Advances in Clinical and Experimental Medicine

Title abbreviation: Adv Clin Exp Med
JCR Impact Factor (IF) – 1.736
5-Year Impact Factor – 2.135
Index Copernicus  – 168.52
MEiN – 70 pts

ISSN 1899–5276 (print)
ISSN 2451-2680 (online)
Periodicity – monthly

Download original text (PL)

Advances in Clinical and Experimental Medicine

2006, vol. 15, nr 2, March-April, p. 321–328

Publication type: review article

Language: Polish

Patofizjologia apoptozy i jej znaczenie w rozwoju zapalenia alergicznego i chorób alergicznych

Pathophysiology of Apoptosis and Its Role in Allergic Inflammation and Allergic Diseases

Janusz Patkowski1,, Krzysztof Wytrychowski1,

1 Katedra i Klinika Chorób Wewnętrznych i Alergologii AM we Wrocławiu

Streszczenie

Apoptoza jest ważnym procesem warunkującym homeostazę ustrojową poprzez zapewnienie wzajemnej równowagi między namnażaniem i śmiercią komórek. U podłoża zapalenia alergicznego leżą uwarunkowane genetycznie procesy immunologiczne związane z napływem wielu komórek wytwarzających prozapalne mediatory i cytokiny. Szybkość ustępowania reakcji alergicznej zależy natomiast od eliminacji tych komórek również na drodze apoptozy. Wśród wielu czynników warunkujących indukcję apoptozy należy zwrócić uwagę na rodzinę receptorów TNF, NGF, kaspaz i endonukleaz. W procesie wieloetapowych przemian biochemicznych indukują one podstawowy układ Fas/FasL zdolny do ostatecznego przekazania sygnału śmierci apoptotycznej komórki związanej z degradacją DNA przez nukleazy. Liczne badania eksperymentalne i obserwacje kliniczne wskazują na udział apoptozy w reakcjach alergicznych przez zahamowanie apoptozy komórek zapalnych – mastocytów, eozynofilów, limfocytów T i neutrofilów. Skutkuje to nasileniem dynamiki zapalenia alergicznego przez zmiany w mikrośrodowisku związane z napływem mediatorów i cytokin. Stan ten w konsekwencji wpływa na potencjalizację chorób alergicznych, takich jak: astma oskrzelowa atopowa, sezonowy i całoroczny alergiczny nieżyt nosa i atopowe zapalenie skóry. Przyjmuje się, że jednym z mechanizmów zachwiania równowagi limfocytów Th2/Th1 w astmie oskrzelowej może być wzmożona apoptoza limfocytów Th1 przy zwiększonym jednocześnie przeżyciu limfocytów Th2. Przedstawione dane wskazują na złożone mechanizmy procesu śmierci komórek. Wyjaśnienie tych mechanizmów może przyczynić się do skuteczniejszego leczenia chorób alergicznych (Adv Clin Med 2006, 15, 2, 321–328).

Abstract

Apoptosis is an important process that causes tissue homeostasis due to balance between proliferation and death of cells. Increased recruitment of numerous cells producing pro−inflammatory mediators controlled by several genes is typically for allergic inflammation. Apoptosis is one of the mechanisms responsible for limitation of allergic reaction. A number of factors have been described that accelerate apoptosis including TNF family receptors, NGF, caspases and endonucleases. Cascade of biochemical events initiates programmed cell death including activation of Fas/FasL and degradation of DNA by endonucleases. Numerous in vitro and in vivo studies showed that in allergic diseases delayed apoptosis leads to pathological accumulation of mastocytes, eosinophils, T lymphocytes and neutrophils. Increase of allergic inflammation is likely to be related to a dysregulation in the tissue microenvironment between proand anti−apoptotic mediators. This mechanism is responsible for development of allergic diseases like bronchial asthma, seasonal and perennial allergic rhinitis and atopic dermatitis. It is proposed that increased apoptosis of Th1 lymphocytes and prolonged survive of Th2 are responsible for asthma development. Apoptosis is a very complex process and understanding of its mechanisms might be possible to use apoptosis modulation as a novel therapeutic approach to the treatment of allergic diseases (Adv Clin Med 2006, 15, 2, 321–328).

Słowa kluczowe

apoptoza, mechanizmy apoptozy, zapalenie alergiczne, choroby alergiczne

Key words

apoptosis, mechanisms of apoptosis, allergic inflammation, allergic diseases

References (45)

  1. Nagata S: Apoptosis by death factor. Cell 1997, 26, 239–257.
  2. Majno G, Joris J: Apoptoza, oncosis and necrosis: An overview of cell death. Am J Pathol 1995, 145, 3–16.
  3. Kerr JFR, Wyllie AH, Currie AR: Apoptosis: a basic biological phenomenon with wideranging implications in tissue kinetics. Br J Cancer 1972, 26, 239–257.
  4. Wyllie AH, Kerr JFR, Currie AR: Cell death: the significance of apoptosis. Int Rev Cytol 1980, 68, 251–301.
  5. Schultz DR, Harrington WJJr: Apoptosis: programed cell death at a molecular level. Semin Arthritis Rheum 2003, 32, 345–369.
  6. Green D, Kroemer G: The central executioners of apoptosis: caspases or mitochondria? Cell Biology 1998, 8, 267–271.
  7. Enari M, Sakahira H, Yokoyama H, Okawa K, Iwamatsu A, Nagata S: A caspase−activated DN−ase that degrades DNA during apoptosis and its inhibitor ICAD. Nature 1998, 391, 43–50.
  8. Antoson B, Conti F, Ciavatta A: Inhibition of Bax chanell−forming activity by Bcl−2. Science 1997, 27, 370–374.
  9. Zou H: Apaf−1, a human protein homologous to C elegans CED−4 participates in cytochrome−C dependent activation of caspase−3. Cell 1997, 90, 405–408.
  10. Wyllie AH: The genetic regulation of apoptosis. Curr Opin Der 1995, 5, 97–104.
  11. Hitendent T, Harrington EA, V’Conor R: Induction of apoptosis by the BCL−2 homoloque BAK. Nature 1995, 374, 733–736.
  12. Poylak K, Xia Y, Zweiver JL, Kinzler KW, Vogelstein B: A model for p−533 induced apoptosis. Nature 1997, 389, 300–304.
  13. Meredith JE, Schwartz MA: Intergrins, adhesion and apoptosis. Cell 1994, 78, 539–542.
  14. Ghosh S, Karin M: Missing pieces in the NF−κβ puzzle. Cell 2002, 109 (Suppl.), S81–S96.
  15. Abstado JP: Apoptosis: function and regulation of cell death. Areas Immunol 1996, 147, 443–456.
  16. Hale AJ, Smith CA, Sutherland LC: Apoptosis: molecular regulation of cell death. Eur J Bioch 1996, 236, 1–26.
  17. Miyawaki T, Vehara T, Nibu R: Differential expression of apoptosis – related Fas antigen on lymphocyte subpopulations in human peripheral blood. J Immunol 1992, 149, 3753–3758.
  18. Kumar S: Apoptosis: Biology and Mechanisms, Springer Verlag, Berlin–Heidelberg–New York, 1999.
  19. Bright J, Khar A: Apoptosis: programmed cell death in health and disease. Biosci Rep 1994, 14, 67–81.
  20. Grzegorczyk J: Apoptoza – udział w rozwoju zapalenia alergicznego. Alergia, Astma, Immunologia 2003, 8, 20–23.
  21. Szmyrka M: Markery apoptozy w reumatoidalnym zapaleniu stawów. Praca doktorska AM, Wrocław 2000.
  22. Troy CM, Shelanski ML: Down−regulation of copper/zinc superoxide dismutase causes apoptotic death in PC 12 neuronal cells. Proc Natl Acad Sci USA 1994, 91, 6384–6389.
  23. Mitsiades CS, Poulaki V, Mitsiades N: The role of apoptosis−inducing receptors of the tumor necrosis factor family in thyroid cancer. J Endocrinol 2003, 178, 205–216.
  24. Mountz JD, Zou T, Su X, Wu J, Cheng J: The role of programed cell death as an energingnew concept of autoimmune diseases. Clin Immunol Immunopathol 1996, 80, 2–14.
  25. Ogawa N, Dang H, Talal N: Apoptosis and autoimmunity. J Autoimmun 1995, 8, 1–19.
  26. Colavita AM, Reinach AJ, Peters SP: Contributing factors to the pathobiology of asthma. Clin Chest Med 2000, 21, 263–277.
  27. Hansen G, Berry G, De Kruyff A: Specific Th1 cell fail to counterbalance Th2 cell−induced hyperreactivity but cause severe inflammation. J Clin Invest 1999, 103, 175–183.
  28. Piliponsky AM, Levi−Schaffer F: Regulation of apoptosis in mast cells. Apoptosis 2000, 5, 435–441.
  29. Oskeritzian CA, Wang Z, Kochan JP, Grimes M, Du Z, Chang HW: Recombinant IL−4 mediated apoptosis and recombinant human stern cell factor−dependent human mast cells derived from cord blood mononuclear cell progenitors. J Immunol 1999, 163, 5105–5115.
  30. Walsh GM: Eosinophil apoptosis: mechanism and clinical relevance in asthmatic and allergic inflammation. B J Haematol 2000, 111, 61–67.
  31. Sampson AP: The role of eosinophils and neutrophils in inflammation. Clin Exp Allergy 2000, 30 (Suppl.), 22–27.
  32. Fal AM, Rosiek M, Biegus J, Małolepszy J: Eotaksyna i jej rola w patofizjologii zapalenia eozynofilowego. Astma, Alergia, Immunologia 2003, 8, 19–24.
  33. Wolley KL, Gibson PG, Carty K: Eosinophil apoptosis and the resolution of airway inflammation in asthma. Am J Resp Crit Care Med 1996, 154, 237–243.
  34. Vignola AM, Chiappara G, Gagliardo R: Apoptosis and airway inflammation in asthma. Apoptosis 2000, 5, 473–485.
  35. Tchórzewski H: Nowe możliwości kontrolowania zapalenia alergicznego. Pol Merk Lek 2003, 14, 609–612.
  36. Grzegorczyk J, Kowalski ML, Piłat A, Iwaszkiewicz J: Increased apoptosis of peripheral blood mononuclear cells in patients with perennial allergic asthma/rhinitis: relation to serum markers of apoptosis. Mediators Inflamm 2002, 11, 225–233.
  37. Hamzaoni A, Hamzaoni K, Salah K, Chabbou A: Lymphocytes epoptosis in patients with acute exacerbations of asthma. Mediators Inflamm 1999, 8, 237–243.
  38. Zhang X, Brunner T, Carter L: Unequal death in T helper cell (Th)1 and Th2 effectors: Th1 but not Th2, effectors undergo rapid Fas/FasL mediated apoptosis. J Exp Med 1997, 185, 1837–1849.
  39. Guerra F, Carracedo J, Solana−Lara R: Th2 lymphocytes from atopic patients treated with immunotherapy undergo rapid apoptosis after culture with specific allergens. J Allergy Clin Immunol 2001, 107, 647–653.
  40. Bratton DL, Hamid Q, Boguniewicz M: Granulocyte Macrophage Colony – Stimulating factor contributes to enhanced monocyte survival in chronic atopic dermatitis. J Clin Invest 1995, 95, 211–218.
  41. Holtzman MJ, Green MJ, Jayaraman, Arch RH: Regulation of T cell apoptosis. Apoptosis 2000, 5, 459–471.
  42. Simon O: Regulation of eosinophil and neutrophil apoptosis−similarities and differences. Immunol Rev 2001, 179, 156–162.
  43. Zhang X, Moilanen E, Adcoc IM, Lindsay MA: Divergent effect of mometasone on human eosinophil and neutrophil apoptosis. Life Sciences 2002, 71, 1523–1534.
  44. Solarewicz K: Mechanizmy regulujące apoptozę komórek mięśni gładkich oskrzeli. Praca doktorska AM, Wrocław 2004
  45. Patkowski J, Wytrychowski K – Informacja ustna.
© Wroclaw Medical University