גורם נמק גידול אלפא - Tumor necrosis factor alpha

הדפס

מדריך בדיקות מעבדה
בדיקת גורם נמק גידול אלפא
Tumor necrosis factor alpha
שמות אחרים	TNF-α, Tumor necrosis factor α, cachectin, lymphotoxin B, נוגדי הציטוקין TNF-α, גורם נמק שאתי אלפא
מעבדה	כימיה בדם
תחום	קביעת גורם ציטוקיני משרה דלקת במגוון תרחישים קליניים.
טווח ערכים תקין	פחות מ-2.8 פיקוגרם /מ"ל.
יוצר הערך	פרופ' בן-עמי סלע

לערכים נוספים הקשורים לנושא זה, ראו את דף הפירושים – TNF-α

מטרת הבדיקה

הערכה של מטופלים עם חשד למצב דלקת סיסטמית, בעיקר בזיהומים עם חיידקים גראם-שליליים. הערכה של מטופלים עם חשד למפגעי דלקת כרוניים, כגון rheumatoid arthritis , IBD או ankylosing spondylitis.

רקע היסטורי

התיאוריה של תגובה אנטי-סרטנית של מערכת החיסון התבססה בין השאר על הניסוי הקלאסי של William Coley משנת 1891, כאשר הזריק סטרפטוקוקים לחולים עם גידולים מסוג סארקומה במצב סופני, ונוכח לדעת שטיפול זה הביא להתכווצות הגידולים. מה שנודע כ"טוקסינים של Coley" הייתה למעשה תחילתה של האימונו-תרפיה. בשנת 1968, דיווחו Gale Granger‏ (Kolb & Granger ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 1968) ובאופן בלתי תלוי גם Nancy Ruddle ‏(Ruddle ו-Waksman ב-J Exp Med משנת 1968) על גורם ציטוטוקסי המיוצר על ידי לימפוציטים וכינו אותו "לימפוטוקסין".

בשנת 1975, דיווח Lloyd Old ממרכז הסרטן של Sloan-Kettering ב-Science על גורם ציטוטוקסי אחר המיוצר על ידי מקרופאגים וכינה אותו tumor necrosis factor. שני הגורמים הללו תוארו בהתבסס על יכולתם להרוג תאי פיברוסרקומה מעכברים (תאי L-929). בהמשך הרחיב Ian Clark את היריעה למחלה סיסטמית תוך שיתוף פעולה עם Elizabeth Carswell ממעבדתו של Old‏ (Clark וחב' ב-Infect Immun משנת 1981), שבודדה לראשונה את מה שהתברר בהמשך כ-TNF‏ (Carswell וחב' ב-מProc Natl Acad Sci USA משנת 1975) תוך ניסיונות לזהות גורמים נקרוטיים לתאי סרטן האחראיים לנמק של סרטן מסוג sarcoma Meth A שהושרה בעכברים מסוג BLB/c על ידי הקרצינוגן -methylcholantrene3.

בשנת 1984 שובטו ה-cDNAs של הלימפוטוקסין של Ruddle ושל ה-TNF של Carswell, והתברר ששני החומרים היו דומים. למעשה, הקישור של TNF לקולטן שלו ניתן היה לעיכוב על ידי הלימפוטוקסין, מה שאישר את ההומולוגיה התפקודית של שני הגורמים האלה. ההומולוגיה של רצף חומצות האמינו וההומולוגיה בתפקוד של TNF ושל לימפוטוקסין, הביאו לשינוי שמותיהם ל-TNF-α ו-TNF-β, בהתאמה (Pennica וחב' ב-Nature משנת 1984).

בשנת 1985 פרסמו Bruce Beutler ו-Anthony Cerami בשני מאמרים מכוננים ב-J Exp Med וב-Science, שההורמון cachectin המשרה כיחשון (cachexia) אינו אלא TNF, וזיהו את TNF כמתווך בהרעלה על ידי אנדו-טוקסינים. בשנים 1986 ו-1987 פרסמו Tracey ו-Cerami ב-Nature וב-Science את תפקיד המפתח של TNF בתרחיש של הלם ספטי קטלני, וזיהו את ההשפעות הריפוייות של נוגדנים חד-שבטיים כנגד TNF. בשנת 2009 פרסם Marc Mattson ב-Brain Res Rev, ש-TNF יכול למנוע את מותם בתהליך אפופטוזיס של תאי עצב בעזרת מנגנון הכורך שפעול של גורם השעתוק NF-κB המשרה את הביטוי של Bcl-2 ו-Mn-SOD, שני גורמים אנטי-אפופטוטיים בתא.

שלבים בהבנת התפקוד של TNF-α

החלבון TNF-α הוא ציטוקין דלקתי פלאוטרופי. רוב האיברים בגוף מושפעים על ידי TNF-α, ולציטוקין זה יש מספר תפקידים, שחלקם הגדול עדיין לא מפוענחים או מובנים. לציטוקין זה יש גם השפעות מנוגדות המעודדות צמיחה ושגשוג אך גם מעכבות אותם: לדוגמה, TNF-α משרה שגשוג של נויטרופילים בעת תהליך דלקתי, אך הוא גם משרה אפופטוזיס בתאים אלה עם הקשרו לקולטן TNF-R55 כפי שהראו Murray וחב' בשנת 1997. TNF-α מיוצר במספר סוגי תאים, אך בעיקר על ידי מקרופאגים. היו אלה Tracey ו-Cerami שהציעו בשנת 1990 שני תפקידים מועילים של ציטוקין זה: ראשית, הרמות הנמוכות שלו עשויות לסייע בשמירת ההומאוסטאזיס על ידי ויסות של הקצב הצירקדיאני (מקצב יומי, מחזוריות של פעילות יום ולילה) של הגוף. יתרה מכך, רמות נמוכות של TNF-α עוזרות לתהליך ה-remodeling של רקמות מזדקנות או פצועות על ידי עידוד שגשוג של פיברובלסטים.

תפקידים מועילים נוספים של TNF-α כוללים את השתתפותו בתגובה החיסונית כנגד פלישת חיידקים, נגיפים, טפילים ופטריות מסוימות, כמו גם השתתפותו בגרימת נמק למספר סוגי סרטן. בנוסף, ציטוקין זה פועל כתווך מרכזי בתגובה חיסונית-דלקתית המקומית. TNF-α הוא חלבון מגיב של acute phase והוא מאתחל שרשרת של ציטוקינים אחרים ומגביר את החדירות (permeability) הוסקולארית, ובכך מסייע לגייס מקרופאגים ונויטרופילים לאיזור הזיהום. הפרשה של TNF-α על ידי מקרופאגים, גורמת לקרישת דם המסייעת למנוע התפשטות הזיהום. Janeway וחב' הראו ב-1999 שללא TNF-α עכברים מודבקים על ידי חיידקים גראם שליליים מגיעים להלם ספטי.

לעומת זאת, הפעילויות הפתולוגיות של TNF-α משכו תשומת לב רבה. לדוגמה, למרות שציטוקין זה גורם לנמק של גידולים שונים, הוא מעודד את שגשוגם של סוגי סרטן אחרים. רמות גבוהות של TNF-α נמצאות במתאם חיובי עם סיכון מוגבר של תמותה (Rink & Kirchner, 1996). ציטוקין זה נוטל חלק במפגעים דלקתיים מגוונים, ואם בעבר היו סבורים שאלח-דם (ספסיס) נגרם ישירות על ידי החיידקים הפולשים, התברר מאוחר יותר שחלבונים של הפונדקאי כגון TNF-α, משרים ספסיס בתגובה לחדירת החיידקים. אן, פקטורים שונים המופרשים על ידי החיידקים החודרים לגוף, מעודדים יצירה של TNF-α ושל ציטוקינים נוספים. יש לציין ש-TNF-α מעורר תהליכים אפופטוטיים ואנטי-אפופטוטיים בו-זמנית. המסלולים שיופעלו ועוצמת הפעילות של כל מסלול תלויים בסוג התא ובשיווי המשקל הדינמי המתהווה בתוך התא.

ליפופוליסכריד (LPS) של דופן החיידקים מהווה גירוי חזק במיוחד לסינתזה של TNF-α, כפי שהדגימו Tracey ו-Cerami ב-1993, וכאשר ייצורו של הציטוקין מגיע לרמה גבוהה הוא מתרחק מהזיהום הבקטריאלי המקומי, וחודר לצירקולציה ליצירת ספסיס. Janeway וחב' הראו ב-1999 שבנפחי דם נמוכים בסמוך לזיהום מתהווה היפו-פרוטאינמיה, נויטרופניה, ולאחר מכן נויטרופיליה. איברי הגוף כושלים עד כדי סכנת מוות. קורבנות של הלם ספטי חווים חום גבוה, נפילה בלחץ הדם, דיכוי של שריר הלב, התייבשות, כשל חד של הכליות ומחנק.

אך בנוסף להשפעות החריפות של TNF-α, הוא מפגין גם השפעות כרוניות. אם הציטוקין הזה נותר בגוף למשך פרק זמן ארוך, הוא מאבד את פעילותו האנטי-סרטנית. זאת כתוצאה מפולימריזציה של הציטוקין, או כתוצאה מנשירה של קולטניו מעל פני התאים הסרטניים, או כתוצאה מיצירה של נוגדנים כנגדו, שמוצאים אצל אנשים עם קרצינומות שונות או באלה עם זיהומים כרוניים. סיבה נוספת היא פגיעה בתפקוד האנטי פרוטאוליטי של החלבון α-2-macroglobulin, מה שמאפשר לפעילות פרוטאוליטית בדם לפגוע בציטוקין. יצירה מתמשכת של עודף TNF-α אחראית להופעת cachexia המתאפיינת באנורקסיה, קטבוליזם מואץ, איבוד משקל ואנמיה, השכיחים במחלות ממאירות וב-AIDS. בעבר היו סבורים ש-TNF-α ו-cachectin הם 2 חלבונים שונים, אך בשנת 1985 פרסמו Beutler וחב' ב- J Exp Med שמדובר באותו חלבון. הגן האנושי TNT או TNF-α, שובט בשנת 1985 והוא ממוקם בזרוע הקצרה של כרומוזום 6 בעמדה 6p21.3. גודלו בערך 3kb, והוא מכיל 4 exons, כאשר האחרון מביניהם מקודד ליותר מ-80% מה-TNF המופרש. האקסון האחרון מראה דמיון ל-lymphotoxin α (או LTα שבעבר כונה TNF-β).

פיזיולוגיה

בעבר היו סבורים ש-TNF-α מיוצר בעיקר על ידי מקרופאגים (Olszewski וחב' ב-J Immunol משנת 2007), אך כעת ידוע שהוא נוצר גם על ידי תאים לימפואידים (בעיקר מונוציטים, נויטרופילים ואאוזינופילים), תאי T helper ו-natural killer, תאי פיטום (mast cells), תאי אנדותל, מיוציטים בלב, תאים ברקמת השומן, פיברובלסטים, ותאי עצב. כמויות גדולות של TNF משתחררות בתגובה ל-LPS, לתוצרים אחרים של חיידקים, ובתגובה לציטוקין IL-1. בעור, תאי פיטום הם המקור העיקרי ל-TNF, כתוצאה מגירוי דלקתי (דוגמת LPS)‏ (Walsh וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 1991).

ל-TNF-α יש מספר פעילויות על מערכות איברים שונות, בדרך כלל ביחד עם IL-1 ועם IL-6:

• השפעה על ההיפותלמוס, עידוד של הציר היפותלמוס-היפופיזה-אדרנל על ידי עידוד ההפרשה של CRH או corticotropin releasing hormone. השפעות אחרות כתוצאה מפעילות TNF-α על ההיפותלמוס הן דיכוי תיאבון והשריית חום
• השפעה על הכבד, עידוד תגובת acute phase, ויצירה מוגברת של C-reactive protein ומספר מגיבי acute phase נוספים
• TNF-α מעודד גם תנגודת לאינסולין, על ידי סיוע לזרחון של שייר serine ב-insulin receptor substate-1 (או IRS-1) המפריע לאיתות של אינסולין
• כמו כן TNF-α משמש כגריין כימי (chemoattractant) עבור נויטרופילים, והוא מעודד את הביטוי של מולקולות ספיחה על פני תאי אנדותל, באופן שמסייע לנויטרופילים לנדוד
• פעילות על מקרופאגים: TNF-α מעודד פגוציטוזה ויצירה של IL-1 וחומרים מחמצנים, כמו גם את יצירת הליפיד הדלקתי Prostaglandin E2 או PGE2

הגברה מקומית בריכוז TNF-α עלולה לגרום דלקת מקומית חריפה, חום, התנפחות, אדמומיות וכאב ניכר. בעוד ריכוזים גבוהים של TNF משרים תסמונות דמויות-הלם, חשיפה מתמשכת לריכוזים נמוכים של TNF יגרמו לכיחשון, האופייני גם לחולי סרטן. במחקר שהתפרסם ב-2010 ב-Nature Med הראו Said וחב', ש-TNF-α גורם לעיכוב על ידי IL-10 של התפתחות ותפקוד של תאי T מסוג CD4, על ידי שדרוג רמות האנטיגן PD-1 (או programmed death-1) על פני מונוציטים, מה שמוביל ליצירת IL-10 על ידי המונוציטים לאחר יצירת הקשר בין PD-1 ו-PD-L (או PD ligand).

מחקר של Pedersen וחב' שהתפרסם בשנת 2010 ב-J Biomed Biotech, מרמז לכך שהגדלת ריכוז TNF-α בתגובה לספסיס מעוכבת על ידי myokines הנוצרים לאחר פעילות גופנית מאומצת. כדי לבחון האם פעילות גופנית מאומצת יכולה להשרות תגובה אנטי-דלקתית אמיתית, נבנה מודל של "דלקת ברמה נמוכה" בה הוחדר אנדוטוקסין של E. Coli במינון נמוך למתנדבים בריאים, שחלקם נצטוו לנוח או לעסוק בפעילות גופנית לפני שהאנדוטוסין הוזרק לגופם. במתנדבים שנחו אנדוטוקסין השרה עליה של פי 2-3 ברמת TNF-α. לעומת זאת, אלה שביצעו משך 3 שעות רכיבה ארגומטרית על אופניים, וקיבלו את מנת האנדוטוקסין לאחר 2.5 שעות, תגובת ה-TNF-α נגרעה לחלוטין. מחקר זה מספר עדות מסוימת לכך שפעילות גופנית מאומצת עשויה לעכב יצירת TNF-α.

המבנה של TNF-α

החלבון TNF בצורתו הבשלה מכיל 157 חומצות אמינו. הוא נוצר בראשונה כחלבון טרנס ממברנלי type 2 המכיל 233 חומצות אמינו, מאורגנות כשלושה הומו-מונומרים יציבים. צורה זו של ציטוקין הומו-טרימרי אינטגרלי ומסיס של הממברנה (sTNF), משתחרר על ידי ביקוע של מטלו-פרוטאזות, אנזים הידוע כ-TACE או TNFα converting enzyme. כינוי נוסף של אנזים זה הוא ADAM17. הטרימר המסיס sTNF בעל משקל מולקולארי של 51 אלף דלטון, נוטה לעבור דיסוסיאציה בריכוזים נמוכים בתחום הננומולר, ולאבד את פעילותו.

TNF-α זוהה לראשונה בצורתו המופרשת (משקל מולקולרי 17 אלף דלטון), אך המשך המחקר העלה שקיים קודמן (precursor) בלתי מקוטע (משקל מולקולרי 27 אלף דלטון), שהוא טרנס-ממברנלי (Perez וחב' משנת 1990). מקרופאגים שעברו גירוי מייצרים TNF-α בלתי מקוטע, המסוגל להיקשר לשני קולטניו (TNFR-55 ו-TNFR-75) על ידי מגע בין-תאי, או לעבור ביקוע ולהיקשר לקולטניו בצורתו המסיסה. בגלל שמבנה המולקולה של TNFα משותף לחלבוני מעטפת של נגיפים, עלתה ההשערה שחלבונים אלה מקורם באותו אב-קדמון (Jones וחב' ב-Nature משנת 1989). ל-TNF-α יש הומולוגיה של 36% בלבד עם TNF-β (על פי Meager וחב' משנת 1991), אך המבנים השלישוניים של שני החלבונים דומים ביותר ושניהם נקשרים ל-2 הקולטנים TNFR-55 ו-TNFR-75, המבוטאים על פני כל התאים הסומטיים. בנוסף לצורה הטרנס-ממברנלית שלו ולצורתו המופרשת, TNF-α מסוגל לחדור לתוך ממברנות תאים וליצור תעלות יונים חוצות ממברנות, על ידי שהוא עובר שינוי מקונפורמציה הידרופילית להידרופובית.