Antigen presenting cells in autoimmune diabetes: phenotype, function and modulation by Linomide

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Människor och djur utsätts ständigt för sjukdomsalstrande virus, bakterier och parasiter som finns i vår omgivning. Som skydd mot dessa har vi utvecklat ett immunförsvar. Detta har till uppgift att känna igen och eliminera dessa främmande, sjukdomsalstrande organismer (patogener), medan frisk, kroppsegen vävnad inte känns igen av immunsystemet. Immunsystemet består av kroppens olika sorters vita blodkroppar samt lösliga molekyler, som var och en har speciella funktioner. En patogen som lyckats ta sig förbi de yttre barriärer som utgörs av hud, slemhinnor och mag-tarm-kanal stöter först på kroppens naturliga eller nedärvda immunsystem. Detta består av fagocyterande (ätande) celler, NK-celler (mördarceller) och komplementsystemet (lösliga proteiner som binder till bakterier). De komponenter som ingår i det naturliga immunsystemet känner igen allmänna strukturer som delas av ett stort antal olika patogener. I nästa skede av ett immunsvar aktiveras T-lymfocyter (T-celler) och B-lymfocyter (B-celler) som utgör kroppens specifika eller förvärvade immunitet. Dessa celler har förmåga att känna igen i stort sett alla tänkbara patogener som vi kan komma i kontakt med. Detta sker m.h.a. igenkänningsmolekyler (receptorer) som lymfocyterna uttrycker på sin cellyta. De molekyler som dessa receptorer känner igen kallas antigen. Varje lymfocyt uttrycker bara en enda sorts receptor som känner igen ett specifikt antigen. Utseendet hos dessa receptorer skiljer sig mellan olika lymfocyter och kan varieras i det oändliga. Det är därför möjligt för immunsystemet att specifikt känna igen antigen från alla patogener vi kan tänkas komma i kontakt med. De olika lymfocyterna har olika uppgift. B-celler bildar en löslig form av sina receptorer, antikroppar, som frisätts, cirkulerar i blodet och binder till sitt antigen. T-celler kan antingen vara cytotoxiska eller hjälpar-T-celler. De cytotoxiska T-cellerna är liksom NK-cellerna en typ av mördarceller, som dödar celler som uttrycker det antigen deras receptor känner igen. Hjälpar-T-cellerna producerar lösliga proteiner som ger signaler till andra vita blodkroppar att dela sig och bli fler eller att döda patogener. För att en T-cell ska kunna aktiveras krävs att dess receptor binder till ett antigen som visas upp (presenteras) i en speciell molekyl, MHC, på cellytan hos en antigenpresenterande cell. Vissa fagocyterande celler, makrofager (storätare) och dendritiska celler (vars cellkropp har långa utskott, dendriter) kan fungera som antigenpresenterande celler. De tar upp antigenet, bryter ner det till småbitar inne i cellen och visar sedan upp det på sin cellyta bundet till MHC. Dessutom ger den antigenpresenterande cellen också andra (costimulerande) signaler till T-cellen, som i kombination med igenkännande av antigenet är nödvändiga för att T-cellen ska aktiveras. Dessa antigenpresenterande celler är alltså de celler som sätter igång en T-cellsaktivering och är därmed nödvändiga för att ett specifikt immunsvar ska induceras. Utan ett fungerande immunförsvar skulle vi lida av kroniska infektioner och troligtvis inte kunna överleva särskilt länge. Vi är alltså beroende av vårt immunförsvar för både vårt välbefinnande och vår överlevnad. Men trots att immunförsvarets uppgift är att hålla oss friska, finns det även tillstånd där själva immunförsvaret orsakar sjukdom. Autoimmuna (auto=själv) sjukdomar är ett samlingsnamn för sjukdomar som orsakas av att immunologiska celler känner igen, reagerar mot och skadar kroppsegna celler, som normalt inte ska attackeras av immunsystemet. Ett exempel på en sådan sjukdom är ungdomsdiabetes (sockersjuka), även kallad insulinberoende diabetes mellitus eller typ I diabetes. Vid ungdomsdiabetes känner immunförsvaret igen, och aktiveras av, s.k. ß-celler som finns i en speciell vävnad (Langerhanska öar) i bukspottskörteln. ß-celler är de celler i kroppen som producerar insulin, ett hormon som behövs för sockerupptag och därmed energitillförsel i kroppens celler. Vid ungdomsdiabetes vandrar immunologiska celler in i (infiltrerar) de Langerhanska öarna i buspottskörteln, letar upp ß-cellerna och dödar dem. Därmed förstörs kroppen insulinbildande celler, och en patient med ungdomsdiabetes blir därför beroende av insulinbehandling resten av livet. Varför vissa individer drabbas av ungdomsdiabetes är inte helt känt, men man vet att både arvsanlag och miljö spelar in. Syftet med denna avhandling var att förstå vilken roll antigenpresenterande celler spelar vid utvecklandet av ungdomsdiabetes. Som modellsystem har en musstam (nonobese diabetic; NOD) som utvecklar autoimmun diabetes använts. De första celler som infiltrerar de Langerhanska öarna är makrofager och dendritiska celler, och de följs senare av T-celler och B-celler. Vi har visat att TNF-α ett protein som är en viktig bidragande faktor vid utvecklandet av infiltration och diabetes, uttrycks i de Langerhanska öarna vid ett tidigt stadie av sjukdomsutvecklingen och att makrofager och dendritiska celler är de celler som producerar TNF-α i öarna. Detta tyder på att dessa celler är viktiga för att sätta igång sjukdomen samt att de lockas till, och aktiveras av något som finns i de oinfiltrerade Langerhanska öarna. Vidare har vi sett att för att dessa celler ska aktiveras fullt ut krävs även en T-cellsinfiltration. Vi har också funnit att, jämfört med andra musstammar, har antigenpresenterande celler från NOD-möss ett lågt uttryck av den costimulerande molekylen CD86, som behövs för att aktivera T-celler. Detta ger upphov till en dålig T-cells-aktiverande förmåga och ett defekt uttryck av CD152 som uttrycks av T-celler och är viktig för att reglera och stänga ner ett T-cellssvar. Dessa resultat tyder alltså på att ineffektiva antigenpresenterande celler kan vara en bidragande orsak till autoimmunitet genom att T-celler inte aktiveras på ett sätt så att de sedan kan stänga ner sig själva. Slutligen undersöktes hur den immunmodulerande substansen Linomide påverkar autoimmun diabetes och antigenpresenterande celler. Linomide har tidigare visat sig förhindra uppkomsten av autoimmuna sjukdomar i olika djurmodeller, bl.a. diabetes i NOD-musen. Vi fann att mängden MHC-uttryckande celler, dendritiska celler, T-celler och B-celler som infiltrerar de Langerhanska öarna minskade efter Linomide-behandling, medan mängden infiltrerande makrofager var densamma. Vi undersökte också hur uttrycket av speciella vidhäftningsmolekyler (s.k. adhesionsmolekyler) som behövs för att vita blodkroppar ska kunna lämna blodkärlen och vandra in i närliggande vävnad påverkades av Linomide-behandling. Vi fann att uttrycket av dessa vidhäftningsmolekyler på blodkärlen nära de Langerhanska öarna minskade efter Linomide-behandling vilket med största sannolikhet är en av orsakerna till att Linomide-behandling minskar infiltrationen i öarna. Slutligen undersökte vi hur Linomide påverkar uttrycket av diverse molekyler på antigenpresenterande celler som deltar i aktivering av T-celler. Vi fann att Linomide-behandling resulterade i ett ökat uttryck av flera sådana T-cellsaktiverande molekyler på makrofager, vilket kan tolkas som att Linomide aktiverar antigenpresenterande celler. Vidare undersöktes effekten på makrofagaktivering hos flera olika molekyler vars strukturer är mycket lika Linomide, men skiljer sig på någon punkt, och jämförde denna med substansernas förmåga att hindra autoimmunitet i en modell för multipel skleros (MS). Vi fann att substansernas förmåga att hindra uppkomsten av autoimmunitet korrelerade med aktivering av makrofager. Sammanfattningsvis kan man säga att antigenpresenterande celler, såsom makrofager och dendritiska celler, är nödvändiga för att aktivera T-celler och därmed nödvändiga för uppkomsten av autoimmuna sjukdomar. Men effektiviteten hos dessa celler påverkar vad som händer med T-cellen. Om T-cellen inte får en optimal aktivering, p.g.a. att den antigenpresenterande cellen inte ger tillräckligt starka signaler till T-cellen, kan man tänka sig att reglerande mekanismer inte sätts igång och T-cellen inte stängs ner efter att först ha blivit aktiverad. Därmed finns en risk för ett pågående immunsvar som i vissa fall kan ge upphov till autoimmunitet.