Magy Immunol/Hun Immunol 2004;3(2):4-8.

ÖSSZEFOGLALÓ KÖZLEMÉNYEK

A Toll-receptorok és az epithelialis sejtek

Szegedi Gyula
Debreceni Egyetem, Orvos- és Egészségtudományi Centrum,
III. Sz. Belgyógyászati Klinika, Akadémiai Kutatócsoport,
4004 Debrecen, Móricz Zs. krt. 22.,
telefon/fax: (52) 414-969, e-mail: szegedi@iiibel.dote.hu


ÖSSZEFOGLALÁS

A Toll-receptorok kutatása jelentősen felgyorsult az elmúlt években. Ezek a receptorok ugyanis kapcsolatot teremtenek a fertőzés, a természetes immunitás és bizonyos autoimmun-gyulladásos mechanizmusok között. Ebben az összefoglalóban a szerző áttekinti a Toll-receptorokkal kapcsolatos újabb, főbb ismereteket, különös tekintettel az epithelialis sejteken betöltött funkcióikra. A cikk végén említést nyernek a Toll-receptorok irányította mechanizmusokra vonatkozó jövőbeni terápiás perspektívák is.

Toll-receptorok, epithelsejtek, természetes immunitás, autoimmunitás

Érkezett: 2004. április 20. Elfogadva: 2004. április 28.


 

Az ember immunrendszerének feladata a veszé- lyes idegen és veszélyes saját anyagok, antigének elleni védekezés biztosítása olyan módon, hogy közben ne vagy csak minimálisan sérüljön a gazdaszervezet. Az immunrendszernek tehát eltérő módon kell reagálnia a veszélyes antigénekre; fel kell tudnia ismerni ezeket, és el kell tudnia különíteni a saját hasznos antigénkészletétől olyan formában is, hogy ez utóbbiakkal szemben toleranciát épít ki és tart fenn. Az immunrendszer felépítése, struktúrája, funkciója komplex, amely a fenti célnak megfelelő szabályozás ellátását tudja biztosítani (az esetek nagyobb részében). Az immunrendszert alapjában két nagy elemre, az úgynevezett veleszületett, természetes, innate immunitást nyújtó, valamint a szerzett adaptív, specifikus védekezést biztosító részre lehet osztani.

A XX. század második fele az adaptív immunitás területén óriási haladást eredményezett, ugyanakkor a veleszületett immunitásra jóval kisebb figyelmet fordítottak. Nem véletlenül került reflektorfénybe a természetes immunitás az utolsó öt-tíz évben. Ebben közrejátszott számos, itt nem részletezett ok mellett a Toll-receptorokkal kapcsolatban felszínre került új ismeretanyag. Ezek a kutatások új perspektívákat nyitottak a klinikai gyakorlati immunológia számára is, ugyanakkor ismét megerősítették azt, hogy a természetes és az adaptív immunitást nem lehet egymástól elválasztani, hiszen az immunrendszer feladatát csak szoros kölcsönös együttműködés révén képes ellátni, hiszen a nagyon effektív specifikus és memóriát magában hordozó adaptív immunitás T- és B-lymphocytái a dendritikus sejtek révén (és egyéb közvetítőkön keresztül is) elválaszthatatlan kapcsolatot tartanak a természetes immunitást szolgáltató sejtekkel és humorális mediátorokkal.

A jelen rövid ismertetés a Toll-receptorokkal (Toll-like receptor, TLR, Toll-szerű receptor) kapcsolatos újabb eredményekről szól. Az 1. táblázatban a Toll-receptorok kutatásának rövid kronológiáját tüntettem fel. Az ecetmuslica Toll-receptora és a humán IL-1-receptor homológiájának 13 évvel ezelőtti felismerését követően a kutatások intenzitása igen-igen felerősödött.

1. táblázat. A Toll-receptor-kutatás fontosabb állomásai.

1988Az IL-1-receptor (IL-1R) gén kódolása.
1990Az IL-1R-aktiválás mechanizmusai (NFkB, p38-MAP-kináz).
1991Drosophila melanogaster: a Toll-receptor leírása: citoplazmatikus rész: homológia az IL-1R-rel, a leucinban gazdag szekvencia (LRR) leírása.
1997Humán Toll-receptor: nagyfokú homológia a Drosophila-Toll-receptorral.
 Adaptor fehérjék: MyD88, NFkB (aktiválják a közös és a privát géneket)
 A TLR szerepe:
  • természetes immunitás (gyulladás, citokinek),
  • adaptív immunitás (antigenprezentáló sejtek, Th1–2 sejtek aktiválása).

A Toll-receptorok a természetes immunitás részeként a csírasejt (germline) által kódolt olyan molekulák (számszerűen tíz receptor ismert), amelyek elsődleges feladata a patogén kórokozók felismerése. A Toll-receptorok, valamint a CD14, a b2-integrinek (CD11/CD18), a C típusú lektinek, a macrophageltakarító (scavenger) -receptorok és a komplementreceptorok (CR1/CD35, CR2/CD21) alkotják az úgynevezett mintázatfelismerő receptorokat (pattern recognition receptor, PRR).

Ezek a sejtfelszínen expresszálódó vagy szolúbilis formában előforduló receptorok döntően a patogén mikrobiális ágensek jórészt közös vagy hasonló, a gazdaszervezetben nem képződő invariáns molekuláris struktúráit, az úgynevezett kórokozóhoz kapcsolódó molekuláris mintázatot (pathogen-associated molecular pattern, PAMP) ismerik fel. A fontosabb PAMP-ligandok közé tartoznak: a lipopoliszacharidok (LPS), a bakteriális lipoproteinek (BLP), a peptidoglikánok (PGN), a lipoteicholsav (LTA), a nem metilált bakteriális CpG-DNS, az élesztő mannan stb.

A Toll-receptor lektinkötő extracelluláris része – leucinban gazdag, ismétlődő (leucin rich repeat, LRR) és egyéb szerkezeti elemek (CD14, MP1–2) –, továbbá a receptorok sejten belüli doménjei (TIR), valamint a szignálutak igen zsúfolt adaptor fehérjéi lehetővé teszik, hogy a fő transzkripciós faktorok (NFkB) aktiválódjanak, és a célnak megfelelő gének expresszálódásával a természetes immunitás az adekvát proinflammatorikus citokineket és adhezív fehérjéket mozgósítsa1–5 (1. ábra).

1. ábra. 1. ábra. A Toll-receptorok hatásmechanizmusa a TLR4 példáján.

A Toll-receptorok hatásmechanizmusa a TLR4 példáján
APC: antigénprezentáló sejt, hps: hősokkfehérje, ICAM-1: intracelluláris adhéziós molekula-1, IFN: interferon, IL: interleukin,
LPS: lipopoliszacharid, NFkB: nukleáris faktor kB, oxLDL: oxidált LDL, TLR: Toll-receptor, TNF-a: tumornekrózis-faktor-a

Az egyes Toll-receptorokon keresztül más és más mikrobiális ligandok aktiválják az adott sejteket (bizonyos átfedésekkel), az eltérő ligandok részben közös, másrészt viszont privát gének expresszióját idézik elő.

A Toll-receptorok szignálútjai közös transzkripciós faktorok aktivációját (NFkB és MAP-kinázok) váltják ki, és az IL-6, IL-10, IL-12 citokinek, valamint a CD40 és B7 kostimulátor molekulák termelését eredményezik. Azonban annak ellenére, hogy a különböző Toll-receptorok szignálaktivációjuk során hasonló vagy azonos molekulákat (MyD88, NFkB) vonnak be a folyamatba, egymástól eltérő, az egyes Toll-receptorokra jellemző immunológiai válaszokat is tudnak kiváltani.

Valamennyi Toll-receptor a figyelem középpontjában van, de talán fokozottan érvényes ez a TLR4-re, valamint a TLR2-re, a TLR3-ra és a TLR9-re.

A TLR4 központi jelentőségét az a tény magyarázza, hogy a CD14-gyel és az MD2-vel képzett komplex az LPS receptorául szolgál. A Gram-negatív baktériumok által kiváltott szepszisek óriási gyakorlati jelentősége érthetővé teszi az endotoxinokra adott szervezeti reakciók milyenségének vizsgálatát. Ebből a szempontból is igen jelentősnek tartom a TLR4-LPS bekövetkező szervezeti reakció intenzitását megszabó és befolyásoló biokémiai, illetve molekulárbiológiai történéseket (szignálutak, adaptor fehérjék aktivációja stb.), amelyek a természetes immunitás effektivitását a Gram-negatív kórokozókkal szemben erősen meghatározzák. A TIR [Toll-receptor és IL-1-receptor (IL-1R)] a Toll-receptor és az IL-1R homológ intracelluláris doménje számos adaptor fehérjével kapcsoltan részt vesz a ligandinformáció továbbításában. E szignálutak szereplői között kitüntetett jelentőségűek az IL-1R-asszociált kinázok (IRAK1–4).

Az IRAK4 mutációja következtében az LPS általi sejtaktiváció nem jön létre, és azok a gyermekek, akiknél ez fennáll, fogékonyak a gennykeltő baktériumokkal szembeni fertőződésre.

Az epithelialis sejtek Toll-receptorainak vizsgálata iránti érdeklődés természetes, hiszen a közvetlen külvilági kapcsolat miatt a veleszületett immunológiai védekezés jelentősége egyértelmű. Nem meglepő, ha szaporodnak a közlemények, amelyek a cornea, a gingiva, a légutak, az intestinum és a keratinocyták Toll-receptorainak sajátosságait taglalják, amelyekből például kiderül, hogy a keratinocyták konstitutív módon expresszálják a CD14-TLR4 komplex egységet és így az LPS-NFkB aktiválásával IL-1-, IL-8-termelésre képesek – elősegítve a gyulladást és a káros mikrobiális ágensekkel szembeni védekezést6.

Az intestinalis epithelsejtek Toll-receptorai funkcionális sajátosságainak tisztázása ugyancsak fontos adatokat szolgáltathat a baktériumflórával szembeni tolerancia kialakításával, valamint a patogén kórokozókkal kapcsolatos szerepvállalásokat illetően. Fi- gyelemre méltóak a TLR4 polimorfizmusával (Asp299Gly) kapcsolatos megfigyelések, amely adatok magyarázattal szolgálnak arra, hogy egyes emberek miért reagálnak kisebb mértékű légúti reakcióval az inhalált toxinokra, szemben másokkal. A TLR4 jelzett polimorfizmusa ugyanis az LPS-re adott csökkent válaszkészséggel jár együtt, amely a légúti irritatív reakció mérsékeltebb voltával jár, a csökkent citokintermelés miatt viszont az endotoxinnal szembeni ellenállóképesség is kisebb, amely gyakoribb és súlyosabb fertőzések forrását jelentheti7, 8.

Természetesnek kell tartani azokat a klinikai kutatásokat, amelyek során egyes idült immunológiai gyulladásos természetű autoimmun betegségek esetében vizsgálják a Toll-receptorok és ligandjaik kölcsönhatásának esetleges következményeit. A rheumatoid arthritises betegek synovialis fibroblastjai vizsgálatakor azt találták, hogy azok TLR2-t expreszszálnak, és így a megfelelő ligand, a peptidoglikán hatására TNF-a-t és IL-1a-t képesek termelni9, 10.

Az atopiás dermatitis elsősorban gyermekkorban fellépő gyakori Thelper2 (Th2) dominanciájú atopiás bőrbetegség. A betegség idült lefolyása során a Th2 típusú gyulladásos elemek mellett a Th1-gyulladás szövettani sajátossága is megjelenik, aminek magyarázó okaként több (itt nem részletezett) tényező mellett számításba jön, hogy a gyulladt bőr bakteriális kolonizációja a keratinocyták TLR2,4-es és a hízósejtek TLR2-es receptorain keresztül citokinstimuláció következik be, ami részben magyarázhatja a bőr idült gyulladását11.

A többirányú kutatások között külön ki kell azokat emelni, amelyek a természetes és az adaptív immunitás közvetlen kapcsolatát érintik. A kapcsolat sokszálú, szoros és alapvető jelentősséggel bír, ám sok vonatkozásban még feltáratlan. Ezt csupán néhány terület említésével tudom itt alátámasztani12.

A természetes és az adaptív immunrendszer között az egyik és hangsúlyozott kapcsolatot az antigénprezentáló dendritikus sejtek valósítják meg. A dendritikus sejtek differenciáltsági, érettségi állapota – egyéb tényezők (például citokinkörnyezetük) mellett – megszabja, hogy a prezentált (idegen és saját) antigén immunogén vagy tolerogén hatást vált-e ki az adaptív immunsejtek részéről. A dendritikus sejtek TLR2, TLR4-gyel rendelkeznek, ennek következtében más és más típusú citokineket (I., II.) termelhetnek, és így a naiv Thelper-sejteket dominálóan Th1 vagy Th2 irányba segítik differenciálódni. A dendritikus sejtek sajátos csoportja az úgynevezett plasmocytoid (lymphoid eredetű) dendritikus sejtek, amelyek nagyobb menynyiségű IFN-a termelésére képesek, és ugyancsak Th1 irányú polarizációt indítanak be13.

A dendritikus sejtek szerepköre tehát centrális a természetes és az adaptív immunitásban, és miután nagymértékben befolyásolják azt, hogy egy idegen antigénre, allergénre hogyan reagáljon az immunrendszer (esetleg atopiás reakcióval), vagy hogy a saját antigénjeit tolerogénként vagy immunogénként kezelje, érthető, hogy a tudományos érdeklődés középpontjában állnak.

Az immunrendszer belső szabályozási lehetőségei természetesen mindig a figyelem középpontjában voltak. Így van ez most is, a természetes ölősejtek (natural killer, NKT) mellett egyéb regulatív sejtek, így a CD4+CD25+ T-sejtek, az IL-10-et termelő 1. típusú regulatórikus T-sejtek (Tr1), valamint a transzformáló növekedési faktor-b-t (TGF-b) termelő Th3-sejtek az érdeklődés előterében állnak. A CD4+ CD25+ sejtpopuláció a CD4 sejtek mintegy 5–10%-át képezi. E populáció funkciójáról az igen intenzív vizsgálatok alapján mindinkább elfogadottá válik, hogy a perifériás immuntolerancia aktív szereplője. A CD4+CD25+ regulatórikus T-sejtek – mint ahogy a vizsgálatok eredményei ezt bizonyították – Toll-receptorokat expresszálnak4, 5, 7, 8. Az LPS-kezelés a CD4+ CD25+ regulatórikus sejtek szuppresszor aktivitását fokozni képes. Az a tény tehát, hogy a CD4+CD25+ regulatív T-sejtek a Toll-receptorokon keresztül működésükben befolyásolhatók, nem véletlenül kelti fel az immunpatológiai kórképekkel foglalkozók figyelmét14–16.

Érthető tehát, ha a Toll-receptorokkal kapcsolatos érdeklődés bevonódik az autoimmun és az allergiás betegségek kutatásába is.

Az allergiás betegek előfordulási arányának feltűnő növekedését elsősorban a külső tényezőkben vélik felfedezni. Érdekes elméleti feltételezéssel, az úgynevezett higiénés hipotézissel próbálják magyarázni azt, hogy a korábbi, az immunrendszert igénybe vevő, főleg a veleszületett immunitásra ható infektív ágensek háttérbe szorulásával a Th1 védekezési készültség intenzitása is csökkent, ami a Th2 dominanciának enged teret, ez pedig az atopiás betegségek kialakulását segíti17–19.

A Toll-receptorok kutatását több szinten kapcsolni lehet az autoimmun betegségekkel, azok kialakulásával, aktiválásával. A „veszélyes” idegen és saját antigének felismerésében a természetes immunitás kitüntetett szereppel bír (Danger-elmélet)20, 21.

Úgy tűnik, hogy az immunszisztéma nem specifikus korai reakciója igen jelentős mértékben hatással van arra, hogy a specifikus adaptív immunfolyamatok az immuntolerancia megőrzését, fenntartását segítik-e, vagy az autoimmunitás irányába terelik az immunreakciókat. A korai szabályozási folyamatokban mind többet tudunk az NKT-sejtek szerepéről, arról, hogy csökkent funkciójuk hogyan segíti a patológiás autoimmunitást22.

Az autoimmunitás és a Toll-receptorok kapcsolatának kutatása az említettek mellett más vonatkozásban is izgalmas kérdéseket vet fel, így érdekes terület a B-sejteken lévő TLR9 szerepe az autoantitest (anti-DNS, reumafaktor) termelését illetően, vagy a Toll-receptorok és az endogén ligandjaik [hősokkfehérje 60 (hsp60)] kérdésköre23, 24.

További nagyon izgalmas kutatási terület a vírusok és a Toll-receptorok, a vírusokkal szembeni védekezés kérdésköre, az interferonok szerepe és jelentőségük az autoimmun folyamatokban.

A szisztémás lupus erythematosus (SLE) patogenezisének kutatása közben is ismétlődően felmerült a különböző vírusok esetleges szerepe, és ezzel kapcsolatban az interferon-a provokatív jelentősége. Ez utóbbi felvetés hangsúlyozottá vált az interferon-a terápiás alkalmazása közben megfigyelt anti-DNS-termelés (és időnként az SLE klinikai tünetei) miatt is. Az SLE-t aktiváló vagy provokáló faktorok kutatása között ma kitüntetett helyet foglalnak el azok, amelyek az interferon indukálta génexpressziós adatfeltárásokra koncentrálnak25.

A Toll-receptorokon keresztül zajló külső, káros mikrobiális ágensek és a szervezet immunológiai veleszületett, valamint adaptív formában megnyilvánuló védekezése és ennek eredménye létében megszabta az emberiség sorsának alakulását, és konkrétan meghatározza az egyes emberek életkilátásait, betegségeit (immunhiányos állapotok, autoimmunitás, allergiás betegségek, daganatok stb.). A Toll-receptorokkal kapcsolatos kutatások igen nagy energiaráfordítással folynak, értékes adatok állnak rendelkezésre exponenciálisan növekvő mértékben, és mindinkább bevonódnak a klinikumba is, így a Toll-receptorok és a szignálútjaik terápiás targetet fognak jelenteni a különböző immunmódosító célok megvalósítása érdekében.

A természetes immunitás – és így a Toll-receptorok – célzott stimulálása az infektív ágensek elleni védekezéshez nyújthat segítséget. A TLR7–8-agonista imiquimod immunstimuláló effektusa, továbbá a TLR3 stimulálása ugyancsak antivirális következményeket idézhet elő26.

A dendritikus sejtek Toll-receptorokon keresztüli ligandaktiválásával az antigének immunogenitásának fokozásával az adaptív immunitás intenzitását fokozni lehet, és reményeink szerint ez hatékonyabb daganatellenes immunterápiát eredményezhet.

Ugyancsak sor fog kerülni olyan terápiás próbálkozásokra, amikor a kitűzött cél az lesz, hogy a Toll-receptorok aktiválásán keresztül az immunregulációt úgy próbálják befolyásolni, hogy az adott antigénekkel, allergénekkel és autoantigénekkel szemben a tolerogén immunválasz érvényesüljön (allergiás és autoimmun betegségek kezelése).

Az egyik legkézenfekvőbb terápiás beavatkozás a Toll-receptorok és a ligand (TLR4-LPS) kölcsönhatás blokkolása lehet – például monoklonális antitesttel gátolva az LPS hatását, amivel a Gram-negatív és egyéb mikrobiális fertőzések kedvezőbb kimenetelét lehet majd elérni27.

 

Irodalom

  1. Kimoto M, Nagasawa K, Miyake K. Role of TLR4/MD-2 and RP105/MD-1 in innate recognition of lipopolysaccharide. Scand J Infect Dis 2003;35:568-72.
  2. Hallmann M, Rämet M, Ezekowitz RA. Toll-like receptor as sensors of pathogens. Pediatr Res 2001;50(3):315-21.
  3. Zhang G, Ghosh S. Toll-like receptor-mediated NF-kB activation: a phylogenetically conserved paradigm in innate immunity. J Clin Invest 2001;107(1):13-9.
  4. Yamamoto M, Sato S, Mori K, et al. A novel Toll/IL-1 receptor domain-containing adapter that preferentially activates the ifn-b promoter in the Toll-like receptor signaling. J Immunol 2002; 169:6668-72.
  5. Oshiumi H, Matsumoto M, Funami K, Akazawa T, Seya T. TICAM-I, an adaptor molecule that participates in Toll-like receptor 3-mediated interferon-b induction. Nat Immunol 2003;4(2):161-7.
  6. Song PI, Park YM, Abraham T, Hartern B, Zivony A, Neparidze N, et al. Human keratinocytes express functional CD14 and Toll-like receptor 4. J Invest Dermatol 2002;119:424-32.
  7. Arbour NC, Lorenz E, Schutte BC, Zabner J, Kline JN, Jones M, et al. TLR4 mutations are associated with endotoxin hyporesponsiveness in humans. Nat Genet 2000;25:187-91.
  8. Lorenz E, Mira JP, Frees K, Schwartz DA. Relevance of mutations in the TLR4 receptor in patients with gram-negative septic shock. Arch Intern Med 2002 162:1028-32.
  9. Seibl R, Birchler T, Loeligler S, Hossle JP, Gay RE, Saurenmann T, et al. Expression and regulation of Toll-like receptor 2 in rheumatoid arthritis synovium. Am J Pathol 2003;162(4):1221-27.
  10. Kyburz D, Rethage J, Seibl R, Lauener R, Gay RE, Carson DA, et al. Bacterial peptidoglycans but no cpg oligodeoxynucleotides activate synovial fibroblasts by Toll-like receptor signaling. Arthritis Rheum 2003;48(3):642-50.
  11. Breuer K, Kapp A, Werfel T. Bacterial infections and atopic dermatitis. Allergy 2001;56:1034-41.
  12. Kadowaki N, Antonenko S, Lau JYN, Liu YJ. Natural Interferon a/b-producing cells link innate and adaptive immunity. J Exp Med 2000;192(2):219-25.
  13. Re F, Strominger JL. Toll-like receptor 2 (TLR2) and TLR4 differentially activate human dendritic cells. J Biol Chem 2001;276(40): 37692-9.
  14. Rönnblom L, Alm GV. A pivotal role for the natural interferon a-producing cells (plasmacytoid dendritic cells) in the pathogenesis of lupus. J Exp Med 2001;194(12):F59-F63.
  15. Caramalho I, Lopes-Caravalho T, Ostler D, Zelenay S, Haury M, Demengeot J. Regulatory T cells selectively express toll-like receptors and are activated by lipopolysaccharide. J Exp Med 2003;197 (4):403-11.
  16. Sakaguchi S. Control of immune responses by naturally arising CD4+ regulatory t cells that express Toll-like receptors. J Exp Med 2003;197(4):397-401.
  17. Akbari O, Stock P, DeKruyff RH, Umetsu DT. Role of regulatory T cells in allergy and asthma. Curr Opin Immunol 2003;15:627-33.
  18. Horner AA, Raz E. Do microbes influence the pathogenesis of allergic diseases? Building the case for Toll-like receptor ligands. Curr Opin Immunol 2003;15:614-9.
  19. Vercelli D. Genetic polymorphism in allergy and asthma. Curr Opin Immunol 2003;15:609-13.
  20. Matzinger P. Essay 1: The danger model in its historical context. Scand J Immunol 2001;54:4-9.
  21. Vance RE. Cutting edge commentary: A copernican revolution? Doubts about the danger theory. J Immunol 2000;165:1725-8.
  22. Pasare C, Medzhitov R. Toll-like receptors: balancing host resistance with immune tolerance. Curr Opin Immunol 2003;15:677-82.
  23. Leadbetter EA, Rifkin IR, Hohlbaum AM, Beaudette BC, Shlomchik MJ, Marshak-Rothstein A. Chromatin-IgG complexes activate B cells by dual engagement of IgM and Toll-like receptors. Nature 2002;416:603-7.
  24. Vinuesa CG, Goodnow CC. DNA drives autoimmunity. Nature 2002;416:595-8.
  25. Carrol M. Innate immunity in the etiopathology of autoimmunity. Nat Immunol 2001;2(12):1089-90.
  26. Syed TA. A review of the applications of imiquimod: a novel immune response modifier. Exp Opin Pharmacother 2001;2(5): 877-82.
  27. O’Neill LAJ. Therapeutic targeting of Toll-like receptors for inflammatory and infectious diseases. Curr Opin Pharmacol 2003;3: 396-403.


TOLL-LIKE RECEPTORS AND EPITHELIAL CELLS

Toll-like receptors have been extensively studied in the last few years. These receptors are involved in the mechanisms how microbes and infections are linked to natural immunity and some autoimmune-inflammatory processes. Here author reviews the latest news on Toll-like receptors with much emphasis on their role on epithelial cells. Therapeutic strategies targeting Toll-like receptors are also discussed.

Toll-like receptors, epithelial cells, natural immunity, autoimmunity