PBL Fall 7: Allergi

Fallet

Konstaterat födoämnesallergi som barn; jordnötter och fisk.

I tonåren spelas fotboll och får svårt att hänga med (kondition), snuva och snysningar.  Får svårt att andas och hostar. Åker till akuten med andningsvårigheter,

• HR: 115
• Andningsfrekvens 28/min
• Låga pO2, pCO2 och syremättnad (92%)
• OK Hb, LPK och nästan ok CRP.

 

Får bronkdilaterande (kortikosteroider) och syrgas för att återhämtas sig.
Skrivs ut beta-2 stimulerare och kortison som inhalation.

 

Studiemål

• Hur uppkommer allergi
• Allergiska reaktioners mekanismer (typ 1)
• Meolekulärt och cellulärt svar
• Koppla till symtom
• Astma
• Farmakologi mot allergiska reaktioner
• Nyttiga funktioner för IgE
• Koppling mellan allergier och ålder
• Hygien hypotesen
• Expositionsterapi

 

 

Kursmål

Immunologi

Transplantationsimmunologi och immunsupression

Allergi

Molekylära och cellulära orsaker till allergi. Hur och varför blir man allergisk. Hur kan en allergen ge olika karakteristiska symptom såsom astma, diarré, utslag. Patobiologiska mekanismer vid allergi. IgE och mastceller, normal roll i immunförsvaret. Diagnostik och antiinflammatorisk behandling.

Överkänslighetsreaktioner Typ 1 (plus Typ 2-4 generellt)

Opportunistiska infektioner

Betydelse, förekomst exempel på bakterier, virus och svamp. Patogenes.

Normalflora

Etablering och utveckling av normalflora. Immunologisk betydelse. Vilken roll spelar den normala mikrobiella floran för vår hälsa? Påverkan vid antibiotikabehandling. Betydelse för utveckling av opportunistiska infektioner. 

Hepatit

Vad kännetecknar olika hepatitvirus och sjukdom som de ger upphov till, immunitet vid hepatit, egenskaper hos virus som kopplas till spridningsväg, symptom, skada och patogenes, överföring till foster, komplikationer med svår eller kronisk sjukdom, diagnos, antiviral behandling och vaccination.

Syfilis, fästingburna bakteriella infektioner (Borrelia, Anaplasma) samt magsårsbakterier.

Exotiska virus

Smittvägar och symptom vid exotiska virus såsom rabies, TBE och hemorragiska febrar.

 

Sammanfattning

Bakgrund

Hypersensitivitet delas in under 4 kategorier, där då typ 1 är allergi.

 

• Typ 1: Omedelbar (Allergi)
• Produktion av IgE och utsläpp av Histamin och proteaser från mastceller direkt (tidig fas) och sedan rekrytering av inflammatoriska celler genom cytokiner och prostaglandiner/leukotriner (sen fas).
• Aktivering av Th2 celler ger produktion av IgE som binder till FceR receptor på mast-celler, basofila och eosinofila.
• Ger vasodilatation, ödem, mjuk muskel kontraktion, mucus produktion, vävnadsskada och inflammation. Anafylax, bronk astma
• Typ 2: Anti-kropps medierad:
• Produktion av IgG, IgM => Binder till cell eller vävnad => Fagocytos eller lysering av cellen genom aktiverad komplement eller Fc-receptor.
• Complement-medierad (cytotoxisk) där opsonisering ger ökad fagocytos och rekrytering av inflammatoriska celler.
• Non-cytotoxic är när det sker ändringar i physologic beteende hos cell.
• Typ 3: Immunkomplex-medierad:
• Antigen-antikropp-komplex => complement aktivering => rekrytering av leukocyter genom komplement och Fc-receptorer => utsöndring av enzymer och toxiska substanser.
• Ger inflammation, narkotisering, vasculit.
• Typ 4: Cell-medierad
• Aktiverade CD4+ Th1 och Th17 celler producerar INF-y  (aktivera makrofager) och IL-17 (rekrytera och aktivera neutrofila) vilket ger cytokinmedieras vävnadsskada.  Cytotoxiska T-celler aktiveras och ger direkt avdödande av celler.
• Kontaktallergi, multipel sclerosis, typ 1 diabetes, tuberkulos 

 

Typ 1 Hypersensitivitet reaktion

Detta fallet handlar om Typ 1 , som är IgE beroende och den delades in i två faser. Den första sker direkt, inom någon minut. Reaktionerna kallas allergiska eller atopiska.

 

Tidig fas, tidig fas (direkt)

Granulocyter (Eosinofiler och Basofiler) och Mastceller aktiveras och släpper ut mediatorer som orsakar ökad;

• Permeabilitet
• Vasodilatation
• Bronk kontraktion
• Muskelkontraktion (glatt) 

 

Late-Phase (2-8h) följer sedan då makrofager, neutrofiler och eosinofiler samlas till platsen och bildar inflammation. 

Detta ihop kallas då allergi (Typ 1 Hypersensitivitet) eller atropi, orsakar främst av vanliga protein i omgivningen (pollen, katthår, jordnötter) och är väldigt vanligt. Upp till 20% av befolkningen har någon form av allergi.

Det är APC celler som tar upp antigen (allergen) från vävnad och förflyttar sig till lymfnoden. Där finns T-h (naiva) celler som då matchar mot den. Dessa differentierar i dessa fall till Th2 celler. IL-4 och IL-5 är viktiga för denna omvandling till Th2. 

Th2 cellen stimulerar sedan med IL-4 B-celler att göra switch till IgE. IL-5 utsöndring från Th2 cellen kommer stimulera och aktivera Eosinofiler.

 

 

IgE beroende allergisk reaktion

Allergiska reaktioners kännetecken är produktion av IgE antikroppar som är beroende av IL-4 Th-celler. Vanligt producerar de inte IgE, medan känsliga utvecklar IgE från B-celler. Överdriven Th2 stimulering av switch mot IgE är bidragande faktor för uppkomst av Allergi.

Det som händer är att IgE produceras när en antigen aktiverar Lymfocyter;

• Th2
• Tfh (IL-4 producerande), Follicular Helper T-cells, finns bland B-celler i lymfnod.
• B-celler

Detta leder till produktion av IgE antikroppar för denna antigen och dessa kan sedan aktivera Mast-celler vid senare exponering. När Mast-celler aktiveras sker en reaktion.

Mast-celler binder lätt och hårt till IgE, därför är de redan bundna innan antikropparna binds till antigen, och kan då snabbt aktivera mast-celler.

Man kan även få "non-atopic" aktivering av Mast-celler som då inte beror på antigen utan på kyla eller träning.

När en allergisk reaktion sker systemiskt är den anafylaktisk.  Vilket då kommer från att IgE kunde utföra skadligt istället för förebyggande (profylaktiskt) skydd.

 

 

IgE produktion

Normalt produceras låga nivåer IgE och istället högre IgM och IgG. Atopiska personer gör tvärt om. Deras (IgE) funktion är att snabbt aktivera mastceller när antigen upptäcks och ge reaktion.

IgE är säkert utvecklat för att hantera infektioner och parasiter men IgE  har extra Ig-domän i sin tunga kedja som kan binda till Fc-receporer på basofila granulocyter och mastceller. Denna bindning har hög affinitet och antikroppar kan till och med binda innan de fått antigen. Därför får man ett extremt snabbt svar. 

Mängden IgE korrelerar till hur mycket Th-celler som producerar IL-4 och IL-13 det finns. Dessa cytokiner stimulerar B-celler att class-switcha till IgE.

 

Aktivering av IgE

Det som aktiverar IgE är protein eller saker bundna till proteiner. Detta kan vara pollen, damm, mat, penicillin osv. Två grundbitar i allergin brukar vara att man exponeras mot det regelbundet och att det inte triggar adaptiva immunförsvaret (vilket bakterier gör).

Allergener är ofta stabila, glykolyserade och lösliga i kroppsvätska. När det gäller föda är de ofta små protein som är mycket glykolyserade och kan antagligen tas upp utan denaturering i mag/tarm.

Kolhydrater kan inte orsaka allergisk reaktion eftersom man är beroende av CD4+ T-celler. För att framkalla allergisk reaktion måste de därför bindas till protein. Vissa kemiska ämnen (Penicillin) kan reagera med aminosyror hos kroppsegna protein och bilda Hapten-carrier conjugat (molekyl som framkallar respons hos immunförsvaret) och då upptäckas av IL-4 Th-celler => IgE produktion. 

Eftersom IgE är något som måste produceras och en isotype switch måste ske, krävs det flera exponeringar för att bilda känsligheten. Därför kan personer med astma och rinit känns bättring om omgivningen förändras (åka iväg). Geting-stick är sådant exempel. Första gången är sällan ett problem, men andra gången kan en kraftig reaktion ske, samma gäller nötter.

 

 

Aktivering av B-celler

B-celler stimuleras av Tfh celler i lymfnod (precis som vanligt) och med CD40 och cytokiner (IL-4 och IL-13) genomgår isotype switch till IgE (Heavy chain).

Producerat IgE cirkulerar sedan ut till vävnad och binder till mastceller som då är senterade och redo för att agera vid möte med protein. Cirkulerande Basofiler kan också binda till IgE.

 

Cellers vid allergisk reaktion

 

Mastceller och Eosinofiler

Bildas i benmärg och tar sig ut till vävnad där de mognar klart. Diferentioerar beroende på stimulans från omgivningen till C-Kit receptor.

När mastceller aktivera frisätter de direkt mediatorer lagrade i granula och en del börjar produceras först vid aktivering.

• Gastrointestinal/Alveoler: Mycket Chondroitin sulfat, Tryptase och lite Histamin
• Bindväv (Hud, submukosa): Heparin, Neural Proteaser, mycket Histamin! 
• Gastro-mastcellerna behöver T-celler för utveckling medan bindväv inte behöver det.

 

Basofiler

Blod-granulocyter liknande mastceller. Blodet har 1% av leukocyterna och de finns normalt inte i vävnad men kan rekryteras dit. De binder också till IgE på liknade sätt och rekryteras dem bidrar de också till inflammationen.

  

Th2 celler

Sekreterar IL-4, IL-5 och IL-13 som tillsammans med eosina och mastceller ger inflamamtion i respons till allergen i vävnad.

• IL-4: Ökar uttryck av VCAM-1 och ökar ansamling av eosinofila och Th2 celler till vävnad.
• IL-5: Aktivera Eosinofiler
• IL-13: Stimulerar epitelceller (luftvägar t.ex.) att sekretera mucos. 
• Th2 cellerna och IL-4 sekretion ses mer vid atopiska personer och folk med astma (djurmodell).

 

Bindandet av IgE till mastceller och basofiler

IgE produceras av B-celler men fungerar som en receptor på Mastceller och basofiler då den binder till deras FceRI receptor med hög affinitet och sedan inväntar peptid att reagera på. 

Eftersom affiniteten är mycket hög (högre än för andra typer) krävs låga nivåer i serum. Denna receptor är mycket viktig och tas genen bort hos möss försvinner allergiska svaret. 

 

Aktivering av Mastceller

För att aktivera en mastcell räcker det inte med att en IgE triggar utan de måste cross-länkas, en allergisk person har mycket IgE mot det ämnet och därför kross kopplas det enklare.

Vid aktivering stimuleras 3 delar;

• Utsöndring av granulas innehåller (exocytos/degranulation) - Akut fas
• Syntes av Lipid-mediatorer - Sen fas
• Syntes av cytokiner - Sen fas

 

Flera vägar kan användas för att aktivera signaleringen och där blandas med FYN=>Gab2 eller LYN => Grb2 => PLCy till IP3/PKC.

När PKC (Proteinkinas C) aktiveras kommer myosin/aktin komplex att aktiveras och granulas tas till cellmembran för tömning via SNARE.

Det är då bindning till FceRI receptorn och tvärbrygge som leder till ökade Ca2+ nivåer som gör att detta kan ske. Normalt reglerar cellen så att det inte sker utsöndring.

Lipid-mediatorerna styrs av PLA (Phospolipase A2) som aktiveras när Ca2+ nivåerna och Ras/MAP (från cross-link koppling). Då skapas LTE4 och PGD2 från arakidonsyra av COX eller Lipoxygenas.

Cytokiners produktion aktiveras också av Ras/MAP =>  NF-kB/AP-1 som stimulerar  till transkription av nya cytokiner som IL-4, IL-5, IL-6, IL-13, TNF. Inte IL-2 (som T-celler gör).

Mastceller kan även aktiveras av komplementsystemet (C3a, C4a, C5a) och Makrofager/T-cellrs kemokiner. På så sätt kan mastceller aktiveras utan allergen och förstärka inflammation. IgG tvärbrygga på FC-receptorer och aktivera mastceller kan också aktivera dem.

Utsöndringen är ingen "allt eller inget", utan kan ske gradvis och därför ser man olika kliniska representationer.

 

 

Mastceller

• Biogenic Amines: Histaminer och Lipid mediatorer
• PAF (Platelet activating factor): Försvinner snabbt
• PGD2 (Prostaglandin D2),
• LTC4 (Leukotrines, bara mukosala mastceller och basofiler)
• => Vasodilataion, läckage, bronkkonstriktion, mag/tarm konstirktion (ökad rörelse)
• Cytokiner:
• TNF: Lockar till sig Monocyter och neutrofiler.
• Lipid mediatorer (PAF, PGD2, LTC4)
• => Inflammation

 

• Enzymer: Tryptase (Klyver fibrinogen och aktiverar kollagenase)
• => Vävnadsskada

 

Eosinofiler

• Cationic Granula Proteins: Major Basic Protein, Eosinophil cationic protein
• => Döda parasiter och värdceller
• Enzymer: Eosinofil peroxidas
• => Vävnadsskada

LTC4 är mer långlivad medan Histamin är kortlivad. Därför är det mer LTC4 som orsakar astman och stora sammandragningen. Använder man då COX-hämmare för att hindra bildning av Prostaglandin, kommer man förskjuta jämnvikten mot LTC4 och riskera förvärra astman.

 

 

Eosinofiler

Desas mognar i benmärg och lägger sig i perifer vävnad som mucosa, luftvägar och mage. Cytokiner från Th2 celler promotar och aktiverar eosinofiler och deras rekrytering till sen-fas reaktion vid inflammation. IL-5 är en aktiverande faktor.

Eosinofilera är med i försvaret mot parasiter och frisätter proteiner (Major Basic Protein, Eosinophil cationic protein) som är toxiska för både parasiten, men även vanlig vävnad. 

Utsöndringen svara på liknande sätt som Mastceller av cross-linking och då av IgG, IgA eller IgE. Aktivering utlöser också akutfas med PAF, prostaglandinger och Leukotriner (LTC4 osv) och bidrar då också till allergin.

 

Akutfasen

Man kan se akutfasen när man testar allergi med pricktest, man får en "wheal and flare" reaktion. Kärlen dilaterar och plasma läcker ut, rodnad uppstår. Svullnaden (wheal) med en röd ring runt (flare). Svulland då endotel-cellerna separerar sig medan det på sidorna bara sker en dilatation (mer blod).

Denna reaktion är beroende av IgE och mastceller där antigen binder till FceRI och cross-länkar dessa för aktivering och utsöndring av granula, främst Histamin. Histamin binder till epitelceller vid kärl och ger vasodilatation och läckage. Histamin försvinner dock snabbt och därför även wheal and flare, responsen.

 

Sena fasen

Efter akutfasen får man 2-4h senare en sen fas där det ansamlas inflammatoriska leukocyter; neutrofiler, eosinofiler, basofiler, Th-celler. Inflammation når sitt max efter ca 24h och avtar sedan.

• Mastcellerna kommer utsöndra TNF
• Uppreglering av adhesion molekyler som E-selektion och ICAM-1.
• Kemokiner rekryterar leukocyter 

Th2 är vanliga i okomplicerade reaktioner medan Th1 och Th17 visar sig i atopiska eksem och astma.

 

Genetik och miljö

Hög produktion av IgE och atopisk finns oftast i familjer, men det är antagligen beroende av flera gener/faktorer. Målorgan för överkänsligheten kan variera inom familjen; Hösnuva, astma, eksem. 

Hygienhypotesen är när små barn utsätt för lite bakterier och smittämnen. Detta gör att de inte får tolerans mot ofarliga ämnen i mat/luft, och ger då allergi. Beroende på hur och när man utsätts för olika ämnen kan man utveckla allergi. Att utsättas för ämnen vi låg ålder verkar reducera risken för att utveckla allergi.

 

Typer av allergisk reaktion

 

Systemisk anafylax

Man får en systemisk hypersensitering med ödem i många vävnader och minskar blodtryck efter vasodilatation.  Man kan få sammandragen luftväg, ökad rörelse i tarmen osv. Detta kan obehandlat leda till chock och död. Man ger därför adrenalin, som ger motsatt effekt och ökar cardiac output. Antihistamin kan också vara av fördel att använda.

Sker vid systemisk införsel av antigen, som t.ex. vid insektsbett eller via mag/tarm-kanalen.

 

Bronkial Astma

Sammandragna bronker och ökad produktion av mucus gör att luftvägarna blir trängre. Förekommer ofta ihop med KOL, vilket ytterligare försvårare luftflödet. Astma kan vara dödligt i värsta fall.

70% av astman beror på IgE kopplade mekanismer medan resterande 30% kan bero på kyla, droger eller träning. 

Kan delas in i Atopisk som beror på systemisk produktion av IgE och Icke-Atopisk som beror på lokalt producerad IgE. 

Vid astma har man Th2 celler som normalt inte finns där (Th1 finns). Th1 ger normalt cell-medierad immunitet medan Th2 ger humoral (IgE produktion).

De viktigaste bronkonstringerande mediatorerna är LTC4, LTD4, och LTE4. Ökad mukos-sekretering beror främst på IL-13. 

Behandling går ut på att förhindra och återkalla inflammationen och minska muskelkontraktionen.
Cortico-steroider inhaleras för att motverka inflammationen.
B2-agonister genom att öka cAMP som inhiberar kontraktion.

 

Övre luftvägar

Hösnuva eller allergisk rinit är kanske den vanligaste allergin och beror främst på pollen, damm osv. Det ger hosta, snuva, nysningar och svårigheter att andas. Att ögonen blir irriterade är även det vanligt. Polyper i näsan kan utvecklas hos folk med återkommande rinit. Här använder man antihistaminer som läkemedel.

 

Föda

Vid födoämnesallergi kan man kräkningar, mild bronkspasm, svullnader och diarré. Systemisk påverkan kan också komma. Vanligast är nötter och skaldjur. Man kan vara så allergisk att man kan få allvarlig systemisk påverkan av bara liten mängd föda.

 

 

Huden

I huden kan man får Urticaria (Hives) eller nässelfeber och atopiska eksem som är en akut "wheal-and-flare" reaktion orsakad av mastceller. Den beror på direktkontakt med allergen eller efter allergen har nått systemiskt. Utslagen kan vara kvar timmar eller dagar.

Orsakas främst av Histamin och därför kan H1 receptor antagonister fungera. 

Atopisk dermatit eller eksem är kopplar till "atopic triad" som då är atopiska eksem, allergisk rinit och astma, men kan också förekomma ensamt.

Det är vanligt och kan bero på sen-fas reaktion av allergen i huden. TNF, IL-4 och cytokiner från TH2 celler och mastceller påverkar endotelceller och ger inflammation. Den sena fasen går då inte att hindra med antihistaminer, men kan stoppas med corticosterioder.

Defekter i Filaggrin-gen ger ofta både atopiska eksem och astma.

 

Diagnostik

Pricktest

Går ut på att man med nål sticker in lite av antigen nedanför huden och mäter "wheal and flare" reaktionen. Anti-histamin behandling hindra resultat.

  

Specifika IgE antikroppar i serum (RAST)

Analys av cirkulerande IgE antikroppar där man klassar efter 0-6. Får man klass 2 och högre är det signifikant positivt och tyder på allergi.

Specificiteten är varierande och lägre. T.ex. med födoämnen kan tolerans (låg specificitet) finnas även om man har antikroppar.  Relevanta antigen är inte alltid med i test (låg sensitivitet).  Negativt utfall utesluter dock högt sannolikt klinisk allergi. 

Snabbtester finns men har lägre sensitivitet och är svåravläst. De saknar även vissa kliniskt relevanta allergener.

 

 

Läkemedel

COX-hämmare kan användas för att hindra omvandling av Arakidonsyra till Prostaglandin. 

Cortico-steroider inhaleras för att motverka inflammationen.

B2-agonister genom att öka cAMP som inhiberar kontraktion.

Det finns anti-IgE medel (H1 receptor antagonist), men eftersom histamin inte är avgörande faktor vid bronkial astma, går det inte att använda där. De kan dock även fungera som anitkolinerga och då förvärra luftvägarna genom att mer göra slemmet tjockare i luftvägarna.

Anti-histaminer kan användas vid rinit/hösnuva eller nässelfeber.

Vid atopiska eksem får man behandla med kortison då det är sen-fas och därför fungera inte anti-histaminer.

 

Singulair - Leukotrienreceptorantagonist

Lekotrinreceptorantagonisk och blockerar därför Leukotriner. Desas orsakar sammandragning och svullnad i luftvägarna, med allergisk symptom. Kan förbättre symptom vid astma. Tas en gång per dag oralt.

Används främst när man behöver tilläggsbehandling, då tidigare inte gett fullt svar.

 

Desensitisering

Detta är en behandling som går ut på att minska svaret eller öka tröskel för när svar sker mot allergen. Små doser av antigen ges upprepade gånger subkutant. Som ett resultat kommer specifika IgE att bytas mot IgG som då kan neutralisera antigen. Man vet inte varför, men möjligen byter Th2 till Th1. Det är en metod som kan minska risken för akut anafylax chock.

Ett annat sätt att påverka är att ge anti-IgE antikroppar. Antikroppar mot IL-4- och IL-13 receptorer för att behandla astma och atopiska eksem.

  

Sammanfattande

Sammanfattning

 

Aktiveringskedjan

• Första exponering av allergen (ingen respons)
• Th2 celler släpper ut IL-4 och IL-13
• B-celler stimuleras till IgE class switching och produktion
• B-celler producerar IgE som fäster på Fc-receptor på mast-celler
• Andra exponering av allergen (respons)
• Allergen cross-länkar flera IgE molekyler och degranulering sker (akut) samt produktion av signalsubstans (sen fas).

 

Faser

Akut fas: Degranulering och utsöndring av aminer (histamin) och proteaser
Sen fas: Syntetisering och sekretering av Prostaglandin, leukotrines, cytokiner.

 

Mastcell-mediatorer

• Akut och lagrade
• Histamin: Glatt muskel kontraktion, ökad permeabilitet
• Heparin: Antikuagolant
• Eosinofil chemotatci Factor A: Kemotaxi
• Senare och syntetiserade
• Prostaglandin (D2, E2, F2a): Ökad glattmuskel kontraktion och permeabilitet
• Leukotrienes (C4, D4,E4) (Lipoxygenas vägen): Ökad glattmuskel kontraktion och permeabilitet
• Leukotriene B4: Kemotaxi för neutrofiler

 

Typer av allergiska reaktioner och orsak

• Allergisk rinit - Pollen, katter: Ödem, irritation, mucos i näsa
• Systemisk anafylax - Insektsbett, droger: Bronk/trachea-konstriktion, vasodilatation och död.
• Födoallergi - Mjölk, ägg: Urtikaria/Hives (utslag) och mag/tarm problem
• "Wheel and flare" - allergitest: Lokal hud ödem, vasodilatation
• Astma - inandning, damm: Bronk/Trachea-konstriktion, ödem, mucus, massiv inflammation

 

Behandling

• Cortico-steroider inhaleras för att motverka inflammationen.
• B2-agonister genom att öka cAMP som inhiberar kontraktion.
• Anti-histaminer kan användas vid rinit/hösnuva eller nässelfeber
• Anti-histamin fungerar ej vid late-phase (astma, atopiska)

 

Immunförsvaret behövs

• Spelar roll i försvar mot större parasiter
• Eosinofiler dödar effektivt parasiter
• Mastceller viktiga för medfödda immunförsvaret bakterier och gift
• Mastceller behövs för rensa upp infektion via TNF som lockar neutrofiler till plats
• Mastcells proteaser bryter ner vissa gifter och IgE binder/neutraliserar.