Specific IgE Antibodies Against Staphylococci in Asthmatics BRONISLAVA NOVOTNÁ 1, ZDEŇKA LÁNÍKOVÁ 1, VERONIKA VLČKOVÁ 2 1 Alergologie, interní-gastroenterologická klinika, FN Brno 2 Imunologická laboratoř, Brno SOUHRN Kmeny Staphylococcus aureus secernují enterotoxiny (SAEs), které mohou působit jako alergeny a indukovat IgE protilátky, jež mohou způsobit zhoršení alergického zánětu. Tyto enterotoxiny mohou také působit jako tzv. superantigeny, modulující a/nebo amplifikující alergický zánět. Specifické IgE proti SAEs a enterotoxin produkující kmeny Staphylococcus aureus, mohou mít vliv na tíži alergických onemocnění. Zajímalo nás, zda se pacienti s bronchiálním astmatem a přítomnými specifickými IgE proti stafylokokům v klinických charakteristikách liší od pacientů s nepřítomností těchto protilátek. V malém souboru jsme prokázali, že pacienti s přítomnými specifickými IgE proti komplexní bakterii Stafylokoka aurea (St. aur.) byli alergičtí na další inhalační alergeny, měli častěji opakované infekce dýchacích cest, sinusitidu, aspirinsenzitvitu a aktuální pozitivní kultivaci na St. aur. z horních dýchacích cest. Nelišili se tíží astmatu. Pouze u 4 pacientů z obou skupin byla prokázána slabá pozitivita specifických IgE proti SAEs. Klíčová slova: stafylokokové enterotoxiny (SAEs), superantigen, specifické IgE proti SAEs SUMMARY Staphylococcus aureus strains secret enterotoxins (SAEs), which may act as allergens, induce IgE antibiodies and exacerbate allergic inflammation. These SAEs may also act as so-called superantigenes, modulating and/or amplifying allergic inflammation. Enterotoxin specific IgE antibodies and enterotoxins produced by Staphylococcus aureus strains may have the influence on severity of allergic diseases. We were interested in the comparison from clinical point of view of the bronchial asthma patients with anti-staphylococcus aureus IgE antibodies with patients without these antibodies. In our small group of patients we found, that patients with specific IgE against complex Staphyloccocus aureus (St. aur.) bacteria, were allergic to other aeroallergens, had more frequent respiratory tract infection, sinusitis, aspirinsensitivity and smears positivity for St. aur. bacteria from upper respiratory tract. The severity of b.a. was the same in both groups. The low level of anti-saes specific IgE were found only in 4 patients from both groups. Key words: staphylococcal enterotoxins (SAEs), superantigen, anti-saes specific IgE
Úvod Staphylococcus aureus (St. aur.) tvoří enterotoxiny (SAEs), které mají vlastnosti superantigenů, protože aktivují imunitní odpověď vazbou na TCR Vb a vazba k molekulám MHC II tř. probíhá bez předkládání antigenu. Rozpoznávání T receptoru není MHC omezeno, protože superantigeny nejsou prezentovány v MHC peptid-antigen vazebné drážce. V současnosti bylo identifikováno 11 hlavních serotypů SET A-L o m.v. 24-30 kda (5, 6). Superantigeny vyvolávají silnou primární T buněčnou odpověď, aktivují až 25 30 % cirkulujících T lymfocytů, na rozdíl od konvenčních peptidových antigenů, které mohou stimulovat pouze 0,1 0,0001 % T buněk (5). Objevují se práce, které prokazují, že tekutina bronchoalveolární laváže (BAL) těžkých astmatiků obsahuje zvýšený počet T lymfocytů Vb a předpokládá se, že stafylokokové antigeny mohou u této nemoci hrát roli (3). SAEs (SAE-A, B, C, TSST-1) ovlivňují tíži alergických onemocnění, protože bylo prokázáno, že aktivují eozinofily, inhibují jejich apoptózu, a to nejen u pacientů s atopickou dermatitidou, ale i s alergickou rýmou a alergickým astmatem (8). Tíže je ovlivněna i tím, že SAEs vyvolávají rezistenci ke kortikosteroidům indukcí glukokortikoidního receptoru (GR)b, který je endogenní inhibitor klasického GRa (5, 2). Nejdůležitějším zjištěním je, že superantigeny mohou posilovat alergen specifickou syntézu IgE protilátek (5, 4). Zvláště toxin shock syndrom toxin-1 (TSST-l) stimuloval periferní mononukleáry pacientů alergických na inhalační alergeny a tato stimulace byla následována zvýšenou tvorbou specifických IgE, na které byl pacient alergický a kterým byl současně exponován. TSST-1 indukoval expresi B 7,2 kostimulační molekuly na B buňkách, o které je známo, že posiluje Th2 odpověď, která je významná v regulaci IgE (4). Stafylokokové suaperantigeny indukují tvorbu enterotoxin-specifických IgE a takto fungují jako konvenční alergeny (9). Cíl práce Cílem naší práce bylo prokázat, zda pacienti s astmatem a přítomností specifických alergických protilátek IgE proti komplexní bakterii St. aur. se liší od pacientů, kteří přítomnost těchto protilátek nemají. Sledovali jsme rozdíly v tíži astmatu, FEVl % NH, ve frekvenci opakovaných respiračních onemocnění, v přítomnosti sinusitidy (možného zdroje chronické infekce St. aur.), pozitivitě současného kultivačního nálezu z krku a nosu a v senzibilizaci na další běžné inhalační alergeny. Dovyšetřením specifických IgE proti SAEs (SAE-A, SAE-B) jsme dále chtěli zjistit, zda u pacientů s astmatem je přítomna pozitivita na některý z vyšetřovaných enterotoxinů a jaké klinické charakteristiky mají tito pacienti. Metodika Od ledna do března 2003 bylo vyšetřeno na alergologické ambulanci IGEK FN Brno 34 pacientů s dg asthma bronchiale. Žádný z pacientů neměl atopickou dermatitidu. V době vyšetření se cítili všichni pacienti zdrávi, byli bez akutní respirační infekce. Po podpisu informovaného souhlasu byla pacientům odebrána krev na vyšetření specifického IgE proti SAE-A, SAE-B a provedeny výtěry z krku a nosu na kultivaci.
Pacienti byli rozděleni do dvou skupin. První skupinu tvořili pacienti, u kterých byla v minulosti prokázána pozitivita specifického IgE proti komplexní bakterii St. aur. metodou RISA (Ring-Immuno-Sorbent-Assay) soupravou fy Dovertin (Skupina IgE+) (tab. 1). Druhou skupinu tvořili pacienti s negativitou tohoto nálezu (Skupina IgE -). U všech bylo došetřeno stanovení specifických IgE proti SAE-A, SAE-B metodou vysokoafinní FEIA fy Pharmacia. Spirometrické vyšetření bylo provedeno metodou měření křivky průtok/objem spirometrem fy Jaeger. Anamnesticky u všech pacientů byla zjišťována frekvence infekčních onemocnění dýchacích cest za poslední rok a léčba sinusitidy (s přítomností ASA senzitivity). Senzibilizace na běžné inhalační alergeny byla zjišťována podle provedených kožních prick testů (fy Stallergenes) a/nebo podle vyšetření sérových specifických IgE na běžné inhalační alergeny (vysokoafinní FEIA fy Pharmacia). Tíže astmatu byla hodnocena podle dávek udržovací terapie, která ovlivnila hodnoty plicní funkce, četnost příznaků a spotřebu záchranné medikace. Výsledky V malém souboru pacientů bylo prokázáno, že pacienti s pozitivními specifickými IgE proti komplexní bakterii St. aur. byli více senzibilizováni na další inhalační alergeny (polysenzibilizace 94,1 % vs. 17,6 %), měli častěji opakované infekce dýchacích cest (41,2 % vs. 29,4 %), častěji sinusitidu (23,5 % vs. 11,8 %), což může však odpovídat četnějšímu zastoupení pacientů s ASA senzitivitou (29,4 % vs. 17,6 %). Aktuální pozitivní kultivace na St. aur. z horních dýchacích cest (nosičství) byla u těchto pacientů také prokázána ve vyšším procentu (35,3% vs. 17,6 %) (tab. 4). Tíží astmatu se obě skupiny od sebe nelišily (tab. 2, 3).
Pouze u 4 pacientů byla prokázána (slabá) pozitivita specifických IgE protilátek proti stafylokokovému enterotoxinu A nebo B (SAE-A, SAE-B). Tito pacienti se od sebe v klinických charakteristikách nelišili (tab. 5). Diskuse Sledování má řadu nedostatků. Nevyšetřovali jsme, zda kmeny St. aur., které byly kultivačně přítomné v horních dýchacích cestách výše sledovaných pacientů, produkovaly vyšetřované SAEs (SAE-A, SAE-B). Neměli jsme zatím možnost vyšetřit TSST-l, o kterém je známo, že přispívá k amplifikaci tvorby alergen-specifických IgE a tím i ke vzniku polysenzibilizace (4). Jelikož jsme prokázali, že obě skupiny se v tomto hledisku liší, plánujeme jeho došetření. V našem velmi malém souboru jsme neprokázali, že by se obě skupiny lišily tíží svého astmatu. Hauk et al., (2) prokázal, že pacienti se špatně kontrolovaným astmatem mají signifikantně vyšší expresi VbB8+ T buněk v tekutině BAL, než osoby s dobře kontrolovaným astmatem nebo než kontrolní skupina pacientů (P < 0,01) Zvýšené Vb8+ T buňky v tekutině BAL byly přítomné u CD4+ (P <0,01) a CD8+ (P <0,05) subsetů, což svědčí pro aktivaci superantigeny. Mikroby, které produkují superantigeny, ve srovnání s alergeny, mohou způsobit silnější aktivaci T buněk v dýchacích cestách, která udržuje chronický zánět, pokud není vhodně léčena (2). Přítomnost St. aur. v nose je udávána u zdravých osob ve 20 % (9). Některé práce udávají dokonce nosičství ve vyšším procentu (průměrně 37,2 %) populace (7). Nabízí se proto otázka, zda jejich SET mohou u alergiků posilovat alergen-specifickou syntézu IgE protilátek a výše uvedenými mechanismy přispívat k tíži alergického onemocnění. Práce Shiomoriho et al. (7) totiž prokázala, že superantigeny indukovaný zvýšený vliv IL-4 a IL-5 může být důležitý v patogeneze celoroční alergické rýmy (PAR). Výsledná T buněčná proliferace a produkce převážně Th2 typu cytokinů podporuje lokální zánět u PAR. Dále snížená tvorba IFNg proti stafylokokovému superantigenu může vést k nevhodné eliminaci St. aur., který perzistuje v dutině nosní pacientů s PAR. Proto PAR vede k vyššímu nosičství St. aurea a stupeň nosičství St. aur. a tvorba superantigenů může hrát roli v patogenese PAR a podporovat jeho lokální zánět (7). Závěr Stafylococcus aureus s tvorbou stafylokových enterotoxinů (SAEs), s posilováním syntézy alergenspecifických IgE, s tvorbou SAE-specifických IgE a s vlivem na tíži alergických onemocnění (indukce rezistence na kortikosteroidy) bude zaujímat význačné místo u pacientů s alergickým onemocněním, a to nejen s atopickou dermatitidou, ale i alergickou rýmou a bronchiálním astmatem. Význam St. aur. a
jeho superantigenů u pacientů s alergickým onemocněním dýchacích cest ozřejmí další studie. MUDr. Bronislava Novotná Alergologie, interní-gastroenterologická klinika FN, Brno Jihlavská 20 639 00 Brno-Bohunice e-mail: bnovotna@fnbrno.cz LITERATURA 1. Hauk PJ et al. Increased T cell receptor VßB+T cellem in bronchoalveolar lavage fluid of subjects with poorly controlled astma: A potencial role for microbail superantigenes, JACI 1999; 103: 37-45. 2. Hauk PJ et al. Induction of corticosteroid insensitivity in human PBMCs by microbial superantigenes, JACI 2000; 105 (4): 782-7. 3. Heaton T et al. Staphylococcal enterotoxin induced IL-5 stimulation as a cofactor in the pathogenesis atopic disease: The hygiene hypothesis in reverse? Allergy 2003; 58: 252-256. 4. Hofer MF et al. Staphylococcal Toxins Augment Specific IgE Responses by Atopic Patients Exposed to Allergen, J Inves Dermatol. 1999; 112: 171-176. 5. Leung DYM. Are microbes Allergenic in Humans? AAACI 2002, Postgraduate Sylabus, p:31-42. 6. Nissen D et al. IgE-binding components of staphylococcal enterotoxins in patients with atopic dermatitis, Ann Allergy Asthma Immunol 1997; 79: 403-8. 7. Shiomori T et al. Relationship of nasal carriage of Staphyloccus aureus to pathogenesis of perennial allergic rhinitis, JACI 2000; 105: 449-54. 8. Wedi B et al. Staphylococcal exotoxins exert proinflammatory effects through inhibition of esosinophil apoptosis, increased surface antigen expression (CD 11b, CD 45, CD 54 and CD 69), and enhanced cytokins activated oxidative burst, thereby triggering allergic inflammatory reactions, JACI 2002; 109: 477-84. 9. Werfel T. Bacterial Infection and Atopic Dermatitis, World Allergy Forum: Bacterial Infection and Allergy, WAO Educational programs 2003.