Interleukin 2

Interleukin-2 (IL-2) je cytokin o molekulové hmotnosti 15,5 – 16 kDa.^[1] IL-2 patří společně s interleukinem 4, 7, 9, 15 a 21 do skupiny γ_c cytokinů, které signalizují přes společnou receptorovou podjednotku CD132.^[2] IL-2 je produkován zejména aktivovanými T lymfocyty, ale i dalšími populacemi aktivovaných imunitních buněk, jako jsou NK a NKT buňky, dendritické buňky či žírné buňky.^[1] Jedná se o odpověď těchto buněk na zánět probíhající v těle.^[3] Následně způsobuje masivní proliferaci (rychlé množení) dalších T-lymfocytů a B-lymfocytů.^[4]

IL-2 byl objeven 1975, jakožto růstový faktor T-lymfocytů a byl mezi prvními interleukiny, které byly popsány na molekulární úrovni. ^[5] Jeho objevem bylo umožněno kultivovat T lymfocyty - byl proto také pojmenován jako T-buněčný růstový faktor (T-cell growth factor = TCGF). Gen pro IL-2 byl naklonován pak roku 1983 a struktura identifikována 1992.

Existují tři receptorové podjednotky, které mohou tvořit receptor pro IL-2 (IL-2R). Každý řetězec, respektive jejich kombinace se vyskytuje na různých typech buněk a váže IL-2 s různou afinitou. Tyto řetězce jsou IL-2Rα (CD25), IL-2Rβ (CD122) a IL-2Rγ_c (CD132).^[6] Komplex CD122/CD132 je exprimován zejména NK buňkami a paměťovými CD8⁺ T-lymfocyty, v menší míře také paměťovými CD4⁺ T-lymfocyty a naivními CD8⁺ T-lymfocyty.^[1] Tento dimerní IL-2R váže IL-2 se střední afinitou (s disociační konstantou K_d ≈ 10⁻⁹ M). Po aktivaci T lymfocytu dojde k expresi CD25 receptorové podjednotky na buněčný povrch a tedy k signalizaci přes vysoce afinní (K_d ≈10⁻¹¹ M) trimerní CD25/CD122/CD132 receptor. Za klidového stavu v buňce exprimují trimerní IL-2R pouze T-regulační buňky (Treg) a tyto jsou tedy schopny utilizovat nízké hladiny IL-2.^[7] Samotná CD25 podjednotka váže IL-2 s nízkou afinitou (K_d ≈10⁻⁸ M). CD25 s navázaným interleukinem nevede z důvodu krátké intracelulární domény k transdukci signálu, ale slouží ke zvýšení afinity takto navázaného IL-2 k dimernímu CD122/CD132.^[8]

Je známo, že IL-2 reguluje expresi vlastních receptorů pozitivní zpětnovazebnou smyčkou. Během IL-2 signalizace stoupá exprese IL-2Rα a IL-2Rβ na povrchu signál přijímající buňky. ^[7]

IL-2 signalizace může probíhat prostřednictvím tří různých signalizačních drah, což vysvětluje pleiotropní povahu působení tohoto cytokinu. Těmito třemi dráhami jsou JAK/STAT, PI3K/Akt/mTOR a MAPK/ERK signalizační kaskáda.^[1] Navázání IL-2 na dimerní či trimerní IL-2R vede k heterodimerizaci cytoplasmatických domén CD122 a CD132 receptorových podjednotek. To vyvolá aktivaci Janus kináz JAK1 a JAK3, které fosforylují tyrozin na pozici 338 na intracelulárním konci CD122. Tato fosforylace rekrutuje transkripční faktory z rodiny STAT proteinů, zejména STAT5, které dimerizují a migrují z cytoplasmy do jádra, kde se vážou na DNA a ovlivňují transkripci příslušných genů.^[9]

IL-2 hraje klíčovou roli ve fungování imunitního systému. Má pleiotropní účinky, aktivuje i inhibuje imunitní reakci. IL-2 deficientní myši vykazují autoimunitní fenotyp, z čehož lze usuzovat, že klíčovou rolí tohoto cytokinu je udržení homeostáze a supresivní kapacity Treg buněk.^[1]

Mezi další role IL-2 patří aktivace CD4⁺ i CD8⁺ buněk. Aktivované CD4⁺ buňky jsou také jeho největším producentem, IL-2 tedy zpočátku pozitivně reguluje vlastní expresi. V pozdější fázi imunitní reakce naopak IL-2 stimuluje expresi FasL na aktivovaných CD4⁺ buňkách, což vede k jejich apoptotické smrti a tedy snížení koncentrace IL-2. ^[10]

Proliferace je indukována přes protoonkogeny c-myc a c-fos a proti-apoptotickou dráhu Bcl-2.^[11] Bylo také prokázáno, že velmi důležitou funkcí IL-2 je vedle indukce proliferace i zeslabování imunitní odpovědi, aby se předešlo autoimunitám, toho je docíleno negativní zpětnou smyčkou, kdy výška hladiny IL-2 reguluje tvorbu dalšího IL-2.

IL-2 působí ale nejen na T-lymfocyty. Také se podílí na aktivaci růstu NK buněk a zvyšuje jejich cytotoxickou aktivitu a dále stimuluje i B-lymfocyty k produkci protilátek. V IgM B-lymfocytu je indukována zvýšená exprese těžkého a lehkého řetězce a J řetězce.

Další velkou roli v autoregulaci IL-2 hraje i různá afinita jeho receptorů a fakt, že IL-2 pozitivně stimuluje jejich expresi. Nízkoafinní IL-2Rα, exprimovaný aktivovanými CD4⁺ lymfocyty, po zachycení IL-2 dává signál k jeho další produkci. Vysokoafinní IL-2Rα/β/γ_c receptor po zachycení IL-2 aktivuje Treg, tedy tlumí další expresi IL-2.

IL-2 je dále i růstovým faktorem pro NK buňky, má tedy vliv i na produkci IFNγ nebo TNFα.^[12]

Regulace genové exprese pro IL-2 probíhá několika způsoby a na více úrovních. Jedním z checkpointů je signalizace přes TCR receptor, antigenní receptor T-lymfocytů po rozpoznání MHC-peptid komplexu. Signalizace od TCR následně vede přes dráhu fosfolipázy C (PLC). Ta aktivuje 3 základní transkripční faktory a jejich dráhy: NFAT, NFkB a AP-1. Po kostimulaci od CD28 je indukována optimální aktivace exprese IL-2 a těchto drah.^[13][1]

Současně je exprimován i Oct-1, který napomáhá aktivaci. Oct1 je exprimován v T-lymfocytech a Oct2 je indukován po T-buněčné aktivaci.

NFAT - má několik zástupců, všechny jsou lokalozovány v cytoplasmě a signalizace probíhá přes kalcineurin, NFAT se defosforyluje a tím je translokován do jádra.

AP-1 je dimer a skládá se z c-Jun a c-Fos proteinů a spolupracuje s dalšími transkripčními faktory včetně právě NFkB a Oct.

NFkB se translokuje do jádra po kostimulaci přes CD28. NFkB je heterodimer a jsou pro něj dvě vazebná místa na IL-2 promotoru.

Aktuální informace z výzkumu ukazují, že nízké dávky IL-2 primárně aktivují regulační T-buňky, proto by mohly být tyto dávky vhodné pro pacienty s chronickými a autoimunitními infekčními onemocněními jako je Lupus erythematosus, cukrovka I. typu nebo také odhojování štěpů transplantátů a GVHD.^[14]

Vysoká dávka IL-2 je naopak používána jako jeden z imunoterapeutických přístupů při léčbě maligních onemocnění . Lék nazývaný Proleukin nebo také Aldesleukin se používá k léčbě rakoviny ledvin, melanomu a rakoviny kůže. V tomto případě se podává ve vysokých dávkách intravenózně až 15 dávek (méně, pokud není tolerován). Objevují se však silné vedlejší účinky, někdy vyžadující až hospitalizaci a podpůrnou léčbu.

Velkou nevýhodou IL-2 terapie je její značná toxicita, která se projevuje zejména život ohrožujícím syndromem „prosakujících“ kapilár (VLS). Podávání vysokých dávek IL-2 totiž vede ke zvýšené propustnosti kapilár, neboť podávaný IL-2 stimuluje endotelové buňky k produkci prozánětlivých mediátorů, které působí na zvýšení permeability cévní stěny. Intravaskulární tekutina se tak dostává do extravaskulárních prostor a její hromadění ve tkáních může způsobovat edém plic či mozku za současného poklesu krevního tlaku, který může vést až k srdečnímu selhání. Edém plic po podání vysoké dávky IL-2 je způsoben zejména plicními endoteliálními buňkami, které exprimují CD25/122/132. Tyto buňky v reakci na zvýšenou hladinu IL-2 zvýší expresi CD25, aby snížily hladinu IL-2 v plicích a zabránily jejich přílišné imunitní stimulaci.^[15] Další vedlejší účinky podávání vysokých dávek IL-2 zahrnují hypotenzi, trombocytopenii, tachykardii, neurologické poruchy a zvýšení bilirubinu a dalších jaterních enzymů, indikující hepatotoxicitu.^[16] Velkou nevýhodou IL-2 protinádorové terapie je kromě rychlého poločasu eliminace podaného IL-2 z krevního oběhu také fakt, že tento cytokin příznivě ovlivňuje homeostázu a supresivní kapacitu imunosupresivních Treg buněk.^[1]

Kvůli těmto silným projevům se zavedla i nízko-dávková léčba, která je podávána subkutánně, tedy pod kůži, často pacienty samotnými.^[17]