Mastitis immunology basics
A tőgygyulladás immunológiai alapjai
Susan McKay, BVM&S, MRCVS, MBA
A tőgygyulladás olyan betegség, amely gyakran az immunrendszer szabályozási rendszerében bekövetkező zavarok miatt alakul ki. Ez a nézet bontakozott ki az Elanco Animal Health által, a közelmúltban, Bécsben rendezett Immunológiai Szimpóziumon, ahol hat, a világ különböző részeiből érkezett professzor mutatta be, hogy az ellés körüli időszakban lévő tehenek az immunitás szempontjából milyen jelentős kihívást jelentenek. A legújabb irodalmi adatok ismertetésével az előadók új nézőpontból vizsgálták meg a betegséget, arra összpontosítva, hogy a tejelő tehén mennyiben reagál másként a különböző kórokozókra, és hogy az immunológiai mechanizmusok hogyan befolyásolják a megbetegedés klinikai megjelenési formáját.
A kórokozókra adott válaszok
Az Izraelből érkezett Shpigel professzor a tőgygyulladás molekuláris alapjainak áttekintésével kezdte előadását.1 Ez a megközelítés magyarázatot adott arra, hogy egyes állatok miért hajlamosak a tőgygyulladás kiújulására, és hogy esetenként miért gyenge az antibiotikumokra adott válasz. A professzor elmondta, hogy a tőgy makrofágjain található mintázatfelismerő receptorok (PRR) között megtalálható a TLR4 (toll like receptor 4) és a CD14.2 A természetes immunrendszer e sejtjein lévő PRR-ek a kórokozó meghatározott területeinek – a patogén-asszociált molekuláris mintázatoknak (PAMP) – a felismerésére képesek. Ezek az „őrszem” makrofágok valószínűleg csak kis számban vannak jelen, és a tőgygyulladást a neutrophil sejtekkel való tömeges beszűrődés is jellemzi.
A makrofágokon – de nem a hámsejteken – lévő TLR4 felismeri a baktériumok, például az E. coli lipopoliszacharid (LPS) fragmentumait, amelyek ezt követően kiváltják a tumor nekrózis faktor alfa (TNFα) nevű citokin felszabadulását. Ez az LPS által kiváltott jelző mechanizmus elősegíti az „aktivált B sejtek nukleáris kappa-könnyűlánc-fokozó faktor” (NF-κB) aktiválódását a hámsejtekben. Az NF-κB a DNS átíródását irányítja és további interleukinok és ciklooxigenázok felszabadulását eredményezi, miáltal gyulladásos választ és neutrophilsejt-toborzást vált ki. Ezt követi az úgynevezett „bystander hatás”, melynek során a szomszédos hámsejtek odavonzása („toborzása”) révén láncreakció indul meg.3
Az E. coli más bakteriális komponensei mastitist képesek kiváltani nem-TLR4 egerekben, vagyis ismert, hogy ez nem az egyetlen válasz, amely E. coli jelenlétében előfordul. A baktérium-lipoproteinek (BLP) a hámsejteken található TLR2 receptorokon keresztül is adnak jelzéseket.4
A fertőzött sejtekben a jelzőrendszer megváltozásai miatt hiányozhat a gyulladásos válasz. Egyes kórokozók – köztük az E. coli – képesek életben maradni a neutrophil sejtekben (és a hámsejtekben), lehetővé téve, hogy azok „trójai falóként” működjenek, védelmet nyújtva a patogének számára az antibiotikumokkal szemben és lehetővé téve a tőgygyulladás kiújulásával járó esetek előfordulását. A neutrophil sejtek élettartamát általában a makrofágok szabályozzák. Mivel a tőgybimbó alveolusában csak kevés makrofág van, az apoptózison átesett neutrophil sejtek eltávolítása és a gyulladásos válasz szabályozása nehézségbe ütközhet. Egy, a hámréteg és a neutrophil sejtek szoros együttműködésén alapuló alternatív mechanizmus is létezhet és szerepet játszhat a gyulladás kiváltásában és megszüntetésében.
Ismétlődő és kiújuló tőgygyulladás
Hans-Martin Seyfert professzor (Rostocki Egyetem, Németország) a kiújuló tőgygyulladásos esetek témáját fejtette ki még részletesebben.5 Míg az Esherichia coli okozta tőgygyulladásra nagyon súlyos tünetek jellemzőek és akár még a kazein-szintézist is képes leállítani, addig a Staphylococcus aureus inkább szubklinikai, ugyanakkor magas szomatikus sejtszámmal járó, gyakran idült természetű megbetegedést idéz elő. Ezt a különbséget az immunválasz nem megfelelő kalibrációjának tulajdonítják. Az E. coli általában erős lokális és szisztémás immunválaszt vált ki, és az általa előidézett mastitis lázzal és a tőgyszövetek elhalásával jár. Az S. aureus kiváltotta tőgygyulladás lefolyása hosszú, átlagosan hét hónapig tart, és az esetek 30–40 százaléka nem gyógyítható meg antibiotikumokkal, mivel az immunválasz gyenge.
Tehénben az antibakteriális peptideket több mint 100 különböző gén szabályozza, míg emberben csak kettő – ez a különbség bizonyos mértékig magyarázza a válasz összetettségét. Konkrétan az E. coli mastitis esetében a TLR-ek expressziója fokozódik, és gyorsabban és erősebben indukálódnak a citokinek, például az IL8 és a TNFα. Az S. aureus esetében kialakuló késedelmes és gyengébb válasz azt jelenti, hogy a citokinválasz alacsonyabb szintű, béta-defenzinek pedig nem indukálódnak; ezért egyes tőgynegyedek reagálhatnak a terápiára, mások viszont nem. A tőgy immunválaszának ez a kórokozó-specifikus modulációja magyarázza az egyes esetek klinikai megjelenésében mutatkozó nagy különbségeket.
Immunitási folyamatok
Mind az E. coli, mind az S. aureus aktiválja a toll like receptorokat (TLR), a S. aureus viszont nem aktiválja az NF-κB-t a tejmirigy hámsejtjeiben. Amint korábban már tárgyaltuk, az NF-κB az immungének expressziójának „főkapcsolójaként” is felfogható. Az S. aureus esetében – az E. coli-hoz képest – kevesebb gén későbbi és gyengébb szabályozása azt eredményezi, hogy az S. aureus a gyulladáskeltő citokinek (például a TNFα és az IL6) csökkent expresszióját váltja ki.6
A tejmirigy hámsejtjeiben valószínűleg két folyamat zajlik – az egyik függ, a másik pedig független az MyD88 géntől.7 A TNFα és az IL1 indukciója függ az MyD88-tól, míg az IL6 indukciója független attól. Az E. coli jelenlétében MyD88 függő válasz alakul ki, a TNFα és az IL1 korai indukciójával, amelyet egy további, késői válasz követ, melyet ezek a citokinek váltanak ki, amint gyulladáskeltő, antimikrobiális és apoptózis-ellenes hatású további citokineket vonzanak a helyszínre.8 Mind az E. coli, mind az S. aureus képes kiváltani egy MyD88-független választ is, amely IL6 termelődést eredményez. Ez utóbbi válasz pedig aktiválja a mitogén-aktivált protein kináz (MAPK) és Janus kináz (JAK) jelzőmechanizmust, ami csak gyenge gyulladást eredményez és nem jár a patogén eltávolításával. Ezt azt jelenti, hogy az S. aureus esetében – e gyengébb válasz alapján – jóval kisebb mértékű a kórokozó eltávolítása, ami utat nyit a hosszabb lefolyású, krónikus fertőzések előtt.
Az adaptív válaszok kiváltása
Dirk Werling professzor (Royal Veterinary College, Egyesült Királyság) arról beszélt, hogy ezek a folyamatok miért jelentik azt, hogy a tőgy egészségének megőrzésében a veleszületett immunrendszernek jelentős-, miközben az adaptív immunitás (és így az „immunmemória”) kevésbé jelentős szerepet játszik a betegséggel szembeni válasz kialakításában. Bemutatta, hogy az egyes kórokozókat hogyan ismerik fel a specifikus patogénfelismerő receptorok (PRR) és ennek alapján hogyan indulnak meg a veleszületett immunrendszer konkrét válaszreakciói – például a makrofág-aktiváció, a fagocitózis vagy a komplement-aktiváció.
Más betegségek esetén a természetes immunrendszer reakciója egy további, az adaptív immunitásra alapozott választ indíthat el, de a tőgygyulladás esetén ez nem következik be – vagyis nincs „B-terv”. A test/tőgy védőgát és az egyes tőgynegyedek közötti barrierek miatt a szerzett immunitás nem feltétlenül terjed át egyik rendszerből a másikba. Az S. aureus esetében léteznek olyan mechanizmusok, melyek révén a baktérium el tudja kerülni az immunrendszer általi felismerést és blokkolni tudja a T-sejtek aktiválódását. E mechanizmusok leküzdéséhez az egyik kulcsot az adjuvánsok jelenthetik.
Az adjuvánsokat Janeway (1989) „az immunológus piszkos kis titkának” nevezte:9 az ismert, hogy működnek, de pontosan nem ismert, hogy hogyan. A különböző adjuvánsok különböző helyeken fejtik ki hatásukat, melyek között szerepelhetnek az antigén-felvevő helyek és az antigén-prezentáló sejtek általi bemutatás helyei, illetve a veleszületett immunrendszer sejtjeinek TLR-jei. A humán vakcinákban sok új adjuvánst használnak, melyeket kipróbáltak az S. aureus elleni vakcinákban is. E vakcinák közül némelyek szarvasmarhákban megnövelték az ellenanyagtitereket és csökkentették a szomatikus sejtszámokat, de alkalmazásuk során bizonyos mellékhatások fordultak elő.10 Különbséget kell azonban tenni az ellenanyagválasz és a protektív válasz között, mivel a védelemhez celluláris (T-sejtes) és humorális válaszra egyaránt szükség van. Ez talán nem meglepő, tekintettel arra, hogy az adaptív (szerzett) immunitás nem jelentős a gazdaszervezet tőgygyulladásra adott természetes válaszában. A kórokozó jellemzői, a környezeti hatás és a gazdaszervezettel kapcsolatos különböző tényezők egyaránt befolyásolhatják az adott vakcina által biztosított védelem mértékét, ezért még nagy utat kell megtenni addig, amíg a tőgygyulladás problémáját vakcinázással teljes mértékben meg lehet oldani.
A résztvevők a szemináriumon alaposabb molekuláris szintű ismeretekre tettek szert a tőgygyulladással és az arra adott gazdaszervezeti válasszal kapcsolatban. A betegség különböző kórokozóknak tulajdonított eltérő megjelenési formái jórészt azoknak a különbségeknek tulajdoníthatók, melyek a gazdaszervezet immunrendszere és az e kórokozók közötti kölcsönhatásokban fellelhetők. A veleszületett immunrendszer egészsége, valamint az immunrendszer működését és expresszióját kedvezőtlenül befolyásoló vagy fokozó tényezők valószínűleg nagy hatással vannak az ellés körüli időszakban lévő tehén teljesítményére és egészségére az ellés körüli létfontosságú 90 nap („The Vital 90 Days”) során.
Irodalom
1. Elanco Science Immunity Symposium, Vienna, November 2013, Professor Nahum Shpigel, Neutrophils – not just killing machines. Facilitator of bacterial colonisation and inflammation control [Neutrophil sejtek – nemcsak „ölőgépek”. A baktérium-megtelepedés és a gyulladás elleni védekezés elősegítői].
2. Gonen E., Vallon‐Eberhard A., Elazar S., Harmelin A., Brenner O., Rosenshine I., Jung S., Shpigel N.Y., (2007), Toll like receptor 4 is needed to restrict the invasion of Escherichia coli P4 into mammary gland epithelial cells in a murine model of acute mastitis [A toll like receptor 4 szükséges az Escherichia coli P4 tejmirigy-hámsejtekbe való behatolásának korlátozásához a heveny tőgygyulladás egérmodelljében]. Cellular Microbiology, 9, (12), 2826–2838
3. Kasper C.A., Sorg I., Schmutz C., Tschon T., Wischnewski H., Kim M.L., Arrieumerlou C., (2010), Cell‐Cell Propagation of NF-κB Transcription Factor and MAP Kinase Activation Amplifies Innate Immunity against Bacterial Infection [Az NF-κB transzkripciós faktor sejtről sejtre történő átvitele és a MAP kináz aktiválása erősíti a baktérium-fertőzésekkel szembeni veleszületett immunválaszt]. Immunity, 33, 804–816
4. Mintz M., Mintz D., Ilia‐Ezra R., Shpigel N.Y., (2013), Pam3CSK4/TLR2 signaling elicits neutrophil recruitment and restricts invasion of Escherichia coli P4 into mammary gland epithelial cells in a murine mastitis model [A Pam3CSK4/TLR2 jeladás kiváltja a neutrophil sejtek toborzását és csökkenti az Escherichia coli P4 tejmirigy-hámsejtekbe való behatolását a tőgygyulladás egérmodelljében]. Veterinary Immunology, 152, 168–175
5. Elanco Science Immunity Symposium, Vienna, November 2013, Professor Hans-Martin Seyfert, Innate immunity: activation of the initial immune response during pathogen-specific mastitis [Veleszületett immunitás: a kezdeti immunválasz aktiválódása a kórokozó-specifikus tőgygyulladás során].
6. Yang, W., Zerbe, H., Petzl, W., Brunner, R.M., Günther, J., Draing, C., von Aulock, S., Schuberth, H.-J., Seyfert, H.-M., (2008), Bovine TLR2 and TLR4 properly transduce signals from S. aureus and E. coli, but S. aureus fails to both activate NF-κB in Mammary Epithelial Cells and to quickly induce TNFα and Interleukin-8 (CXCL8) expression in the udder [A szarvasmarha TLR2 és TLR4 megfelelően közvetíti az S. aureus és az E. coli jelzéseit, de az S. aureus nem képes aktiválni az NF-κB-t a tejmirigy hámsejtjeiben és gyorsan kiváltani a TNFα és az interleukin-8 (CXCL8) expresszióját a tőgyben]. Molecular Immunology, 45 (5),1385–1397
7. Günther J Esch Günther, J., Esch, K., Poschadel, N., Petzl, W., Zerbe, H., Mitterhuemer, S., Blum, H., Seyfert, H.-M.,(2011), Comparative kinetics of E. coli vs. S. aureus specific activation of key immune pathways in mammary epithelial cell: S. aureus elicits a delayed response dominated by IL-6, but not by IL-1A or TNFα [A legfontosabb immun-reakcióutak E. coli és S. aureus specifikus aktivációjának összehasonlító kinetikája a tejmirigy hámsejtjeiben: az S. aureus egy IL-6, de nem IL-1A vagy TNFα által uralt késleltetett választ vált ki]. Infection and Immunity 79, 695–707
8. Schukken YH, Günther J, Fitzpatrick J, Fontaine MC, Goetze L, Holst O, Leigh J, Petzl W, Schuberth HJ, Sipka A, Smith DGE, Quesnell R, Watts J, Yance R, Zerbe H, Gurjar A, Zadoks RN, Seyfert HM, (2011), Host-response patterns of intramammary infections in dairy cows [A tejelő tehenek tőgyfertőzéseinek gazdaszervezeti válasz mintázatai]. Veterinary Immunology and Immunopathology 144, 270–289
9. Janeway CA Jr, (1989), Review Approaching the asymptote? Evolution and revolution in immunology [Szemlecikk: Az aszimptóta megközelítése: evolúció és forradalom az immunológiában]. Cold Spring Harb Symp Quant Biol., 54 Pt 1:1–13
10. Elanco Science Immunity Symposium, Vienna, November 2013, Professor Dirk Werling, Innate Immunity. Communication between Innate and Acquired. How this may affect vaccines [Veleszületett immunitás: kommunikáció a veleszületett és a szerzett között. Hogyan hathat ez a vakcinákra?]
