606-626