Ostre zapalenie trzustki (OZT) jest stanem zapalnym, który inicjuje kaskadę zdarzeń immunologicznych, wpływających nie tylko na patogenezę, lecz także na sam przebieg choroby (1, 2). Obecnie powszechnie akceptuje się fakt, że bezpośrednią przyczyną zapalenia trzustki jest aktywacja enzymów trawiennych w obrębie komórek pęcherzykowych. Proces zapalny, zwykle ograniczony do tkanki trzustkowej, u 20-30% chorych obejmuje tkanki okołotrzustkowe, a nawet odległe narządy (3, 4).

Wskaźnik śmiertelności w OZT jest wciąż wysoki – wynosi średnio 5-15%, przy czym w łagodnej postaci nie przekracza 1%, zaś u chorych z ciężkim przebiegiem wzrasta do 10-30% (1, 4). U 10-15% chorych duża aktywność cytokin prozapalnych prowadzi do rozwoju zespołu ogólnoustrojowej reakcji zapalnej (SIRS – systemic inflammatory response syndrom), związanej z niewydolnością wielonarządową (MOF – multiple organ failure) i często piorunującym przebiegiem OZT (5-7). Przewaga SIRS nad odpowiedzią przeciwzapalną ustroju, naturalnie stymulowaną uszkodzeniem, prowadzi do rozwoju wczesnych powikłań narządowych, a w następstwie do niewydolności układu oddechowego, sercowo-naczyniowego, wątroby i nerek (8, 9, 10).

Podczas gdy aktywacja proenzymów trawiennych wewnątrz komórek pęcherzykowych jest głównym mechanizmem patologicznym uszkodzenia samej trzustki (1, 11-14), uwolnienie mediatorów zapalenia odgrywa kluczową rolę w ewolucji choroby (15). Apoptoza lub martwica komórek, stres oksydacyjny, nieodwracalne upośledzenie mikrokrążenia, a w konsekwencji niedotlenienie i martwica tkanki dodatkowo komplikują przebieg choroby, wyzwalając zapalenie ogólnoustrojowe (5, 16, 17). W 40-70% przypadków zmienione martwiczo tkanki ulegają zakażeniu, a śmiertelność wzrasta do 50% (18, 19). Przyczyną zakażeń jest translokacja bakterii ze światła przewodu pokarmowego do krwi i dalej do narządów zmienionych martwiczo i niedokrwionych, głównie trzustki i otaczających ją tkanek. Wykazano, że nasilenie martwicy trzustki koreluje z ciężkością OZT (3).

Kluczową rolę w patogenezie odpowiedzi zapalnej odgrywają mediatory zapalenia, w tym TNF-α (tumour necrosis factor-alpha), IL-1, IL-6, IL-8, PAF (platelet activating factor), GRO-α/CINC (growth related oncogene-α cytokine – induced neutrophil chemoattractant), MCP-1 (monocyte chemoattractant protein 1) oraz molekuły adhezyjne: ICAM-1 (intracellular adhesion molecule 1) i selektyny (1, 3, 12, 16, 20). Za jeden z ważniejszych elementów w patogenezie OZT uważa się aktywację czynnika jądrowego kappa B (NFkB – nuclear factor kappa B). Następstwem jego aktywacji jest natychmiastowa produkcja cytokin zapalnych, wzrost sekwestracji leukocytów i przyśpieszenie apoptozy komórek trzustkowych, co ostatecznie prowadzi do uogólnionej odpowiedzi zapalnej (1). Istnieje hipoteza, że apoptoza komórek pęcherzykowych trzustki jest mechanizmem chroniącym ten narząd przed rozwojem martwicy (9, 21).

Jakkolwiek złożona jest etiologia zapalenia trzustki, to odpowiedź immunologiczna jest podobna, niezależnie od przyczyny OZT. Łączy skutki wzmożonej odpowiedzi zapalnej i hiperstymulacji układu immunologicznego z immunosupresją, zwiększającą ryzyko powikłań infekcyjnych, MOF i śmierci (1, 22). Z supresją układu immunologicznego jest w szczególny sposób związana ciężka postać OZT, wikłana ogólnoustrojową odpowiedzią zapalną wskutek „sztormu cytokinowego”. IL-1, TNF-α, TGF-β (transforming growth factor-beta) oraz wolne rodniki indukują apoptozę komórek, co pogłębia upośledzenie funkcji układu immunologicznego, a w konsekwencji prowadzi do infekcji obumarłej tkanki trzustkowej i tkanek okołotrzustkowych (9, 10, 12, 21).

O ile udział cytokin w przebiegu OZT jest szeroko opisywany, to rola odpowiedzi komórkowej jest słabo poznana. Wiadomo, że uwolnienie enzymów trawiennych z uszkodzonych komórek trzustki inicjuje chemotaksję i aktywację komórek zapalnych. Charakterystyczna jest wczesna infiltracja tkanek objętych zapaleniem przez granulocyty obojętnochłonne, a w następstwie – przez makrofagi i limfocyty T. Aktywowane makrofagi i neutrofile są głównym źródłem cytokin IL-1 i TNF-α (9, 23), wpływających także na przepuszczalność naczyń włosowatych, ekstrawazację i migrację leukocytów do komórek narządów odległych od trzustki, w tym płuc i nerek (1, 9).

W 1978 roku po raz pierwszy zaobserwowano pośledzenie odporności komórkowej w przebiegu OZT (24).

Nagromadzenie i aktywacja granulocytów obojętnochłonnych w miejscu zapalenia, a w rezultacie – uwalnianie enzymów proteolitycznych z ziarnistości azurofilnych i swoistych, oraz produkcja wolnych rodników tlenowych odgrywają centralną rolę w rozwoju zarówno miejscowych, jak i ogólnoustrojowych powikłań w OZT (6, 25). Za pierwotne przyczyny uszkodzenia tkanek, indukowanego przez granulocyty, uznaje się cykl oksygenazy ksantynowej oraz wybuch tlenowy (6, 26). Mechanizmem inicjującym MOF i wczesnym wskaźnikiem ciężkości choroby (w tym rozwoju martwicy) jest uwolnienie elastazy granulocytarnej (6, 8, 10). Również poziom mieloperoksydazy (MPO) we krwi okazał się zależny od stopnia ciężkości OZT i stężenia cytokin prozapalnych (27). Już w pierwszym dniu obserwacji stwierdzono znamiennie podwyższoną aktywność MPO u chorych z ciężką postacią OZT. Zwiększony poziom surowiczej MPO wiązał się również z rozwojem powikłań ze strony układu oddechowego (27).

Istotą wygaszenia reakcji zapalnej, w której uczestniczą neutrofile jest ich apoptoza, a w następstwie fagocytoza komórek apoptotycznych (28). Hiperstymulacja układu immunologicznego, obserwowana w wyniku stanu zapalnego lub urazu, oraz produkcja cytokin pozapalnych aktywują neutrofile, sprzyjając ich adherencji do ściany drobnych naczyń i niekontrolowanego „wybuchu tlenowego” (10). Jednocześnie hamują apoptozę neutrofilów, co wykazano u chorych z ciężką sepsą (9). Opóźnienie tempa apoptozy jest postrzegane jako zjawisko sprzyjające podtrzymaniu reakcji zapalnej. Neutrofile izolowane z krwi pacjentów z OZT wykazywały znamiennie opóźnioną spontaniczną apoptozę, a osłabienie zdolności do programowanej śmierci było szczególnie znamienne w ciężkiej postaci choroby (29, 30). Stwierdzono również, że indukcja apoptozy granulocytów wiąże się z ograniczeniem nasilenia stanu zapalnego (1, 25). Wykazano także, że zastosowanie surowicy antyneutrofilowej istotnie obniżyło stopień destrukcji tkanek w OZT (9). Eliminacja granulocytów obojętnochłonnych zmniejszyła nasilenie objawów we wczesnej fazie choroby i wiązała się ze zwiększoną liczbą apoptotycznych, a nie martwiczych komórek pęcherzykowych, w późniejszym stadium eksperymentalnego zapalenia trzustki (9). Mechanizmy apoptozy neutrofilów stanowią obecnie intrygujący cel badań, skupiających się na nowych strategiach terapeutycznych w chorobach zapalnych z dominującą komponentą neutrofilową.

Podobnie jak granulocyty o jądrze podzielonym, mononuklearne komórki fagocytujące odgrywają istotną rolę w odpowiedzi nieswoistej i są zaangażowane w ostre i przewlekłe reakcje zapalne (20, 31). We krwi chorych z OZT obserwowano istotnie wyższą liczbę monocytów w porównaniu do osób zdrowych (20). Wykazano także zwiększoną ekspresję cząstki ICAM-1 (CD54) na powierzchni monocytów, co koreluje z procesem różnicowania monocytów do makrofagów oraz zdolnością ich wiązania do śródbłonka naczyń. O aktywacji monocytów u chorych z OZT świadczy również zwiększenie ekspresji CD25 i CD69 (20).

Główne funkcje monocytów, włączając fagocytozę, prezentację antygenu i produkcję cytokin, są pośredniczone przez określone struktury powierzchniowe, takie jak receptor Fc dla IgG, receptor dla dopełniacza CR1, receptor dla IL-2 (IL-2R, CD25) czy β-integryny i antygen CD14. W prezentacji antygenów, kluczową rolę odgrywają cząsteczki HLA-DR, inicjujące proliferację limfocytów T pomocniczych i odpowiedź swoistą.

U chorych z OZT, już w momencie przyjęcia do szpitala, większość badaczy obserwuje istotne obniżenie liczby HLA-DR-dodatnich monocytów, jak również zmniejszenie gęstości cząstek HLA-DR na ich powierzchni (20, 23, 31). Obniżenie ekspresji HLA-DR na powierzchni monocytów jest interpretowane jako kompensacja przeciwzapalna w odpowiedzi na stymulację prozapalną. Wpływ reakcji pro- i przeciwzapalnych na ekspresję HLA-DR wydaje się być indukowany przez ten sam mechanizm wewnątrzkomórkowy (31). W świetle badań eksperymentalnych można przypuszczać, że początkowa supresja monocytów obserwowana w OZT jest pośredniczona przez IL-10, w drodze fizjologicznego mechanizmu, mającego na celu ograniczenie późniejszej aktywacji limfocytów T.

Większość danych literaturowych dotyczących związku między zmniejszoną liczbą HLA-DR-dodatnich monocytów lub obniżoną ekspresją tego antygenu a stopniem ciężkości OZT wskazuje na istnienie istotnej korelacji. Gotzinger i wsp. zauważyli, że odsetek monocytów z ekspresją HLA-DR był znamiennie niższy u chorych z ciężką postacią OZT (32). Podobnie Yu i wsp. stwierdzili, że ekspresja HLA-DR obniżała się wraz ze stopniem ciężkości OZT, a powrót do normy był zdecydowanie wolniejszy u chorych z ciężkim przebiegiem choroby (31). Richter i wsp. nie zaobserwowali w momencie hospitalizacji istotnej zależności między niską ekspresją HLA-DR a punktową oceną ciężkości OZT, ale wykazali, że ekspresja tego antygenu normalizowała się w pierwszych dniach leczenia jedynie u chorych z łagodną postacią choroby (33).

Powszechnie wiadomo, że monocyty z niską ekspresją HLA-DR są stosunkowo mało podatne na stymulację (deactivation and immunoparesis), co zwiększa ryzyko powikłań infekcyjnych. Badania potwierdziły, że pacjenci z ciężką postacią OZT mają obniżoną odpowiedź proliferacyjną limfocytów na stymulację mitogenem oraz wysokie stężenie cytokin pro- i przeciwzapalnych (31). Wiadomo również, że u chorych z OZT wykazano ujemną korelację między ekspresją HLA-DR a stężeniem IL-6 i białka C-reaktywnego (CRP) (34). Podobną zależność obserwowano z prozapalną IL-6 i IL-8 w przebiegu sepsy, a z przeciwzapalną IL-10 w urazach i oparzeniach (34, 35). Dlatego przedłużające się w czasie obniżenie ekspresji HLA-DR na monocytach lub ponowne obniżenie ekspresji HLA-DR w trakcie trwania choroby są kojarzone z powikłaniami septycznymi i złym rokowaniem (31). Kylanpaa-Back i wsp. stwierdzili, że odsetek HLA-DR-dodatnich monocytów był niski lub obniżał się gwałtownie podczas obserwacji przede wszystkim u pacjentów z OZT, u których postępowała dysfunkcja narządów (36). Także Mentula i wsp. zauważyli, że niska ekspresja antygenu HLA-DR, wykryta we wczesnym etapie OZT lub pogłębiająca się gwałtownie, może wskazywać na rozwój dysfunkcji narządów (34). Niektóre źródła literaturowe sugerują, że niski odsetek HLA-DR-dodatnich monocytów może być wiarygodnym wskaźnikiem predykcyjnym dla rozwoju sepsy u pacjentów z OZT (37).

W odróżnieniu od makrofagów i granulocytów obojętnochłonnych, ocena populacji limfocytów w OZT nie była jak dotąd przedmiotem systematycznych badań, a nieliczne dane nie są jednoznaczne (38, 39).

U chorych z OZT obserwuje się istotne zmniejszenie całkowitej liczby krążących limfocytów, a badacze są zgodni, że deficyt tych komórek jest większy w ciężkiej postaci choroby (40, 41). Wielkość deficytu całkowitej liczby limfocytów ze stopniem ciężkości choroby powiązano już w 1985 r. (42). Co więcej, liczba limfocytów u chorych z powikłaniami infekcyjnymi okazała się znamiennie niższa niż u chorych bez powikłań (9, 20, 40, 43). Obniżona, w chwili diagnozy, liczba limfocytów T we krwi obwodowej chorych na OZT powracała do normy po wyzdrowieniu. We wczesnym okresie zapalenia trzustki obniżenie liczby limfocytów T i B jest proporcjonalne, ale w zaawansowanym okresie ciężkiego OZT deficyt limfocytów B okazał się istotnie większy (20, 40).

Zaburzenia swoistej odporności komórkowej w OZT są przez wielu badaczy wiązane z nasileniem apoptozy. Wzmożona apoptoza występuje w tkance limfoidalnej podczas sepsy i uszkodzeń termicznych, stąd jest wysoce prawdopodobne, że obniżenie liczby limfocytów we krwi obwodowej w OZT jest następstwem ich apoptozy. Założono, że apoptoza komórek krwi obwodowej jest mechanizmem samoograniczającym postęp choroby (1, 9).

Limfocyty T stanowią populację o zróżnicowanych funkcjach i niejednolitym fenotypie antygenowym. Limfocyty Th (pomocnicze) mają na swojej powierzchni antygen CD4, a limfocyty Ts (supresorowe/cytotoksyczne) – antygen CD8 (38). Aktywowane limfocyty wykazują powierzchniową ekspresję cząstek CD69 i CD25, które są receptorami dla IL-2 i wczesnymi markerami aktywacji (44). Produkują określone cytokiny, a ich profil pozwala na wyodrębnienie czynnościowych subpopulacji: T_H1 – wytwarzającej IL-2 i interferon-γ, T_H2 – produkującej IL-4 i IL-5 oraz limfocytów T regulatorowych (Treg) produkujących IL-10 i TGF-β. Limfocyty T odgrywają główną rolę w regulacji odpowiedzi zarówno komórkowej, jak i humoralnej (38, 39).

Nie ma pełnej zgodności co do zmian ilościowych subpopulacji limfocytów T u chorych z OZT. Obserwowano obniżenie zarówno liczby limfocytów T CD4+, jak i CD8+, a deficyt był większy w ciężkich postaciach tej choroby (9, 43). Z kolei, inne badania wykazują obniżenie całkowitej liczby limfocytów T i limfocytów T CD4+, bez wpływu na subpopulację CD8+ (40). Obniżenie odsetka limfocytów Th korelowało ze zwiększeniem stężenia IL-6 i CRP w ciężkiej postaci OZT (43). Uehara i wsp. wykazali, że zarówno liczba limfocytów T CD4+, jak i CD8+ we krwi obwodowej chorych na OZT jest obniżona, szczególnie znacząco w ciężkiej postaci OZT (45). Nie ma również jednoznacznych opinii co do profilu cytokin wydzielanych przez limfocyty CD4+ w OZT. Obserwowano zarówno dominację odpowiedzi prozapalnej T_H1 ze wzrostem produkcji IL-2 i IFN-γ (9, 23, 46), jak też przewagę T_H2 z wysokim stężeniem IL-4 i IL-5 i niskim IL-2 oraz IFN-γ (40, 41, 47).

Wykazano także, że u pacjentów z ciężką postacią OZT już we wczesnym stadium choroby stężenie rozpuszczalnej formy antygenu CD4 (sCD4), CD8 (sCD8), sIL-2R, IL-12 i IFN-γ było znacząco wyższe niż w łagodnej postaci OZT (9). Badania te wskazują, że pomimo ilościowej redukcji limfocytów T CD4+ typu T_H1 były one zaktywowane i pobudzały prozapalne reakcje we wczesnym stadium OZT. Zwiększa się liczba doniesień sugerujących, że aktywne limfocyty T są niezbędne do propagowania ostrego zapalenia trzustki (10). Aktywacja limfocytów T u chorych z OZT została potwierdzona zarówno fenotypowo, jak i czynnościowo (48). Obserwowano zwiększenie odsetka limfocytów T z ekspresją antygenów CD69+, CD25+, CD122+ i HLA-DR (23, 40). Głównym mechanizmem aktywacji limfocytów T jest prezentacja antygenu receptorom TCR (T-cell receptor) w połączeniu z receptorem MHC klasy II (major histocompability complex) na makrofagach. Aktywacja limfocytów wymaga więc adhezji limfocytów T do komórek prezentujących antygen (APC), w czym pośredniczą cząstki adhezyjne (ICAM-1). Umożliwiają one interakcje pomiędzy komórkami poprzez wiązanie integryn LFA-1 (CD11a/CD18) i Mac-1 (CD11b/CD18). Ekspresja ICAM-1 i receptorów LFA-1 oraz Mac-1 w OZT jest stymlowana produkcją cytokin (23).

Następstwem aktywacji limfocytów T jest ich proliferacja, klonalna ekspansja i inicjacja funkcji efektorowych: zabijania zainfekowanych komórek lub produkcji czynników niezbędnych do kooperacji między komórkami układu immunologicznego. IFN-γ, IL-2 i IL-10, wydzielane przez aktywowane limfocyty T są ważnymi regulatorami aktywacji makrofagów. Warto zauważyć, że w OZT obserwowano istotnie obniżoną ekspresję cząstek HLA-DR na monocytach, co nie pozostaje bez wpływu na prezentację antygenu (23).

Obserwowane w OZT zwiększenie produkcji IL-10 może sugerować wzmożoną aktywność limfocytów Treg, które odgrywają centralną rolę w kontroli reaktywności limfocytów T zarówno na własne, jak i obce antygeny. Treg uczestniczą w powstawaniu i utrzymywaniu tolerancji immunologicznej organizmu, a ich niedobór sprzyja powstawaniu zjawisk autoimmunologicznych (49). Z kolei nadmierna aktywność Treg może zwiększać tolerancję immunologiczną, co sprzyja hamowaniu odporności przeciwnowotworowej lub przeciwzapalnej (50, 51). Co więcej, w OZT obserwowano również istotne zmniejszenie liczby cytolitycznych komórek NK (20), odgrywających kluczową rolę zarówno we wczesnej obronie przeciwinfekcyjnej, jak również w obronie przeciwnowotworowej (52).

Zaburzenia immunologiczne prowadzące do sepsy i zespołu niewydolności wielonarządowej, w tym układu sercowo-naczyniowego, płuc, nerek i wątroby, nierzadko stanowią bezpośrednią przyczynę zgonu chorych z OZT. Z tego względu, poznanie roli immunocytów (granulocytów, makrofagów i limfocytów) w mechanizmach odpowiedzi immunologicznej w ostrym zapaleniu trzustki stanowi bardzo aktualny temat badawczy (53). Regulacja funkcji komórek immunologicznych czy modulowanie ogólnoustrojowej odpowiedzi zapalnej w przebiegu ciężkiej postaci OZT mogłoby zmniejszyć nasilenie objawów klinicznych i zapobiegać powikłaniom. Obecne kierunki badawcze koncentrują się na próbach leczenia za pomocą przeciwciał anty-TNF-α, antagonistami receptora dla IL-1, przeciwciałami anty-ICAM-1, anty-IL-10 lub anty-CD3. Z drugiej strony, wiele danych wskazuje na silne powiązanie stanu funkcjonalnego jelit i stanu odżywienia chorego z funkcją układu odpornościowego i przebiegiem klinicznym ciężkich postaci OZT (7, 51). We wczesnym okresie ciężkiego OZT, ostry stan zapalny oraz wstrzymanie żywienia enteralnego prowadzą do zwiększenia przepuszczalności jelit i do pozajelitowej translokacji bakterii, co jest główną przyczyną zakażenia zmienionych martwiczo tkanek. Ponadto, ostry stan zapalny trzustki, pełniącej istotną rolę we wchłanianiu składników pokarmowych, wraz ze wzmożonym katabolizmem w wyniku ogólnoustrojowego stanu zapalnego, prowadzi do znacznego deficytu składników pokarmowych i deficytu energetycznego. W związku z tym sugeruje się, że odpowiednie żywienie, a szczególnie żywienie dojelitowe odgrywa w OZT podwójną rolę. Z jednej strony dostarcza ono niezbędnych składników pokarmowych i kalorii, a z drugiej strony, poprzez poprawę stanu czynnościowego jelit koryguje funkcjonowanie układu immunologicznego i zmniejsza częstość powikłań infekcyjnych w OZT. Bardzo duże znaczenie praktyczne będą miały badania, które dostarczą więcej informacji na temat możliwości modulowania funkcji układu odpornościowego poprzez żywienie dojelitowe.