Immunsystemet og øjet

Øjets særstatus i forhold til immunsystemet beror på et væld af overlappende anatomiske, fysiologiske og immunologiske mekanismer. Disse mekanismer bevirker tilsammen, at øjets fine anatomi beskyttes mod synstruende inflammation og infektion. I stedet for inflammation inducerer antigen i øjet via milten en art tolerance. Fordi denne tolerance er antigenspecifik og systemisk, kan den muligvis udnyttes til behandling af immunologiske sygdomme.

Vævsfremmede celler i form af neoplasmer, transplanteret væv, autoantigener eller infektion med mikroorganismer medfører i større eller mindre grad aktivering af immunsystemets innate og adaptive mekanismer, hvilket resulterer i et inflammatorisk immunsvar. I øjet kan dette immunsvar være destruktivt for synet. Her medfører uhæmmet inflammation dels destruktion af celler og strukturer, der har begrænset evne til regeneration, dels skrumpning af strukturer ved arvævsdannelse. I øjet vil dette resultere i, at lyset ikke fokuseres i plan med retina, og synet vil dermed blive nedsat.

Ofte opstår der faktisk ikke inflammation i øjet til trods for placering af antigener i øjets forskellige væv. Allerede i 1948 erkendte Medawar , at alloantigener placeret i øjets forkammer ikke inducerede inflammation og dermed ikke afstødningsreaktion. På denne baggrund foreslog han, at øjets særstatus skyldtes passiv immunologisk isolation, bl.a. i form af manglende lymfedrænage [1]. Siden da har man fundet ud af, at antigener i forkammeret bliver genkendt af immunsystemet, og at det systemiske immunapparat faktisk er særdeles aktivt. Imidlertid bliver der ikke dannet et konventionelt immunsvar, men snarere en form for tolerance mod antigenet [2]. Af denne årsag betegnes øjet som immunprivilegeret; et begreb, der er defineret med baggrund i transplantationsimmunologien som en forlænget - til tider varig - overlevelse af allogent transplanteret væv [3].

Der er beskrevet analoge immunprivilegerede forhold for glaslegemet og det subretinale rum, men de gælder ikke for hele øjet, f.eks. ikke for conjunctiva [4]. Tilsvarende mekanismer er beskrevet for andre organer, bl.a. hjernen, binyrerne, testes og den gravide uterus [3].

De specielle immunologiske forhold i øjet er grundlaget for, at man igennem de sidste 50 år har gennemført transplantation af cornea som en rutineoperation. I dag er corneatransplantation den hyppigst udførte transplantation af fast væv. Alene i USA udføres der ca. 32.000 allogene transplantationer årligt [5]. I et stort studie er graftoverlevelsen efter fem opgjort til 88% og efter ti år til 80% [6] til trods for, at der oftest ikke er blevet anvendt vævsforlig eller systemiske immunsuppressiva. I Danmark udføres der årligt ca. 150 transplantationer med en tilsvarende succesrate [7, 8].

Væv fra immunprivilegerede organer kan i sig selv betegnes som immunprivilegeret. Dele af cornea kan således undergå forlænget overlevelse efter allogen transplantation til et immunokompetent område [9]. Dette kan tages som et bevis for, at det ikke alene er fysiske forhold som blod-okulær-barrieren og manglende lymfedrænage, der ligger bag immunprivilegiet [10].

Forståelsen af immunprivilegiet er stadig ikke komplet. Særligt hvad angår forholdene i øjet, har man dog gennem de seneste ca. 30 år på baggrund af funktionelle dyremodeller på især mus kunnet karakterisere en hel række ansvarlige passive og aktive faktorer, der tilhører både det innate og adaptive immunsystem (Tabel 1 ). Ud over de rent fysiske forhold findes der i det indre øje således et væld af cellebundne og opløselige immunregulerende faktorer, hvis samtidige tilstedeværelse skaber et immunregulerende mikromiljø, der på den ene side beskytter øjets anatomi mod ødelæggende inflammation og på den anden side beskytter mod infektion [3]. Man mener, at de samme forhold gælder i det humane system.

Hensigten med denne oversigt er på baggrund af centrale originalartikler og større oversigtsartikler at gennemgå den nuværende viden på området. Materialet er fundet ved søgning på Medline og internettet med relevante nøgleord inden for hvert af nedenstående afsnit.

Fysiske forhold
Blod-okulær-barrierer

Der er to større barrierer mellem det systemiske kredsløb og indre dele af øjet: blod-kammervæske-barrieren og blod-retina-barrieren. Blod-kammervæske-barrieren er lokaliseret til den forreste del af øjet. Den består af to cellelag, der er forstærket af tight junctions: endotelceller i blodkar i iris samt det indre upigmenterede epitellag i corpus ciliaris. Barrieren er ikke fuldstændig tæt, men den virker som et filter [11].

I den bagerste del af øjet findes blod-retina-barrieren. Den består dels af endotelceller i retinale blodkar, der adskiller retina fra plasma, dels af retinale pigmentepitelceller, der adskiller retina fra det karrige choroidea [11]. Også blod-retina-barrieren er forstærket af tight junctions, og denne barriere er ligeledes heller ikke absolut. Således kan bl.a. T-celler trænge igennem [12]. Imidlertid er det påvist, at de retinale pigmentepitelceller har en række neutraliserende effekter på T-celler [13]. Da T-celler kun kan trænge ind i øjet gennem passage af det retinale pigmentepitellag, kan dette derfor opfattes som en specifik og funktionel immunologisk barriere [12].

Drænage af lymfe- og kammervæske

Almindeligvis antages det, at øjet er isoleret fra lymfesystemet. Imidlertid er det i enkelte tilfælde lykkedes at påvise konjunktivale og uveosklerale lymfekar, som drænerer til submandibulære lymfeknuder [14]. Yderligere er det konstateret på mus, at intraokulært antigen i opløselig form kan genfindes i adskillige regionale lymfeknuder på hoved og hals [15]. Den funktionelle betydning af disse fund er uklar. Men eftersom man endnu ikke har kunnet påvise åbne lymfekar fra de immunprivilegerede zoner, som omfatter forkammeret, glaslegemet eller det subretinale rum, så står det fast, at vævsvæske fra disse zoner dræneres til det venøse kredsløb.

Cellebundne faktorer af betydning for immunprivilegiet
Major Histocompatibility Complex

Den vigtigste funktion for major histocompatibility comple x-kodede overflademolekyler (MHC I og II) er at præsentere egne eller fremmede antigene peptider, hvilket er en forudsætning for aktivering af T-celler. En begrænset ekspression af MHC resulterer i mindre antigengenkendelse og dermed mindre immunreaktivitet. I øjet er ekspressionen af båd e MHC I og II minimal [16].

Natural killer (NK)-celler er en komponent i det innate immunapparat og udgør et forsvar mod fremmede eller inficerede celler, der har en lav MHC I-ekspression. Umiddelbart efter genkendelse udøver NK-celler således cytolyse af MHC I-negative celler. Den begrænsede ekspression af MHC I i øjet disponerer derfor til NK-celle-medieret lyse. Endotelceller på cornea og retinale celler udtrykker imidlertid såkaldte MHC Ib-molekyler, der ikke kan præsentere antigen, men som specifikt kan hæmme NK-cellernes funktion [17]. Dermed er disse celler, der har en meget begrænset evne til at dele sig, dels beskyttet mod T-celle-medieret cytotoksisk angreb i tilfælde af virusinfektion, dels er de beskyttet mod NK-cellernes cytotoksiske kontrolfunktion.

Corneas status som immunprivilegeret væv knytter sig også til dette fænomen. Der er såldes ingen ekspression af MHC I på corneas endotel, og alle lag i den centrale cornea mangler MHC II-ekspression [18].

Komplementregulerende proteiner

Komplement udgør ligesom NK-cellerne en del af det innate immunsystem. Aktivering af komplementsystemet danner reaktive proteiner, som tiltrækker granulocytter og som medfører inflammation og vævsskade. Under normale forhold er komplementsystemet faktisk aktivt i øjet. Dets proteolytiske komplementkaskade bliver imidlertid konstant holdt i skak af komplementregulatoriske proteiner. Således har man påvist, at cellerne i det indre af øjet udtrykker membrane cofactor protein (MCP/CD46), decay-accelerating factor (DAF/CD55) og membrane inhibitor of reactive lysis (MIRL/CD59), der alle hæmmer aktiveringen af komplement [19].

Fas-ligand og apoptose

Apoptose spiller en central rolle i immunsystemet. I modsætning til celledød ved nekrose med frigørelse af proinflammatoriske mediatorer, medfører apoptose kun meget begrænset inflammation. I øjet udtrykkes Fas-ligand (FasL) konstitutivt i cornea, retina, iris og corpus ciliaris. Ved interaktion med Fas-receptoren (Fas) induceres apoptose i den receptorbærende celle. Fas udtrykkes bl.a. på infiltrerende lymfocytter, og FasL/Fas er dermed en mekanisme, der er med til at begrænse inflammatoriske reaktioner i øjet [20]. Yderligere er det en væsentlig mekanisme bag den gode graftoverlevelse ved corneatransplantation. Transplantation af FasL-negative corneatransplantater i en musemodel medfører såldes afstødning i næsten alle tilfælde [21].

Der findes andre overflademolekyler, der ligesom FasL kan inducere apoptose. Hertil regnes bl.a. TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL). I øjet udtrykkes TRAIL konstitutivt på de samme strukturer, hvor man har påvist FasL. Det vil sige i nær forbindelse med blod-okulær-barriererne. Man har ikke kunnet påvise TRAIL-specifikke receptorer på normale celler, men kun på cancer- og på transformerede celler. Det formodes derfor, at TRAIL bidrager til tumorovervågning i øjet og fungerer som en kompensation for det lokalt hæmmede immunsystem. Betydningen af TRAIL er dog endnu uafklaret [20, 22].

Opløselige faktorer af betydning for immunprivilegiet

Kammervæsken virker i sig selv immunsupprimerende og antiinflammatorisk. Dette skyldes indhold af en lang række molekyler, bl.a. cytokinerne/kemokinerne transforming growth factor -β (TGF-β ) og macrophage migration inhibitory factor (MIF) samt neuropeptiderne α -melanocyte-stimulating hormone (α -MSH), vasoactive-intestinal peptide (VIP), calcitonin gene-related peptide (CGRP) og somatostatin [23, 24].

Introduktion af antigen et givent sted i organismen resulterer i dannelse af et immunsvar. Når antigenet opfanges af professionelle antigenpræsenterende celler, kan det groft sagt resultere i to forskellige immunsvar: enten et cellemedieret eller et humoralt. Det cellulære medieres af TH 1-celler og er den type immunsvar, der resulterer i den kraftigste form for inflammation. Det humorale medieres af TH 2-celler og resulterer i antistofproduktion. Det er ikke fuldt klarlagt, hvad der afgør, om det enkelte antigen inducerer et TH 1- eller TH 2-medieret immunsvar. Men det er klart, at det bl.a. er en balance i cytokinprofilen, der er afgørende [25].

Interferon-γ (IFN-γ ) er et af de cytokiner, der er central i udviklingen af et cellemedieret immunsvar. Kammervæskens indhold af immunsuppressive molekyler bevirker en hæmning af TH 1-celler og dannelsen af IFN-γ og påvirker dermed balancen mellem et TH 1- og et TH 2-medieret immunsvar til fordel for minimal inflammation. Således vil antigen i øjet primært inducere et humoralt immunsvar. I de tilfælde, hvor der rettes et cellemedieret immunsvar mod antigen i øjet, bevirker de immunsuppressive molekyler yderligere en hæmning af centrale effektorceller som f.eks. makrofager og neutrofile granulocytter [24].

En del af de beskrevne cellebundne faktorer findes også i opløselig tilstand. Således indeholder den intraokulære væske også de komplementregulerende proteiner MCP, DAF og MIRL [26]. Og man finder opløselig FasL (sFasL), der er et kløvningsprodukt af det membranbundne FasL. sFasL binder også til Fas, men inducerer ikke apoptose. Funktionen af sFasL er ikke fuldstændigt klarlagt, men det er en mulighed, at sFasL afbalancerer den beskedne proinflammatoriske effekt af FasL [20].

MIF og TGF-β hæmmer derudover specifikt NK-cellernes cytolytiske funktion og udgør dermed en beskyttelse mod NK-cellemedieret lyse af celler med lav ekspression af
MHC I [23].

Endelig har kammervæskens indhold af især TGF-β betydning for de antigenpræsenterende cellers funktion og induktion af tolerance. Mere herom nedenfor.

Toleranceinducerende (tolerogene) antigenpræsenterende celler

Hvis antigen optræder i forkammeret, udløser det en lang række begivenheder, der munder ud i et systemisk, men afvigende immunsvar (Figur 1 ). Da de oprindelige studier i mus knyttede sig til antigen placeret i forkammeret, er fænomenet benævnt anterior chamber-associated immune deviation (ACAID) [27]. En subtype af antigenpræsenterende celler (APC) er centrale for induktionen af ACAID. Disse celler findes bl.a. i iris og corpus ciliaris, hvor de er i nær kontakt med den immunregulerende kammervæske [28]. Kammervæskens indhold af særligt TGF-β har afgørende indflydelse på APC [29]. Men også forekomsten af FasL og komplement-proteinet C3 er en forudsætning for, at APC kan inducere ACAID [20, 30].

24-48 timer efter optræden af antigen i forkammeret vil disse APC migrere ud af øjet med kammervæsken gennem Schlemms kanal til det systemiske kredsløb, hvor de primært vil indfanges i den marginale zone i milten [29, 31]. Den meget sparsomme forekomst a f drænage til lymfekar fra indre strukturer i øjet har formentlig betydning for, at disse APC netop vil opfanges i milten, der kan opfattes som øjets regionale lymfeknude. Imidlertid er det klart, at TGF-β har afgørende betydning. Man har således i en musemodel vist, at APC, der er udsat for antigen i nærvær af TGF-β in vitro efter injektion vil migrere til milten [27].

En lille andel af APC vil blive opganget i thymus i stedet for i milten. Dette medfører dannelse og frigivelse af NK1.1-celler, der ligeledes vil opfanges i milten [32].

I milten indgår APC i en selvforstærkende interaktion med adskillige celler, bl.a. γδ -, NK-, NK1.1- og B-celler [31]. Dette vil inden for en uge efter optræden af antigen resultere i dannelsen af to antigenspecifikke regulatoriske T-celle-populationer (Treg ), der er karakteriseret ved henholdsvis CD4 og CD8. Disse celler er de egentlige mediatorer af ACAID. CD4+ Treg fungerer i milten og andre sekundære lymfoide organer, hvor induktionen af et cellemedieret immunsvar hæmmes. CD8+ Treg hæmmer ekspressionen af et cellemedieret immunsvar bl.a. i øjet [27]. Således medfører ACAID, at induktion og ekspression af et cellemedieret immunsvar hæmmes.

Man har eksperimentelt kunnet påvise ACAID hos mus, rotter, grise og aber, og man mener således, at det er en egenskab alle pattedyr, herunder mennesket, besidder [29].

Det er en forudsætning for induktionen af ACAID, at de nævnte organer, dvs. øje, thymus og milt, er intakte. Fjerner man et af organerne inden for 72 timer efter indgift af antigen, udvikles der ikke ACAID, men - i de fleste tilfælde - i stedet et konventionelt immunsvar med inflammation som resultat [31]. De tre organer har det til fælles, at de er innerveret af det sympatiske nervesystem. Dette faktum har ansporet til undersøgelser, der har klarlagt, at kemisk sympatekomi ligeledes hindrer induktion af ACAID [33].

Det er bemærkelsesværdigt, at det ACAID-inducerende signal kan isoleres og overføres til et andet individ. Hvis man således opfanger de APC'er, der optræder i blodet to døgn efter antigenindgift i forkammeret på én mus, kan man ved intravenøs overførsel af cellerne til en anden mus inducere antigenspecifik ACAID i denne [28].

Perspektiver

Ligesom de fleste komponenter, der betinger øjets immunprivilegium, ikke er unikke for øjet, så er Treg ikke unikke for ACAID. Således mener man, at Treg har en vigtig rolle for reguleringen mellem reaktivitet mod et fremmed antigen og tolerance over for autoantigener. Desuden kan Treg opstå i andre perifere væv, og den regulatoriske funktion kan overgives til andre T-celler [34].

Imidlertid er det unikt for de ACAID-inducerede Treg , at man har udviklet metoder til at inducere en antigenspecifik dannelse af disse in vivo i mus. Hvis man således inkuberer APC in vitro med antigen i nærvær af TGF-β og siden injicerer sammenblandingen intravenøst, vil man i modtageren inducere dannelsen af de to nævnte Treg , der inducerer tolerance mod det givne antigen [35].

Eftersom dannelsen af dette ACAID-inducerende signal foregår uden for organismen, så er induktionen af de tolerogene celler uafhængig af, om værtens immunsystem har mødt antigenet før, eller om der allerede er en igangværende inflammatorisk reaktion mod antigenet. Det er nærliggende at forestille sig de enorme potentialer i dette til behandling af afstødningsreaktion mod et corneatransplantat eller autoimmun sygdom i øjet som uveitis. Man skal desuden bemærke, at centrale dele af immunsystemet er med i dannelsen af disse Treg . Den opnåede tolerance vil derfor være systemisk, og man kan således forestille sig, at det kan blive muligt at inducere tolerance mod alle kendte allo-, auto- og allergener i organismen. Dette kan eksempelvis være medvirkende til at beskytte mod afstødning af transplanterede organer, eller det kan være en specifik behandling af allergiske sygdomme med kendt allergen eller afhjælpe af autoimmune sygdomme. Disse perspektiver ligger dog fortsat langt ude i fremtiden.

Carsten Faber, Institut for International Sundhed, Immunologi og Mikrobiologi, Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet, Københavns Universitet, Panum Instituttet, DK-2200 København N. E-mail: carstenfaber@gmail.com

Antaget: 2. maj 2008

Interessekonflikter: Ingen

1. Medawar P. Immunity to homologous grafted skin. III. The fate of skin homografts transplanted to the brain, to subcutaneous tissue and to the anterior champer of the eye. Br J Exp Pathol 1948;29:58-69.
2. Kaplan HJ, Streilein JW. Immune response to immunization via the anterior chamber of the eye. I. F. lymphocyte-induced immune deviation. J Immunol 1977;118:809-14.
3. Streilein JW. Peripheral tolerance induction: lessons from immune privileged sites and tissues. Transplant Proc 1996;28:2066-70.
4. Jiang LQ, Jorquera M, Streilein JW. Subretinal space and vitreous cavity as immunologically privileged sites for retinal allografts. Invest Ophthalmol Vis Sci 1993;34:3347-54.
5. Eye Bank Association of America. 2005 Statistical report on eye banking. www.restoresight.org /mar. 2006.
6. Thompson RW, Jr., Price MO, Bowers PJ et al. Long-term graft survival after penetrating keratoplasty. Ophthalmology 2003;110:1396-1402.
7. Andersen J, Ehlers N. Corneal transplantation using 4-week banked donor material. Long-term results. Acta Ophthalmol (Copenh) 1987;65:293-9.
8. Ehlers N. European eye bank association. www.eeba.net/denmark.pdf (apr. 2000).
9. Hori J, Joyce NC, Streilein JW. Immune privilege and immunogenicity reside among different layers of the mouse cornea. Invest Ophthalmol Vis Sci 2000;41:3032-42.
10. Nissen MH, Röpke C. Innate and adaptive immunity of the eye. Advances in Organ Biology 2006;10:291-305.
11. Cunha-Vaz JG. The blood-ocular barriers: past, present, and future. Doc Ophthalmol 1997;93:149-157.
12. Streilein JW. Ocular immune privilege: the eye takes a dim but practical view of immunity and inflammation. J Leukoc Biol 2003;74:179-85.
13. Kaestel CG, Lovato P, Odum N et al. The immune privilege of the eye: human retinal pigment epithelial cells selectively modulate T-cell activation in vitro. Curr Eye Res 2005;30:375-83.
14. Hoffmann F, Zhang EP, Mueller A et al.