Zapalenie mięśni
Patofizjologia i mechanizm
Zapalenie mięśni (myositis) to grupa rzadkich, heterogennych chorób autoimmunologicznych charakteryzujących się zapaleniem i osłabieniem mięśni szkieletowych. Główne podtypy idiopatycznych miopatii zapalnych (IIM) to zapalenie skórno-mięśniowe (DM), zapalenie wielomięśniowe (PM), miopatia martwicza (NM) oraz zapalenie mięśni z ciałkami wtrętowymi (IBM). Patogeneza IIM jest wieloczynnikowa, obejmująca zarówno mechanizmy odpornościowe (wrodzone i adaptacyjne), jak i nieodpornościowe, takie jak stres retikulum endoplazmatycznego (ER) i dysfunkcja mitochondrialna. Genetyczne predyspozycje, zwłaszcza haplotyp HLA 8.1 oraz geny HLA-DR i HLA-DQ, odgrywają istotną rolę, jednak tylko 5,5-16% fenotypowej wariancji można przypisać czynnikom genetycznym. Czynniki środowiskowe, w tym infekcje wirusowe (HIV-1, HTLV-1, wirus grypy, Coxsackie), promieniowanie UV, palenie tytoniu i ekspozycje zawodowe, modulują ryzyko i przebieg choroby. Charakterystyczne dla DM jest odkładanie kompleksów immunologicznych i aktywacja interferonu typu I, prowadzące do waskulopatii i zaniku okołopęczkowego, natomiast PM cechuje inwazja CD8+ limfocytów T do niemartwiczych włókien mięśniowych. Miopatia martwicza wykazuje przewagę makrofagów i martwicę włókien, a IBM łączy cechy zapalne i degeneracyjne, w tym obecność wakuoli i złogów amyloidu.
- Zapalenie mięśni – definicja i klasyfikacja
- Czynniki ryzyka genetyczne w patogenezie zapalenia mięśni
- Czynniki środowiskowe w rozwoju zapalenia mięśni
- Mechanizmy immunologiczne w patogenezie zapalenia mięśni
- Odporność wrodzona i adaptacyjna
- Rola autoprzeciwciał w patogenezie
- Rola interferonu w patogenezie
- Rola receptorów Toll-like w zapaleniu mięśni
- Szlak NF-κB w patogenezie
- Mechanizmy nieodpornościowe w patogenezie zapalenia mięśni
- Specyficzne mechanizmy patogenezy podtypów zapalenia mięśni
- Zapalenie skórno-mięśniowe (DM)
- Zapalenie wielomięśniowe (PM)
- Miopatia martwicza (NM)
- Zapalenie mięśni z ciałkami wtrętowymi (IBM)
- Rola miokin w patogenezie zapalenia mięśni
- Zapalenie mięśni osyfikujące (myositis ossificans)
- Rola zakażeń wirusowych w patogenezie
- Złożony obraz patogenezy zapalenia mięśni
Zapalenie mięśni – definicja i klasyfikacja
Zapalenie mięśni (myositis) to heterogenna grupa rzadkich chorób autoimmunologicznych charakteryzujących się osłabieniem i zapaleniem mięśni szkieletowych. Patogeneza tych schorzeń jest złożona i wieloczynnikowa, z zaangażowaniem zarówno mechanizmów odpornościowych, jak i nieodpornościowych12. Główne podtypy idiopatycznych miopatii zapalnych (IIM) obejmują zapalenie skórno-mięśniowe (dermatomyositis, DM), zapalenie wielomięśniowe (polymyositis, PM), miopatię martwiczą (necrotizing myopathy, NM) oraz zapalenie mięśni z ciałkami wtrętowymi (inclusion body myositis, IBM)3.
Czynniki ryzyka genetyczne w patogenezie zapalenia mięśni
Predyspozycja genetyczna odgrywa istotną rolę w patogenezie zapalenia mięśni. Haplotyp HLA 8.1 został zidentyfikowany jako kluczowy czynnik ryzyka dla głównych fenotypów IIM w populacji kaukaskiej4. Ponadto, warianty genetyczne związane z innymi chorobami autoimmunologicznymi również zostały powiązane z ryzykiem rozwoju miopatii zapalnych4. Silne powiązanie między IIM a genami HLA-DR i HLA-DQ potwierdza rolę układu odpornościowego adaptacyjnego w patogenezie, ponieważ kluczową funkcją cząsteczek HLA jest prezentacja antygenów limfocytom T5.
Badania wykazały, że różne allele HLA są związane z różnymi podgrupami autoprzeciwciał specyficznych dla zapalenia mięśni, co jest zgodne z obserwacją, że wiele MSA (myositis-specific autoantibodies) wzajemnie się wyklucza6. W IBM specyficzne geny sugerują zarówno zmiany zapalne, jak i degeneracyjne, w tym nieprawidłowości mitochondrialne6.
Czynniki środowiskowe w rozwoju zapalenia mięśni
Patogeneza IIM nie może być wyjaśniona wyłącznie przez czynniki genetyczne. Wiele zidentyfikowanych wariantów genetycznych ma stosunkowo niewielki wpływ na ryzyko choroby, a tylko 5,5-16% wariancji fenotypowej można wytłumaczyć przez zidentyfikowane warianty genetyczne7. Skutek fizjologiczny tych genów może zależeć od ich aktywacji lub modyfikacji przez czynniki środowiskowe7.
Wśród potencjalnych czynników środowiskowych wymienia się wirusy, bakterie, promieniowanie ultrafioletowe, palenie tytoniu, ekspozycje zawodowe i okołoporodowe oraz rosnącą listę leków, preparatów biologicznych i suplementów diety4. W patogenezie zapalenia mięśni zakaźnego istotną rolę odgrywają wirusy takie jak HIV-1, HTLV-1, wirus grypy, wirusy Coxsackie i echowirusy8.
Dowody na udział czynników środowiskowych
Liczne dowody sugerują, że choroby autoimmunologiczne mają komponent środowiskowy: wskaźniki zgodności dla chorób autoimmunologicznych u bliźniąt jednojajowych są znacznie mniejsze niż 50%; istnieją silne czasowe powiązania między określonymi ekspozycjami (szczególnie czynnikami zakaźnymi i lekami) a późniejszym rozwojem niektórych chorób autoimmunologicznych; w niektórych przypadkach choroba ulega poprawie po usunięciu podejrzanego czynnika środowiskowego lub pogarsza się po ponownej ekspozycji; częstość występowania wielu chorób autoimmunologicznych wzrosła w czasie; istnieją sezonowe i geograficzne różnice w początku choroby7.
Mechanizmy immunologiczne w patogenezie zapalenia mięśni
Odporność wrodzona i adaptacyjna
W zapaleniu mięśni aktywowane są zarówno mechanizmy odporności wrodzonej, jak i adaptacyjnej1. Lokalna aktywacja komórek immunologicznych w mięśniach szkieletowych charakteryzuje patogenezę zapalenia mięśni. Środowisko prozapalne obejmuje ekspresję cytokin, takich jak IFN-γ, IL-6, IL-1, TNF-α i TGF-β, a także chemokiny, takie jak IL-8, CCL-2, CCL-3, CCL-4, CCL-5, CXCL-9 i CXCL-10, które przyczyniają się do lokalnego zapalenia i stanowią bodziec przyciągający dla komórek immunologicznych9.
W PM i IBM charakterystyczną cechą histologiczną jest inwazja komórek efektorowych CD8+ do niemartwiczych włókien mięśniowych10. Proces zapalny jest podobny w PM i NM, z inwazją niemartwiczych włókien przez makrofagi i cytotoksyczne limfocyty T CD8+9.
Rola autoprzeciwciał w patogenezie
Obecność autoprzeciwciał specyficznych dla zapalenia mięśni (MSA), takich jak anty-Jo1, anty-Mi2, anty-cN1A czy anty-HMGCR, jest dobrze opisana odpowiednio u pacjentów z PM, DM, IBM lub miopatią martwiczą10. Badania przeprowadzone w ostatnich latach wykazały, że autoprzeciwciała specyficzne dla zapalenia mięśni mogą przenikać do komórek mięśniowych i zakłócać funkcję ich autoantygenów, odgrywając kluczową rolę w patogenezie choroby11.
Przełomem w zrozumieniu patogenezy zapalenia mięśni było odkrycie, że autoprzeciwciała są internalizowane przez żywe komórki, powodując efekty biologiczne zgodne z zaburzeniem funkcji ich autoantygenu12. U pacjentów z autoprzeciwciałami przeciwko regulatorom transkrypcji obserwuje się transkryptomiczne wzorce zgodne z dysfunkcją autoantygenu, a wprowadzenie przeciwciał pacjenta do hodowanych komórek mięśniowych odtwarza efekty transkryptomiczne obserwowane w chorobie ludzkiej1213.
Rola interferonu w patogenezie
Ostatnie badania wskazują na istotną rolę interferonu typu I w patogenezie zapalenia mięśni, szczególnie w DM. Geny indukowane przez interferon typu I (IFN-α/β) są nadmiernie eksperymowane w mięśniach, skórze i krwi pacjentów z DM i wykazują istotną korelację z aktywnością choroby3.
W DM interferon typu I i elementy odpowiadające na IFN pośredniczą w zmianach mikronaczyniowych we wczesnej fazie choroby. IFN ma kluczowe znaczenie dla zdrowia naczyń, a dysregulacja produkcji IFN jest związana z uszkodzeniem śródbłonka i zbrylaniem, co sugeruje obecność niezblącej waskulopatii okluzyjnej i utratę naczyń włosowatych w IIM14.
Rola receptorów Toll-like w zapaleniu mięśni
Receptory Toll-like (TLR) są zaangażowane w środowisku dotkniętych mięśni, a geny znajdujące się poniżej w szlaku sygnałowym są aktywowane15. TLR, działając przez mechanizmy zależne i/lub niezależne od MyD88, indukują sygnały prozapalne w mięśniach miopatycznych15.
Receptory TLR są eksponowane na miocytach u pacjentów z PM i DM, co sugeruje, że aktywacja miocytów poprzez TLR rekrutuje komórki odpornościowe, prowadząc do produkcji cytokin prozapalnych16. Szlak inflamasomu jest połączony ze szlakiem sygnałowym TLR, a zwiększona ekspresja zarówno TLR, jak i IL-1α i IL-1β w obszarach otoczonych przez komórki zapalne sugeruje, że szlak TLR-inflamasom jest aktywny w mięśniach objętych zapaleniem17.
Szlak NF-κB w patogenezie
Szlak NF-κB jest jednym z dominujących regulatorów różnych podstawowych procesów biologicznych, w tym zapalenia. W zapaleniu mięśni zarówno komórki odpornościowe, jak i komórki mięśni szkieletowych modulują zapalenie za pośrednictwem szlaku NF-κB17.
Mechanizmy nieodpornościowe w patogenezie zapalenia mięśni
Sugestia, że mechanizmy niezwiązane z odpornością mają znaczenie kliniczne w IIM, wynika z kilku kluczowych obserwacji: zapalenie mięśni zidentyfikowane w biopsji mięśnia i badaniu MRI nie zawsze koreluje z ciężkością kliniczną; efekty leczenia immunosupresyjnego mogą być ograniczone; a kilka mechanizmów niezapalnych, w tym stres komórkowy i mechanizmy degeneracyjne, jest oczywistych w wielu biopsjach mięśni6.
Stres retikulum endoplazmatycznego
Stres retikulum endoplazmatycznego (ER) jest jednym z najlepiej zbadanych elementów niezwiązanego z odpornością uszkodzenia mięśni szkieletowych we wszystkich formach IIM18. Aktywacja odpowiedzi na stres ER w autoimmunologicznym zapaleniu mięśni może odgrywać potencjalną rolę w uszkodzeniu i dysfunkcji włókien mięśniowych19.
Nagromadzenie nieprawidłowo zwiniętych lub rozwiniętych białek w ER wyzwala odpowiedź na nieprawidłowo zwinięte białka (UPR), która jest mechanizmem przetrwania20. UPR obejmuje (1) transkrypcyjną indukcję białek opiekuńczych ER w celu ułatwienia zwijania, przetwarzania i eksportu białek wydzielniczych; (2) tłumienie translacji w celu zmniejszenia przeciążenia białkami; i (3) zwiększoną retrotranslokację nieprawidłowo zwiniętych białek do cytoplazmy w celu ubikwitynacji i następującej po niej degradacji proteosomowej20.
Mitochondrialny mechanizm w patogenezie
Dysfunkcja mitochondrialna i rola białka harakiri (HRK) w patogenezie zapalenia mięśni są obszarem intensywnych badań. Analiza zmian metylacji i ekspresji genów wykazała, że mitochondrialny aktywator apoptozy harakiri (HRK) ulega nadekspresji w komórkach mięśni szkieletowych w zapaleniu mięśni21.
Zwiększona ekspresja HRK i TLR7 powoduje uszkodzenie mitochondriów, prowadząc do złej naprawy miofibrylli, śmierci miofibrylli i osłabienia mięśni u pacjentów z zapaleniem mięśni, a indukowane wysiłkiem zmniejszenie ekspresji HRK i TLR7 u pacjentów jest związane z złagodzeniem choroby21.
Specyficzne mechanizmy patogenezy podtypów zapalenia mięśni
Zapalenie skórno-mięśniowe (DM)
Patologia DM obejmuje wiązanie kompleksów immunologicznych do komórek śródbłonka z następującą aktywacją układu dopełniacza i lizą komórek, zapośredniczoną przez kompleks atakujący błonę (MAC). Prowadzi to do martwicy tych komórek, a w mięśniach można zaobserwować zmniejszoną liczbę naczyń włosowatych. Zaopatrzenie w krew staje się niewystarczające, co jest uważane za przyczynę zaniku okołopęczkowego3.
DM charakteryzuje się odkładaniem kompleksów immunologicznych w naczyniach i jest uważane za waskulopatię z udziałem dopełniacza22. Komórki dendrytyczne plazmocytoidalne (pDC) są również obecne w mięśniach i skórze pacjentów z DM i produkują interferony typu I, które promują zapalenie oraz aktywację limfocytów T i B16.
Patogeneza DM obejmuje przyłączanie kompleksów immunologicznych do komórek śródbłonka, aktywując układ dopełniacza, powodując lizę komórek przez kompleks atakujący błonę (MAC). Powoduje to śmierć komórek i mniej naczyń włosowatych w mięśniu23.
Zapalenie wielomięśniowe (PM)
W przeciwieństwie do DM, PM charakteryzuje się bezpośrednim uszkodzeniem mięśni zapośredniczonym przez limfocyty T22. Proces zapalny w PM obejmuje inwazję niemartwiczych włókien przez makrofagi i cytotoksyczne limfocyty T CD8+9.
Patogeneza PM i DM ma znaczne nakładanie się i dzieli ważne cechy. W PM i DM komórki mięśni szkieletowych (miocyty) nieprawidłowo eksponują receptory MHC klasy I na powierzchni komórki24. Cytotoksyczne limfocyty T posiadają cytoplazmatyczne ziarnistości zawierające perforynę, które po uwolnieniu indukują martwicę komórek mięśniowych16.
Miopatia martwicza (NM)
Interakcja komórek odpornościowych w mięśniach szkieletowych jest hipotetycznie istotna w progresji i patogenezie NM, ale większa część patogenezy pozostaje nieznana9. Miopatia martwicza charakteryzuje się infiltratami z przewagą makrofagów i miofagocytozą22.
Histologiczne znaleziska w miopatii martwiczej obejmują wyraźne martwicze włókna mięśniowe z regeneracją. Istnieje niedostatek nacieków zapalnych, ale gdy są obecne, składają się z infiltratów makrofagów22.
Zapalenie mięśni z ciałkami wtrętowymi (IBM)
Stres komórkowy wydaje się być kluczowym elementem złożonej patogenezy IBM, o czym świadczy współlokalizacja B-krystaliny i APP/β-amyloidu. Sugeruje się, że w warunkach prozapalnych indukowalna syntaza tlenku azotu ulega nadekspresji i powoduje śmierć włókien25.
IBM ma większy zakres nieprawidłowości autoimmunologicznych limfocytów T niż jakakolwiek inna choroba mięśni; oporność na leczenie paradoksalnie dała początek poglądowi, że IBM nie jest chorobą autoimmunologiczną. Oporność na leczenie prawdopodobnie odzwierciedla niezdolność obecnych terapii do zahamowania lub wyczerpania wysoko zróżnicowanej populacji komórek T pamięci efektorowej i terminalnie zróżnicowanych komórek T efektorowych obecnych w IBM26.
Histologiczne znaleziska w IBM obejmują nacieki endomyzjalne, degenerację miofiberów i wakuole z obwódką, podczas gdy w miopatii martwiczej immunologicznie zapośredniczonej histologiczne znaleziska obejmują wyraźne martwicze włókna mięśniowe z regeneracją22.
| Podtyp zapalenia mięśni | Główne mechanizmy patogenetyczne | Charakterystyczne cechy histopatologiczne |
|---|---|---|
| Zapalenie skórno-mięśniowe (DM) | Waskulopatia z udziałem dopełniacza, odkładanie kompleksów immunologicznych, aktywacja interferonu typu I | Zanik okołopęczkowy, zmniejszona liczba naczyń włosowatych, perifascikularne i naczyniowe zapalenie |
| Zapalenie wielomięśniowe (PM) | Bezpośrednie uszkodzenie mięśni zapośredniczone przez limfocyty T, inwazja CD8+ T | Inwazja niemartwiczych włókien przez makrofagi i cytotoksyczne limfocyty T CD8+, nadekspresja MHC klasy I |
| Miopatia martwicza (NM) | Infiltraty z przewagą makrofagów, miofagocytoza | Wyraźne martwicze włókna mięśniowe z regeneracją, niedostatek nacieków zapalnych |
| Zapalenie mięśni z ciałkami wtrętowymi (IBM) | Stres komórkowy, degeneracja miojądrowa, procesy autoimmunologiczne i degeneracyjne | Nacieki endomyzjalne, degeneracja miofiberów, wakuole z obwódką, złogi amyloidu |
Rola miokin w patogenezie zapalenia mięśni
Miokiny to cytokiny produkowane przez mięśnie szkieletowe w odpowiedzi na proces zapalny. W ostatnich latach zbadano szlaki sygnałowe, które mogą przyczyniać się do patogenezy zapalenia mięśni, takie jak ekspresja miokin w mięśniach szkieletowych w odpowiedzi na proces zapalny27.
Główne miokiny zaangażowane w patogenezę zapalenia mięśni to: interleukiny IL-6, IL-15 i IL-18; chemokiny CXCL10, CCL2, CCL3, CCL4, CCL5 i CCL20; miostatyna; folistatyna; dekoryna; osteonektyna; i insulinopodobny 627.
Zapalenie mięśni osyfikujące (myositis ossificans)
Patogeneza zapalenia mięśni osyfikującego (MO) jest niekompletnie zrozumiana. Większość przypadków jest związana z urazem, który może być niedawnym epizodem urazu tkanek miękkich, powtarzającym się niewielkim urazem, a nawet niezwykłym wysiłkiem mięśniowym. Początkowa naprawcza odpowiedź fibroblastyczna/miofibroblastyczna jest następowana przez osyfikację. Jest to spowodowane dysregulacją lokalnych komórek macierzystych w miejscu urazu, co powoduje niewłaściwe różnicowanie fibroblastów w osteoblasty28.
Mechanizmy działające w przypadkach nieurazowych są również nieznane. MO obserwowano w związku z oparzeniami, paraplegią i niektórymi infekcjami. Niektóre przypadki z klasycznymi cechami zapalenia mięśni osyfikującego charakteryzują się rearanżacjami USP6 – odkryciem obserwowanym również w fasciitis nodularis i torbieli tętniakowatej kości tkanek miękkich28.
Rola zakażeń wirusowych w patogenezie
Zapalenie mięśni jest jednym z powikłań zakażeń wirusowych. Wirusowe zapalenie mięśni jest chorobą charakteryzującą się osłabieniem i bólem mięśni związanym z podwyższonym poziomem enzymów mięśniowych i laboratoryjnymi dowodami zakażenia wirusowego, idealnie wspierane przez wykrycie obecności wirusa w mięśniu29.
Zarówno wirusy, jak i retrowirusy są znanymi patogenami, które mogą być związane z miopatią zapalną. Wirusowe zapalenie mięśni wynika z bezpośredniego zakażenia mięśni lub wynikającej z tego odpowiedzi zapalnej29.
Mechanizmy zapalenia mięśni wirusowego
Mechanizmy wirusowego zapalenia mięśni nie są w pełni wyjaśnione, ale istnieją dowody na kilka mechanizmów patofizjologicznych. Interakcje wirus-gospodarz, które przyczyniają się do zapalenia mięśni, obejmują: (1) bezpośrednie zakażenie (ostre lub przewlekłe) lub odpowiedź gospodarza na antygeny wirusowe, (2) mimikrę molekularną i (3) dysregulację immunologiczną30.
W większości opublikowanych do tej pory badań nie było wystarczających dowodów na bezpośrednią inwazję wirusową włókien mięśniowych. Jednak w dwóch przypadkach miopatii zapalnej związanej z przewlekłym zakażeniem wirusem zapalenia wątroby typu B, DNA wirusa zapalenia wątroby typu B i antygeny wirusowe znaleziono wewnątrz nienaruszonych włókien mięśniowych30.
Chociaż HIV, HTLV-1 i wirus zapalenia wątroby typu C nie wydają się powodować przetrwałego zakażenia mięśni, utrzymują się w wielu komórkach organizmu i mogą powodować zapalenie mięśni za pośrednictwem kilku mechanizmów: (1) aktywacji komórek odpornościowych, prowadzącej do uwalniania cytokin i limfokin, które mogą indukować ekspresję nietolerowanych antygenów na komórkach mięśniowych lub (2) mimikry molekularnej30.
Złożony obraz patogenezy zapalenia mięśni
Wyłaniający się obraz wskazuje, że zapalenie mięśni jest złożoną chorobą z wieloma ścieżkami patogenetycznymi jednocześnie przyczyniającymi się do uszkodzenia i osłabienia mięśni. Wśród nich najbardziej wyróżniające się są szlaki odpornościowe wrodzone, adaptacyjne i metaboliczne17.
Patogeneza zapalenia mięśni jest skomplikowana, będąc pod wpływem złożonej interakcji czynników środowiskowych i genetycznych, które wspólnie kształtują podatność na chorobę. Ostatnie postępy coraz częściej wiążą chorobę z wewnątrzkomórkowymi działaniami patogennych autoprzeciwciał, zakłócających funkcję ich specyficznych autoantygenów31.
Obecne zrozumienie patogenezy osłabienia mięśni w IIM sugeruje początkową dysfunkcję mikronaczyniową i mitochondrialną, a następnie aktywację odporności wrodzonej w mięśniach, która utrwala odpowiedź odpornościową adaptacyjną. Istnieje również kilka mechanizmów nieodpornościowych, takich jak stres ER i UPR, które działają w tandemie z nieprawidłową odpowiedzią immunologiczną, powodując osłabienie mięśni. Osłabienie mięśni jest bezpośrednim wynikiem uszkodzenia włókien mięśniowych, upośledzonych mechanizmów regeneracji i zmniejszonego tworzenia mostków32.
Mechanizmy patogenezy różnią się w zależności od fenotypu, z dowodami na wspólne wrodzone i adaptacyjne szlaki odpornościowe i metaboliczne w niektórych fenotypach, ale unikalne szlaki w innych4. Heterogeniczność i rzadkość IIM utrudniają postępy w diagnozowaniu i leczeniu4.
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.