Μελέτη για την πρόκληση παραγωγής καθελισιδίνης σε παιδιά με ατοπική δερματίτιδα μετά από χορήγηση βιταμίνης D

Abstract

Atopic dermatitis (AD) is a chronic skin disease of unknown etiology. It is usually detected during the early years of life, sometimes during infancy. Rarely, it may develop for the first time in adulthood. It involves 15-30% of children, while in adults the frequency is reduced to 2-10% (1). Clinical features of the disease are itching, dry skin and thickening of the stratum corneum (lichenification). The pathogenesis of atopic dermatitis seems to be the result of genetic predisposition and immunological dysfunction of the epidermal barrier (2, 3). The skin is the first defense mechanism of the organism. Its permeability is determined by the interaction of keratinocytes with a group of proteins and certain enzymes and lipids. Any disturbance of these components, histological or functional, could deteriorate the normal function of the epidermal barrier and trigger the disease. For instance, injuries may predispose to susceptibility in invading microbial agents to the skin thus; triggering an immune response. This results in phagocytosis of these agents by neutrophils and macrophages and the production of mediators of inflammation. A common problem of patients suffering from AD are cutaneous infections, especially from Staphylococcus aureus and to a lesser extent by herpes simplex. During the last decade, a group of small cationic antimicrobial peptides (AMPs) has been described which seem to have a direct relationship with the pathogenesis of atopic dermatitis. These peptides are produced both by keratinocytes and blood cells, particularly neutrophils and monocytes. Leave along their direct bactericidal effect, AMPs also seem to mediate the immune response in the epidermis. Cathelicidin is the main representative of the family of AMPs. Human cathelicidin, usually referred as LL-37, or hCAP18, has bactericidal (disrupts the cell membrane of bacteria), antiviral and antifungal, properties (4). It has also been found to play a role in chemotaxis, angiogenesis and wound healing (5, 6). In normal skin, the concentration of cathelicidin is small but it significantly increases after disruption of the epidermal barrier, eg after injury or in some chronic inflammatory skin diseases such as psoriasis. In cases, however, with atopic dermatitis this effect is not triggered as the epidermis lose its potential in AMP production (7). This effect seems to, also, reflect the increased incidence of infections in this category of patients. Vitamin D levels are directly related to daily consumption and its production in the skin. Recent studies suggest that vitamin D seem to be an important regulator of cathelicidin production in the dermis (8, 9). Specifically, researchers have shown that dermal wounds and infections result in a significant increase of the CYP27B1 enzyme which converts 25-hydroxyvitamin D to calcitriol. Given this information we conducted a prospective study in toddlers and young children that suffered from atopic dermatitis aiming to identify the potential impact of vitamin D supplementation in the course of the disease and cathelicidin levels. According to the findings of our study, levels of serum cathelicidin in children with atopic dermatitis were significantly higher compared to those of children in the control group (p = .02). Neither baseline serum cathelicidin, nor cathelicidin in tissue preparations from atopic skin appear to correlate with the severity of the SCORAD index. Children with severe atopic dermatitis (SCORAD index> 40) received higher doses of vitamin D in order to sufficiently reduce the disease (comparable index SCORAD children with mild atopic dermatitis). While the baseline SCORAD differed statistically significant level between the two groups of children with AD (p <.001) this difference disappeared at 20 (p = .649) days and remained statistically insignificant both at 45 days (p = .610), and at the end of the administration of treatment (p = .474). This effect was based on a significant downregulation of the severity of symptoms in the group of children that received 2400 IU of vitamin D. The relationship of cathelicidin at the end of the experiment with the SCORAD index remained insignificant.According to the findings of our study, the amount of cathelicidin was higher in the serum of atopic children compared to the amount of it in the serum of the control group. On the other hand, there was no correlation between the severity of atopic dermatitis and the level of cathelicidin in the serum of the patients, as the SCORAD index did not differ significantly among patients with different types of atopic dermatitis. Moreover, there was a statistically significant difference of the SCORAD index between patients of different stages of atopic dermatitis at the baseline measurements. While the study was in progress that difference became statistically insignificant because the severity of the disease downregulated in the severe AD group that received double dose of vitamin D. Finally, the difference of the levels of cathelicidin between the two groups of patients remain statistically insignificant during the final measurements, so there was no correlation of the cathelicidin levels in the serum of the patients and the severity of the disease neither at the beginning of the study nor at the end.There is a lot of evidence in the literature that support and explain the findings of our study showing that vitamin D may have an important therapeutic role in AD. First of all, cathelicidin LL-37 is an antimicrobial micropeptide which plays an important role in several chronic inflammatory skin diseases such as atopic dermatitis, psoriasis and rosacea (11). 1,25-Dihydroxyvitamin D3 which is the active form of vitamin D seems to be the upregulator of cathelicidin levels in epidermal keratinocytes, playing a crucial role in the skin defence mechanisms (12). Oral vitamin D supplements reduce the skin superinfections by Staphylococcus aureus and other microbial factors of the patients with atopic dermatitis leading to clinical improvement of the disease and recession of the symptoms (13). S. aureus, especially, is one of the exogenous factors that exacerbate the symptoms and the clinical course of atopic dermatitis the most, thus S. aureus could be considered as one of the future therapeutic targets to patients with AD (14). A possible therapeutic mean could be Narrowband ultraviolet B which improves the vitamin D balance at the epidermal cytokine network and increases the level of cathelicidin resulting in more effective wound healing and downstaging of the severity of the skin lesions (15). Another possible way to reduce the symptoms and severity of AD could be antihistamine agents, because itching and generally mechanical injury downregulates the level of cathelicidin in patients with AD leading to infections and as a result exacerbating of the clinical status (7). According to all the facts above, we consider that our study could have both a short-term and very crucial clinical appliance and a long-term research contribution. Specifically, cathelicidin could be a very sensitive and useful marker for the diagnosis of atopic dermatitis and other chronic inflammatory skin diseases. On the other hand, cathelicidin has no correlation with the severity and the extent of AD, so the use of it must be strictly oriented for diagnostic purposes, not for evaluation of the clinical course and the progress of the disease. Furthermore, except from a very useful marker, cathelicidin could be a very important therapeutic tool for clinicians in order to improve the evolution and the severity of the disease. Vitamin D is the therapeutic mean our study used in order to cause an increase of cathelicidin levels leading to a remarkable clinical result. Thus we recommend the wide use of vitamin D by patients with AD in order to improve their clinical status and their quality of life. A relationship between the severity of the disease and the dose of vitamin D that is needed seems to exist. Consequently, an increased SCORAD index requires an increased dose of Vitamin D in order to reach the desirable result.Apart from the clinical contribution of our study, we believe that it must trigger future research towards several directions. First of all, the way of administration of vitamin D, the exact doses according to the severity of the disease and the exact expected therapeutic results should be standardized. In addition, other therapeutic means that cause an increase of cathelicidin should be searched. The interaction of those means with vitamin D and a possible combination could be searched as well. Finally, all the facts and the therapeutic agents that were invited about atopic dermatitis could be correlated and applied to other chronic inflammatory skin diseases that share the same pathophysiological background with atopic dermatitis such as psoriasis and rosacea.

Τα τελευταία χρόνια γίνονται μεγάλες προσπάθειες ώστε να αποσαφηνισθούν τα παθοφυσιολογικά αίτια της ατοπικής δερματίτιδας. Δύο θεωρίες φαίνεται να επικρατούν με βάση την ενυπάρχουσα γνώση. ρώτον, η θεωρία των κερατινοκυττάρων στην οποία η βλάβη θεωρείται ότι βρίσκεται στα επιθηλιακά κύτταρα, οδηγώντας στη γνωστή διαταραγμένη λειτουργία του επιδερμικού φραγμού. Το ιστομορφολογικό φάσμα του εκζέματος γίνεται καλύτερα κατανοητό μέσα από την παρακολούθηση των κλινικών φάσεων της αλλεργικής δερματίτιδας εξ επαφής. Η οξεία δερματίτιδα εξ επαφής εμφανίζεται ως μια φυσαλιδώδης βλάβη που είναι συνήθως ερυθηματώδης και πάντα κνησμώδης, και παρουσιάζει εμφανή φλυκταινίδια. Σε περίπτωση που το επαφιόμενο αντιγόνο παραμείνει, η βλάβη γίνεται πιο ερυθηματώδης, με πλάκες και μικρότερα φλυκταινίδια. Όσο η πλάκα παραμένει114και μπαίνει στην υποξεία φάση, η βλάβη σπάζει και απομένει μια υδαρής, ρωγμώδης και έντονα κνησμώδης περιοχή. αραμονή του αντιγόνου, μερικές φορές στις στοιβάδες της επιδερμίδας για ένα χρονικό διάστημα ή όταν αυτό παραμένει από εξωτερική πηγή (π.χ. χρωστικές στη δερματίτιδα των υποδημάτων), έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας πιο επηρμένης πλάκας. Η βλάβη έχει βαθύ κόκκινο χρώμα, είναι φολιδωτή, και κνησμώδης χωρίς φλύκταινες. Αυτή η εξέλιξη σηματοδοτεί τη φάση της λειχηνοποιημένης πλάκας.ι βλάβες της ατοπικής δερματίτιδας (ΑΔ) περνούν από συγκεκριμένα στάδια: Η οξεία ΑΔ εμφανίζει εκτεταμένη σπογγίωση με μετανάστευση κυττάρων οξείας και χρόνιας φλεγμονής στην επιδερμίδα από το επιφανειακό αγγειακό πλέγμα, χωρίς να συνοδεύεται από σημαντική αύξηση του πάχους ή ακάνθωση της επιδερμίδας. Η υποξεία ΑΔ εμφανίζει εντονότερη ακάνθωση της επιδερμίδας με στροφή από ουδετερόφιλη διήθηση σε μία πλούσια σε λεμφοκύτταρα ή/και ηωσινόφιλα.Ένα από τα πιθανά αίτια της ατοπικής δερματίτιδας, το οποίο έχει προταθεί, είναι η διαταραχή του ενδογενούς επιδερμιδικού αντιμικροβιακού φραγμού. Στις περιπτώσεις ασθενών με ατοπική δερματίτιδα φαίνεται ότι υπάρχει κάποιου είδους διαταραχή στην έκφραση των αντιμικροβιακών πεπτιδίων, συμπεριλαμβανομένων των ντεφενσινών και τη καθελισιδίνης. Συγκεκριμένα, φαίνεται ότι η επαγωγή της μετάφρασης του mRNA της καθελισιδίνης σε απάντηση στο τραύμα είναι σημαντικά επηρεασμένη στους ασθενείς αυτούς, σε σύγκριση με τους υγιείς ανθρώπους. ία πιθανή εξήγηση για την παρατήρηση αυτή είναι το διαταραγμένο μικροπεριβάλλον στο δέρμα που πάσχει από ατοπική δερματίτιδα. Συγκεκριμένα, φαίνεται ότι οι κυτταροκίνες που επάγουν τα Th2 κύτταρα, όπως η IL-4 και 13, είναι ιδιαίτερα αυξημένες στις περιπτώσεις αυτές, και έχουν ως αποτέλεσμα την αναστολή της έκφρασης της καθελισιδίνης στα κερατινοκύτταρα. Το αποτέλεσμα αυτής της ανεπάρκειας είναι η115συχνή εμφάνιση δερματικών λοιμώξεων στους ασθενείς αυτούς, οι οποίοι λόγω του συχνού νυγμού του δέρματος λόγω του κνησμού, προκαλούν ρήγματα στον επιδερμιδικό φραγμό.ρισμένα από τα συστήματα που συμμετέχουν στην παραγωγή καλσιτριόλης είναι το ερειστικό (παραγωγή στα οστά), το δέρμα (παραγωγή στα επιθηλιακά κύτταρα), το αναπνευστικό (πνεύμονες) και το ανοσοποιητικό (κύρια συμμετοχή έχουν τα μακροφάγα κύτταρα) . Η παραγωγή καλσιτριόλης στα μακροφάγα διαφέρει από αυτή στο νεφρικό ιστό. Η ενεργοποίηση των μακροφάγων μετά από ερέθισμα του ανοσοποιητικού συστήματος πραγματοποιείται μέσω των υποδοχέων TLR (Toll-like receptor) ή μέσω της ιντερφερόνης-γ η οποία οδηγεί στην επαγωγή του κυττοχρώματος CP27B1 και την παραγωγή καλσιτριόλης. Η παραγωγή αυτή είναι εξαρτώμενη των ποσοτήτων καλσιδιόλης στον οργανισμό, ενώ αντιθέτως δε φαίνεται να εξαρτάται από την παρουσία παραθορμόνης. Σε αντίθεση με την παραγωγή CYP24 (του καταβολικού ενζύμου της καλσιδιόλης και της καλσιτριόλης), στην περίπτωση της ενεργοποίησης της παραγωγής της ενεργοποιημένης βιταμίνης D από τα μακροφάγα, το ένζυμο αυτό, ενώ παράγεται, φαίνεται πως είναι ανενεργό. Επομένως η παραγωγή 1,25-διυδρόξυ-βιταμίνης D από τα μακροφάγα δεν αυτοπεριορίζεται. Η συνεχόμενη αυτή παραγωγή μπορεί να αυξήσει, φυσικά, σημαντικά τα ποσοστά της στον οργανισμό με άγνωστες συνέπειες.αρά τη σαφή επίδραση της βιταμίνης D στην ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος σε in vitro μελέτες, ο ακριβής μηχανισμός δράσης της σε in vivo μελέτες παραμένει αδιευκρίνιστος. Όπως προαναφέρθηκε, ο επιδερμιδικός φραγμός αποτελεί ένα μέρος της αντίστασης του οργανισμού στα εξωγενή παθογόνα. Τα αντιμικροβιακά πεπτίδια τα οποία παράγονται από τα κερατινοκύτταρα, τα ουδετερόφιλα και λοιπά116κύτταρα αποτελούν τον ακραιφνή σχηματισμό αντίστασης του ανοσοποιητικού, μετά τη λύση του δέρματος.Φαίνεται μάλιστα ότι η ανεπάρκεια της βιταμίνης D αποτελεί σημαντικό παράγοντα επαγωγής της ατοπικής δερματίτιδας. Στη διαδικασία αυτή πιθανολογείται ότι συμμετέχουν ανοσορυθμιστικοί παράγοντες, και παράγοντες επαγωγής της διαφοροποίησης των κυττάρων. Σε ένα μικρό αριθμό κλινικών μελετών έχει διερευνηθεί η συσχέτιση των επιπέδων βιταμίνης D στον ορό με την πιθανότητα ανάπτυξης ατοπικής δερματίτιδας ενώ αντίστοιχα φαίνεται ότι η απάντηση του ανοσοποιητικού συστήματος στο δερματικό τραύμα είναι διαταραγμένη στους ασθενείς που εμφανίζουν ατοπική δερματίτιδα και έκζεμα. Ωστόσο, τα αποτελέσματα είναι διφορούμενα καθώς κάποιες από αυτές υποστηρίζουν ότι τα επίπεδα της καθελισιδίνης επηρεάζονται αρνητικά από τους τραυματισμούς, ενώ άλλες υποστηρίζουν ότι η έκφρασή της αυξάνεται.Στην υπό εκπόνηση παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκαν 47 ασθενείς με ατοπική δερματίτιδα που παρακολουθούνταν στο εξωτερικό παιδιατρικό παιδοδερματολογικό ιατρείο του οσοκομείου αίδων «αναγιώτη & Αγλαΐας υριακού». ι ασθενείς με Ατοπική Δερματίτιδα εκτιμήθηκαν ανάλογα τον δείκτη βαρύτητας της νόσου (SCORAD) κατά Hanifin J.M. και Rajka.Τα αποτελέσματα της μελέτης μας αναδείξανε τη σημαντική βελτίωση του δείκτη SCORAD μετά από χορήγηση βιταμίνης D. Τα αποτελέσματα φαίνεται ότι είναι δοσοεξαρτώμενα, καθώς οι ασθενείς με βαρύτερη μορφή ατοπικής δερματίτιδας αντιμετωπίσθηκαν με αυξημένη δόση βιταμίνης D και στο τέλος της θεραπείας τα συμπτώματα της ατοπικής δερματίτιδας ήταν σημαντικά βελτιωμένα, ενώ παράλληλα δε διέφεραν σε βαρύτητα από αυτά των ασθενών με ήπια μορφή ατοπικής δερματίτιδας οι οποίοι και αντιμετωπίσθηκαν με χαμηλή δόση βιταμίνης D.117Η καθελισιδίνη, παρόλα αυτά, δε φαίνεται να σχετίζεται με τη βαρύτητα της ατοπικής δερματίτιδας (δείκτης SCORAD). αράλληλα η θεραπεία με βιταμίνη D δε φαίνεται να επηρεάζει σε κλινικά σημαντικό βαθμό τα επίπεδά της στον ορό. Επομένως, συμπεραίνεται ότι η βελτίωση των συμπτωμάτων της ατοπικής δερματίτιδας μετά από χορήγηση βιταμίνης D είναι ανεξάρτητη της δράσης της καθελισιδίνης.