The immune response is operated by two integrated systems, the adaptive and innate immune responses. Innate immunity includes both cellular and soluble components. The cellular part consists of host cells at the front line of defence - macrophages, monocytes, dendritic cells, neutrophils, endothelial cells and mast cells - that express receptors capable of recognizing common pathogen constituents, hence called pattern-recognition receptors, PRRs. Several cooperating PRR families, for example Toll-like receptors (TLRs) and receptors with nucleotide-binding domain leucine-rich repeats (NLRs), have been identified. They recognize two different classes of structures, pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) and non-microbial, danger-associated molecular patterns (DAMPs). The soluble component of the innate immune system includes an arsenal of acute-phase proteins, the expression of which is induced during the acute-phase response (APR), an immediate systemic reaction triggered by a local or systemic abnormal condition such as tissue injury, infection or trauma. In addition, the innate immune response is driven by numerous proinflammatory cytokines and mediators, most notably interleukin (IL-) 1β. The activity of IL-1β is tightly controlled; the induction of gene expression and the activation of pro-IL-1β require separate stimuli. IL-1β maturation takes place in cytosolic protein platforms called inflammasomes, of which NLRP3 is the most characterized.
The major acute-phase proteins in human are C-reactive protein (CRP) and serum amyloid A (SAA). In response to inflammatory stimulus, SAA concentration in plasma can increase up to 1000-fold. SAA circulates in association with high-density lipoprotein (HDL) and is, thus, suggested to play a role in lipid metabolism and transport. In addition, SAA possesses strong cytokine-like and proinflammatory properties. A pathogenic role for SAA has most clearly been implicated in AA amyloidosis, a systemic protein misfolding disease that can complicate chronic inflammatory conditions. Current evidence indicates that SAA is also as an active mediator in cardiovascular diseases.
The aim of the study was to elucidate the interaction between SAA and two types of innate immune system cells, human mast cells and macrophages, and the consequences of this interaction in the pathogenesis of AA amyloidosis and atherosclerosis, as well as the regulation of SAA in inflammation. It was demonstrated that SAA is a potent activator of mast cells and macrophages, as indicated by a dose-dependent production of key proinflammatory cytokines, IL-1β and tumor necrosis factor (TNF) -α, in both cell types. In mast cells, this activation led to the degradation of SAA by the mast cell-derived protease tryptase and to the formation of amyloid-like structures, suggesting a pathogenic role for mast cells in AA amyloidosis. The secretion of IL-1β was studied in more detail in human macrophages, in which SAA was found to be able to induce both the gene expression of IL1B, via TLR2 and TLR4, and the activation of the NLRP3 inflammasome, resulting in the secretion of mature IL-1β. The activation of NLRP3 involved the ATP-receptor P2X7 and cathepsin B activity. Native serum lipoproteins were shown to inhibit the activity of SAA and this inhibition was further enhanced by lipoprotein oxidation. Besides the expression of IL1B, oxidized LDL inhibited also the activation of the NLRP3 inflammasome. A decrease in the SAA-induced IL-1β production was observed also in vivo, suggesting that oxidized LDL, although possessing many pathological features, may represent a novel and significant regulator of SAA activity in inflamed tissues, including atherosclerotic lesions. All together, the findings of this study stress the significance of SAA in the pathogenesis of inflammatory diseases, such as atherosclerosis, and provide new insights into mechanisms leading to AA amyloidogenesis.Immuunivaste voidaan jakaa kahteen integroituneeseen järjestelmään, luontaiseen ja hankittuun immuunivasteeseen. Luontaiseen immuunijärjestelmään kuuluu sekä solu- että liukoisia komponentteja. Näistä ensimmäiseen lukeutuvat immuunipuolustuksen etulinjassa olevat solut - makrofagit, monosyytit, dendriittisolut, neutrofiilit, endoteelisolut ja syöttösolut - sekä näiden erityiset reseptorit, nk. hahmontunnistusreseptorit (engl. pattern-recognition receptors, PRR). Useita yhteistyössä toimivia PRR-perheitä tunnetaan, esimerkiksi TLR-reseptorit ja NLR-reseptorit. Nämä tunnistavat niin taudinaiheuttajaperäisiä kuin muihin elimistön hälytystiloihin tai vaurioihin liittyviä, ei-mikrobisia molekyylirakenteita. Luontaisen immuunijärjestelmän liukoinen osa käsittää lukuisia nk. akuutin vaiheen proteiineja, joiden tuotto indusoituu akuutin vaiheen reaktion aikana. Akuutin vaiheen reaktio on paikallisen tai systeemisen epänormaalin tilan, kuten kudosvaurion, infektion tai trauman, laukaisema välitön systeeminen reaktio, jota voidaan kutsua myös systeemiseksi tulehdukseksi. Luontaista immuunivastetta ohjaavat lisäksi lukuisat sytokiinit ja muut välittäjäaineet, erityisesti interleukiini-1β (IL-1β). Tulehdusta voimakkaasti edistävän IL-1β:n aktiivisuus on tiukan säätelyn alaisuudessa; IL1B-geenin tuotto ja IL-1β-proteiinin esiasteen aktivoituminen vaativat soluissa erilliset ärsykkeet. Näistä jälkimmäinen, esiasteen aktivoituminen, tapahtuu solunsisäisissä proteiinikomplekseissa, inflammasomeissa, joista NLRP3 on tunnetuin ja tutkituin.
Merkittävimmät akuutin vaiheen proteiinit ihmisessä ovat C-reaktiivinen proteiini ja seerumin amyloidi A, SAA (engl. serum amyloid A). SAA:n pitoisuus veressä voi tulehduksellisen ärsykkeen vasteena nousta jopa 1000-kertaiseksi normaaliin verrattuna. SAA kulkee verenkierrossa HDL:n mukana ja sillä on tämän vuoksi arveltu olevan lipidien metaboliaan ja kuljetukseen liittyviä tehtäviä. SAA:lla on lisäksi sytokiinien kaltaisia ja tulehdusta edistäviä ominaisuuksia. SAA:n patogeenisyys on osoitettu selkeästi sekundäärisessä AA-tyypin amyloidoosissa, joka on pitkittyneisiin tulehdustiloihin liittyvä systeeminen, proteiinien väärinlaskostumisesta johtuva tauti. Nykytiedon valossa SAA näyttää toimivan myös aktiivisena välittäjämolekyylinä sydän- ja verisuonitaudeissa.
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää SAA:n sekä kahden luontaiseen immuunijärjestelmään kuuluvan solutyypin, syöttösolun ja makrofagin, välistä vuorovaikutusta sekä tämän seurauksia AA-amyloidoosin ja ateroskleroosin kannalta. Myös SAA:n aktiivisuuden säätelyä tulehduksen aikana tutkittiin. SAA aiheutti tulehdusta edistävien sytokiinien erityksen sekä syöttösoluista että makrofageista annosriippuvaisella tavalla viitaten siihen, että SAA toimii molempien solutyyppien tehokkaana aktivaattorina. Syöttösoluissa aktivaatio johti SAA:n itsensä pilkkoutumiseen syöttösolulähtöisen tryptaasi-proteaasin toimesta ja edelleen amyloidin kaltaisten rakenteiden muodostumiseen. Tämä viittaa siihen, että syöttösolut saattavat olla osallisina AA-amyloidoosin patogeneesissä. Sytokiinieritystä tutkittiin tarkemmin makrofageissa, joissa havaitsimme SAA:n lisäävän sekä IL1B-geenin tuottoa että NLRP3-inflammasomin aktivaatiota johtaen aktiivisen IL-1β-proteiinin eritykseen. Osoitimme myös, että seerumin lipoproteiinit, HDL ja LDL, estivät SAA:n aktiivisuutta ja että tämä estovaikutus tehostui lipoproteiinien hapettumisen myötä. SAA-välitteisen IL-1β-erityksen väheneminen todennettiin myös steriilin vatsakalvontulehduksen hiirimallissa. On siis mahdollista, että sinällään monia patologisia piirteitä omaava hapettunut LDL saattaa edustaa uutta ja merkittävää SAA:n aktiivisuuden säätelijää tulehtuneissa kudoksissa, mukaan lukien ateroskleroottiset leesiot. Yhteenvetona, tämän tutkimuksen tulokset korostavat SAA:n merkitystä kroonisten tulehdustautien, kuten ateroskleroosin, patogeneesissä sekä tuovat lisävaloa AA-amyloidoosin tautimekanismeihin
