Yleislääkärin vastaanotolla kohtaama silmäinfektio

Transkriptio

1 Katsaus Kyynelnesteen antimikrobiset proteiinit Valtteri V. Aho, Timo J. Nevalainen ja K. Matti Saari Erilaiset silmän pinnan infektiot, etenkin bakteerien aiheuttamat sidekalvon tulehdukset, ovat yleisimpiä yleislääkärin kohtaamia silmäsairauksia. Normaalisti silmän pinnan moninaiset puolustusmekanismit estävät bakteerien tarttumisen ja kasvun silmän pinnalla. Kyynelneste osallistuu tärkeällä tavalla silmän pinnan puolustusmekanismin ylläpitoon. Se sisältää useita bakteereja tappavia tai niiden kasvua estäviä proteiineja, kuten lysotsyymiä, laktoferriinia, immunoglobuliineja ja defensiinejä. Hiljattain kyynelnesteestä on löytynyt uusi merkittävä antimikrobinen entsyymi fosfolipaasi A 2. Yleislääkärin vastaanotolla kohtaama silmäinfektio on useimmiten äkillinen sidekalvontulehdus, jonka varsin usein aiheuttavat erilaiset bakteerit, kuten Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus pneumoniae ja Haemophilus influenzae (Mannis ja Plotnik 2001). Joskus äkillisen sidekalvotulehduksen aiheuttajana voi olla myös virus, sieni, mekaaninen tai kemiallinen ärsytys, silmän kuivuus, autoimmuunisairaus tai allerginen tila. Sidekalvontulehdusta vaarallisempina infektioina esiintyy sarveiskalvontulehduksia, joista nykyään etenkin Pseudomonas aeruginosan aiheuttama on huomioitava piilolasien käytön mahdollisena komplikaationa (Groos 2001). Kyynelneste muodostaa silmän pinnalle ohuen, nykykäsityksen mukaan noin 40 µm:n paksuisen kyynelkalvon (Prydal ym. 1992). Kyynelkalvolla on useita tärkeitä tehtäviä: muodostaa korkealaatuinen taittava pinta tasoittamalla sarveiskalvon epätasaisuudet, tuoda happea ja ravinteita sarveiskalvon ja sidekalvon epiteelille, huuhtoa kuona-aineita ja roskia silmän pinnalta, suojata silmän pintaa infektioilta, toimia liukasteena luomien ja sidekalvon ja sarveiskalvon välillä sekä edistää sisältämiensä kasvutekijöiden avulla sarveiskalvohaavan paranemista (Records 1991). Kyynelnesteen kyky estää silmäinfektioiden syntyä perustuu mekaanisiin ja immunologisiin tekijöihin. Kyynelneste huuhtoo silmän pintaa mekaanisesti räpytysliikkeen avustuksella poistaen bakteereita ja muuta vierasta materiaalia sarveis- ja sidekalvon pinnalta. Tulehdusreaktio saa aikaan lisääntyneen kyynelehtimisen, joka vielä tehostaa tätä huuhtomisvaikutusta (Records 1991). Silmän pinnan immunologiset puolustusmekanismit ovat hyvin kehittyneet, ja niitä tutkitaan jatkuvasti. Ensimmäiseksi kyynelnesteestä löydetty antimikrobinen entsyymi lysotsyymi kuvattiin jo yli 80 vuotta sitten (Fleming 1922). Tämän jälkeen kyynelnesteestä on löytynyt useita silmän pinnan puolustuskyvylle merkittäviä proteiineja, kuten laktoferriiniä, immunoglobuliineja, defensiinejä ja fosfolipaasi A 2 :ta (FLA2) (Records 1991, Nevalainen ym. 1994, Haynes ym. 1999). Duodecim 2004;120:

2 Lysotsyymi Lysotsyymi on yksi kyynelnesteen merkittävimmistä antimikrobisista aineista (Records 1991). Sen bakteereita tuhoava toiminta perustuu grampositiivisten bakteerien soluseinämän peptidoglykaanikerroksen sidosten pilkkomiseen. Pilkkomisen tuloksena bakteerisolun osmoottinen tasapaino häiriintyy ja bakteeri tuhoutuu. Toisaalta soluseinämän hajoaminen mahdollistaa bakteerin pintarakenteiden sisempiin osiin vaikuttavien entsyymien kuten laktoferriinin ja :n pääsyn toimintapaikoilleen. Gramnegatiivisiin bakteereihin lysotsyymi tehoaa heikosti, sillä entsyymi ei pysty läpäisemään lipopolysakkaridikerrosta, joka peittää näiden bakteerien ulkokalvoa (Mondino ja Pleyer 1991). Lysotsyymiä erittyy sekä pääkyynelrauhasesta että lisäkyynelrauhasista (Nevalainen ym. 1994, Aho ym. 1996). Lysotsyymin pitoisuus terveen ihmisen kyynelnesteessä on lähes 2 mg/ ml (Saari ym. 1983) eli % kyynelnesteen proteiinien kokonaismäärästä (Records 1991). Lysotsyymin pitoisuus on suurimmillaan vuotiailla ja pienenee vuoden iästä lähtien (Saari ym. 1983). Lysotsyymin eritys on riippuvainen vuorokaudenajasta: se on suurimmillaan klo 9:n ja 12:n välillä ja vähenee iltapäivällä (Horwitz ym. 1978). Sukupuolella ei ole todettu olevan vaikutusta kyynelnesteen lysotsyymipitoisuuteen (Saari ym. 1983). Lysotsyymin osuutta eri silmäsairauksissa ei tunneta tarkkaan (Records 1991). Kyynelnesteen lysotsyymipitoisuuden on todettu kuitenkin olevan tavallista pienempi herpes simplexin aiheuttamassa keratiitissa (Eylan ym. 1977, Saari ym. 1983), keratoconjunctivitis siccaa sairastavilla (Van Bijsterveld 1969), savusumun ärsyttäessä silmää ja lasten vakavissa aliravitsemustiloissa (Records 1991). Keratoconjunctivitis siccaa potevilla kyynelnesteen lysotsyymipitoisuuden mittausta voidaan käyttää apuna taudin kliinisessä diagnostiikassa. Laktoferriini Laktoferriini on transferriiniperheeseen kuuluva antimikrobinen proteiini, jota esiintyy useissa ihmiselimistön eritteissä (Masson ym. 1966, Aisen ja Listowsky 1980). Se estää bakteerien kasvua ja lisääntymistä sitomalla bakteerien aineenvaihdunnalle välttämättömiä rautaioneja (Broekhuyse 1974). Lisäksi se vaikuttaa gramnegatiivisten bakteerien solukalvoon, tulehdusreaktion kehittymiseen ja vapaiden happiradikaalien syntyyn (Kuizenga ym. 1987, Ellison ja Giehl 1991). Laktoferriiniä erittyy kyynelnesteeseen samoista pää- ja apukyynelrauhasten soluista kuin lysotsyymiäkin (Gillette ym. 1980). Laktoferriini on yksi kyynelnesteen tärkeimmistä proteiineista, ja sen pitoisuus kyynelnesteessä vaihtelee välillä 1 2 mg/ml (Mc Gill ym. 1984). Entsyymin pitoisuuden on todettu pienenevän iän karttuessa ja erilaisissa kyynelrauhasen sairauksissa, kuten keratoconjunctivitis siccassa (Mc Gill ym. 1984, Seal ym. 1986, Boersma ja van Bijsterveld 1987). Näin ollen myös kyynelnesteen laktoferriinipitoisuuden mittausta voidaan käyttää keratoconjuntivitis siccan diagnostiikassa (Boersma ja van Bijsterveld 1987). Fosfolipaasi A 2 Solukalvot myös bakteerien koostuvat suurimmaksi osaksi fosfolipideistä, joiden aineenvaihduntaan fosfolipaasit ovat hyvin tarpeellisia. Näistä parhaiten tunnettu on fosfolipaasi A2 ( ), joka katalysoi fosfolipidien keskimmäisen esterisidoksen pilkkoutumista muodostaen lysofosfolipidiä ja vapaata rasvahappoa, kuten arakidonihappoa. :t voidaan jakaa ryhmiin niiden molekyylirakenteen ja toiminnan perusteella (Capper ja Marshall 2001). Ryhmän IIA on seerumissa ja elimistön muissa nesteissä esiintyvä akuutin vaiheen proteiini, jolla on sekä bakteereita tappavia että tulehdusreaktiota voimistavia vaikutuksia. Tämän entsyymin bakteereita tuhoava toiminta perustuu siihen, että bakteerien solukalvoilla olevat fosfolipidit pilkkoutuvat (Koduri ym. 2002). Ihmiselimistön omien solujen rakenteisiin tämä entsyymi tehoaa hyvin heikosti (Capper ja Marshall 2001). Ryhmän IIA on antimikrobisilta ominaisuuksiltaan kaikkein tehokkain (Koduri ym. 2002). Seerumin bakteerien tapon akuutissa vaiheessa onkin todettu johtu V. V. Aho, ym.

3 van ihmisellä lähes pelkästään ryhmän IIA :sta (Grönroos ym. 2002). Vajaat kymmenen vuotta sitten kyynelnesteen ja kyynelrauhasen havaittiin sisältävän ryhmän IIA :ta (Nevalainen ym. 1994). Entsyymin todettiin erittyvän kyynelnesteeseen pää- ja apukyynelrauhasista kuten lysotsyymin ja laktoferriininkin. :ta muodostuu kuitenkin vain rauhasrakkuloiden sisimmissä osissa ja vähemmän kuin lysotsyymiä (Aho ym. 1996). Ryhmän IIA :n pitoisuus kyynelnesteessä on suurimpia ihmiselimistöstä mitatuista. Suomen aikuisväestössä (yli 19-vuotiaat) iän- ja sukupuolen mukaan vakioitu :n keskipitoisuus terveillä on 55 µg/ml, eikä sukupuolten välillä ole eroa. Terveillä kyynelnesteen -pitoisuus on suurimmillaan vuoden iässä, ja se pienenee tämän jälkeen tasaisesti yli 70-vuoden ikään (kuva) (Saari ym. 2001). Pehmeiden piilolasien käyttäjillä on todettu pienentyneitä kyynelnesteen -pitoisuuksia neljän ja kahdeksan tunnin kuluttua piilolasien asettamisesta silmään (Aho ym. 2003). Harmaakaihella tai avokulmaglaukoomalla ei ole vaikutusta kyynelnesteen -pitoisuuteen (Aho ym. 2002a). Keratoconjunctivitis siccaa potevilla kyynelnesteen -pitoisuus sen sijaan on huomattavasti suurempi kuin terveillä verrokeilla (Aho ym. 2002b). Pitoisuus (µg/ml) Ikäryhmä (v) Kuva. Sukupuolen mukaan vakioitu ryhmän IIA fosfolipaasi A 2 :n pitoisuus suomalaisen aikuisväestön kyynelnesteessä eri ikäryhmissä (Saari ym. 2001). Kyynelnesteessä on kaikkien luokkien immunoglobuliineja (McCellan ym. 1973, Saari ym. 1985). Puolustuskyvyn kannalta tärkein immunoglobuliini on IgA (McCellan ym. 1973). Kyynelnesteessä se on liittynyt sekretoriseen komponenttiin muodostaen sekretorisen IgA:n (siga) (Records 1991). Sitä muodostuu kyynelrauhasissa ja sidekalvolla. siga toimii spesifisenä vas- Muut silmän pinnan puolustuskyvyn kannalta merkittävät kyynelnesteen antimikrobiset proteiinit Kyynelneste sisältää myös muita proteiineja, jotka estävät bakteerien kasvua tai tuhoavat niitä. Defensiinit ovat synnynnäiseen immuniteettiin kuuluvia peptidejä, jotka nopeuttavat haavan paranemista. Ne pystyvät tuhoamaan gramnegatiivisia ja grampositiivisia bakteereita, sieniä ja viruksia. Ihmisen kyynelnesteen on osoitettu sisältävän näitä peptidejä (Haynes ym. 1999, Paulsen ym. 2001). YDINASIAT Kyynelneste osallistuu tärkeällä tavalla silmän pinnan puolustusmekanismin ylläpitoon. Kyynelneste sisältää useita bakteereja tappavia tai niiden kasvua estäviä proteiineja, kuten fosfolipaasi A 2 :ta ( ), lysotsyymiä, laktoferriinia, immunoglobuliineja ja defensiinejä. Nykykäsityksen mukaan on lysotsyymin ohella kyynelnesteen merkittävin grampositiivisia bakteereita tuhoava entsyymi. Useat tekijät kuten ikääntyminen ja piilolasien käyttö heikentävät silmän pinnan puolustuskykyä vähentämällä kyynelnesteen antimikrobisten proteiinien määrää. Kyynelnesteen antimikrobiset proteiinit 1571

4 ta-aineena bakteerien antigeeneille, viruksille ja toksiineille. Kyynelnesteessä toimivat myös komplementtijärjestelmä (Mondino ja Pleyer 1991), amylaasi, sytokiinit, tryptaasi, plasmiini ja eräät kasvutekijät (van Setten ym. 1990, Kijlstra ja Kuizenga 1994, Cook ym. 2001). Lopuksi Tietämys kyynelnesteen merkityksestä silmän pinnallisten infektioiden ehkäisijänä on lisääntynyt viime vuosina huomattavasti. Jo vuonna 1972 kyynelnesteen antibakteerisen kyvyn todettiin olevan 200-kertainen pelkän lysotsyymin tehoon verrattuna (Friedland ym. 1972). Tämän jälkeen uusia antibakteerisia proteiineja on löydetty yksi toisensa jälkeen. Lysotsyymiä on aina viime vuosiin saakka pidetty kyynelnesteen merkittävimpänä antimikrobisena entsyyminä. :n antimikrobisen tehon on kuitenkin todettu olevan huomattavasti suurempi (Qu ja Lehrer 1998). :ta voidaankin pitää lysotsyymin ohella kyynelnesteen merkittävimpänä antimikrobisena entsyyminä. On kuitenkin syytä pitää mielessä, että lysotsyymi ja eivät tuhoa gramnegatiivisia bakteereita, joilla on lipopolysakkaridikerros estämässä näiden entsyymien pääsyä vaikutuspaikalle. Suurin osa silmän pinnan patogeeneista on grampositiivisia, mutta etenkin piilolasien käyttäjillä myös gramnegatiivisten bakteerien kuten Pseudomonas aeruginosan aiheuttamat infektiot ovat melko yleisiä. Kyynelnesteen proteiineista laktoferriinin ja defensiinien on todettu tehoavan myös gramnegatiivisiin bakteereihin (Ellison ja Giehl 1991, Haynes ym. 1999, Paulsen ym. 2001). Iän myötä kyynelnesteen eritys vähenee ja ennen kaikkea kyynelnesteen antimikrobisten proteiinien, kuten :n (Saari ym. 2001), lysotsyymin (Saari ym. 1983), laktoferriinin sekä IgA:n (Mc Gill ym. 1984) pitoisuudet pienenevät. Näiden muutosten voisi ajatella altistavan silmän pinnan erilaisille infektioille. Piilolasien käyttäjillä :n ja siga:n pitoisuuksien on todettu pienenevän piilolasien käytön yhteydessä (Stapleton ym. 1998, Aho ym. 2003). On kuitenkin huomattava, että edellä mainituissa tutkimuksissa piilolasien käyttäjillä ja vanhimmillakin terveillä henkilöillä havaitut kyynelnesteen antimikrobisten proteiinien pitoisuudet ylittivät moninkertaisesti ne pitoisuudet, jotka ovat tarpeen sidekalvolla esiintyvien tavanomaisten bakteerien tuhoamisessa (Qu ja Lehrer 1998). Keratoconjuntivitis siccaa sairastavilla kuivasilmäisillä potilailla ryhmän IIA :n pitoisuudet kyynelnesteessä ovat huomattavasti suurentuneet (Aho ym. 2002b), kun taas lysotsyymin ja laktoferriinin pitoisuudet ovat pienentyneet (Van Bijsterveld 1969, Mc Gill ym. 1984, Seal ym. 1986, Boersma ja van Bijsterveld 1987). Ilmeisesti taudissa tapahtuva kyynelrauhasen degeneraatio ei ulotu rauhasrakkuloiden keskiosiin, jossa :ta tuottavat solut lähinnä sijaitsevat (Aho ym. 1996). Toisaalta -pitoisuuksien on todettu olevan suurentuneita tulehduksellisissa tiloissa, ja kyynelrauhasen tulehdusreaktio keratoconjunctivitis siccassa saattaakin osittain selittää nämä suuret pitoisuudet. näyttäisi korvaavan kyynelnesteen pienentyneistä laktoferriini- ja lysotsyymipitoisuuksista johtuvan puutteellisen antibakteerisen tehon keratoconjuntivitis siccassa. Erään tutkimuksen mukaan tätä tautia potevien silmän pinnalla ei kasva tavallista runsaampaa tai erilaista bakteeriflooraa terveisiin verrattuna (Seal ym. 1986). Kyynelnesteen antimikrobisten entsyymien määritys antaa arvokasta lisätietoa silmän pinnan puolustuskyvystä, tulehdusreaktiosta ja kyynelrauhasen tilasta. Määritysmenetelmät eivät ole maassamme vielä kliinisessä käytössä, mutta menetelmien edelleen kehittyessä mittaus voi tuoda lisätietoa erilaisia ulkoisia silmäsairauksia diagnosoitaessa. Toisaalta lisääntyvä tieto kyynelnesteen antimikrobisista proteiineista suo mahdollisuuden uusien lääkeaineiden kehittämisen ulkoisten silmätulehdusten hoitoon. Kirjallisuutta Aho HJ, Saari KM, Kallajoki M, Nevalainen TJ. Synthesis of group II phospholipase A2 and lysozyme in lacrimal glands. Inv Ophthalmol Vis Sci 1996;37: Aho VV, Nevalainen TJ, Paavilainen V, Saari KM. Group II phospholipase A2 content of tears in patients with senile cataract and primary open-angle glaucoma. Eur J Ophthalmol 2002(a);12: V. V. Aho, ym.

5 Aho VV, Paavilainen V, Nevalainen TJ, Peuravuori H, Saari KM. Diurnal variation in group IIA phospholipase A2 content in tears of contact lens wearers and normal controls. Graefe s Arch Clin Exp Ophthalmol 2003;241:85 8. Aho VV, Nevalainen TJ, Saari KM. Group IIA phospholipase A2 content of tears in patients with keratoconjunctivitis sicca. Graefe s Arch Clin Exp Ophthalmol 2002(b);240: Aisen P, Listowsky I. Iron transport and storage proteins. Ann Rev Biochem 1980; Boersma M, van Bijsterveld P. The lactoferrin test for the diagnosis of keratoconjunctivitis sicca in clinical practice. Ann Ophthalmol 1987;19: Broekhuyse RM. Tear lactoferrin: a bacteriostatic and complexing protein. Inv Ophthalmol Vis Sci 1974;13: Capper EA, Marshall LA. Mammalian phospholipases A2: mediators of inflammation, proliferation and apoptosis. Progr Lipid Res 2001; 40: Cook EB, Stahl JL, Lowe L, ym. Simultaneous measurement of six cytokines in a single sample of human tears using microparticle-based flow cytometry: allergics vs. non-allergics. J Immunol Methods 2001;254: Ellison RT, Giehl TJ. Killing of gram-negative bacteria by lactoferrin and lysozyme. J Clin Invest 1991;88: Eylan E, Ronen D, Romano A, Smetana O. Lysozyme tear level in patients with herpes simplex virus eye infection. Inv Ophthalmol Vis Sci 1977;16: Fleming A. On a remarkable bacteriolytic element found in tissues and secretions. Proc R Soc Ser B 1922;93: Friedland BR, Anderson DR, Forster RK. Non-lysozyme antibacterial factor in human tears. Am J Ophthalmol 1972;74:52 9. Gillette TE, Allansmith MD, Greiner JV, Janusz MA. Histologic and immunohistologic comparison of main and accessory lacrimal gland tissue. Am J Ophthalmol 1980;89: Groos EB. Complications of contact lenses. Kirjassa: Tasman W, Jaeger EA, toim. Duane s foundations of clinical ophthalmology. 4. painos. Philadelphia: JB Lippincott, Grönroos JO, Laine VJ, Nevalainen TJ. Bactericidal group IIA phospholipase A2 in serum of patients with bacterial infections. J Infect Dis 2002;185: Haynes RJ, Tighe PJ, Harminder SD. Antimicrobial defensin peptides of the human ocular surface. Br J Ophthalmol 1999;83: Horwitz BL, Christensen GR, Ritzmann SR. Diurnal profiles of tear lysozyme and gamma A globulin. Ann Ophthalmol 1978;10: Kijlstra A, Kuizenga A. Analysis and function of the human tear proteins. Adv Exp Biol Med 1994;350: Koduri RS, Grönroos JO, Laine VJO, ym. Bactericidal properties of human and murine groups I, II, V, X, and XII secreted phospholipases A2. J Biol Chem 2002;8: Kuizenga A, van Haeringen NJ, Kijlstra A. Inhibition of hydroxyl radicals by human tears. Inv Ophtalmol Vis Sci 1987;28: Mannis JM, Plotnik RD. Bacterial conjunctivitis. Kirjassa: Tasman W, Jaeger EA, toim. Duane s foundations of clinical ophthalmology. 4. painos. Philadelphia: JB Lippincott, Masson PL, Heremans JF, Dive C. An iron binding protein common to many external secretions. Clin Chim Acta 1966;14:735. McClellan BH, Whitney CR, Newman LP, Allansmith MR. Immunoglobulins in tears. Am J Ophthalmol 1973;76: Mc Gill JI, Liakos GM, Goulding N, Seal DV. Normal tear protein profiles and age-related changes. Br J Ophthalmol 1984;68: Mondino BJ, Pleyer U. Host defense against bacterial and fungal disease. Kirjassa: Tasman W, Jaeger EA, toim. Duane s Foundations of clinical ophthalmology. 2. painos. Philadelphia: JB Lippincott, 1991, s Nevalainen TJ, Aho HJ, Peuravuori H. Secretion of group 2 phospholipase A2 by lacrimal glands. Invest Ophthalmol Vis Sci 1994;32: Paulsen FP, Pufe T, Schaudig U, ym. Detection of natural peptide antibiotics in human nasolacrimal ducts. Invest Ophthalmol Vis Sci 2001:42: Prydal JJ, Artal P, Woon H, Campbell FW. Study of human precornal tear film thickness and structure by interferometry. Invest Ophthalmol Vis Sci 1992;33: Qu X-D, Lehrer RJ. Secretory phospholipase A2 is the principal bactericide for staphylococci and other gram-positive bacteria in human tears. Infect Immun 1998;66: Records RE. The tear film. Kirjassa: Tasman W, Jaeger EA, toim. Duane s foundations of clinical ophthalmology. 2. painos. Philadelphia: JB Lippncott, 1991, s Saari KM, Aho VV, Paavilainen V, Nevalainen TJ. Group II phospholipase A2 content of tears in normal subjects. Invest Ophthalmol Vis Sci 2001;42: Saari KM, Aine E, Parviainen MT. Determination of protein content in ocular fluids by high-performance gel filtration chromatography. Kirjassa: O Connor GR, Chandler JW, toim. Advances in immunology and immunopathology of the eye. New York: Masson, 1985, s Saari KM, Aine E, Posz A, Klockars M. Lysozyme content of tears in normal subjects and in patients with external eye infections. Graefe s Arch Clin Exp Ophthalmol 1983;221:86 8. Seal DV, McGill JI, Mackie IA, Liakos GM, Jacobs P, Goulding NJ. Bacteriology and tear protein profiles of the dry eye. Br J Ophthalmol 1986;70: Stapleton F, Willcox P, Morris CA, Sweeney DF. Tear changes in contact lens wearers following overnight eye closure. Curr Eye Res 1998; 2: Van Bijsterveld OP. Diagnostic tests in the sicca syndrome. Arch Ophthalmol 1969;82:10 4. Van Setten GB, Tervo T, Andersson R, Perheentupa J, Tarkkanen A. Plasmin and epidermal growth factor in the tear fluid of contact-lens wearers: effect of wearing different types of contact lenses and association with clinical findings. Ophthalmic Res 1990;22: VALTTERI V. AHO, LL, tutkija vaviah@utu.fi K. MARTTI SAARI, professori Turun yliopiston silmätautien klinikka TIMO J. NEVALAINEN, emeritusprofessori Turun yliopiston kliinis-teoreettinen laitos, patologia Kiinamyllynkatu Turku Kyynelnesteen antimikrobiset proteiinit 1573