Pavol Iványi a záhada Bechtěrevovy nemoci

Lidské leukocytární antigeny (HLA, human leukocyte antigen) jsou proteiny na povrchu mnoha různých buněk. ¹⁾ Tam si je „prohlížejí“ T-lymfocyty, a jakmile mezi nimi objeví něco nepatřičného, zničí to (viz Vesmír 83, 134, 2004/3). Každá buňka našeho těla neustále vytváří a zase odbourává tisíce různých proteinů a T-lymfocyty dávají pozor, jak se buňkám daří – zda nejsou napadené viry, poškozené stresem nebo pozměněné nádorovým bujením. Lidské T-lymfocyty to poznají pomocí molekul leukocytárních antigenů I. třídy, které máme na povrchu buněk ve třech různých typech (A, B, C) ²⁾ a každá se skládá ze dvou podjednotek (řetězec alfa a beta2-mikroglobulin). Podjednotky alfa (nazývané „těžké“) mají schopnost vázat malé fragmenty jiných proteinů (peptidy), dlouhé obvykle 9 aminokyselin. Tato vazba je do značné míry „promiskuitní“ – určitá molekula může vázat mnoho různých peptidů, které musí splňovat jen málo podmínek (třeba mít na druhé a osmé pozici pokud možno určitou aminokyselinu). Každá buňka má tedy na povrchu několik tisíc až set tisíc molekul lidských leukocytárních antigenů, a každá taková molekula má na sobě navázaný jeden peptidový fragment nějakého proteinu, který buňka vyrábí a zase ničí.

Účinný bezpečnostní systém

Na povrchu všech našich buněk je tak prostřednictvím molekul lidských leukocytárních antigenů všech tří druhů vystavena pestrá galerie vzorků normálních buněčných proteinů. Jestliže je buňka infikována virem, objeví se mezi vzorky i ty, které pocházejí z virových proteinů. Pokud si pak některý T-lymfocyt všimne, že je na buněčném povrchu komplex lidských leukocytárních antigenů a virového peptidu, infikovanou buňku zabije, aby se nemohla stát zdrojem další nákazy. Smyslem tohoto zařízení je, aby se imunitní systém dověděl i o abnormalitách uvnitř buňky. Účinnost hlídacího systému je zvýšena tím, že se molekuly lidských leukocytárních antigenů (resp. jejich podjednotky alfa) vyskytují dědičně ve stovkách mírně odlišných forem. Navzájem se liší spektrem peptidů, které jsou schopny se vázat. ³⁾ Většina z nás má tak na svých buňkách jednu variantu lidských leukocytárních antigenů A zděděnou po otci, druhou zděděnou po matce. Totéž platí o leukocytárních antigenech B a C. Tím je zajištěno, aby se na povrchu buněk objevilo co nejvíce různých peptidových fragmentů, což je obzvláště výhodné při nitrobuněčné infekci. Těžko se může stát, že by nějaký rafinovaný virus dokázal dělat jen takové proteiny, z nichž by vznikaly peptidy, které by se u některého člověka nedokázaly vázat na žádné molekuly lidských leukocytárních antigenů. Ale i kdyby k tomu došlo, ostatní jedinci v populaci mají zase úplně jiné sestavy forem leukocytárních antigenů, takže je téměř jisté, že imunitní systém virovou infekci rozezná a většina lidí infekci nepodlehne. ⁴⁾

Poruchy tvorby a funkce lidských leukocytárních antigenů

Molekuly leukocytárních antigenů jsou pro funkci imunitního systému nezbytné. Pacienti s vrozenou poruchou tvorby těchto molekul nejsou schopni přežít, protože trpí neustálými těžkými infekcemi. Naštěstí jsou takové genetické poruchy vzácné. Různé formy těchto molekul nebo jejich kombinace poskytují svým nositelům lepší nebo horší ochranu proti určitým onemocněním.

Nejvýraznější příklad spojení choroby s určitou formou molekuly leukocytárního antigenu byl popsán před více než 30 lety. Tehdy hned dvě nezávislé výzkumné skupiny zjistily, že téměř všichni pacienti trpící chronickým kloubním zánětlivým onemocněním zvaným ankylozující spondylartritida neboli Bechtěrevova nemoc ⁵⁾ mají mezi svými molekulami formu zvanou B27. Později bylo zjištěno, že i další chronická zánětlivá onemocnění jsou spojována s toutéž formou leukocytárních antigenů. To samozřejmě neznamená, že by každý, kdo má na svých buňkách molekuly B27, trpěl zánětlivými chorobami. Tato forma leukocytárních antigenů patří mezi nejhojnější; vyskytuje se u 5–10 % lidi (rozdílně podle etnického původu). Nicméně je pravda, že ten, kdo má molekuly B27, je Bechtěrevovou nemocí ohrožen zhruba stokrát více než ostatní.

Hypotézy o příčinách Bechtěrevovy nemoci

Ačkoli je souvislost mezi formou B27 a chronickými zánětlivými onemocněními známá už tak dlouho, mechanizmus této „vazby“ dosud znám není. Už to, že ve skutečnosti onemocní jen malé procento jedinců, kteří mají tento rizikový gen, ukazuje, že k propuknutí choroby jsou potřeba další faktory. Za třicet let se shromáždilo množství údajů o zvláštnostech molekul B27, které by s vyvoláním onemocnění mohly souviset. Předpokládá se, že všechna tato onemocnění patří mezi autoimunitní choroby (i když ani to není jisté). Hypotéz o příčinách takových zánětlivých nemocí je mnoho:

• Antigenní mimikry. Při některých infekčních onemocněních mohou vznikat komplexy mikrobiálních peptidů s molekulami leukocytárních antigenů, které jsou do určité míry podobné některým komplexům „normálních“ buněčných peptidů. T-lymfocyty, které se vypořádají s infekcí, pak „omylem“ napadají i vlastní buňky, jež mají tu smůlu, že nesou podobné komplexy. Cenou za imunitní potlačení téměř každé nemoci bývá určité poškození infikovaných tkání. Většinou je jen malé, ale někdy se změní v chronický problém. Skutečně bylo zjištěno, že některé peptidy z proteinů bakterií (rodů Yersinia, Salmonella, Chlamydia aj.), které jsou schopny vazby na B27, jsou dost podobné normálním lidským buněčným peptidům, a tedy by mohly vyvolávat autoimunitní poškození.
• Molekula se silnými účinky. Jedna z hypotéz říká, že B27 je z nějakého důvodu mimořádně účinná „obranářka“, a tak jsou intenzivnější i její nežádoucí vedlejší účinky, spojené s vyvoláním autoimunitních reakcí. Přítomnost této molekuly má skutečně ochranný účinek například při infekci virem HIV.
• Superantigen. Tak se označují některé mikrobiální proteiny, jež jsou schopny vazby na určité molekuly leukocytárních antigenů a druhým koncem molekuly se vážou na receptory T-lymfocytů (a tím je aktivují). Pokud by tedy nějaký mikroorganizmus produkoval superantigen více či méně specifický pro B27, mohl by aktivovat spoustu T-lymfocytů a vyvolávat zánět.
• Poškozená B27 jako zdroj abnormality. Značná pozornost byla věnována možnosti, že variabilní část molekuly B27 je při poškození stresem či infekcí sama zdrojem abnormálních peptidových fragmentů, které se vážou na jiné molekuly B27, a tyto komplexy pak stimulují prozánětlivé autoreaktivní T-lymfocyty.
• Specifické inhibiční receptory. V případě B27 by mohlo být něco v nepořádku s inhibičními receptory. Na povrchu bílých krvinek se totiž nachází několik různých receptorových molekul, na které se při kontaktu s jinými buňkami vážou molekuly leukocytárních antigenů I. třídy. Výsledkem je tlumivý signál, který se stará o to, aby se různé druhy imunitních buněk neaktivovaly příliš snadno a nevyvolávaly třeba autoimunitní onemocnění. Tyto specifické inhibiční receptory jsou nejlépe prozkoumány u přirozených zabíječů (lymfocytů napadajících virově infikované a nádorové buňky), ale jsou i na povrchu ostatních bílých krvinek. Skutečně se zdá, že komplexy B27 při určitém seskupení peptidů reagují s inhibičními receptory špatně. To by mohlo způsobovat přehnané reakce T-lymfocytů a NK-buněk a vyvolávat záněty.
• Receptory pro nitrobuněčné parazity. Molekuly B27 by mohly sloužit jako „receptory“ pro některé nitrobuněčné parazity (viry nebo bakterie), které na ně nasednou, proniknou do buňky, a pak vyvolají chronickou zánětlivou imunitní reakci. Existuje také zpráva, že přítomnost molekul B27 neznámým způsobem zlepšuje možnost přežívání nitrobuněčných bakterií (např. Salmonella enteriditis).
• Spolčení genu kódujícího B27 s neznámým viníkem. Uvažovalo se i o tom, že by gen kódující B27 mohl být v těsné vazbě s úplně jiným polymorfním genem, skutečným viníkem onemocnění. Není to ale pravděpodobné, protože i transgenní potkani, u nichž bylo docíleno umělé exprese lidské molekuly B27, začali trpět chronickým zánětlivým onemocněním kloubů, nápadně připomínajícím Bechtěrevovu nemoc. Zajímavé je, že onemocněla pouze zvířata s normální střevní bakteriální flórou (jestliže se přirozené kolonizaci střevního traktu zabránilo, nemoc nepropukla). Zdá se tedy, že za onemocnění je odpovědný skutečně gen kódující molekuly B27 a že nějakou důležitou úlohu hrají bakteriální produkty.

Skutečná příčina zatím uniká

Začaly se studovat strukturní zvláštnosti molekul B27 – a našly se. Ukázalo se, že na rozdíl od většiny jiných molekul lidských leukocytárních antigenů I. třídy existuje mezi B27 větší množství „prázdných“ molekul (neobsazených žádným peptidem). Ty pak mohou na buněčném povrchu zachycovat peptidy produkované mimo buňku a popřípadě tím zmást T-lymfocyty.

Jiná skupina badatelů ukázala, že B27 snadno vytváří neobvyklé dimery podjednotek alfa, které také mohou být rozeznávány T-lymfocyty jako cizorodé struktury a vyvolávat chronický zánět. Nedávno se objevila zajímavá práce ukazující, že některé buňky mohou za určitých okolností vytvářet alfa-řetězce molekul B27, které se pak nestačí správně poskládat do normálního stabilního tvaru a tvoří agregáty. Jejich přítomnost způsobuje poruchy chování buněk, které vedou k zánětlivé reakci. Podle další skupiny mohou naopak molekuly B27 v místě zánětu ztrácet podjednotky beta (beta2-mikroglobulin), z nichž se tvoří agregáty.

Skupina Pavla Iványiho ve spolupráci s naší laboratoří v Ústavu molekulární genetiky AV ČR ukázala, že část molekul B27 váže (na rozdíl od jiných molekul lidských leukocytárních antigenů) beta2-mikroglobin neobvykle pevně. Stabilita těchto komplexů byla podobná jako u molekul leukocytárních antigenů II. třídy, což by mohlo umožňovat také vazbu peptidů, které se jinak vážou jen na leukocytární antigeny II. třídy. A takové komplexy molekul B27 s nepatřičnými peptidy by mohly být pro T-lymfocyty podezřelé, a tím vyvolávat autoimunitní reakce.

Už existence množství hypotéz prozrazuje, že skutečná příčina badatelům stále ještě uniká.

Na co přišel Pavol Iványi

Dlouho se Pavol Iványi snažil ověřit možnost, že peptidy, které jsou navázány na molekuly B27 u zdravých lidí, jsou jiné než u lidí nemocných Bechtěrevovou chorobou. Kdyby se tento rozdíl našel, mohl by to být klíč k odhalení pravé příčiny chorob spojených s B27. To se ale snáze řekne než udělá. Můžeme izolovat množství komplexů B27 s peptidy z nějaké buněčné linie pěstované ve velkém v laboratoři a analyzovat navázané peptidy. Pokud ale jsme odkázáni na izolaci z poměrně malého množství krve z pacientů a zdravých kontrol, narazíme na technické problémy jak spolehlivě analyzovat nepatrná množství velmi složitých směsí peptidů. Pavol Iványi v posledních letech zorganizoval mezinárodní spolupráci, ⁶⁾ která se tímto obtížným problémem zabývala systematicky. Z práce, jež z toho vzešla a nedávno byla zaslána k publikaci, vyplývá, že se peptidy izolované z krve pacientů v jednom významném parametru opravdu liší od peptidů ze zdravých kontrol. Je tedy možné, že se přece jen otevírá cesta k vyřešení starého závažného problému.