Rysunek 3

Ziołowy CAM może interweniować na wielu etapach patogenezy autoimmunologicznego zapalenia stawów. Doświadczalne zapalenie stawów może być wywołane u podatnych szczepów gryzoni przez podskórne (s.c.), śródskórne (i.d.) lub śródstawowe wstrzyknięcie artrytogenu (np. Mtb, kolagenu typu II, ściany komórkowej paciorkowca, itp.) Antygeny, które są wstrzykiwane s.c. lub i.d. są kierowane do drenujących węzłów chłonnych, gdzie inicjowana jest odpowiedź immunologiczna z udziałem komórek prezentujących antygen, limfocytów T i komórek B. Aktywowane limfocyty i inne leukocyty migrują następnie do stawów i inicjują zapalenie stawów poprzez różne rozpuszczalne mediatory, w tym cytokiny prozapalne i przeciwciała (rys. 1). Zioła CAM mogą hamować inicjację i progresję zapalenia stawów poprzez wpływ na wiele szlaków zaangażowanych w proces chorobowy. Specyficzne zioła, które ingerują w poszczególne szlaki immunologiczne opisano w tabeli 1.

Wspomniane wyżej zdarzenia immunologiczne w patogenezie zapalenia stawów oferują również wiele obiecujących celów dla interwencji terapeutycznej (ryc. 2 i 3). Zalecamy, aby te i inne niestandardowe parametry immunologiczne były brane pod uwagę do badania obok różnych parametrów biochemicznych i farmakologicznych dla oceny mechanizmów działania ziołowych produktów CAM. Ziołowe produkty CAM przedstawione w Tabeli 1 są reprezentatywne dla tych testowanych pod kątem modulacji zdarzeń immunologicznych, które przyczyniają się do ich aktywności przeciwartretycznej in vivo w eksperymentalnych modelach zapalenia stawów. Jest zrozumiałe, że istnieje kilka innych produktów naturalnych, które posiadają aktywność przeciwartretyczną, ale ich wpływ na układ odpornościowy nie został jeszcze zbadany. Biorąc pod uwagę zakres tego dokumentu dotyczący modulacji immunologicznej, wykluczyliśmy większość z tych produktów z tabeli 1.

2. Reumatoidalne zapalenie stawów

RZS jest powszechne (0,8%) na całym świecie i dotyka wszystkie rasy. Kobiety chorują na nie około trzy razy częściej niż mężczyźni. Początek choroby przypada na wiek od późnych lat dwudziestych do wczesnych lat pięćdziesiątych, ale żaden wiek nie jest odporny na tę chorobę. U dzieci i młodych dorosłych choroba objawia się jako młodzieńcze przewlekłe zapalenie stawów (juvenile chronic arthritis – JCA). RZS jest przewlekłą wieloukładową chorobą charakteryzującą się przetrwałym zapaleniem błony maziowej, zwykle obejmującym stawy obwodowe w symetrycznym rozmieszczeniu. Zapalenie błony maziowej, jeśli nie jest kontrolowane, może prowadzić do uszkodzenia chrząstki, nadżerek kostnych i ankylozy dotkniętych stawów. Badania bliźniąt oraz badania rodzinne wskazują na genetyczną predyspozycję do zachorowania na RZS, a około 70% pacjentów posiada allele HLA-DR4 lub -DR1 lub oba. Dokładny docelowy autoantygen dla RZS nie został jeszcze zidentyfikowany. Kolagen typu II (CII), aggrecan, białko wiążące immunoglobuliny (BiP) oraz białko szoku cieplnego 65 (Hsp65) to jedne z antygenów, których udział w patogenezie RZS został potwierdzony. Jak wspomniano powyżej, NLPZ stanowią podstawę terapii u znacznej części pacjentów z RZS. Jednak z powodu działań niepożądanych, wysokich kosztów i ograniczonej skuteczności tych leków u wielu pacjentów, stosowanie CAM przez chorych na RZS staje się coraz bardziej popularne w USA i innych krajach rozwiniętych.

3. Adjuvant Arthritis: An Experimental Model of RA

AA można wywołać u szczura Lewisa (RT.1) poprzez immunizację zabitym termicznie prątkiem gruźlicy (Mtb) (H37Ra). Choroba objawia się stanem zapalnym łap, w tym stawów łap. Zapalenie łap dotyka głównie kostek, nadgarstków i mniejszych stawów. Zapalenie stawów rozpoczyna się po 8-10 dniach, osiąga szczyt między 15 a 17 dniem, a następnie ulega spontanicznej, stopniowej regeneracji w ciągu kolejnych 12-15 dni (ryc. 1). Pierwotną reakcją immunologiczną w stawach łap jest naciek komórek jednojądrowych w tkance maziowej, który jeśli nie jest kontrolowany, może prowadzić do uszkodzenia chrząstki i kości. W patogenezie AA wskazuje się na udział prątka hsp65 (Bhsp65). Po wstrzyknięciu Mtb, Bhsp65 jest pobierany przez regionalne węzły chłonne drenujące, gdzie komórki prezentujące antygen (APC) przetwarzają i prezentują ten antygen naiwnym limfocytom T (rysunek 3). Komórki T posiadające receptory specyficzne dla epitopów w Bhsp65 ulegają aktywacji i proliferacji. Te pobudzone antygenem limfocyty T opuszczają węzły chłonne i przedostają się do krążenia obwodowego. Następnie komórki T migrują z naczyń krwionośnych do narządu docelowego, czyli stawu, gdzie zapoczątkowują patologię immunologiczną (ryc. 3). Szczurza postać AA ma kilka cech wspólnych z ludzkim RZS i dlatego służy jako doskonały model RZS.

Hsps były związane z wieloma chorobami autoimmunologicznymi, takimi jak RZS, choroba Leśniowskiego-Crohna, stwardnienie rozsiane i toczeń rumieniowaty układowy (SLE). Hsps mogą również indukować ochronę przed zapaleniem stawów. Większość hsps to reaktywatory ostrego stresu, które zapewniają przeżycie komórek w nieprzyjaznych warunkach. Są one również chaperony molekularne zaangażowane w składanie białek i innych funkcji dla utrzymania integralności strukturalnej innych białek . Klon komórek T, który był artrytogenny dla szczura Lewisa, okazał się specyficzny dla epitopu 180-188 (p180-188) Bhsp65. U pacjentów z młodzieńczym przewlekłym zapaleniem stawów (JCA) stwierdzono reaktywność komórek T na p180-188 Bhsp65, jak również na częściowo homologiczną determinantę w obrębie białka łączącego chrząstki stawowe. Komórki T tych pacjentów wykazywały również znaczącą odpowiedź na ludzkie hsp60 i Bhsp65, podkreślając znaczenie Hsp65 jako jednego z głównych antygenów w patogenezie zapalenia stawów. Inne hsps, w tym hsp70 i hsp47 również zostały przywołane w patogenezie AA. Podobieństwa w odpowiedzi immunologicznej na antygeny związane z chorobą w modelach gryzoni i u ludzi dostarczyły użytecznego wglądu w patogenezę choroby.

5. CD4+CD25+ T-Regulatory Cells (Treg) Are Vital for Self-Tolerance and Regulation of Autoimmunity

Opisano wiele typów komórek T regulatorowych, w tym Th2, Th3, Treg, komórki NKT i Tr1 . Najnowszym dodatkiem do grupy limfocytów T regulatorowych są komórki T regulatorowe CD4+CD25+ (Treg). Treg okazały się centralnymi regulatorami autoimmunizacji w różnych modelach eksperymentalnych ludzkich chorób autoimmunizacyjnych. Co ważne, w modelach zwierzęcych, terapia komórkami T CD4+CD25+ poprzez adoptywny transfer komórek może skutecznie opóźniać i tłumić różne choroby immunologiczne, w tym cukrzycę, zapalenie jelita grubego i zapalenie żołądka. Przeciwnie, pozbawienie Treg in vivo prowadzi do wczesnego zapoczątkowania i/lub nasilenia autoimmunologicznego zapalenia stawów, jak również innych chorób autoimmunologicznych.

Istnieją dwa odrębne typy Treg: „naturalne Treg”, które rozwinęły się w grasicy i „adaptacyjne (indukowane) Treg”, które rozwinęły się na peryferiach w odpowiedzi na ekspozycję na antygen . Mechanizm działania Treg polega na kontakcie komórka-komórka między Treg a komórkami reagującymi i wymaga aktywacji Treg przez receptor T-komórkowy (TCR). Sugeruje się, że wydzielane TGF-β i IL-10 mogą pośredniczyć w tłumieniu przez Treg in vivo.

Istnieją dowody na wzajemną kontrolę różnicowania T helper 17 (Th17) i Treg. Różnicowanie prozapalnych i patogennych komórek Th17 jest indukowane przez jednoczesną obecność TGF-β i IL-6, podczas gdy obecność samego TGF-β indukuje generację Treg wyrażających czynnik transkrypcyjny Foxp3 .

W ciągu ostatnich 5-10 lat coraz bardziej uświadamia się znaczenie określenia częstości i funkcji supresyjnej Treg dla oceny autoimmunologicznego procesu chorobowego, jak również oceny skuteczności produktów terapeutycznych stosowanych w różnych chorobach autoimmunologicznych. Defekty w Treg zostały odnotowane w RZS , a ta zmniejszona aktywność Treg może zostać przywrócona po skutecznej terapii, na przykład anty-TNF-α w przypadku RZS . Ostatnie badania w dziedzinie transplantologii wykazały, że komórki dendrytyczne poddane działaniu triptolidu (pochodzącego z chińskiego zioła Tripterygium wilfordii) promują ekspansję Treg in vitro. Należy mieć nadzieję, że ocena liczby i funkcji Treg będzie regularnie włączana do badań mających na celu określenie mechanizmów działania różnych modalności CAM, w tym naturalnych produktów roślinnych. Ponadto, jak opisano powyżej, istnieją różne inne typy komórek regulatorowych T oprócz Treg . Jest prawdopodobne, że różne modalności CAM mogą mieć różny wpływ na różne podzbiory regulacyjnych komórek T, tak, że jeden produkt może mieć bardziej wyraźny wpływ na Treg, podczas gdy inny może zamiast tego mieć główny wpływ na Th2 lub Tr1 typ komórek regulacyjnych.

6. Antibodies Contribute to the Pathogenesis of Autoimmune Arthritis

Badania w spontanicznym modelu autoimmunologicznego zapalenia stawów podkreśliły znaczenie przeciwciał w pośredniczeniu w patologii immunologicznej w tej chorobie; patologia jest inicjowana przez limfocyty T, ale następnie utrwalana przez przeciwciała. Badania na modelu CIA u myszy wyraźnie wykazały znaczenie przeciwciał przeciwko kolagenowi typu II (CII) w procesie chorobowym. Jednak w chwili obecnej nie ma zbyt wielu informacji na temat fizjologicznej roli przeciwciał przeciwko hsp65 w AA. Patogenne działanie przeciwciał anty-hsp65 w AA nie zostało formalnie wykluczone. Przeciwnie, istnieją dowody z prac innych badaczy i naszych, wskazujące na ochronne działanie przeciwciał anty-Bhsp65 w AA. W jednym z badań ochronny efekt AA przeciwciał anty-Bhsp65 przypisano produkcji IL-10 z komórek jednojądrzastych.

W modelu CIA, ekstrakty z zielonej herbaty granatu , i Taxol wykazano, aby tłumić zapalenie stawów, a efekt ten był związany ze znacznym spadkiem przeciwciał anty-CII. Podobny wpływ na chorobę kliniczną, cytokiny prozapalne i surowicze IgG2a odnotowano w innym badaniu nad CIA po leczeniu kurkuminą, głównym składnikiem kurkumy. Wykazano również, że ekstrakt z kurkumy indukuje ochronę przed zapaleniem stawów w paciorkowcowym modelu zapalenia stawów wywołanym przez ścianę komórkową RZS. W jednym z naszych badań opartych na modelu AA zaobserwowaliśmy, że podawanie szczurom Lewis ekstraktu polifenolowego z zielonej herbaty spowodowało znaczące zmniejszenie odpowiedzi przeciwciał na Bhsp65. Podobne wyniki uzyskaliśmy stosując tradycyjną chińską medycynę HLXL, która jest mieszanką 11 różnych ziół. W obu przypadkach, spadek odpowiedzi przeciwciał był związany z odpowiednim zmniejszeniem nasilenia zapalenia stawów. Jednak nie wszystkie badane przez nas zioła przeciwartretyczne powodowały spadek odpowiedzi przeciwciał na Bhsp65. W innym badaniu zaobserwowaliśmy odwrotną sytuację, ponieważ podawanie Celastrus szczurom Lewis prowadziło do zwiększenia odpowiedzi przeciwciał anty-Bhsp65 pomimo znacznej supresji klinicznego zapalenia stawów .

Obecnie nie mamy dodatkowych informacji, aby wyjaśnić różnice w funkcjonalnych atrybutach podzbiorów przeciwciał, które są przeważnie zmieniane po karmieniu różnych produktów roślinnych. Proponujemy jednak, że przeciwciała anty-Bhsp65 produkowane w trakcie AA u szczurów Lewisa należą do dwóch głównych kategorii, patogennych i ochronnych. W tym kontekście sugerujemy, że różne zioła celują w różne podzbiory przeciwciał, tak że redukcja klinicznego zapalenia stawów może obejmować albo tłumienie przeciwciał patogennych, albo wzmocnienie przeciwciał ochronnych, lub obu. Ponadto, badania wzorów przeciwciał przy użyciu panelu antygenów ukierunkowanych w zapaleniu stawów i innych chorobach autoimmunologicznych mogą zapewnić użyteczny odczyt wpływu produktów CAM na proces chorobowy.

7. Regulacja autoimmunologii poprzez równowagę cytokin typu T-Helper (Th1)-/Th2

Cytokiny prozapalne TNF-α, IL-1β, i IL-6 produkowane przez makrofagi i inne komórki immunologiczne mają krytyczne znaczenie w inicjacji i rozprzestrzenianiu się zapalenia stawów. Wśród komórek T, komórki Th1 wydzielają IFN-γ i TNF-α, podczas gdy kontrregulacyjne komórki Th2 wydzielają IL-4, IL-5, IL-10 i IL-13. Komórki Th1 biorą udział przede wszystkim w patogenezie niektórych narządowo specyficznych chorób autoimmunologicznych, podczas gdy komórki Th2 odgrywają główną rolę w autoimmunizacji ogólnoustrojowej. Rola równowagi Th1-Th2 w regulacji autoimmunizacji została potwierdzona w wielu badaniach na modelach zwierzęcych. Podatność lub odporność na chorobę oraz ochrona przed chorobą, a także poprawa stanu zdrowia u chorych na RZS były związane ze zmianą równowagi cytokinowej na typ Th2. Zmiana równowagi Th1/Th2 może nastąpić albo poprzez zmniejszenie cytokiny prozapalnej (np. IFN-γ) lub zwiększenie cytokiny przeciwzapalnej (np. IL-4/IL-10), lub obu .

W badaniu na CIA, aktywacja odpowiedzi Th2 wykazano, aby zahamować produkcję IFN-γ, jak również zmniejszenie nasilenia zapalenia stawów . Inni badacze odnotowali zmniejszenie CIA w połączeniu z tłumieniem cytokin prozapalnych (np. TNF-α, IL-1β i IL-6) poprzez leczenie myszy ekstraktami z zielonej herbaty, granatu lub Plectranthus amboinicus. Podobny efekt zaobserwowano in vitro w przypadku kory Moutan. W 3 oddzielnych badaniach w AA przy użyciu różnych naturalnych produktów roślinnych, a mianowicie Celastrus , zielonej herbaty i HLXL , zaobserwowaliśmy, że każdy z tych trzech produktów ziołowych indukował ochronę przed AA w połączeniu ze zmienionym stosunkiem Th1/Th2. Ten ostatni efekt był spowodowany głównie przez wzrost IL-10, podczas gdy IFN-γ pozostał niezmieniony. Enigmatycznie, zauważono również, że prozapalne cytokiny Th1, takie jak IFN-γ i TNF-α mogą pełnić podwójną rolę jako cytokiny zapalne i immunosupresyjne. Na przykład, tłumienie zapalenia przez IFN-γ zostało zaobserwowane w AA . Dlatego zmiany w poziomie niektórych cytokin o podwójnej funkcji wywołane ziołowym CAM należy oceniać ostrożnie.

8. Komórki T-Helper 17 (Th17) Mediate Inflammation and Tissue Damage in Arthritis

Komórki Th17 wydzielają IL-17, która, jak wykazano, bierze udział w chorobach zapalnych i autoimmunologicznych. Podzbiór komórek T Th17 różni się od komórek Th1 i Th2, a różnicowanie komórek Th17 jest indukowane przez jednoczesną ekspozycję na TGF-β i IL-6. Związany z kwasem retinowym sierocy receptor gamma-t (RORγt) jest czynnikiem transkrypcyjnym wymaganym do różnicowania komórek Th17. Wykazano, że IFN-γ, IL-2, IL-4 i IL-27 hamują aktywność komórek Th17, podczas gdy IL-21 i IL-23 są ważne dla ekspansji klonalnej i stabilizacji (utrzymania) komórek Th17. IL-17 została włączona w patogenezę chorób autoimmunologicznych, w tym zapalenia stawów. Obfite ilości IL-17 zostały znalezione w płynie maziowym pacjentów z RZS. Blokada in vivo IL-17 przez rozpuszczalne receptory IL-17 lub przez neutralizujące przeciwciało anty-IL-17 może znacznie złagodzić zapalenie stawów u gryzoni. Ponadto stwierdzono, że myszy z niedoborem IL-17 lub receptora IL-17 są odporne na indukcję CIA.

W poprzedniej sekcji podsumowaliśmy wyniki naszych wcześniejszych badań wykazujących, że zmiana stosunku Th1 do Th2 indukowana przez naturalne produkty roślinne była związana ze zmniejszoną ciężkością AA u szczurów Lewis . W dwóch z tych badań, testowaliśmy również odpowiedź IL-17. Co ważne, karmienie szczurów zieloną herbatą lub HLXL prowadziło do znacznego zmniejszenia odpowiedzi IL-17. W ten sposób równoczesne zmiany w stosunku Th1/Th2 i odpowiedzi IL-17 kulminowały w korzystnej antyartretycznej aktywności zielonej herbaty i HLXL.

9. Chemokines and Adhesion Molecules Orchestrate the Migration of Leukocytes into the Target Organ in Arthritis

Migracja limfocytów, makrofagów i innych komórek z krwi do stawów jest regulowana przez określone interakcje, w których pośredniczą chemokiny i cząsteczki adhezyjne. Chemokiny są chemoatrakcyjnymi cytokinami, które kierują migrację leukocytów ze światła naczyń krwionośnych do docelowego miejsca zapalenia na peryferiach. Na ekspresję chemokin i ich receptorów wpływają cytokiny i inne mediatory zapalenia. Zaburzona ekspresja chemokin i/lub ich receptorów może prowadzić do patologii immunologicznej. Blokowanie lub neutralizacja tych cząsteczek przez antagonistów lub przeciwciała jest badana w leczeniu zapalenia stawów w modelach eksperymentalnych i u pacjentów z RZS. Tak więc badanie poziomu ekspresji różnych chemokin i cząsteczek adhezyjnych oraz blokowanie tych biomolekuł przez odpowiednie odczynniki może służyć jako ważne narzędzie do określenia mechanizmów działania produktów CAM o aktywności przeciwartretycznej.

Wiele produktów ziołowych zostało zgłoszonych do modulacji ekspresji specyficznych chemokin w różnych tkankach , a wiele z tych chemokin są istotne dla handlu leukocytów do stawów w zapaleniu stawów , jak również . W jednym z naszych badań, zgłosiliśmy prostą metodę badania migracji in vivo leukocytów znakowanych radioaktywnie. Wykazaliśmy również wyraźny związek między kinetyką migracji leukocytów przez stawy a podatnością na AA. Radiolabela może być zastąpiona przez barwnik fluorescencyjny w razie potrzeby przyszłego użycia takich testów w badaniach CAM.

10. Concluding Remarks

This paper is focused on cellular and humoral immunological effector mechanisms that mediate the action of a wide variety of herbal CAM for the treatment of experimental autoimmune arthritis. Jednakże, produkty naturalne mogą przyczyniać się do tłumienia procesów zapalnych i artretycznych poprzez zmianę specyficznych molekularnych mediatorów tych szlaków. Na przykład działanie przeciwartretyczne różnych związków (polifenoli herbaty, kwasu bosweliowego, moryny itp.) oczyszczonych z produktów naturalnych przypisano częściowo ich aktywności antyoksydacyjnej i działaniu na czynnik jądrowy-kB (NF-kB), cyklooksygenazę-2 (COX-2), 5-lipoksygenazę (5-LOX) i metaloproteinazy macierzy (MMP) (przegląd w ). Dlatego w przyszłych badaniach nad produktami ziołowymi korzystne byłoby uwzględnienie parametrów badania, które obejmują aspekty patologiczne, immunologiczne, biochemiczne i związane z biologią molekularną procesu chorobowego. Jeśli chodzi o aspekty immunologiczne, mamy nadzieję, że zobaczymy więcej badań CAM zarówno in vitro jak i in vivo nad nowszymi cytokinami (np. oś IL-17/IL-23) i Treg. Ponadto, badania genomiki i proteomiki CAM są reprezentatywne dla kilku nowoczesnych narzędzi badawczych, których inwestycja w badania CAM jest obecnie w toku. To z kolei nie tylko zwiększyłoby głębokość i zakres badań CAM, ale także zapewniłoby interfejs, gdzie CAM i medycyna konwencjonalna mogłyby znaleźć wspólną płaszczyznę dla zrozumienia mechanizmów działania produktów terapeutycznych i ich praktycznego wykorzystania dla ostatecznej korzyści pacjentów. Raczej trudno jest przewidzieć z całą pewnością, które produkty naturalne lub związki mogą okazać się skutecznymi środkami terapeutycznymi dla RZS. Niemniej jednak, na podstawie wyników uzyskanych na zwierzęcych modelach RZS, jak również określenia wielu celów immunologicznych i molekularnych wskazanych produktów ziołowych, uważamy polifenole herbaty, celastrol, tryptolid, kurkuminę, kwasy bosweliowe i HLXL za obiecujących kandydatów do dalszych badań przedklinicznych i klinicznych w RZS.

Podziękowania

Autorzy dziękują Hua Yu, Ying-Hua Yang, i Steva Komeh-Nkrumah za ich pomocną krytykę i sugestie, oraz Siddaraju Nanjundaiah za jego pomoc z drobnym dziełem sztuki. Ta praca była wspierana przez Granty (R01AT004321, P.I.: KDM, i PO1 AT002605, P.I.: BMB) z National Center for Complementary and Alternative Medicine, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA.

.