Shuo Wang Qiao
Cøliaki er en intoleransesykdom hvor kroppen starter en uhensiktmessig inflammatorisk respons mot fødeantigenet gluten. Inflammasjon i tynntarm preges av økt tilstrømning av lymfocytter bestående av T-lymfocytter, B-lymfocytter og plasmaceller, i både epitellaget og i underliggende lamina propria. Den immunologiske responsen ved cøliaki kjennetegnes av en spesifikk respons mot enzymet vevstransglutaminase 2 (TG2) ved at det dannes IgA- og IgG-antistoffer mot dette enzymet. Antistoffnivået samvarierer med gluteninntaket og sykdomsaktivitet, dvs., antistoff er til stede når pasienter inntar glutenholdig kost, men forsvinner etter en viss tid på glutenfri kost. Således er cøliaki en interessant sykdom hvor det finnes en autoimmun respons som er avhengig av eksponering for et fremmed antigen, nemlig gluten.
I vår forskningsgruppe ledet av professor Ludvig M. Sollid på Senter for Immunregulering ser vi på cøliaki som en interessant modellsykdom for andre inflammatoriske og autoimmune sykdommer. Ikke bare kjenner man identiteten til det utløsende antigenet, men også det at gluten kan fjernes og reintroduseres for pasienter gir forskere unike muligheter til å studere sykdomsmekanismene inngående.
Vårt immunapparat består av det medfødte og det adaptive immunforsvaret. Det medfødte immunforsvaret bruker et fast sett av reseptorer til å gjenkjenne bakteriell og virale komponenter. Den representerer et raskt førstelinjeforsvar. Det adaptive immunforsvaret er noe saktere i sin respons, men til gjengjeld har den evne til å «huske» tidligere møter med antigener slik at en kraftig respons kan igangsettes raskt ved nest møte med det samme antigenet. Ved autoimmune sykdommer generelt, og cøliaki i særdeleshet, er det det adaptive immunforsvaret som er hovedaktør.
Det adaptive immunforsvaret består hovedsakelig av lymfocytter. Lymfocyttene kan igjen deles inn i T-lymfocytter og B-lymfocytter. Etter aktivering og differensiering kan B-lymfocytter utvikle seg til plasmaceller som er spesialiserte proteinfabrikker og skiller ut store mengder antistoffmolekyler. T-celler kan igjen deles inn i cytotoksiske CD8-celler, og CD4-positive hjelpe-T-celler. De sistenevnte er kanskje den viktigste aktør i vårt immunapparat. CD4-positive T-celler dirigerer både den cytotoksiske CD8-responsen, og gir nødvendige aktiveringssignaler til B-celler slik at de kan differensiere videre til plasmaceller.
HLA-molekyler, eller vevstypeantigener, er spesialiserte immunmolekyler som binder antigenfragmenter og presenterer dem for T-celler. Så godt som alle cøliakere har en spesiell HLA variant kalt HLA-DQ2.5. Hos cøliakere binder glutenfragmenter seg til DQ2.5 og komplekser av disse to blir gjenkjent av CD4-positive T-celler i tarmen. Denne hendelsen representerer kanskje det viktigste trinnet i sykdomsutvikling til cøliaki. Glutenreaktive CD4-positive T-celler i tarmen finnes kun hos cøliakere og ikke hos friske personer. I laboratoriet kan vi rutinemessig isolere, dyrke, klone, ekspandere og ikke minst studere disse sykdomsspesifikke cellene fra tarmbiopsibiter vi får fra gastroskopiundersøkelsen.
Når glutenspesifikke CD4 T-celler fra cøliakere reaktiveres av DQ2.5-gluten molekyler, skiller de ut store mengder interferon-γ (IFN-γ), og noe interleukin-(IL-)21. Dette er cytokiner som fremmer inflammasjon og B-cellemodning og er med på å skape vevsødeleggelse og antistoffproduksjon. Derimot finner man ingen utskillelse av IL-17, som er signaturcytokinet til de såkalte TH17 T-celler. TH17 T-celler har vært ganske populære i det siste da man mener at de er potente inflammatoriske celler som forårsaker autoimmune sykdommer slik som multippel sklerose og Mb. Crohn. Men altså ikke i cøliaki.
Gluten er en samlebetegnelse over proteinmassen som blir igjen når stivelsen er vasket vekk fra hvete. Det er en veldig kompleks masse som består av mange forskjellige proteinmolekyler. Gluten kan deles inn i gliadin- og glutenin-subkomponenter. T-celleresponsen hos cøliakere er sammensatt og med individuelle forskjeller. De fleste har respons rettet mot en bestemt del av α-gliadin som inneholder to viktige T-celleepitoper (peptidsekvens som gjenkjennes av T-celler), DQ2.5-glia-α1 og -α2 epitoper. Disse to epitopene kalles gjerne for immundominante siden de gjenkjennes av de fleste cøliakere. I tillegg vil glutenspesifikke T-celler fra hver pasient gjenkjenne et variert utvalg av T-celleepitoper fra andre deler av glutenproteinet. Til sammen finnes det minst 16 forskjellige glutenderiverte T-celleepitoper som binder DQ2.5. I tillegg finnes det en del T-celleepitoper fra hordein (bygg), secalin (rug), avenin (havre) samt epitoper fra gluten som binder DQ2.2 og DQ8, HLA-molekyler som finnes hos et mindretalls cøliakere.
Fordøyelsesenzymene i magesekken og tynntarmen bryter ned proteiner i maten vår til små peptidfragmenter bestående av én, to eller tre aminosyrer slik at de kan tas opp av enterocyttene. Disse peptidfragmentene er for små til å bli gjenkjent av T-celler som trenger minimum 8-9 aminosyrer i et peptid for aktivering. Glutenproteinet inneholder mye av aminosyret prolin. Proliner gjør proteiner vanskelige nedbrytbare for de fleste fordøyelsesenzymer. I studier hvor man har simulert tarmfordøyelsen av gluten i prøverør, finner man svært lange peptidfragmenter av gluten selv etter langvarig proteolysebehandling. Et av fragmentene teller f.eks. 33 aminosyrer og inneholder flere kopier av de to immundominante T-celleepitopene DQ2.5-glia-α1 og -α2. Dette fragmentet kalles gjerne for 33-mer og er blitt et modellantigen i studier av den glutenspesifikke T-celleresponsen.
En særegenhet ved T-celleresponsen i cøliaki er at i de aller fleste tilfeller må glutenantigenet først modifiseres før de kan binde seg til DQ2.5 og gjenkjennes av T-celler. Modifikasjonen består av en konvertering fra aminosyren glutamin til glutamat, i bestemte posisjoner innen glutenantigenet. Denne konverteringen, som kalles deamidering, gjør gluten mer negativt ladet, og som sin tur fører at den binder seg bedre til DQ2.5-molekyler. Glutendeamidering er en velkontrollert prosess og er enzymatisk styrt av vevstransglutaminase 2 (TG2). De fleste T-celleepitoper i gluten viser seg å være spesielt gode substrater for TG2-deamidering og vice versa: de delene av gluten som deamideres av TG2 inneholder ofte kjente T-celleepitoper. Det betyr at T-celleresponsen mot gluten styres til dels av TG2-spesifisitet og -aktivitet.
Det er nok ikke tilfeldig at TG2-enzymet, som er så viktig for T-celleresponsen i cøliaki, også er målet for autoantistoffer assosiert med cøliaki. ELISA-målinger av IgA-TG2 har over 90 % spesifisitet og sensitivitet. Hos de få pasientene hvor IgA-TG2 ikke er målbart i serumprøver finner man som oftest anti-TG2 IgA deponert i basalmembranen i tynntarmen. Anti-TG2 IgA produseres lokalt av plasmaceller i lamina propria hvor man ved aktiv sykdom finner en betydelig forøket antall plasmaceller. Anti-TG2 spesifikke plasmaceller kan utgjør opptil 10 % av disse og viser således at en betydelig del av immunresponsen i cøliakitarm er dedikert mot anti-TG2.
Selv om anti-TG2-respons er et sentralt moment i immunpatologi i cøliaki, er det svært kontroversielt om anti-TG2-antistoffer bidrar i patogenesen ved sykdommen. I forskningslitteraturen er det rapportert mange forskjellige effekter av anti-TG2-autoantistoffer, inkludert monocyttaktivering, økt epitelpermeabilitet, økt endotelpermeabilitet, nevrotoksisitet osv. Dessverre er alle disse studiene gjort in vitro, og dyrestudier har ikke vist patogenetiske effekter av anti-TG2-antistoffer i mus. Det er heller ingen enighet om anti-TG2-antistoffer påvirker den enzymatiske aktiviteten til TG2. Både studier som finner økt aktivitet, hemmet aktivitet, og ingen endring i aktivitet er blitt rapportert.
I vårt laboratorium har vi nylig klonet, sekvensert og laget et panel av et femtitalls rekombinante anti-TG2-antistoffer fra plasmaceller isolert fra lamina propria hos cøliakipasienter. Av disse antistoffene fant vi ingen som hemmet TG2-aktivitet. Vår hypotese er at på en eller annen måte er den enzymatiske aktiviteten til TG2 viktig under modningsprosessen av anti-TG2 B-celler.
Så hvorfor dannes det autoantistoffer mot TG2 hos cøliakere? Og hvorfor kun når de spiser gluten? Det siste tyder på at glutenreaktive T-celler, som er kun aktiverte når gluten er til stede, er viktig for anti-TG2-responsen. En attraktiv forklaringsmodell går ut på at anti-TG2 B-celler tar opp TG2-molekyler som har gluten bundet til seg (gluten-TG2-komplekser er blitt observert in vitro), og presenterer glutenpeptider til glutenreaktive T-celler. Disse T-celler gir de nødvendige hjelpesignaler til anti-TG2 B-celler slik at de differensierer videre til anti-TG2-produserende plasmaceller. Når gluten fjernes fra kosten, forsvinner både glutenantigenet og aktiverte glutenreaktive T-celler. Etter en tid, når eksisterende anti-TG2-antistoffer og anti-TG2 plasmaceller forsvinner / dør ut, forsvinner også IgA-TG2-titre fra serumprøver.
Aktiverte, glutenspesifikke T-celler er en unik sykdomsmarkør for cøliaki, også hos de som er behandlet og er på glutenfri kost. Inntil nylig kan disse cellene bare påvises etter dyrking av tarmbiopsi, en omstendelig prosess, eller i blodet etter glutenprovokasjon hos behandlede pasienter. I vårt laboratorium har vi laget syntetiske, rekombinante DQ2.5-molekyler bundet med T-celleepitoper. Slikt sett mimikerer de DQ2.5-gluten-kompleksene T-cellene møter i kroppen. Ved å lage multimeriserte molekyler, såkalte tetramerer, av disse DQ2.5-gluten-molekyler, har vi klart å «fiske» ut glutenspesifikke T-celler i blodet. I et pågående arbeid ser vi at cøliakere har et signifikante høyere antall aktiverte og hukommelses-T-celler rettet mot DQ2.5-gluten. Ubehandlet cøliakere og refraktære pasienter har det høyeste antallet, mens dette tallet synker etter en tid med glutenfri kost. Men selv hos cøliakere som har vært behandlet i en god del år, finner vi fortsatt flere tidligere aktiverte DQ2.5-gluten T-celler enn de ytterst få vi ser hos friske personer. Vi jobber med å finpusse metodene slik at forhåpentligvis kan denne direkte påvisningen av sykdomsspesifikke celler bidra til diagnostikk av tvilstilfeller i fremtiden.
Dyrking og studier av glutenreaktive T-celler fra cøliakibiopsier har gitt oss mange svar på hvordan gluten kan utløse en spesifikk immunrespons hos en del DQ2.5- og DQ8-individer. Proliner i gluten gjør dette proteinet «tungt» fordøyelig slik at lange peptidfragmenter inneholdende multiple immundominante T-celleepitoper er tilgjengelige for immunforsvaret. TG2-enzymet modifiserer deretter glutenfragmenter, og deamidering resulterer i glutenpeptider som binder seg sterkere til DQ2.5-molekyler. DQ2.5-gluten komplekser presenteres og gjenkjennes av spesifikke CD4 T-celler som aktiveres. De skiller ut proinflammatoriske cytokiner og gir hjelp til både glutenreaktive og TG2-reaktive B-celler slik at det dannes anti-gluten- og anti-TG2-antistoffer.
Vi håper at cøliakiforskningen kan kaste lys over sykdomsmekanismene ved andre autoimmune sykdommer. Det at vi finner autoantistoff mot TG2-enzymet bare når pasienter er eksponert for glutenantigenet, kan kanskje representere en modell for hvordan det dannes en autoimmun respons mot enzymer som modifiserer det «egentlige» antigenet. Eksempler på dette vil være anti-GAD65 antistoffer i type I-diabetes, og anti-citrullin-antistoffer hos RA-pasienter.
Og selvsagt håper vi også at vår akkumulerte kunnskap på sykdomsmekanismene ved cøliaki en dag kan komme våre cøliakere til gode, i form av nye terapeutika som er supplementære til diett eller kanskje til og med kan erstatte glutenfri kost.
Di Niro R et al. High abundance of plasma cells secreting transglutaminase 2-specific IgA autoantibodies with limited somatic hypermutation in celiac disease intestinal lesions. Nat Med 2012; 18(3):441–445
Abadie V, Sollid LM, Barreiro LB & Jabri B. Integration of genetic and immunological insights into a model of celiac disease pathogenesis. Nat Rev Immunol 2011; 29:493–525
Sollid LM et al. Nomenclature and listing of celiac disease relevant gluten T-cell epitopes restricted by HLA-DQ molecules. Immunogenetics 2012; 64(6):455-60
Qiao SW, Iversen R, Ráki M & Sollid LM. The adaptive immune response in celiac disease. Sem Immunopath 2012; Apr 26.
