VIP ( naczynioruchowy peptyd jelitowy – vasoactive intestinal peptide), wyizolowany w 1970 roku przez Saida i Mutta, jest polipeptydem należącym do nadrodziny glukagonu, do której zaliczamy podobne pod względem budowy i działania peptydy, takie jak: glukagon, glukagonopodobny peptyd 1 i 2, glukozozależny polipeptyd insulinotropowy, czynnik uwalniający hormon wzrostu (GHRH), peptyd histydyno-metioninowy, przysadkowy peptyd aktywujący cyklazę adenylową (PACAP) i sekretynę (1)

Jest to polipeptyd, składający się z 28 aminokwasów działający inotropowo dodatnio na mięsień sercowy, stymulujący rozkurcz mięśniówki gładkiej, zwiększający absorbcję wody i elektrolitów w przewodzie pokarmowym oraz nasilający sekrecję zewnątrzwydzielniczą trzustki i jelit (2, 3, 4).

W układzie endokrynnym stymuluje wydzielanie hormonów przysadkowych (między innymi hormonu adrenokortykotropowego (ACTH), hormonu lutenizującego (LH), hormonu wzrostu (GH) i prolaktyny (PRL)) oraz pobudza oś podwzgórze-przysadka-nadnercza w mechanizmie działania centralnego i obwodowego (1, 3).

W układzie odpornościowym obecność VIP wykazano w komórkach tucznych otrzewnej szczura, ludzkich komórkach jednojądrowych w krwi obwodowej, natomiast metodami immunohistochemicznymi we wszystkich subpopulacjach limfocytów (5, 6, 7).

VIP wywiera swoje działanie za pomocą specyficznych receptorów związanych z białkiem G, które obecne są także w komórkach immunologicznie kompetentnych.

1. Receptor VPAC 1 działający poprzez system cyklazy adenylowej, występujący miedzy innymi w limfocytach i makrofagach.

2. Receptor VPAC 2 działający poprzez system cyklazy adenylowej i kanału chlorkowo-wapniowego, obecny w limfocytach i komórkach zrębu pochodzących ze szpiku kostnego.

3. Receptor PAC 1 jest on obecny w makrofagach, ale nie w limfocytach, i działa poprzez cyklazę adenylową i system fosfolipazy C (PLC system). Receptor ten wiąże preferencyjnie PACAP (300-1000 razy silniej niż VIP).

PACAP – przysadkowy polipeptyd aktywujący cyklazę adenylową jest neuropeptydem z nadrodziny glukagonu zbliżonym w działaniu do VIP.

Przedstawione informacje wskazują, że VIP wywiera działanie plejotropowe, w tym wpływa na funkcję układu immunologicznego, który odgrywa istotną rolę w patogenezie chorób układu oddechowego.

Kluczową rolę w nieswoistej odpowiedzi immunologicznej odgrywają makrofagi, których głównymi zadaniami są: fagocytoza, prezentacja antygenu, uwalnianie cytokin prozapalnych, takich jak: TNFα (czynnik martwicy guzów alfa), IL12 (interleukina 12), IL6 (interleukina 6), IL1 (interleukina 1), NO (tlenku azotu) i cytokin przeciwzapalnych, np.: IL10 (interleukina 10). Swoje funkcje makrofagi realizują pod wpływem pobudzenia, np.: przez lipopolisacharydy bakterii Gram ujemnych (LPS) (8, 9).

W licznych badaniach prowadzonych przede wszystkim przez Gomariz, Ganea i Delgado udowodniono, że VIP hamuje produkcję TNFα, IL6 (10), IL12 i NO (11), natomiast nasila syntezę i uwalnianie IL10 – najważniejszej interleukiny przeciwzapalnej (12). Badania te wykazały również zmniejszenie poziomu m RNA dla TNFα, IL12, IL6 i syntetazy tlenku azotu przy zwiększeniu stężenia m RNA dla IL10 (10, 11, 12). Dzięki zahamowaniu produkcji wymienionych cytokin prozapalnych VIP zmniejsza śmiertelność zwierząt eksperymentalnych w przebiegu wstrząsu endotoksycznego wywołanego przez lipopolisacharydy (LPS) bakterii Gram ujemnych (10).

VIP poprzez hamujący wpływ na syntezę cytokin prozapalnych w przebiegu zapalenia zaliczany jest do grupy czynników unieczynniających makrofagi (macrophage deactivating factors) (7).

Wpływ VIP na fagocytozę, migrację i zdolności do przylegania makrofagów pozostaje niejasny. W większości prac sugerowany jest efekt hamujący (7, 13, 14, 15), podczas gdy inni badacze opisują efekt odmienny (16, 17). VIP może stymulować produkcję jonów nadtlenkowych (17), co jednak jest podważane przez dużą część badaczy (18, 19). Wydaje się, że rozbieżne wyniki uzyskiwane w cytowanych pracach mogą być związane z różnymi drogami przekazywania sygnału przez receptor dla VIP (efekt pobudzający prawdopodobnie związany jest z kinazą białkową C {PKC}, a efekt hamujący z cAMP) (7).

Badania eksperymentalne oraz kliniczne wykazały, że u ludzi w surowicy (20), a u zwierząt w płynie otrzewnowym lub narządach limfatycznych poziom VIP po stymulacji LPS lub w trakcie endotoksemii spowodowanej bakteriami Gram ujemnymi jest podwyższony ( 21, 22).

Delgado i wsp. udowodnili także, że immunomodulacyjny wpływ VIP na makrofagi odbywa się za pomocą zjawiska typu „down regulation” cząsteczki CD14 (cluster of differentiation-kompleks różnicowania) makrofagów, która jest receptorem błonowym dla LPS i odgrywa istotną rolę w procesie fagocytozy (7, 23).

Oprócz cytokin przeciwzapalnych i prozapalnych w przebiegu zapalenia bardzo istotną rolę odgrywa tlenek azotu, którego wysoki poziom uzyskiwany jest dzięki syntezie i wyrzutowi z makrofagów. Jest to jeden z głównych czynników działania cytotoksycznego makrofagów.

W badaniach eksperymentalnych wykazano, że VIP hamuje aktywność i wytwarzanie indukowanej syntetazy tlenku azotu (iNOS) obecnej w pobudzonych komórkach immunologicznie kompetentnych, natomiast pobudza aktywność endotelialnej syntetazy tlenku azotu (eNOS). Hamowanie ekspresji iNOS ma miejsce na poziomie samego białka enzymatycznego i mRNA.

VIP wywiera opisane działanie poprzez receptor VPAC 1, który znajduje się na makrofagach oraz w mniejszym stopniu przez receptor VPAC 2. Wewnątrzkomórkowym mechanizmem odpowiedzialnym za opisywane powyżej zjawiska jest zahamowanie przez VIP powstawania kompleksu NFκB (nuclear factor κB-czynnik jądrowy κB) (24).

Kompleks NFκB w makrofagach spoczynkowych pozostaje w cytoplazmie nieaktywny i związany z białkami hamującymi κB (IκB). Natomiast po pobudzeniu komórki immunologicznie kompetentnej powstaje kompleks NFκB, który przemieszcza się do jądra komórkowego i wiąże się w miejscu κB DNA, powodując dalszą aktywację komórek immunologicznie kompetentnych (25).

Przedstawione powyżej dane dotyczące wpływu VIP na wydzielanie cytokin prozapalnych, przeciwzapalnych i tlenku azotu świadczą o tym, że neuropeptyd ten hamując funkcję makrofagów zapobiega niekontrolowanemu rozwojowi reakcji zapalnej.

Kolejnymi komórkami immunologicznie kompetentnymi, na które wywiera wpływ VIP są limfocyty. Pobudzone limfocyty T produkują cytokiny, limfocyty B przeciwciała, a limfocyty cytotoksyczne (Tc) wywierają bezpośredni efekt cytotoksyczny poprzez dwa główne mechanizmy:

1. Niezależny od jonów wapnia układ Apo-1/Fas (CD 95) / Fas Ligand (Fas/Fas L), którego pobudzenie prowadzi w mechanizmie apoptozy do śmierci komórki zawierającej antygen.

2. Zależną od jonów wapnia degranulację z wydzieleniem białka litycznego perforyny i rodziny granenzymów powodujących efekt lityczny.

Szlak związany z układem Fas/Fas L odrywa ważną rolę w regulacji odpowiedzi immunologicznej i indukcji zjawiska tolerancji oraz zapobiega niekontrolowanemu rozwojowi reakcji zapalnej, a szlak wapniowozależnej degranulacji odpowiada za działanie cytotoksyczne w stosunku do komórek obcych lub zakażonych przez wirusy (25, 26).

VIP wykazuje hamujące działanie na ekspresję ligandu Fas (FasL) w limfocytach. Prowadzi to między innymi do zahamowania stymulowanej antygenem apoptozy dojrzałych limfocytów, jak również do zahamowania cytotoksycznego efektu limfocytów T CD 8⁺. Zahamowanie ligandu Fas zachodzi zarówno na poziomie biosyntezy białka, jak i mRNA. Działanie to odbywa się poprzez receptor VPAC 1 i VPAC 2 i dotyczy przede wszystkim efektu cytotoksycznego limfocytów Th 1, natomiast nie wpływa na limfocyty Th 2. (27, 28).

VIP podnosząc kostymulacyjną aktywność makrofagów poprzez wzrost ekspresji cząsteczki B 7.2 (zjawisko „up regulation”) powoduje w przypadku pobudzonych antygenem limfocytów T CD4⁺ nasilenie wydzielania IL 4 i IL 5, a więc cytokin specyficznych dla limfocytów Th 2. Równocześnie dochodzi do zahamowania wydzielania IL 2 i INFγ, czyli cytokin specyficznych dla komórek Th 1. W mechanizmie tym VIP wpływa na różnicowanie się limfocytów T CD4⁺ w kierunku komórek efektorowych Th 2 (29, 30).

Shimozato i Kincade wykazali, że w limfocytach B receptory PAC 1, VPAC 1 i VPAC 2 nie występują lub stwierdzane są w niewielkich ilościach. Brak receptorów dotyczy nie tylko limfocytów B dojrzałych, ale także form rozwojowych. VIP wpływa hamująco na różnicowanie się limfocytów B, jednakże nie poprzez bezpośredni wpływ na limfocyty B, ale poprzez supresję wydzielania IL 7 mającej kluczowy wpływ na dojrzewanie limfocytów B w mikrośrodowisku szpiku (31).

Podsumowując można stwierdzić, że naczynioruchowy peptyd jelitowy wykazuje działanie modulacyjne na układ odpornościowy, a w warunkach zapalenia wykazuje charakter peptydu o właściwościach przeciwzapalnych (32, 33). Przeciwzapalne cechy VIP mogą mieć potencjalne znaczenie w patogenezie niektórych chorób układu oddechowego.

Liczne badania wskazują na wpływ VIP na rozkurcz mięśni gładkich w drogach oddechowych. Neuropeptyd ten jest potencjalnym silnym endogennym bronchodilatoatorem. W pracach eksperymentalnych wykazano dużą ilość miejsc wiążących VIP w warstwie mięśniówki gładkiej dużych oskrzeli, natomiast w drobnych oskrzelach miejsca wiążące VIP występują w małej ilości. Receptory VIP i włókna nerwowe VIP-ergiczne stwierdzane są w nabłonku dróg oddechowych oddechowych gruczołach podśluzówkowych. Należy podkreślić także, że ilość włókien VIP-ergicznych w drogach oddechowych zmniejsza się wraz ze zmniejszeniem się średnicy oskrzela, jak również zmienia się stosunek włókien VIP-ergicznych do cholinergicznych (34, 35).

Najsilniejsze działanie bronchodilatacyjne VIP wywiera w dużych oskrzelach, co spowodowane jest nagromadzeniem dużej liczby jego receptorów, natomiast efekty rozkurczowego działania VIP nie są obserwowane na poziomie małych oskrzeli i oskrzelików (36). VIP zapobiega bronchokonstrykcyjnemu działaniu histaminy, leukotrienu D, endoteliny, prostaglandyny F (37, 38) .

Działanie bronchodilatacyjne naczynioruchowego peptydu jelitowego może przebiegać także w mechanizmie związanym ze stymulacją endotelialnej syntetazy tlenku azotu (eNOS) przez VIP i zwiększenia wydzielania NO, który rozkurcza mięśniówkę gładką oskrzeli (39, 40).

Niestety próby klinicznego zastosowania VIP w astmie nie wykazują oczekiwanego efektu terapeutycznego zarówno u osób chorych, jak i u zdrowych ochotników (41). Słabszy od oczekiwanego efekt kliniczny może być wiązany przede wszystkim z nierównomierną dystrybucją VIP w oskrzelach, słabą penetracją VIP przez nabłonek dróg oddechowych, jak również degradacją VIP przez nabłonkowe endopeptydazy (42, 43).

Wyniki opublikowanych dotychczas badań wskazują na potencjalne znaczenie w patogenezie chorób układu oddechowego. W szeregu schorzeń związanych z górnym odcinkiem dróg oddechowych stwierdzane są zmiany ekspresji VIP i unerwienia VIP-ergicznego śluzówek dróg oddechowych.

W toksycznym zapaleniu śluzówki nosa zależnym od tytoniu, ozonu czy formaldehydu oraz w zapaleniu śluzówki nosa spowodowanym przez aspirynę stwierdzono podwyższoną ekspresję włókien nerwowych VIP-ergicznych (44, 45, 46). Należy podkreślić fakt, że toksyczne zapalenie śluzówek nosa może prowadzić w dalszym przebiegu do rozwoju lub zaostrzenia astmy oskrzelowej lub przewlekłej obturacyjnej choroby płuc, a więc opisywane zmiany mogą mieć potencjalny wpływ na przebieg kliniczny wymienionych chorób.

Znaczenie VIP i zakończeń nerwowych zawierających VIP w patogenezie astmy oskrzelowej nie jest do końca wyjaśnione. Badania przeprowadzone u dzieci i młodzieży chorującej na astmę oskrzelową wykazały, że podczas wysiłku lub po podaniu metacholiny dochodzi do wzrostu poziomu VIP w momencie wystąpienia napadu astmy. Natomiast u części osób stwierdzono niski poziom VIP korelujący z powysiłkowym pogorszeniem funkcji układu oddechowego (47).

Z kolei Cardell i wsp. (48) wykazali obniżenie poziomu VIP w surowicy w trakcie zaostrzeń astmy. W badaniach płynu uzyskanego w płukaniu oskrzelikowo-pęcherzykowym (BAL) Kaltreider i wsp. uzyskali podwyższone stężenia immunoreaktywnego VIP i mRNA dla receptorów VPAC1 i VPAC2 w limfocytach, natomiast w makrofagach podwyższoną ekspresję mRNA wykazano tylko dla receptora VPAC1 (49).

Kolejnym istotnym problemem klinicznym w astmie oskrzelowej, jak również w przewlekłych infekcjach dróg oddechowych jest nadmierna produkcja śluzu. Gruczoły podśluzówkowe dróg oddechowych posiadają bogate unerwienie VIP-ergiczne, jak również wykazano w nich obecność mRNA dla receptorów VPAC2. Przeprowadzone badania dotyczące wpływu naczynioruchowego peptydu jelitowego na wydzielanie śluzu w gruczołach podśluzówkowych dróg oddechowych są bardzo rozbieżne. Wydaje się, że VIP, zwiększając stężenie cAMP w gruczołach podśluzówkowych, powinien stymulować wydzielanie śluzu w oskrzelach, co potwierdza szereg badań eksperymentalnych. Jednakże biorąc pod uwagę fakt, że VIP hamuje hipersekrecję śluzu zależną od układu cholinergicznego, wydaje się, że problem ten wymaga gruntownego wyjaśnienia (38, 50).

Badania mechanizmów powstania pierwotnego nadciśnienia płucnego wskazują na możliwy udział VIP w patogenezie tej rzadkiej i o bardzo złym rokowaniu choroby. Stwierdzono, że nadmiernej ekspresji receptorów VPAC1 i VPAC2 w komórkach warstwy mięśniowej tętnic płucnych uzyskanych od pacjentów chorujących na pierwotne nadciśnienie płucne towarzyszy również istotnie statystycznie obniżony poziom VIP w surowicy w stosunku do grupy osób zdrowych. Pacjenci z PPH wykazywali zwiększone powinowactwo receptorów dla VIP, co było prawdopodobnie wynikiem zwiększonej ich ekspresji w odpowiedzi na obniżenie stężenia VIP w surowicy krwi.

Jednym z istotnych mechanizmów prowadzących do rozwoju PPH jest rozrost komórek mięśni gładkich ściany tętnic płucnych, jak również komórek endotelialnych naczyń płucnych, co w konsekwencji powoduje rozwój pierwotnego nadciśnienia płucnego.

Badania in vitro wykazały hamujący wpływ VIP na proliferację tych komórek, co potencjalnie może zmniejszyć ciśnienie w tętnicach płucnych i zahamować lub spowolnić rozwój choroby (51).

Początkowe badania prowadzone w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku wskazywały na duże potencjalne działanie bronchodilatacyjne działanie VIP.

Badanie Morice i wsp. z 1983 r (42) wskazywało na znaczne działanie bronchodylatacyjne VIP, jak również wpływ ochronny na skurcz oskrzeli indukowany przez histaminę. Późniejsze badania kliniczne nie wykazały jednakże tego bardzo korzystnego efektu, jak również nie udało się potwierdzić w warunkach klinicznych efektu rozkurczowego VIP na mięśniówkę oskrzeli u osób zdrowych.

Kolejne badanie przeprowadzone przez Barnes i Dixon w 1984 (52) roku wykazało, że podanie wziewnie VIP zmniejszyło reaktywność oskrzeli na histaminę u pacjentów chorujących na astmę w średnim stopniu zaawansowania klinicznego, ale uzyskiwane wyniki terapeutyczne nie były zadawalające.

Bardziej zachęcające wydają się próby leczenia analogami VIP, a szczególnie analogiem oznaczonym jako Ro 25-1553, który jest wysokoselektywnym agonistą receptora VPAC2 i wykazuje silne działanie przeciwzapalne i bronchodilatacyjne. Szybkość działania rozkurczowego na mięśniówkę oskrzeli tego analogu podawanego wziewnie w dawce 600 μg była porównywalne z formoterolem, jednakże czas działania analogu Ro 25-1553 był znacznie krótszy i wynosił kilka godzin (53, 54, 55, 56).

Wstępne próby kliniczne zastosowanie VIP w aerozolu wskazują na potencjalne znaczenie kliniczne tego neuropeptydu w leczeniu pierwotnego nadciśnienia płucnego.

Badania kliniczne z podaniem wziewnie VIP w dawce 600 μg/ dobę wykazały korzystny wpływ tego leczenia, przejawiający się zmniejszeniem oporu w tętnicach płucnych, zwiększeniem saturacji krwi tętniczej oraz rzutu minutowego serca i poprawą tolerancji wysiłku u pacjentów. Niestety niekorzystnym zjawiskiem obserwowanym podczas leczenia było stopniowe pogarszanie się skuteczności leczenia. Badania te były przeprowadzone na małej grupie osób i trudno jest w tym przypadku wyciągać nadmiernie optymistyczne wnioski (51).

Obecny stan badań dotyczących peptydów z nadrodziny glukogonu wskazuje, że niektóre z nich mogą w sposób istotny wpływać na funkcjonowanie układu immunologicznego. VIP poprzez szereg korzystnych właściwości, takich jak działanie przeciwzapalne, bronchodilatacyjne, antyapoptotyczne, antyproliferacyjne może być jednym z mediatorów mających wpływ na rozwój lub przebieg przedstawionych powyżej chorób układu oddechowego.

Liczne badania eksperymentalne wskazują na potencjalnie korzystne działania naczynioruchowego peptydu jelitowego jako czynnika terapeutycznego w takich schorzeniach, jak reumatoidalne zapalenie stawów, nieswoiste choroby zapalne jelit (choroba Crohna), sepsa indukowana lipopolisacharydami bakterii Gram ujemnych (32, 33).

Można mieć nadzieję, że dalsze badania potwierdzą potencjalne możliwości kliniczne zastosowania VIP lub jego analogów w praktyce klinicznej.