Ascariasis as a model to study the helminth/allergy relationships

Wstęp

Związek między infestacją pasożytniczą i chorobą alergiczną jest przedmiotem wielu badań [1–3]. Złożoność tej relacji opisują różne teorie i koncepcje [4–6]. Jedną z nich jest „higieniczna hipoteza alergizacji” (hygiene hypoyhesis), związana ze zmianą stylu życia człowieka. Według niej nadmierna higienizacja i izolacja od mikroorganizmów bytujących w naturalnym ekosystemie, w tym zmniejszona ekspozycja na pasożyty, sprzyja alergizacji społeczeństw na świecie [5]. Badania populacyjne z kontynentu afrykańskiego utożsamianego z największym ubóstwem i będącego obszarem endemicznym dla wielu pasożytów wykazały wyraźny wzrost częstości występowania chorób alergicznych w ciągu ostatnich kilku dekad [7]. Badacze wskazują, że potencjalnym czynnikiem ryzyka może być zmniejszające się narażenie na pasożyty spowodowane podnoszeniem standardów życia [8].
U podstaw koegzystencji układu pasożyt–żywiciel leżą zjawiska oparte na immunoregulacji układu odpornościowego i zdolności do wywołania immunosupresji [6, 9]. Pasożyty mają zdolność modulacji odpowiedzi obronnej gospodarza, kontrolując w ten sposób rozwój stanu zapalnego, w tym zapalenia alergicznego. Z drugiej strony aktywna infestacja pasożytnicza indukuje odpowiedź obronną Th2 i swoistą syntezę przeciwciał IgE, które mogą reagować krzyżowo z alergenami środowiskowymi i pośredniczyć w efektorowej fazie odpowiedzi immunologicznej [5]. Przykładowo wykazano, że Ascaris lumbricoides jest czynnikiem ryzyka rozwoju astmy, podczas gdy zarażenie Ancylostoma duodenale wiąże się z działaniem ochronnym. Z kolei infestacja Trichuris trichiura, Enterobius vermicularis i Strongyloides stercoralis nie ma wpływu na rozwój i przebieg astmy alergicznej [10]. Najnowsze dane literaturowe coraz częściej pokazują, że chociaż infestacje pasożytnicze wpływają na zmniejszenie częstości pozytywnych wyników skórnych testów punktowych (skin prick test – SPT), to związane są ze zwiększonym stężeniem alergenowo swoistych przeciwciał IgE wobec alergenów środowiskowych [5].
Szacuje się, że na świecie niemal dwa miliardy ludzi zarażonych jest pasożytami jelitowymi, a pięć miliardów żyje w rejonach stałego ryzyka zarażenia patogenami inwazyjnymi [11, 12]. Najpowszechniej występującym pasożytem jelitowym w populacji ludzkiej na świecie jest glista ludzka (Ascaris lumbricoides) [1, 13].
W artykule podjęto próbę przeanalizowania podobieństw i różnic w przebiegu choroby alergicznej oraz parazytozy na przykładzie glistnicy, przedstawiono odpowiedź immunologiczną swoistą i nieswoistą w stosunku do białkowych i niebiałkowych antygenów pasożytniczych oraz opisano alergeny Ascaris lumbricoides.

Glistnica

Ascaris lumbricoides to pasożytniczy nicień z rodziny Ascarididae [1, 14]. Samice mogą osiągać długość do 40 cm, nieco krótsze samce dorastają do 10–32 cm. Pasożyty żyją w jelicie cienkim człowieka 10–24 miesiące [15]. Na rycinie 1 przedstawiono cykl rozwojowy glisty ludzkiej [16, 17].
Ascaris lumbricoides jest czynnikiem etiologicznym glistnicy (askariozy). Szacowana globalna częstość występowania glistnicy wynosi 11,01%. Zgodnie z najnowszymi danymi w 2021 roku około 732 miliony ludzi na świecie było nosicielami tego pasożyta [16]. Intensywność infestacji A. lumbricoides jest najwyższa u dzieci w wieku od 5 do 15 lat. W Polsce i wielu innych krajach europejskich nie istnieją dokładne dane epidemiologiczne dotyczące infestacji A. lumbricoides ze względu na brak obowiązku raportowania zarażeń [1].
Nasilenie objawów askariozy zależy od intensywności zarażenia oraz wrażliwości osobniczej. Często symptomy chorobowe potęgują metabolity wydzielane przez pasożyta. Produkty przemiany materii mogą wywoływać poważniejsze zaburzenia w organizmie ludzkim (m.in. objawy ze strony układu nerwowego) niż sama jego obecność [18]. Dojrzałe osobniki prowadzą metabolizm energetyczny beztlenowy. Objawy kliniczne glistnicy dotyczą wielu układów ze względu na cykl rozwojowy pasożyta i fakt migracji larw. Dolegliwości dotyczą głównie układu pokarmowego (środowisko życia dorosłych osobników), tj. wzdęcia, bóle brzucha, biegunki, zapalenie trzustki, wyrostka robaczkowego, perforacja jelita oraz układu oddechowego (dojrzewanie larw). Objawy wywołane wędrówką larw w drogach oddechowych łudząco przypominają symptomy alergii. Drażnią nabłonek rzęskowy, wywołują suchy kaszel, uczucie dyskomfortu w klatce piersiowej, duszność, świszczący oddech, czasem krwioplucie. W badaniach laboratoryjnych stwierdza się eozynofilię, podwyższony poziom całkowitych przeciwciał klasy IgE (c-IgE) oraz hipergammaglobulinemię [19].
Przetrwanie pasożyta w organizmie żywiciela warunkuje szereg wykształconych przez niego zdolności adaptacyjnych. Należą do nich: wywoływanie immunosupresji, spowolnienie produkcji przeciwciał, mimikra antygenowa oraz zdolność zmiany płaszcza antygenowego wraz ze zmianą kolejnych stadiów rozwojowych [20]. Konsekwencją jego działań obronnych mogą być zmienne sygnały alarmowe przypominające dolegliwości alergiczne lub inwazję pasożytniczą [19].

Odpowiedź układu immunologicznego

Podobieństwo objawów w przypadku infestacji A. lumbricoides i choroby alergicznej wynika przede wszystkim z uruchomienia tych samych mechanizmów obronnych organizmu podczas kontaktu z obcym białkiem [1]. Antygeny pasożytów należą do czynników najsilniej stymulujących produkcję przeciwciał IgE [19]. Zarówno w przypadku infestacji Ascaris, jak i w chorobach alergicznych obserwuje się proces zapalny o podobnym charakterze. W obu stanach stwierdza się duże stężenie c-IgE, zwiększoną eozynofilię, pobudzenie limfocytów Th2 i ich cytokin (IL-4, IL-5, IL-9 i IL-13), mastocytozę oraz nacieki zapalne w tkankach [19, 21, 22].
Odpowiedź immunologiczna gospodarza wobec glisty ludzkiej jest specyficzna dla stadium rozwojowego pasożyta i prowadzi do stanu zapalnego lub immunomodulacji [19]. Antygeny pochodzące z larw powodują miejscowe uszkodzenie tkanek gospodarza podczas migracji. Uwalnianie są alarminy, interleukina (IL) 25 (IL-25), limfopoetyny zrębu grasicy i IL-33, które promują aktywację i regulację neutrofilów, eozynofilów, wrodzonych komórek limfoidalnych typu 2 (ILC2), alternatywnie aktywowanych makrofagów i komórek Th2. Zwiększona ekspresja cytokin typu drugiego powoduje nadmierną kurczliwość mięśni gładkich, produkcję śluzu, napływ eozynofilów i produkcję przeciwciał IgE, co pomaga w zabijaniu pasożytów i usuwaniu ich we wczesnej fazie infekcji [18]. Podobnie może przebiegać ostra reakcja alergiczna na alergeny wziewne lub pokarmowe. Dojrzałe osobniki bytujące w jelicie tworzą środowisko immunomodulujące. Antygeny dorosłego pasożyta stymulują różnicowanie limfocytów T-regulatorowych, które poprzez wydzielanie cytokin supresorowych (IL-10 i TGF-β) ograniczają rozwój odpowiedzi zapalnej, co umożliwia chroniczną, długotrwałą infekcję jelitową [22, 23]. Ta immunosupresja u osób o fenotypie atopowym (szczególnie w środowisku endemicznym) może zahamować lub osłabić reakcję alergiczną gospodarza na inne pospolite alergeny, np. pyłki drzew lub roztocze kurzu domowego [1].

Alergeny Ascaris lumbricoides

Badania różnych populacji pokazują, że dzieci z atopią w wieku przedszkolnym zarażone A. lumbricoides mogą mieć do 20 razy wyższe stężenie c-IgE w porównaniu z dziećmi niezarażonymi [19]. Wskazano pozytywną korelację między aktywnym zakażeniem glistą ludzką i objawami astmy [24]. Metaanaliza kilkunastu badań epidemiologicznych wykazała, że aktywna infestacja A. lumbricoides i związana z nią zależna od IgE odpowiedź gospodarza jest czynnikiem ryzyka rozwoju astmy i atopii [25] oraz związek ten jest silniejszy u pacjentów dodatkowo uczulonych na roztocze kurzu domowego [19]. Ascaris lumbricoides indukuje odpowiedź Th2 i swoistą syntezę IgE u ludzi, jednak nieliczne z antygenów wiążących przeciwciała IgE w rzeczywistości są prawdziwymi alergenami [19, 22].
Cztery białka A. lumbricoides znajdują się na oficjalnej liście alergenów WHO/IUIS, tj. gatunkowo specyficzna molekuła Asc s 1 (poliproteina, ABA-1), dwie reagujące krzyżowo molekuły Asc l 3 (tropomiozyna) i Asc l 13 (transferaza glutationowa, GSTA) oraz odkryta i opisana jako ostatnia molekuła Asc l 5 (SXP/RAL-2). Chociaż do dnia dzisiejszego zostało zidentyfikowanych co najmniej osiem dodatkowych antygenów wiążących przeciwciała IgE [19, 25, 26].

ASC S 1 (poliproteina, ABA-1)

Molekuła została po raz pierwszy zidentyfikowana w ekstrakcie A. suum, ale jest również obecna w A. lumbricoides [27]. Jest to małe (~10 kDa), monomeryczne białko globularne wiążące kwasy tłuszczowe, lipidy oraz retinoidy. Wpływ właściwości biologicznych na jego alergenność jest nieznany. Asc s 1 jest oporne na denaturację pod wpływem wysokiej temperatury. Występuje tylko u nicieni, należy do rodziny poliprotein nicieni. Białko to określane jest specyficznym dla nicieni markerem infekcji [28]. U ludzi odpowiedzi IgE i IgG w stosunku do ABA-1 są raczej wynikiem reakcji ochronnej przed glistnicą niż objawami alergii. Badania różnych populacji wykazują, że od 25% do 75% dzieci uczulonych na Ascaris spp. ma w surowicy przeciwciała IgE wobec Asc s 1. Związek białka Asc s 1 z astmą nie jest oczywisty. Ahumada i wsp. nie wykazali związku uczulenia na Asc s 1 z astmą [29], natomiast badania prowadzone przez Buendia i wsp. wskazały na silny związek uczulenia na Asc s 1 z zaostrzeniem objawów astmy [30]. ABA-1 jest przykładem, że glistnica może nasilać odpowiedź IgE/Th2 na antygeny postronne. Pomimo braku reaktywności krzyżowej dzieci uczulone na ABA-1 Ascaris miały zwiększone stężenie IgE wobec Blo t, Blo t 12 B. tropicalis oraz Der p 2 D. pteronyssinus (zwiększone 2-krotnie ryzyko uczulenia na roztocze kurzu domowego) [29, 31].

ASC L 3 (tropomiozyna)

Najlepiej scharakteryzowanym alergenem A. lumbricoides jest molekuła Asc l 3, należąca do rodziny tropomiozyn [19]. Masa cząsteczkowa Asc l 3 wynosi 40 kDa. Struktura drugorzędowa tropomiozyny A. lumbricoides utworzona jest przez dwie równoległe α-helisy [28]. Odgrywa ważną rolę w aktywności skurczowej oraz regulacji morfologii i ruchliwości komórek. Asc l 3 ma dwie izoformy: Asc l 3.0101 oraz Asc l 3.0102, które zawierają epitopy liniowe odporne na temperaturę i trawienie. Tropomiozynę Asc l 3 charakteryzuje silne działanie alergizujące. Może indukować degranulację komórek tucznych i uwalnianie histaminy z bazofilów [25]. Specyficzne IgE dla tropomiozyny wykrywane są nawet u 50% pacjentów uczulonych na ekstrakt Ascaris spp. Częstość uczulenia w badanych populacjach ogólnych wynosi odpowiednio: Europa, USA – do 7%; Afryka, Ameryka Południowa – do 50%. Istnieje ponad 70% podobieństwa sekwencji tropomiozyny Asc l 3 z tropomiozynami kraba, krewetki i roztoczy kurzu domowego [32]. Wysoki stopień konserwatywności sekwencji aminokwasowej jest przyczyną immunologicznej i klinicznej reaktywności krzyżowej między różnymi gatunkami bezkręgowców. Wykazano silną reaktywność krzyżową Asc l 3 z Bla g 7 (karaluch), Blo t 10 oraz Der p 10. Ze względu na wysoką reaktywność krzyżową z tropomiozynami roztoczy molekuła Asc l 3 może zwiększać uczulenie na roztocze kurzu domowego i wpływać na diagnostykę alergii [1]. Badania pokazują, że robaczyca wraz z wieloletnią ekspozycją na tropomiozyny roztoczy może nasilać objawy astmy i predysponować do reakcji alergicznych na krewetki [33]. Nie ma danych dotyczących wpływu uczulenia na tropomiozynę Ascaris na rezultat lub powodzenie immunoterapii w przypadku alergii na roztocze.

ASC L 13 (transferaza glutationowa, GST)

S-transferazy glutationowe odgrywają kluczową rolę w detoksykacji reaktywnych form tlenu i ksenobiotyków. GST Asc l 13.0101 jest jedną z co najmniej sześciu izoform i okazuje się strukturalnie podobna do transferaz roztoczy i karaluchów [34]. Jej masa cząsteczkowa wynosi 23 kDa. Tworzy dimery, nie występuje glikozylacja i inne modyfikacje potranslacyjne. Stwierdzono, że naturalna molekuła GST Ascaris ma zdolność wywołania reakcji nadwrażliwości typu I u osób uczulonych [28]. Jednak częstość uczulenia na Asc l 13 u pacjentów z A. lumbricoides jest niska (< 20%). Badania wykazały, że naturalna GST indukuje słabo dodatnie odpowiedzi w testach skórnych u pacjentów z astmą. Poziomy przeciwciał wobec Asc l 13 A. lumbricoides mogą być szczególnie ważne w pierwszych latach życia, kiedy kształtuje się odporność wobec glisty ludzkiej. We wczesnym dzieciństwie Asc l 13 jest najczęstszą molekułą A. lumbricoides wiążącą IgE, indukując jednocześnie największe miana swoistych przeciwciał, jednak odpowiedź ta zmniejsza się wraz z wiekiem (7–13 lat, 35,2%, n = 62 vs 14–27 lat, 13,6%, n = 66) i nie ma związku z astmą [34]. Opisano potencjalne uczulenie krzyżowe pomiędzy molekułą Asc l 13 a Bla g 5, Der p 8 i Blo t 8. Jednak stopień homologii sekwencji aminokwasowej pomiędzy Asc l 13 i pozostałymi białkami bezkręgowców jest zdecydowanie niższy niż w przypadku tropomiozyn (50% Bla g 5, 43% Blo t 8, 48% Der p 8). Reaktywność krzyżowa pomiędzy Asc l 13 a karaluchem występuje głównie u ludzi mieszkających w rejonach tropikalnych, natomiast badania w populacji z USA pokazują, że nie stanowi ona problemu w tym regionie [35]. Homologia sekwencji aminokwasowej pomiędzy Asc l 13 a Blo t 8 jest umiarkowana. Stwierdzono reaktywność krzyżową Asc l 13 z naturalną GST B. tropicalis, jednak wyniki nie zostały potwierdzone podczas testowania oczyszczonych rekombinowanych molekuł rAsc l 13 i rBlo t 8 w populacji północnoamerykańskiej. Prawdopodobnie inne naturalne izoformy GST mogą pośredniczyć w reaktywności krzyżowej między tymi gatunkami [1].

ASC L 5 (SXP/RAL-2)

Asc l 5 to molekuła scharakteryzowana i wpisana na oficjalną listę alergenów w 2020 roku. Jest monomerycznym białkiem, wiążącym kationy (Ca²⁺ i Mg²⁺), o masie cząsteczkowej 14 kDa. Należy do rodziny białek SXP/RAL-2 specyficznej dla nicieni [36]. Wykazuje wysoki stopień homologii sekwencji z antygenami As16 A. suum i Ag2 A. lumbricoides oraz 53% podobieństwa z alergenem Ani s 5 A. simplex. Naturalna molekuła nAsc l 5 jest obecna w ekstrakcie A. lumbricoides. Rekombinowane białko rAsc l 5 hamuje w około 30% zdolności wiązania IgE z ekstraktem A. lumbricoides. Uczulenie na rAsc l 5 w populacji dzieci z atopią uczulonych na Ascaris spp. wynosi około 44%. Badania na modelach zwierzęcych pokazują, że białko rAsc l 5 indukuje syntezę specyficznych IgE i wywołuje reakcję nadwrażliwości typu I. Dotychczas nie potwierdzono związku Asc l 5 z astmą [37].

Pasożyt kontra IGE anty-CCD

Reagujące krzyżowo determinanty węglowodanowe (cross-reactive carbodydrate determinants – CCD) to reszty cukrowe przyłączane do białek w trakcie potranslacyjnej modyfikacji zwanej glikozylacją. Reszty CCD łączą się z białkami za pomocą grup aminowych (N-glikany) bądź hydroksylowych (O-glikany) [38]. Szczególnie immunogenne właściwości wykazują fragmenty N-glikanowe indukujące produkcję przeciwciał klasy E. Krzyżowa reaktywność pomiędzy różnymi źródłami alergenowymi wynika z obecności reszty α-1,3-fukozy lub β-1,2-ksylozy we fragmentach N-glikanów [38]. Analogiczne łańcuchy wykryto u niektórych endopasożytów, takich jak Schistosoma mansoni lub Schistosoma japonica [38, 39].
Wzór glikozylacji występujący w świecie bezkręgowców oraz roślin różni się od wzoru spotykanego w ludzkich białkach. Dlatego reszty CCD roślin i zwierząt bezkręgowych często stymulują układ odpornościowy człowieka do produkcji swoistych przeciwciał IgE anty-CCD [40]. Najnowsze badania pokazują, że pacjenci zarażeni pasożytami wytwarzają odpowiedź IgE przeciwko szerokiej gamie N-glikanów [19]. Wykazano pozytywny związek między reaktywnością na klasyczne epitopy CCD (β-1,2-ksyloza; α-1,3-fukoza) a uczuleniem na naturalne ekstrakty alergenowe, środowiskiem wiejskim i infestacją Schistosoma mansoni, przy jednoczesnym braku reaktywności skóry na ekstrakt alergenowy oraz braku uczulenia na główne molekuły. Znaleziono również kilka glikozylowanych komponent o wysokiej masie cząsteczkowej (> 100 kDa) w ekstrakcie A. lumbricoides [19]. Z kolei epitop galaktoza-β-1-4-fukozy wykryto w N-glikanach wspólnych dla A. suum i D. pteronyssinus [41]. Na podstawie dostępnych badań można wnioskować, że istnieje pozytywna korelacja między infestacją Ascaris i stężeniem przeciwciał IgE anty-CCD. Przeciwciała IgE anty-CCD mają ograniczone znaczenie kliniczne, ponieważ nie mają zdolności indukowania reakcji alergicznej, jednak szerokie rozpowszechnienie oraz wysoki stopień reaktywności krzyżowej determinant węglowodanowych wpływa na pomiary swoistych IgE in vitro [42, 43].

Nowe nieznane oblicze zespołu α-GAL

Galaktoza-α-1,3-galaktoza (α-gal) to jedyny wielocukier o udowodnionym znaczeniu klinicznym. Epitop α-gal jest obecny w komórkach ssaków nienaczelnych, występuje w wieprzowinie, baraninie, wołowinie oraz sierści kota [44, 45]. Przeciwciała IgE anty-α-gal mogą powodować reakcję opóźnioną typu I po spożyciu czerwonego mięsa i podrobów lub natychmiastową po zażyciu cetuksymabu – przeciwciała monoklonalnego stosowanego w onkologii [46, 47]. Nadwrażliwość typu I w stosunku do dwucukru α-gal określana jest mianem zespołu α-gal [48]. Dotychczas jedynym poznanym, pierwotnym induktorem zespołu α-gal było ukłucie przez kleszcza [47]. Wykazano, że kleszcze lxodes ricinus, Amblyomma americanum, Amblyomma hebraeum oraz Rhipicephalus evertsi zawierają epitopy α-gal [49]. Ukłucie przez kleszcza może prowadzić do wystąpienia anafilaksji pokarmowej [45, 50].
Murangi i wsp. wykazali obecność epitopu węglowodanowego α-gal w glikoproteinach A. lumbricoides w stężeniu wyższym niż u kleszczy Amblyomma hebraeum oraz Rhipicephalus evertsi [51]. U pacjentów z zespołem α-gal stężenie sIgE α-gal korelowało z poziomem sIgE wobec A. lumbricoides. Autorzy wykazali również, że rekombinowane białko rABA-1 ma zdolność aktywacji bazofilów pacjentów z zespołem α-gal, co wskazuje na przyczynową rolę ekspozycji A. lumbricoides w indukowaniu zespołu α-gal (ryc. 2). Nowe doniesienia naukowe prezentują dotychczas nieznany związek przyczynowo-skutkowy zespołu α-gal.

Podsumowanie

Debata na temat powiązań pomiędzy infestacją pasożytniczą a chorobami alergicznymi trwa od ponad 30 lat. Budzi coraz większe zainteresowanie alergologów, parazytologów, a także immunologów, którzy analizują przebieg reakcji immunologicznych wzbudzanych jako odpowiedź organizmu na alergeny środowiskowe i antygeny pasożytnicze. W obu przypadkach inicjowany jest stan zapalny przebiegający z eozynofilią, mastocytozą, podwyższonym poziomem IgE oraz pobudzone zostają komórki T uwalniające cytokiny zapalne szlaku Th2. Ciągle jednak brakuje jednoznacznej odpowiedzi, czy zarażenia pasożytami mogą nasilać procesy alergiczne czy je łagodzić. Z pewnością u podstaw koegzystencji glisty ludzkiej i jej gospodarza leżą zjawiska oparte na immunoregulacji. U pacjentów o fenotypie atopowym przy stwierdzeniu zwiększonego stężenia c-IgE i ujemnych testach skórnych zasadne, a przede wszystkim pomocne, jest wprowadzenie diagnostyki różnicującej zarażenie A. lumbricoides i chorobę alergiczną.

Konflikt interesów

Autorzy nie zgłaszają konfliktu interesów.

Piśmiennictwo