Раздел медицины:
Торакальная хирургия

Иммунологические механизмы реактивности дыхательных путей

821 0
Длительное экологическое воздействие низкотемпературного воздуха может приводить к астмоподобным симптомам и заканчиваться хроническим воспалением дыхательных путей, точный механизм которого до конца не понят (E.M. Karjalainen et al., 1997; A. Lumme et al., 2003; H.O. Koskela, 2007).

Молекулярные каскады, регулирующие спровоцированные холодом реакции в легочной ткани, продолжают обсуждаться.

Как полагают, при холодовом повреждение происходит изменение в продукции или высвобождении эпителиальными клетками факторов (например, цитокинов, хемокинов, лейкотриенов, нейтрофилов и т.д.), имеющих паракринные функции и способствующие увеличению реактивности дыхательных путей.

В настоящей главе нами предпринята попытка оценить взаимосвязь вызванного холодом воспаления и реактивности бронхиального дерева на молекулярном уровне, исследовав цитокиновый паттерн в Th1-2 профилях, связанный с периферической продукцией антител и низкоуровневой регуляцией клеточного иммунитета и характерный для хронических воспалительных болезней органов дыхания.

Патофизиологические изменения

В первую очередь патофизиологические изменения затрагивают клеточное звено иммунного ответа со снижением Т-хелперной активности лимфоцитов. Это находит отражение в профиле цитокинов. Из всего исследованного нами спектра (табл. 20) существенное увеличение уровня секреции имели только два цитокина, ответственные за формирование Th1/Th2-воспалительной реакции.

Таблица 20. Основные показатели клеточного, гуморального иммунитета и цитокинового профиля при хронических воспалительных болезнях органов дыхания

Показатель Хронический необструктивный бронхит ХОБЛ Бронхиальная астма
Лимфоциты, % 31,6±1,28 33,1±2,31 34,8±1,35
CD3+,% 60,7±4,48 48,4±3,08 55,7±3,09
CD4+,% 47,0±3,06 36,7±2,14; p<0,05 45,8±2,81; р1<0,05
CD8+,% 14,4±4,36 12,2±3,27 17,8±2,08
CD20+,% 13,2±0,81 15,0±0,82 14,2±0,91
CD4+/CD8+ 3,3±0,20 3,1±0,18 2,5±0,21; р<0,05
IgA, г/л 3,2±0,34 3,0±0,32 2,7±0,22
IgM, г/л 1,7±0,17 1,5±0,17 2,3±0,49
IgG, г/л 16,4±0,82 16,5±1,08 15,4±0,84
IgE, МЕ/мл 71,0±26,8 74,3±28,3 290,5±50,6 р<0,01; p1<0,01
IL-1ra, пкг/мл 302,6±29,4 289,9±23,7 301,3±24,1
IL-4, пкг/мл 39,1±8,8 40,99±9,5 55,0±13,1
IL-8, пкг/мл 9,1±0,9 9,1±1,5 10,8±1,4
IFN-y, пкг/мл 75,6±12,8 88,0±21,1 85,0±12,4

Примечание: р - уровень значимости различий в сравнении с больными хроническим необструктивным бронхитом; р1 - уровень значимости различий в сравнении с больными хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ).

Нами найдено увеличение количества IL-4 и IFN-y в сыворотке крови у больных и хроническим бронхитом, и бронхиальной астмой, что указывало на особенности текущего воспаления. В свою очередь повышенные цифры IL-4 в сыворотке крови и уменьшение соотношения IFN-y/IL-4 в большей степени у астматиков подтверждали преимущественную функциональную активность Th2-лимфоцитов, чему соответствовало увеличенное содержание общего IgE в данной группе больных.

Известно, что IL-4 не только способствует дифференцировке Th2-лимфоцитов и ингибирует развитие Th1-лимфоцитов, но и может увеличивать цитолитическую активность CD цитотоксических T-лимфоцитов. Он влияет на моноциты и макрофаги, усиливает выброс ФНО-а, IL-1, IL-8, IFN-y, рост тучной клетки и тем самым вместе с другими цитокинами участвует в неаллергическом воспалении, что частично объясняет увеличение его у больных ХОБЛ.

Проведенный нами контроль уровня цитокинов в крови после холодовой бронхопровокации выявил высокую вариабельность индивидуальных значений. Несмотря на это, во всех группах отмечалась тенденция к увеличению IL-1ra: после воздействия холодного воздуха его прирост составил у больных бронхиальной астмой 12,6±11,3 пкг/мл; хроническим необструктивным бронхитом -16,0±7,9; хронической обструктивной болезнью легких - 27,0±14,8 пкг/мл. Подобные изменения могут блокировать пролиферацию Тh2-лимфоцитов.

Разнонаправленной реакцией на воздействие холодного воздуха характеризовался IL-8, являющийся мощным хемоаттрактантом нейтрофилов и участвующий в воспалительной реакции. Нами не отмечено достоверных различий в уровне его концентрации в крови у больных бронхиальной астмой и хроническим необструктивным бронхитом (0,4±1,28 и 0,02±0,49 пкг/мл соответственно), тогда как по мере формирования обструкции при ХОБЛ более характерной была тенденция к его увеличению (1,2±0,74 пкг/мл).

Ранее нами было показано, что холод может действовать повреждающе на дыхательные пути (А.Г. Приходько, Ю.М. Перельман, 2003), высушивая слизистую бронхов, приводя к гиперосмолярности и тем самым нарушая эпителиальный слой.

С другой стороны, с утяжелением течения заболевания у больных хронической обструктивной болезнью легких падение объема фоpсиpованного выдоха за 1 секунду (ОФВ1) после ингаляции холодного воздуха становилось зависимым от уровня IL-8 в крови (r=-0,64; p<0,05), что подчеркивало роль воспалительных изменений в генезе бронхоконстрикторной реакции. Изменение в концентрации макрофагов, сопровождаемое изменением в концентрации нейтрофилов после длительного воздействия холодного воздуха, было обнаружено и M.S. Davis et al. (2002) в эксперименте на собаках.

Колебания в концентрации IL-4 у больных хроническим бронхитом и ХОБЛ были несущественными (в среднем по группе падение составляло - 1,2±6,16 пкг/мл и - 3,2±3,73 пкг/мл соответственно). Более значимое снижение имели астматики (12,6±13,57 пкг/мл), хотя за счет индивидуальной вариабельности оно не достигало достоверных различий.

Сознаемся, что полученные значения нас удивили, поскольку у больных бронхиальной астмой мы ожидали найти увеличения уровня IL-4, как было представлено в экспериментальной работе M.S. Davis et al. (2005), предполагая прямую взаимосвязь между увеличением его продукции тучными клетками и последующей активацией Th2-лимфоцитов.

По всей видимости, IL-4 принимает участие, но не является прямым эндогенным триггером, запускающим аллергический механизм холодовой гиперреактивности дыхательных путей при хронических воспалительных болезнях органов дыхания, скорее всего его воздействие было опосредованным, влияющим на нитроксидергические реакции.


К этому же мнению пришли В.А. Казначеев и др. (2005), исследовавшие полиморфизм гена интерлейкина-4 у больных с атопической бронхиальной астмой: они не получили связи между уровнем сывороточного IL-4 и общего IgE.

Существуют данные, что IL-4 совместно с IL-10 повышают активность аргиназ и тем самым снижают содержание L-аргинина, участвующего в синтезе NO (В.И. Покровский, Н.А. Виноградов, 2005).

Гипотетически острый бронхоспазм вследствие воздействия аллергена может быть вызван дефицитом NO из-за повышенной аргиназной активности (Н. Maarsingh et al., 2009). Действительно, предварительная обработка тканей специфическим ингибитором аргиназы Nw-гидрокси-нор-L-аргинином подавляет спровоцированную аллергеном гиперреактивность дыхательных путей, тогда как Ng-гидрокси-L-аргинин служит всего лишь промежуточным звеном в биосинтезе NO.

Кроме того, представлены экспериментальные данные при исследовании трахеальных клеток, показавшие, что IL-4 способен ингибировать передачу сигналов кальция от констрикторных агонистов через саркоплазматический ретикулум и рианодиновые рецепторы (M.F. Ethier, J.M. Madison, 2006).

Имеются факты, свидетельствующие, что IL-4 стимулирует активизированные кальцием калиевые каналы в гладкой мышце дыхательных путей, усложняя Th2-цитокиновую регуляцию дыхательных путей (G. Martin et al., 2008).

Большой интерес представляет динамика IFN-y после кратковременного ингаляционного воздействия холода. Поскольку его продукция в основном ограничена субпопуляцией Т-лимфоцитов (CD4+ и CD8+), то, предположительно, он также может играть определенную роль в формировании реакции к холодному воздуху. Нами найдено снижение уровня IFN-y в крови после пробы изокапнической гипервентиляции холодным воздухом (ИГХВ) у больных хронической обструктивной болезнью легких (12,9±12,14 пкг/мл) и более существенное - у больных бронхиальной астмой (19,1±7,83 пкг/мл, p<0,05).

Ранее установлено, что IFN-y оказывает обширное иммунорегуляторное влияние на различные клетки, не только подавляя активность Тh2-лимфоцитов, но и за счет своего провоспалительного действия, стимулируя эпителиоциты дыхательных путей в выбросе цитокинов, специальных молекул адгезии, усиливая выход TNF-a из альвеолярных макрофагов, вызванный запуском IgE-реакции или эндотоксином, увеличивая продукцию IL-1, PAF и Н2O2 из моноцитов, оказываясь посредником цитотоксических реакций при ингибировании аллергического воспаления.

Имеются сведения, что IFN-y усиливает также выброс гистамина. Существуют убедительные данные, что назначение экзогенного IFN-y предотвращает эозинофильное воспаление и гиперреактивность дыхательных путей.

Изучение больных с холодовой гиперреактивностью дыхательных путей

Более наглядные результаты получены нами при изучении больных с холодовой гиперреактивностью дыхательных путей и высоким содержанием общего IgE в сыворотке крови. Исследование исходного уровня IgE и сопоставление его с реакцией на холодный воздух показало, что повышение общего IgE в крови утяжеляет эту реакцию (рис. 12).

gipdp_12.jpg
Рис. 12. Влияние повышенного уровня IgE на холодовую реактивность дыхательных путей.

Учитывая, что уровень IL-4 в сыворотке не менялся после холодового воздействия, одним из возможных посредников увеличения активности IgE служило угнетение продукции IFN-y CD8+ лимфоцитами. Так, было обнаружено, что у лиц с повышенным содержанием IgE исходные значения ОФВ1 имели тесную связь с уровнем IFN-y (r=0,62; р<0,05).

Помимо того, у них наблюдалось достоверное снижение IFN-y до 23,31±9,31пкг/мл (p<0,05) после бронхопровокации. Описанные нами взаимосвязи выглядят более убедительно в математической модели, представленной в виде уравнения линейной регрессии:

∆ОФВ1 = -12,11 - 0,041хIFN-y - 0,014xIgE,

где ∆ОФВ1 - максимальное изменение объема фоpсиpованного выдоха за 1 секунду после ИГХВ, выраженное в процентах от исходной величины, вне зависимости от времени наступления реакции; уровень IFN-y после провокации; исходный уровень IgE - у больных с холодовой гиперреактивностью дыхательных путей.

Использование модели позволило наглядно показать вклад иммунологических механизмов (IgE-опосредованных) в процесс формирования холодовой гиперреактивности дыхательных путей, в основе которого лежит прежде всего классическая реакция связывания IgE с высокоаффинными рецепторами к Fc-фрагменту IgE на поверхности тучных клеток в тканях гладких мышц или на циркулирующих базофилах крови.

Перекрестное взаимодействие рецепторов комплекса «антиген-IgE» вызывает активацию тучных клеток с высвобождением некоторых медиаторов воспаления, участвующих не только в формировании аллергического ответа, но и гиперреактивности бронхов. Поскольку тучные клетки и базофилы - богатый источник цитокинов, то они способны усилить IgE-зависимые реакции, не участвуя в его синтезе.

В то же время высокий уровень общего IgE в сыворотке крови потенцирует механизмы бронхоспастической реакции вне зависимости от активности Т-лимфоцитов. В классическом варианте переключение на синтез IgE опосредовано IL-4, IL-13 и молекулой CD40, относящейся к суперсемейству рецепторов TNF-a, который экспрессируется на всех в-лимфоцитах. Другой путь переключения классов антител на синтез IgE - взаимодействие с кортикостероидным гормоном.

Гидрокортизон запускает продукцию IgE В-лимфоцитами через экспрессию белка CD40L, количество которого зависит от титра кортизола в сыворотке крови. С повышением уровня кортизола при воздействии стрессовых факторов происходит мгновенная индукция экспрессии CD40L глюкокортикоидами и запускается механизм синтеза IgE.

Фактор активации В-лимфоцитов и лиганд, активизирующий пролиферацию, также способны участвовать в синтезе IgE. Они продуцируются преимущественно моноцитами и дендритными клетками под влиянием IFN-a, IFN-y, липополисахаридов, CD40L (R.G. Gena et al., 2005).

IgE-зависимый механизм в большей степени присущ астматикам. Об этом свидетельствуют высокое содержание IgE в сыворотке крови, прямая связь между исходным содержанием кортизола в крови и последующей реакцией к холодному воздуху (r=0,52; p<0,05), а также особенности изменения цитокинового профиля после пробы изокапнической гипервентиляции холодным воздухом.

В то же время исследуемый спектр цитокинов нельзя полностью отождествлять с описанным механизмом, поскольку дыхательные пути человека имеют более сложную структуру реакции, когда подвергаются воздействию холодного воздуха.

Недавно был идентифицирован и описан в эпителиальных клетках бронхов NH2-терминальносокращенный вариант катионного канала TRPM8. Eго активация увеличивала экспрессию некоторых критических регуляторных цитокинов и хемокиновых генов, включая IL-1 (-а и -в),-4,-6,-8,-10, и -13,GM-CSF и TNF-a (A.S. Sabnis et al., 2008а).

Найденные нами закономерности позволяют продвинуться в понимании молекулярных механизмов холодиндуцированного воспаления и формирования гиперреактивности дыхательных путей при болезнях органов дыхания, а также способствовать правильному подбору медикаментозной терапии.

Приходько А.Г., Перельман Ю.М., Колосов В.П.
Похожие статьи
показать еще
 
Категории