Immunologia Luontainen immuniteetti puolustuksen eturintamassa Seppo Meri Luontaisen immuniteetin järjestelmät torjuvat nopeasti ja tehokkaasti mikrobeja ja muita kehoon tulleita tai kertyneitä tarpeettomia aineksia. Järjestelmät toimivat tilanteissa, joissa antigeeneja spesifisesti tunnistavia vasta-aineita tai T-soluja ei ole ehtinyt muodostua, ja myös tilanteissa, joissa adaptiivinen immuniteetti tarvitsee tehostemekanismeja tunnistamiensa rakenteiden pois siivoamiseen. Luontainen immuniteetti käyttää kohteiden karkeaan tunnistukseen hahmontunnistusmolekyylejä, esimerkiksi kollektiineja sekä»scavenger»- ja»toll»-reseptoreita. Usein tunnistus johtaa signalointiin fagosyyteissä tai dendriittisoluissa, jotka tuhoavat mikrobin ja voivat käynnistää spesifisen immuunivasteen. Häiriöt kehon puhtaanapitotoiminnoissa ovat osallisena monissa taudeissa ja yksittäisissä syndroomissa. Esimerkiksi LED:hen liittyy vajavainen kyky eliminoida kromatiinia ja apoptoottisten solujen riekaleita. On todennäköistä, että tutkimuksen edetessä löytyy uusia yhteyksiä tunnistusjärjestelmien puutosten ja lisääntyneen tautialttiuden (infektiot, kertymätaudit) kanssa. Vuonna 1882 Robert Koch havaitsi koleran aiheuttajaksi pilkun muotoiseksi värjäytyvän basillin. Kaikkia löytö ei heti vakuuttanut, ei varsinkaan vanhaa professori Pettenkoferia (De Kruif 1927). Pettenkofer nielaisi uhmamielisyyttään putkellisen Kochin Intiasta tuomia kolerabasilleja ja murahti partaansa:»katsotaan nyt, sairastunko minä koleraan.» Mihin Pettenkofer perusti uhkarohkeutensa?»eivät basillit tauteja aiheuta, tärkeämpää on kunkin yksilön dispositsioni», oli hänen argumenttinsa. Se kuinka Pettenkoferin kävi, selviää tuonnempana. Vaikka Pettenkoferin teko perustui enemmän hänen ylimielisyyteensä kuin tietoon, ansaitsee tämä»dispositsioni» hieman pohdintaa. Mihin perustuu kykymme vastustaa mikrobeja, ja mitä uutta siitä on saatu viime aikoina selville? Suurimman osan infektioista torjuu luontainen (luonnollinen) immuniteetti (innate immunity), joksi kutsutaan kaikkia niitä mekanismeja, jotka huolehtivat mikrobien torjunnasta ja kehon»puhtaanapidosta» ilman, että siihen tarvittaisiin geenien uudelleenjärjestelyjä. Ulkopuolelle jää näin ollen T- ja B-soluvälitteinen spesifinen (adaptiivinen) immuniteetti, jonka piirteitä ovat kohderakenteiden tarkka tunnistuskyky ja immunologinen muisti. Luontaisen immuniteetin osia ovat kudosten yleispuolustusmekanismien (happamuus, entsyymit, värekarvat) ohella fagosyytit (makrofagit, neutrofiilit, eosinofiilit), luonnolliset tappajasolut (NK-solut), syöttösolut, komplementti, alfa- ja beetainterferonit sekä suuri joukko erilaisia tunnistusreseptoreja ja niiden käynnistämiä mekanismeja (kuva 1). Luontainen immuniteetti torjuu suurimman osan uhkaavista infektioista heti niiden alkuvaiheissa. Se pyrkii estämään mikrobien pääsyn niille kuulumattomiin paikkoihin. Sen muina tehtävinä on valikoida ja tarjota antigeeneja adaptiivisen järjestelmän prosessoitaviksi sekä toimia efektorimekanismina siinä vaiheessa, kun adaptiivinen vaste on kehittynyt. Duodecim 2003;119:749 56 749
Neutrofiilit Eosinofiilit Syöttösolut NK-solut Makrofagit TLR TLR Debris Mikrobit Säikeet Lisäksi Komplementti (C1q, C3) Pentraksiinit (CRP) Kollektiinit (MBL) Surfaktanttiproteiinit Sytokiinit Kemokiinit Interferonit Defensiinit Lipidimediaattorit -prostaglandiinit -leukotrieenit Dendriittisolut Antigeenin esittely T-soluille Luonnolliset vasta-aineet CD5 + B-solut Yleispuolustusmekanismit Anatomiset esteet (iho, limakalvot) Ihon, limakalvon ja rauhasten eritteet Värekarvojen liike, nestevirtaukset Matala ph (mahalaukku, vagina) Entsyymit (lysotsyymi), detergentit (sappihapot) Kuva 1. Luontaisen immuniteetin osatekijät. Luontaisen immuniteetin kohteet (keskellä) ja luontaisen immuniteetin osat (keltaisella). Elääkseen pitkään ihmisen tulee kyetä uudistumaan tunnistamalla ja poistamalla käyttökelvottomiksi käyneet solut ja rakenteet. Kuolleesta aineksesta tulee päästä eroon säilyttäen kudosten kehysrakenteet. Nekroottiset kudosalueet ja apoptoottiset solut pitää tunnistaa, rajata ja poistaa. Näin ollen kyseessä on jatkuva homeostaattinen prosessi, jolla on oma perustoimintatapansa. Puhdistuksesta ovat päävastuussa kudosten monitoimisolut makrofagit, jotka tunnistinmolekyylien avustamina poistavat vierasta ja vaurioitunutta materiaalia. Vaaran uhatessa paikallisesti tai koko kehossa on luontaisen immuniteetin järjestelmien oltava valmiita tunnistamaan uhkan laatu ja reagoimaan sen mukaisesti. Kohteiden tunnistus Tavoista tunnistaa erilaisia uhkaajia ja reaktioista niihin on viime vuosina saatu paljon mielenkiintoista uutta tietoa. Nämä vasta nyt löydetyt tunnistusjärjestelmät ovatkin säilyneet erittäin hyvin evoluutiossa. Ne löydettiin ensin banaanikärpäsestä, ja sittemmin niiden havaittiin toimivan lähes kaikissa monisoluisissa organismeissa selkärankaisissa ja selkärangattomissa eläimissä ja myös kasveissa. Selkärangattomilla eläimillä ja kasveilla luontainen immuniteetti on ainoa immuniteetin muoto etuineen ja haittoineen. Etuihin kuuluu se, ettei kehity lymfosyyttien aiheuttamia autoimmuunitauteja, allergioita eikä kudoshyljintäreaktioita. Madot eivät sairastu diabetekseen, ja kaneliomenapuuhun voidaan istuttaa vaikkapa valkean kuulaan oksa. Nämä uudet solupintojen reseptorit esimerkiksi lipopolysakkarideille (LPS) ja peptidoglykaanille, jotka ovat bakteerien tavallisimpia pintarakennekomponentteja, löytyivät yllättävällä tavalla. Hiiriltä, jotka eivät reagoineet normaalisti LPS:ään, havaittiin geenipuutos (Poltorak ym. 1998). Aiemmin oli havaittu, että tämä geeni puuttuu banaanikärpäsmutanteilta, joiden dorsoventraalinen rakenne oli häiriintynyt (vatsapuolta oli normaalia enemmän) (Anderson ym. 1985). Geeni ja sen koodittama proteiini saivat nimensä saksalaistutkijan huudahdettua 750 S. Meri
Taulukko. Toll-perheen hahmontunnistusreseptoreja ja niiden ligandeja. Reseptori TLR2 1 TLR3 TLR4 TLR5 TLR9 Ligandit Peptidoglykaani, tsymosaani (hiivat), glykofosfoinositolilipidit, bakteerien lipoproteiinit, lipopolysakkaridit Kaksoiskierteinen RNA (eräät RNA-virukset) Lipopolysakkaridit, lipoteikkohappo, lämpösokkiproteiinit Flagelliini (bakteeriflagellojen proteiini) Metyloitumattomia guanosiinidinukleotideja sisältävä bakteerien DNA 1 Useimpien ligandien tunnistuksessa on tarpeen myös joku muu Toll-reseptori, kuten TLR1 tai TLR6 kollegalleen»toll» (hullua, hassua) tämän tullessa näyttämään muotopuolia banaanikärpäsen alkioita. Solukalvolla olevan Tollin havaittiin olevan osa signaaliketjua, johon kuuluu monia muita proteiineja (Belwin ja Anderson 1996). Ihmisen ja hiiren LPS-reseptori on saanut nimekseen Tollin kaltainen reseptori 4 (TLR-4) (Medzhitov ym. 1997, Poltorak ym. 1998). Tolltai TLR-signaaliketjun aktivoituminen johtaa tumatekijä NFκB:n aktivaatioon. Aktivaatiokaskadiin osallistuvia molekyylejä ovat mm. IRAK ja MyD88 (Medzhitov ja Janeway 2000a). Näin oli löytynyt hieman kiertoteiden kautta uusi, tärkeä luontaisen immuniteetin puolustusmekanismi, joka osallistuu mikrobien torjuntaan laukaisemalla tulehdusreaktioita ja sytokiinien tuotantoa (Järveläinen ja Miettinen 2001, Akira 2003). Sillä voi olla tärkeä patofysiologinenkin merkitys, koska esimerkiksi TLR-4:n ja LPS:n välinen interaktio voi johtaa septisen sokin kehittymiseen. Hiljattain on havaittu myös, että puutos TLR-signaaliketjuun kuuluvassa IRAK- 4-molekyylissä altistaa potilaat märkäisten bakteerien kuten pneumokokkien ja stafylokokkien aiheuttamille infektioille (Picard ym. 2003). Hahmotunnistusreseptorit Tollin kaltaisia reseptoreita on monien solujen pinnoilla, erityisesti antigeeneja prosessoivissa dendriittisoluissa ja makrofageissa mutta myös epiteelisoluissa. Genomianalyyseissä on löytynyt geenit kymmenelle Toll-reseptorille. Reseptoreiden on havaittu tunnistavan erityyppisiä mikrobirakenteita (taulukko). Kaikille reseptoreille ei vielä ole löytynyt ligandeja, ja toisaalta muille reseptoreille löydetään jatkuvasti uusia ligandeja. Mikrobien pinnoilta tunnistetaan rakenteita, joita ei ole omien solujen pinnoilla. Koska kohdemolekyylit usein muodostavat toistuvia kuvioita, niitä on kutsuttu»pathogen associated molecular pattern» (PAMP) -rakenteiksi ja niitä tunnistavia reseptoreita puolestaan»pattern recognition» -reseptoreiksi (PRR) (Medzhitov ja Janeway 2000b, Janeway ja Medzhitov 2002). Nämä nimitykset voitaisiin suomentaa yksinkertaisesti hahmorakenteiksi ja hahmoreseptoreiksi (tai eräissä tapauksissa toistokuvioiksi ja niiden reseptoreiksi). Tunnistettavia rakenteita ovat LPS:n lisäksi esimerkiksi bakteerien peptidoglykaanit, lipoteikkohapot, kapselipolysakkaridit, fosfolipidit ja eräät solunsisäiset nukleiinihapporakenteet, kuten kaksoiskierteinen RNA ja metyloitumattomia sytidiini-fosfaatti-guanosiini dinukleotideja (CpG) sisältävä DNA (Medzhitov ja Janeway 2000b). Kaksoiskierteistä RNA:ta esiintyy osassa RNA-viruksia (Alexopoulou ym. 2001). Metyloitumattomia CpG-dinukleotideja esiintyy bakteereilla odotettavissa olevalla taajuudella (1/16 kaikista nukleotidipareista). Sen sijaan ihmisellä CpG-taajuus on tästä vain neljäsosa ( 1/64) ja nukleotidit ovat metyloituneita. TLR- 9-reseptorin välittämän CpG-tunnistuksen ajatellaan auttavan erityisesti solunsisäisten bakteerien torjunnassa. Runsaasti CpG-dinukleotidia sisältävät DNA-jaksot saavat aikaan voimakkaita Th1-tyyppisiä immuunivasteita, ja niillä on vahva immuunireaktiota tehostava adjuvanttivaikutus (Hemmi ym. 2000). Näin ollen tämän rakenteen toivotaan kääntävän haitallisia Th2-tyyppisiä immuunireaktioita (kuten allergioita) Th1-suuntaan ja voimistavan rokotteissa immuunivasteita heikkoihin antigeeneihin. Luontainen immuniteetti puolustuksen eturintamassa 751
Toll-reseptorit immuunipuolustuksessa Toll-reseptoreiden tehtävänä on käynnistää tulehdus- ja immuunireaktioita. Eri rakenteiden kuten LPS:n tunnistus johtaa proteiinikinaasien aktivoitumisen kautta tumatekijä NFκB:n välityksellä geeniluennan lisääntymiseen (Järveläinen ja Miettinen 2001, Silvennoinen ja Hurme, tässä numerossa). Tämän seurauksena lisääntyy monenlainen antimikrobinen toiminta. Solut alkavat tuottaa antimikrobisia peptidejä, tulehdussytokiineja (IL-1β ja IL-6) ja kemokiineja. Dendriittisolujen pinnalla olevat reseptorit tunnistavat mikrobien hahmorakenteita, joiden avulla mikrobien endosytoosi tapahtuu. Näin hahmoreseptorit seulovat antigeeneja prosessoitavaksi seuraavalle kierrokselle. Dendriittisolut vaeltavat imusolmukkeisiin ojentelemaan ulokkeitaan ja esittelemään antigeenisaalistaan T-soluille. Dendriittisolujen aktivointi tapahtuu lisäämällä niiden kudostyyppiantigeeneja ja kostimulatorisia molekyylejä (CD80 ja CD86), mikä edelleen voimistaa antigeenivasteita (Hänninen ja Vakkila, tässä numerossa). Banaanikärpäsellä Toll-reseptorien on havaittu estävän sieni-infektioita (Lemaitre ym. 1997). Tämä perustuu antimikrobisten peptidien lisääntyneeseen tuottoon. Se onkin yksinkertaisin tapa tuhota hyökkääviä mikrobeja. Antimikrobiaalisia kationisia peptidejä syntyy monissa eri eliöissä ja solutyypeissä (Lehrer ja Ganz 2002). Neutrofiilien alfadefensiinit vaurioittavat solukalvojen anionisia fosfolipidejä, joskin eräät mikrobit tuottavat defensiinejä pikkovia peptidaaseja. Suolistossa alfadefensiinejä tuottavat Panethin solut (Ayabe ym. 2000). Hieman suurikokoisempia (45 aminohapon pituisia) beetadefensiinejä tuottavat ihon epiteelisolut sekä sydämen, lihasten ja istukan solut. Beetadefensiinien antimikrobinen kirjo kattaa gramnegatiiviset bakteerit ja kandidan, mutta grampositiiviset bakteerit, kuten Staphylococcus aureus, näyttävät olevan niille resistenttejä. Osalla defensiinejä on myös kemokiinien kaltainen kyky stimuloida dendriittisoluja. Kationisten peptidien laajan vaikutuskirjon vuoksi niistä on pyritty kehittämään antibiootteja, mutta toistaiseksi toksisuus on ollut suuri ongelma. Selektiivisesti mikrobeihin vaikuttavia peptidejä on ollut vaikea löytää. Ehkä niiden joukosta voidaan kuitenkin muokata uusia lääkkeitä muille antibiooteille resistenttien bakteerien häätöön. Kehitystyö jatkuu vilkkaana, sillä peptidien valikoima on laaja ja uusien antibioottien tarve lisääntyy jatkuvasti. Viime aikoina on havaittu, että Toll-reseptoreilla näyttää olevan kyky tunnistaa myös endogeenisia eli kehosta itsestään peräisin olevia rakenteita (Akira ym. 2001). Näitä ovat nekroottisista soluista vapautuvat materiaalit, lämpösokkiproteiinit, kromatiini-igg-kompleksit ja sidekudoskomponentit, kuten hyaluronaani. Näin ollen Toll-reseptoreilla voisi olla samaan tapaan kuin komplementtijärjestelmällä tehtäviä esimerkiksi infarktoituneen kudoksen poistossa. Tehtävät näyttävät kuitenkin rajoittuvan ensisijaisesti nekroottisten mutta ei apoptoottisten solujen pois siivoamiseen. Muut hahmoja tunnistavat molekyylit Toistokuvioita tunnistavia solupintojen reseptoreita ovat myös mannoosireseptori (ManR),»scavenger»-reseptorit (ScaR), CD14, CD36 ja Suomessa löydetty Marco (Elomaa ym. 1995, Yamada ym. 1998, Febbraio ym. 2001). Tunnistamalla mannoosia tai mannaania, lipopolysakkarideja ja muita hiilihydraatti- tai lipidirakenteita nämä reseptorit auttavat makrofageja fagosytoimaan mikrobeja (esimerkiksi kandidaa, listeriaa, E. colia ja stafylokokkeja). Samat reseptorit osallistuvat myös endogeenisten rakenteiden kuten apoptoottisten solujen ja modifioituneiden lipoproteiinien eliminaatioon (kuva 2). Ylikuormitus tai häiriöt näissä järjestelmissä voivat pahentaa aterogeneesiä, jos kuonaa kertyy liiaksi tai tulehdusreaktiot ovat liian voimakkaita. Liukoisia hahmojentunnistajia on myös suuri joukko. Yksi tärkeimmistä pääryhmistä ovat kollektiinit, joiden alayksiköissä on kollageenin kaltainen kolmikierteinen varsiosa ja sokerirakenteita sitova lektiinidomeeni. Näihin komplementin C1q:ta muistuttaviin molekyyleihin kuu- 752 S. Meri
Apoptoottinen solu CRP FcγR? C1qR Fagosyytti C1q, SP-A ic3b CR3 (CD11b/18) Fosfolipidien flip-flop TSP α v β 3 CD36 Sokeri ICAM-3 β2-gpi ScaR Lektiini P-Ser-reseptori CD14 Kuva 2. Esimerkkejä apoptoottisia ja osin myös nekroottisia soluja tunnistavista reseptoreista. Apoptoottisen solun pinnalla solukalvon sisäpuolisia fosfolipidejä joutuu ulkokalvolle, missä niihin voivat tarttua mm. CRP, komplementin C1q, trombospondiini (TSP), beeta-2-glykoproteiini I (β2gpi) ja fosfatidyyliseriinireseptori (P-Ser-R). Kollektiinireseptori voi sitoa C1q:ta ja surfaktanttiproteiini-a:ta (SP-A). Komplementin aktivaatiossa syntynyttä ic3b:tä tunnistaa komplementtireseptori 3 (CR3). Muita tunnistereseptoreita ovat ryhmä»scavenger»-reseptoreita (Sca-R), CD14, CD36, vitronektiinireseptori (integriini α v β 3 ) ja joukko sokerirakenteita tunnistavia lektiinejä. Immunoglobuliineja sitovan Fc-γ-reseptorin (FcγR) on esitetty sitovan CRP:tä. luvat mannoosia sitova lektiini (MBL), keuhkoalveolien surfaktanttiproteiinit A ja D ja konglutiniini (Epstein ym. 1996, McCormack ja Whitsett 2002). Eri kohderakenteisiin, mm. apoptoottisiin soluihin, sitoutuneita kollektiineja tunnistavat makrofagien fagosytoosia välittävät kollektiinireseptorit (Vandivier ym. 2002). Pentraksiinit, joihin luetaan C-reaktiivinen proteiini (CRP) ja seerumin amyloiditekijä P (SAP), ovat myös rakenteeltaan homogeeninen ryhmä. Viidestä samanlaisesta alayksiköstä koostuvat pentraksiinit ovat akuutin vaiheen proteiineja ja tärkeitä luontaisen immuniteetin komponentteja ohjatessaan kudosvaurioalueiden puhdistusta tulehdusreaktioiden yhteydessä. CRP sitoutuu vaurioituneiden solujen kalvolipideihin (fosforyylikoliiniin) ja aktivoi komplementin klassisen tien sitomalla C1q-molekyyliä mutta rauhoittaen myöhemmän vaiheen aktivaation sitomalla oikotien tekijää H (Jarva ym. 1999, Du Clos 2000). Lopputuloksena vauriorakenteet päällystyvät ic3b-molekyyleillä, joita tunnistavat fagosyyttien CR3-reseptorit. Näin vaurioalueet tulevat rajatuiksi ja niiden fagosytoosi ohjelmoiduksi siten, ettei synny liiallista tulehdusreaktiota. Miten kuvatut havainnot voivat hyödyttää käytännön lääketiedettä? Hiirillä tlr-4-geenin mutaation on todettu heikentävän vasteita lipopolysakkaridiin ja altistavan gramnegatiivisten bakteerien aiheuttamille infektioille, mutta ihmiseltä vastaavia mutaatioita ei ole vielä löytynyt (Poltorak ym 1998). On kuitenkin löydetty ryhmä molekyylejä, joiden mutaatioiden voi olettaa johtavan jonkinlaiseen immuunipuutokseen. Kliinikoiden valp- Luontainen immuniteetti puolustuksen eturintamassa 753
paus on avainasemassa, jotta mahdollisia uusia puutostauteja löydetään. Esimerkiksi muutoksia Toll-reseptori- tai CD14-järjestelmissä voisi olettaa löytyvän potilailta, joilla ilmenee poikkeavia reaktioita tai reagoimattomuutta sokkioireyhtymien yhteydessä (Järveläinen ja Miettinen 2001). Tunnettuja luontaisen immuniteetin häiriöitä ovat krooninen granulomatoosi ja leukosyyttien adheesiovajaus (LAD, CD18:n puute). Granulomatoositaudissa syynä ovat NADPH-oksidaasientsyymin geenin alayksiköissä olevat mutaatiot, jotka johtavat fagosytoosihäiriöön ja lisääntyneeseen alttiuteen saada esimerkiksi stafylokokki-infektioita. Toisaalta hiljattain havaittiin, että oksidaatiovastetta heikentävä alleeli NADPH-oksidaasin alayksikön geenissä (Ncf-1) pahensi niveltulehdusta rottien artriittimallissa (Olofsson ym. 2002). Näin ollen lisääntynyt happiradikaalituotanto voi jossain määrin paradoksaalisesti suojata artriitin kehittymiseltä. Selvästikin on nähtävissä, ettei luontaisen immuniteetin ylitoiminta aina ole haitallista vaan saattaa olla tarpeen muiden tekijöiden aiheuttamien immunologisten tai tulehduksellisten reaktioiden estämiseksi. Pienillä»kustannuksilla» estetään suuremman vaurion synty. Komplementtipuutoksista johtuvat taudit Komplementtijärjestelmän puutokset ovat hyvä esimerkki siitä kuinka erityyppisiä ja joskus yllättäviäkin tautitiloja voi kehittyä monimutkaisen järjestelmän yksittäisten tekijöiden puutoksista. Tuoreimpia löydöksiä ovat havainnot, joiden mukaan hemolyyttis-ureemisen syndrooman (HUS) periytyvä muoto johtuu pistemutaatioista tekijä H:n säätelijämolekyylissä (Buddles ym. 2000, Caprioli ym. 2001). Vaikean HUS:n aiheuttavat mutaatiot tekijä H:n karboksipäässä, joka osallistuu C3b:llä päällystyneiden solupintojen (endoteelisolujen ja verihiutaleiden) tunnistukseen (Manuelian ym. 2003). Komplementtiaktivaation säätelyn hienovaraisuutta osoittaa se, että saman molekyylin aminopäässä esiintyvät mutaatiot, jotka johtavat molekyylin täydelliseen puutokseen tai toimimattomuuteen, aiheuttavat vaikean membranoproliferatiivisen glomerulonefriitin (MPGN) (Zipfel ym. 1999). Mahdollisuus käyttää koe-eläimiä, joilta on inaktivoitu C1q-, C4- tai C3-geenit, on paljastanut komplementin olevan osallisena kudostuhoon monissa tautimalleissa. C1q-puutos eläimillä tai ihmisillä johtaa lähes poikkeuksetta vaikean LED-taudin kehittymiseen (Pickering ym. 2000). Mekanismiksi oletetaan apoptoottisten solujen vajavaista poistoa. Myös apoptoosia välittävän Fas-molekyylin (CD95) tai Fas-ligandin (FasL) puutos hiirillä johtaa LED:n kaltaisen taudin syntyyn. Tulehduksellisten reumaa muistuttavien niveltautien eläinmalleissa sekä C3- että C5-puutos tai Fc-reseptoripuutokset ovat suojanneet oireiden kehittymiseltä (Ji ym. 2002). Tuorein esimerkki on vitiligomalli (Trcka ym. 2002), jossa hypopigmentaatiota ei kehittynyt C3- eikä Fc-reseptoripuutteisille hiirille, kun niille annettiin tautia aiheuttavia vasta-aineita tyrosinaasin kaltaista molekyyliä (gp75/tyrp-1) kohtaan. Luontaisten immuunireaktioiden hillintä Koska luontainen immuniteetti toimii puolustusjärjestelmän»vastaanottotiskillä» ja»toimenpideosastolla», on siihen vaikuttavilla lääkeaineilla paljon käyttömahdollisuuksia tulehdusten ja immuunireaktioiden hillinnässä. Monia komplementin estoon soveltuvia aineita onkin jo kehitetty (Quigg 2002). Näitä ovat esimerkiksi liukoinen CR1-reseptori, C5-aktivaatiota estävä humanisoitu anti-c5-vasta-aine (pekselitsumabi) ja pieni syklinen peptidi kompstatiini. Jos jokin näistä valmisteista saadaan kliiniseen käyttöön, niiden pääongelma hoidossa tulee olemaan sama kuin diabeteksessa: kudostuho on useimmiten jo ehtinyt tapahtua, ennen kuin kliiniset oireet tulevat esiin. Toisaalta onnistunut esimerkki luontaisen immuniteetin aiheuttaman kudostuhon estosta on anti- TNF-α-hoito nivelreumassa (Veromaa, tässä numerossa). Vasta-aineilla tai reseptorihomologilla voidaan lieventää oireita merkittävästi ja estää nivelvaurioiden pahenemista. Lupaava lääkeaine septisen sokin hoitoon on hyytymisen estojärjestelmästä peräisin oleva aktivoitu proteii- 754 S. Meri
ni C (alfadrotrekogiini) (Pettilä ym. 2003). Sokkitilanteessa potilaiden luontainen immuniteetti usein lamaantuu, he alireagoivat LPS:ään ja monosyyttien CD14-pitoisuudet pienenevät. Paradoksaalisesti CD14-puutteisten hiirten on kuitenkin todettu kykenevän vastustamaan E. coli -infektiota paremmin kuin normaalihiirten. Rokotteiden tehostaminen Toinen sovellusalue luontaisen immuniteetin mekanismien hyväksikäytölle on rokotteiden kehittely. Pitkään on ihmetelty, mihin rokotteiden yhteydessä käytettyjen apuaineiden eli adjuvanttien immuunivastetta voimistava vaikutus perustuu. Useinhan kunnollista spesifistä immuunivastetta ei synny, jollei rokoteantigeenia sekoiteta mineraaliöljyyn, tuberkuloosibakteereiden elatusnesteeseen tai alumiinihydroksidiin johonkin aineista, joista Charles Janeway on käyttänyt nimitystä»immunologist s dirty little secret». Adjuvanttien on todettu vaikuttavan stimuloimalla dendriittisoluja mm. Toll-reseptoreiden kautta. Kun tämä on selvinnyt, on tullut mahdolliseksi käyttää puhtaampia adjuvantteja joko stimuloimaan dendriittisoluja (esim. CpGnukleotideilla) tai voimistamaan antigeenien kuljetusta ja esittelyä T-soluille (Krieg ja Davis 2001). Jälkimmäinen on mahdollista liittämällä rokoteantigeeniin komplementin C3d-molekyylejä, joille on dendriittisolujen ja B-solujen pinnalla immuunivastetta voimistava C3d-resepto- Ydinasiat Luontainen immuniteetti Luontainen (luonnollinen) immuniteetti (innate immunity) on yhteisnimi kaikille niille kehon puolustusjärjestelmille, jotka eivät edellytä geenien uudelleen muokkautumista. Vastakohta B- ja T-lymfosyytteihin pohjautuvalle hankinnaiselle (adaptiiviselle) immuniteetille. Hahmontunnistusreseptoreilla (pattern-recognition receptors, PRR) tarkoitetaan liukoisia (esim. mannaaania sitova lektiini, MBL) tai solukalvoilla olevia molekyyleja (esim. CD14, mannoosireseptori, Toll-reseptorit), jotka tunnistavat kohdepinnoilla olevia toistokuviorakenteita, kuten mannaania, bakteerien kapselirakenteita, teikkohappoja ja lipopolysakkaridia. Toll-reseptorit (Tollin kaltaiset reseptorit,tlr) ovat ryhmä eläinten ja kasvien solupintojen hahmontunnistusreseptoreita, jotka tunnistavat mikrobien tai elimistön kuviorakenteita (mm. peptidoglykaania, lipopolysakkaridia, RNA:ta). Reseptorit välittävät signaaleja, jotka voivat käynnistää fagosytoosin tai immunivasteen. Kliininen merkitys Luontainen immuniteetti Luontainen immuniteetti toimii mikrobien torjunnassa ja kehon "puhtaanapitojärjestelmänä. Luontaisen immuniteetin häiriöt voivat aiheuttaa poikkeuksellisen useita tai vaikeita kapselillisten bakteerien (pneumokokit,meningokokit) infektioita (krooninen granulomatoosi, leukosyyttien adheesiovajaus, komplementin C2, C3, C6, C7 tai C8 puutos). Luontaisen immuniteetin puutokset liittyvät myös vaikeaan LED:hen tai LED:n kaltaiseen tautiin (komplementin C1q-, C2- tai C4-puutos). Perinnöllinen hemolyyttis-ureeminen syndrooma on luontaisen immuniteetin aiheuttama silloin, kun se ei johdu E.coli O:157-infektiosta vaan mutaatiosta komplementin tekijä H -molekyylissä. Komplementinpuutostutkimuksiin tarvitaan tuoretta seerumia ja DNA-näyte. Luontainen immuniteetti puolustuksen eturintamassa 755
ri (CR2). Näin on saatu tehostettua esimerkiksi vasteita influenssavirusrokotteeseen (Ross ym. 2000). Sopivia seuraavia rokotekohteita voisivat olla esimerkiksi herpes simplex -virusten aiheuttamat taudit, kolera ja malaria. Lopuksi Entä kuinka kävi Pettenkoferille? Kaikki eivät olisi kolerabasillien nielemisestä selvinneet, mutta Pettenkofer ei ihme kyllä sairastunut. Ilmeisesti jo vatsan hapot ja sappineste tuhosivat hänen nielaisemansa koleravibriot. Kaikkiin mikrobeihin eivät puolustuksenkaan keinot riitä. Patogeenisten mikrobien väistömekanismeista kirjoittaa Viljanen tässä numerossa. Puolustusreaktioihin vaikuttavat vahvasti myös yksilölliset ominaisuudet, se»dispositsioni», sekä monet ympäristö- ja olosuhdetekijät, mutta tietomme niistä ovat vielä vähäiset. Voisi väittää, ettemme edes ymmärrä, miksi vilustuminen altistaa virusflunssalle. Kirjallisuutta Akira S. Mammalian Toll-like receptors. Curr Opin Immunol 2003;15:5 11. Akira S, Takeda K, Kaisho T. Toll-like receptors: critical proteins linking innate and acquired immunity. Nat Immunol 2001;2:675 80. Alexopoulou L, Holt AC, Medzhitov R, Flavell RA. Recognition of doublestranded RNA and activation of NF-kappaB by Toll-like receptor 3. Nature 2001;413:732 8. Anderson KV, Jurgens G, Nusslein-Volhard C. Establishment of dorsalventral polarity in the Drosophila embryo: genetic studies on the role of the Toll gene product. Cell 1985;42:779 89. Ayabe T, Satchell DP, Wilson CL, Parks WC, Selsted ME, Ouellette AJ. Secretion of microbicidal alpha-defensins by intestinal Paneth cells in response to bacteria. Nat Immunol 2000;1:113 8. Belwin MP, Anderson KV. A conserved signaling pathway: the Drosophila-toll- signaling pathway. Annu Rev Cell Dev Biol 1996;12:393 416. Buddles MR, Donne RL, Richards A, Goodship J, Goodship TH. Complement factor H gene mutation associated with autosomal recessive atypical hemolytic uremic syndrome. Am J Hum Genet 2000; 66:1721 2. Caprioli J, Bettinaglio P, Zipfel PF, ym. The molecular basis of familial hemolytic uremic syndrome: mutation analysis of factor H gene reveals a hot spot in short consensus repeat 20. J Am Soc Nephrol 2001;12:297 307. De Kruif P. Mikrobien metsästäjät. Helsinki: Kustannusosakeyhtiö Kirja, 1927. Du Clos TW. Function of C-reactive protein. Ann Med 2000;32:274 8. Elomaa O, Kangas M, Sahlberg C, ym. Cloning of a novel bacteriabinding receptor structurally related to scavenger receptors and expressed in a subset of macrophages. Cell 1995;80:603 9. Epstein J, Eichbaum Q, Sheriff S, Ezekowitz RA. The collectins in innate immunity. Curr Opin Immunol 1996;8:29 35 Febbraio M, Hajjar DP, Silverstein RL. CD36: a class B scavenger receptor involved in angiogenesis, atherosclerosis, inflammation, and lipid metabolism. J Clin Invest 2001;108:785 91. Hemmi H, Takeuchi O, Kawai T, ym. A Toll-like receptor recognizes bacterial DNA. Nature 2000;408:740 5. Janeway CA Jr, Medzhitov R. Innate immune recognition. Annu Rev Immunol 2002;20:197 216. Jarva H, Jokiranta TS, Hellwage J, Zipfel PF, Meri S. Regulation of complement activation by C-reactive protein: targeting the complement inhibitory activity of factor H by an interaction with short consensus repeat domains 7 and 8 11. J Immunol 1999;163: 3957 62. Ji H, Ohmura K, Mahmood U, Lee DM, ym. Arthritis critically dependent on innate immune system players. Immunity 2002;16:157 68. Järveläinen HA, Miettinen M. Bakteerirakenteiden aiheuttama akuutti tulehdusvaste. Duodecim 2001;117:2015 22. Krieg AM, Davis HL. Enhancing vaccines with immune stimulatory CpG DNA. Curr Opin Mol Ther 2001;3:15 24. Lehrer RI, Ganz T. Defensins of vertebrate animals. Curr Opin Immunol 2002;14:96 102. Lemaitre B, Reichhart JM, Hoffmann JA. Drosophila host defense: differential induction of antimicrobial peptide genes after infection by various classes of microorganisms. Proc Natl Acad Sci U S A 1997;94:14614 9. McCormack FX, Whitsett JA. The pulmonary collectins, SP-A and SP-D, orchestrate innate immunity in the lung. J Clin Invest 2002;109: 707 12. Manuelian T, Hellwage J, Meri S, ym. Factor H gene mutations in hemolytic uremic syndrome: single amino acid exchanges reduce binding affinity to C3b/C3d, heparin and surface attachment to endothelial cells. J Clin Invest 2003;111 (painossa). Medzhitov R, Preston-Hurlburt P, Janeway CA Jr. A human homologue of the Drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity. Nature 1997;388:394 7. Medzhitov R, Janeway C Jr. Innate immune recognition: mechanisms and pathways. Immunol Rev 2000a;173:89 97. Medzhitov R, Janeway C Jr. The Toll receptor family and microbial recognition. Trends Microbiol 2000b;8:452 6. Olofsson P, Holmberg J, Tordsson J, Lu S, Akerstrom B, Holmdahl R. Positional identification of Ncf1 as a gene that regulates arthritis severity in rats. Nat Genet 2003;33:25 32. Pettilä V, Perttilä J, Ruokonen E, ym. Aktivoitunut proteiini C käyttöaiheet vaikeassa sepsiksessä. Suom Lääkäril 2003;12:1425 7. Picard C, Puel A, Bonnet M, Ku CL, ym. Pyogenic bacterial infections in humans with IRAK-4 deficiency. Science 2003;299:2076 9. Pickering MC, Botto M, Taylor PR, Lachmann PJ, Walport MJ. Systemic lupus erythematosus, complement deficiency, and apoptosis. Adv Immunol 2000;76:227 324. Poltorak A, He X, Smirnova I, Liu MY, ym. Defective LPS signaling in C3H/HeJ and C57BL/10ScCr mice: mutations in Tlr4 gene. Science 1998;282:2085 8. Quigg RJ. Use of complement inhibitors in tissue injury. Trends Mol Med 2002;8:430 6. Ross TM, Xu Y, Bright RA, Robinson HL. C3d enhancement of antibodies to hemagglutinin accelerates protection against influenza virus challenge. Nat Immunol 2000;1:127 31. Trcka J, Moroi Y, Clynes RA, ym. Redundant and alternative roles for activating Fc receptors and complement in an antibody-dependent model of autoimmune vitiligo. Immunity 2002;16:861 8. Vandivier RW, Ogden CA, Fadok VA, ym. Role of surfactant proteins A, D, and C1q in the clearance of apoptotic cells in vivo and in vitro: calreticulin and CD91 as a common collectin receptor complex. J Immunol 2002;169:3978 86. Yamada Y, Doi T, Hamakubo T, Kodama T. Scavenger receptor family proteins: roles for atherosclerosis, host defence and disorders of the central nervous system. Cell Mol Life Sci 1998;54:628 40. Zipfel PF, Hellwage J, Friese MA, Hegasy G, Jokiranta ST, Meri S. Factor H and disease: a complement regulator affects vital body functions. Mol Immunol 1999;36:241 8. SEPPO MERI, professori seppo.meri@helsinki.fi Haartman-instituutti, bakteriologian ja immunologian osasto PL 21, 00014 Helsingin yliopisto 756