Choroba zapalna jelit
Patofizjologia i mechanizm
Zapalenia jelit (IBD), obejmujące chorobę Leśniowskiego-Crohna (CD) oraz wrzodziejące zapalenie jelita grubego (UC), są wynikiem złożonych interakcji genetycznych, środowiskowych, mikrobiotycznych i immunologicznych. Genetycznie zidentyfikowano ponad 160-240 loci podatności, w tym kluczowy gen NOD2/CARD15, którego mutacje upośledzają autofagię i oczyszczanie bakteryjne, sprzyjając przewlekłemu zapaleniu. Dysbioza mikrobioty jelitowej charakteryzuje się zmniejszoną różnorodnością, redukcją bakterii produkujących krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA) oraz wzrostem Proteobakterii i Enterobacteriaceae, co prowadzi do zaburzenia integralności bariery jelitowej i nasilenia stanu zapalnego. Zaburzenia bariery obejmują obniżoną ekspresję E-kadheryny, zmniejszoną grubość warstwy śluzu oraz dysfunkcję komórek kubkowych i Panetha, co sprzyja zwiększonej przepuszczalności jelitowej i aktywacji przewlekłej odpowiedzi immunologicznej.
- Patogeneza zapalnych chorób jelit (IBD)
- Genetyczne uwarunkowania IBD
- Dysbioza mikrobioty jelitowej
- Zaburzenie bariery jelitowej
- Dysregulacja odpowiedzi immunologicznej
- Czynniki środowiskowe
- Rola cytokin prozapalnych
- Patologia histologiczna
- Model patogenezy IBD jako złożonej interakcji
- Aktualne spojrzenie na patogenezę IBD
Patogeneza zapalnych chorób jelit (IBD)
Zapalne choroby jelit (IBD) to grupa przewlekłych, nawracających chorób zapalnych przewodu pokarmowego, obejmująca głównie chorobę Leśniowskiego-Crohna (CD) oraz wrzodziejące zapalenie jelita grubego (UC). Patogeneza IBD jest złożona i wieloczynnikowa, wynikająca ze skomplikowanych interakcji między predyspozycją genetyczną, czynnikami środowiskowymi, mikrobiotą jelitową oraz zaburzeniami układu immunologicznego12. Mimo intensywnych badań, dokładna etiologia IBD pozostaje w dużej mierze nieznana, jednakże przyjmuje się, że choroba wynika z nieprawidłowej i ciągłej odpowiedzi immunologicznej na mikrobiom jelitowy u osób genetycznie predysponowanych3.
Genetyczne uwarunkowania IBD
Badania genetyczne wykazały istotny wkład czynników genetycznych w rozwój IBD. Najnowsze międzynarodowe badania kolaboracyjne zidentyfikowały ponad 160-240 loci podatności genetycznej związanych z IBD45. Pierwszym zidentyfikowanym genem podatności na chorobę Leśniowskiego-Crohna był NOD2/CARD15, który koduje wewnątrzkomórkowe białko odgrywające kluczową rolę w rozpoznawaniu bakteryjnych peptydoglikanów67. Mutacje w tym genie prowadzą do upośledzenia autofagii i oczyszczania z bakterii, przyczyniając się do przewlekłego zapalenia jelit i dysbiozy8.
Inne istotne geny związane z IBD obejmują IL23R (receptor interleukiny-23), geny zaangażowane w szlak JAK2, czynnik jądrowy hepatocytów 4α, CDH1 oraz lamininę β19. Co ważne, badania genetyczne wykazały znaczący stopień nakładania się loci podatności dla UC i CD, co sugeruje podobne predyspozycje genetyczne w obu chorobach10. Ponadto istnieje wysoki stopień pokrywania się genów podatności na IBD z genami innych złożonych chorób autoimmunologicznych11.
Należy jednak zaznaczyć, że czynniki genetyczne stanowią tylko część ogólnej zmienności choroby, co wskazuje, że czynniki mikrobiologiczne i środowiskowe wchodzą w interakcje z elementami genetycznymi w patogenezie IBD12.
Dysbioza mikrobioty jelitowej
Mikrobiota jelitowa odgrywa kluczową rolę w patogenezie IBD. Dysbioza, czyli zaburzenie równowagi w składzie i funkcji mikrobioty jelitowej, jest konsekwentnie obserwowana u pacjentów z IBD13. Charakteryzuje się ona:
- Zmniejszoną różnorodnością mikrobioty jelitowej14
- Zmniejszeniem liczby bakterii wytwarzających krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA), które odgrywają rolę w integralności bariery jelitowej i regulacji tolerancji immunologicznej1516
- Zwiększoną względną liczebnością Proteobakterii oraz oportunistycznych patogenów, takich jak Enterobacteriaceae1718
- Zmniejszeniem liczebności Firmicutes19
Dysbioza prowadzi do zmian w składzie metabolitów mikrobioty jelitowej, co wpływa na patogenezę IBD. Zmniejszenie produkcji SCFA, takich jak maślan, przyczynia się do zaburzenia integralności bariery jelitowej i zwiększonej przepuszczalności jelitowej20. Ponadto dysbioza sprzyja inwazji patogenów i ich produktów przez ścianę jelita, aktywując odpowiedź immunologiczną i promując przewlekły stan zapalny21.
Zaburzenie bariery jelitowej
Bariera jelitowa, składająca się z komórek nabłonka jelitowego (IEC) i komórek układu odpornościowego wrodzonego, odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu homeostazy między zawartością światła jelita a błoną śluzową. Zaburzenie funkcji bariery jelitowej jest istotnym czynnikiem w patogenezie IBD22. Nieprawidłowa przepuszczalność jelitowa obserwowana jest u pacjentów z chorobą Leśniowskiego-Crohna i niektórych ich krewnych pierwszego stopnia, co podkreśla znaczenie bariery nabłonkowej w predyspozycji do IBD23.
W IBD dochodzi do kilku istotnych zaburzeń bariery jelitowej:
- Obniżona ekspresja E-kadheryny, białka wchodzącego w skład ścisłych połączeń międzykomórkowych, prowadząca do zaburzenia fizycznej bariery nabłonka24
- Zmniejszona grubość warstwy śluzu okrywającego nabłonek jelitowy25
- Nieprawidłowa funkcja komórek kubkowych, w tym ekspresja mucyny 2 (Muc2) i białek RELM26
- Dysfunkcja komórek Panetha i związanych z nimi mechanizmów, w tym wydzielania produktów przeciwdrobnoustrojowych2728
- Zaburzenia funkcji genów NOD2 i ATG16L1 związanych z autofagią2930
Gdy integralność warstwy nabłonka jelitowego zostaje naruszona, zwiększony napływ zawartości jelita i/lub zwiększony ciężar mikroorganizmów inicjuje i podtrzymuje trwałą odpowiedź zapalną, co uważa się za jeden z mechanizmów leżących u podstaw IBD31.
Dysregulacja odpowiedzi immunologicznej
Zaburzenia odpowiedzi immunologicznej odgrywają centralną rolę w patogenezie IBD. W warunkach fizjologicznych istnieje delikatna równowaga między odpowiedzią immunologiczną na patogeny a tolerancją wobec komensalnej mikrobioty jelitowej. W IBD równowaga ta zostaje zaburzona, prowadząc do niekontrolowanego zapalenia jelit32.
Odpowiedź układu immunologicznego wrodzonego
W IBD układ odpornościowy wrodzony jest pierwszym, który reaguje na wzorce molekularne związane z patogenami (PAMPs) oraz na cząsteczki uwalniane z uszkodzonych lub umierających komórek, znane jako wzorce molekularne związane z uszkodzeniem (DAMPs). DAMPs i PAMPs aktywują układ odpornościowy wrodzony poprzez interakcję z receptorami rozpoznającymi wzorce (PRRs)33.
Makrofagi odgrywają ważną rolę w homeostazie i rozwoju IBD, zarówno w modelach mysich, jak i u pacjentów. W IBD duża liczba zapalnych monocytów Ly6C^high rekrutowana jest do jelita w sposób zależny od CCR2, stając się komórkami efektorowymi prozapalnymi. Te zapalne makrofagi wytwarzają TNF-α, IL-6 i iNOS, bezpośrednio powodując początek i rozwój zwłóknienia poprzez nieproporcjonalne gromadzenie macierzy pozakomórkowej (ECM)34.
Istotną rolę odgrywają również receptory podobne do Toll (TLRs) i białka NOD, które są podgrupą PRRs o ważnych funkcjach w odporności wrodzonej jako cytoplazmatyczne czujniki składników mikrobiologicznych, umożliwiające regulację procesów zapalnych i apoptozy35. Nieprawidłowe działanie tych receptorów może prowadzić do zaburzeń odpowiedzi immunologicznej i przewlekłego zapalenia jelit.
Odpowiedź układu immunologicznego adaptacyjnego
W IBD dochodzi do zaburzenia równowagi między różnymi populacjami limfocytów T pomocniczych (Th). Choroba Leśniowskiego-Crohna charakteryzuje się przewagą odpowiedzi typu Th1 i Th17, podczas gdy wrzodziejące zapalenie jelita grubego wydaje się być związane z atypowym profilem Th23637.
W chorobie Leśniowskiego-Crohna różnicowanie limfocytów Th1 i Th17 zachodzi w odpowiedzi na produkcję IL-12, IL-18, IL-23 i transformującego czynnika wzrostu beta (TGF-β) przez komórki prezentujące antygen (APC) i makrofagi. Z kolei komórki Th1 i Th17 wydzielają prozapalne cytokiny IL-17, INF-γ i TNF-α, które zasilają samonapędzający się cykl amplifikacji, w którym stymulują APC, makrofagi, fibroblasty i komórki śródbłonka do wytwarzania TNF, IL-1, IL-6, IL-8, IL-12 i IL-1838.
Istotne znaczenie ma również zaburzenie równowagi między limfocytami T efektorowymi a regulatorowymi (Treg). Limfocyty Treg odgrywają kluczową rolę w kontrolowaniu odpowiedzi immunologicznych, a ich dysfunkcja przyczynia się do patogenezy IBD39. Zwiększenie liczby prozapalnych mikroorganizmów może przyczyniać się do aktywacji prozapalnych limfocytów T, wywołując u osób genetycznie podatnych odpowiedź autoimmunologiczną mediowaną przez Th1740.
Czynniki środowiskowe
Czynniki środowiskowe, w tym dieta, stres, stosowanie niesteroidowych leków przeciwzapalnych (NLPZ) oraz palenie tytoniu, mogą wpływać na rozwój i przebieg IBD41. Dieta ma istotny wpływ na skład i funkcję mikrobioty jelitowej, co z kolei wpływa na odpowiedź immunologiczną i integralność bariery jelitowej42.
Dieta bogata w tłuszcze zwierzęce, cukier i żywność przetworzoną, a uboga w owoce i warzywa, może zwiększać ryzyko rozwoju IBD lub nawrotu choroby43. Niedobór witaminy D jest powszechny u pacjentów z IBD i pojawiające się dane sugerują, że może ona odgrywać rolę w patogenezie i przebiegu choroby44.
NLPZ mogą wywoływać nawrót choroby u nawet jednej trzeciej użytkowników. Uważa się, że może to wynikać z nieselektywnego hamowania enzymów cyklooksygenazy (COX). Wyższe dawki i dłuższy czas stosowania wiążą się ze zwiększonym ryzykiem45.
Rola cytokin prozapalnych
Cytokiny prozapalne odgrywają kluczową rolę w patogenezie IBD. Czynnik martwicy nowotworów alfa (TNF-α) został zidentyfikowany jako kluczowa cytokina w patogenezie IBD46. Nadmierna produkcja TNF-α u myszy z delecją elementów bogatych w adenozynę-uracyl (AU) z regionu 38-nieprzekładanego (38-UTR) genu TNF-α skutkowała rozwojem przewlekłego zapalenia stawów i fenotypu IBD podobnego do choroby Leśniowskiego-Crohna47.
Oś interleukina-23/Th17 odgrywa istotną rolę w patogenezie IBD. IL-23 uwalniana z aktywowanych komórek dendrytycznych i makrofagów uczestniczy w amplifikacji odpowiedzi zapalnej48. Wiązanie IL-23 do jej receptora na makrofagach promuje wydzielanie dodatkowych cytokin prozapalnych, w tym TNF-alfa i interleukiny-1 beta (IL-1β)49. IL-23 przyczynia się również do różnicowania, ekspansji i stabilizacji komórek Th17 i innych komórek wytwarzających interleukinę-17 (IL-17), a w synergii z IL-1 zwiększa wydzielanie IL-17 z komórek T efektorowych50.
IL-17 uczestniczy w rekrutacji neutrofilów z pobliskich naczyń włosowatych do błony śluzowej, gdzie uwalniają one toksyczne cząsteczki, tym samym wzmacniając aktywność zapalną. Nasilona odpowiedź zapalna prowadzi do uszkodzenia nabłonka, zmniejszenia liczby komórek kubkowych, upośledzenia warstwy śluzu w UC lub zwłóknienia ściany jelita w CD51.
Patologia histologiczna
Istnieją istotne różnice histopatologiczne między chorobą Leśniowskiego-Crohna a wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego:
W wrzodziejącym zapaleniu jelita grubego:
- Zmiany histopatologiczne obejmują tylko błonę śluzową i podśluzową, z tworzeniem się ropni kryptowych i owrzodzeń błony śluzowej52
- Biopsje wykazują naciek neutrofilowy wraz z zniekształceniem krypt i ropniami kryptowymi53
- Nie obserwuje się ziarniniaków54
- Choroba ma charakter ciągły i zwykle obejmuje odbytnicę55
W chorobie Leśniowskiego-Crohna:
- Zajęta jest cała ściana jelita56
- Mogą być obecne ziarniniaki57
- Zapalenie jest przezbłonowe i charakteryzuje się naciekiem limfocytarnym58
- Choroba rozpoczyna się od zapalenia krypt i ropni, które postępują do drobnych afty podobnych owrzodzeń59
- Transbłonowe rozprzestrzenianie się zapalenia prowadzi do obrzęku limfatycznego i pogrubienia ściany jelita i krezki60
- Rozległe zapalenie może prowadzić do przerostu błony śluzowej mięśniowej, zwłóknienia i tworzenia się zwężeń, które mogą prowadzić do niedrożności jelit61
Model patogenezy IBD jako złożonej interakcji
Patogeneza IBD stanowi wynik złożonej interakcji między czynnikami genetycznymi, środowiskowymi, mikrobiotą jelitową oraz układem immunologicznym62. Pod wpływem czynników środowiskowych, u pacjentów z IBD rozwija się dysbioza mikrobioty z zmniejszeniem liczby bakterii wytwarzających krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA) i zwiększeniem Proteobakterii63.
Mechanizmy utrzymujące barierę jelitową również ulegają zaburzeniu w błonie śluzowej IBD, w tym: obniżona regulacja E-kadheryny w ścisłych połączeniach, zmniejszona grubość warstwy śluzu, nieprawidłowa funkcja komórek kubkowych oraz dysfunkcja komórek Panetha64.
Zaburzenie równowagi między sygnałami przeciw- i prozapalnymi z następczą migracją leukocytów do błony śluzowej jelita skutkuje i jest podtrzymywane przez wzmożoną odpowiedź immunologiczną limfocytów T, obserwowaną zarówno w CD, jak i UC65. Limfocyty T zaangażowane w odpowiedź immunologiczną w obu chorobach wydają się być różne, co może wyjaśniać różnice fenotypowe obserwowane w praktyce klinicznej oraz odpowiedź na nowe terapie celowane66.
Implikacje terapeutyczne
Zrozumienie patogenezy IBD ma kluczowe znaczenie dla opracowania nowych strategii terapeutycznych mających na celu poprawę leczenia pacjentów67. Identyfikacja kluczowych ścieżek patogenetycznych umożliwiła rozwój terapii biologicznych ukierunkowanych na specyficzne mechanizmy choroby.
Leki biologiczne, takie jak infliksimab (Remicade), adalimumab (Humira), golimumab (Simponi), certolizumab (Cimzia), wedolizumab (Entyvio), ustekinumab (Stelara) i risankizumab (Skyrizi), są skierowane na neutralizację białek w organizmie, które powodują zapalenie68. Istotna rola IL-23 w odpowiedzi zapalnej została rozpoznana, a hamowanie IL-23 oferuje nowe opcje terapeutyczne w leczeniu IBD69.
Biorąc pod uwagę złożoność IBD, przyszłe podejścia terapeutyczne powinny uwzględniać heterogenność choroby i dążyć do indywidualizacji leczenia w oparciu o konkretne mechanizmy patogenetyczne u poszczególnych pacjentów70.
Aktualne spojrzenie na patogenezę IBD
Nasze aktualne zrozumienie patogenezy IBD wskazuje, że jest to złożona choroba wynikająca ze wzajemnych oddziaływań między predyspozycją genetyczną, czynnikami środowiskowymi, zaburzeniami mikrobioty jelitowej oraz dysregulacją układu immunologicznego71. Dysbioza mikrobioty jelitowej, zaburzenie funkcji bariery jelitowej oraz nieprawidłowa aktywacja układu immunologicznego stanowią kluczowe elementy patogenezy IBD72.
Badania nad patogenezą IBD nadal ewoluują, a dodatkowe badania molekularne i genetyczne pomagają w lepszym zrozumieniu złożonych interakcji między różnymi czynnikami przyczyniającymi się do rozwoju i progresji choroby. To pogłębione zrozumienie otwiera nowe możliwości terapeutyczne i może prowadzić do bardziej spersonalizowanych podejść w leczeniu pacjentów z IBD73.
Kolejne rozdziały
Zapraszamy do dalszego czytania naszego leksykonu.
Wybierz kolejny rozdział z menu poniżej, aby otworzyć nową podstronę kompedium wiedzy i uzyskać szczegółowe informację o leku, substancji lub chorobie.