mgr Katarzyna Rytel, mgr Katarzyna Tomasik, mgr Ewelina Pieczyrak
Biomarkery są ważnym narzędziem diagnostycznym wykorzystywanym podczas wykrywania wielu schorzeń. Dostarczają cennych informacji zarówno w ocenie aktywności choroby, jak i w określeniu skuteczności leczenia. Mają ogromne znaczenie zwłaszcza w diagnostyce chorób o podłożu autoimmunologicznym. Do biomarkerów zalicza się kalprotektynę, znaną jako białko wzorca molekularnego związanego z uszkodzeniem (DAMP). Została ona opisana po raz pierwszy w latach 80-tych XX wieku [1]. Kalprotektyna należy do białek wiążących wapń z rodziny S100. Jest heterodimerem zbudowanym z dwóch monomerów: S100A8 i S100A9 [2]. W swojej strukturze zawiera motyw α-helisy co umożliwia jej wiązanie jonów wapnia, ale także innych dwuwartościowych jonów metali np. cynku [4]. W momencie powstania takiego wiązania jonowego kompleks S100A8/S100A9 może utworzyć heterodimer lub heterotetramer, które są uważane za niezbędne w wielu procesach biologicznych wewnatrz- i zewnątrzkomórkowych. W licznych badaniach wykazano, że zarówno S100A8, jak i S100A9 mogą krążyć jako oddzielne cząsteczki, jednak najbardziej stabilną formę tworzy heterodimer, a dodatkowo odgrywa znaczącą rolę w biologicznej integracji białka [4]. Kalprotektyna stanowi około 45% całkowitego białka cytozolowego. Geny kodujące monomery S100A8 i S100A9 znajdują się na chromosomie 1. u człowieka [2].
Znaczenie biologiczne kalprotektyny
Kalprotektyna wytwarzana jest przez leukocyty, głównie neutrofile, jednak zdolność do jej produkcji mają także monocyty, komórki dendrytyczne, aktywowane makrofagi, keratynocyty jamy ustnej oraz komórki nabłonka płaskiego w błonie śluzowej. Jej ekspresja może być również indukowana specyficznie podczas stanu zapalnego [1,2].
Kompleks S100A8/S100A9 odgrywa ważną rolę w wielu procesach wewnątrzkomórkowych i zewnątrzkomórkowych. Bierze udział w kontroli szlaków wewnątrzkomórkowych odporności wrodzonej i umożliwia koordynowanie odpowiedzi zapalnej. Moduluje również reorganizację cytoszkieletu, co pozwala na rekrutację leukocytów (poprzez chemotaksję leukocytów i infiltrację tkanek) i ułatwia transport kwasu arachidonowego do miejsc objętych procesem zapalnym. [2,4]. Jego funkcja zewnątrzkomórkowa pośrednio jest związana z wiązaniem się z receptorami dla zaawansowanych produktów glikacji oraz wiązaniem się z receptorem typu Toll 4, będącym głównym receptorem kalprotektyny. Takie wiązanie pomiędzy heterodimerem, a receptorem typu Toll 4 powoduje uruchomienie kaskady przekazywania sygnału, która angażuje czynnik jądrowy-jB i MyD88. W efekcie czynniki te przemieszczają się do jądra i wyzwalają ekspresję genów cytokin pro-zapalnych np. TNFα, IL-6, IL-8, IL-23 [4]. Dodatkowo, pozakomórkowe kompleksy kalprotektyny wykazują właściwości przeciwdrobnoustrojowe. Konkurując z bakteriami o cynk przyczyniają się do ich śmierci [3].
Znaczenie kalprotektyny w medycynie
Oznaczenie stężenia kalprotektyny znalazło swoje zastosowanie w diagnostyce laboratoryjnej i okazało się przydatnym markerem wielu chorób. Największą popularnością cieszy się wykonywanie pomiaru stężenia kalprotektyny w próbkach kału, jednak możliwy jest również pomiar jej stężenia w surowicy [4]. Szacuje się, że poziom kalprotektyny mieszczący się w zakresie wartości referencyjnych w surowicy wynosi 0,1-1,6 μg/ml, natomiast w kale od 10-50 µg/g [1]. Zaobserwowano, że stężenie kalprotektyny zwiększa się w surowicy w różnych stanach immunologicznych i immunopatologicznych [3]. Zauważono również, że może być ono fizjologiczne podwyższone w kale u dzieci poniżej 4 roku życia i niemowląt [1,2].
Badanie stężenia kalprotektyny w kale jest najczęściej wykorzystywane i wykazuje największą skuteczność podczas diagnostyki nieswoistych chorób zapalnych jelit. Umożliwia ono nie tylko wykrycie choroby, ale także ocenę jej aktywności, ocenę reakcji na leczenie oraz przewidywanie nawrotu choroby. Pozwala również na odróżnienie nieswoistych chorób zapalnych jelit od zespołu jelita drażliwego. Kalprotektyna w próbce kału jest stabilna przez 4-7 dni w temperaturze pokojowej. Stanowi to jej ogromną zaletę jako markera diagnostycznego. Ponadto wykazano, że przechowywanie próbek w chłodziarce w temperaturze 4 stopni Celsjusza zwiększa jej stabilność. Mimo to, nie zaleca się dłuższego przechowywania próbek niż 7 dni. Pomiaru stężenia kalprotektyny w kale można dokonać zarówno jakościowo, jak i ilościowo. Najczęściej wykorzystywaną metodą pomiarową jest test immunoenzymatyczny ELISA.
Podwyższone stężenie kalprotektyny w surowicy wskazuje na toczące się w organizmie różne stany chorobowe. Jej poziom gwałtownie wzrasta w odpowiedzi na zakażenia bakteryjne zlokalizowane w nerkach i w sercu, podczas odrzucenia przeszczepu, a także u pacjentów z sepsą bakteryjną oraz w przypadku sepsy noworodkowej . Wysokie stężenie kalprotektyny uznaje się za wiarygodny wskaźnik wczesnych stadiów zapalenia płuc. Odzwierciedla również aktywność choroby podczas zapalenia stawów. Podobnie, w przypadku pacjentów z reumatoidalnym zapaleniem stawów, poziom kalprotektyny w surowicy znajduje się powyżej górnej wartości referencyjnej, a dodatkowo wzrasta także u chorych, u których stwierdzono umiarkowaną lub wysoką aktywność choroby, pomimo prawidłowego lub niskiego poziomu białka c-reaktywnego (CRP). Może to świadczyć, że stężenie kalprotektyny stanowi tutaj efektywniejszy marker odzwierciedlający aktywność choroby niż CRP. Niektóre badania wskazują na skuteczność kalprotektyny jako markera w diagnostyce nowotworów. Ponadto zaobserwowano związek pomiędzy stężeniem kalprotektyny w surowicy, a stopniem zaawansowania raka [3]. Badanie stężenia kalprotektyny w osoczu zyskało dużą popularność w trakcie trwania pandemii COVID-19. Jego wynik w wielu przypadkach odgrywał znaczącą rolę w rokowaniu pacjenta. Był wykorzystywany podczas wczesnego przewidywania wystąpienia ciężkiego przebiegu choroby. Wysokie stężenie kalprotektyny w osoczu często korelowało z późniejszą potrzebą stosowania u chorego wentylacji mechanicznej [5].
Podsumowanie
Kalprotektyna jako biomarker cieszy się dużym zainteresowaniem wielu naukowców. Liczne doniesienia naukowe umożliwiają coraz lepsze zrozumienie jej funkcji biologicznej w organizmie człowieka. Badanie jej stężenia w kale stanowi ważny element diagnostyki nieswoistych chorób zapalnych jelit. Coraz większą popularność zyskuje oznaczanie poziomu stężenia kalprotektyny w surowicy. Jego wynik może dostarczyć cennych informacji w procesie diagnostycznym wielu chorób [2].
1. Jarlborg M., Courvoisie DS., et al., Serum calprotectin: a promising biomarker in rheumatoid arthritis and axial spondyloarthritis. Jarlborg et al. Arthritis Research & Therapy 2020. 22:105
2. Jukic A, Bakiri L, Wagner EF, et al. Calprotectin: from biomarker to biological function.. Gut 2021;70:1978–1988.
3. Khaki-Khatibia F., Qujeq D., Calprotectin in inflammatory bowel disease. Clinica chimika Acta 510, (2020): 556-565
4. Carnazzo V., Redi S. etal., Calprotectin: two sides of the same coin. Rheumatology, 2024, 63, 26–33
5. Wierzbicka A., Uździcki A. A new uses of calprotectin as an inflammation biomarker. Diagn. Lab. 2022. 58(4): 158-162
