Dostęp Otwarty

Strukturalne choroby serca i kardiomiopatie

Redaktor działu: prof. dr hab. n. med. Zbigniew Gąsior Katedra i Klinika Kardiologii SUM, Katowice

Wybrane aspekty patogenezy zapalenia mięśnia sercowego

Zofia T. Bilińska

Ośrodek Badań Przesiewowych Dziedzicznych Chorób Układu Sercowo- -Naczyniowego, Instytut Kardiologii, Warszawa

Adres do korespondencji:prof. dr hab. n. med.Zofia T. Bilińska Instytut Kardiologii ul. Alpejska 42,04-628 Warszawa

Kardiologia po Dyplomie 2012; 11 (8): 20-24

Wprowadzenie

W systemie klasyfikacji kardiomiopatii kardiomiopatia rozstrzeniowa (dilated cardiomyopathy, DCM) jest jednym z typów morfologicznych i czynnościowych [1]. Dalsza stratyfikacja prowadzi do identyfikacji postaci rodzinnych i nierodzinnych, a kardiomiopatia zapalna jest jednym z podtypów kardiomiopatii rozstrzeniowej w nierodzinnej postaci choroby. Zgodnie z definicją rozpoznanie kardiomiopatii zapalnej może być postawione, gdy stwierdzi się przewlekły stan zapalny u chorego z poszerzeniem lewej komory i upośledzeniem jej kurczliwości. Ocena histologiczna lub immunocytochemiczna jest zatem konieczna dla postawienia rozpoznania, a u części chorych z zapalną DCM stwierdza się obecność przetrwałych białek wirusa w tkance miokardialnej. Można ją stwierdzić także przy braku stanu zapalnego w mięśniu sercowym.

Rozpoznanie kardiomiopatii zapalnej

Ocena histologiczna

Definicja ta podkreśla rolę biopsji endomiokardialnej w rozpoznawaniu kardiomiopatii zapalnej. Na podstawie oceny histologicznej rozpoznaje się różne rodzaje nacieków zapalnych (limfocytowy, eozynofilowy, olbrzymiokomórkowy, sarkoidalny). Każdy rodzaj zapalenia ma własną patogenezę. Najczęstszym zapaleniem jest limfocytowe zapalenie mięśnia sercowego (ZMS), którego najczęstszymi przyczynami są wirusy, czynniki autoimmunologiczne i toksyczne. Eozynofilowe zapalenie może być wywołane przez pasożyty, reakcje nadwrażliwości, zespół Churga-Strauss. Olbrzymiokomórkowe ZMS jest chorobą autoimmunologiczną, chociaż nadmierna reakcja układu odpornościowego może być zainicjowana przez wirusy [2,3].

W ostatnich dwóch dekadach ubiegłego wieku stosowano ocenę histologiczną, rozpoznając ZMS na podstawie obecności rozsianego (wieloogniskowego) nacieku zapalnego, najczęściej limfocytarnego, uszkadzającego przyległe kardiomiocyty [4]. Według tych kryteriów (kryteria Dallas) w dużych populacjach pacjentów z niewydolnością serca nieznanego pochodzenia badanych za pomocą biopsji endomiokardialnej częstość występowania ZMS ocenianego histologicznie wynosiła ok. 10% [5-7]. Wprowadzenie metody immunohistologicznej pozwoliło na pewną identyfikację komórek zapalnych i jednocześnie na ilościową ocenę nacieku komórkowego. Najczęściej cytowane kryterium immunohistologiczne ZMS zaproponowane przez prof. Maischa uwzględnia liczbę >14 leukocytów/mm2 tkanki miokardialnej, podkreślając rolę nie tylko obecności limfocytów, ale także makrofagów w nacieku zapalnym [8]. W tej definicji nadmierna ekspresja cząstek adhezyjnych w tkance miokardialnej nie jest warunkiem koniecznym do rozpoznania zapalenia. Grupa prof. Schultheissa kładzie natomiast nacisk na konieczność stwierdzenia nadmiernej aktywacji cząstek adhezyjnych równolegle ze zwiększoną liczbą limfocytów >7/mm2 tkanki miokardialnej [9]. Antygeny HLA I i II klasy, cząsteczka ICAM-1 wykazują jednorodne rozprzestrzenienie w mięśniu sercowym. Stwierdzenie zatem nadmiernej aktywacji takich cząstek o homogennej dystrybucji, nawet w jednej próbce, jest reprezentatywne dla całego mięśnia sercowego i pozwala uniknąć pomyłki związanej z oceną małego skrawka mięśnia sercowego w przypadku wieloogniskowego, rozsianego nacieku zapalnego, charakterystycznego dla ZMS. Połączone kryteria (kryterium komórkowe i ekspresja endotelialna) stwierdzano u połowy chorych z niewyjaśnioną niewydolnością serca. Dlatego metodą histologiczną można rozpoznać ZMS u 10% chorych z niewydolnością serca o niejasnej etiologii, natomiast metodą immunohistologiczną u blisko 50% chorych [7,9-11].

Wykrywanie genomu wirusa

Definicja kardiomiopatii zapalnej obejmuje także obecność przetrwałych cząstek wirusa w tkance miokardialnej z cechami zapalenia lub bez nich. Calabrese i wsp. przedstawili częstość występowania genomów wirusa w materiale biopsyjnym ocenianym w latach 1986-2006 w laboratorium patologicznym z Padwy. Autorzy stwierdzili metodą PCR wirusa u 40% dzieci (n=50) i u 28% dorosłych (n=238) z ZMS potwierdzonym w biopsji endomiokardialnej [12].

Kuhl i wsp. badali obecność genomu wirusa w biopsji u 245 pacjentów z idiopatyczną dysfunkcją lewej komory i zidentyfikowali go u 2/3 chorych [13]. Najczęściej stwierdzano izolowaną infekcję parvowirusem B19. Ta praca również podkreśliła znaczenie złożonych infekcji wirusowych tkanki miokardialnej, obecnych u ponad 1/4 pacjentów (najczęstsze połączenie to parvowirus B19 i ludzki wirus herpes typu 6 – ok. 10%). Genom enterowirusa był obecny w tkance miokardialnej u ok. 10% pacjentów, natomiast adenowirus występował znacznie rzadziej. Nie stwierdzono natomiast żadnych znaczących różnic w obrazie histologicznym i immunohistologicznym ZMS pacjentów, u których wykazano obecność genomu wirusa w porównaniu z tymi, u których nie wykryto genomu wirusa w tkance miokardialnej. Dlatego samo stwierdzenie wirusa nie oznacza jego roli w patogenezie ZMS.

Znaczenie wykrycia wirusa

Jakie są konsekwencje obecności genomu wirusa w tkance miokardialnej? Z badań eksperymentalnych ZMS wywołanego szczepem CVB-3 w różnych szczepach myszy bez zaburzeń odporności wynika, że przetrwałej infekcji mięśnia sercowego towarzyszy postępujące uszkodzenie mięśnia sercowego [14]. Z drugiej strony wiadomo, że transgeniczna ekspresja części genomu enterowirusa odpowiedzialnej jedynie za replikację wywołuje nieprawidłowe sprzężenie elektromechaniczne i z czasem prowadzi do upośledzenia funkcji mięśnia sercowego i rozwoju DCM [15]. Xiong i wsp. z kolei wykazali, że transgeniczna ekspresja jedynie fragmentu genomu enterowirusa kodującego proteazę 2A wystarcza do rozwoju DCM w modelu doświadczalnym [16].

W badaniach z udziałem ludzi, w pierwszej pracy analizującej przebieg wirusowej choroby serca Kuhl i wsp. u 172 kolejnych pacjentów wykonywali ponownie biopsję mięśnia sercowego średnio po upływie 6,8 miesiąca [17]. W celu przeanalizowania sekwencji genomów 4 wirusów zastosowano metodę stosowaną przy namnażaniu niewielkich ilości DNA (gniazdowe PCR z podwójną amplifikacją tego samego produktu – tzw. nested PCR) i PCR z odwrotną transkrypcją (z użyciem mRNA jako matrycy, które reprezentuje kodujące odcinki genomu wirusa – egzony). Autorzy wykazali, że obecność przetrwałego wirusa w kolejnej biopsji miała związek z postępującym uszkodzeniem mięśnia lewej komory. Wyeliminowaniu genomu wirusa towarzyszył wzrost frakcji wyrzutowej lewej komory (LVEF) średnio o 8%, a w podgrupie chorych z wyjściową LVEF <45% wzrosła ona o 14%. U pacjentów, którzy nie wyeliminowali spontanicznie wirusa, LVEF zmalała średnio o 3%. Warto zauważyć, że średnia LVEF w całej populacji wynosiła 52%, a spontaniczną eliminację wirusa stwierdzono u 36% pacjentów.

Dane dotyczące wpływu obecności genomu wirusa w tkance miokardialnej na rokowanie u chorych z DCM są niejednoznaczne [18]. Większość badań przeprowadzonych u pacjentów z aktywnym ZMS w biopsji endomiokardialnej wykazuje, że obecność genomu wirusa rokuje niekorzystnie. Na uwagę zasługują badania Kindermann i wsp., którzy wykazali w grupie 181 pacjentów (średnia wieku 42 lata) ze średnią LVEF 38%, że obecność genomu wirusa w tkance miokardialnej nie wpływała na przeżycie, natomiast niekorzystne rokowanie było związane z immunohistochemicznymi cechami ZMS w tkance miokardialnej [19]. W tej grupie histologiczne kryteria ZMS spełniało 5 chorych (2,8%), immunohistologiczne – 91 (50,3%), a genom wirusa wykryto u 79 osób (43,9%). Kuethe i wsp. nie wykazali natomiast związku między zaawansowaniem stanu zapalnego w tkance miokardialnej a obecnością wskaźnika replikacji wirusów, czyli stwierdzeniem tzw. negatywnej nici RNA (minus-strand RNA) [20,21]. Rozbieżności wyników badań dotyczące wpływu obecności genomu wirusów na przeżycie mogą być zatem związane z koniecznością różnicowania między postaciami replikacyjnymi a niereplikacyjnymi wirusa, obecnością białek strukturalnych wirusów, oceną ilościową ładunku wirusa i koniecznością oznaczania genotypów wirusów [20,21]. Co interesujące, występowanie typu I parvowirusa było związane z istotnie mniejszą frakcją wyrzutową lewej komory [22].

Wirusy zakażają określone typy komórek, co ma bezpośredni związek z patogenezą choroby i jej obrazem klinicznym. Do wirusów zakażających i namnażających się w śródbłonku naczyń należy parvowirus B19 i ludzki wirus herpes typu 6 [23]. Zakażenie komórek endotelialnych upośledza przepływ krwi w mikrokrążeniu wieńcowym, co klinicznie manifestuje się ZMS imitującym ostry zespół wieńcowy (bóle w klatce piersiowej, zmiany niedokrwienne w EKG) [24]. Cytomegalowirus, enterowirus i wirus zapalenia wątroby typu C zakażają natomiast kardiomiocyty, wirus grypy – makrofagi i limfocyty, a EBV wchodzi do limfocytów. Rodzaj zakażanych komórek, typ wirusa i jego miano powodują różnorodność wirusowej choroby serca.

Udział odpowiedzi immunologicznej

W odpowiedzi na infekcję wirusową bierze udział odporność wrodzona i nabyta. W jej wykrywaniu biorą udział receptory Toll-podobne, które rozpoznają wzory molekularne patogenów [25]. Jako pierwszy w sercu człowieka został zidentyfikowany Toll-podobny receptor 3 (TLR-3), który rozpoznaje dsRNA, produkt pośredni w replikacji RNA wirusów. Stymulacja tego receptora aktywuje NF-κB, który wyzwala odpowiedź zapalną – wytwarzanie cytokin, interferonu, cząstek adhezyjnych i komórek zapalnych. Interesującą pracę opublikowali Cunningham i wsp., którzy wykazali, że ludzka sercowa miozyna, a zwłaszcza fragmenty peptydów S2-16 i S2-28, działają jako endogenny ligand, który przez ludzkie receptory Toll-podobne bezpośrednio wpływa na wytwarzanie cytokin prozapalnych w początkowej fazie ZMS [26]. Dzięki temu możemy zrozumieć, jak odsłonięcie cząsteczek sercowej miozyny w wyniku uszkodzenia kardiomiocyta może połączyć odporność wrodzoną (wytwarzanie cytokin we wczesnej fazie choroby) i nabytą (wytwarzanie przeciwciał przeciwko miozynie) w podtrzymywaniu zapalenia tkanki miokardialnej.

Calabrese i wsp. badali ekspresję genów i białek dotyczących TNF-α w miokardium u pacjentów z ostrym ZMS. Stwierdzono zwiększoną ekspresję transkryptu dla TNF-α w biopsjach endomiokardialnych w wirusowym ZMS w porównaniu z niewirusowym ZMS (16/20 vs 3/18), ponadto pacjenci z ZMS wykazującym dodatnią ekspresję TNF-α mieli większe uszkodzenie mięśnia sercowego w porównaniu z tymi z ekspresją ujemną [27]. Nadmierną ekspresję transkryptu i białka TNF-α bserwowano w ZMS niezależnie od etiologii wirusowej. Znacznie większą ekspresję TNF-α stwierdzono u pacjentów z mniejszą LVEF.

Większość prac dotyczących ZMS u ludzi dotyczy odporności nabytej, która rozwija się po kilku dniach od początku ZMS (odporność komórkowa, wytwarzanie przeciwciał). Cechą charakterystyczną ZMS u ludzi jest obecność limfocytów T w tkance miokardialnej [28]. Przybywa danych o tym, że ich nadmierna ekspresja jest istotna, ponieważ wśród myszy transgenicznych (double-knockout), pozbawionych CD4+ i CD8+ limfocytów, jest mniejsza śmiertelność po zakażeniu wirusem CVB3 – miano wirusa w ich sercach nie było wyższe niż w sercach zwierząt kontrolnych [29]. Noutsias i wsp. stwierdzili obecność cytotoksycznych limfocytów u 1/3 pacjentów (29 z 88) z DCM (LVEF <40%) [30]. Nie korelowała ona z obecnością limfocytów T, natomiast korelowała ze wzmożoną ekspresją cząstek adhezyjnych w tkance miokardialnej. Miocytolizę obserwowano u 10% pacjentów, udokumentowano też perforynododatnie nacieki przekraczające kardiomiocyty, co wskazuje na mechanizm miocytolizy.

Kolejną ważną cechą kardiomiopatii zapalnej u ludzi jest obecność całej gamy autoprzeciwciał skierowanych przeciwko strukturom serca, białkom, które biorą udział w procesach metabolicznych, kanałom jonowym i receptorom sarkolemmalnym [31]. Mogą być obecne w późnej fazie choroby wywołanej wirusem, ale także w niewirusowym ZMS. Przeciwciała przeciwmiozynowe klasy IgG mogą wywołać autoimmunologiczne ZMS u myszy ze szczepu DBA/2 [32]. Predyspozycja genetyczna pozwala zatem na rozwój ZMS, w którym pośredniczy odpowiedź humoralna. Niedawno dokonano ważnego odkrycia, że przeciwciała przeciwko sercowej miozynie lub jej patogennemu peptydowi S2-16 kierują się także przeciwko receptorowi β na powierzchni kardiomiocytów. Stymulując kinazę proteinową A, zależną od cAMP w kardiomiocytach, wywołują apoptozę komórek, prowadząc do niewydolności serca [33]. W modelu doświadczalnym wykazano zatem, że reaktywność krzyżowa między sercową miozyną a receptorem β sprzyja powstawaniu DCM. Niezależnie od wirusowej choroby serca istnieją autoimmunologiczne modele DCM wywołane miozyną, a ostatnio także troponiną I [34,35]. Przeciwciała przeciwko troponinie I prowadzą do masywnego zapalenia z włóknieniem w tkance miokardialnej z następową niewydolnością serca [36], a przeciwciała przeciwko troponinie T nie wywołują takiej odpowiedzi immunologicznej [37].

Wkrótce po zakażeniu wirusami kardiotropowymi i ograniczeniu replikacji wirusa rozpoczynają się procesy naprawy tkanki miokardialnej. Metaloproteinazy (MMP) są kluczowymi białkami pośredniczącymi w tych procesach w sercu i innych zakażonych narządach. Rozkładają macierz zewnątrzkomórkową i regulują odpowiedź immunologiczną, rozkładając chemokiny i cytokiny. MMP pośredniczą w migracji komórek zapalnych, ponieważ mogą rozłożyć wszystkie komponenty macierzy zewnątrzkomórkowej, torując drogę dla komórek migrujących i odpowiedzi naprawczej. Na przykład w przebiegu wirusowego ZMS żelatynazy 2, 9, 12 mają wzmożoną ekspresję w 2 i 9 dniu po infekcji, a transkrypcja inhibitorów tkankowych metaloproteinaz 3 i 4 jest stłumiona [38,39]. Zablokowanie MMP-9 minocykliną nasila wirusowe ZMS u myszy [40], a blokowanie aktywności metaloproteinaz klarytromycyną łagodzi przebieg eksperymentalnego ZMS u szczurów [40]. MMP są niezbędne w procesie ograniczania ostrej infekcji w ZMS, ale na dłuższą metę ich wzmożona ekspresja wpływa destrukcyjnie.