Nytt koncept för hur astma uppstår och utvecklas

Carl Persson | Nov 2018 | Lungmedicin | Primärvård |

Carl Persson
professor emeritus,
Laboratoriemedicin,
Lunds Universitetssjukhus

Här behandlas in vivo-mekanismer som förenar följande tre egenskaper hos astmatisk luftvägsslemhinna: plasmaexudation, epitelavstötning samt oförändrad (sic!) genomsläpplighet för inhalerade molekyler. Som ett väsentligt led informerar jag om en okänd men kraftfull in vivo-mekanism för försvar på intakt slemhinneyta. Diskursen underbygger även nya hypoteser om astmans uppkomst och utveckling. 

Mer eller mindre explicit handlar denna översikt om dikotomier mellan biologiska forskningsparadigm och oberoende in vivo-observationer med direkt eller potentiell medicinsk relevans. Tyvärr skiljer man inte alltid på vad som är ny biologi och vad som kan ha medicinsk relevans. Det kan ju som vi vet få förödande konsekvenser. Exempelvis gäller det experiment som inbegriper luftvägens epitelregenerering. 

Den snabba tanken för oss vilse
Ökad förekomst av plasmaproteiner på bronkslemhinnans yta är väl dokumenterat vid astma. När nu makromolekyler som albumin, fibrinogen och alfa-2-makroglobulin passerar ut genom astmabronkens slemhinna, då måste väl epitelbarriären vara defekt och rejält otät? Rimligt kan det omedelbart tyckas, men då ignorerar man epitelbarriärens asymmetri och plasticitet. 

Vidare är det skenbart en rimlig tanke att ökad avstötning av epitelceller, vilket bevisligen sker i astma, medför att inhalerat material obehindrat når och skadar en känslig subepitelial bronkvävnad. Riktigt så enkelt är det emellertid inte. Mekanismer opererar in vivo för att upprätthålla slemhinnans barriärfunktion vid förlust av epitelceller.

Plasmaexudation som innat in vivo-försvar på intakt slemhinneyta
Föreställningar om skada eller blödning som obligat orsak till basal plasmaexudation kan skrotas. In vivo-studier av luftvägarna visar att alla proteinsystem som finns i plasma förs ut lokalt på en provocerad men helt intakt slemhinna. Koagulations- och komplementproteiner och andra makromolekyler i plasma exuderas alltså genom ett strukturellt och funktionellt oskadat epitel, utan att någon filtrering sker på grund av molekylernas storlek och laddning, och utan föregående ödem. 

Det krävs endast en relativt liten tryckökning som påverkar epitelet basolateralt för att extravaserade plasmaproteiner ska passera epitelbarriären. Epitelets inneboende plasticitet står för en hydrauliskt reglerad utåtriktad makromolekylär transport. Exudationen sker alltså utan att absorptionen av molekyler som finns på slemhinneytan ökas. 

Epitelets plasticitet och täthet gäller även vid leukocytpassage – fler dikotomier
Apoptos av eosinofiler har särskilt uppmärksammats som en fantastisk möjlighet att tyst eliminera en central patogen faktor i astma. Denna uppfattning har helt byggt på biologiska studier in vitro. Samtidigt som apoptosdöden promoverades gav oberoende forskning samt tolkning av patientdata upphov till nya begrepp som nu långsamt håller på att accepteras. 

Utvecklingen har principiella likheter med den beryktade permeabilitetsökningen i astma: inga apoptotiska eosinofiler kunde påvisas i patienters luftvägsvävnad, inte ens under upplösning av eosinofil inflammation. Den tysta eliminationen av eosinofiler in vivo involverar inte apoptos utan sker genom passage ut genom epitelet. Detta mönster för leukocytelimination ses särskilt tydligt hos patienter med astma vid upplösning av inflammation. Tystnad karaktäriserar även avtynandet av forskning kring eosinofilapoptos.

Eosinofiler i astmabronker dör genom primär cytolys (= ultimativ aktivering), vilket nu framstår som en central patogen mekanism associerad med epitelavstötning. 

Defekt slemhinnebarriär
– kombinerad med defekt epitelreparation?
I aktuella forskningsparadigm ingår inte bara uppfattningen att astmabronkens slemhinnebarriär är defekt. Även epitelreparationen anses vara defekt. Det är denna dubbla tolkningsmodell som gäller när nya biologiska data ges allmän spridning i den så kallade forskningsfronten. Om det nu vore så illa vad gäller barriären och dess reparation, måste vi inte då ha en oerhört allvarlig situation? Inhalerat material penetrerar och inflammerar vävnaden. Epitelavstötning ökar, barriärbrottet förvärras och en ond cirkel etableras. Ingen terapi är känd för att skydda epitelet. Förloppet förstärks vid varje ogynnsam exponering. Ett livshotande tillstånd måste förväntas. Men så är ju inte fallet. Det finns in vivo-mekanismer som bromsar eskalerande barriärbrott.

Provisorisk men högaktiv barriär täcker genast naket basalmembran in vivo
Enstaka kolumnära epitelceller stöts av utan att lämna något spår. Även när en grupp sammanhängande kolumnära epitelceller stöts av sker knappast någon barriärförlust. De kvarlämnade basalcellerna omvandlas nämligen raskt från att ha ett kullerstensliknande utseende till ett utslätat, tätt hopsvetsat cellager. Denuderade områden däremot kommer under en tid att sakna cellbarriär. Dock är basalmembranet inte helt naket. En högaktiv försvarsbarriär skapas av plasma, som exuderas lokalt och bildar ett leukocytrikt nätverk av fibrin/fibronektin. Nätverket försörjs kontinuerligt av exuderad plasma. Det kvarstår tills en ny barriär av epitelceller har skapats. 

I den exklusiva in vivo-miljön sker rask regenerering av epitel över basalmembranet
I den dynamiska in vivo-miljön, som skapas av plasmaexudatet på det nakna men intakta basalmembranet, startar epitelregenerering omedelbart. In vivo kommer till exempel reparationsprotein som fibronektin exklusivt från exuderad plasma (inte från lokala celler, vilket paradigmet påstår). Alla epitelceller deltar (inte bara basalceller, vilket paradigmet påstår). Såväl sekretoriska som cilierade celler dedifferentierar till regenereringsceller. Redan under dedifferentiering börjar de migrera, vilket sker sammanhållet och med hög hastighet. När ett nytt lager av epitelceller etablerats sker proliferation följd av en mer långsam process mot normalt differentierat epitel. 

In vivo sker en ytterst fläckvis förlust av epitelet
Trots en generell exponering vid inhalation av skadliga faktorer (till exempel allergen, torr luft, mikrobattack) sker epitelförlusterna ytterst fläckvis in vivo. Vid astma kan alltså ett enkelt utstryk av sputumprov innehålla hundratals konglomerat av avstött epitel (= creola bodies). Förekomst av creola bodies i sputum har även identifierat vilka barn som senare utvecklar astma. Små denuderingsfläckar med högeffektiv epitelregenerering från alla angränsade celler är en förutsättning för utebliven barriärförlust. Multipla regenereringslokaler kan emellertid vara patogent.

Epitelregenerering kostar – överdriven epitelregenerering som orsak till astma
Epitelförlust och efterföljande epitelregenerering över ett intakt basalmembran orsakar mer än lokal plasmaexudation. Med spridning i närområdet induceras mukussekretion, rekrytering/aktivering av neutrofiler, lytisk aktivering av eosinofiler, proliferation av fibrocyter/glatt muskel, och tillväxt av retikulärt basalmembran. Detta är centrala inflammatoriska och strukturella egenskaper vid astma. De kan fås av enbart epitelregenerering. Särskilt höggradig epitelförlust sker vid exacerbationer av astma. Då kan man förvänta sig att epitelregenereringen och dess effekter också blir uttalade. Exacerbationer behandlas inte väl med steroider. Epitelregenerering in vivo och åtföljande astmalika effekter minskas inte heller av steroidbehandling.

Slutsats

Det är inte länge sedan extravasering av plasma ansågs spegla vaskulär skada. Nu vet vi att det är en aktiv mekanism som separerar endotelceller i postkapillära venoler. Denna spontant reversibla process sker i den rikt utvecklade subepiteliala mikrocirkulationen som löper längs hela bronkträdet hos människa. 

Här visar jag att även den vidare passagen av ofiltrerad plasma genom slemhinnans epitel, i sin grundform, är en fysiologisk mekanism som inte ger ödem, skadar epitelet eller reducerar epitelets barriärfunktion. Därmed utgör plasmaexudation ett första linjens slemhinneförsvar. Mekanismen förklarar också varför en exudativ sjukdom som astma inte uppvisar ökad inåtriktad passage av inhalerade molekyler. 

Plasmaexudation är central mekanism även vid förlust av epitelceller. Det nakna men oskadade basalmembranet får in vivo ett täcke i form av ett nätverk av fibrin/fibronektin som kontinuerligt försörjs av ny plasma. I denna biologiskt högaktiva, provisoriska barriärmiljö sker en snabb epitelregenerering. Cilierade och sekretoriska celler, som omger varje liten fläck där epitel saknas, dedifferentierar till regenereringsceller som hastigt migrerar över basalmembranet. Den provisoriska barriären tillsammans med snabbt återställande av ett epitel kan förklara varför astmabronker med fläckvis denudering inte uppvisar ökning av permeabilitet för molekyler på slemhinneytan. 

Epitelregenerering in vivo ger bieffekter som överensstämmer med den bild av inflammation och vävnadsomvandling vi känner från astma: plasmaexudation, rekrytering/aktivering av neutrofiler, primär cytolys av eosinofiler, ökat uttryck av TSLP, hypersekretion, proliferation av fibrocyt/glatt muskelcell och förtjockning av retikulära basalmembranet. Därmed kvalificerar epitelförlust plus epitelregenerering för kausal roll i astmans patogenes. Eosinofiler som undergår cytolys bidrar till epitelförlust. Därmed skapas en patogenetisk cirkelprocess.

Fokus i denna översikt är epitelrelaterade in vivo-data som motsäger populära paradigm inom luftvägs- och astmaforskning. Min kritik gäller inte andra roller för epitelet vid astma, tvärtom. Nya biologiska läkemedel visar till exempel att TH2-cytokiner, särskilt uppströms TSLP, producerade av astmatiskt epitel, har en central roll vid astmaexacerbationer. 

Mitt generella budskap gäller vikten av att tidigt skilja mellan medicinsk relevans och aldrig så attraktiva biologiska forskningsframsteg. I den ansträngningen är välutvecklad och kritisk in vivo-forskning, inte minst oberoende tolkning av patientdata, av betydelse: dels för validering (i motsats till önskeanstrukna försök till konfirmation) av biologiska cellbaserade idéer, dels för potentiellt viktiga upptäckter, vilka bäst görs primärt in vivo.

Baserat på ”Current Perspectives”-artikel in press, J Allergy Clin Immunol 1-16, 2018. 

Carl Persson. Laboratoriemedicin, Lunds universitetssjukhus.