Basal allergologi inklusive allergener, immunologi og inflammation

I denne artikel beskrives immunsystemets grundlæggende mekanismer, som fører til, at enkelte disponerede personer (atopikere) udvikler et immunglobulin E (IgE)-immunrespons over for antigener blandt almindeligt forekommende proteiner (Figur 1 ). Et IgE-bindende antigen kaldes et allergen [1], og eksponeringen herfor kan ske via slimhinderne i øjnene, øvre og nede luftveje, fordøjelsessystemet og huden samt parenteralt. En person med specifikt IgE rettet mod et allergen siges at være sensibiliseret og kan ved fornyet eksponering udvise allergiske symptomer fra såvel det eksponerede organ som systemisk [2, 3].

Allergener
Allergenkilder og allergener

Allergi opstår ved eksposition over for naturligt forekommende allergenkilder, hvoraf de vigtigste er luftbårne partikler af en størrelse på 5-50 μ m, såsom pollenkorn (græs, birk), svampesporer, midefæces samt skæl fra hund og kat. Clearance -mekanismerne i luftvejene synes at være involveret, idet større partikler som pollenkorn (20-50 μ m) primært (og initialt) forårsager høfeber, mens mindre partikler i højere grad også udløser reaktioner fra de nedre luftveje i form af astma. Bortset fra nogle få undtagelser er alle allergener proteiner. Ved undersøgelse af en række patienters reaktivitet over for proteinerne i en given allergenkilde ses det typiske billede, at stort set alle patienter reagerer med IgE rettet mod nogle få major allergener, mens et stort antal proteiner i ekstraktet kun sjældent ses at binde IgE, de såkaldt minor allergener. Detaljerede studier af flere major allergener har ikke vist noget fællestræk, og det må derfor konkluderes, at ethvert protein er et potentielt allergen.

Nomenklatur

Allergener navngives som hovedregel med proteinets biokemiske navn, men da allergenernes biologiske funktion i mange tilfælde er ukendt, er der vedtaget et specielt system for navngivning af allergener. Allergener gives navn efter den latinske betegnelse på artsnavnet, således at de tre første bogstaver af slægtsnavnet efterfølges af det første bogstav af artsnavnet samt et kronologisk nummer, f.eks. Bet v 1, som altså er det først karakteriserede allergen fra Betula verrucosa , vortebirk.

Isoallergener

Ved nærmere analyse viser det sig, at naturligt forekommende allergener udviser isoallergenvariation, dvs. variation i aminosyresekvens. Isoallergenerne har samme biologiske funktion og identiske foldningsmønstre i deres tredimensionelle struktur, men forskellene kan dog omfatte op til 25% af de indgående aminosyrer, svarende til forskellen mellem homologe proteiner fra nærtbeslægtede arter. Der vil dermed forekomme forskelle i individuelle patienters reaktivitet over for de enkelte isoallergener.

Epitoper

Epitoper er de mindste strukturelle elementer af allergenet, som specifikt genkendes af det allergiske immunsvar. Immunforsvaret har to typer af specifikke receptorer, antistoffer og T-celle- receptorer. På trods af, at de to receptorer er analogt opbyggede, er de epitoper, som genkendes, fundamentalt forskellige. IgE-antistoffer, opstået som følge af naturlig eksponering, genkender et udsnit af overfladen af det korrekt foldede allergen, en konformationel epitop. Ved udfoldning, denaturering, af allergenet forsvinder disse rumlige epitoper, og antistofgenkendelsen ophører helt eller delvist. En T-celle-epitop opstår ved, at allergenet optages og fordøjes i en antigenpræsenterende celle (APC), og lineære fragmenter (peptider) af allergenet herefter fremkommer på cellens overflade i kompleks med vævstypeantigen D (HLA-D). T-celle-receptoren genkender komplekset, og den del af komplekset, som hidrører fra allergenet, T-celle-epitopen, er altså en lineær epitop.

Krydsreaktivitet

På grund af biologisk slægtskab kan homologe proteiner fra forskellige kilder have epitoper, som er meget lig hinanden. Det betyder, at IgE-antistofferne ikke kan kende forskel på
de forskellige proteiner, men vil reagere lige godt med begge. Klinikken er fuld af eksempler på dette, og en omfattende viden herom er en kernekompetance for allergispecialister. Her skal blot som et eksempel nævnes, at birkepollenallergikeres fødevarereaktioner på hasselnødder, æbler, kiwi m.m. netop skyldes krydsreaktivitet mellem majorallergenet Bet v1 og tilsvarende proteiner i nødder, frugter og grønsager.

Allergenekstrakter

Allergenekstrakter anvendes til diagnostik og behandling af allergisk sygdom. De fremstilles ved vandig ekstraktion af allergenkilden under betingelser, som simulerer det kemiske miljø på slimhinden. For at sikre et ensartet produkt skal de standardiseres, hvilket omfatter alle trin i processen fra certificering af råvareleverandører, kontrol af råvaren, ekstraktion, ultrafiltrering og batch til batch-kontrol. Sidstnævnte udføres ved hjælp af producentens interne standard og internationale standarder. Den interne standard skal biologisk styrkebestemmes ved priktest, men bør ideelt set verificeres i praktisk immunterapi. Batch til batch-kontrol udføres ved at sammenligne hver enkelt batch med den interne standard i laboratorieanalyser, hvor såvel kompleksitet og relativ potens undersøges f.eks. ved krydset immunelektroforese og radioallergosorbent test (RAST)-inhibering. Analyserne bør dog suppleres med kvantificering af mindst et vigtigt allergen. Anvendelse af krydset immunelektroforese, som er en semikvantitativ teknik, sikrer et konstant forhold mellem alle allergener i ekstraktet, og bestemmelsen af et vigtigt allergen sikrer i sammenhæng med den relative potens en konstant styrke. Tretrinsproceduren medfører et reproducerbart ekstrakt og sikkerhed og forudsigelighed i klinisk anvendelse.

Vacciner

Til specifik immunterapi formuleres allergenekstraktet ved kobling til en gel af aluminiumhydroxyd. Vaccinen giver på grund af en vis depoteffekt færre allergisk betingede bivirkninger end det vandige ekstrakt. Fremtidsperspektiverne er dels bioteknologisk fremstillede rekombinante allergener, dels nye eksperimentelle adjuvanser, hvoraf flere p.t. afprøves, men indtil videre hører det til undtagelserne, at en registreret vaccine er formuleret med andet end aluminiumhydroxyd. Rekombinante allergener er allerede på markedet til in vitro-diagnostisk brug og fordelene er, at de vil udgøre kemisk set veldefinerede molekyler, som kan standardiseres med fysisk-kemiske metoder. Det er dog uklart, om et molekylært specie vil kunne give samme effektivitet i behandlingen som de kendte blandinger af allergener og isoallergener. Den bioteknologiske fremstillingsmetode g iver endvidere mulighed for at ændre allergenets aminosyresekvens med henblik på at reducere IgE-bindingen og derved reducere frekvensen af allergiske bivirkninger i forbindelse med specifik immunterapi.

Immunologiske og inflammatoriske mekanismer
Antigenpræsentation

Allergener ekstraheres fra allergenkilden ved kontakt med slimhindens overflade og kan derefter optages ved fagocytose af professionelle APC, såsom makrofager eller dendritiske celler. Disse er meget aktivt fagocyterende, og antigenpræsentationen er derfor tilsvarende kortvarig. Dette forklarer sensibiliseringsbegivenhedens noget tilfældige natur. Allergenerne transporteres af APC til de drænende lymfeknuder, hvor der er en tæt ophobning af T- og B-lymfocytter. Engagerer antigenpræsentationen en antigenspecifik T-celle, vil denne udvikle sig og begynde at producere signalstoffer, cytokiner, som vil have afgørende indflydelse på det resulterende immunsvar.

T-celler

I henhold til Th1 /Th2 -paradigmet kan en Thjælper (CD4+ )-celle efter første stimulation differentiere til enten Th1 eller Th2 . Th2 -celler er primært karakteriseret ved at producere interleukin (IL)-4 og IL-5 efter stimulation med antigen, mens Th1 -celler primært producerer interferon gamma (IFN-γ ). IL-4 leder til klasseskift (isotype switch ) i umodne B-celler til IgE og stimulerer produktion af IgE, mens IL-5 rekrutterer og aktiverer eosinofile granulocytter. IgE og eosinofili er kendetegnende for allergisk inflammation, og i et allergisk immunsvar er fænotypen af de allergenspecifikke T-celler Th2 . Regulatoriske T-celler, Tr-celler, er involveret i reguleringen af immunsvaret på et højere niveau, idet de kan påvirke aktiviteten af Thjælper -cellerne. Tr-celler er antigenspecifikke CD4+ CD25+ og karakteriserede ved produktion af transforming growth factor beta (TGF-β ) og IL-10 efter stimulation med antigen. TGF-β stimulerer IgA-produktion, mens IL-10 generelt nedsætter aktiviteten af T-hjælper-celler. IL-10 i kombination med IL-4 fremmer endvidere produktion af IgG4 .

Antistofsvaret

Normalområdet for IgE hos voksne er en koncentration på < 100 kIU pr. l, hvilket betyder, at der er 50-100.000 gange mere IgG end IgE i plasma. Diagnostisk anvendes specifikt IgE, evt. indirekte bestemt via sensibiliserede mastceller i huden (= hudpriktest), eller sensibiliserede basofile i blodbanen. For at IgM-bærende B-lymfocytter skal undergå et isotype-switch og påbegynde IgE-syntese, kræves der meget specifikke signaler fra Th2 -celler, og sådanne signaler er under normale forhold stærkt undertrykte. Er et individ imidlertid først blevet sensibiliseret, vil der som regel være en målelig titer af specifikt IgE i mange år - endog på tidspunkter, hvor personen måske »er vokset fra« sin kliniske allergi.

Effektorfasen af den allergiske inflammation

I modsætning til andre immunglobliner udøver frit IgE ingen biologiske effekter. Først når det er bundet til højaffinitetsreceptoren på mastceller og basofile granulocytter, kan det krydsbindes af indtrængende allergenmolekyler og initiere den kaskadereaktion, som fører til frigivelse af inflammatoriske mediatorer fra disse effektorceller. Da IgE-receptorerne er højaffine, vil der selv ved moderate niveauer af specifikt IgE i plasma altid være tilstrækkeligt cellebundet IgE, til at cellen kan aktiveres af selv ganske få allergen-molekyler. Superficielt liggende mastceller i slimhinderne er de første, der møder de allergenmolekyler, som er ekstraheret fra f.eks. et pollenkorn på slimhindens overflade, og initierer herved det allergiske inflammatoriske respons. Cellerne frigiver ved aktivering talrige granula, som indeholder bl.a. histamin, heparin og de neutrale proteaser tryptase og kymase. Ud over degranuleringen inducerer IgE-krydsbindingen også nysyntese af lipidmediatorer såsom sulfidoleukotrienerne LTC4 , LTD4 og LTE4 , prostaglandiner samt proteinsyntese af cytokiner og kemokiner. Lipidmediatorerne forårsager sammen med histamin den akutte reaktion, der involverer kontraktion af glatmuskulatur (i bronkietræet), øget kirtelsekretion (slimhinder) og kardilation og medfører ødem. Cytokiner og de kemotaktiske kemokiner medfører, at adhæsionsmolekyler opreguleres på det nærliggende endotel, hvorved leukocytter vandrer fra blodbanen i vævet og efter 2-4 timer ses den såkaldte senfasereaktion med infiltration af specielt T-lymfocytter og eosinofile granulocytter. Ved en kraftig allergisk reaktion frigives cytokiner fra såvel mastceller som T-celler, så der sker en systemisk påvirkning bl.a. med frigivelse af flere eosinofile fra knoglemarven, hvilket fører til den karakteristiske eosinofili. Ved kontinuert eksponering for allergener flyder de to faser sammen, og f.eks. gennem pollensæsonen kan der i de berørte slimhinder opbygges en langvarig, vedvarende inflammation, som ubehandlet efterhånden kan føre til remodellering af vævet med kronisk funktionsnedsættelse til følge. Afhængig af det involverede organ, kan symptomerne være konjunktivitis, rinitis, bronkial astma, urticaria og Quincke-ødem, kvalme/emesis/diaré/meteorisme og anafylaktisk shock. Mastceller og evt. basofile granulocytter kan dog også aktiveres af andre endogene eller eksogene stimuli, såsom komplementaktivering og morfika, så derfor kan der forekomme allergilignende reaktioner, som kan være klinisk uskelnelige fra IgE-medierede reaktioner.

Risikofaktorer for sensibilisering og allergi

Hvorfor bliver nogle personer allergiske over for allergener, som andre kan tolerere uden at udvikle IgE? Genetiske faktorer spiller en væsentlig rolle for risikoen for, om et individ får allergi, men kan næppe forklare, hvorfor der inden for de seneste fire decenier er sket relativt store forskydninger i forekomsten af allergiske sygdomme. I hypoteser vedrørende miljøfaktorer er der tidligere blevet fokuseret på udviklingen af et immunrespons domineret af Th2 på bekostning af Th1 , men herimod taler, at der ikke har kunnet påvises et fald i Th1 -dominerede sygdomme, heriblandt autoimmune sygdomme som reumatoid artrit, type-1 diabetes m.fl. I nyere hypoteser fokuseres der derfor i højere grad på regulatoriske T-celler, som overordnet ser ud til at nedregulere inflammatoriske immunrespons, uanset om de er af Th1 - eller Th2 -typen. Et beslægtet immunologisk område, som i disse år tiltrækker stor interesse, er grænsefladen mellem det innate og det kognate immunsystem, dvs. hvordan uspecifikke faktorer som f.eks. bakterielle komponenter kan styre de antigenpræsenterende celler til fortrinsvis at »uddanne« Th -celler mod en bestemt Th1 -, Th2 - eller Tr-profil. Man kan have forhåbninger til, at de kommende års forskningsresultater vil øge forståelsen af, hvorledes mikrobielle og andre miljøfaktorer styrer det specifikke immunrespons mod allergener, og dermed også, hvordan man ved hensigtsmæssig udnyttelse af denne viden kan inducere tolerans hos allerede sensibiliserede personer.

Lars K. Poulsen, Allergiklinikken, FIN 7551, Laboratoriet for Medicinsk Allergologi, H:S Rigshospitalet, DK-2100 København Ø.
E-mail: lkpallgy@inet.uni2.dk

Antaget: 31. oktober 2004

Interessekonflikter: Jørgen Nedergaard Larsen er ansat af ALK-Abelló A/S

Nedenstående litteratur er omfattende, kapitelinddelte referenceværker inden for området. Henvisninger til originallitteratur inden for enkelte af artiklens emner, kan fås ved henvendelse til forfatterne.