Jugoslov Med Biohem 2004; 23 (4) 333

Bronhijalna astma i hroni~ne opstruktivne bolesti plu}a

Bronhijalna astma je inflamacijska bolest kojukarakteri{e preosetljivost vazdu{nih puteva sa po-vremenim periodima bronhospazma. Radi se o spaz-mu ili du`im kontrakcijama bronhijalne i bronhiolarneglatke muskulature. Exstrinsic astma (atopijska, aler-gijska astma) je mnogo ~e{}a od intrinsic astme(nealergijske, neatopijske, inflamacijske astme).Bronhijalna astma je veoma slo`eno oboljenje kojepodrazumeva biohemijske, autonomne, imunske,infektivne, endokrine i psihi~ke faktore razli~itog ste-pena u razli~itih osoba (1).

Smatra se da je inflamacija koja nastaje kao po-sledica preosetljivosti ili hiperosetljivosti vazdu{nihputeva osnovni patofiziolo{ki razlog u svim tipovimaastme. Osloba|anje medijatora inflamacije dovodi dospazma glatkih mi{i}a bronhija, vaskularne kongesti-je, pove}ane propustljivosti krvnih sudova, edema,stvaranja guste, lepljive sluzi i prestanka funkcije (1).

Po mnogima eozinofilni leukociti su klju~ne efektorne}elije u patogenezi ove inflamacijske bolesti vazdu{-nih puteva (2–4, 9, 47, 48–59). Aktivirani eozinofilisekretuju {iroki spektar preformiranih i novosinteti-sanih medijatora koji razaraju integritet bronhijalnesluznice, zaustavljaju pokretanje cilija i dovode doo{te}enja i jake sekrecije epitelnih }elija. O{te}enjeepitelnih }elija je u korelaciji sa preosetljivo{}u vaz-du{nih puteva (1, 51, 57, 58). Brojni citokini koje pro-dukuju eozinofili obezbe|uju lokalni mehanizamkojim se poja~ava i modulira postoje}i zapaljenskiproces (5, 55, 56). Metaplazija peharastih }elija, kojanastaje kao posledica inflamacije disajnih puteva,tako|e umnogome doprinosi klini~koj simptoma-tologiji, opstrukciji disajnih puteva i mortalitetu (6, 47,51). Bitne patomorfolo{ke karakteristike bronhijalneastme su i subepitelna fibroza, hipertrofija glatkihmi{i}a i formiranje novih krvnih sudova, {to u krajn-jem ishodu dovodi do remodelovanja zida disajnihputeva (5, 7, 51, 56).

Osim bronhijalne astme, inflamacija je zna~ajnaza razvoj hroni~nih opstruktivnih bolesti plu}a (HOBP).Ipak, inflamacijski odgovor u HOBP se zna~ajno raz-likuje od odgovora u astmi, {to je prikazano na tabeli I.Me|utim, neki bolesnici imaju istovremeno i HOBP iastmu, pa inflamacija u njihovim plu}ima mo`e pokazi-vati karakteristike obe bolesti (8).

UC 577,1; 61 ISSN 0354-3447

Jugoslov Med Biohem 23: 333–341, 2004 Pregledni ~lanakReview article

ULOGA EOZINOFILNIH LEUKOCITA U PATOGENEZI BRONHIJALNE ASTME

Danijela Vu~evi}, Tatjana Radosavljevi}, Gordana \or|evi}-Deni}

Institut za patolo{ku fiziologiju, Medicinski fakultet, Beograd

Kratak sadr`aj: Patogeneza bronhijalne astme nije do kraja razja{njena. U plu}ima, perifernoj krvi i spu-tumu astmati~ara prisutan je pove}an broj eozinofila. Eozinofilija je identifikovana kao faktor rizika za razvojopstrukcije vazdu{nih puteva. Izrazit eozinofilni zapaljenski infiltrat u bronhijalnoj sluznici i korelacija izme|ubroja eozinofilnih leukocita i te`ine bolesti podr`ava hipotezu prema kojoj su eozinofili glavne inflamacijske }elijesposobne da izazovu patofiziolo{ke promene karakteristi~ne za astmu. Aktivirani eozinofili sekretuju {iroki spek-tar preformiranih i novosintetisanih medijatora koji dovode do o{te}enja bronhijalnog epitela, spazma glatkihmi{i}a bronhija, pove}anja sekrecije sluzi i vazodilatacije. Dokazano je da se u toku astmati~nog napadapove}ava proizvodnja oksidanasa. Brojna istra`ivanja ukazuju da eozinofili u krvi i vazdu{nim putevima osobaobolelih od bronhijalne astme stvaraju ve}u koli~inu oksidanasa u odnosu na zdrave osobe.

Klju~ne re~i: eozinofilni leukociti, bronhijalna astma, inflamacija, oksidansi

Adresa autora:

Danijela Vu~evi}Institut za patolo{ku fiziologiju Medicinskog fakulteta u BeograduDr Suboti}a 911000 Beograd

334 Jugoslov Med Biohem 2004; 23 (4)

U nekih bolesnika s hroni~nom bronhijalnomastmom jasno razlikovanje ove bolesti od HOBP nijemogu}e kori{}enjem savremenih metoda za imid`ingplu}a i ispitivanje plu}ne funkcije. Znaci karakteris-ti~ni za bronhijalnu astmu i HOBP, koji su va`ni zadiferencijalnu dijagnozu ovih bolesti prikazani su natabeli II. Me|utim, ovi znaci se ne sre}u kod svihbolesnika. Na primer, osoba koja nikad nije pu{ilamo`e da se razboli od HOBP. Tako|e, astma mo`eda se razvije u odraslih, pa ~ak i u starijih osoba (8).

Eozinofilni leukociti i zapaljenje mukoze disajnih puteva

Postoje dokazi o akutnoj i hroni~noj inflamacijikoje su nepravilno raspore|ene u disajnim putevimaastmati~ara (9). Op{te je prihva}eno da su eozinofilidominantne efektorne }elije u hroni~noj inflamaciji(2’ 4, 9, 47, 48 ’59). Svoju ulogu ostvaruju u tokuprocesa degranulacije osloba|anjem ~itavog nizamedijatora i faktora rasta (Tabela III–V).

Table I Karakteristike inflamacije u bronhijalnoj astmi i HOBP

Bolest plu}a

Inflamacijske }elije

Medijatori inflamacije

Posledice

Odgovor na terapiju

Bronhijalna astma

EozinofiliMali porast broja makrofagaPorast broja CD4+ T limfocitaAktivacija mastocita

Leukotrien D4 (LTD4)Interleukin-4 (IL-4)Interleukin-5 (IL-5)Mnogi drugi medijatoriFragilan epitelZadebljanje bazalne membraneMetaplazija sluziUve}anje `lezdaGlikokortikoidi inhibiraju inflamaciju

Table II Diferencijalna dijagnoza bronhijalne astme i HOBP

Bolest plu}a

Bronhijalnaastma

HOBP

Znaci koji ukazuju na bolestPo~etak u mladosti (~esto u detinjstvu)Simptomi se menjaju iz dana u danSimptomi se javljaju no}u ili rano ujutru^esta pridru`enost alergije, rinitisa i/ili ekcemaPozitivna porodi~na anamneza za astmuUglavnom reverzibilno ograni~enje protoka vazduhaPo~etak u srednjem `ivotnom dobuSpora progresija simptomaAnamneza o dugotrajnom pu{enjuDispnoja pri fizi~kom naporuUglavnom ireverzibilno ograni~enje protoka vazduha

Table III Proteinski sadr`aj eozinofilnih granula

ProteinGlavni osnovni protein(MBP-major basic protein)Eozinofilni katjonski proteinEozinofilni neurotoksinEozinofilna peroksidazaLizozimKisela fosfatazaArilsulfataza BKatalazaEnoil-CoA hidrataza3-ketoacil-CoA tiolazab-glukuronidazaKatepsin DElastazaGranulocitno-monocitni faktor rasta (GM-CSF)Interleukin-2 (IL-2)Interleukin-4 (IL-4)Interleukin-5 (IL-5)Interleukin-6 (IL-6)Faktor nekroze tumora a(TNFa)RANTESTip II fosfolipaza A2Baktericidni protein kojipove}ava permeabilnostKisela fosfatazaArilsulfataza B KatalazaCitohrom b558ElastazaEozinofilni katjonski proteinLizofosfolipaza (Charcot--Leyden kristalni protein)Ciklooksigenaza5-lipoksigenaza15-lipoksigenazaLeukotrien C4 sintetazaEozinofilna peroksidazaEsteraza

Vrsta granulaSekundarne (specifi~ne) granule

Sekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granule

Sekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granule

Sekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granuleSekundarne (specifi~ne) granule

Male granuleMale granuleMale granuleMale granuleMale granuleMale granulePrimarne (nespecifi~ne granule)

Lipidna tela{caLipidna tela{caLipidna tela{caLipidna tela{caLipidna tela{caLipidna tela{ca

HOBP

NeutrofiliVeliki porast broja makrofagaPorast broja CD8+ T limfocitaLeukotrien B4 (LTB4)

Interleukin-8 (IL-8)Faktor nekroze tumora a (TNFa)Mnogi drugi medijatoriSkvamozna metaplazija epitelaDestrukcija parenhimaMetaplazija sluziUve}anje `lezda

Glikokortikoidi imaju mali efekat ili ne ispoljavaju svoje dejstvo

Jugoslov Med Biohem 2004; 23 (4) 335

Iz granula eozinofila osloba|aju se katjonskiproteini (eozinofilni katjonski protein, eozinofilna per-oksidaza, eozinofilni neurotoksin, i dr.), enzimi (fos-folipaza A2, eozinofilna kolagenaza, katalaza, kiselafosfataza, histaminaza, itd.) i neuropeptidi (supstancaP, vazoaktivni intestinalni peptid ’ VIP, i dr.). Najzastu-pljeniji protein u granulama eozinofila (MBP ’ majorbasic protein), deluje toksi~no na epitel vazdu{nihputeva. Pokazano je da MBP izaziva o{te}enje pneu-

Table IV Eozinofilni lipidni medijatori

Faktor aktivacije trombocita

(PAF-platelet activation factor)

Leukotrien B4 (LTB4)

Leukotrien C4 (LTC4)

Tromboksan A2 (TXA2)

Prostaglandin E2 (PGE2)

Prostaglandin G2 (PGG2)

Prostaglandin F2a (PGF2a)

Prostaglandin I2 (PGI2)

5-hidroksieikosatetraenoi~na kiselina (5-HETE)

12-hidroksieikosatetraenoi~na kiselina (12-HETE)

15-hidroksieikosatetraenoi~na kiselina (15-HETE)

5,15-dihidroksieikosatetraenoi~na kiselina (5,15-diHETE)

8,15-dihidroksieikosatetraenoi~na kiselina (8,15-diHETE)

14,15-dihidroksieikosatetraenoi~na kiselina

(14,15-diHETE)

Lipoksin A4 (LXA4)

Lipoksin C4 (LXC4)

13-hidroksilinoleinska kiselina (13-HODE)

Table V Eozinofilni faktori rasta

Faktor nekroze tumora a (TNFa – tumor necrosis factor a)Faktor nekroze tumora b (TNFb – tumor necrosis factor b)Faktor rasta poreklom iz trombocita (PDGF – platelet-derived growth factor)Faktor rasta vaskularnog endotela (VEGF – vascular endothelial growth factor)Heparin vezuju}i epidermski faktor rasta (HB-EGF → heparin-binding epidermal growth factor)Nervni faktor rasta (NGF – nerve growth factor)Endotelin (ET – endothelin)

Tabela VI Eozinofilni receptori za hemokine i njihovi endogeni ligandi

Subfamilija hemokina

CXC hemokini

CXC hemokini

CXC hemokini

CXC hemokini

CC hemokini

CC hemokini

CC hemokini

CC hemokini

CC hemokini

CC hemokini

CC hemokini

CC hemokini

CC hemokini

CC hemokini

CC hemokini

CC hemokini

Nomenklatura

CXCR1

CXCR1

CXCR2

CXCR2

CCR1

CCR1

CCR1

CCR1

CCR1

CCR1

CCR3

CCR3

CCR3

CCR3

CCR3

CCR3

Endogeni ligandi

Interleukin-8 (IL-8)

Granulocitni protein hemotakse-2

(GCP-2 → granulocyte chemotactic protein-2)

Interleukin-8 (IL-8)

Granulocitni protein hemotakse-2

(GCP-2 → granulocyte chemotactic protein-2)

Makrofagni inflamacijski protein 1a (MIP1a)

RANTES

Monocitni protein hemotakse-2

(MCP-2 → monoocyte chemotactic protein-2)

Monocitni protein hemotakse-3

(MCP-3 →monoocyte chemotactic protein-3)

Monocitni protein hemotakse-5

(MCP-5 → monoocyte chemotactic protein-5)

Leukotaktin-1

Eotaksin I

Eotaksin II

Leukotaktin-1

Monocitni protein hemotakse-3

(MCP-3 → monoocyte chemotactic protein-3)

Monocitni protein hemotakse-4

(MCP-4 → monoocyte chemotactic protein-4)

RANTES

336 Jugoslov Med Biohem 2004; 23 (4)

mocita (10, 11) i deskvamaciju epitela respiracijskogtrakta (12, 13). MBP naru{ava transport jona u epitelutraheje, {to mo`e da izmeni zapreminu i sastavte~nosti koja obla`e vazdu{ne puteve (14).

Nezaobilazni element aktivacije i efektornefunkcije eozinofila su i novosintetisani lipidni medija-tori ciklooksigenaznog puta (prostaglandini i trom-boksan A2) i lipoksigenaznog puta (leukotrieni,lipoksini i dr.). Osim toga, eozinofili stvaraju i citokine(eokine), i to pre svega interleukin-3 (IL-3), IL-5 igranulocitno-monocitni faktor rasta (GM-CSF), kojisvojim autokrinim dejstvom odr`avaju i intenzivirajuinflamaciju. U granulama eozinofila utvr|eno je i pris-ustvo IL-10, IL-11, IL-12, IL-16, interferona g (INFg) ifaktora koji inhibira migraciju makrofaga (MIF ’ ma-crophage migration inhibitory factor). Zapaljenskiproces moduliraju i eokini akutne inflamacije (IL-1a,IL-6, i faktor nekroze tumora a ’ TNFa), faktor akti-vacije trombocita (PAF), kao i hemokini (IL-8, makro-fagni inflamacijski protein 1a ’ MIF1a, i dr.) (2’4, 9,47, 48’59).

Inflamacijski odgovor predstavlja kaskadu do-ga|aja koja se manifestuje sekvencionalnom akcijomintegrina, selektina, superfamilije imunoglobulina,kadherina, adresina i drugih familija adhezivnih mo-lekula i njihovih receptora. Zapaljenske }elije se kotr-ljaju preko endotela posredstvom mehanizama kojeobezbe|uju selektini (L, E i P selektini). Zahvaljuju}iintegrinima ostvaruje se ~vrsto vezivanje inflamacij-skih }elija za endotel. Naime, na neaktiviranim leuko-citima integrini se nalaze u miruju}em stanju i eks-primiraju se na bazalnom nivou. Aktivacijom }elijastimuli{e se i ispoljavanje i aktivacioni status ovihglikoproteinskih membranskih molekula, kao i sekre-cija L-selektina. Integrini su uklju~eni i u kontakteleukocita sa proteinima ekstracelularnog matriksa.Najzna~ajniji ligandi integrina me|u proteinima eks-tracelularnog matriksa su kolagen, laminin, fibronek-tin i vitronektin (15, 67).

Eozinofili na svojoj povr{ini ispoljavaju adhe-zivne molekule va`ne za povezivanje ovih leukocita unastanku imunskog odgovora, za usmeravanje nji-hovog kretanja kroz krvne sudove i za interakciju saekstracelularnim matriksom. Subfamiliji b1 integrina(raniji naziv VLA antigeni ’ very late activation) pri-padaju VLA-4, VLA-5 i VLA-6. U b2 subfamiliju inte-grina svrstani su Mac-1 (macrophage-1 antigen kojise jo{ ozna~ava i kao CD11b/CD18), leukocitni funk-cionalni antigen-1 (skra}eno ozna~en kao LFA-1 iliCD11a/CD18) i p150/95 (CD11c/CD18). a4b7 je ta-ko|e integrin }elijske membrane eozinofila. Na povr-{ini eozinofila ispoljeni si u L-selektin i sijaloglikopro-tein (Sialil Lewis X). PECAM-1, koji je dobio naziv odpo~etnih slova engleskih re~i platelet endotheliumcellular adhesion molecule-1, i intercelularni adhe-zivni molekul-1 (ICAM-1) predstavljaju adhezivne mo-lekule iz superfamilije imunoglobulina tako|e ekspri-mirane na eozinofilima (2, 4, 67).

Eozinofili vezuju imunoglobuline (Ig) preko povr-{inskih receptora. Tako se IgE i IgG vezuju za FcgRI,FcgRII i Mac-2 receptore, dok se IgA vezuje za FcaR(4).

Svoje specifi~ne receptore na povr{ini eozinofilaimaju i C5a, CR1, CR3 i C1q komponenta komple-menta (4).

Brojni povr{inski receptori eozinofila olak{avajuinterakciju ovih }elija sa citokinima. Na ovaj na~insvoje delovanje ostvaruju IL-2, CD25, IL-3, IL-5, IL-13, GM-CSF, interferon a (INFa), INFb, INFg, TNFa,i transformi{u}i faktor rasta b (TGFb) (4, 16).

Na povr{ini eozinofila se mogu uo~iti i receptoriza hemokine. Vezivanjem za ove receptore hemokiniu~estvuju u migracijskim kretanjima eozinofila, akti-vaciji integrina, indukciji respiracijskog praska, tran-skripciji citokina (neki od njih), angiogenezi, stvaranjukolagena i proliferaciji hematopoetskih prekursora.Najnovija istra`ivanja pokazuju da je RANTES (hemo-kin ~iji naziv predstavlja kovanicu dobijenu odpo~etnih slova engleskih re~i regulated upon acti-vation normal T cell expressed and secreted) pravihemotakti~ki faktor u bolesnika sa alergijskom ast-mom, dok je IL-5 neophodan kofaktor (4, 17).

Eozinofili i njihovi produkti su prisutni u krvi, di-sajnim putevima, pljuva~ki i u bronhoalveolarnom la-vatu (BAL) osoba obolelih od bronhijalne astme. Uastmati~ara eozinofilija je u korelaciji sa stepenomopstrukcije i te`inom bolesti (2, 4).

O procesima koji dovode do aktivacije eozinofi-la in vivo jo{ uvek se relativno malo zna. Osnovnakarakteristika eozinofilne funkcije je da je za nju neo-phodan »priming« eozinofila, {to prevedeno sa engle-skog jezika zna~i »prvi sloj, prvo premazivanje«. Pri-ming bi mogao da se posmatra kao me|usobni uti-caj modulacijskih i aktivacijskih signala. Aktivacijaeozinofilnih receptora preko adhezivnih molekula,komponenti komplementa i imunoglobulina bi moglada bude uklju~ena u ove doga|aje. Receptori eozi-nofila su potentni signalni molekuli in vitro, ali svojuoptimalnu funkciju posti`u tek nakon priminga sacitokinima i hemotaksinima. IL-5 i GM-CSF primingeozinofila neophodan je za odgovore ovih }elija, uklju-~uju}i sintezu i osloba|anje bioaktivnih medijatora,{to doprinosi pove}anoj bronhijalnoj reaktivnosti(18). Smatra se da cirkuli{u}i eozinofili dobijaju pove-}anu sposobnost da sekretuju IL-5 kad stignu u plu-}a, gde su stimulisani i drugim citokinima, kao {to suIL-2 i IL-4 (19).

Migracija eozinofila iz cirkulacije u plu}no tkivose odigrava nakon njihove adhezije za vaskularneendotelne }elije, komponente ekstracelularnog ma-triksa i tkivne }elije. Kretanje }elija u zapaljensko pod-ru~je se sastoji iz rolovanja (kotrljanja), ~vrste adhezi-je i transendotelne migracije. Eozinofilna dijapedezana mesto inflamacije je regulisana citokinima pod-staknutom i poja~anom ekspresijom endotelnih ad-

Jugoslov Med Biohem 2004; 23 (4) 337

hezivnih molekula. Na povr{ini endotelnih }elija utvr-|eno je prisustvo vaskularnog adhezivnog molekula-1 (VCAM-1), ICAM-1, ICAM-2, PECAM-1, E-selektina,P-selektina, fibronektina i laminina (20). Svaki od ovihmolekula ima svoj odgovaraju}i ligand na eozinofili-ma i bazofilima (LFA-1, Mac-1, VLA-4, L-selektin)(21). Specifi~na ekspresija VLA-4 na eozinofilima ilimfocitima, i njeno odsustvo na neutrofilima dovelisu do hipoteze da je VCAM-1 predominantni endotel-ni regulator hroni~ne inflamacije bronhijalne mukoze(22). IL-4 dovodi do pove}ane ekspresije VCAM-1 naendotelnim }elijama (23). Pove}ana endotelna eks-presija VCAM-1, E-selektina i ICAM-1 je povezana saalergijskim zapaljenjem plu}a (2). Lutman i saradnici(24) su eksperimentalno pokazali da IL-4 i IL-13 po-ja~avaju efekat TNF? na eozinofilnu aktivaciju, kao isinergisti~ki efekat ovih citokina sa IL-5 na eozinofil-nu aktivaciju.

IL-5 poja~ava adheziju humanih eozinofila zavaskularni endotel i dovodi do hiperreaktivnosti don-jih disajnih puteva (25). Receptor IL-5 pripada famili-ji tipa 1 citokinskih receptora. a subjedinica (bc lanackoji koriste i IL-3 i GM-CSF za signalnu transdukciju)ovog visokoafinitetnog receptora se aktivira nakonvezivanja IL-5 za receptorski IL-5 a lanac (IL-5Ra), itime zapo~inje serija intracelularnih doga|aja. Naovaj na~in tirozinskom fosforilacijom Janus kinaze 2(JAK2) i proteina STAT1a (signal transducer andactivators of transcription 1a) aktivira se JAK-STATput. Familiju STAT proteina ~ini sedam ~lanova(STAT 1a, STAT 1b i STAT 2’6). Osim JAK2, IL-5aktivira i druge tirozin kinaze (lyn, hck, yes, btk, tec,c-fes). JAK2 i c-fes su direktno udru`ene sa bc subje-dinicom GM-CSF/IL-3/IL-5 receptora, sugeri{u}i daje njihova aktivacija rani doga|aj citokinske signali-zacije (26, 27). JAK kinaze su neophodne za aktivaci-ju STAT proteina koji se nalaze u latentnom obliku ucitoplazmi. Nakon aktivacije, odnosno fosforilacije,STAT proteini formiraju homodimere i heterodimere,translociraju se u jedro, vezuju za odre|enu sekvencudezoksiribonukleinske kiseline (DNK) i reguli{u tran-skripciju. U humanim eozinofilima IL-5 indukuje dvaDNK-vezuju}a kompleksa koji sadr`e tirozin fosfori-lisane proteine. Jedan od ova dva DNK-vezuju}akompleksa sadr`i STAT1a verovatno kao dimer. Me-|utim, IL-5 pored indukcije STAT proteina indukuje imnoge druge nuklearne proteine. Dugotrajna stimu-lacija ovim eokinom dovodi do indukcije transkrip-cionog faktora c-myc u humanim eozinofilima. IL-5preko ras puta indukuje transkripcione faktore c-fos ic-jun, p21 ras, raf, MAPKK (p41 i p45) i MAPK (p44).S obzirom da do sada nije identifikovan apsolutnoeozinofilni specifi~ni regulacijski DNK element i tran-skripcioni faktor, mogu}e je da je specifi~na signa-lizacija rezultat specifi~ne kombinacije transkripcionihfaktora (25).

Eozinofilna apoptoza u hroni~noj inflamaciji bronhijalne mukoze

Broj eozinofila in vivo je regulisan ne samo pro-dukcijom eozinofila u kostnoj sr`i, ve} i stepenomeozinofilne apoptoze, koja predstavlja naj~e{}i oblikfiziolo{ke }elijske smrti. Bcl-2 (B-cell leukemia onco-gene-2) familija gena kodira heterogenu grupu pro-teina koji predstavljaju klju~ne intracelularne modula-tore (regulatore) }elijskog umiranja po tipu apoptoze(28, 29). Otkri}em Bcl 2 gena, Bcl 2 familija proteinapostaje posebno istra`ivana oblast zbog izuzetnogzna~aja za razumevanje molekulsko-biolo{kih meha-nizama koji le`e u osnovi procesa apoptoze. Posled-njih godina naro~ito se istra`uju antiapoptozni ~lanoviBcl 2 familije proteina (29’34).

Odlo`ena eozinofilna apoptoza se smatra jed-nim od najodgovornijih mehanizama koji doprinoseeozinofiliji. U ljudi izgleda da je IL-5 specifi~an faktorpre`ivljavanja eozinofila, pa nije iznena|uju}a ~injeni-ca da su eozinofilija i visoka ekspresija IL-5 udru`eneu hroni~noj inflamaciji bronhijalne mukoze. Eozino-filna apoptoza mo`e biti odlo`ena IL-om 5 kojeg se-kretuju susedne }elije, ali i autokrinom produkcijomovog citokina. Izgleda da stimulacija eozinofila IL-om5 dovodi do indukcije Bcl-xl (Bcl-2-regulated factorxl), koji je va`an antiapoptotski gen. Postoje istra`i-vanja gde je verifikovana pove}ana ekspresija Bcl-2nakon tretiranja eozinofila IL-om 5 (35). Antiapoptoz-no dejstvo Bcl 2 proteina zasniva se na mogu}nostida ve`e Bax (Bcl 2-associated x) protein u formi hete-rodimera i tako onemogu}i stvaranje proapoptoznihBax/Bax homodimera. Tokom indukcije procesa apo-ptoze, homodimeri Bax proteina formiraju kanale namembranama mitohondrija. Putem ovih kanala mito-hondrije napu{taju molekuli citohroma c, koji su odposebne va`nosti za aktivaciju izvr{ne faze procesaapoptoze (36). Na osnovu ovih saznanja, ve}ina auto-ra kao glavnu biolo{ku ulogu Bcl 2 proteina u inhibi-ciji procesa apoptoze smatra njegovu sposobnostvezivanja za Bax protein i heterodimerizacionu neu-tralizaciju njegovog proapoptoznog dejstva (37’39).U in vitro uslovima je dokazano da je pre`ivljavanjeeozinofila produ`eno kada se inkubiraju u kulturamasa eozinofilnim citokinima kao {to su IL-3, IL-5 i GM-CSF (35).

Eozinofilni leukociti i oksidacijskoo{te}enje u bronhijalnoj astmi

Plu}a predstavljaju primarno ciljno tkivo za oksi-dacijsko o{te}enje zbog svoje lokalizacije, anatomije ifunkcije. Kod naglog pove}anja broja i koli~ine oksi-danasa, u uslovima tzv. oksidacijskog stresa, prirodniza{titni mehanizmi popu{taju. Dokazano je da se utoku astmati~nog napada pove}ava proizvodnja oksi-danasa. Brojna istra`ivanja ukazuju da eozinofili u krvii vazdu{nim putevima osoba obolelih od bronhijalneastme stvaraju ve}u koli~inu reaktivnih kiseoni~kih

vrsta (RKV) u odnosu na zdrave osobe (4, 8, 46, 50,51, 57, 58, 61’66, 68, 69). Metaboliti kiseonika ~ijiizvor su i eozinofili, direktno o{te}uju proteine plu}-nog matriksa i/ili slabe funkciju antiproteaza i/ili inak-tiviraju enzime uklju~ene u sintezu elastina i obnovuplu}nog tkiva. RKV eozinofila podsti~u sekreciju sluzii bronhokonstrikciju. Tako npr., vodonik peroksid(H2O2) kontrahuje glatki mi{i} disajnih puteva invitro, a izoprostan F2a-III, koji se stvara delovanjemslobodnih radikala u toku peroksidacije arahidonskekiseline, je sna`an konstriktor disajnih puteva ~oveka(8, 40, 41).

U izdahnutom vazduhu astmati~ara zabele`enesu povi{ene vrednosti H2O2 i azot monoksida (NO)(42, 43). NO je veoma reaktivan i nestabilan oksi-dans. U sintezi NO u~estvuje enzim NO sintetaza(NOS). Inducibilna forma ovog enzima (iNOS), koja jeodgovorna za citotoksi~ne i biocidne efekte NO,prisutna je u eozinofilnim leukocitima. Aktivira se bak-terijskim lipopolisaharidima i odre|enim citokinima(INFg, TNFa i IL1b). Inducibilnoj NOS je za maksi-malnu produkciju NO potrebno 8’12 sati, a koli~ineNO koje se tom prilikom produkuju su znatne (15,44).

Oksidansi eozinofila mogu da reaguju i sa lipidi-ma i nukleinskim kiselinama, {to mo`e da dovede dodisfunkcije ili smrti }elije. Tako|e, u uslovima oksi-dacijskog stresa aktivacijom transkripcionog faktoraNF-kappaB koji upravlja ekspresijom razli~itih infla-

macijskih gena va`nih za bronhijalnu astmu, kao {tosu IL-8 i TNFa, dodatno se podsti~e zapaljenski pro-ces (8, 60).

Singlet kiseonik (1O2), superoksid anjon (O2.-),

H2O2 i hidroksil radikal (OH.) su RKV koje eozinofilistvaraju u toku respiracijskog praska. U prisustvuH2O2 kataliti~kim dejstvom eozinofilne peroksidazedolazi do oksidacije halogenih elemenata i stvaranjareaktivnih kiselina (hipobromne, bromovodoni~ne ijodovodoni~ne kiseline) (16). Istra`ivanje na mi{evi-ma inficiranim Toksokarom kanis (Toxocara canis)je pokazalo da se eozinofilna peroksidaza talo`i uplu}nom parenhimu i miokardu, {to mo`e da dovededo o{te}enja srca i plu}a (45).

Zaklju~ak

Patogeneza bronhijalne astme nije do krajarazja{njena. Ono {to se sa sigurno{}u zna je da eozi-nofili bitno doprinose njenom nastanku. Kompleksanpatofiziolo{ki supstrat ove bolesti otkriva nova poljaistra`ivanja interakcija eozinofilnih medijatora i cito-kina sa medijatorima i citokinima drugih inflamacij-skih }elija. Tako|e, name}e se potreba za dodatnimprou~avanjem kako inhibicije aktivnosti IL-4 i IL-5,tako i poja~avanja aktivnosti IL-10, IL-12 i IFNg, tj.{to uspe{nijeg imitiranja njihovih dejstava u cilju pro-nala`enja efikasnijih lekova u terapiji bronhijalneastme.

338 Jugoslov Med Biohem 2004; 23 (4)

Slika 1 Reaktivne kiseoni~ke vrste i plu}ni antioksidacijski mehanizmi

GLUKOZA

G6PD6PGD

NADP+

NADPHGSH

SOD

Fe++

KATALAZA

superoksidanjon

vodonikperoksid

GSSG

EPO

eozinofilna peroksidaza

HOBrhipobromna

kiselina

O2–

⋅OHhidroksilradikal

H2O2 H2O

+

GSHreduktaza

GSHreduktaza

RIBULOZA-6FOSFAT

Jugoslov Med Biohem 2004; 23 (4) 339

Literatura

1. \or|evi}-Deni} G. Patolo{ka fiziologija respiracijskogsistema. U: Beleslin BB., Proti} S, \or|evi}-Deni} G(ured.) i saradnici. Specijalna patolo{ka fiziologija, Za-vod za ud`benike i nastavna sredstva, Beograd, 2003:119’42.

2. Ulfman LH, Kuijper PHM, Van der Linden JAM, Lam-mers JJ, Zwaginga JJ, Koenderman L. Characteriza-tion of eosinophil to TNF-a-activated endotheliumunder flow conditions: a4 integrins mediate initial atta-chment and E-selectin mediates rolling. J Immunol1999; 163: 343’50.

3. Nakajima H. CD4-positive T-lymphocytes and inter-leukin-5 mediate antigen-induced eosinophil infiltrationinto the mouse trachea. Am Rev Respir Dis 1992; 146:374.

4. Adolphson CR, Gleich GJ. Eosinophils. In: Holgate S,Church K (eds). Allergy. Gower Medical, London, 1993:6.1’6.12.

5. Savi} N. Odre|ivanje koncentracije interleukina-4 iinterleukina-5 u serumu bolesnika sa bronhijalnom ast-mom i njihov dijagnosti~ki i prognosti~ki zna~aj. Magi-starska teza, Beograd, Univerzitet u Beogradu, 2001.

6. Hawker KM, Johnson PRA, Hughes JM, Black JL.Interleukin-4 inhibits mitogen-induced proliferation ofhuman airway smooth muscle in culture. Am J Physiol1998; 275: 469 ’77.

7. \or|evi}-Deni} G. Medijatori anafilakti~ke reakcije utoku plu}nih bolesti. De~ Pulm 1993; I, 1’2: 11’16.

8. Lenfant C, Khaltaev N. Global strategy for the diagno-sis, management and prevention of chronic obstructivepulmonary disease: National heart, lung and bloodinstitute/World health organization (NHLBI/WHO)Workshop 2001; 2701: 28’57.

9. Jovi~i} @. Chronic inflammation in bronchial asthma.Medicinska istra`ivanja 1999; 33 (3): 15’20.

10. Ayars GH. Eosinophil-and eosinophil granule-mediatedpneumocyte injury. J Allergy Clin Immunol 1985; 76:595.

11. Hisamatsu K. Cytotoxicity of human eosinophil granulemajor basic protein to the human nasal sinus mucosain vitro. J Allergy Clin Immunol 1990; 86: 52.

12. Frigas E, Loegering DA, Gleich GJ. Cytotoxic effects ofthe guinea pig eosinophil major basic protein on tra-cheal epithelium. Lab Invest 1980; 42: 35.

13. Motojima S. Toxicity of eosinophil cationic proteins forguinea pig tracheal epithelium in vitro. Am Rev RespirDis 1989; 139: 801.

14. Jacoby DB. Effect of human eosinophil major basicprotein on ion transport in dog tracheal epithelium. AmRev Respir Dis 1988; 137: 13.

15. Maravi}-Stojkovi} V, Radak \, Dimkovi} S. Endotel uaterosklerozi. U: Radak \, Maravi}-Stojkovi} V. ured. Ii-munologija u genezi i terapiji ateroskleroze. Beograd,2004: 31’41.

16. Litchfield MT, Lee TH. Asthma cells and cytokines. JAsthma 1992; 29(3): 181’91.

17. Venge J, Lampinen M, Hakansson L, Rak S, Venge P.Identification of IL-5 and RANTES as the major eosi-nophil chemoattractants in the asthmatic lung. J AllergClin Immunol 1996; 97: 1110’15.

18. Bracke M, Dubois GR, Bolt K, Bruijnzeel PLB, VaermanJP, Lammers JWJ. Differential effects of the T helpercell type 2-derived cytokines IL-4 and IL-5 on ligandbinding to IgG and IgA receptors expressed by humaneosinophils. J Immunol 1997; 159: 1459’65.

THE ROLE OF EOSINOPHILIC LEUKOCYTES IN PATHOGENESIS OF BRONCHIAL ASTHMA

Danijela Vu~evi}, Tatjana Radosavljevi}, Gordana \or|evi}-Deni}

Institut za patolo{ku fiziologiju, Medicinski fakultet, Beograd

Summary: Pathogenesis of bronchial asthma has not been completelly understood. Eosinophilic leuko-cytes accumulate in high numbers in the lungs, blood and sputum of asthmatic patients. Peripheral bloodeosinophilia has been identified as a risk factor for the development of airway obstruction. Prominenteosinophilic inflammatory infiltrate in the bronchial mucosa and correlation between eosinophil numbers anddisease severity supports the hypothesis that eosinophils are central inflammatory cells capable of inducingpathophysiological features of asthma. Activated eosinophils secrete a wide range of preformed and newly ge-nerated mediators that damage the bronchial epithelium, contract smooth muscle, increase mucous secretionand cause vasodilation. There is ample evidence that oxidants generation is increased during an asthma exa-cerbation. Many investigations indicate that airway and blood eosinophils produce more oxidants in asthmaticpatients compared with control subjects.

Key words: eosinophilic leukocytes, bronchial asthma, inflammation, oxidants

19. Lai CKW, Ho ASS, Chan CHS, Tang J, Leung JCK, LaiKN. Interleukin-5 messenger RNA expression in peri-pheral blood CD4+ cells in asthma. J Allergy ClinImmunol 1996; 97: 1320’6.

20. Bochner BS, Schleimer RP. The role of adhesion mo-lecules in human eosinophil and basophil recruitment.J Allergy Clin Immunol 1994; 94: 427’38.

21. Wardlaw AJ, Symon FS, Walsh GM. Eosinophil adhe-sion in allergic inflammation. J Allergy Clin Immunol1994; 94: 1183’9.

22. Barks JL, McQuillan JJ, Iadermarco MF. TNF-a andIL-4 synergistically increase vascular cell adhesion mo-lecule-1 expression in cultured vascular smooth musclecells. J Immunol 1997; 159: 4532’8.

23. Dickensheets HL, Donnely PR. IFN-g and IL-10 inhibitinduction of IL-1 receptor type I and type II gene expre-ssion by IL-4 and IL-13 in human monocytes. J Immu-nol 1997; 159: 6226’33.

24. Lutmann W, Matthiesen T, Matthys H, Virchow JCJr.Synergistic effects of interleukin-4 or interleukin-13 andtumor necrosis factor-alpha on eosinophilic activationin vitro. Am J Resp Cell Mol Biol 1999; 20(3): 474’80.

25. Wang P, Wu P, Cheewatrakoolpon G, Myers JG, EganRW, Billah MM. Selective inhibition of IL-5 receptora-chain gene transcription by IL-5, IL-13 and granulo-cyte-macrophage colony stimulating factor in humanblood eosinophils. J Immunol 1998; 160: 4427’32.

26. Abbas KA. Cellular and molecular immunology, W.B.Saunders Company, 1997: 249’78.

27. Van der Bruggen T, Koenderman L. Signal transduc-tion in eosinophils. Clin and Exp Allergy 1996; 26:880’91.

28. Adams JM, Cory S. The Bcl-2 protein family: arbiters ofcell survival. Science 1998; 281 (5381): 1322’26.

29. Braju{kovi} G, [karo Mili} A, Cerovi} S, Marjanovi} S,Kne`evi} U{aj S, ^izmi} M, et al. Familija Bcl 2 proteinakod malignih bolesti. Vojnosanit Pregl 2004; 61(3):305’10.

30. Makin G, Hickman JA. Apoptosis and cancer chemo-therapy. Cell Tissue Res 2000; 301 (1): 143’52.

31. Thompson CB. Apoptosis in the pathogenesis andtreatment of disease. Science 1995; 267 (5203):1456’62.

32. Katoch B, Sebastian S, Sahdev S, Padh H, Hasnain SE,Begum R. Programmed cell death and its clinical impli-cations. Indian J Exp Biol 2002; 40(5): 513’24.

33. Rutledge SE, Chin JW, Schepartz A. A view to a kill: lig-ands for Bcl-2 family proteins. Curr Opin Chem Biol2002; 6 (4): 479’85.

34. Mareel M, Leroy A. Clinical, cellular and molecularaspects of cancer invasion. Physiol Rev 2003; 83(2):337’76.

35. Adachi T, Motojima S, Hirata A, Fukuda T, Kihara N,Kosaku A. Eosinophil apoptosis caused by theophy-lline, glucocorticoids and macrolides after stimulationwith IL-5. J Allergy Clin Immunol 1996; 6 (98): 207’15.

36. Korsmeyer SJ. Bcl-2 gene family and the regulation ofprogrammed cell death. Cancer Res 1999; 59 (7 suppl):1693s’700s.

37. Korsmeyer SJ, Shutter JR, Veis DJ, Merry DE, OltvaiZN. Bcl 2/Bax: a rheostat that regulates an anti-oxidantpathway and cell death. Semin Cancer Biol 1993; 4(6):327’32.

38. Reed JC, Miyashita T, Takayama S, Wang HG, Sato T,Krajewski S. Bcl-2 family proteins: regulators of celldeath involved in the pathogenesis of cancer and resist-ance to therapy. J Cell Biochem 1996; 60(1): 23’32.

39. Murphy KM, Ranganathan V, Farnsworth ML, KavallarisM, Lock RB. Bcl-2 inhibits Bax translocation fromcytosol to mitochondria during drug-induced apoptosisof human tumor cells. Cell Death Differ 2000; 7(1):102’11.

40. Pratico D, Basili S, Vieri M, Cordova C, Violi F,Fitzgerald GA. Chronic obstructive pulmonary diseaseis associated with an increase of isoprostane F2alpha-III, an index of oxidant stress. Am J Respir Crit CareMed 1998; 158:1709’14.

41. Montuschi P, Collins JV, Ciabattoni G, Lazzeri N,Corradi M, Kharitonov SA, et al. Exhaled 8-isoprostaneas an in vivo biomarker of lung oxidative stress inpatients with COPD and healthy smokers. Am J RespirCrit Care Med 2000; 162:1175’7.

42. Dekhuijzen PN, Aben KK, Dekker I, Aarts LP, WieldersPL, Van Herwaarden CL, et al. Increased exhalation ofhydrogen peroxide in patients with stable and unstablechronic obstructive pulmonary disease. Am J RespirCrit Care Med 1996; 154: 813’16.

43. Maziak W, Loukides S, Culpitt S, Sullivan P, KharitonovSA, Barnes PJ. Exhaled nitric oxide in chronic obstruc-tive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med1998; 157: 998’1002.

44. Jukema JW. New insights into atherosclerosis. Cardio-logie 2000; 7: 37’40.

45. Dimayuga E, Stober M, Kayes SG. Eosinophil peroxi-dase levels in hearts and lungs of mice infected withToxocara canis. J Parasitol 1991; 77: 461.

46. Bowler RP, Crapo JD. Oxidative stress in allergic respi-ratory diseases. J Allergy Clin Immunol 2002; 110:349’56.

47. Lawrence T, Willoughby DA, Gilroy DW. Anti-inflam-matory lipid mediators and insights into the resolutionof inflammation. Immunology 2002; 2: 787’95.

48. Domachowske JB, Bonville CA, Easton AJ, RosenbergHF. Pulmonary eosinophilia in mice devoid of inter-leukin-30. J Leukoc Biol 2002; 71: 966’72.

340 Jugoslov Med Biohem 2004; 23 (4)

49. Kips JC, O’Connor BJ, Langley SJ, Woodcock A,Kerstjens HAM, Postma DS, et al. Effect of SCH55700,a humanized antihuman interleukin-5 antibody in se-vere persistent asthma. Am J Res Crit Care Med 2003;167: 1655’59.

50. Williams TJ. The eosinophil enigma. J Clin Invest 2004;113 (4): 507’9.

51. Tobin MJ. Asthma, airway biology, and nasal disordersin AJRCCM 2003. Am J Res Crit Care Med 2004; 169(2): 265’76.

52. Flood-Page P, Menzies-Gow A, Phipps S, Ying S, Wan-goo A, Ludwig MS, et al. Anti-IL-5 treatment reducesdeposition of ECM proteins in the bronchial subepithe-lial basement membrane of mild atopic asthmatic. JClin Invest 2003; 112 (7): 1029’36.

53. Kay BA, Menzies-Gow. Eosinophils and interleukin-5:the debate continues. Am J Respir Crit Care Med 2003;167 (12): 1586’7.

54. Flood-Page PT, Menzies-Gow AN, Kay AB, RobinsonDS. Eosinophil’s role remains uncertain as anti-inter-leukin-5 only partially depletes numbers in asthmaticairway. Am J Respir Crit Care Med 2003; 167: 199’ 204.

55. Kanazawa H, Nomura S, Yoshikawa J. Role of micro-vascular permeability on physiologic differences inasthma and eosinophilic bronchitis. Am J Respir CritCare Med 2004; 169 (10): 1125’30.

56. Grootendorst DC, Rabe KF. Mechanisms of bronchialhyperreactivity in asthma and chronic obstructive pul-monary disease. Proceedings of the ATS 2004; 1 (2):77’87.

57. Brightling CE, Pavord ID, Flood-Page PT, Menzies-GowAN, Kay AB, Robinson DS. Eosinophils in asthma andairway hyperresponsiveness. Am J Respir Crit Care Med2004; 169 (1): 131’3.

58. Busse WW, Kelly AEB. Is the eosinophil a »humptydumpty« cell in asthma? Am J Respir Crit Care Med2003; 167 (2): 102’3.

59. Liu LY, Sedgwick JB, Bates ME, Vrtis RF, Gern JE, KitaH, et al. Decreased expression of membrane IL-5 re-ceptor a on human eosinophils: I. Loss of membraneIL-5 receptor a on airway eosinophils and increased so-luble IL-5 receptor a in the airway after allergen. JImmunol 2002; 169: 6452’58.

60. Gagliardo R, Chanez P, Mathieu M, Bruno A, Costanzo G,Gougat C, et al. Persistent activation of nuclear factor-kappaB signaling pathway in severe uncontrolled asthma.Am J Respir Crit Care Med 2003; 168: 1190’8.

61. Rahman I. Oxidative stress, transcription factors andchromatin remodelling in lung inflammation. BiochemPharm 2002; 64: 935’ 42.

62. Chow CW, Abreu MTH, Suzuki T, Downey GP. Oxida-tive stress and acute lung injury. Am J Respir Cell MolBiol 2003; 29: 427’31.

63. Urso ML, Clarkson PM. Oxidative stress, exercise andantioxidant supplementation. Toxicology 2003; 189:41’54.

64. Heunks LMA, Dekhuijzen PNR. Respiratory musclefunction and free radicals: from cell to COPD. Thorax2000; 55: 704’16.

65. Del Donno M, Verduri A. Oxidants and antioxidants inpulmonary diseases. European Respiratory News sup-plemental issue 2000: 1’48.

66. Dr–ge W. Free radicals in the physiological control ofcell function. Physiol Rev 2002; 82: 47’930.

67. Popper HH, Pailer S, Wurzinger G, Feldner H, Hesse C,Eber E. Expression of adhesion molecules in allergiclung diseases. Virchows Arch 2002; 440 (2): 172’80.

68. Piotrowski WJ, Marezak J. Cellular sources of oxidantsin the lung. Int J Occup Med Environ Health 2000; 13(4): 369’830.

69. Klings ES, Farber HW. Role of free radicals in thepathogenesis of acute chest syndrome in sickle cell dis-ease. Respir Res 2001; 2: 280’5.

Jugoslov Med Biohem 2004; 23 (4) 341

Rad primljen: 9. 8. 2004

Prihva}en za {tampu: 25. 8. 2004