Citochine e dry eye

Riassunto

La malattia dell’occhio secco (dry eye disease, DED) è una patologia multifattoriale della superficie oculare caratterizzata da una perdita di omeostasi del film lacrimale e accompagnata da sintomi di disagio oculare, disturbi visivi e infiammazione della superficie oculare. Le citochine infiammatorie svolgono un ruolo cruciale nella patogenesi della DED. I pazienti con DED hanno livelli significativamente elevati di citochine infiammatorie nelle lacrime, tra cui IL-1, IL-6, IL-8, IL-10, IFNγ e TNFα, rispetto ai soggetti sani. L’IL-6 correla con l'intensità dei sintomi e con i segni clinici di infiammazione della superficie oculare. L'IL-1β e il TNF-α sono anch'essi aumentati, contribuendo all'infiammazione e al danno tissutale. La MMP-9 è associata alla disgregazione della barriera epiteliale. Le citochine infiammatorie nelle lacrime sono marcatori chiave dell'infiammazione nella DED e possono essere utilizzate per la diagnosi, la valutazione della gravità della malattia e il monitoraggio della risposta al trattamento. La misurazione delle citochine lacrimali offre un potenziale strumento diagnostico non invasivo per la gestione della DED. Recenti ricerche hanno reso e renderanno disponibili dispositivi basati su biosensori avanzati per la misurazione accurata di queste citochine nelle lacrime in maniera semplice in ambulatorio.

La malattia dell’occhio secco (dry eye disease, DED) è una condizione comune ma sottodiagnosticata nonostante la sua prevalenza sia in rapido e progressivo aumento, destinata ad aumentare con l’invecchiamento della popolazione e il cambiamento degli stili di vita. In realtà, la DED è tuttora sottovalutata come malattia, ed è ancora considerata poco più che un fastidio da molti medici, benché sia noto come possa portare a conseguenze cliniche severe se non gestita correttamente, ed avere effetti sulla qualità della vita di molte persone, compromettendone le capacità professionali, sociali e relazionali.
Viceversa, la DED è una malattia multifattoriale della superficie oculare spesso associata all'infiammazione (1-2). I mediatori infiammatori associati alla patogenesi della DED possono essere classificati come citochine infiammatorie ubiquitarie (3), citochine Th1-correlate (4), citochine Th17-correlate (5), chemochine e loro recettori (6), metallo proteinasi (7) e fosfolipasi secretorie (8). Studi sulla DED hanno dimostrato cambiamenti nell'espressione delle citochine lacrimali nell'uomo (9) permettendo di utilizzarle come biomarcatori oggettivi minimamente invasivi per classificare la gravità della malattia, chiarirne il meccanismo patogenetico, e valutare scelta ed efficacia dei trattamenti. Tuttavia, i dati pubblicati mostrano una significativa variabilità (10). Tale variabilità potrebbe riflettere differenze biologiche tra i soggetti e differenze metodologiche, e certo distorce l'interpretazione e il confronto dei risultati tra gli studi clinici.

Le più recenti evidenze sulla immunopatogenesi della DED (fig. 1) sostengono che l'infiammazione della superficie oculare sia sostenuta dall'attivazione e dall'infiltrazione continua di cellule immunitarie, principalmente cellule T CD4+ nella congiuntiva e cellule monocitarie CD11b+ nella cornea (11), come rappresentato in figura 1. Lo stress da iper-evaporazione (disseccamento) induce la secrezione di citochine infiammatorie, in particolare l'interleuchina (IL)-1, il fattore di necrosi tumorale (TNF)-α e l'IL-6, che facilitano l'attivazione e la migrazione delle cellule presentanti l'antigene (APC) residenti verso i linfonodi (LN) drenanti localizzati nelle aree adiacenti. Nel LN, queste APC stimolano le cellule T naïve (Th0), portando all'espansione delle cellule Th17 secernenti IL-17 e delle cellule Th1 secernenti interferone (IFN). L'IL-17 a sua volta antagonizza la funzione delle cellule T regolatorie (Treg) facilitando l'ulteriore espansione delle cellule Th17, che possono competere con le Treg per il fattore di crescita trasformante (TGF) disponibile nel milieu. Una volta generati questi effettori nel LN, essi migrano verso la superficie oculare e secernono citochine effettrici. L'interazione dell'IL-17 con i suoi recettori sulla superficie oculare porta a un danno epiteliale attraverso l'aumento della secrezione di metalloproteinasi della matrice (MMP) e di citochine infiammatorie. Oltre all'apoptosi e alla metaplasia degli epiteli della superficie oculare, l'IFN-γ provoca l'upregolazione dei ligandi delle chemochine e delle molecole di adesione (CAM), che facilitano l'ingresso delle cellule immunitarie nei tessuti della superficie oculare.

Cosa sono le citochine infiammatorie

Le citochine sono una classe di polipeptidi secreti dalle cellule in seguito a specifici stimoli infiammatori, come abbiamo visto, o in modo costitutivo, agendo come segnali di comunicazione tra le diverse cellule del sistema, come neutrofili, monociti, macrofagi, linfociti B e T (fig. 2) e anche tra queste, gli organi e i tessuti del corpo. Con qualche eccezione, quando questi polipeptidi sono prodotti dal sistema immunitario prendono il nome di interleuchine (IL).

Possono agire come fattori di crescita, promuovendo la proliferazione e il differenziamento delle cellule del sistema immunitario. Possono anche agire come mediatori infiammatori, promuovendo la risposta infiammatoria in seguito a un’infezione o a una lesione tissutale. Inoltre, le citochine possono regolare l’attività delle cellule del sistema immunitario, potenziando o sopprimendo la loro funzione. Il nome chemochine deriva dall’unione delle radici delle parole “chemotassi” e “citochine” e nell’uomo ne sono state identificate finora circa 50, tutte strutturalmente simili, e prodotte, oltre che dai leucociti, anche dalle cellule endoteliali e dai fibroblasti in seguito al riconoscimento di microrganismi. Alcuni esempi sono la chemochina CXCL8, prodotta dai macrofagi, che recluta i neutrofili dal sangue al tessuto infiammato; CCL18 che regola l’homing dei linfociti e delle cellule dendritiche; CXCL13 che media la migrazione dei linfociti B e linfociti T helper follicolari nei follicoli.

Citochine infiammatorie e DED

La letteratura riporta come i livelli lacrimali di IL-1, IL-6, IL-8, IL-10, IFNγ e TNFα risultino significativamente più elevate nei pazienti affetti da DED rispetto ai soggetti di controllo non DED, di pari età, con una differenza meno evidente per IL-17A e IL-2 (10). Il valore di ciascuna citochina come biomarker e come potenziale correlazione clinica viene riassunta in tabella 1.

Da considerare tuttavia come la maggior parte degli studi riporti ampie deviazioni standard, suggerendo una sostanziale variazione interindividuale. Inoltre, la comparazione tra gli studi stessi risulta difficoltosa per la grande variabilità nelle procedure di raccolta, conservazione e metodi di analisi delle lacrime che potrebbero aver generato dati incoerenti, non permettendo di stimare né un intervallo di riferimento per i soggetti di controllo né un valore di cut-off tra la condizione di DED ed i controlli. Nella tabella 1 abbiamo elencato le principali citochine infiammatorie studiate della DED, ed il loro valore come biomarker.

Come si misurano le citochine

Anche le diverse procedure di analisi possono contribuire all'eterogeneità dei risultati in letteratura. La tecnica ELISA convenzionale di solito richiede un volume minimo di lacrime per ogni analita da testare, il che rende tale tecnica difficilmente applicabile nella routine clinica per campioni singoli. L'analisi MULTIPLEX consente di misurare simultaneamente un pannello di citochine e di identificare profili lacrimali distinti associati alla DED, richiedendo un campione di volume lacrimale più piccolo rispetto all'utilizzo richiesto in ELISA, purtroppo con costi ancora significativamente alti. Le tecnologie di analisi high-tech vengono in aiuto e oggi si hanno a disposizione strumenti che conciliano la miniquantità del campione con panel analitici multipli, a costi affrontabili. È il caso di ELLA (Bio-Techne, R&D Systems, Inc) che, sfruttando biosensori su piattaforma microfluidica, in fase di validazione anche per campioni oculari (Bio-Marker Pathfinder kit), fornisce dati di altissima qualità analitica su panel personalizzati a seconda del quesito diagnostico. E in un futuro che già appare realtà ci saranno a disposizione per il clinico, direttamente in ambulatorio e “all’occhio del malato”, le metodologie basate sui sensori e sui lateral-flow. Di quest’ultima tipologia già oggi è disponibile il device “Inflammadry” che determina il valore di MMP-9 lacrimale con una soglia di 40 ng/mL, inserito anche dalle linee guida di ASCRS per i pazienti nel pre-intervento di cataratta (12) e da AAO per la diagnostica della DED (13). Basato sui sensori è invece il device per la valutazione congiunta di IL-6 e lattoferrina, indicatori di deficit nella DED (14, 15). E molti altri sono in fase di pre-marketing per l’analisi di citochine più specifiche.

Le citochine come guida per la decisione clinica

Ma i clinici trarranno vantaggio dalle nuove metodologie diagnostiche per implementare la gestione personalizzata e avanzata dei pazienti? Trattamenti efficaci per la DED dovrebbero mirare a modulare il processo infiammatorio che sta alla base della malattia, attraverso lo sviluppo di farmaci verso target selettivi e misurabili, oltre la fase rigorosa di sperimentazione clinica. Oggi la prescrizione terapeutica, la posologia, il regime e la valutazione del risultato non si basano su parametri oggettivi e misurabili, per la mancanza di accordo su quale o quali biomarker utilizzare e per la mancanza di strumenti analitici adeguati in termini di costi e gestione. Alcune citochine lacrimali sono oggi studiate come candidate per aiutare il clinico nel definire la gravità del quadro del paziente, e come target terapeutici per farmaci innovativi.
Se e quando nella pratica clinica sarà possibile utilizzare un metodo affidabile di analisi direttamente in ambulatorio, “all’occhio del paziente”, il clinico sarà facilitato nell’impostare una gestione terapeutica personalizzata per migliorare il workflow complessivo dei pazienti affetti da DED.

Gli autori dichiarano l’assenza di conflitti di interesse.

Cytokines and dry eye

Dry eye disease (DED) is a multifactorial pathology of the ocular surface characterized by loss of tear film homeostasis and accompanied by symptoms of ocular discomfort, visual disturbances, and inflammation of the ocular surface. Inflammatory cytokines in tears play a crucial role in the pathogenesis of DED. Patients with DED have significantly elevated levels of inflammatory cytokines, including IL-1, IL-6, IL-8, IL-10, IFNγ, and TNFα, in their tears compared to healthy subjects. IL-6 correlates with the intensity of symptoms and clinical signs of ocular surface inflammation. IL-1β and TNF-α are also elevated, contributing to inflammation and tissue damage. MMP-9 is associated with the disruption of the epithelial barrier. Inflammatory cytokines in tears are key markers of inflammation in DED and can be used for diagnosis, assessment of disease severity, and monitoring of treatment response. Measuring tear cytokines offers a potential non-invasive diagnostic tool for managing DED. Recent research has made and will continue to make available devices based on advanced biosensors for the accurate measurement of these cytokines in tears, making it simple to perform in a clinical setting