Limfocyty pomocnicze Th1, Th2, Th17 i regulatorowe

1. Profil

1.1. Miejsce w klasyfikacji

Limfocyty T dzieli się według cząsteczki powierzchniowej rozpoznającej klasę głównego układu zgodności tkankowej. Limfocyty CD8 dodatnie rozpoznają antygeny prezentowane w cząsteczkach klasy I, obecnych na wszystkich komórkach jądrzastych, i zabijają komórki zakażone. Limfocyty CD4 dodatnie, czyli pomocnicze, rozpoznają antygeny w cząsteczkach klasy II, obecnych wyłącznie na komórkach prezentujących antygen.

Konsekwencja tego podziału jest zasadnicza. Limfocyt pomocniczy nie ma dostępu do wnętrza zakażonej komórki — widzi tylko to, co komórka prezentująca antygen zdołała pochłonąć i przetworzyć. Jego rolą nie jest zatem eliminacja, lecz decyzja o rodzaju odpowiedzi i uzbrojenie komórek wykonawczych.

Po opuszczeniu grasicy limfocyt CD4 pozostaje naiwny — nie zetknął się jeszcze z antygenem i nie ma przypisanego profilu. Dopiero rozpoznanie antygenu w węźle chłonnym uruchamia różnicowanie, opisane w sekcji 2.1.

1.2. Główne subpopulacje

Zestawienie to ma jednak ograniczenie, o którym trzeba pamiętać przy czytaniu starszych opracowań: podział nie jest ani wyczerpujący, ani sztywny. Kolejne podtypy opisywano stopniowo, a granice między nimi okazały się płynne — zagadnienie rozwinięte w sekcji 2.5.

1.3. Rys historyczny

Podział na dwie subpopulacje wprowadzili w 1986 roku Tim Mosmann i Robert Coffman, wykazując, że klony limfocytów myszy wydzielają dwa odmienne zestawy cytokin. Model Th1 kontra Th2 zdominował immunologię na dwie dekady i tłumaczył wiele obserwacji: skuteczność wobec różnych patogenów, podłoże alergii, a nawet przebieg ciąży.

Model ten nie wyjaśniał jednak części chorób autoimmunologicznych, przypisywanych początkowo odpowiedzi Th1. Rozstrzygnięcie przyniosło opisanie w 2005 roku limfocytów Th17, które okazały się rzeczywistym sprawcą uszkodzeń w kilku modelach uznawanych dotąd za zależne od Th1.

Równolegle rozwijała się wiedza o limfocytach regulatorowych. Ich istnienie postulowano od lat siedemdziesiątych, ale przełomem było wykrycie czynnika FoxP3 i wykazanie, że jego mutacja powoduje zespół IPEX — ciężką, wieloukładową chorobę autoimmunologiczną u niemowląt. Był to dowód, że tolerancja immunologiczna wymaga czynnego mechanizmu, a nie jedynie braku reakcji.

2. Mechanizmy

2.1. Różnicowanie — trzy sygnały

Aktywacja limfocytu naiwnego wymaga trzech sygnałów przekazywanych jednocześnie przez komórkę prezentującą antygen. Ich rozdzielenie nie jest szczegółem akademickim, ponieważ na nim opiera się cała farmakologia immunosupresji.

1. Sygnał pierwszy — swoisty: rozpoznanie antygenu w cząsteczce MHC klasy II przez receptor limfocytu T
2. Sygnał drugi — kostymulacja: połączenie cząsteczek CD28 na limfocycie z CD80/CD86 na komórce prezentującej
3. Sygnał trzeci — cytokinowy: środowisko cytokin, które przesądza o kierunku różnicowania

Brak drugiego sygnału przy obecności pierwszego nie prowadzi do reakcji, lecz do anergii — trwałej niewrażliwości limfocytu na dany antygen. Mechanizm ten jest jednym z zabezpieczeń przed autoimmunizacją i punktem uchwytu leków blokujących kostymulację.

Sygnał trzeci wyznacza tożsamość powstającej komórki:

Dwa ostatnie wiersze wymagają podkreślenia, ponieważ opisują rozstrzygnięcie o dużym znaczeniu. Limfocyt regulatorowy i Th17 powstają z tego samego prekursora pod wpływem TGF-β, a o wyborze decyduje obecność interleukiny 6. Ten sam sygnał, który uruchamia odpowiedź zapalną, odciąga zatem komórkę od programu tolerancji — jest to molekularne wyjaśnienie, dlaczego przewlekłe zapalenie sprzyja autoimmunizacji.

2.2. Funkcje efektorowe

Th1 wydziela interferon gamma, który pobudza makrofagi do zabijania pochłoniętych drobnoustrojów i wzmacnia prezentację antygenów. Bez tej pomocy makrofag nie radzi sobie z prątkami — stąd zespół podatności na zakażenia prątkami przy defektach tej osi, opisany w haśle o interferonach.

Th2 uruchamia odpowiedź nastawioną na pasożyty wielokomórkowe: interleukina 4 przełącza limfocyty B na wytwarzanie IgE, interleukina 5 pobudza eozynofile, a interleukina 13 zwiększa wydzielanie śluzu i skurcz mięśni gładkich. Zestaw ten skutecznie usuwa robaki pasożytnicze, a skierowany przeciw pyłkom lub roztoczom daje objawy alergii [1].

Th17 broni barier: interleukina 17 ściąga neutrofile, a interleukina 22 pobudza komórki nabłonka do wytwarzania peptydów przeciwdrobnoustrojowych i do naprawy. Odpowiedź ta jest niezbędna wobec grzybów i bakterii zewnątrzkomórkowych, a jej nadmiar leży u podłoża łuszczycy i zesztywniającego zapalenia stawów kręgosłupa.

Tfh pozostaje w węźle chłonnym i pomaga limfocytom B w ośrodkach rozmnażania, umożliwiając dojrzewanie powinowactwa przeciwciał. Bez tej pomocy odpowiedź humoralna pozostaje słaba i krótkotrwała, co ma znaczenie przy ocenie skuteczności szczepień.

2.3. Limfocyty regulatorowe i tolerancja

Limfocyty regulatorowe hamują odpowiedź, a robią to na kilka sposobów jednocześnie: wydzielają interleukinę 10 i TGF-β, pochłaniają interleukinę 2 potrzebną innym limfocytom, oraz oddziałują bezpośrednio na komórki prezentujące antygen, zmniejszając ekspresję cząsteczek kostymulujących.

Dzieli się je na dwie grupy o odmiennym pochodzeniu. Naturalne powstają w grasicy i rozpoznają antygeny własne; indukowane powstają na obwodzie z komórek naiwnych, głównie w błonie śluzowej jelita, pod wpływem antygenów pokarmowych i mikrobioty.

Powstawanie tych drugich zależy od czynników środowiskowych, co czyni je punktem, w którym metabolizm styka się z odpornością. Metabolity szlaku kynureninowego, powstające z tryptofanu pod wpływem enzymu IDO, sprzyjają powstawaniu limfocytów regulatorowych i hamują odpowiedź efektorową, działając między innymi przez receptor węglowodorów arylowych [2]. Ten sam mechanizm bywa wykorzystywany przez nowotwory do wyciszania odpowiedzi przeciwnowotworowej.

Znaczenie kliniczne tolerancji obwodowej najlepiej widać przy jej braku: zespół IPEX, wywołany mutacją FoxP3, przebiega z ciężką biegunką autoimmunologiczną, cukrzycą typu 1 i zmianami skórnymi już w pierwszych miesiącach życia.

2.4. Plastyczność — dlaczego podziały się zacierają

Pierwotny model zakładał, że limfocyt po zróżnicowaniu pozostaje w danym profilu na stałe. Obserwacje z ostatnich dwóch dekad tego nie potwierdziły: komórki zmieniają profil w odpowiedzi na zmianę środowiska cytokinowego, a część wykazuje cechy pośrednie.

Najlepiej opisanym przykładem jest przechodzenie limfocytów Th17 w komórki o cechach Th1, wydzielające jednocześnie interleukinę 17 i interferon gamma — populacja ta wykazuje szczególną zdolność do wywoływania uszkodzeń w chorobach autoimmunologicznych. Ma to konsekwencję terapeutyczną: komórki o profilu pośrednim są oporne zarówno na glikokortykosteroidy, jak i na hamowanie przez limfocyty regulatorowe, co proponuje się jako jedno z wyjaśnień niepowodzeń leczenia immunosupresyjnego [3]. Opisano też odwrotny kierunek: limfocyty regulatorowe mogą tracić ekspresję FoxP3 i nabierać cech efektorowych w warunkach silnego zapalenia.

Konsekwencja dla praktyki jest istotna. Skoro profil odpowiedzi jest zmienny, to pojedynczy pomiar odsetka danej subpopulacji ma ograniczoną wartość, a interwencje mające „przestawić odpowiedź z Th2 na Th1″ — hasło obecne w reklamie preparatów — opierają się na modelu, który sama immunologia uznała za uproszczony.

2.5. Skąd biorą się różnice w profilu odpowiedzi

Wybór kierunku odpowiedzi zależy od kilku czynników działających jednocześnie: rodzaju patogenu i receptorów, które rozpoznają jego wzorce, dawki i drogi wniknięcia antygenu, składu mikrobioty oraz czynników gospodarza, w tym wariantów genów układu zgodności tkankowej.

Udział mikrobioty jest tu szczególnie dobrze opisany. Bakterie jelitowe wytwarzające krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, przede wszystkim maślan, sprzyjają powstawaniu limfocytów regulatorowych w błonie śluzowej; inne gatunki pobudzają natomiast powstawanie limfocytów Th17. Skład mikrobioty przekłada się więc na ustawienie równowagi między zapaleniem a tolerancją.

Do tego dochodzą sygnały metaboliczne. W przerośniętej tkance tłuszczowej zmienia się skład miejscowych populacji limfocytów: ubywa komórek regulatorowych, przybywa efektorowych, co współtworzy przewlekłe zapalenie o niskim nasileniu [4]. Zależność ta łączy otyłość z ryzykiem chorób autoimmunologicznych na poziomie komórkowym, nie tylko statystycznym.

3. Zaburzenia i modyfikacja

3.1. Przewaga odpowiedzi efektorowej

Wiersz trzeci zasługuje na wyróżnienie, ponieważ jest jednym z lepiej udokumentowanych sukcesów immunologii translacyjnej. Rozpoznanie roli osi IL-23 i IL-17 w łuszczycy doprowadziło do opracowania leków, które u znacznej części chorych całkowicie usuwają zmiany skórne — wynik nieosiągalny wcześniejszymi metodami.

Warto też odnotować zależność odwrotną. Blokowanie interleukiny 17 w łuszczycy bywa skuteczne, ale nasila objawy nieswoistych zapaleń jelit, ponieważ ta sama cytokina odpowiada tam za utrzymanie bariery nabłonkowej. Ten sam mediator jest zatem szkodliwy w jednym narządzie i ochronny w drugim.

3.2. Niedobór i utrata limfocytów CD4

Zakażenie wirusem HIV powoduje wybiórcze niszczenie limfocytów CD4, a liczba tych komórek jest podstawowym wskaźnikiem zaawansowania choroby i ryzyka zakażeń oportunistycznych. Leczenie przeciwretrowirusowe odtwarza tę populację u większości chorych, ale nie u wszystkich.

Zjawisko braku odbudowy mimo skutecznego leczenia bada się od lat. W grupie 66 osób leczonych przez cztery lata wykazano, że u osób bez odbudowy limfocytów utrzymują się nasilona apoptoza i wyczerpanie tych komórek oraz zaburzona równowaga między ich podtypami — mimo normalizacji wskaźników aktywacji i proliferacji [5]. Sama liczba komórek nie oddaje zatem stanu odporności.

Wtórne niedobory tej populacji wywołują także leki: glikokortykosteroidy, leki cytotoksyczne i przeciwciała ukierunkowane na limfocyty. W każdym z tych przypadków ryzyko zakażeń oportunistycznych rośnie w sposób przewidywalny i wymaga profilaktyki.

3.3. Jak zbadać

Reguła praktyczna: oznaczanie „profilu Th1/Th2″ nie należy do diagnostyki klinicznej. Oferty takich badań jako podstawy doboru suplementów nie mają uzasadnienia — wyniki nie mają wartości odniesienia ani przełożenia na decyzje.

3.4. Modyfikacja behawioralna

• Szczepienia — jedyny sposób celowanego ukierunkowania odpowiedzi pomocniczej na konkretny antygen
• Sen o odpowiedniej długości — jego niedobór osłabia odpowiedź na szczepienie i zwiększa podatność na zakażenia
• Aktywność fizyczna o umiarkowanej intensywności — poprawia nadzór immunologiczny; wysiłek wyczerpujący działa przejściowo odwrotnie
• Redukcja nadmiernej masy ciała — zmienia skład populacji limfocytów w tkance tłuszczowej i ogranicza przewlekłe zapalenie [4]
• Dieta bogata w błonnik — sprzyja wytwarzaniu krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych przez mikrobiotę, co wiąże się z powstawaniem limfocytów regulatorowych
• Zaprzestanie palenia — dym tytoniowy przesuwa równowagę w stronę odpowiedzi Th17 w drogach oddechowych

3.5. Wsparcie suplementacyjne

Zastrzeżenie o zasadniczym znaczeniu. Pojęcie „wzmacniania odporności” jest w świetle tego hasła pozbawione treści: odporność nie ma jednego pokrętła, a pobudzenie niewłaściwej gałęzi odpowiedzi jest szkodliwe — w alergii oznaczałoby nasilenie objawów, w chorobie autoimmunologicznej zaostrzenie. Dane dotyczące wpływu suplementów na subpopulacje limfocytów pochodzą niemal wyłącznie z hodowli komórkowych i modeli zwierzęcych.

Trzy uwagi praktyczne.

1. W chorobach autoimmunologicznych preparaty immunostymulujące są przeciwwskazane kierunkowo — nasilają dokładnie tę odpowiedź, którą leczenie ma tłumić. Dotyczy to beta-glukanów, traganka i jeżówki.
2. U osób po przeszczepieniu narządu lub leczonych immunosupresyjnie każdy preparat „na odporność” wymaga zgody lekarza prowadzącego.
3. Model Th1/Th2 jako podstawa doboru suplementów opiera się na uproszczeniu, z którego sama immunologia się wycofała [3]; oferty badania „profilu Th1/Th2″ nie mają wartości diagnostycznej.

4. Karta praktyczna

Jak to zbadać

W praktyce ocenia się liczbę limfocytów CD4 (przede wszystkim w zakażeniu HIV), morfologię z rozmazem, stężenia immunoglobulin oraz odpowiedź na szczepienia — czyli parametry czynnościowe. Cytometria przepływowa z oznaczeniem subpopulacji jest badaniem specjalistycznym, wykonywanym przy podejrzeniu wrodzonego niedoboru odporności. Oznaczanie odsetka limfocytów Th1, Th2 i Th17 pozostaje narzędziem badawczym bez wartości odniesienia i bez przełożenia na decyzje kliniczne.

Na co uważać

• „Wzmacnianie odporności” nie jest celem możliwym do określenia — pobudzenie niewłaściwej gałęzi odpowiedzi szkodzi.
• W chorobach autoimmunologicznych i alergicznych preparaty immunostymulujące są przeciwwskazane kierunkowo.
• Sama liczba limfocytów CD4 nie oddaje jakości odpowiedzi; opisano chorych z prawidłową liczbą i utrzymującym się wyczerpaniem komórek [5].
• Blokowanie interleukiny 17 skuteczne w łuszczycy może nasilać objawy nieswoistych zapaleń jelit.
• Podtypy limfocytów są plastyczne — pojedynczy pomiar odsetka ma ograniczoną wartość.
• Badania „profilu Th1/Th2″ oferowane jako podstawa doboru suplementów nie mają uzasadnienia.
• U osób po przeszczepieniu i leczonych immunosupresyjnie każdy preparat „na odporność” wymaga zgody lekarza.