Hemorepulzija je usmjereno kretanje ćelije udaljavanjem od određene supstance. Od dvije usmjerene varijante hemotaksije, hemoprivlačenje je mnogo više proučavano. Tek su nedavno razjašnjene ključne komponente puta hemorepulzije. Tačan mehanizam se još uvijek istražuje, a njegovi sastavni dijelovi trenutno se ispituju kao potencijalni kandidati za imunoterapije. Glosar migracije ćelija • Hemotaksija Ćelijski odgovor na supstancu iz okoline sa usmjerenim kretanjem. • Hemokineza Ćelijski odgovor na supstancu iz okoline sa slučajnim, nevektorskim kretanjem. • Hemoatrakcija Usmjereno kretanje ćelija prema supstanci • Hemorepulzija Usmjereno kretanje ćelija dalje od supstance • Hemokini Sekretovani proteini ćelijske signalizacije sposobni da indukuju hemotaksiju u obližnjim ćelijama. • Imunorepulzija Aktivno kretanje imunih ćelija dalje od supstance
Historija i etimologija lijevo|mini|Neutrofili se odbijaju od hemokinetičkog agensa Mehanizam hemorepulzije imunih ćelija prvi su prepoznali medicinski istraživači u Općoj bolnici Massachusetts u Bostonu početkom 2002. godine. Ova pojava je u početku nazivana „obrnutom hemotaksijom“, a kasnije i terminom „fugetaksija“ (izvedenim iz latinskih riječi fugere – bježati, i taxis – kretanje). Neko vrijeme su se ovi termini koristili naizmjenično, prije nego što ih je gotovo u potpunosti zamijenio izraz „hemorepulzija“. Dok se izraz „hemorepulzija“ odnosi na sve tipove ćelija, termin „imunorepulzija“ sve više dobija na značaju kao specifičniji naziv koji se odnosi isključivo na hematopoetske krvne ćelije uključene u imunološke odgovore. Različiti tipovi ćelija na koje bi se izraz „imunorepulzija“ mogao potencijalno primijeniti uključuju: ćelije mijeloidne loze (monociti, makrofagi, neutrofili, bazofili, eozinofili, eritrociti, trombociti, dendritske ćelije) i ćelije limfoidne loze (T-ćelije, B-ćelije, NK-ćelije).
Uloga u fiziološkim procesima Hemorepulzija imunih ćelija je prvobitno postavljena kao apriorna pretpostavka, na osnovu već poznatog migratornog ponašanja ćelija uočenog u nekoliko prirodno prisutnih fizioloških procesa: razvoju centralnog nervnog sistema, uspostavljanju imunoprivilegovanih područja i emigraciji iz timusa.
Razvoj centralnog nervnog sistema Tokom razvoja centralnog nervnog sistema, hemokinetički agensi utiču na lokalizaciju nervnih ćelija tako što ili privlače ili odbijaju rastući aksoni. Ovaj mehanizam kontekstualno zavisne dvosmjernosti predstavlja vrijedan model hemorepulzije koji se može proučavati in vivo. Pored toga, sve je više dokaza da je hemorepulzija vjerovatno ključni mehanizam uključen u regulaciju pokretljivosti leukocita. Mnogi hemorepelenti koji utiču na migraciju nervnih ćelija, uključujući netrine, semaforine, slit ligande i efrine, nedavno su povezani i s pokretljivošću imunih ćelija. Na primjer, pokazano je da Slit protein, koji posreduje u aksonalnoj hemorepulziji, također inhibira usmjereno kretanje leukocita kao odgovor na hemoprivlačne signale. Ostali faktori također mogu imati hemorepulzivno djelovanje na imune ćelije, a ti inhibitorni efekti mogu biti regulisani mikrookruženjem tkiva.
Imunitetno privilegovana mjesta Određena tjelesna tkiva mogu tolerisati prisustvo antigena bez izazivanja upalne imunološke reakcije. Smatra se da je imunoprivilegovanost evolucijska adaptacija čija je svrha zaštita najvažnijih osjetilnih organa i reproduktivnih struktura koje bi u slučaju upalne reakcije bile ozbiljno oštećene. Iako su ova područja često fizički izolovana ili ograničena u pristupu imunim ćelijama, postoje funkcionalno značajne osobine takvih okruženja koje su jedinstvene i koje bi se potencijalno mogle replicirati kako bi se imune ćelije držale podalje od ciljanih područja. Poznata imunološki privilegovana mjesta uključuju:
Mozak i centralni nervni sistem Oči Placenta i fetus Testisi
Osobine koje su specifične za imunoprivilegovana mjesta trebaju se ozbiljno uzeti u obzir prilikom istraživanja kandidata za terapiju imunorepulzijom. Te osobine uključuju:
Niska ekspresija klasičnih MHC klase IA molekula. Ekspresija imunoregulacionih nekonvencionalnih MHC klase IB molekula. Povećana ekspresija površinskih molekula koje inhibiraju aktivaciju komplementa. Lokalna proizvodnja imunosupresivnih citokina, kao što je TGF-β. Prisustvo neuropeptida. Ekspresija Fas liganda koji kontroliše ulazak limfoidnih ćelija koje izražavaju Fas.
Emigracija timusa T-ćelije su jedan od najvažnijih sastojaka adaptivnog imunog sistema zbog svoje sposobnosti da nastave razvijati se nakon aktivacije. Da bi se spriječila prerana aktivacija, neophodno je da T-ćelije sazrijevaju u okruženju koje je potpuno izolovano od bilo kojih potencijalno aktivirajućih faktora (antigena, citokina, steroida, antagonista receptora, molekula adhezije itd.). Kao rezultat toga, T-ćelije se formiraju u koštanoj srži, a zatim migriraju u korteks timusa gdje mogu sazrijevati u okruženju bez antigena. Timus podržava diferencijaciju više različitih podskupina T-ćelija koje imaju jedinstvene uloge u imunom sistemu. Na primjer, T-pomoćne, T-citotoksične, T-memorijske i T-supresorske ćelije sve se razvijaju u timusu i moraju ga napustiti kako bi obavljale svoje funkcije u drugim dijelovima tijela tokom imunog odgovora. In vitro modeli sistema T-limfopoeze su otkrili da emigracija zrelih T-ćelija nastaje kao rezultat imunorepulzije, odnosno udaljavanja od hemokinetičkog agensa proizvedenog unutar timusa putem G-proteinom povezanog receptora.
Uloga u patološkim procesima
Izbjegavanje virusnog i bakterijskog imuniteta Patogeni su razvili različite strategije za izbjegavanje mobilizacije imunih ćelija domaćina, od kojih su neke povezane s imunorepulzijom. Na primjer, neki mikrobi aktivno traže i inficiraju imunoprivilegovana tkiva u kojima imunološki odgovor nije aktivan. Drugi proizvode imunomodulatorne proteine koji ometaju normalan imunološki odgovor domaćina. Ovi proteini djeluju modulirajući elemente domaćina:
Sistem komplementa i upalni odgovor Mreža citokina Put obrade i prezentacije antigena
Historijski, aktivna mjesta imunomodulatornih proteina su ukazivala na relevantne ciljeve za konvencionalne imunoterapije. U današnjem paradigmatu, ovi ciljevi također imaju potencijal za inovativne terapije imunorepulzijom.
Izbjegavanje imuniteta tumora Ćelije tumora koriste hemorepulziju imunih ćelija kako bi izbjegle prepoznavanje i uništavanje od strane imunih ćelija. Bez usmjerenog imunog odgovora, ćelije tumora mogu proliferirati pa čak i metastazirati. Provodile su se studije koje istražuju koji hemokini se izlučuju iz tumora i omogućavaju im tako efikasno izbjegavanje imunog odgovora. Jedna studija je pokazala da je visoka ekspresija SDF-1 odgovorna za smanjenje ekspresije MHC klase I molekula, što značajno ometa prepoznavanje tumorskih antigena. Dalja istraživanja visoke aktivnosti SDF-1 ukazuju na to da tumori na kraju uspostavljaju imunoprivilegovano mjesto putem odbijanja tumorski specifičnih limfocita.
Potencijalno klinički relevantni hemokini povezani sa tumorom uključuju:
IL-8: Utvrđeno je da mnogi tipovi tumora proizvode i izražavaju IL-8. Veza IL-8 sa receptorima CXCR1 i CXCR2 povezana je s uspostavljanjem tumora. SDF-1: Drugi tipovi raka iskazuju visoke nivoe SDF-1, koji stimuliše rast tumora i ometa normalno kretanje imunih ćelija.
Farmakološka relevantnost
Upala lijevo|mini|Neutrofili su ključni sastojci urođenog imunološkog sistema Upala je jedna od prvih reakcija imunog sistema na infekciju ili iritaciju. Ovaj odgovor stimulišu hemijski faktori koje oslobađaju oštećene ćelije. Ti hemijski faktori izazivaju sve povezane simptome upale tako što senzibilizuju receptore za bol, uzrokuju vazodilataciju krvnih sudova na mjestu povrede i privlače fagocite.
Neutrofili su prvi koji stižu na mjesto događaja, aktivirajući druge dijelove imunog sistema oslobađanjem faktora koji pozivaju druge leukocite i limfocite. Ostale prirođene leukocite čine prirodne ćelije ubice (NK ćelije), mastociti, eozinofili, bazofili, makrofagi i dendritske ćelije. Ove ćelije djeluju zajedno tako što prepoznaju i uklanjaju patogene koji mogu izazvati infekciju.
Kao prvi reagenti, ćelije urođenog imunog sistema ne mogu biti specifične i moraju odgovarati na strane supstance na općenit način. Na primjer, neutrofili sadrže toksične supstance u svojim granulama koje ubijaju ili sprečavaju širenje patogena. Ćelije napadaju patogene oslobađajući snažne oksidativne agense, uključujući vodonik-peroksid, slobodne kisikove radikale i hipohlorite. Iako je ovaj napad efikasan protiv bakterija i gljivica, odgovor može nenamjerno izazvati ozbiljna oštećenja okolnog tkiva domaćina. Nepravilna regulacija ćelija urođenog imunog sistema ima ključnu ulogu u širenju upalnih stanja.
Hemorepulzija se trenutno istražuje kao primjenjiva terapija za prevenciju ili rješavanje neželjenih upalnih reakcija. Hemorepelent djeluje tako što prenosi hemijske signale imunim ćelijama kojima im se nalaže da napuste ili izbjegavaju određeno područje ili tkivo kako bi se tkivo vratilo u normalno stanje.
Odbacivanje transplatata Cilj primjene terapije hemorepulzijom u transplantacionoj medicini jeste postizanje održive, lokalno specifične neosjetljivosti radi prevencije odbacivanja transplantata. Trenutne terapije kontrolišu odbacivanje bez razlike suzbijajući imunološki odgovor. Ovim pristupom, bilo kakve koristi postignute imunosupresijom nadoknađuju se povećanim rizikom pacijenta od smrtonosnih, oportunističkih infekcija. Ukoliko se postigne, konstitutivna ekspresija hemorepelenta od strane donorskog tkiva stvorila bi inducirano imunoprivilegovano mjesto za alograft i predstavljala bi efikasnu alternativu u prevenciji odbacivanja transplantata.
Mehanizam desno|mini|Duž PIP3 gradijenta, signalni put je visoko očuvan između D. discoideum i ljudskih neutrofila. Hemorepulzija je omogućena istom sposobnošću detekcije gradijenta koja upravlja hemotaksijom. Signal gradijenta hemokinetičkog agensa prima se putem specifičnih receptora na površini ćelije i prenosi se kroz unutrašnje ćelijske mehanizme kako bi se generisao usmjereni odgovor. Ćelija se kreće uz gradijent hemoprivlačnog agensa ili niz gradijent hemorepelenta. Pored rasta aksonalnih konusa, model organizam Dictyostelium discoideum je bio ključan u određivanju mehanizama koji posreduju u hemorepulziji i imunorepulziji. Mehanizmi detekcije gradijenta i polarizacije ćelija kod D. discoideum su izuzetno sačuvani i kod ljudskih neutrofila.
Dvosmjerne odluke lijevo|mini|Mehanizam usmjerenog donošenja odluka u ljudskom neutrofilu Leukociti mogu pokazivati aktivnu hemorepulziju, odnosno udaljavanje od faktora koji se obično smatra hemoprivlačnim, zavisno od konteksta. Na primjer, limfociti mogu migrirati dalje od visoke koncentracije hemokina SDF-1, umjesto da budu privučeni nižim koncentracijama istog faktora. Slični rezultati su zabilježeni i kod ljudskih neutrofila u odnosu na hemokin IL-8.
Odluka o smjeru kretanja prema ili od hemokina izgleda da se određuje sljedećim faktorima:
• Diferencijalnim zauzećem receptora
• Aktivacijom unutarćelijskih kinaza
• Koncentracijama cikličnih nukleotida
Signalni putevi Legenda skraćenica • PI3K fosfoinozitid 3-kinaza • PLC fosfolipaza C • cAMP Ciklični adenozin monofosfat, hemoatraktant • 8CPT-cAMP 8-para-hlorfeniltio, hemorepelent • IP-3 inozitol trifosfat • Pt dIns(3,4,5)P 3 Fosfatidilinozitol (3,4,5)-trifosfat • SDF-1 Faktor 1 izveden iz stromalnih ćelija