Abstract
Acne is a common skin disease that affects nearly every teenager but in some cases it persists into adulthood as a chronic disease. Acne severity ranges from mild comedonal to severe cystic and scarring disease. The pathogenesis of acne is multifactorial: increased sebum production, hormonal influences, the hypercornification of pilosebaceous ducts, overgrowth of Propionibacterium acnes (P. acnes) and inflammation around pilosebaceous follicles are considered to be the main pathogenetic factors but few further details are known. The role of innate immunity in the pathogenesis of acne has been studied quite extensively, but the contribution of adaptive immune responses is not well characterized. Although isotretinoin has been the most potent medication for acne over 30 years, its mode of action is partially unknown. Furthermore, modern 16S ribosomal RNA (rRNA) gene amplicon sequencing based methods allow quantification of the abundance of skin bacteria, but these culture-independent techniques have not yet been used to assess the effect of systemic treatments, isotretinoin and tetracycline antibiotics on acne skin microbiota.
In this study the innate and adaptive immune responses in the skin of acne patients were investigated. Skin biopsies were taken from early-stage acne lesions and from uninvolved skin of acne patients, and the samples were examined for the expression of cytokines, chemokines, transcription factors and antimicrobial peptides, using real-time polymerase chain reaction (PCR). In addition, the skin biopsies were examined by immunohistochemistry and Luminex technology, which was also used in the determination of cytokine levels in acne patients’ serum samples. The skin microbiota of swab samples was investigated using 16S rRNA gene amplicon sequencing.
We found that innate and adaptive immune responses, in particular the activation of the IL-17/Th17 axis, are involved in early-stage acne lesions. Furthermore, the expression of effector cytokine TGF-β and transcription factor of regulatory T cells (Tregs) FoxP3 mRNA was reduced in acne patients’ uninvolved skin compared to normal skin of healthy controls. Isotretinoin has no direct effect on innate and adaptive immune responses in newly formed acne lesions. It did, however, modify some innate immune responses: the expression of IL-1β and toll-like receptor 2 (TLR2) mRNA was reduced in uninvolved skin of acne patients, and the number of CD68+ macrophages increased in acne patients’ skin with isotretinoin treatment. After six weeks’ treatment, the abundance of P. acnes was similarly reduced with either isotretinoin or lymecycline treatment. However, previous studies and clinical experience show that isotretinoin is more clinically effective against acne than tetracyclines, probably because of the effect of isotretinoin on sebaceous glands and sebum excretion.
Acne is a disease, which at its worst results in significant scarring. Therefore it is important to understand the immunological factors behind its pathogenesis. Our findings show that both adaptive and innate immunity play an important role. Isotretinoin, although currently the most potent anti-acne drug, does not directly affect the adaptive immune response and therefore new medications are required to control the relevant immune responses, especially in severe cystic or fulminant acne. / Tiivistelmä
Akne on yleinen ihosairaus, joka koskettaa lähes jokaista teini-iässä ja jatkuu osalla kroonisena sairautena läpi aikuisiän. Aknen vaikeusaste vaihtelee lievästä vaikeisiin, arpeuttaviin tautimuotoihin. Aknen patogeneesin tiedetään olevan monitekijäinen. Tärkeimmät aknen syntyyn vaikuttavat tekijät ovat lisääntynyt talineritys hormonien, erityisesti androgeenien vaikutuksesta, talirauhaskarvatuppitiehyen tukkeutuminen, Propionibacterium acnes (P. acnes) – bakteerin liikakasvu sekä tulehdusreaktio talirauhaskarvatupen ympärillä. Synnynnäisen immuniteetin roolia aknen synnyssä on tutkittu paljon, sen sijaan hankittua immuniteettia huomattavasti vähemmän. Myöskään yli 30 vuotta käytössä olleen tehokkaimman aknelääkkeen, isotretinoiinin, vaikutusmekanismia ei täysin tiedetä. Lisäksi systeemilääkkeiden, isotretinoiinin ja tetrasykliiniryhmän antibioottien, vaikutusta akneihon bakteeristoon ei ole tutkittu moderneilla, polymeraasiketjututkimuksiin (PCR) perustuvilla menetelmillä.
Tässä tutkimuksessa selvitettiin synnynnäisiä ja hankittuja immuunireaktiota aknea sairastavien ihossa ja isotretinoiinin vaikutusta näihin reaktioihin. Tutkimuksessa hyödynnettiin aknepotilaiden ihokoepaloja, joista tutkittiin sytokiinien, kemokiinien, transkriptiotekijöiden sekä antimikrobisten peptidien ilmentymistä reaaliaikaisella PCR-menetelmällä. Lisäksi ihokoepaloja tutkittiin immunohistokemiallisilla värjäyksillä ja Luminex-menetelmällä, jota hyödynnettiin myös sytokiini-tasojen määrittämiseen aknepotilaiden seeruminäytteistä. Aknea sairastavien ihon bakteeristoa tutkittiin 16S ribosomaalisen RNA:n geenien sekvensointiin pohjautuvalla menetelmällä.
Väitöstutkimuksessa havaitsimme, että varhaisvaiheen aknemuutoksessa käynnistyvät sekä synnynnäisen että hankitun immuniteetin vasteet. Erityisesti IL-17/Th17-akseli on aktivoitunut. Lisäksi aknea sairastavien terveellä iholla tulehduksen välittäjäaineen TGF-1β ja transkriptiotekijän FoxP3 ilmeneminen oli alentunut verrattuna terveihoisiin kontrolleihin. Isotretinoiinilla ei ole suoraa vaikutusta synnynnäisen ja hankitun immuniteetin reaktioihin jo olemassa olevissa varhaisen vaiheen aknemuutoksissa. Aknea sairastavien terveessä ihossa isotretinoiini muokkasi luontaisen immuniteetin vasteita mm. vähentämällä tollin kaltaisen reseptorin (TLR)- 2 ja tulehduksen välittäjäaineen IL-11β ilmenemistä sekä lisäämällä makrofagien kertymistä tulehduspaikalle. Kuuden viikon hoito isotretinoiinilla tai lymesykliinillä vähentää yhtä tehokkaasti aknealueilla P. acnes -bakteerin suhteellista osuutta ihon bakteeristosta. Isotretinoiini on kuitenkin antibiootteja tehokkaampi aknelääke ja lisäksi hoitovaste saavutetaan pitemmäksi aikaa, mikä johtunee isotretinoiinin vaikutuksesta talirauhasiin ja talinerityksen vähentämisestä.
Aknen tulehdusmekanismien ymmärtäminen on tärkeää taudissa, joka pahimmillaan johtaa merkittävään arpeutumiseen. Tutkimuksemme perusteella hankittu immuniteetti on tärkeässä roolissa synnynnäisen immuniteetin aktivoitumisen rinnalla aknen synnyssä. Tehokkain aknelääke, isotretinoiini ei vaikuta hankittuun immuunivasteeseen, minkä vuoksi jatkossa tarvitaan uusia lääkkeitä isotretinoiinin rinnalle tulehduksen nopeaan hillitsemiseen vaikeissa aknemuodoissa.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:oulo.fi/oai:oulu.fi:isbn978-952-62-1341-5 |
| Date | 27 September 2016 |
| Creators | Kelhälä, H.-L. (Hanna-Leena) |
| Contributors | Lauerma, A. (Antti), Palatsi, R. (Riitta), Tasanen-Määttä, K. (Kaisa) |
| Publisher | Oulun yliopisto |
| Source Sets | University of Oulu |
| Language | English |
| Detected Language | Finnish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, © University of Oulu, 2016 |
| Relation | info:eu-repo/semantics/altIdentifier/pissn/0355-3221, info:eu-repo/semantics/altIdentifier/eissn/1796-2234 |
Page generated in 0.0031 seconds