Postepy Hig Med Dosw. (online), 2007; 61: 683-689
Review


Hialuronian jako czynnik regulujący proces zapalenia
Hyaluronan-mediated regulation of inflammation
Rafał Krasiński1  , Henryk Tchórzewski2  
1Zakład Patofizjologii i Immunologii Klinicznej, Uniwersytet Medyczny w Łodzi
2Zakład Immunologii Klinicznej, Instytut Centrum Zdrowia Matki Polki w Łodzi
Adres do korespondencji
mgr Rafał Krasiński, Zakład Immunologii Klinicznej, Instytut Centrum Zdrowia Matki Polki, ul. Rzgowska 281/289, 93-338 Łódź; e-mail: rafal.krasinski@poczta.onet.pl

Źródło finansowania
Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2007-2009, grant promotorski Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

Otrzymano:  2007.06.05
Zaakceptowano:  2007.10.30
Opublikowano:  2007.11.19

Streszczenie
Hialuronian jest biopolimerem o dużej masie cząsteczkowej, którego liniowa struktura jest utworzona przez powtarzające się podjednostki dwucukrowe. W skład pojedynczej podjednostki wchodzą: N-acetylo-D-glukozamina i kwas D-glukuronowy. Glikozamikan ten jest głównym składnikiem macierzy zewnątrzkomórkowej. Hialuronian poza rolą strukturalną może wpływać na proliferację, różnicowanie i migrację komórek, angiogenezę oraz reakcje zapalne i czynność komórek odpornościowych. W przebiegu zapalenia następuje nasilenie dynamiki przemian hialuronianu. Pod wpływem enzymów i wolnych rodników tlenowych obecnych w ognisku zapalnym postać wielkocząsteczkowa jest degradowana do fragmentów o mniejszej masie cząsteczkowej, wykazujących wiele odmiennych w stosunku do cząstki natywnej funkcji. Liczne dane literaturowe wskazują, że działanie hialuronianu na komórki odpornościowe jest ściśle zależne od jego masy cząsteczkowej. Postać wielkocząsteczkowa może uczestniczyć w wygaszaniu reakcji zapalnych, zaś fragmenty o małej masie cząsteczkowej działają prozapalnie i aktywująco na komórki układu immunologicznego. Takie fragmenty, poprzez oddziaływanie z receptorami powierzchniowymi (np. CD44, RHAMM, TLR4), aktywują komórki odpornościowe, wpływają na wytwarzanie cytokin, chemokin, reaktywnych form tlenu i innych czynników zaangażowanych w proces zapalenia. Hialuronian może się więc okazać istotnym czynnikiem regulującym zapalenie. Fragmenty o małej masie cząsteczkowej generowane już we wczesnej fazie procesu zapalnego dostarczają sygnału o uszkodzeniu tkanki i mobilizują komórki immunokompetentne, a postać wielkocząsteczkowa poprzez hamowanie czynności komórek odpornościowych zapobiega nadmiernemu nasileniu reakcji zapalnych.
Słowa kluczowe: hialuronian • hialuronian niskocząsteczkowy • hialuronian wielkocząsteczkowy • zapalenie


Summary
Hyaluronan is high-molecular-weight biopolymer. Its linear structure is created by repeating disaccharide units. A single unit is composed of N-acetyl-D-glucosamine and D-glucuronic acid. Hyaluronan is the main component of the extracellular matrix. Apart from its structural role, hyaluronan can influence cell proliferation, differentiation, and migration, angiogenesis, as well as inflammation and immune cell function. During inflammation, high-molecular-weight hyaluronan is broken down under the influence of free radicals and enzymes to smaller fragments. Numerous literature data show that the effect of haluronan on immune cells is closely dependent on its molecular mass. High-molecular-weight hyaluronan can participate in restraining inflammation, while the low-molecular-weight form possesses a proinflammatory effect and activates immune cells. Through interaction with surface receptors (CD44, RHAMM, TLR4), hyaluronan fragments stimulate immune cells and enhance cytokine and reactive oxygen species production as well as other factors participating in inflammation. Hyaluronate can thus be an important regulator of the inflammatory process. Low-molecular-weight fragments deliver signal about tissue damage and mobilize immune cells, while the high-molecular-form suppresses immune cell function and prevents excessive exacerbation of inflammation.
Key words: hyaluronan • high-molecular-weight hyaluronan • low-molecular-weight hyaluronan • inflammation




Wykaz skrótów:
HA – hialuronian; HAS – syntaza hialuronianowa; HMWH – hialuronian wielkocząsteczkowy; LMWH – hialuronian niskocząsteczkowy; PMNL – leukocyty wielojądrzaste; TLR – receptor toll-podobny (toll-like receptor).
WSTĘP
Hialuronian (HA) – glikozaminoglikan będący głównym składnikiem macierzy zewnątrzkomórkowej - jest biopolimerem o liniowej, nierozgałęzionej cząsteczce, zbudowanym z powtarzających się podjednostek dwucukrowych. W skład pojedynczej podjednostki wchodzą: N-acetylo-D-glukozamina i kwas D-glukuronowy [20]. W odróżnieniu od innych glikozaminoglikanów (siarczan heparyny, siarczan chondroityny, siarczan dermatanu) jest syntetyzowany nie we wnętrzu komórki a na wewnętrznej powierzchni błony komórkowej [33] z udziałem enzymów – syntaz hialuronianowych HAS1, HAS2, HAS3 [50], a powstająca de novo cząsteczka ulega translokacji do przestrzeni zewnątrzkomórkowej w miarę wydłużania łańcucha [33]. HA występuje fizjologicznie jako polimer o dużej masie cząsteczkowej (>106 Da).
Początkowo HA uważano jedynie za element strukturalny i stabilizujący tkanki. Wypełnia on przestrzenie między komórkami, dzięki zdolności wiązania dużych ilości wody zapewnia prawidłową hydratację tkanek, w stawach pełni funkcję smaru zmniejszając siły tarcia. W odróżnieniu od typowych elementów strukturalnych, przemiany HA charakteryzują się jednak dużą dynamiką – jego okres półtrwania w skórze to około 12 godzin [20]. Procesy syntezy i degradacji tego glikozaminoglikanu przebiegają szczególnie intensywnie w miejscu toczącego się procesu zapalnego [30]. Tempo przemian HA oraz istnienie receptorów, poprzez które może on wpływać na czynność komórek (m.in. CD44, RHAMM, TLR4) wskazuje, że jego rola jest zdecydowanie bardziej złożona niż tylko zapewnienie prawidłowych właściwości fizycznych tkanek. Przez oddziaływanie z receptorami, HA może wpływać na takie procesy jak proliferacja, różnicowanie i dojrzewanie komórek, migracja komórek w obrębie tkanek, angiogeneza czy ekspresja genów wielu cytokin i chemokin.
Istotną rolę przypisuje się hialuronianowi w procesie nowotworzenia. Wiele typów nowotworów, np. rak jelita grubego, rak jajnika, wytwarza zwiększone ilości HA. Wykazano, że HA sprzyja proliferacji komórek nowotworowych i rozwojowi guza [14], a także może tworzyć fizyczną barierę chroniącą guz przed wpływem układu odpornościowego [46] i wpływać na czynność komórek odpornościowych [18]. Pewne nowotwory, jak np. rak pęcherza moczowego czy rak prostaty, wytwarzają hialuronidazę degradującą HA [21]. Powstające oligosacharydy HA sprzyjają rozwojowi nowotworu poprzez stymulację angiogenezy [39] i nasilenie migracji komórek nowotworowych [40].
Liczne dane literaturowe wskazują również, że HA poprzez swój wpływ na komórki układu immunologicznego może regulować reakcje zapalne i przebieg odpowiedzi immunologicznej.
HIALURONIAN A ZAPALENIE
Reakcje zapalne uruchamiane w odpowiedzi na zakażenie czy uszkodzenie tkanek mają na celu ograniczenie działania i eliminację czynników szkodliwych, pobudzenie procesów naprawczych i przywrócenie prawidłowej funkcji narządu. Wiele oddziaływań między poszczególnymi elementami układu immunologicznego pozwala na precyzyjną regulację procesu zapalnego. Hialuronian – główny składnik macierzy zewnątrzkomórkowej – poprzez swój wpływ na komórki odczynu zapalnego może stanowić ważny element regulujący zapalenie.
W przebiegu zapalenia następuje nasilenie dynamiki przemian hialuronianu [30]. Zwiększa się jego synteza oraz degradacja, w ognisku zapalnym gromadzą się fragmenty o mniejszej masie cząsteczkowej zdolne do aktywacji wewnątrzkomórkowych ścieżek transdukcji sygnału. Ich powstawanie jest wynikiem działania enzymów (zwłaszcza hialuronidaz) [10], reaktywnych form tlenu i peroksynitratów [26], a także mechanicznego niszczenia postaci wielkocząsteczkowej [23]. Wiele danych literaturowych wskazuje, że biologiczne oddziaływania hialuronianu na komórki odpornościowe są uzależnione od jego masy cząsteczkowej. Postać wielkocząsteczkowa działa immunosupresyjnie i przeciwzapalnie, zaś fragmenty o mniejszej masie cząsteczkowej zwiększają napływ leukocytów do ogniska zapalenia i indukują ekspresję wielu genów czynników prozapalnych (tabela 1). Produkty degradacji hialuronianu mogą, poprzez oddziaływanie z receptorami powierzchniowymi, dostarczać informacji o uszkodzeniu tkanki, stanowić „sygnał niebezpieczeństwa” [34] mobilizujący układ immunologiczny i stymulujący komórki do wywierania właściwych działań biologicznych.
Tabela 1. Przykłady różnego wpływu hialuronianu wielkocząsteczkowego (HMWH) i niskocząsteczkowego (LMWH) na komórki odpornościowe. W nawiasach podano źródło literaturowe.

RECEPTORY HIALURONIANU
Głównym receptorem hialuronianu, poprzez który wywiera on swoje działania, jest cząstka CD44. Glikoproteina ta jest szeroko rozpowszechniona na komórkach układu immunologicznego i ma kilkanaście izoform powstających w procesie alternatywnego splicingu [38], charakteryzujących się różnym powinowactwem do hialuronianu. Interakcje CD44 – HA odgrywają rolę w takich procesach, jak adhezja leukocytów do śródbłonka naczyniowego, ich migracja do tkanek i zasiedlanie ogniska zapalnego [3,16], a poprzez indukcję ekspresji wielu genów czynników prozapalnych wpływają na czynność komórek odpornościowych, m.in. cytotoksyczność PMNL i komórek NK [32,37]. Receptor CD44 jest zaangażowany również w internalizację oligosacharydów hialuronianu do wnętrza komórek. Wykazano [43], że u myszy z usuniętym receptorem CD44 (knock-out), u których wywołano doświadczalne zapalenie płuc indukowane bleomycyną, dochodziło do akumulacji hialuronianu w tkance płucnej, stałego napływu komórek odpornościowych (PMNL, makrofagi, limfocyty), zaburzenia procesu ich apoptozy, a w konsekwencji do niekontrolowanego i nadmiernego nasilenia reakcji zapalnych prowadzącego do śmierci zwierzęcia. U myszy typu dzikiego obserwowano stopniowy spadek poziomu LMWH i ograniczenie procesu zapalnego.
Innym receptorem, poprzez który oddziałuje hialuronian jest RHAMM (receptor for hyaluronan mediated motility). Występuje on zarówno na powierzchni komórki jak i wewnątrzkomórkowo, i podobnie jak w przypadku CD44 ma swoje warianty wytwarzane w procesie alternatywnego splicingu. Poprzez interakcje z cytoszkieletem, RHAMM jest zaangażowany w procesy migracji komórek i ich proliferację, a także odgrywa istotną rolę w gojeniu się ran. Zaman i wsp. [52] wykazali jego rolę w procesie chemotaksji i migracji makrofagów wywołanej przez hialuronian. U myszy z usuniętym genem receptora CD44, RHAMM może przejmować część funkcji tej glikoproteiny [28].
Fragmenty hialuronianu o małej masie cząsteczkowej oddziałują także z receptorami TLR – głównymi receptorami odporności naturalnej [34,42,44]. Wykazano, że receptory TLR4, których głównym ligandem jest LPS, mogą być również pobudzane przez hialuronian niskocząsteczkowy. Takie oddziaływanie ma istotne znaczenie w procesie aktywacji komórek dendrytycznych i wytwarzaniu przez nie cytokin prozapalnych [44]. Komórki śródbłonka naczyń krwionośnych mikrokrążenia również rozpoznają LMWH poprzez receptory TLR4 i w odpowiedzi uwalniają m.in. IL-8 – ważny czynnik chemotaktyczny neutrofilów [42].
HIALURONIAN WIELKOCZĄSTECZKOWY W ZAPALENIU
Dane literaturowe wskazują, że hialuronian wielkocząsteczkowy (HMWH) – fizjologiczny składnik macierzy zewnątrzkomórkowej – działa przeciwzapalnie i immunosupresyjnie. Wykazano, że hamuje on właściwości fagocytarne makrofagów i PMNL [9,41]. Stopień zahamowania zwiększa się wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej HA, zaś fragmenty o małej masie cząsteczkowej (~90 kDa) nie tylko nie działają hamująco, ale nasilają fagocytozę [9].
Działanie przeciwzapalne HMWH uwidocznia się także w jego wpływie na jądrowy czynnik transkrypcyjny NF-kB. Aktywacja NF-kB prowadzi do transkrypcji wielu genów, m.in. cytokin prozapalnych (IL-1, IL-6, TNF-a), chemokin (IL-8), molekuł adhezyjnych, indukowalnej syntazy tlenku azotu (iNOS) i in. Zaobserwowano, że preinkubacja makrofagów z HMWH powoduje zahamowanie aktywacji NF-kB pod wpływem czynnika prozapalnego [29]. Zdolność ta maleje wraz ze spadkiem masy cząsteczkowej HA, a fragmenty o masie <500 kDa same aktywują NF-kB [29]. Opisano hamujący wpływ HMWH (Healon, m.cz. 4×106 Da) na wytwarzanie cytokin prozapalnych (IL-1b, IL-6) przez makrofagi; dodatkowo stwierdzono zahamowanie proliferacji tych komórek [35]. Zahamowanie wytwarzania cytokin stwierdzono także w odniesieniu do fibroblastów [48]. Hialuronian o masie cząsteczkowej 600–800 kDa osłabiał ekspresję genów IL-8 i iNOS w niestymulowanych fibroblastach. Stymulacja fibroblastów przez IL-1 powodowała m.in. wzrost ekspresji genu TNF-a, a hialuronian znosił to działanie. Nie zostało natomiast stwierdzone, czy zahamowanie wytwarzania cytokin jest w powyższych przypadkach związane z osłabieniem aktywacji NF-kB.
Istotną rolę w wygaszaniu procesu zapalnego odgrywają limfocyty T CD4+CD25+ (Treg). Hamują one proliferację innych typów komórek i wytwarzanie przez nie cytokin, a także są pomocne w utrzymaniu tolerancji wobec autoantygenów. Na spoczynkowych limfocytach Treg występuje wariant receptorów CD44 o niskim powinowactwie do HA [1,7]. Zmiany konformacyjne tych receptorów wywołane aktywacją komórki wielokrotnie zwiększają ich zdolność do wiązania HA. Wykazano, że HMWH nasila supresorowe właściwości Treg in vitro, co przejawia się m.in. znaczącym zahamowaniem proliferacji komórek efektorowych dla limfocytów T regulatorowych [1,7].
HA obecny w miejscu toczącego się procesu zapalnego może tworzyć charakterystyczne struktury, złożone z połączonych ze sobą pojedynczych łańcuchów tego glikozaninoglikanu [2,4,12,22]. Rolę łączników pełnią takie cząstki, jak m.in. TSG-6 (TNF-stimulated gene 6), PTX3 (pentraksyna 3), TSP-1, IaI (inter-a-inhibitor), których ekspresja zachodzi pod wpływem mediatorów zapalenia. Uważa się, że takie struktury hialuronianu są wytwarzane we wnętrzu komórki, a w ich wytwarzaniu uczestniczy retikulum endoplazmatyczne [2,12]. Taka postać HA może ograniczać reakcje immunologiczne poprzez wiązanie monocytów, limfocytów T i B i utrzymywanie ich w stanie nieaktywnym i niewrażliwym na aktywację [2]. Występowanie takich struktur HA wykazano m.in. w chorobie Crohna i reumatoidalnym zapaleniu stawów [2,4,12].
Kwestią wciąż nie do końca wyjaśnioną jest, w jakim stopniu przeciwzapalne działanie HMWH wynika z indukcji wewnątrzkomórkowych szlaków transdukcji sygnału, a w jakim, ze względu na rozmiar cząsteczki i przyjmowaną konformację przestrzenną, z fizycznego blokowania dostępu czynników prozapalnych do receptorów komórkowych.
PROZAPALNE DZIAŁANIE HIALURONIANU NISKOCZĄSTECZKOWEGO
W miejscu procesu zapalnego zachodzi intensywna synteza HA i wzmożona jego degradacja pod wpływem uwalnianych z komórek enzymów (zwłaszcza hialuronidaz) i wolnych rodników tlenowych. Rozerwanie liniowej struktury HMWH skutkuje powstaniem fragmentów o mniejszej masie cząsteczkowej (LMWH), mogących aktywować komórki odpornościowe (komórki dendrytyczne, monocyty/makrofagi, PMNL), indukować ekspresję wielu genów i nasilać reakcje zapalne. LMWH wpływa na adhezję leukocytów do śródbłonka i ich migrację do ogniska zapalnego, aktywuje jądrowy czynnik transkrypcyjny NF-kB, indukuje wytwarzanie wielu cytokin (IL-1b, TNF-a, TGF-b i in.), chemokin (MCP-1a, MCP-1b, RANTES, IL-8), metaloproteinaz macierzy (MMPs), czy tlenku azotu (NO) (ryc. 1).
Ryc. 1. Oddziaływanie hialuronianu niskocząsteczkowego na komórki odpornościowe. Depolimeryzacja wielkocząsteczkowego hialuronianu (HMWH) zachodząca pod wpływem reaktywnych form tlenu (RFT) i enzymów, m.in. hialuronidaz, prowadzi do powstania fragmentów o małej masie cząsteczkowej (LMWH). LMWH oddziałując poprzez receptory (m.in. CD44, RHAM, TLR4) wywołuje wiele efektów biologicznych.

LMWH I MIGRACJA LEUKOCYTÓW
Migracja leukocytów ze światła naczynia krwionośnego do tkanki objętej procesem zapalnym wymaga w pierwszej kolejności zakotwiczenia komórek na powierzchni śródbłonka. Proces ten zachodzi z udziałem cząstek adhezyjnych: selektyn, integryn i cząstek z nadrodziny immunoglobulin. Czynniki występujące lokalnie w miejscu zapalenia, takie jak IL-1b, TNF-a, LPS aktywują śródbłonek, wpływają na jego właściwości adhezyjne i stymulują wytwarzanie wielu czynników (IL-1, IL-8, PAF, MCP-1, tlenek azotu i in.) wspomagających migrację leukocytów.
Wykazano, że komórki śródbłonka mogą poprzez receptory TLR4 rozpoznawać fragmenty hialuronianu o małej masie cząsteczkowej gromadzące się lokalnie w miejscu zapalenia [42]. Po pobudzeniu receptorów TLR4 przez oligosacharydy hialuronianu, szczególnie intensywnie zwiększa się wytwarzanie IL-8 [42]. Cytokina ta jest ważnym czynnikiem chemotaktycznym dla neutrofilów – głównych komórek wczesnej fazy zapalenia. Poza działaniem chemotaktycznym stymuluje wybuch tlenowy oraz uwalnia czynniki i enzymy lizosomalne, które uczestniczą w eliminacji patogenu. Śródbłonek naczyniowy stanowi aktywny element odpowiedzi immunologicznej a produkty degradacji hialuronianu mogą dostarczać wczesnego sygnału o uszkodzeniu okolicznych tkanek i inicjować reakcje obronne.
LMWH I CYTOKINY
Dane literaturowe wskazują, że fragmenty hialuronianu o masie cząsteczkowej 200–300 kDa mogą aktywować jądrowy czynnik transkrypcyjny NF-kB [29] oraz stymulować wytwarzanie cytokin (IL-1b, TNF-a) [11,42] i chemokin (MIP-1a, MIP-1b, RANTES) [25] przez makrofagi, a także indukować syntazę tlenku azotu [21] i pobudzać wytwarzanie metaloelastazy [13]. Część wywieranych działań, takich jak m.in. stymulacja wytwarzania M-CSF, IL-1b i TNF-a zachodzi poprzez receptor CD44. Wpływ LMWH na wytwarzanie cytokin zaobserwowano również w przypadku eozynofilów i neutrofilów. Stymulacja receptorów CD44 obecnych na ludzkich neutrofilach powoduje uwalnianie IL-6 [36]. Działanie LMWH na eozynofile objawia się m.in. wydzielaniem TGF-b i zwiększeniem przeżywalności tych komórek [31].
Mniejsze fragmenty hialuronianu, złożone z 4–16 podjednostek disacharydowych (oligosacharydy hialuronianu) stymulują wytwarzanie cytokin przez komórki dendrytyczne [44,45]. Oddziaływanie to zachodzi głównie poprzez receptor TLR4. Ten typ receptorów jest zaangażowany także w oddziaływanie oligosacharydów hialuronianu na komórki śródbłonka naczyniowego, co przejawia się m.in. wzrostem wytwarzania IL-8 [42].
LMWH I KOMÓRKI NK ORAZ LIMFOCYTY Tgd
Komórki NK są ważnym elementem odpowiedzi immunologicznej wrodzonej. Pełnią funkcje efektorowe, a także wytwarzają cytokiny pro- i przeciwzapalne i w ten sposób regulują przebieg odpowiedzi immunologicznej. Wykazano, że pobudzenie receptorów CD44 obecnych na powierzchni komórek NK, których ligandem jest m.in. hialuronian, stymuluje sekrecję cytokin i hamuje apoptozę tych komórek, jak również wywołuje zmiany morfologiczne i wpływa na ekspresję markerów powierzchniowych [19].
Limfocyty Tgd występujące w skórze, nazywane także naskórkowymi dendrytycznymi limfocytami T (DETC), podobnie jak komórki NK mogą brać udział w reakcjach naturalnej cytotoksyczności. Mają zdolność rozpoznawania sekwencji peptydowych białek szoku cieplnego (HSP) stąd sugeruje się ich udział w tzw. odpowiedzi na stres. Rozpoznają własne antygeny pojawiające się na uszkodzonych keratynocytach i uczestniczą w procesie gojenia się ran. Wykazano, że czynnik wzrostu keratynocytów FGF-7 wytwarzany przez komórki DETC po ich aktywacji pobudza syntezę hialuronianu przez keratynocyty, i że generowany hialuronian odgrywa ważną rolę w procesie migracji makrofagów do miejsca zapalenia/zranienia. U myszy z usuniętym genem receptorów gdTCR obserwuje się zmniejszenie syntezy hialuronianu w obrębie rany i zakłócenie procesu migracji makrofagów [15].
LMWH I KOMÓRKI DENDRYTYCZNE
Komórki dendrytyczne należą do komórek prezentujących antygen i są istotnym ogniwem układu immunologicznego, łącznikiem pomiędzy odpowiedzią immunologiczną naturalną i nabytą. Poprzez receptory TLR rozpoznają wysoce konserwatywne struktury patogenów charakteryzujące się odpowiednimi układami cukrów prostych. Aktywacja receptorów TLR indukuje dojrzewanie komórek dendrytycznych przejawiające się zwiększeniem ekspresji takich molekuł jak HLA-DR czy cząstek kostymulujących B7.1 i B7.2 i nasileniem wytwarzania cytokin prozapalnych (TNF-a, IL-1b, IL-12). Aktywowane komórki dendrytyczne migrują do okolicznych węzłów chłonnych, gdzie prezentują antygen naiwnym limfocytom T.
Termeer i wsp. [44,45], wykazali, że oligosacharydy hialuronianu obecne w miejscu zapalenia mogą aktywować komórki dendrytyczne i stymulować je do wytwarzania cytokin oraz pobudzać wytwarzanie metaloproteinaz [5], degradujących macierz zewnątrzkomórkową i ułatwiających ich migrację do lokalnych węzłów chłonnych. Proces aktywacji komórek dendrytycznych przez hialuronian zachodzi głównie poprzez receptory TLR4. Właściwości aktywujące mają oligosacharydy hialuronianu, nie zaś postać wielkocząsteczkowa. Ich oddziaływanie na komórki dendrytyczne ujawnia się zwiększeniem ekspresji cząstek MHC II (HLA-DR) i molekuł kostymulujących B7.1 i B7.2, nasileniem wytwarzania cytokin prozapalnych (IL-1b, TNF-a, IL-12) [44,45,46], metaloproteinaz [5], a także wzrostem zdolności komórek dendrytycznych do stymulacji alogenicznych limfocytów T [27,46].
Istnieje hipoteza, że aktywacja limfocytów T przez komórki dendrytyczne i wpływ na ten proces oligosacharydów hialuronianu mogą odgrywać rolę w reakcjach odrzucania przeszczepu [46,51]. Fragmenty hialuronianu wytworzone w przeszczepionej tkance po jej reperfuzji aktywują komórki dendrytyczne dawcy lub biorcy, te zaś wytwarzają cytokiny prozapalne oraz w sposób antygenowoswoisty aktywują limfocyty T, co może być jedną z przyczyn uszkodzenia przeszczepionej tkanki [46].
Mummert i wsp. [27] udowodnili, że komórki dendrytyczne wykazują ekspresję zarówno pewnych izoform syntazy hialuronianowej, jak i hialuronidazy oraz że hialuronian występuje w postaci związanej z powierzchnią tych komórek. Taki hialuronian ułatwia interakcje między komórkami dendrytycznymi a limfocytami T i aktywację tych ostatnich.
PODSUMOWANIE
Hialuronian – główny składnik macierzy zewnątrzkomórkowej – występuje w postaci liniowych, nierozgałęzionych cząsteczek. Uważany początkowo za element strukturalny, może wpływać na czynność komórek, w tym komórek układu odpornościowego. Decydujący wpływ na jego działanie ma masa cząsteczkowa. Pozostaje wciąż do wyjaśnienia mechanizm różnego oddziaływania na komórki postaci wielkocząsteczkowej i niskocząsteczkowej. Brak jest danych literaturowych wskazujących czy hialuronian wielkocząsteczkowy aktywuje szlaki przekazywania sygnału. W przypadku postaci o małej masie cząsteczkowej transdukcja sygnału może zachodzić m.in. z udziałem jądrowego czynnika transkrypcyjnego NF-kB oraz kinaz Ras [8]. Wykazano również, że zdolność komórek do odpowiedzi na fragmenty hialuronianu o różnej masie cząsteczkowej jest uzależniona od typu komórki. Hialuronian o masie cząsteczkowej 200–300 kDa aktywuje NF-kB i stymuluje wytwarzanie wielu cytokin i chemokin przez makrofagi [11,13,24,25,49], podczas gdy komórki dendrytyczne odpowiadają na fragmenty hialuronianu o znacznie mniejszej cząsteczce [15,27,44,45].
Pojawiają się doniesienia [6], że prozapalne działanie hialuronianu niskocząsteczkowego jest spowodowane obecnością zanieczyszczeń w stosowanych preparatach (LPS, DNA, białka). Stosowanie odpowiednich układów kontrolnych, takich jak np. polimyksyna B – silny inhibitor LPS, DNA-aza, proteinazy, a także wykorzystywanie preparatów o wysokim stopniu czystości i dokładnie scharakteryzowanych pod względem chemicznym wydają się przeczyć takim doniesieniom i wskazują na rzeczywisty udział produktów degradacji hialuronianu w indukcji reakcji zapalnych [34].
Hialuronian, któremu początkowo przypisywano jedynie rolę strukturalną, zdaje się więc być elementem regulującym odpowiedź immunologiczną. Postać wielkocząsteczkowa – fizjologiczny składnik macierzy zewnątrzkomórkowej – może współuczestniczyć w wygaszaniu reakcji zapalnych, a fragmenty o małej masie cząsteczkowej dzięki zdolności aktywacji komórek i indukcji ekspresji wielu genów mogą stanowić sygnał mobilizujący układ immunologiczny do działania, co pozwala na szybką i skuteczną eliminację patogenu.
PIŚMIENNICTWO
[1] Bollyky P.L., Lord J.D., Masewicz S.A., Evanko S.P., Buckner J.H., Wight T.N., Nepom G.T.: Cutting edge: high molecular weight hyaluronan promotes the suppresive effects of CD4+ CD25+ regulatory T cells. J. Immunol., 2007; 179: 744-747
[PubMed]  
[2] Day A.J., de la Motte C.A.: Hyaluronan cross-linking: a protective mechanism in inflammation? Trends Immunol., 2005; 26: 637-643
[PubMed]  
[3] DeGrendele H.C., Estess P., Siegelman M.H.: Requirement for CD44 in activated T cell extravasation into an inflammatory site. Science, 1997; 278: 672-675
[PubMed]  
[4] de la Motte C.A., Hascall V.C., Drazba J., Bandyopadhay S.K., Strong S.A.: Mononuclear leukocytes bind to specific hyaluronan structures on colon mucosal smooth muscle cells treated with polyinosinic acid:polycytidylic acid:inter-alpha-trypsin inhibitor is crucial to structure and function. Am. J. Pathol., 2003; 163: 121-133
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[5] Fieber C., Baumann P., Vallon R., Termeer C., Simon J.C., Hofmann M., Angel P., Herrlich P., Sleeman J.P.: Hyaluronan-oligosaccharide-induced transcription of metalloproteases. J. Cell Sci., 2004; 117: 359-367
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[6] Filion M.C., Phillips N.C.: Pro-inflammatory activity of contaminating DNA in hyaluronic acid preparations. J. Pharm. Pharmacol., 2001; 53: 555-561
[PubMed]  
[7] Firan M., Dhillon S., Estess P., Siegelman M.H.: Suppressor activity and potency among regulatory T cells is discriminated by functionally active CD44. Blood, 2006; 107: 619-627
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[8] Fitzgerald K.A., Bowie A.G., Skeffington B.S., O'Neill L.A.: Ras, protein kinase C zeta, and I kappa B kinases 1 and 2 are downstream effectors of CD44 during the activation of NF-kappa B by hyaluronic acid fragments in T-24 carcinoma cells. J. Immunol., 2000; 164: 2053-2063
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[9] Forrester J.V., Balazs E.A.: Inhibition of phagocytosis by high molecular weight hyaluronate. Immunology, 1980; 40: 435-446
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[10] Frost G.I., Csoka T.B., Stern R.: The hyaluronidases: a chemical, biological and clinical overview. Trends Glycosci. Glycotech., 1996; 8: 419-434
[11] Gruber M.F., Webb D.S., Gerrard T.L.: Stimulation of human monocytes via CD45, CD44, and LFA-3 triggers macrophage-colony-stimulating factor production. Synergism with lipopolysaccharide and IL-1 beta. J. Immunol., 1992; 148: 1113-1118
[PubMed]  
[12] Hascall, V.C., Majors A.K., de la Motte C.A., Evanko S.P., Wang A., Drazba J.A., Strong S.A., Wight T.N.: Intracellular hyaluronan: a new frontier for inflammation? Biochim. Biophys. Acta, 2004; 1673: 3-12
[PubMed]  
[13] Horton, M.R., Shapiro S., Bao C., Lowenstein C.J., Noble P.W.: Induction and regulation of macrophage metalloelastase by hyaluronan fragments in mouse macrophages. J. Immunol., 1999; 162: 4171-4176
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[14] Itano N., Atsumi F., Sawai T., Yamada Y., Miyaishi O., Senga T., Hamaguchi M., Kimata K.: Abnormal accumulation of hyaluronan matrix diminishes contact inhibition of cell growth and promotes cell migration. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2002; 99: 3609-3614
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[15] Jameson J.M., Cauvi G., Sharp L.L., Witherden D.A., Havran L.: gd T cell-induced hyaluronan production by epithelial cells regulates inflammation. J. Exp. Med., 2005; 201: 1269-1279
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[16] Khan A.I., Kerfoot S.M., Heit B., Liu L., Andonegui G., Ruffel B., Johnson P., Kubes P.: Role of CD44 and hyaluronan in neutrophil recruitment. J. Immunol., 2004; 173: 7594-7601
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[17] Kim H.R., Wheeler M.A., Wilson C.M., Iida J., Eng D., Simpson M.A., McCarthy J.B., Bullard K.M.: Hyaluronan facilitates invasion of colon carcinoma cells in vitro via interaction with CD44. Cancer Res., 2004; 64: 4569-4575
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[18] Kuang D.M., Wu Y., Chen N., Cheng J., Zhuang S.M., Zheng L.: Tumor-derived hyaluronan induces formation of immunosuppressive macrophages through transient early activation of monocytes. Blood, 2007; 110: 587-595
[PubMed]  
[19] Larkin J., Renukaradhya G.J., Sriram V., Du W., Gervay-Hague J., Brutkiewicz R.R.: CD44 differentially activates mouse NK T cells and conventional T cells. J. Immunol., 2006; 177: 268-279
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[20] Laurent T.C., Fraser J.R.: Hyaluronan. FASEB J., 1992; 6: 2397-2404
[PubMed]  [Full Text PDF]  
[21] Lokeshwar V.B., Young M.J., Goudarzi G., Iida N., Yudin A.I., Cherr G.N., Selzer M.G.: Identification of bladder tumor-derived hyaluronidase: its similarity to HYAL1. Cancer Res., 1999; 59: 4464-4470
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[22] Majors A.K., Austin R.C., de la Motte C.A., Pyeritz R.E., Hascall V.C., Kessler S.P., Sen G., Strong S.A.: Endoplasmic reticulum stress inducess hyaluronan deposition and leukocyte adhesion. J. Biol. Chem., 2003; 278: 47223-47231
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[23] Mascarenhas M.M., Day R.M., Ochoa C.D., Choi W.I., Yu L., Ouyang B., Garg H.G., Hales C.A., Quinn D.A.: Low molecular weight hyaluronan from stretched lung enhances interleukin-8 expression. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol., 2004; 30: 51-60
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[24] McKee C.M., Lowenstein C.J., Horton M.R., Wu J., Bao C., Chin B.Y., Choi A.M., Noble P.W.: Hyaluronan fragments induce nitric-oxide synthase in murine macrophages through a nuclear factor kB-dependent mechanism. J. Biol. Chem., 1997; 272: 8013-8018
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[25] McKee C.M., Penno M.B., Cowman M., Burdick M.D., Strieter M.R., Bao C., Noble P.W.: Hyaluronan (HA) fragments induce chemokine gene expression in alveolar macrophages. The role of HA size and CD44. J. Clin. Invest., 1996; 98: 2403-2413
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[26] Moseley R., Waddington R.J., Embery G.: Degradation of glycosaminoglycans by reactive oxigen species derived from stimulated polymorphonuclear leukocytes. Biochim. Biophys. Acta, 1997; 1362: 221-231
[PubMed]  
[27] Mummert M.E., Mummert D., Edelbaum D., Hui F., Matsue H., Takashima A.: Synthesis and surface expression of hyaluronan by dendritic cells and its potential role in antigen presentation. J. Immunol., 2002; 169: 4322-4331
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[28] Nedvetzki S., Gonen E., Assayag N., Reich R., Williams R.O., Thurmond R.L., Huang J.F., Neudecker B.A., Wang F.S., Turley E.A., Naor D.: RHAMM, a receptor for hyaluronan-mediated motility, compensates for CD44 in inflamed CD44-knockout mice: A different interpretation of redundancy. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2004; 101: 18081-18086
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[29] Neumann A., Schinzel R., Palm R., Riederer P., Munch G.: High molecular weight hyaluronic acid inhibits advanced glycation endproduct-induced NF-kappa B activation and cytokine expression. FEBS Lett., 1999; 453: 283-287
[PubMed]  
[30] Noble P.W.: Hyaluronan and its catabolic products in tissue injury and repair. Matrix Biol., 2002; 21: 25-29
[PubMed]  
[31] Ohkawara Y., Tamura G., Iwasaki T., Tanaka A., Kikuchi T., Shirato K.: Activation and transforming growth factor-b production in eosinophils by hyaluronan. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol., 2000; 23: 444-451
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[32] Pericle F., Sconocchia G, Titus J.A., Segal D.M.: CD44 is a cytotoxic triggering molecule on human polymorphonuclear cells. J. Immunol., 1996; 157: 4657-4663
[PubMed]  
[33] Prehm P.: Hyaluronate is synthetized at plasma membranes. Biochem. J., 1984; 220: 597-600
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[34] Scheibner K.A., Lutz M.A., Boodoo S., Fenton M.J., Powell J.D., Horton M.R.: Hyaluronan fragments act as an endogenous danger signal by engaging TLR2. J. Immunol., 2006; 177: 1272-1281
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[35] Schimizzi A.L., Massie J.B., Murphy M., Perry A., Kim C.W., Garfin S.R., Akeson W.H.: High-molecular-weight hyaluronan inhibits macrophage proliferation and cytokine release in the early wound of a preclinical postlaminectomy rat model. Spine J., 2006; 6: 550-556
[PubMed]  
[36] Sconocchia G., Campagnano L., Adorno D., Iacona A., Cococcetta N.Y., Boffo V., Amadori S., Casciani C.U.: CD44 ligation on peripheral blood polymorphonuclear cells induces interleukin-6 production. Blood, 2001; 97: 3621-3627
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[37] Sconocchia G., Titus J.A., Segal D.M.: CD44 is a cytotoxic triggering molecule in human peripheral blood NK cells. J. Immunol., 1994; 153: 5473-5481
[PubMed]  
[38] Screaton G.R., Bell M.V., Jackson D.G., Cornelis F.B., Gerth U., Bell J.I.: Genomic structure of DNA encoding the lymphocyte homing receptor CD44 reveals at least 12 alternatively spliced exons. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1992; 89: 12160-12164
[PubMed]  [Full Text PDF]  
[39] Simpson M. A.: Concurrent expression of hyaluronan biosynthetic and processing enzymes promotes growth and vascularization of prostate tumors in mice. Am. J. Pathol., 2006; 169: 247-257
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[40] Sugahara K. N., Murai T., Nishinakamura H., Kawashima H., Saya H., Miyasaka M.: Hyaluronan oligosaccharides induce CD44 cleavage and promote cell migration in CD44-expressing tumor cells. J. Biol. Chem., 2003; 278: 32259-32265
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[41] Tamoto K., Nochi H., Tada M., Shimada S., Mori Y., Kataoka S., Suzuki Y., Nakamura T.: High-molecular-weight hyaluronic acids inhibit chemotaxis and phagocytosis but not lysosomal enzyme release induced by receptor-mediated stimulations in guinea pig phagocytes. Microbiol. Immunol., 1994; 38: 73-80
[PubMed]  
[42] Taylor K.R., Trowbridge J.M., Rudisill J.A., Termeer C.C., Simon J.C., Gallo R.L.: Hyaluronan fragments stimulate endothelial recognition of injury through TLR4. J. Biol. Chem., 2004; 279: 17079-17084
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[43] Teder P., Vandivier R.W., Jiang D., Liang J., Cohn L., Pure E., Henson P.M., Noble P.W.: Resolution of lung inflammation by CD44. Science, 2002; 296: 155-158
[PubMed]  
[44] Termeer C., Benedix F., Sleeman J., Fieber C., Voith U., Ahrens T., Miyake K., Freudenberg M., Galanos C., Simon J.C.: Oligosaccharides of hyaluronan activate dendritic cells via toll-like receptor 4. J. Exp. Med., 2002; 195: 99-111
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[45] Termeer C., Hennies J., Voith U., Ahrens T., Weiss J.M., Prehm P., Simon J.C.: Oligosaccharides of hyaluronan are potent activators of dendritic cells. J. Immunol., 2000; 165: 1863-1870
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[46] Tesar B.M., Jiang D., Liang J., Palmer S.M., Noble P.W., Goldstein D.R.: The role of hyaluronan degradation products as innate alloimmune agonists. Am. J. Transplant., 2006; 6: 2622-2635
[PubMed]  
[47] Toole B. P.: Hyaluronan promotes the malignant phenotype. Glycobiology, 2002; 12: 37R-42R
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[48] Wang C.T., Lin Y.T., Chiang B.L., Lin Y.H., Hou S.M.: High molecular weight hyaluronic acid down-regulates the gene expression of osteoarthritis-associated cytokines and enzymes in ?broblast-like synoviocytes from patients with early osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage, 2006; 14: 1237-1247
[PubMed]  
[49] Webb D.S., Shimizu Y., Van Seventer G.A., Shaw S., Gerrard T.L.: LFA-3, CD44, and CD45: physiologic triggers of human monocyte TNF and IL-1 release. Science, 1990; 249: 1295-1297
[PubMed]  
[50] Weigel P.H., Hascall V.C., Tammi M.: Hyaluronan synthases. J. Biol. Chem., 1997; 272: 13997-14000
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  
[51] Wells A., Larsson E., Hanas E., Laurent T., Hallgren R., Tufweson G.: Increased hyaluronan in acutely rejecting human kidney grafts. Transplantation, 1993; 55: 1346-1349
[PubMed]  
[52] Zaman A., Cui Z., Foley J.P., Zhao H., Grimm P.C., DeLisser H.M., Savani R.C.: Expression and role of the hyaluronan receptor RHAMM in inflammation after bleomycin injury. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol., 2005; 33: 447-454
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]