Pochopenie úlohy vrodeného imunitného systému pri autoimunitnej cukrovke

Autoimunitný diabetes, najčastejšie diabetes mellitus 1. typu, vyplýva zo selektívneho ničenia inzulínu produkujúci pankreatické beta bunky vlastným imunitným systémom tela. Zatiaľ čo adaptívne imunitné mechanizmy zahŕňajúce T bunky a B bunky sú už dlho ústredným prvkom nášho chápania tohto procesu, vrodený imunitný systém , a najmä Toll-like receptory sa objavil ako kritický iniciátor a zosilňovač autoimunitných odpovedí. Mýtne receptory fungujú ako sentinely, ktoré detekujú molekulárne vzory spojené s mikrobiálnymi patogénmi alebo bunkovým stresom a ich dysregulácia môže vyvolať chronický zápal a stratu auto-tolérie. Nedávne pokroky spojili TLR signálne dráhy priamo k patogenéze diabetu, otvára nové cesty pre terapeutické zásahy. Tento článok skúma základnú biológiu mýtnych receptorov, ich špecifické úlohy pri podpore autoimúnnej deštrukcie pankreatických beta buniek a potenciál pre zameranie týchto dráh na zmenu progresie ochorenia.

Štrukturálna a funkčná biológia mýtnych receptorov

Mýtne receptory sú transmembránové proteíny exprimované prevažne na vrodených imunitných bunkách, ako sú makrofágy, dendritické bunky a monocyty, hoci sa nachádzajú aj na epitelových bunkách, fibroblastoch a dokonca aj na niektorých neurónových populáciách. Štruktúra receptora pozostáva z extracelulárnej reaktívnej domény bohatej na leucín, ktorá je zodpovedná za rozpoznanie ligandov, a z vnútrobunkovej domény receptora Toll/interleukín-1, ktorá spúšťa po sebe nasledujúce signálne kaskády. U ľudí existuje desať funkčných TLR, z ktorých každá je naladená na zistenie rôznych molekulárnych podpisov: TLR4 reaguje na bakteriálny lipopolysacharid, TLR3 rozpozná dvojne RNA, TLR5 viaže flagelín a TLR9 zmysly pre nemetylované CpG DNA motívy spoločné v bakteriálnych a vírusových genómoch, okrem iného. Špecifickosť každej TLR umožňuje imunitnému systému rýchlo rozlíšiť medzi triedami patogénov a signálmi poškodenia buniek, ale táto špecifickosť vytvára zraniteľnosť, keď samaké mikrobiálne obrazy v prípade, keď samických obrazov

Pri ligandovej väzbe TLR naverbujú proteíny adaptéra, ako sú MyD88, TRIF, TIRAP a TRAM, ktoré vystupujú intracelulárne signálne kaskády vyvrcholiace aktiváciou transkripčných faktorov vrátane NF-κB, AP-1 a regulačných faktorov interferónu. Tieto transkripčné faktory vyvolávajú expresiu prozápalových cytokínov (TNF-α, IL-1β, IL-6), interferónov (IFN-α, IFN-β), chemokínov a kostimulačných molekúl, ktoré formujú vrodené a adaptívne imunitné odpovede. V normálnej fyziológii je aktivácia TLR pevne regulovaná prostredníctvom desenzibilizácie receptorov, negatívnych regulátorov, ako A20 a IRAK-M, a fyzické sekvestrácie receptorov v špecifických subcelulárnych častiach. Rozpad týchto regulačných mechanizmov, či už prostredníctvom genetickej predispozície, chronického metabolického stresu alebo pretrvávajúcej expozície endogénnym ligandom, môže transformovať ochrannú odpoveď na patogénnu TLR na most v a a adaptilnú imunitu, je obzvlášť relevantný pre autoimunitné

Mechanizmy autoimúnneho aktivovania pomocou TLR pri cukrovke

V diabete typu 1, imunitný systém útok na pankreatické beta bunky vyžaduje prerušenie imunologickej tolerancie, proces, ktorý zahŕňa ako genetickú citlivosť a enviromentálne spúšťače. Mýtne receptory slúžia ako kritické uzly, kde environmentálne signály , vrátane vírusových infekcií, dietetické faktory, a metabolický stres , rozhranie s imunitným systémom. Endogénne TLR ligandy uvoľnené zo stresových alebo umierajúcich beta buniek, ako sú napríklad teplošokové proteíny, vysokomobilné skupinové pole 1 (HMGB1), hyaluronan fragmenty, a voľné mastné kyseliny, môžu presadiť cyklus zápalu a poškodenia tkaniva. Akonáhle TLR signál je aktivovaný, antigén-predstavujúce bunky dozrievajú a migrujú do pankreatických lymfatických uzlín, kde sa nachádzajú beta-bunkové antigény na naivných T-a podporujú ich diferenciáciu do zápalových T1 a Th17 podsúborov. Tieto efektor T bunky potom infiltrujú pankreatických izoletov a vykonávajú cytotoxický útok na beta bunky, uvoľňujúce ďalšie nebezpečné signály, ktoré ďalej zasahujú rezidentov do

Metabolický stres zlúčeniny problém. Hyperglykémia sama o sebe indukuje oxidačný stres a endoplazmový retikulum stres v beta bunkách, čo vedie k zvýšenej expresii TLR2 a TLR4 a zvýšenej citlivosti na exogénne a endogénne ligandy. Adipose tkanivo v metabolickom syndróme uvoľňuje aj nasýtené mastné kyseliny, ktoré priamo aktivujú signál TLR4, čo poskytuje mechanickú súvislosť medzi inzulínovou rezistenciou a zápalom ostrovčeka. Synergentné účinky metabolického stresu a imunitnej aktivácie vysvetľujú, prečo autoimunitný diabetes sa často prejavuje počas obdobia metabolickej výzvy, ako je puberta alebo interkurentné ochorenie. Okrem toho, TLR signalizuje ovplyvňuje rovnováhu medzi regulačnými T bunky (Tregs) a efektor T bunky. Silná alebo trvalá TLR aktivácia môže potlačiť funkciu Treg pri zvyšovaní efektor T bunky prežitie, napínanie stupnice smerom autoimunity. Pochopenie týchto komplexných interakcií je nevyhnutné pre navrhovanie terapie, ktoré preruší zápalové kaská kaskáda bez oslabenia ochrannej imunity.

TLR2: Duálne úlohy v imunite a zápale

TLR2 vytvára heterodiméry s TLR1 alebo TLR6 rozpoznať bakteriálne lipoproteíny, peptidoglykán, zymosan, a endogénne ligandy, ako sú HMGB1 a určité teplo šokové proteíny. V súvislosti s cukrovkou, TLR2 expresia je zvýšená na periférnej krvi mononukleárnych buniek od pacientov s diabetom typu 1 a koreluje s aktivitou ochorenia. Štúdie používajúce non-obézní diabetik (NOD) myši

TLR4: Centrálny náboj pre metabolické a zápalové signály

V pankreatických ostrovoch je TLR4 vyjadrený na beta bunkách, rezidentných makrofágoch a dendritických bunkách. Aktivácia beta-bunky TLR4 priamo znižuje sekréciu inzulínu prerušením kalciového signálu a indukciou oxidačného stresu, zatiaľ čo zápalové signály parakrínu z TLR4- stimulovaných makrofágov, rezidentných makrofágov a dendritických buniek. Aktivácia beta-bunely buniek TLR4 priamo znižuje vylučovanie inzulínu prerušením kalciového signálu a indukciou oxidačného stresu, zatiaľ čo zápalové signály parakrínu z TLR4- stimulovaných makrofágov, recirkulovaných makrofágov, naverververververbbbín beta-bune TLR4 priamo narúša vylučovanie vápnika signálom vápnika a indukujú oxidačný stres, zatiaľ čo zápalové signály parakrynského systému z TLR4- stimulovaných makrofágov, naververververververververververververververververververververververververververververververververververandrických buniek a a zväčú tvorbu lokálnych cytokínov. U obéobých jedincov, cirkulujúcych jedincov, cirkulujúce hladiny cirkulujúc

TLR9: Snímanie seba-DNA a zosilňovacia autoimunita

V pankreatickom prostredí, beta-bunková apoptóza a nekróza počas skorých štádií uvoľňovania cukrovky mitochondriálna a nukleárna DNA, ktorá môže zatiahnuť TLR9 do blízkych dendritických buniek a B buniek. To spúšťa produkciu interferónu typu I prostredníctvom MyD88-IRF7; hĺbkovým tvarovaním autoimúnu odpoveď propagáciou dendrických buniek zrenia, zlepšením krížovej prezentácie antigénov beta-bunkových buniek a podporou aktivácie B-bunkových buniek a produkcie autoantiantatonínov typu I. Prítomnosť izolátov autoantilátky

Ďalšie TLR v diabetickej krajine

Zatiaľ čo TLR2, TLR4 a TLR9 dostali najväčšiu pozornosť, ostatní členovia rodiny tiež prispievajú k patogenéze cukrovky. TLR3, ktorý uznáva, že dvoj-neviazaná RNA z vírusov, bol zapojený do dobre zavedenej súvislosti medzi enteroviral infekcie a diabetes nástupu typu 1. TLR3 signalizuje v beta bunkách indukuje produkciu interferónov typu I a chemokínov, ktoré najímajú lymfocyty na ostrovčeky. Podobne, TLR7 a TLR8 reaguje na jedno-neviazanú RNA z oboch vírusov a poškodených tkanív a môže zosilniť interferon odpovede počas vírusových spúšťačov. TLR5 špecificky rozpozná bakteriálny flagellín a môže sprostredkovať účinky črevného mikrobiómu na systémový zápal. Vyvolávajúce dôkazy naznačujú, že zmeny v črevnej mikrobiotoxicite u preidívaných jedincov môžu ovplyvniť signál TLR5.

Terapeutické stratégie zamerané na cesty k mýtnym receptorom

Uznanie, že TLR signalizuje pohony i iniciáciu a udržanie autoimunitného diabetu motivoval intenzívne úsilie vývoja drog. Terapeutické prístupy spadajú do niekoľkých kategórií: priame TLR antagonisty, inhibítory downstreaming, ligandové chrasty a regulačná modulácia. Každá stratégia má odlišné výhody a výzvy, ktoré musia byť zohľadnené v súvislosti s chronickým autoimunitným ochorením. Ideálna terapia by tlmiť patogénny zápal pri zachovaní schopnosti nasadiť ochranné imunitné reakcie proti infekciám a rakovine. Dosiahnutie tejto selektivity vyžaduje pochopenie, ktoré cesty TLR prevládajú v špecifických štádiách ochorenia a podľa toho prispôsobiť intervencie.

Malé molekúl a biologické TLR antagonisty

Eritoran, syntetický lipidový analóg, ktorý kompetitívne blokuje TLR4, preukázal prijateľnú bezpečnosť v sepse III. fázy skúšok a mohol by byť potenciálne využitý pre autoimunitné indikácie, ak je možné preukázať účinnosť. Niekoľko TLR2-blokujúcich protilátok, vrátane OPN-305, bolo vyvinutých a testovaných v ischemia-reperfúzie zranenia a štep-verzus-host ochorenie, s priaznivými bezpečnostnými profilmi, ktoré podporujú hodnotenie diabetu. Pre TLR9, inhibičné oligonukleotidy, ako je IMO-3100 a DV1079 blok CpG DNA väzby a preukázali účinnosť v predklinických lupus a diabetes modelov. Malé molekulové inhibítory cielenie MyD88 adaptér proteínu predstavujú širší prístup, ktorý by mohol súčasne blokovať viac TLR dráh, ale ubikvitózna povaha MyD88 signalizuje obavy o imunosupresiu. Zlúčenie LM-107, inhibítor MyD88 homodimerizácie, preukázal terapeutické účinky u NOD myší, ale ešte nie je pokročilý na klinické testovanie diabetu.

Zanedbanie a neutralizácia

Alternatívna stratégia zahŕňa neutralizáciu endogénneho TLR ligandov, ktoré jazdia na chronickom zápale pri cukrovke. Skupina vysokomobilných buniek v kolónke 1 (HMGB1) je prototypný model poškodenia spojený s molekulárnym modelom uvoľňovaným z nekrotických buniek, ktorý aktivuje TLR2 aj TLR4. Monoklonálne protilátky proti HMGB1 preukázali účinnosť pri znižovaní zápalu a zlepšovaní prežitia ostrovčekov v zvieracích modeloch. Podobne, rozpustná RAGE (receptor pre pokročilé glykačné konečné produkty) môže viazať HMGB1 a iné RAGE ligandy, ktoré pôsobia ako návnada na zabránenie interferencii TLR. Kým ligand sekvestrácia ponúka výhodu interferovania s viacerými cestami receptorov súčasne, pleiotropné roly týchto molekúl v normálnej fyziológii

Modulácia faktorov pre signalizáciu a prepisovanie v prúde

Inhibítory TBK1 vrátane BX- 795 a amlexox, preukázali prínos v metabolických modeloch, pretože NF- κB má významnú úlohu v mnohých bunkových procesoch. Selektívne prístupy zamerané na špecifické MAP kinázy (p38, JNK) alebo IRAK4 kinázy poskytujú medziekvivalentnú selektivitu, keďže tieto dráhy intenzívne používajú TLR, ale tiež sa podieľajú na iných zápalových kaskádádach. Ďalším sľubným cieľom je proteínkináza TBK1, ktorá je založená na aktivácii IRF3 po TLR3 a TLR4 ako aj cytosólových senzorov DNA.

Kombinácia a personalizované prístupy

Vzhľadom na heterogénny charakter ľudského diabetu typu 1, jeden cieľ TLR je nepravdepodobné, aby prospech pre všetkých pacientov. Genetické polymorfizmy v TLR génoch, rozdiely v mikrobiálnej expozície, a rôzne metabolické stavy znamenajú, že TLR aktivačné profily pravdepodobne sa líšia medzi jednotlivcami. Budúca terapia môže byť potrebné riadiť bio-markers podpisy

Výzvy a budúce pokyny

Napriek silným predklinickému dôkazom, ktoré podporujú TLR cielenie na autoimunitný diabetes, niekoľko prekážok zostáva pred dosiahnutím klinickej praxe týchto terapií. Bezpečnostné úvahy sú predovšetkým: globálna inhibícia TLR zhoršuje obranu hostiteľa proti bakteriálnym, vírusovým a hubovým infekciám, ako aj protinádorová imunita. Pacienti s cukrovkou už čelia zvýšenému riziku infekcie v dôsledku metabolických deranží a každá imunomodulačná terapia musí preukázať prijateľnú bezpečnostnú maržu. Po druhé, načasovanie intervencie je kritické. Blokovanie TLR môže byť najúčinnejšie, keď sa začne počas preddiabetickej fázy, kým sa vyskytne podstatná strata beta buniek, ale identifikácia jedincov s bezprostredným rizikom si vyžaduje zlepšenie skríningových algoritmov a predizolačných biomarkerov. Súčasné skríningové programy pre izoláty môžu identifikovať vysokorizikových jedincov, ale rýchlosť progresie je rôzna a mnoho jedincov s autoantibody pozitívnych nikdy nevyvinú klinickú cukrovku. Po tretie, redukciu TLR signálnych dráh znamená, že blokovanie jedného receptora môžu umožniť náhradné aktiváciu prostredníctvom alternatívnych členov rodiny, ktoré potrebujú kombinované prístupy, ktoré zvyšujú zložitosť a náklady. Nakoniec, zistenia z NOD a iných zvieracích

Napriek týmto výzvam, potenciálne výhody liečby zameranej na TLR odôvodňujú pokračovanie vyšetrovania. Pole rýchlo napreduje, s novými poznatkami zo štrukturálnej biológie, ktoré umožňujú racionálny dizajn inhibítorov špecifických pre receptory. Techniky, ako je kryoelektrónová mikroskopia, odhalili podrobné názory na interakcie TLR-ligandov, ktoré uľahčujú objavenie liekov. Okrem toho, vývoj perorálnych inhibítorov TLR a inhalačných prípravkov pre podávanie slizníc by mohol zlepšiť súlad pacienta a znížiť systémové vedľajšie účinky. Prístupy k úprave génov vrátane narušenia génov TLR sprostredkovaných CRISPR v špecifických typoch buniek, ponúkajú budúce možnosti trvalej modulácie zápalových dráh v autológnej bunkovej liečbe alebo dokonca in vivo editáciu. Ako naše pochopenie úlohy vrodeného imunitného systému v autoimunitnom diabete prehĺbuje, Mýtne receptory budú pravdepodobne aj naďalej ústredným zameraním základného výskumu a klinického prekladu, ponúkajúc nádej na terapie, ktoré môžu zmeniť priebeh tohto ničivého ochorenia.

Integrácia TLR biológie do klinickej praxe

Pre lekárov a výskumných pracovníkov pracujúcich v starostlivosti o cukrovku, vznikajúce pochopenie TLR biológie má okamžité praktické dôsledky mimo vývoja drog. Monitorovanie TLR expresie a cirkulujúce ligandov úrovne by mohli slúžiť ako biomarkery pre aktivitu a progresiu ochorenia. Napríklad, zvýšené hladiny HMGB1 alebo rozpustné TLR2 boli navrhnuté ako indikátory prebiehajúceho islet zápalu, ktorý by mohol viesť imunoterapeutické načasovanie. Nutričné intervencie, ktoré znižujú endogénne TLR ligandu produkcie

Záver

Mýtne receptory zaberajú centrálnu pozíciu na križovatke vrodenej imunity, metabolického stresu a autoimunity pri cukrovke. Ich schopnosť odhaliť mikrobiálne hrozby a endogénne poškodenie signálov ich umiestňuje na frontline imunitnej aktivácie a ich dysregulácia prispieva kriticky k rozpadu sebatolerancie, ktorá charakterizuje diabetes typu 1. TLR2, TLR4, a TLR9 boli najviac zapojené do podpory zápalu ostrovčeka a deštrukcie beta buniek, ale celá rodina sa zúčastňuje na komplexnej sieti signálov, ktoré poháňajú progresiu ochorenia. Terapeutické stratégie zamerané na tieto receptory prostredníctvom priamych antagonistov, ligand neutralizácie alebo následných signálnych inhibítorov

Referencie