Faktory modifikujúce koncentráciu IgE v pupočníkovej krvi – pilotná štúdia

Súhrn

Cieľ práce:
Komplexný vplyv faktorov vnútorného a vonkajšieho prostredia na jedinca, jeho imunitný systém a nedostatok vhodných markerov na posúdenie a zníženie rizika vzniku alergie počas života vedú ku kontinuálnemu nárastu počtu ľudí postihnutých niektorou formou alergie. Podľa výsledkov niektorých štúdií by stanovenie koncentrácie IgE v pupočníkovej krvi mohlo byť vhodným skorým markerom na posúdenie rizika vzniku atopických chorôb, ale štúdie priniesli kontroverzné výsledky. Navyše, viacerí autori diskutujú o ich originálnom pôvode (syntéza in utero, placentárny prenos, peripartálna kontaminácia z materskej krvi). Cieľom našej pilotnej štúdie bolo vyhodnotiť možný vplyv modifikujúcich faktorov na koncentráciu pupočníkových IgE.

Materiál a metodika:
Náš súbor tvorila retrospektívne vyhľadaná skupina 184 novorodencov (98 chlapcov, 53,3 % a 86 dievčat, 46,7 %), ktorým bola pred 25 rokmi odobratá pupočníková krv, v ktorej bola v tom čase stanovená koncentrácia IgE (metódou PRIST). V našej práci bol spätne vyhodnotený vplyv vybraných modifikujúcich faktorov (pohlavie, spôsob pôrodu, mesiac narodenia) na nameranú koncentráciu IgE v pupočníkovej krvi.

Výsledky:
U chlapcov v porovnaní s dievčatami, u detí narodených cisárskym rezom oproti deťom narodených prirodzenou cestou a u novorodencov narodených počas zimných mesiacov v porovnaní s ostatnými ročnými obdobiami sa zistila zvýšená koncentrácia IgE v pupočníkovej krvi. Naše výsledky sú v zhode s väčšinou zahraničných štúdií.

Záver:
Na základe našich výsledkov ako aj výsledkov iných autorov predpokladáme, že sledované vybrané faktory ovplyvňujú koncentráciu IgE v pupočníkovej krvi v rôznej miere. Zistené súvislosti by mali byť zohľadnené pri interpretácii hodnôt IgE v pupočníkovej krvi.

KĽÚČOVÉ SLOVÁ:
imunoglobulín E – hygienická hypotéza – pupočníková krv – modifikujúce faktory – prevencia

ÚVOD

Alergické choroby predstavujú najväčšiu skupinu civilizačných chorôb s každoročne narastajúcou incidenciou a prevalenciou. V priebehu desaťročí vzniklo viacero teórií, ktoré sa snažili objasniť dramatický nárast alergických chorôb, pričom najznámejšou z nich je hygienická hypotéza. Prvýkrát bola opísaná profesorom epidemiológie, Davidom Strachanom v roku 1989, vyslovením hypotézy, že znížená expozícia infekciám v detskom veku vedie k nerovnováhe medzi T_H1 a T_H2 lymfocytmi v prospech T_H2 imunitnej odpovede s následným rozvojom hyperreaktivity imunitného systému voči v zásade neškodným antigénom z prostredia [31]. Nižšie riziko vzniku alergií je v rodinách s väčším počtom detí a tiež u jedincov, ktorí vyrastajú na vidieku v blízkom kontakte s dobytkom, čo je pripisované fekálnej kontaminácii prostredia. Diskutovaným ochranným faktorom bol aj zvýšený príjem nepasterizovaného mlieka, ktoré by mohlo byť zdrojom niektorých bakteriálnych infekcií [25]. Vysoký obrat a rozmanitosť príslušných baktérií, v jednotlivých slizničných imunitných systémoch v porovnaní so stabilným osídlením len určitým typom patogénov, poskytuje kontinuálnu stimuláciu imunitného systému nevyhnutnú pre prevenciu pred alergickými chorobami [18]. V hypotéze o „starých kamarátoch“, za ktorých sa považovali baktérie, s ktorými sa organizmus stretol v priebehu rokov (rod Lactobacillus, saprofytické environmentálne mykobaktérie, črevné parazity), boli zmeny v imunitnej regulácií pripisované poruche rovnováhy medzi T-regulačnými lymfocytmi (T_reg) a T-efektorovými lymfocytmi. Jedným z najvýznamnejších faktorov prispievajúcich k vzniku tejto nerovnováhy, a teda k rozvoju imunopatologických stavov (alergií alebo autoimunity), je vzniknutá dysmikróbia v črevnom mikrobióme v zmysle narušenie vzorca zastúpenia jednotlivých komenzálnych baktérií či už navzájom voči sebe, alebo na úkor patogénnych mikroorganizmov [29]. Ďalej bolo pozorované, že respiračné alergie sú menej frekventné u ľudí, ktorí boli vo významnej miere vystavení fekálne-orálnym či alimentárnym nákazám (najmä vírus hepatitídy A, Toxoplasma gondii, Helicobacter pylori). Súvislosť atopie s prekonaním ostatných infekcií (osýpky, mumps, ovčie kiahne, herpes simplex vírus 1 a 2, cytomegalovírus) sa nepotvrdila [17, 19, 33]. Pri súčasnej pandémií alergických a autoimunitných chorôb podstúpila hygienická hypotéza viaceré revízie a dnes je založená na zložitých mechanizmoch interakcií človeka s rôznymi mikroorganizmami v jeho ekosystéme. V rámci revidovanej verzie hygienickej hypotézy sa predpokladá, že zmeny v črevnom mikrobióme zásadne ovplyvňujú rozvoj rôznych imunopatologických stavov, ako napríklad alergií [20]. V nadväznosti na hygienickú hypotézu bola sformulovaná teória biodiverzity, ktorá poukazuje na mikrobiálnu depriváciu v dôsledku industrializácie a znečisťovania prostredia chemickými látkami, čo má celosvetovo negatívny dopad na ľudstvo [11]. Aktuálne objasňuje vznik alergických a autoimunitných chorôb epigenetika, ktorá vo svojej podstate doplňuje a vysvetľuje pôvodnú hygienickú hypotézu. Vývoj imunitného systému, konkrétne diferenciácia T-lymfocytov je pod epigenetickou reguláciou prostredníctvom napr. metylácie DNA a histónov, acetylácie histónov či zmien štruktúry chromatínu. Uvedená modifikácia determinuje kompaktnosť DNA a jej náchylnosť k zmenám v génovej transkripcii, génovej expresii a následne v rozvoji alergického fenotypu [16].

Desaťročia sa hľadajú a skúmajú vhodné markery predikcie rozvoja alergických ochorení v neskoršom živote. Jedným z nich je aj stanovenie koncentrácie IgE v pupočníkovej krvi. Cieľom našej pilotnej štúdie bolo analyzovať vplyv pohlavia, spôsobu pôrodu ako aj ročného obdobia narodenia na koncentráciu IgE v pupočníkovej krvi stanovenej v retrospektívne vyhľadanom súbore 184 novorodencov.

MATERIÁL A METODIKA

V priebehu rokov 1989–1990 bol zrealizovaný odber pupočníkovej krvi na Klinike detí a dorastu Univerzitnej nemocnice Martin za účelom stanovenia koncentrácie pupočníkových IgE (CB-IgE) v skupine 184 novorodencov, ktorých sme retrospektívne vyhľadali. Koncentrácia IgE v pupočníkovej krvi bola stanovená hneď po odbere prostredníctvom metódy PRIST (paper-disc radioimmunoassay technique), ktorá spočíva v imunochemickej reakcii antigénu (molekula IgE) so špecifickou anti-IgE protilátkou naviazanou na papierových platničkách označenou rádionuklidom. Výsledky boli analyzované pomocou štatistického programu SPSS. Jednotlivé parametre boli porovnané prostredníctvom nepárového Studentovho t-testu a Kruskal-Wallisovho neparametrického testu. Za štatisticky významné rozdiely boli považované hodnoty p < 0,05.

VÝSLEDKY

Do našej štúdie bolo zahrnutých 184 novorodencov, z toho 98 chlapcov (53,3 %) a 86 dievčat (46,7 %). Všeobecná charakteristika súboru ako aj namerané koncentrácie pupočníkových IgE v jednotlivých podskupinách sú uvedené v tabuľke 1. Celkové hodnoty koncentrácií CB-IgE v súbore boli v rozsahu od 0 do 24 IU/ml s priemernou hodnotou 1,43 ± 2,77 IU/ml. Chlapci mali štatisticky vyššiu koncentráciu CB-IgE v porovnaní s dievčatami (1,75 ± 3,46 IU/ml vs. 0,94 ± 1,42 IU/ml, p = 0,036; graf 1). Prirodzenou cestou sa narodilo 167 detí (90,8 %) a 17 detí (9,2 %, 9 chlapcov a 8 dievčat) sa narodilo cisárskym rezom. Deti narodené cisárskym rezom mali signifikantne vyššiu koncentráciu CB-IgE v porovnaní s deťmi narodenými prirodzenou cestou (1,91 ± 1,89 IU/ml vs. 1,13 ± 1,70 IU/ml, p = 0,050) – graf 2. V zime (december, január, február) sa narodilo 39 detí (21,2 %), na jar (marec, apríl, máj) sa narodilo 62 detí (33,7 %), v lete (jún, júl, august) 56 detí (30,4 %) a na jeseň (september, október, november) 27 detí (14,7 %). Koncentrácia CB-IgE bola najvyššia u detí narodených v zime (1,73 ± 1,77 IU/ml) a v porovnaní s koncentráciami CB-IgE v ostatných ročných obdobiach bol tento rozdiel štatisticky významný (p < 0,01, p < 0,05; graf 3). Deti narodené na jeseň (1,45 ± 1,91 IU/ml) mali nižšiu koncentráciu v porovnaní k deťom narodeným v zime (p < 0,01), ale vyššiu ako deti narodené na jar (1,29 ± 2,89 IU/ml, p < 0,05). U detí narodených počas leta bola koncentrácia CB-IgE najnižšia (0,78 ± 1,41 IU/ml).

DISKUSIA

Pupočníkové IgE boli skúmané od 70-tych rokov minulého storočia v súvislosti s ich možným významom v predikcii atopických chorôb, pričom diskutovanou skutočnosťou bol aj originálny pôvod CB-IgE. Navyše, výpovedná hodnota sérovej koncentrácie celkových IgE v bežnej klinickej praxi je pomerne nízka. Vo viacerých štúdiách bola preukázaná významná asociácia medzi koncentráciou celkových IgE matky a koncentráciou CB-IgE. Otázkou je, či je uvedená asociácia spôsobená transportom IgE cez placentárnu bariéru alebo samostatnou fetálnou produkciou IgE, ktorá však môže byť ovplyvnená materskými faktormi [5, 6, 15]. Syntéza IgE v embryonálnom štádiu bola preukázaná od 11. gestačného týždňa [22]. Produkciu imunoglobulínov E in utero podporuje aj zistenie, že vzťah medzi materskými IgE a CB-IgE závisí od špecifickosti protilátok IgE. Zatiaľ čo špecifické potravinové IgE vykazovali podobný profil s materskými špecifickými potravinovými IgE, u špecifických inhalačných IgE tento vzťah nebol preukázaný [27]. Pfefferle et al. (2008) objavili alergén-špecifické IgE u novorodencov, pričom u ich matiek nebola pozorovaná podobná špecifickosť [27]. Na druhej strane iní autori tvrdia, že senzibilizačný profil v materskej plazme a pupočníkovej krvi je porovnateľný [5]. Navyše, aj pomer medzi alergén-špecifickými IgE a celkovými IgE matky je porovnateľný s pomerom v pupočníkovej krvi [6]. Existuje však už aj prvá štúdia, ktorá poukazuje na možný prechod IgE protilátok z matky na plod cez placentárnu bariéru prostredníctvom IgG autoprotilátok namierených proti IgE vo forme komplexov IgG anti-IgE/IgE [7]. Berúc do úvahy, že koncentrácia CB-IgE je veľmi nízka (obvykle až nedetekovateľná) a ich najpravdepodobnejší pôvod je tvorba samotným plodom, tak na rozdiel od stanovenia celkových IgE v sére by táto metóda mohla nájsť svoje klinické uplatnenie.

Okrem hľadania významu pupočníkových IgE v predikcii atopických chorôb je zaujímavý aj vplyv rôznych faktorov na výšku koncentrácie CB-IgE. V našej štúdií sme v retrospektívne vyhľadanej skupine 184 novorodencov zaznamenali signifikantne vyššiu koncentráciu CB-IgE u chlapcov, u novorodencov narodených cisárskym rezom a novorodencov narodených v zimných mesiacoch.

Vyššiu koncentráciu CB-IgE u novorodencov mužského pohlavia zistili aj iní autori [3, 15, 30], hoci v niektorých štúdiách nebol tento rozdiel pozorovaný [21, 23]. Vyššia koncentrácia CB-IgE u chlapcov koreluje aj s vyšším výskytom alergických chorôb u mužského pohlavia, zatiaľ čo pre ženské pohlavie je typický skôr výskyt autoimunitných chorôb. Na základe týchto rozdielov niektorí autori odporúčajú, aby sa pre chlapcov používali vyššie fyziologické hodnoty koncentrácie CB-IgE ako u dievčat [15].

Z hľadiska typu pôrodu sa v našej štúdií zaznamenali signifikantne vyššie koncentrácie CB-IgE u novorodencov narodených cisárskym rezom v porovnaní s deťmi narodenými prirodzenou cestou, čo  pozorovali aj Nabavi et al. (2013). Iní autori nezaznamenali rozdiel v koncentrácií CB-IgE v závislosti od typu pôrodu [15, 30]. Riziká cisárskeho rezu boli opísané v niektorých štúdiách v súvislosti so zvýšeným rozvojom atopických chorôb v detskom veku [9, 24], a to najmä bronchiálnej astmy a alergickej rinitídy [32]. Deti narodené cisárskym rezom nie sú dostatočne vystavené materskej črevnej mikroflóre a vaginálnej flóre, čo čiastočne vysvetľuje zmeny v črevnom mikrobióme novorodenca [1]. Cisársky rez negatívne ovplyvňuje vývoj črevného mikrobiómu v zmysle vzniku dysbiózy, ku ktorej prispieva napríklad aj užívanie antibiotík či oneskorenie dojčenia po tomto spôsobe pôrodu [28]. Gastrointestinálny trakt (GIT) plodu bol podľa prvotných štúdií údajne sterilný a k jeho kolonizácií mikroorganizmami z matkinho organizmu a vonkajšieho prostredia dochádzalo až počas pôrodu a včasne po ňom [4]. Podľa najnovších poznatkov však mekónium novorodenca sterilné nie je a môže byť osídlené najmä gram-pozitívnymi baktériami (rod Lactobacillus, rod Streptococcus) [2]. Naopak, pri pôrode cisárskym rezom je GIT novorodenca kolonizovaný hlavne baktériami z vonkajšieho prostredia a kože matky (rod Staphylococcus, rod Acinetobacter) [4]. U detí narodených cisárskym rezom môže byť častá bakteriálna infekcia Clostridium difficile, ktorá bola následne v niektorých štúdiách asociovaná so zvýšeným riziko rozvoja bronchiálnej astmy, pričom presný patomechanizmus je zatiaľ neznámy [35]. U novorodencov narodených cisárskym rezom bola preukázaná zvýšená metylácia DNA v bunkách pupočníkovej krvi, čo môže byť tiež jednou z príčin zmien v regulácií a vývoji imunitného systému, okrem už spomínaných zmien v črevnom mikrobióme [8]. Dochádza k potlačeniu protektívneho účinku T_reg-lymfocytov a narušeniu imunitnej rovnováhy v prospech T_H2-mediovanej alergickej odpovede, čo podporuje revidovanú koncepciu hygienickej hypotézy [28]. Navyše bolo dokázané, že prenatálne zvýšený psychický stres, ktorý môže súvisieť okrem iného aj s komplikáciami gravidity ústiacim do pôrodu cisárskym rezom, vedie k zvýšeniu koncentrácie IgE ako aj k zmenám v cytokínovom profile v pupočníkovej krvi, pričom vplyv stresu bol modulovaný aj atopickým statusom matky [26, 36]. Na druhej strane môže dôjsť pri pôrode cisárskym rezom aj ku kontaminácii pupočníkovej IgE krvou matky, čo môže falošne zvýšiť koncentráciu CB-IgE [10]. V súčasnosti je vplyv cisárskeho rezu na koncentráciu CB-IgE a následný rozvoj atopických chorôb naďalej v štádiu skúmania, a to najmä z hľadiska uplatnenia možných epigenetických mechanizmov kontroly expresie génov podieľajúcich sa na rozvoji alergickej hyperreaktivity [8].

V rámci ročného obdobia sme zistili najvyššie koncentrácie pupočníkových IgE u novorodencov narodených v zime s poklesom CB-IgE v poradí jeseň, jar a leto. Autori zahraničných štúdií opisujú cyklický vzostup CB-IgE v závislosti od ročného obdobia s vrcholom na jar. Kimpen et al. (2009) zistili vzostup CB-IgE s vrcholom sínusoidnej krivky na jar a jej pokles na konci októbra [13]. Českí autori Liška et al. (2012) pozorovali sezónnosť výskytu zvýšených hodnôt pupočníkových IgE s významným vzostupom na jar, ďalej na prelome leta a jesene a pokles v zimných mesiacoch [14]. Hernandéz et al. (2013) vo svojej štúdii opisujú vzostup CB-IgE najmä v jarných mesiacoch [12]. Nabavi et al. (2015) zaznamenali najvyššiu koncentráciu CB-IgE na jar a v zime a najnižšiu na jeseň [23]. Uvedená sezónna variácia koncentrácie IgE v pupočníkovej krvi môže byť spôsobená viacerými faktormi, ako napr. variáciami v intenzite peľovej alergénovej sezóny v rôznych rokoch, rôznou geografickou lokalizáciou realizácie štúdie či rôznym spektrom zastúpených environmentálnych alergénov.

Stanovenie koncentrácie protilátok triedy IgE v pupočníkovej krvi by mohlo predstavovať jednoduchú diagnostickú metódu, ktorá by mohla priniesť uplatnenie v predikcii rozvoja atopických chorôb už v ranom detskom veku. Je ale potrebné podrobnejšie objasniť celkový mechanizmus vzniku týchto chorôb, ako aj spolupôsobenie rôznych faktorov, ktoré spúšťajú epigenetické procesy. Aj na základe našej retrospektívnej štúdie je zrejmé, že koncentráciu CB-IgE ovplyvňuje viacero faktorov, čo je potrené zohľadniť pri interpretácii získaných hodnôt CB-IgE. Na druhej strane novšie štúdie detegovali v pupočníkovej krvi aj iné prediktívne markery pre rozvoj alergénnej hypersenzitivity v neskoršom živote, napr. interleukín 13, ktorý ako jeden z T_H2 cytokínov, môže okrem iného zvyšovať koncentráciu IgE [34]. V inej recentnej štúdii autori zaznamenali v pupočníkovej krvi detí s následným rozvojom potravinovej alergie znížený počet T regulačných lymfocytov, pokles CD4⁺ T pomocných lymfocytov a zvýšený počet monocytov produkujúcich pro-zápalové cytokíny (IL-1β, TNF-α) po stimulácii lipopolysacharidom [37]. Z hľadiska aktuálnych vedomostí je potrebné zrealizovať ďalšie štúdie, ktoré by okrem analýzy modifikujúcich faktorov ukázali aj reálnu prediktívnu kapacitu CB-IgE z hľadiska rozvoja skorých ako aj neskorých atopických prejavov. Na základe toho by bolo možné identifikovať skupinu jedincov, ktorí by mohli profitovať zo skorých preventívnych protialergických intervencií.

Poďakovanie

Táto štúdia bolo podporená grantom VEGA 1/0252/14 a Grantom UK/41/2015.

Do redakce došlo dne 14. 12. 2015.

Adresa pro korespondenci:

doc. MUDr. Miloš Jeseňák, PhD., MBA, Dott.Ric., MHA

Klinika detí a dorastu UK JLF a UNM

Kollárova 2

036 59 Martin

Slovenská republika

e-mail: jesenak@gmail.com