Přeskočit na obsah

Genetické a imunologické pozadí celiakie – Jaké molekuly nemoc ovlivňují?

Celiakální sprue (taktéž glutenová enteropatie) je autoimunitní onemocnění, které se řadí mezi primární malabsorpční syndromy a je podmíněno genetickou vazbou. Charakteristická je pro něj porucha trávení a/nebo vstřebávání, v jehož důsledku vzniká chorobný stav z absence základních živin. Je způsobeno konzumací jídla obsahujícího gluten s následnou imunitní odpovědí, charakterizovanou atrofií klků tenkého střeva a infiltrací lymfatických buněk, které sliznici střeva poškozují. Onemocnění bývá diagnostikováno zpravidla v dětském věku, ale může se projevit i v dospělosti (Klener, 2011).

Genetické pozadí celiakie

Typická a častá je přítomnost rizikové alely HLA – DQ2 nebo HLA – DQ8 (Hadithi et al., 2007). Obr. 4 znázorňuje HLA – DQ2 heterodimer.

Celiakie
Obr. 4: Asociace celiakie s HLA-DQ2 lokusem. Více než 95 % pacientů jsou heterozygoti pro DR3 nebo pro DR5 a DR7, kódující HLA-DQ2 v cis nebo trans pozici. (Převzato z Schuppan, 2000).

Esenciální složkou bývá sérotypová skupina DQ2. Její β řetězec je kódován alelickou skupinou DQB1* 02, lokalizovanou na lokusu DQB1. Tento β řetězec se může kombinovat s nejrůznějšími typy α řetězců, a tím dát vzniknout rozličným DQ2 heterodimerům (Karrel, 2003). Mnohé studie, například ta od Megiorniho, ukázaly, že homozygotní nositelé DQB1* 02 mívají vyšší pravděpodobnost propuknutí celiakie a daleko závažnější průběh onemocnění (Megiorni et al., 2012). Kromě DQ2 je ve vztahu k celiakii důležitá také skupina DQ8. Obě jsou zajímavé a raritní v tom, že jejich vazebná místa přednostně vážou negativně nabité peptidové fragmenty, tedy například gluten (Sollid et al., 2000).

Neméně fascinující jsou alely DQB1* 02:01 a DQA1* 05:01 (Matzaraki et al., 2017), které nalezneme takřka u 90 % celiaků (Medrano et al., 2012). Mohou být zděděny společně (tj. na stejném chromozomu, DQ 2.5 cis), a pak mluvíme o cis konfiguraci. Nebo jsou poděděny odděleně (tj. na homologních chromozomech, od každého rodiče jedna, DQ 2.5 trans), v tom případě hovoříme o trans konfiguraci (Schuppan, 2000; Medrano et al., 2012).

Většinou jsou alely DQB1* 02 a DQA1* 05 prezentovány v cis konfiguraci společně s genem DRB1 (DRB1* 03:01 – DQB1* 02:01 – DQA1* 05:01) nebo také v trans konfiguraci (DRB1* 11/12 – DQB1* 03:01 – DQA1* 05:05; DRB1* 07 – DQB1* 02:02 – DQA1* 02:01 (Megiorni et al., 2012). Alely DQA1* 05, DQB1* 02 a DRB1* 03:01 bývají přítomné ve dvou různých haplo-specifických variantách a tvoří tzv. ancestrální haplotypy (AH) 8.1 a (AH) 18,2 (Medrano et al., 2012).

Zásadní HLA alely ovlivňující riziko propuknutí celiakie

Podle Medrana a kolegů vykazuje HLA vliv na rozvoj celiakie tzv. efekt dávky (z angl. dose effect), protože jedinci mají klasifikovanou náchylnost k onemocnění podle množství alel DQA1* 05 a DQB1* 02, které nesou. Homozygoté pro alely DQA1* 05 a DQB1* 02 (DQ 2.5) v cis konfiguraci a heterozygoté mající stejnou kombinaci alel v cis konfiguraci, doplněnou o nosičství alely DQB1* 02 na druhém chromozomu (DQ 2.2) vykazují nejvyšší riziko propuknutí celiakie. Střední náchylnost je pozorována u jedinců, kteří mají alely DQB1* 02:01 a DQA1* 05:01 v cis konfiguraci bez nosičství alel DQB1* 02:02 a DQA1* 02:01, tedy s jednou kopií DQB1* 02 (Medrano et al., 2012).

Medrano také dodává, že molekula HLA.DQ 8 (DQA1* 03 – DQB1*03:02) se vyskytuje u všech pacientů s celiakií, kteří nenesou DQ 2.5. Některé studie se zaměřují na prokázání skutečnosti, že celiakie není pouze záležitost faktorů kódujících DQ2 a DQ8. Podle nich nemoc ovlivňují i jiné faktory citlivosti (Medrano et al., 2012). De la Concha zmiňuje některé varianty genu TNF, patřící do HLA III. třídy, které mohou být brány jako nezávislé faktory DQ2 pro citlivost k celiakii (De la Concha et al., 2000).

Jak k celiakii dochází?

Podstatou onemocnění je geneticky podmíněná porucha slizniční imunity. Po průniku složek glutenu střevní sliznicí dojde k jejich deaminaci tkáňovou transglutaminázou. V lymfatické tkáni gastrointestinálního traktu (GIT) se vytvoří protilátky, které mají zkříženou reaktivitu s antigeny enterocytů střevní sliznice (Kohout, 2008). Samotné poškození střevní sliznice se děje za účasti T-lymfocytů. Výsledkem je atrofizace sliznice s poruchou absorpce (Tlaskalová – Hogenová et al., 1999; Martucci et al., 2002).

Imunologické pozadí celiakie

Základní procesy celiakie se odehrávají v sliznici tenkého střeva, přičemž imunologická reakce vyústí v zánětlivý proces s typickými histopatologickými lézemi. U patogeneze celiakie je nesmírně důležitá imunologická buněčná odpověď, kde významnou roli hrají T-lymfocyty. V rámci nemoci se hovoří o neproliferační aktivaci CD4 + lymfocytů lamina propria a proliferační aktivaci intraepitelových TcR α / β CD8 + a TcR γ / δ lymfocytů.

Reakce na gluten zahrnuje kromě T-lymfocytů i další buňky (lymfocyty B, NK buňky, neutrofily, eozinofily, makrofágy, mastocyty). Neobyčejně se zdůrazňuje také účast cytokinů produkovaných lokálně v tenkém střevě (Muller et al., 2005). Lundin et al. dodává, že CD4+ paměťové T buňky rozeznávající specifické lepkové peptidy mohou být izolovány z biopsie postižených střev. Navíc tyto gluten-specifické T-lymfocyty používají DQ2 molekuly (popř. DQ8 molekuly u DQ8+ pacientů) jako své restrikční elementy (Lundin et al., 1993).

Dietrich et al. přišel s poznatkem, že celiakie má specifickou autoimunitní složku charakterizovanou autoreaktivními protilátkami specifickými pro celiakii. Titry autoprotilátek kolísají na základě množství glutenu přijímaného ve stravě.  V roce 1996 Dietrich a kolegové prokázali, že tyto autoreaktivní sérové ​​IgA protilátky jsou namířeny na tkáňovou transglutaminázu (Dieterich et al., 1999).

Tkáňová transglutamináza

Tkáňová transglutamináza je většinou zadržována intracelulárně v inaktivní formě a aktivuje se teprve během poškození tkáně (Lorand et al., 2003; Siegel et al., 2008). Přestože útok CD4+ T-lymfocytů na nativní glutenové peptidy je poměrně vzácný, mohl by představovat první porušení perorální tolerance k lepku. Prezentace nativních glutenových peptidů HLA-DQ2 nebo HLA-DQ8 molekulami CD4+ T buňkám vede k produkci IFN-γ. To vyústí ve vyšší expresi molekul HLA-DQ, a tím také ke zvýšené glutenové peptidové prezentaci. V přítomnosti lepku dochází k poškození tkáně vedoucí k uvolnění transglutaminázy, s čímž souvisí další poškození tkáně (Tjon et al., 2010).

Gluten - strašák všech celiaků!

Gluten (neboli lepek) je směs proteinů souhrnně nazvaných prolaminy a gluteliny (Food and Drug Administration, 2007; Biesiekierski, 2017), jež jsou společně se škrobem uloženy v endospermu různých obilných zrn. Najdeme je v pšenici, ječmeni, žitě a jejich příbuzných druzích, stejně tak jako u hybridů, jakým je například špalda (Biesiekierski, 2017). Pšeničné, ječmenné, žitné a ovesné prolaminy jsou souhrnně označovány jako lepek (Biesiekierski, 2017). Pravý lepek je omezen na výše uvedená zrna. Bílkoviny kukuřice a rýže jsou někdy nazývány glutény, ale liší se od skutečného lepku (Food and Drug Administration, 2007).

Nezanedbatelné procento populace vykazuje senzibilitu na lepek, která může vést k rozvoji onemocnění, jež se souhrnně nazývají „choroby související s glutenem“ neboli „gluten-related disorders“. Vedle celiakie zahrnují i ‚neceliakální‘ přecitlivělost na lepek (NCGS: non-celiac gluten sensitivity), alergii na pšenici, glutenovou ataxii a dermatitis herpetiformis (Ludvigsson et al., 2013).

V současné době se jejich výskyt zvyšuje ve většině geografických oblastí světa (Tovoli et al., 2015; Lionetti et al., 2015). To lze vysvětlit rostoucím westernizováním stravy (Tovoli et al., 2015), tzn. přechodem od neupravované přirozené stravy k stravě technologicky zpracovávané, chemicky upravované a energeticky vydatné (Perlín, 2008), rostoucí konzumací potravin na bázi pšenice, které jsou součástí středomořské stravy (Volta et al., 2013), postupným nahrazováním rýže pšenicí v mnoha zemích Asie, střední, východní a severní Afriky (Tovoli et al., 2015), vývojem nových druhů pšenice s vyšším množstvím cytotoxických glutenových peptidů v posledních letech, a také vyšším obsahem glutenu v pečivu v důsledku zkrácení doby kynutí těsta (Volta et al., 2013).

Gluten a HLA oblast

Jak HLA-DQ2, tak HLA-DQ8 přednostně váží do svého vazebného místa negativně nabité peptidové fragmenty. Nativní gluten tyto složky sice neobsahuje, přesto má schopnost se na HLA alely vázat. Sice ne příliš, ale zřejmě dostatečně na to, aby aktivoval transglutaminázu. Klíčovou roli v patogenetickém procesu vedoucím k enteropatii hraje protein nazvaný transglutamináza 2, který je schopen enzymaticky modifikovat gliadinové peptidy odvozené od glutenu. TG2-katalyzovaná deamidace gliadinových peptidů vede k jejich zvýšené vazebné afinitě k molekulám DQ2 a DQ8, což umožňuje zahájit silnou imunitní odpověď, konkrétně nadprodukci IFN-γ (Rauhavirta et al. 2016). Obrázek 5 znázorňuje gluten-dependentní produkci TG2 protilátek.

Gluten
Obr. 5: Gluten-dependentní produkce specifických TG2 protilátek. (Obrázek převzat z Qiao et al., 2012).

Bylo zjištěno, že řada sekvencí z α, γ a ω gliadinů a gluteninů aktivuje celiakii. Několik stovek glutenových peptidů je imunogenních a vyvolává reakci zprostředkovanou T-buňkami. Nejvíce imunodominantní T-buněčný epitop je z α gliadinu, sekulinu a hordeinu. V každém zrnu navíc existuje zřetelná hierarchie imunostimulačních glutenových peptidů (Arentz-Hansen et al., 2002). Ze všech peptidů, o kterých je známo, že stimulují T-buněčnou odpověď u celiakie, může každý pacient reagovat pouze na několik z nich (Biesiekierski et al., 2017).

Čím může lepek uškodit?

Otázkou tedy zůstává, proč z mnoha proteinů, kterým je lidské tělo vystaveno každodenní konzumací potravy, právě gluten vyvolává imunitní odpověď vedoucí k atrofizaci střevní sliznice. Sollid a kolegové předkládají dvě možná vysvětlení.

  1. Gluten může působit jako adjuvans, které zesiluje imunitní odpověď a reakci T-lymfocytů.
  2. Lamina propria tenkého střeva obsahuje veliké množství T-lymfocytů, které se následně účastní patologického procesu celiakie.

Peptidy lepku díky tomu, že jsou složeny z 9 a více aminokyselin (což je minimální délka peptidu nutná k rozpoznání T-lymfocytem), dosahují této vrstvy tenkého střeva více než jiné proteiny z konzumovaného jídla (Sollid et al., 2002).

Celý článek si můžete přečíst zde.

Seznam autorů

  1. Veselá, D. (2020). HLA typizace v klinické praxi. Diplomová práce. Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích. Katedra molekulární biologie a genetiky. Str. 17 – 20 (doslovné znění). Veřejný informační systém [online]. Dostupné na adrese: https://theses.cz/id/1jeb7y/?lang=sk. Citováno 20.9. 2021.
  2. Arentz–Hansen, H., Mcadam, S. N., Molberg, Ø., Fleckenstein, B., Lundin, K. E., Jørgensen, T. J., … & Sollid, L. M. (2002). Celiac lesion T cells recognize epitopes that cluster in regions of gliadins rich in proline residues. Gastroenterology123(3), 803-809.
  3. Biesiekierski, J. R. (2017). What is gluten? Journal of gastroenterology and hepatology32, 78-81.
  4. de la Concha, E. G., Fernández-Arquero, M., Vigil, P., Rubio, A., Maluenda, C., Polanco, I., … & Figueredo, M. A. (2000). Celiac disease and TNF promoter polymorphisms. Human immunology61(5), 513-517.
  5. Dieterich, W., Schuppan, D., Laag, E., Bruckner-Tuderman, L., Reunala, T., Kárpáti, S., … & Riecken, E. O. (1999). Antibodies to tissue transglutaminase as serologic markers in patients with dermatitis herpetiformis. Journal of Investigative Dermatology, 113(1), 133-136.
  6. Food and Drug Administration (2007). Food and Drug Administration. Food Labeling; Gluten-Free Labeling of Foods. [online]. Dostupné na adrese: http://web.archive.org/web/20070126011901/https://www.fda.gov/OHRMS/DOCKETS/98fr/05n-0279-npr0001.pdf. Citováno 17.5. 2019.
  7. Hadithi, M., von Blomberg, B. M. E., Crusius, J. B. A., Bloemena, E., Kostense, P. J., Meijer, J. W., … & Pena, A. S. (2007). Accuracy of serologic tests and HLA-DQ typing for diagnosing celiac disease. Annals of internal medicine147(5), 294-302.
  8. Karell, K., Louka, A. S., Moodie, S. J., Ascher, H., Clot, F., Greco, L., … & European Genetics Cluster on Celiac Disease. (2003). HLA types in celiac disease patients not carrying the DQA1* 05-DQB1* 02 (DQ2) heterodimer: results from the European Genetics Cluster on Celiac Disease. Human immunology64(4), 469-477.
  9. Klener, P. Vnitřní lékařství. 3. vydání. Praha: Galén, 2006.
  10. Kohout CSc, P. (2008). Novinky v bezlepkové dietě. Interní medicína pro praxi10(3), 113-116.
  11. Lionetti, E., Gatti, S., Pulvirenti, A., & Catassi, C. (2015). Celiac disease from a global perspective. Best practice & research Clinical gastroenterology29(3), 365-379.
  12. Lorand, L., & Graham, R. M. (2003). Transglutaminases: crosslinking enzymes with pleiotropic functions. Nature reviews Molecular cell biology4(2), 140.
  13. Ludvigsson, J. F., Leffler, D. A., Bai, J. C., Biagi, F., Fasano, A., Green, P. H., … & Lundin, K. E. A. (2013). The Oslo definitions for coeliac disease and related terms. Gut62(1), 43-52.
  14. Lundin, K. E., Scott, H., Hansen, T., Paulsen, G., Halstensen, T. S., Fausa, O., … & Sollid, L. M. (1993). Gliadin-specific, HLA-DQ (alpha 1* 0501, beta 1* 0201) restricted T cells isolated from the small intestinal mucosa of celiac disease patients. Journal of Experimental Medicine178(1), 187-196.
  15. Martucci, S., Biagi, F., Di Sabatino, A., & Corazza, G. R. (2002). Coeliac disease. Digestive and Liver Disease34, S150-S153.
  16. Matzaraki, V., Kumar, V., Wijmenga, C., & Zhernakova, A. (2017). The MHC locus and genetic susceptibility to autoimmune and infectious diseases. Genome biology18(1), 76.
  17. Medrano, L. M., Dema, B., López-Larios, A., Maluenda, C., Bodas, A., López-Palacios, N., … & Núñez, C. (2012). HLA and celiac disease susceptibility: new genetic factors bring open questions about the HLA influence and gene-dosage effects. PloS one7(10), e48403.
  18. Megiorni, F., & Pizzuti, A. (2012). HLA-DQA1 and HLA-DQB1 in Celiac disease predisposition: practical implications of the HLA molecular typing. Journal of biomedical science19(1), 88.
  19. Müller, L., & Szaflarska-Popławska, A. (2005). Immunological mechanisms of celiac disease. Przeglad lekarski62(2), 123-127.
  20. Perlín, C. (2008). Některé nutričně imunologické problémy technologického a kulinářského zpracování potravin. [online]. Dostupné na adrese: http://www.agronavigator.cz/service.asp?act=print&val=80971. Citováno 20.6. 2019.
  21. Qiao, S. W., Iversen, R., Ráki, M., & Sollid, L. M. (2012). The adaptive immune response in celiac disease. In Seminars in immunopathology(Vol. 34, No. 4, pp. 523-540). Springer-Verlag.
  22. Rauhavirta, T., Hietikko, M., Salmi, T., & Lindfors, K. (2016). Transglutaminase 2 and transglutaminase 2 autoantibodies in celiac disease: a review. Clinical reviews in allergy & immunology, 1-16.
  23. Schuppan, D. (2000). Current concepts of celiac disease pathogenesis. Gastroenterology119(1), 234-242.
  24. Siegel, M., Strnad, P., Watts, R. E., Choi, K., Jabri, B., Omary, M. B., & Khosla, C. (2008). Extracellular transglutaminase 2 is catalytically inactive, but is transiently activated upon tissue injury. PloS one3(3), e1861.
  25. Sollid, L. M. (2000). Molecular basis of celiac disease. Annual review of immunology, 18(1), 53-81.
  26. Sollid, L. M., & Lie, B. A. (2005). Celiac disease genetics: current concepts and practical applications. Clinical Gastroenterology and Hepatology, 3(9), 843-851.
  27. Tjon, J. M. L., van Bergen, J., & Koning, F. (2010). Celiac disease: how complicated can it get? Immunogenetics, 62(10), 641-651.
  28. Tlaskalová-Hogenová. H., Tučková. L., Štěpánková R. (1999). Imunopatogenetické mechanismy celiakie. Trendy soudobé pediatrie 1, Galén, 181-197.
  29. Tovoli, F., Masi, C., Guidetti, E., Negrini, G., Paterini, P., & Bolondi, L. (2015). Clinical and diagnostic aspects of gluten related disorders. World Journal of Clinical Cases: WJCC3(3), 275.
  30. Volta, U., Caio, G., Tovoli, F., & De Giorgio, R. (2013). Non-celiac gluten sensitivity: questions still to be answered despite increasing awareness. Cellular & molecular immunology10(5), 383.