Mastociti su imunološke stanice mijeloične loze i prisutni su u vezivnim tkivima u cijelom tijelu. Aktivacija i degranulacija mastocita značajno modulira mnoge aspekte fizioloških i patoloških stanja u različitim okruženjima. S obzirom na normalne fiziološke funkcije, poznato je da mastociti reguliraju vazodilataciju, vaskularnu homeostazu, urođene i adaptivne imunološke odgovore, angiogenezu i detoksikaciju otrova. S druge strane, mastociti su također uključeni u patofiziologiju mnogih bolesti, uključujući alergiju, astmu, anafilaksiju, gastrointestinalne poremećaje, mnoge vrste zloćudnih bolesti i kardiovaskularne bolesti. Ovaj pregled sažima trenutno razumijevanje uloge mastocita u mnogim patofiziološkim stanjima.
Mastociti su važne stanice imunološkog sustava i hematopoetske su loze. Mastociti nastaju iz pluripotentnih progenitorskih stanica koštane srži, a sazrijevaju pod utjecajem c-kit liganda i faktora matičnih stanica u prisutnosti drugih različitih čimbenika rasta koje osigurava mikrookruženje tkiva u kojem su predodređene da borave. U normalnim uvjetima, zreli mastociti ne cirkuliraju u krvotoku. Međutim, progenitori mastocita migriraju u tkiva i diferenciraju se u mastocite pod utjecajem faktora matičnih stanica i raznih citokina. Mastociti su prisutni u cijelom tijelu i igraju važnu ulogu u održavanju mnogih fizioloških funkcija kao i u patofiziologiji bolesti. U skladu s tim, ovaj je pregled usredotočen na ulogu mastocita u širokom rasponu fizioloških funkcija i patogenezi raznih bolesnih stanja.
Lokacija mastocita
Mastociti se nalaze u mukoznim i epitelnim tkivima u cijelom tijelu. U glodavaca, mastociti se također nalaze u peritonealnoj i torakalnoj šupljini. Mastociti se nalaze u svim vaskulariziranim tkivima osim u središnjem živčanom sustavu i mrežnici. Mastociti se nalaze na spojnoj točki domaćina i vanjskog okoliša na mjestima ulaska antigena (gastrointestinalni trakt, koža, respiratorni epitel). Mastociti se nalaze u područjima ispod epitela u vezivnom tkivu koje okružuje krvne stanice, glatke mišiće, sluznice i folikule dlake.
Citoplazma mastocita sadrži 50-200 velikih granula koje pohranjuju upalne medijatore, uključujući histamin, heparin, razne citokine, kondroitin sulfat i neutralne proteaze. Kako bi mastociti migrirali na svoje ciljne lokacije, nužni su koordinirani učinci integrina, adhezijskih molekula, kemokina, citokina i faktora rasta. Progenitori mastocita nalaze se u velikom broju u tankom crijevu. CXCR2 izražen na progenitorima mastocita usmjerava njihovu migraciju u tanko crijevo. Vezanje α4β7 integrina (izraženih na mastocitima) na adhezijsku molekulu VCAM-1 na endotelu inicira tranzit prekursora mastocita iz cirkulacije.
Pluća nemaju mnogo preteča mastocita u normalnom fiziološkom stanju. Nakon upale respiratornog endotela izazvane antigenom, preteče mastocita regrutiraju se uključivanjem α4β7 integrina, VCAM-1 i CXCR2. Dodatno, CCR-2 i CCL-2 uključeni su u regrutiranje progenitora mastocita u respiratorni endotel. Kada se zreli mastociti aktiviraju i degranuliraju, više matičnih stanica regrutira se na mjesto upale.
Postoje dva fenotipa ljudskih mastocita: mastociti sluznice koje proizvode samo triptazu i mastociti vezivnog tkiva koji proizvode kimazu, triptazu i karboksipeptidazu. Aktivacija mastocita i oslobađanje medijatora imaju različite učinke u različitim tkivima i organima. Najčešća mjesta u tijelu koja su izložena antigenima su sluznica dišnog trakta (prenosi se zrakom), gastrointestinalnog trakta (prenosi se hranom), krv (rane, apsorpcija iz dišnog trakta/gastrointestinalnog trakta) i vezivno tkivo.
Kada je gastrointestinalni trakt izložen antigenu, njegov odgovor je povećanje izlučivanja tekućine, povećanje kontrakcije glatkih mišića i povećanje peristaltike. Proteini dobiveni iz različitih biljaka i životinja mogu djelovati kao antigeni i aktivirati imunološki sustav kod ranjivih subjekata. Antigen (peptid) prodire kroz epitelni sloj sluznice crijeva i veže se na IgE na mastocitima sluznice. Ti se peptidi prezentiraju Th2 stanicama, a ako je prisutno IgE protutijelo protiv peptida, to će izazvati aktivaciju mastocita što rezultira imunološkim odgovorom. To uzrokuje degranulaciju mastocita i oslobađanje raznih upalnih medijatora. Ovi medijatori povećavaju vaskularnu propusnost, uzrokujući edem u epitelu crijeva i kontrakciju glatkih mišića, što dovodi do povraćanja i proljeva. Ova vrsta reakcije može se pojaviti kao odgovor na peptide koji se nalaze u određenim lijekovima. Alergeni iz hrane također mogu izazvati kožne reakcije. Uzimanje iz gastrointestinalnog trakta može unijeti antigene u krv, koji se prenose cijelim tijelom gdje se vežu za IgE na mastocitima u vezivnom tkivu u dubokim slojevima kože. To rezultira urtikarskom reakcijom i angioedemom.
Pročitajte više o sistemskoj mastocitozi – https://hipokrat.com.hr/sistemska-mastocitoza-uzrok-simptomi-i-lijecenje/
U respiratornom traktu, imunološki odgovor na aktivaciju mastocita dovodi do suženja dišnih putova, povećane proizvodnje sluzi i kašlja. Najčešći unos antigena u respiratorni trakt je putem inhalacije. Mastociti sluznice u epitelu nosa aktiviraju se antigenima koji difundiraju po sluznici nakon udisanja. U respiratornom traktu degranulacija mastocita povećava vaskularnu propusnost i lokalni edem, što može začepiti nosne dišne putove i dovesti do kongestije. Povećano je stvaranje sluzi, a njezino nakupljanje može blokirati sinuse i rezultirati bakterijskom infekcijom. Mastociti također igraju ključnu ulogu u patofiziologiji alergijske astme. To je uzrokovano upalnim odgovorom u dišnim putovima, koji je rezultat inhaliranih antigena koji dospijevaju u donji respiratorni trakt i uzrokuju degranulaciju mastocita i lokalnu upalu. Ti događaji dovode do povećane vaskularne propusnosti, nakupljanja tekućine i edema, što može začepiti dišne putove. Bronhijalna konstrikcija može nastati zbog kontrakcije glatkih mišića, što može dovesti do opstrukcije dišnih putova koja se viđa kod astme. Zrak je, dakle, zarobljen i ukupni kapacitet pluća se povećava dok se forsirani ekspiracijski volumen u 1 s (FEV1) i forsirani vitalni kapacitet (FVC) smanjuju. U krvnim žilama povećana vaskularna propusnost dovodi do edema i lokalne upale, što rezultira transportom do limfnih čvorova.
U koži antigeni preko IgE aktiviraju mastocite u dubokim slojevima vezivnog tkiva. Mastociti oslobađaju histamin, kao i druge vazoaktivne molekule, koje uzrokuju urtikariju (koprivnjaču). Ako antigen aktivira mastocite u dubljem tkivu, to može dovesti do angioedema. Ako je odgovor dugotrajan, može doći do atopijskog dermatitisa ili ekcema. Ekcem se klinički vidi kao kronični kožni osip s svrbežom s uzdignutim lezijama i iscjetkom tekućine. Ekcem se češće viđa u djetinjstvu, dok se alergijski rinitis i astma viđaju tijekom cijelog života.
Mehanizam aktivacije mastocita
Mastociti poznati su po svom glavnom mehanizmu djelovanja: alergijske reakcije posredovane IgE preko FcϵRI receptora. IgE antitijela proizvode zrele B stanice kao odgovor na CD4+ Th2 stanice. Naivne zrele B stanice proizvode IgM i IgD antitijela. Nakon što ih antigen aktivira, B stanice će proliferirati. Ako te B stanice stupaju u interakciju s citokinima, kao što je IL-4 (kojeg moduliraju CD4+ Th2 stanice), klasa protutijela se prebacuje s IgM na IgE (12). IgE se uglavnom nalazi vezan za FcϵRI receptore na mastocitima, a vrlo malo IgE se nalazi kao topljivo antitijelo u cirkulaciji. Kada antigen dođe u kontakt s mastocitom, on umreži dvije ili više FcϵRI molekula i aktivira otpuštanje granula iz mastocita. IgE se nalazi u vezivnom tkivu ispod epitelnih slojeva kože, u respiratornom traktu, a također i u gastrointestinalnom traktu. Uz FcϵRI, mastociti eksprimiraju i Fc receptore za IgA i IgG, receptore za adenozin, C3a, kemokine, citokine i molekularne obrasce povezane s patogenom (PAMP), kao i toll-like receptore (TLR), od kojih svi uključeni su u aktivaciju mastocita i imunološki odgovor.
Najčešći fiziološki put za aktivaciju mastocita je preko antigen/IgE/FcϵRI križnog povezivanja. FcϵRI se sastoji od α-lanca koji se veže na IgE, β-lanca, koji se proteže kroz membranu, i γ lanaca, koji su disulfidno povezani homodimer. FcϵRI stupa u interakciju s LYN tirozin kinazom, koja fosforilira tirozin u svojim imunoreceptorskim motivima aktivacije tirozinskih baza (ITAMs) na B i γ lancima FcϵRI. Lyn aktivira Syk tirozin kinaze, koje fosforiliraju signalne proteine, kao što su LAT1 i LAT2 (linkeri za aktivaciju T stanica). Fosforilirani PLCγ hidrolizira fosfatidilinozitol-4,5-bisfosfat kako bi se dobio inozitol-1,4,5-trifosfat (IP3) i diacilglicerol (DAG). IP3 i DAG su sekundarni glasnici, a IP3 uzrokuje mobilizaciju kalcija iz endoplazmatskog retikuluma. Oslobađanje kalcija aktivira i uzrokuje premještanje NFκB u jezgru stanice, što rezultira transkripcijom citokina, kao što su IL-6, TNFα i IL-13. Zeb2 je uključen u regulaciju degranulacije nakon stimulacije putem FcϵRI. Aktivacija FcϵRI aktivira Fyn (Src kinazu). Fyn regulira degranulaciju mastocita, što je komplementarno Lyn signalnom putu. Fyn aktivira PI3K, koji aktivira Akt i proizvodi PIP3. To aktivira mTOR, koji je uključen u kemotaksiju mastocita i proizvodnju citokina. Postoje i receptori za IgG koji se nazivaju FcγR. Homodimer y-lanca isti je u FcγRI kao i u FcϵRI, tako da signal poslan iz FcγR može preslušavati s FcϵRI. Ponavljano i kontrolirano izlaganje mastocita antigenu može desenzibilizirati pacijentovu osjetljivost. Iako mehanizmi nisu jasno shvaćeni, smatra se da je spora i uporna degranulacija masnih stanica jedan od mehanizama. Protokol desenzibilizacije koristi se kod pacijenata koji su alergični na određene lijekove (npr. penicilin), ali trebaju liječenje bakterijske infekcije opasne po život koja se može liječiti samo ovim lijekom.
Desenzibilizacija mastocita može nastati zbog izlaganja sve većim dozama antigena. Ova tehnika se može koristiti ako je pacijent alergičan na potreban lijek i prevencija anafilaktičkih reakcija na hranu. Desenzibiliziranjem receptora, to može smanjiti broj FcϵRI molekula dostupnih na površini mastocita.
Fiziološke uloge mastocita
Mastociti sudjeluju u regulaciji raznih fizioloških funkcija, uključujući vazodilataciju, angiogenezu, eliminaciju bakterija i parazita. Osim toga, mastociti reguliraju funkcije mnogih vrsta stanica, kao što su dendritične stanice, makrofagi, T stanice, B stanice, fibroblasti, eozinofili, endotelne stanice i epitelne stanice. Budući da mastociti stvaraju i otpuštaju višestruko moćne molekule, kao što su histamin, proteaze, prostanoidi, leukotrieni, heparin i mnogi citokini, kemokini i čimbenici rasta, imaju sposobnost uključivanja u regulaciju funkcija mnogih organa i tkiva. Jedna od najčešće proučavanih funkcija mastocita je njihova uloga u vaskularnoj i bronhijalnoj homeostazi. Mastociti također igraju značajnu ulogu u regulaciji rasta kostiju, remodeliranja i mineralne homeostaze.
Angiogeneza
Mastociti sudjeluju u pospješivanju angiogeneze. Mastociti izlučuju proangiogene faktore, kao što su VEGF, bFGF, TGF-beta, TNF-alfa i IL-8. Osim toga, mastociti oslobađaju proteaze i heparin koji oslobađaju proangiogene čimbenike koji se vežu na heparin. Histamin, koji oslobađaju mastociti, inducira propusnost mikrovaskulature koja također inducira angiogenezu. Također postoje dokazi da mastociti pojačavaju angiogenezu u rastu tumora.
Homeostaza
Mastociti doprinose homeostazi u imunološkom sustavu. Oni služe kao prva linija obrane protiv ulaska antigena u tijelo zbog svog položaja u koži i sluznici. Mastociti su posebno važni u homeostazi komenzalnih bakterija crijeva. Probavni sustav stalno je izložen različitim antigenima, poput bakterija (komenzalnih i patoloških) i antigena hrane. Epitelne stanice koje oblažu probavni sustav služe kao barijera tim antigenima. Mastociti su važni u diferencijaciji folikularnih pomoćnih T stanica putem ATP signalizacije. Kao rezultat toga, mastociti igraju ulogu u sazrijevanju IgA i ukupnoj homeostazi crijevnih bakterija.
Urođeni i adaptivni imunitet
Mastociti igraju važnu ulogu u urođenom i adaptivnom imunitetu. Mastociti prepoznaju štetne antigene izravnim vezanjem na patogene ili povezivanjem s PAMP-ovima na površini mastocita. Najčešće su receptori na mastocitima TLR i receptori za komplement. Nakon što se antigen veže za receptore na mastocitu, uzrokuje oslobađanje upalnih medijatora, što pomaže u eliminaciji patogena koji ga je aktivirao. Mehanizam kako se to događa ovisi o tome koji je PAMP prepoznat. TLR2 aktiviraju Gram-pozitivne bakterije, a donekle i Gram-negativne bakterije i mikobakterije, koje uzrokuju otpuštanje citokina iz mastocita, poput IL-4. TLR4 veže LPS iz Gram-negativnih bakterija, što uzrokuje otpuštanje proupalnih citokina (TNFα, IL-1, IL-6) bez degranulacije. S druge strane, Gram-pozitivni bakterijski produkt peptidoglikan stimulira degranulaciju mastocita kao i otpuštanje histamina putem aktivacije TLR2. Uklanjanje bakterija je potpomognuto mastocitima otpuštanjem upalnih medijatora koji povećavaju vaskularnu propusnost, povećavaju nakupljanje tekućine i regrutiraju imunološke stanice, kao što su eozinofili, NK stanice i neutrofili. Osim toga, mastociti izravno proizvode antibakterijske proizvode, kao što su katelidcidini, defenzini i psidini. Mastociti također pridonose antivirusnim odgovorima regrutiranjem CD8+ T stanica, koje proizvode IFN-α i IFN-β. Jedna od prvih identificiranih funkcija mastocita bila je proizvodnja antiparazitskog okruženja kada se aktivira IgE. Oslobađanje medijatora iz mastocita povećava vaskularnu propusnost i kontrakciju glatkih mišića, što pomaže u izbacivanju parazita iz gastrointestinalnog trakta izazivanjem povraćanja ili proljeva ili iz dišnog trakta kašljem.
Mastociti su također uključeni u adaptivni imunitet. Mastociti procesiraju i prezentiraju antigene putem MHCI i MHCII. Mastociti aktiviraju dendritične stanice koje također funkcioniraju kao stanice koje predstavljaju antigen. Kada se mastociti stimuliraju putem TLF-7, oni otpuštaju IL-1 i TNFα, što uzrokuje da se dendritične stanice pomaknu sa svoje lokacije u koži i odu u lokalne limfne čvorove i aktiviraju citotoksične T stanice. Dodatno, mastociti otpuštaju TNFα, koji može izravno aktivirati citotoksične T stanice.
Aktivacija i oslobađanje posrednika
Mastociti nakon aktivacije otpuštaju prethodno oblikovane i novo sintetizirane medijatore u fazama. Razni endogeni i egzogeni agensi mogu stimulirati mastocite da odmah otpuštaju posrednike. Aktivacija mastocita događa se kada antigen umreži molekule IgE koje su vezane na FcϵRI na površini mastocita. FcϵRI receptor za IgE ima 100 puta veći afinitet za Fc IgE nego za IgG. Zbog toga se IgE nalazi vezan za FcϵRI receptore na mastocitu čak i kada nema prisutnih antigena. Kao rezultat toga, odgovor mastocita na antigen postaje vrlo brz. FcϵRI signalizacija koristi fosforilaciju ITAM-ova ovisnu o Lynu na B i y podjedinicama FcϵRI. Protein kinaza Syk se aktivira i autofosforilira nakon što je regrutirana u ITAM-ove. Syk fosforilira povezivač aktivacije T stanica (LAT) i ne-T stanični aktivacijski linker (NTAL). LAT fosforilira PLC, koji proizvodi IP3 i DAG, koji aktivira intracelularni priljev kalcija i aktivaciju PKC. NTAL aktivira PI3K, koji također pomaže kod oslobađanja kalcija. To dovodi do degranulacije mastocita, proizvodnje lipidnog medijatora i proizvodnje citokina.
Postoje dva načina umrežavanja molekula IgE na površini mastocita. Ako antigen ima iste epitope, oni će umrežiti IgE molekule iste specifičnosti. Ako antigen ima više od dva epitopa, oni će umrežiti molekule IgE s različitim specifičnostima.
Degranulacija se događa nekoliko sekundi nakon umrežavanja i rezultira otpuštanjem upalnih medijatora koji su pohranjeni u granulama. Mnogi od medijatora koje mastociti pohranjuju ili novo sintetiziraju privlače leukocite (eozinofile, bazofile, Th2 limfocite, neutrofile) na mjesto upale i pojačavaju upalni odgovor. Upalni medijatori povećavaju propusnost krvnih žila tako da se imunološke stanice mogu premjestiti iz krvotoka u zahvaćeno tkivo. Nakon degranulacije, mastociti ponovno sintetiziraju medijatore i ponovno naseljavaju granule.
Mastociti eksprimiraju TLR 1–7 i 9, receptore slične NOD (NLR) i gen 1 inducibilan retinoičnom kiselinom. Ako se TLR na mastocitu aktivira, MyD88 i MAL/TIRAP su povezani i potiču translokaciju NFκB u jezgru što rezultira transkripcijom citokina. TLR4 se može aktivirati LPS-om iz Gram-negativnih bakterija. To uzrokuje proizvodnju citokina bez degranulacije. Kada se TLR2 aktivira peptidoglikanom, to rezultira degranulacijom i proizvodnjom citokina.
IgE-posredovana aktivacija pomoću FcϵRI uzrokuje degranulaciju i sintezu mnogih imunoloških medijatora, poput eikosanoida i citokina, kao i drugih produkata. Kada se mastociti aktiviraju, oni odmah oslobađaju unaprijed zapakirane granule. Granule mastocita (MCG) mogu se usporediti s lizosomima po tome što imaju nizak pH i lizosomske enzime, poput β-heksosaminidaze i kaspaze-3. Triptaza, kimaza, katepsin G i karboksipeptidaza su proteaze pohranjene u prethodno pakiranim granulama koje aktiviraju metaloproteaze u izvanstaničnoj matrici. Aktivacija metaloproteaza razgrađuje proteine izvanstanične matrice i remodelira matricu vezivnog tkiva. Kimaza cijepa fibronektin i kolagen aktivacijom MMP-a. Pokazalo se da β-triptaza cijepa IgE nakon što se mastociti aktiviraju da reguliraju alergijski odgovor. Histamin i heparin također su pohranjeni u prethodno pakiranim granulama i uključeni su u vaskularnu propusnost i kontrakciju glatkih mišića. Histamin je najvažniji posrednik koji se oslobađa iz mastocita uključenih u alergijski odgovor. Histamin se dobiva iz aminokiseline histidina i djeluje preko tri različita receptora (H1, H2, H3). Stimulacija H1 receptora vezanjem histamina izaziva klasičnu alergijsku reakciju. H1 receptori se nalaze na glatkim mišićnim stanicama i endotelnim stanicama. Aktivacija H1 receptora na endotelnim stanicama rezultira povećanom vaskularnom propusnošću i aktivacijom glatkih mišićnih stanica što rezultira kontrakcijom, stezanjem dišnih putova i lučenjem sluznice. TNFα, također pohranjen u MCG, aktivira makrofage, endotel i citokine. TNF-α veže se na endotelne stanice i rezultira povećanom ekspresijom adhezijske molekule. Leukociti se mogu vezati za te adhezijske molekule i zatim se dovode do mjesta upale.
Druge molekule se sintetiziraju i otpuštaju nakon što se mastociti aktiviraju. IL-3, IL-5 i GM-CSF uključeni su u proizvodnju i aktivaciju eozinofila. CCL3 je kemotaktički čimbenik za makrofage i neutrofile. Eikozanoidi (prostaglandini, leukotrieni i tromboksani) nastaju katalitičkom pretvorbom arahidonske kiseline djelovanjem fosfolipaze A2 na membranske fosfolipide. Mastociti eksprimiraju COX1 i COX2, koji djelovanjem specifičnih izomeraza pretvara arahidonsku kiselinu u prostaglandine i tromboksane. Prostaglandini povećavaju vaskularnu propusnost i privlače neutrofile. Leukotrieni sudjeluju u kontrakciji glatkih mišića, suženju dišnih putova i lučenju sluznice. Eikozanoidi djeluju na lokalno područje degranulacije mastocita. Nakon aktivacije mastocita oslobađa se čimbenik aktivacije trombocita koji djeluje kao kemotaktički čimbenik za leukocite, te aktivira neutrofile, eozinofile i trombocite. Svi medijatori koji se oslobađaju nakon aktivacije rezultiraju povećanom vaskularnom propusnošću, kontrakcijom glatkih mišića i suženjem dišnih putova. Ove prilagodbe mogu ukloniti parazite iz gastrointestinalnog trakta. Zbog povećane vaskularne propusnosti, povećana tekućina u tkivu može pospješiti eliminaciju parazita. Aktivacija mastocita posredovana IgE rezultirala bi fizičkim izbacivanjem parazita. Međutim, razvijene zemlje rijetko imaju infekcije parazitima. Trajna degranulacija mastocita koja je posljedica ponovljenih odgovora na bezopasne tvari dovodi do alergija, astme i alergija na hranu. Degranulacija mastocita također se javlja zbog alergena trave, peludi ili školjkaša. Zanimljivo je da zemlje u razvoju nemaju visoku prevalenciju alergija ili astme potencijalno zbog izloženosti u djetinjstvu raznim PAMP-ovima iz okoliša i naknadne desenzibilizacije.
Uloga mastocita u kardiovaskularnim bolestima
Mastociti su važne stanice imunološkog sustava. Sljedeći odjeljci raspravljaju o novim dokazima o ulozi mastocita u vaskularnoj upali tijekom sistemske hipoksije i ishemije/reperfuzije, kao i o progresiji ateroskleroze.
Mikrovaskularna upala u sustavnoj hipoksiji
Mastociti posreduju mikrovaskularni upalni odgovor na sustavnu hipoksiju uzrokovanu smanjenjem razine udahnutog kisika. Tijekom hipoksije, leukociti stupaju u interakciju s endotelnim adhezijskim molekulama, što rezultira kotrljanjem i prianjanjem leukocita unutar sistemskih venula, te na kraju emigracijom leukocita u tkivo. Ovaj mikrovaskularni upalni odgovor također je bio povezan s povećanom vaskularnom propusnošću za proteine plazme tijekom sistemske hipoksije.
Steiner i suradnici su zaključili da aktivacija mastocita pridonosi razvoju kemotaktičkog gradijenta tijekom sustavne hipoksije i da je to kritičan događaj u kasnijem razvoju mikrovaskularne upale. To se temeljilo na nekoliko linija dokaza:
1) sistemska hipoksija uzrokovala je degranulaciju mastocita, kao što je prikazano povećanjem unosa crvenog rutenija u mastocite,
2) stabilizator mastocita kromolin smanjio je povećanje adherencije leukocita i vaskularne propusnosti tijekom sistemske hipoksije i
3) spoj aktivator mastocita 48/80 izazvao je degranulaciju mastocita i mikrovaskularnu upalu.
Mehanizam odgovoran za aktivaciju mastocita tijekom sustavne hipoksije je složen i djelomično ovisi o povećanom stvaranju ROS. Davanje antioksidansa lipoične kiseline sprječava degranulaciju mastocita izazvanu hipoksijom. Aktivacija mastocita također doprinosi povećanom stvaranju ROS-a tijekom sistemske hipoksije, budući da je fluorescencija ovisna o dihidrorodaminu u venularnom endotelu oslabljena kromolinom. Iako se pokazalo da smanjene razine kisika u mediju kulture povećavaju stvaranje ROS-a u različitim stanicama in vitro, smanjene razine kisika u tkivima u sistemskim organima nisu glavni uzrok degranulacije mastocita in vivo. Dix i suradnici razvili su sustav za kontrolu razine kisika u tkivu s kremasterom (skeletnim mišićem koji okružuje testise) neovisno o razinama kisika unutar sistemske arterijske krvi. Lokalno smanjenje razine kisika u tkivu na onu uočenu tijekom sistemske hipoksije nije uzrokovalo degranulaciju mastocita ili povećanu adherenciju leukocita unutar kremasterskih venula. Međutim, tijekom sistemske hipoksije ti su se događaji dogodili u kremasteru iako su se razine kisika u tkivu održavale na normalnim razinama.
Nakon što smo pokazali da je proupalni medijator otpušten u cirkulaciju tijekom sistemske hipoksije koja je uzrokovala degranulaciju mastocita i mikrovaskularnu upalu, započeli smo niz studija kako bismo pronašli izvor ovog medijatora kao i njegov identitet. Nakon smanjenja udahnutog kisika, prvi organ koji postaje hipoksičan su pluća. Chao i suradnici su otkrili da hipoksija uzrokuje otpuštanje MCP1 iz alveolarnih makrofaga u plućima, te da povećane razine MCP1 u cirkulaciji rezultiraju degranulacijom mastocita i mikrovaskularnom upalom unutar sistemskih organa.
Ishemija/reperfuzija
Ishemija/reperfuzijska ozljeda nastaje nakon dugotrajnog smanjenog protoka krvi u organ, nakon čega dolazi do ponovnog uspostavljanja protoka krvi. Transplantacija organa klasičan je primjer ishemijske/reperfuzijske ozljede u kojoj organ ne prima protok krvi neko vrijeme dok se krvne žile ponovno ne anastomoziraju u primatelju. Tijekom ishemijske faze u organu se smanjuje razina kisika u tkivu, ali se mikrovaskularna upala ne razvija sve do faze reperfuzije. Tijekom ishemijske faze, vazodilatatori se akumuliraju unutar tkiva što rezultira većim protokom krvi od normalnog tijekom vremenskog razdoblja kada se protok krvi u organ ponovno uspostavi. Tijekom faze reperfuzije dolazi do povećane proizvodnje ROS-a što rezultira aktivacijom mastocita. Mehanizam odgovoran za degranulaciju mastocita tijekom ishemije/reperfuzije razlikuje se od onog koji pokreću alergeni, a koji je posredovan putem IgE receptora (FceRI).
Tijekom reperfuzije, molekule komplementa C3a i C5a uzrokuju degranulaciju mastocita kada aktiviraju G-protein-coupled receptore (GPCR) na površini mastocita. Dodatno, reaktivne vrste kisika stvaraju se kada se tkivo reperfuzira, što aktivira unutarstanične putove uzrokujući degranulaciju mastocita. Unutarstanični i izvanstanični putovi konvergiraju i rezultiraju proizvodnjom IP3 i DAG posredovanom fosfolipazom C, uzrokujući otpuštanje kalcija iz endoplazmatskog retikuluma i aktivaciju protein kinaze C, što dovodi do degranulacije mastocita.
Mastociti otpuštaju medijatore koji povećavaju adheziju leukocita na venularni endotel i vaskularnu propusnost tijekom reperfuzije. Ti su učinci posredovani raznim tvarima koje otpuštaju mastociti, poput histamina, triptaze i kimaze. Yang i suradnici su ispitivali ishemiju u jetri štakora. Jetra štakora podvrgnuta je 1 h ishemiji nakon koje je uslijedilo 24 h reperfuzije. Degranulacija mastocita je praćena bojanjem toluidin plavim i procjenom triptaze mastocita. Degranulacija mastocita bila je najveća u 2 h reperfuzije, dok je oštećenje jetre bilo najveće nakon 6 h reperfuzije. Primjena ili stabilizatora mastocita kromolina ili spoja aktivatora mastocita 48/80 za smanjenje broja MCG prije ishemije/reperfuzije smanjila je ozbiljnost oštećenja jetre.
Srčane aritmije, poput ventrikularne tahikardije i ventrikularne fibrilacije, mogu se razviti kao rezultat degranulacije mastocita nakon ishemije/reperfuzije. Aktivirani srčani mastociti oslobađaju renin, koji pretvara angiotenzinogen u angiotenzin 1, koji se zatim formira u angiotenzin 2 pomoću angiotenzin-konvertirajućeg enzima (ACE). Angiotenzin 2 pojačava oslobađanje norepinefrina iz živčanih završetaka i može dovesti do aritmija. Stabilizatori mastocita, kao što je kromolin, inhibiraju ovaj proces i stoga mogu pomoći u uklanjanju aritmija tijekom miokardijalne ishemije/reperfuzije. Moguće je inhibirati mastocite ili inhibicijom degranulacije ili blokiranjem djelovanja komponenti koje se oslobađaju tijekom degranulacije mastocita. Antagonisti histamina, ACE inhibitori i blokatori receptora angiotenzina 2 lijekovi su koji inhibiraju komponente koje proizvode mastociti. Ostali lijekovi koji blokiraju pojedine komponente koje se oslobađaju tijekom degranulacije mastocita još se istražuju. Moguće mete za inhibiciju uključuju protein kinazu C, koja je važan enzim na putu degranulacije.
Ateroskleroza
Ateroskleroza je upalni proces koji uključuje urođeni i adaptivni imunitet. Tijekom stvaranja ateroma, povećani broj T stanica i makrofaga ugrađuje se u stijenku žile. Urođeni imunitet uključivao je identifikaciju PAMP-ova, koji stvaraju upalni odgovor putem NFκB puta. Mikrobni proizvodi mogu pridonijeti rastu plaka. Na primjer, LPS u Gram-negativnih bakterija može djelovati na endotelne stanice i aktivirati TLR izražen na plakovima. Pokazalo se da angiotenzin II inducira ekspresiju citokina u stanicama povezanim s ateromom. Leukociti su ciljani na mjesto ateroma iz kemokina. Eotaksin ugrađuje mastocite na mjesto ateroma. Makrofagi i T stanice brojčano nadmašuju mastocite u ateromu. Međutim, mastociti su važni u aktivaciji plakova zbog svojih proteaza, koje se oslobađaju dovodeći do pucanja plaka i akutnih koronarnih sindroma. Mastociti također mogu razgraditi izvanstaničnu matricu stanica u ateromu i modificirati lipoproteine. Kada se plak fizički poremeti, može nastati tromb. Puknuće fibrozne kapice plaka omogućuje tkivnom faktoru da iz osame dođe u kontakt s čimbenicima koagulacije. Proteaze mastocita razgrađuju kolagen u fibroznoj kapici plaka, što može dovesti do pucanja plaka.
Nestabilna angina i infarkt miokarda uzrokovani su pucanjem aterosklerotskih plakova. Mastociti igraju veliku ulogu u patogenezi pucanja plaka i nakupljaju se u području sklonom pucanju ili ateromima. Aktivirane mastocite otpuštaju triptazu i kimazu, proteaze koje se nalaze na mjestu puknuća. Destabilizacija plaka u koronarnim arterijama može nastati zbog upalnog odgovora uzrokovanog mastocitima. Poznato je da se sustavna aktivacija mastocita događa tijekom aterogeneze i rezultira povećanom progresijom plakova u miševa s nedostatkom apoE. Pokazalo se da stabilizacija mastocita kromolinom sprječava patofiziološke događaje, kao što je pucanje plaka. Sistemska aktivacija mastocita dovodi do progresije plaka tijekom aterogeneze kao što se vidi kod liječenja dinitrofenil-albuminom (DNP), koji uzrokuje aktivaciju u mastocitima osjetljivim na antigen. Kada su mastociti izazvani DNP-om kod miševa, došlo je do povećanja krvarenja u plaku. Ovi se nalazi ne vide u mastocitima prethodno tretiranim kromolinom. To je u skladu s nalazima Lainea i suradnika kod ljudi koji su pokazali da je kod miševa tretiranih DNP-om došlo do povećanja apoptoze stanica intime. Apoptoza makrofaga najčešće je vidljiva u središtu ateroma. To dovodi do povećanja veličine nekrotične jezgre i oslobađanja apoptotskih mikrotjelaca, što povećava nestabilnost plaka i povećava trombozu. Inhibitori proteaze spriječili su apoptozu makrofaga izazvanu mastocitima. Dodatno, apoptozu makrofaga potpuno je inhibirao antagonist H1 receptora. Miševi tretirani DNP-om također su imali povećanu vaskularnu propusnost, kapilarno curenje i povećanu adheziju leukocita u aterosklerotskim plakovima. Stabilizacija mastocita kromolinom spriječila je akutne koronarne sindrome.
Upalne stanice, poput mastocita, neutrofila, NK stanica, monocita, makrofaga i dendritičnih stanica, imaju ključnu ulogu u razvoju i napredovanju ateroskleroze. LDL i LPS aktiviraju ove upalne stanice. Upalne stanice reagiraju na ozljedu tkiva, što rezultira upalnim procesom. Mastociti se nalaze u svim vaskulariziranim tkivima osim u središnjem živčanom sustavu i mrežnici. Mastociti se nalaze u osami karotidnih arterija i u području ramena aterosklerotičnih plakova. Miševi s manjkom FceRIa imaju smanjeno taloženje lipida u luku aorte kod ApoE−/− miševa. Smanjenje taloženja lipida uzrokovano je smanjenjem FceRIa-posredovane aktivacije mastocita i smanjenjem otpuštanja upalnog medijatora. Kompleksi LDL-IgG prepoznati su u plakovima u životinjskim modelima i mogu aktivirati mastocite što rezultira otpuštanjem IL-8, TNFα, histamina i triptaze. Također se pokazalo da mastociti aktiviraju TLR4 što dovodi do apoptoze glatkih mišićnih stanica u plaku što rezultira destabilizacijom plaka.
ApoE−/− miševi pokazuju prekomjernu ekspresiju triptaze što rezultira povećanjem površine karotidnih plakova i povećanjem stenoze karotidne arterije. Triptaza mastocita igra ulogu u regrutiranju leukocita. Dodatno, povećava proizvodnju MCP-1 i IL-8 koji privlače monocite i neutrofile u ApoE−/− miševa. Triptaza povećava stvaranje pjenastih stanica inhibicijom aktivacije LXR-α i inhibicijom obrnutog transporta kolesterola. Triptaza može razgraditi fibronektin i kolagen tipa IV, što može rezultirati pucanjem plaka i trombozom. Kimaza mastocita također može uzrokovati apoptozu glatkih mišićnih stanica što rezultira destabilizacijom plaka.
Mastociti se također nalaze u mediju adventicije aorte i doprinose razvoju aneurizmi. Čimbenici rizika za aneurizme abdominalne aorte (AAA) su muški spol, starija dob, povijest pušenja i ateroskleroza. Kod AAA postoji upala u mediju i adventiciji aorte nasuprot aterosklerotskoj bolesti, koja se uglavnom nalazi u osami. Tijekom razvoja AAA dolazi do neravnoteže u izgradnji i razgradnji matrice, što dovodi do slabljenja stijenke aorte i širenja aorte. Mnogo je važnih stanica uključenih u razvoj AAA, a to su neutrofili, stanice glatkih mišića i mastociti aorte. Mastociti sudjeluju u razgradnji izvanstanične matrice (aktivacijom metaloproteaza), apoptozi glatkih mišićnih stanica i aktivaciji renin-angiotenzinskog sustava. Eksperimentalno inducirana AAA u životinja može se izvesti intraaortalnom infuzijom elastaze, lokalnim liječenjem aorte CaCl2 ili infuzijom angiotenzina. Sun i surdnicima je pokazalo da miševi s nedostatkom mastocita nisu razvili AAA. Nadalje, štakori s nedostatkom mastocita imali su slabiji odgovor na AAA izazvan CaCl. Histamin, glavni medijator mastocita, aktivira JNK puteve. Fosforilirana JNK je povećana u ljudskom AAA i ovaj put ubrzava razgradnji izvanstanične matrice. Mnoga su istraživanja pokazala da supkutana injekcija angiotenzina II uzrokuje AAA kod životinja. Bolesnici liječeni ACE inhibitorima imali su manju vjerojatnost da će biti primljeni zbog rupture AAA. ACE inhibitori sprječavaju AAA u štakora kojima je davana elastaza. Popravak tkiva kod AAA ovisi o stanicama glatkih mišića koje stvaraju kolagen. Međutim, u ljudskom AAA, mastociti mogu uzrokovati smrt glatkih mišićnih stanica apoptozom putem oslobađanja TNFα. Granzim B, koji također oslobađaju mastociti, može inducirati apoptozu glatkih mišićnih stanica. Uz to, kimaza koju oslobađaju mastociti inhibira sintezu kolagena iz glatkih mišićnih stanica. Usmjeravanje lijekova na medijatore mastocita AAA moglo bi pomoći u liječenju inhibiranjem rasta malih AAA prije nego što zahtijevaju operaciju.
Povećani broj mastocita vidljiv je tijekom progresije ateroskleroze. Pretežno se vide u intimi i adventiciji. Mastociti se regrutiraju u plak preko kemokina CCL-11, koji se eksprimira u plaku, i CCR-2 koji se eksprimira na površini mastocita. Mastociti u plaku nalaze se u blizini mikrožila. Kada mastociti degranuliraju, otpuštaju histamin i proteaze koje razgrađuju matricu, što može uzrokovati propuštanje mikrožila i pucanje što dovodi do krvarenja unutar plaka. Pokazalo se da aktivacija mastocita tijekom ateroskleroze povećava veličinu plaka u brahiocefaličkoj arteriji miševa s nedostatkom apoE. Ovaj odgovor je spriječen primjenom kromolina. Drugo istraživanje pokazalo je da nedostatak mastocita inhibira razvoj aterosklerotskog plaka kod miševa s nedostatkom LDL receptora. Mastociti se mogu smatrati efektorskim stanicama za induciranje stvaranja i progresije plaka. Prekomjerna ekspresija triptaze mastocita u miševa imala je veći rizik od krvarenja unutar plaka. Osim toga, kohortna studija pacijenata otkrila je da su razine kimaze u serumu bile više u bolesnika s koronarnom bolesti srca. Chymase može modificirati HDL, utjecati na sposobnost efluksa kolesterola, a također pojačati proizvodnju angiotenzina II, koji je proaterogen faktor. Kimaza također inducira apoptozu vaskularnih glatkih mišićnih stanica i endotelnih stanica. Aktivacija mastocita potiče povećani unos lipida od strane makrofaga. LDL vezan za heparin fagocitiraju makrofagi da bi se formirale pjenaste stanice.
Aktivacija mastocita tijekom razvoja plaka dovodi do progresije i povećane infiltracije leukocita i nakupljanja lipida. Rezultirajuća propusnost mikrožila u uznapredovalim nestabilnim lezijama može dovesti do krvarenja plaka ili pucanja fibrozne kapice. To zatim može rezultirati trombozom i akutnim kardiovaskularnim događajima. Aktivacija mastocita u plaku može biti IgE-ovisni ili IgE-neovisni putovi. Razina IgE visoka je u bolesnika s anginom pektoris. Međutim, druga je studija pokazala da razine IgE u plazmi nisu u korelaciji s napredovanjem bolesti ili brojem mastocita u zapadnoj populaciji. Ovo sugerira da aktivaciju mastocita u napredovanju aterosklerotskih plakova može pokrenuti drugi mehanizam, kao što su lipidi plaka, koji mogu aktivirati mastocite u stijenci krvnih žila. Drugi mehanizam aktivacije je aktivacija C5a preko C5aR na mastocite. Aktivirani komplement se nalazi unutar plaka. Aktivacija mastocita s C5a rezultirala je povećanjem ateroskleroze venskog presatka, koju je inhibirao kromolin. Aktivacija mastocita može se postići putem neuropeptida, kao što je supstanca P, budući da su mastociti u neposrednoj blizini živčanih vlakana. Primjena stabilizatora mastocita za zaustavljanje progresije plaka bila bi razumna opcija liječenja.
Mastociti su povećani u koronarnoj arteriji tijekom spazma i u ramenima sklonim rupturi koronarnih ateroma. Čimbenici rizika, kao što su oksidirani LDL, reaktivne kisikove vrste, komplement 5a, tvar P, endotelin-1 i trombin mogu aktivirati mastocite. Mastociti sintetiziraju i izlučuju histamin, proteaze, prostaglandin D2, leukotriene, heparin i razne citokine, od kojih su mnogi uključeni u KVB. Nadalje, mastociti pojačavaju endotelne upalne odgovore kroz regulaciju urođenih imunoloških mehanizama. Klinički značaj mastocita u KVB očituje se iz njihove povećane prisutnosti u adventiciji koronarnih arterija bolesnika s aterosklerozom. Također je utvrđeno da je povećanje broja mastocita povezano sa stvaranjem tromba. Endotelne stanice mogu endocitozirati MCG in vitro i in vivo. MCG su također uključeni u indukciju proliferacije ljudskih mikrovaskularnih endotelnih stanica, unos LDL-a od strane makrofaga i stvaranje pjenastih stanica. Iako ovi nalazi upućuju na važnu ulogu mastocita u KVB, mehanizam kojim proizvodi mastocita potiču aterogenezu i KVB nije dobro shvaćen. Drugi i mi smo pokazali da nedostatak mastocita smanjuje napredovanje ateroskleroze kod ApoE−/− (113) ili LDLr−/− miševa. Naši podaci također pokazuju da nedostatak mastocita značajno smanjuje serumski kolesterol, LDL, HDL, IL-6 i IL-10, ekspresiju COX2 u tkivu aorte, sustavnu proizvodnju PGI2 i infiltraciju makrofaga i limfocita u plak. u ApoE−/− miševa.
Histamin je glavni sekretorni produkt mastocita i poznat je po svojoj ulozi u regulaciji vazodilatacije i bronhokonstrikcije. Histamin također regulira funkcije monocita i makrofaga, eozinofila, T stanica, neutrofila i endotelnih stanica. Ovisno o tipu stanica, histamin djeluje kroz obitelj od četiri različita GPCR-a nazvana H1R, H2R, H3R i H4R. GPCR se podvrgava desenzibilizaciji nakon fosforilacije pomoću GPCR kinaze (GRK) nakon stimulacije agonistom. GRK su skupina od sedam serin i treonin protein kinaza sisavaca. GRK2 je jedan od članova ove skupine za koji je poznato da desenzibilizira H1R i ograničava njegovu signalizaciju. Endotelne stanice i stanice glatkih mišića snažno eksprimiraju H1R i ovaj receptor olakšava histaminom posredovane upalne i preosjetljive odgovore. Klinički značaj histamina dobivenog iz mastocita u kardiovaskularnim bolestima očit je iz otkrića da koronarne arterije bolesnika s ishemijskom bolešću srca sadrže više mastocita i histamina nego normalne žile, a bolesnici s varijantnom anginom imaju povišene razine histamina u svojim koronarna cirkulacija. Naše studije pokazuju da histamin, djelujući putem H1R, stimulira ekspresiju gena TLR2, TLR4, IL6, COX2, PGI2s i PGE2s što dovodi do pojačane proizvodnje IL-6, PGE2 i PGI2 pomoću HCAEC. Izvješća pokazuju da histamin potiče migraciju i proliferaciju glatkih mišićnih stanica, te regulira model zadebljanja intime. Što se tiče H1R i ateroskleroze, zabilježena je povećana ekspresija mRNA H1R u glatkim mišićnim stanicama intime/medija u ateromu. Histamin također povećava odgovor endotelnih stanica na ligande TLR2 i TLR4 povećanjem ekspresije ova dva urođena imunološka receptora. Također smo pokazali da LPS inducira ekspresiju funkcionalno aktivnog H1R u HCAEC i pojačava osjetljivost na histamin. Ova otkrića sugeriraju da histamin i bakterijski agensi djeluju dvosmjerno pojačavajući upalne odgovore preko regulacije H1R i TLR2/TLR4.
Histamin inducira proizvodnju proupalnih citokina, kao što su IL-6 i IL-8, i antiaterogenih eikosanoida (PGI2 i PGE2). Stoga nije jasno je li H1R signalizacija histamina proaterogena ili kardioprotektivna. Neka istraživanja pokazuju da H1 antihistaminici smanjuju aterogenezu kod miševa s nedostatkom apoE. Raveendran i sur. ispitivali su apoE−/− miševe liječene niskim ili visokim dozama cetirizina ili feksofenadina i procjenu aterosklerotskih plakova putem histološkog presjeka aorte. U miševa s niskim dozama cetirizina ili feksofenadina primijećeno je povećano stvaranje ateroma i površina lezije. To nije bilo povezano s povećanim brojem makrofaga, mastocita ili T limfocita. Smanjenje broja mastocita može biti posljedica povećane degranulacije. Međutim, visoke doze cetirizina i feksofenadina nisu povećale aterosklerozu u usporedbi s kontrolom. Gutanje H1 antihistaminika nije promijenilo ekspresiju H1R u području plaka što je utvrđeno imunofluorescencijom. U visokim dozama, antihistaminici se mogu vezati na druge receptore, kao što je H4R, što može rezultirati drugačijim odgovorom nego kod vezanja H1R. Stoga antihistaminici i dalje pokazuju mješovitu sliku u odnosu na aterosklerozu. Treba napomenuti da vazodilatacijski učinci histamina mogu potaknuti nakupljanje lipida u stijenci krvnih žila.
Zaključak
Ukratko, mastociti igraju ključnu ulogu u regulaciji normalnih fizioloških procesa, kao i u mnogim patofiziološkim stanjima. Posljednjih godina postignut je značajan napredak u našem razumijevanju ovih imunoloških stanica. Dodatni napori da se definiraju složene interakcije mastocita potencijalno će dovesti do novih kliničkih pristupa za mnoga patološka stanja.
Preuzeto sa https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4701915/
Slika preuzeta sa https://www.jillcarnahan.com/2016/10/31/mast-cell-activation-syndrome-mcas-when-histamine-goes-haywire/
2 razmišljanja na “Mastociti – višenamjenska glavna stanica”