Faza inicjacji i dojrzewania procesu autoimmunologicznego w RZS

Jakie czynniki genetyczne predysponują do inicjacji RZS?

Czynniki genetyczne odpowiadają za około 50% ryzyka rozwoju RZS, przy czym dziedziczność wynosi 40-65% dla postaci seropozytywnej i 20% dla seronegatywnej¹². Najsilniejszym czynnikiem ryzyka genetycznego jest obecność tzw. wspólnego epitopu (shared epitope, SE) w obrębie alleli HLA-DRB1³. Około 60% pacjentów z RZS w Stanach Zjednoczonych jest nosicielami wspólnego epitopu klastra HLA-DR4, który stanowi jedno z miejsc wiążących peptydy w cząsteczkach HLA-DR związanych z RZS¹.

Wspólny epitop to zachowana sekwencja 5 aminokwasów (QKRAA) w trzecim hiperzmienionym regionie łańcucha DRB1, która jest związana z ryzykiem rozwoju RZS²⁴. Allele HLA-DRB1 związane z RZS obejmują²:

• HLA-DRB1*04 (szczególnie *0401, *0404, *0405) – najsilniej związany z RZS w populacjach europejskich i północnoamerykańskich
• HLA-DRB1*01 (szczególnie *0101) – również niesie wspólny epitop i zwiększa ryzyko, szczególnie w populacjach południowoeuropejskich
• HLA-DRB1*10 – dodatkowy allel związany z podatnością na RZS

Uważa się, że wspólny epitop wpływa na wynik RZS poprzez produkcję ACPA i stanowi główny czynnik ryzyka produkcji ACPA³⁵. Wspólny epitop HLA-DRB1 preferencyjnie prezentuje epitopy zawierające cytrulinę, co jest kluczowe dla inicjacji odpowiedzi autoimmunologicznej⁶.

Inne geny związane z podatnością na RZS obejmują¹²⁵:

• PTPN22 (kodujący fosfatazę tyrozynową limfocytów) – polimorfizmy związane z RZS ACPA-dodatnim w różnych grupach etnicznych, może działać jako silny inhibitor aktywacji limfocytów T i wpływać na produkcję ACPA
• PAD14 (kodujący peptydyloargininę deiminazę 4) – enzym odpowiedzialny za cytrulinację białek, polimorfizmy związane z RZS
• Geny związane z α1-antytrypsyną – warianty genetyczne związane z produkcją ACPA, choć nie jest jasne, czy produkcja jest bezpośrednio związana z niedoborem α1-antytrypsyny, czy wynika ze zmienionej autofagii indukowanej przez mutantową α1-antytrypsynę Z
• Geny odpowiedzi interferonu typu I – zwiększona odpowiedź genów interferonu typu I związana z indukcją komórek Th2 i proliferacją limfocytów B koreluje z produkcją ACPA
• TRAF5, CTLA4, IL-2RA, STAT4, CCR6, IRF5 – inne geny związane z regulacją odpowiedzi immunologicznej

Badania sekwencjonowania genomu zidentyfikowały ponad 150 loci kandydujących z polimorfizmami związanymi z RZS, głównie w postaci seropozytywnej¹. Polimorfizmy pojedynczych nukleotydów (SNP) w genach PSORS1C1, PTPN22 i MIR146A są związane z ciężkim przebiegiem choroby². Niektóre polimorfizmy genetyczne są związane z RZS w różnych grupach etnicznych, co sugeruje złożony charakter genetyczny choroby².

Ryzyko rozwoju RZS było trzykrotnie wyższe u krewnych pierwszego stopnia pacjentów z RZS, nawet jeśli czynniki rodzinne wpływają na RZS u mężczyzn i kobiet jednakowo⁷. Badanie bliźniąt wykazało ryzyko nawrotu na poziomie 9,5-13,1 u bliźniąt monozygotycznych i 6,4-11,7 u bliźniąt dizygotycznych tej samej płci, w porównaniu z ryzykiem w populacji ogólnej wynoszącym tylko 0,37%⁷. Badanie 12 590 bliźniąt ujawnia, że środowisko, styl życia i czynniki stochastyczne mogą również odgrywać ważniejszą rolę niż genetyka w produkcji ACPA, podczas gdy czynniki genetyczne są bardziej odpowiedzialne za progresję od osób ACPA-dodatnich do zapalenia stawów⁷.

Jak dochodzi do cytrulinacji białek i produkcji ACPA?

Cytrulinacja to proces enzymatyczny katalizowany przez zależną od wapnia peptydyloargininę deiminazę (PAD), która przekształca dodatnio naładowaną argininę w polarną, ale obojętną cytrulinę w wyniku modyfikacji potranslacyjnej⁸. Reakcja ta występuje w miejscach uszkodzenia tkanek i zapalenia, takich jak płuca u palaczy⁶. W RZS PAD może być wydzielana przez granulocyty i makrofagi⁹.

Izoformy PAD2 i PAD4 są najsilniej zaangażowane w RZS¹⁰. Przeciwciała przeciwko PAD4 są wykrywane u pacjentów z RZS, są wysoce swoiste dla RZS i są związane z dodatnim wynikiem ACPA¹⁰. ACPA powstają w wyniku nieprawidłowej odpowiedzi przeciwciał na szereg cytrulinowanych białek, w tym³⁶:

• Fibryna i fibrynogen – białka układu krzepnięcia
• Wimentyna – białko cytoszkieletu
• Fibronektyna – białko macierzy pozakomórkowej
• Antygen jądrowy wirusa Epsteina-Barra 1 (EBNA-1)
• α-enolaza – enzym glikolityczny
• Kolagen typu II – główne białko chrząstki stawowej
• Histony – białka jądrowe

Wszystkie te białka są rozproszone w całym organizmie, co wyjaśnia ogólnoustrojowy charakter autoimmunizacji w RZS³. ACPA mogą być izotypami IgG, IgM lub IgA⁶. Produkcja ACPA jest związana z czynnikami genetycznymi i środowiskowymi³.

Mechanizm produkcji ACPA obejmuje następujące etapy⁹¹¹:

• Modyfikacja antygenów własnych: Czynniki środowiskowe (dym tytoniowy, patogeny) powodują modyfikację antygenów własnych, takich jak przeciwciała IgG lub inne białka jak kolagen typu II lub wimentyna poprzez cytrulinację
• Utrata tolerancji: Z powodu genów podatności HLA-DR1 i HLA-DR4, komórki immunologiczne nie rozpoznają już tych białek jako antygenów własnych
• Prezentacja antygenu: Antygeny są pobierane przez komórki prezentujące antygen i przenoszone do węzłów chłonnych w celu aktywacji limfocytów T pomocniczych CD4+
• Aktywacja limfocytów B: Limfocyty T pomocnicze stymulują pobliskie limfocyty B do rozpoczęcia proliferacji i różnicowania się w komórki plazmatyczne, które produkują specyficzne autoprzeciwciała przeciwko tym antygenom własnym

Produkcja ACPA odzwierciedla przełamanie tolerancji immunologicznej¹². W rezultacie wiele neoantigenów cytrulinacyjnych aktywuje limfocyty T zależne od klasy II MHC, które z kolei pomagają limfocytom B produkować więcej ACPA¹². Odpowiedź immunologiczna na autoantygeny może istnieć wiele lat przed wystąpieniem choroby i leży poza stawami¹³. Początkowe poziomy ACCP wydają się mieć duże znaczenie w przewidywaniu czasu do wystąpienia choroby¹².

Gdzie rozpoczyna się proces autoimmunologiczny w RZS?

Proces autoimmunologiczny w RZS rozpoczyna się prawdopodobnie na powierzchniach śluzówkowych, z których najważniejsze to płuca, przestrzeń przyzębna jamy ustnej oraz przewód pokarmowy¹⁴¹⁵. Sugeruje to, że zewnętrzna ekspozycja na różne antygeny w częściach gospodarza odległych od stawów następnie wyzwala autoimmunologiczną odpowiedź zapalną w stawach¹⁶.

Płuca jako miejsce inicjacji:

Płuca są prawdopodobnie najważniejszym miejscem inicjacji procesu autoimmunologicznego w RZS, szczególnie u palaczy⁷. Palenie tytoniu jest najsilniejszym środowiskowym czynnikiem ryzyka RZS i jest ściśle związane z produkcją ACPA⁷¹⁴. U osób ACPA-dodatnich wykazano interakcję między wspólnym epitopem (SE) a paleniem, która zwiększa ryzyko RZS¹⁴¹⁷.

Mechanizm związany z płucami obejmuje⁷:

• Dym tytoniowy indukuje stres oksydacyjny i zapalenie w płucach
• Zapalenie prowadzi do napływu leukocytów, które produkują PAD4
• PAD4 cytrulinuje białka rezydentne w płucach
• Cytrulinowane białka stają się neoantigenami u osób z HLA-DR SE
• Inicjowana jest odpowiedź autoimmunologiczna z produkcją ACPA

Metylacja DNA pośredniczy w interakcji palenia i genotypu w RZS ACPA-dodatnim¹⁵. Ekspozycja zawodowa na krzemionkę, azbest i pyły tekstylne również zwiększa ryzyko RZS, prawdopodobnie poprzez podobne mechanizmy uszkodzenia błon śluzówkowych płuc¹⁴¹⁸.

Przestrzeń przyzębna jako miejsce inicjacji:

Przestrzeń przyzębna może być również miejscem wyzwalającym proces autoimmunologiczny¹⁵. Istnieją dowody na trzy czynniki zakaźne uznawane za wyzwalacze autoimmunizacji w RZS: Porphyromonas gingivalis, Aggregatibacter actinomycetemcomitans (Aa) i wirus Epsteina-Barra (EBV)¹⁵.

Mechanizmy związane z patogenami przyzębia obejmują¹⁵¹⁹:

• Aggregatibacter actinomycetemcomitans: W warunkach klinicznych 47% pacjentów z RZS wykazywało dowody wcześniejszej infekcji Aa w porównaniu z 11% w grupie kontrolnej. Patogen Aa może wydzielać leukotoksynę A i tworzyć pory w błonach neutrofilów, co prowadzi do hipercytrulinacji neutrofilów, co skutkuje uwalnianiem cytrulinowanych autoantygenów w dziąsłach
• Porphyromonas gingivalis: Infekcja P. gingivalis prowadzi do cytrulinowanych autoantygenów i produkcji ACPA na dwa sposoby: poprzez PAD i argininowe gingipainy (Rgps) P. gingivalis, które mogą rozszczepiać białka w miejscach argininowych i cytrulinować białka, produkując więcej neoantigenów; oraz poprzez tworzenie pułapek zewnątrzkomórkowych neutrofilów (NET) indukowane przez P. gingivalis podczas procesu NETosis
• Wirus Epsteina-Barra (EBV): EBV może wpływać na komórki B produkujące ACPA, a upośledzona kontrola EBV może być obserwowana w RZS

Przewód pokarmowy jako miejsce inicjacji:

Przewód pokarmowy jest kolejnym narządem śluzówkowym zaangażowanym w patogenezę RZS, ponieważ dysbioza u pacjentów z RZS może wynikać z obfitości pewnych rzadkich linii bakteryjnych¹⁹. Dobrze udokumentowano, że mikrobiota jelitowa może przyczyniać się do patogenezy RZS poprzez wiele mechanizmów molekularnych¹⁹. Zmiany w składzie i funkcji mikrobiomu jelitowego są związane z RZS¹⁶.

Skład mikrobiomu jelitowego ulega zmianie u pacjentów z RZS (dysbioza), gdzie pacjenci z RZS mają zmniejszoną różnorodność mikrobiomu jelitowego w porównaniu ze zdrowymi osobami¹⁶. Obserwuje się wzrost liczebności następujących rodzajów: Actinobacteria, Collinsella, Eggerthalla i Faecalibacterium¹⁶. Collinsella zmienia przepuszczalność błony śluzowej jelit i jest związana ze zwiększonym nasileniem RZS¹⁶.

Jakie czynniki środowiskowe wyzwalają proces autoimmunologiczny?

Różnorodne czynniki środowiskowe zostały zaangażowane jako potencjalne wyzwalacze RZS⁴²⁰. Najważniejsze z nich to:

Palenie tytoniu:

Palenie tytoniu jest najsilniejszym czynnikiem ryzyka stylu życia dla RZS²¹. Czynniki genetyczne mogą dodatkowo zwiększać ryzyko: palacz z dwiema kopiami HLA-SE ma 40-krotnie wyższe ryzyko rozwoju RZS²¹. U byłych palaczy ryzyko może nie powracać do poziomu osób niepalących nawet przez 20 lat po zaprzestaniu palenia²¹.

Czynniki dietetyczne:

Czynniki ryzyka dietetycznego dla RZS obejmują¹⁸¹⁹²²:

• Spożycie czerwonego i przetworzonego mięsa
• Niedobór witaminy D
• Nadmierne spożycie kawy
• Wysokie spożycie soli

Z drugiej strony, kwasy tłuszczowe omega-3 mogą nie tylko obniżać ryzyko produkcji ACPA, ale także zapobiegać wystąpieniu zapalenia stawów po wykryciu ACPA¹⁹²². Zdrowsza dieta może również przyczynić się do zmniejszenia ryzyka wystąpienia RZS ACPA-dodatniego w wieku 55 lat lub młodszym²².

Przegląd danych z Nurses’ Health Study, który oceniał pięć czynników stylu życia (palenie, spożycie alkoholu, wskaźnik masy ciała, aktywność fizyczna i dieta), wykazał, że zdrowszy styl życia był związany z niższym ryzykiem RZS. Szacowano, że 34% przypadków RZS można było zapobiec, gdyby uczestniczki przyjęły cztery lub więcej zdrowych czynników stylu życia¹⁸.

Czynniki zawodowe:

Schmajuk i wsp. zgłosili silny związek między wydobyciem węgla, a także innymi zakurzonymi zawodami związanymi z ekspozycją na krzemionkę, a RZS¹⁸. Dla osób w grupie o najwyższej intensywności ekspozycji ergonomicznej współczynnik szans dla RZS wynosił 4,3¹⁸. Osobiste stosowanie niektórych insektycydów, szczególnie DDT, lindanu i kumafos, lub nawet pośrednia ekspozycja zwiększyła szanse rozwoju RZS u żon pracowników rolnych. Stosowanie fungicydów również było związane z wyższym ryzykiem RZS²³.

Czynniki hormonalne:

Hormony płciowe mogą odgrywać rolę w RZS, o czym świadczy nieproporcjonalna liczba kobiet z tą chorobą, jej poprawa podczas ciąży, nawrót we wczesnym okresie poporodowym oraz zmniejszona częstość występowania u kobiet stosujących doustne środki antykoncepcyjne²¹. Hiperprolaktynemia może być czynnikiem ryzyka RZS²¹. Poziomy hormonów zostały zaangażowane w patologię RZS, ale związek z ACPA nie został jeszcze mocno ustalony²².

W badaniu case-control stosowanie doustnych środków antykoncepcyjnych nie było związane ze zmniejszonym ryzykiem RZS; jednak karmienie piersią przez 13 lub więcej miesięcy było związane ze zmniejszonym ryzykiem RZS w porównaniu z nigdy niekarmieniem piersią (współczynnik szans 0,46; 95% CI 0,24-0,91)¹⁷.

Czynniki infekcyjne:

Przez wiele dziesięcioleci sugerowano liczne czynniki zakaźne jako potencjalne przyczyny RZS, w tym organizmy Mycoplasma, wirus Epsteina-Barra i wirus różyczki²⁰. To sugestia jest pośrednio wspierana przez następujące dowody: sporadyczne doniesienia o zaburzeniach grypopodobnych poprzedzających początek zapalenia stawów; indukowalność zapalenia stawów u zwierząt doświadczalnych różnymi bakteriami lub produktami bakteryjnymi; obecność produktów bakteryjnych, w tym bakteryjnego RNA, w stawach pacjentów; oraz aktywność modyfikującą chorobę kilku czynników, które mają działanie przeciwdrobnoustrojowe²⁰.

Jak przebiega faza dojrzewania odpowiedzi autoimmunologicznej?

Faza dojrzewania jest inicjowana w miejscu wtórnych tkanek limfoidalnych lub szpiku kostnego¹³. Rozszerzanie epitopów (epitope spreading) odnosi się do rozwoju odpowiedzi immunologicznych na endogenne epitopy wynikające z uwalniania autoantygenów. Odpowiedź immunologiczna na autoantygeny może istnieć wiele lat przed wystąpieniem choroby i leży poza stawami¹³.

W tym stadium rozszerzanie epitopów i stopniowo rosnące miano ACPA może trwać kilka lat przed wystąpieniem objawów stawowych¹². Początkowe poziomy ACCP wydają się mieć duże znaczenie w przewidywaniu czasu do wystąpienia choroby¹². Produkcja ACPA odzwierciedla przełamanie tolerancji immunologicznej¹². W rezultacie wiele neoantigenów cytrulinacyjnych aktywuje limfocyty T zależne od klasy II MHC, które z kolei pomagają limfocytom B produkować więcej ACPA¹².

W badaniu 79 pacjentów z RZS wykazano, że początkowe pojawienie się czynnika reumatoidalnego (RF) i ACPA poprzedzało rozwój klinicznego RZS z zajęciem błony maziowej o medianę 4,5 roku²⁴. Porównanie danych z rezonansu magnetycznego (MRI) i biopsji maziowej od zdrowych osób z danymi MRI i biopsji od pacjentów dodatnich pod względem RF i/lub ACPA wykazuje, że ogólnoustrojowa produkcja autoprzeciwciał poprzedza zapalenie i tworzenie cząsteczek adhezyjnych w błonie maziowej, wskazując, że być może jakieś wtórne zdarzenie jest wymagane do zainicjowania zajęcia błony maziowej w RZS²⁴.

Kluczowe elementy fazy dojrzewania obejmują¹²¹³:

• Rozszerzanie repertuaru epitopów: Odpowiedź immunologiczna rozszerza się na coraz większą liczbę cytrulinowanych białek
• Wzrost miana autoprzeciwciał: Stopniowy wzrost stężenia ACPA i RF w surowicy
• Dywersyfikacja izotypów: Pojawienie się różnych izotypów przeciwciał (IgG, IgM, IgA)
• Dojrzewanie powinowactwa: Zwiększenie powinowactwa przeciwciał do autoantygenów

ACPA mogą indukować ból, utratę masy kostnej i zapalenie w RZS¹². Jedno badanie zidentyfikowało, że dwa specyficzne dla RZS autoantygeny, N-acetyloglukozamino-6-sulfataza (GNS) i filamina A (FLNA), korelują odporność przeciwdrobnoustrojową z odpowiedziami autoimmunologicznymi w stawie¹². Ponadto zaproponowano, że cytrulinacja odgrywa unikalną rolę podczas różnicowania osteoklastów, a ACPA-indukowana aktywacja osteoklastów może wyjaśniać ważne cechy stopniowego rozwoju RZS, w tym dlaczego stawy są celowane¹².

Inne prawdopodobne czynniki obejmują cechy biologiczne docelowego autoantygenu, lokalne czynniki mikronaczyniowe, neurologiczne i biomechaniczne oraz mechanizmy związane z mikrourazami, które mogą dodatkowo przyczyniać się²⁵. Ważne jest, aby zauważyć, że biopsje maziowe u pacjentów seropozytywnych z artralgiami były zasadniczo nieznaczące²⁶²⁷.

Jakie inne autoprzeciwciała występują w RZS?

Oprócz ACPA, w RZS występują inne autoprzeciwciała, które mogą przyczyniać się do patogenezy choroby:

Czynnik reumatoidalny (RF):

RF jest przeciwciałem IgM, które celuje w stałą domenę Fc zmienionych przeciwciał IgG¹¹. RF jest obecny u 80-90% pacjentów z RZS, z czułością 69% i swoistością 85%²⁸. Obecność RF w surowicy jest związana z ciężką chorobą erozyjną²⁹. Kiedy RF i ACPA wiążą się ze swoimi celami, tworzą kompleksy immunologiczne, które gromadzą się w płynie maziowym, gdzie aktywują układ dopełniacza, rodzinę 9 małych białek, które działają w kaskadzie enzymatycznej w celu promowania zapalenia i uszkodzenia stawów³⁰.

Przeciwciała przeciwko karbamylowanym białkom (anti-CarP):

Przeciwciała przeciwko karbamylowanym białkom są również wykrywane u pacjentów z RZS⁶. Karbamylacja to przekształcenie lizyny w homocytrulinę w obecności mocznika i cyjanianu. Mieloperoksydaza przekształca tiocyjanian w cyjanit. Struktura molekularna homocytruliny jest podobna do cytruliny; jednak przeciwciała anti-CarP są odrębnymi przeciwciałami, które zostały powiązane z RZS zarówno u pacjentów ACPA-dodatnich, jak i ACPA-ujemnych⁶.

Przeciwciała przeciwko acetylowanym białkom:

Przeciwciała przeciwko acetylowanym białkom zostały niedawno powiązane z RZS (u około 40% pacjentów z RZS), głównie u pacjentów seropozytywnych¹⁰. Acetylacja to proces enzymatyczny przekształcający lizynę w acetylolizynę, uważany za mediowany przez bakterie, co może dostarczyć związku z RZS i dysbiozy mikrobiomu¹⁰. Dokładny mechanizm w tym czasie pozostaje niejasny¹⁰.