ГУ
«РНПЦ пульмонологии и фтизиатрии», г. Минск
Роль
медиаторов клеточного и гуморального иммунитета в патогенезе заболеваний
органов дыхания (аналитический обзор)
Лицкевич Л.В., Скрягина Е.М., Скрягин А.Е.,
Н.С.Шпаковская, А.Г.Коваленко, З.И.Рогова, Харевич О.Н., Лаптева И.М.
Воспаление является реакцией слизистой оболочки и всего организма в целом, которая возникает в результате воздействия какого-либо раздражителя на слизистую оболочку и направлена на ограничение патологического процесса и элиминацию возбудителя. Наряду с местными проявлениями воспаление часто сопровождается системными изменениями, выраженность и исход которых определяется интенсивностью и распространенностью патологического процесса [1]. Все известные медиаторы воспаления по происхождению делятся на гуморальные (образующиеся в жидких средах - плазме крови и тканевой жидкости) и клеточные. К первым относятся производные комплемента, кинины и факторы свертывающей системы крови, ко второй - вазоактивные амины, производные арахидоновой кислоты (эйкозаноиды), лизосомальные факторы, цитокины (монокины), лимфокины, активные метаболиты кислорода, нейропептиды. Общеизвестно, что медиаторы воспаления - гистамин, простагландины, лейкотриены, цитокины и фактор активации тромбоцитов - активируют клетки, играющие большую роль в иммунном ответе: тучные клетки, базофилы, макрофаги, нейтрофилы, Т-лимфоциты, эозинофилы [2]. Значительная роль в защите организма от повреждающего агента принадлежит лимфоцитам, которые делятся на В-, Т-лимфоциты и нулевые клетки. Т-лимфоциты составляют 70-80% от общего числа лимфоцитов крови, В-лимфоциты - 10-15%, остальные лимфоциты называются нулевыми клетками. Главное предназначение лимфоцитов - распознавание антигенов. В-лимфоциты способны вырабатывать антитела к различным антигенам и являются основными эффекторами гуморального иммунитета. От других клеток их можно отличить по наличию иммуноглобулинов на клеточной мембране. Т-лимфоциты участвуют в реакциях клеточного иммунитета, в том числе аллергических реакциях замедленного типа, реакции отторжения трансплантата и обеспечивают противоопухолевый иммунитет. Популяция Т-лимфоцитов делится на две субпопуляции: лимфоциты CD4 - Т-хелперы, лимфоциты CD8 - цитотоксические Т-лимфоциты или Т-супрессоры [3].
Иммунный ответ играет важную роль в патофизиологии многочисленных заболеваний, включая астму, аутоиммунные заболевания и рак. Применение биомаркеров иммунотоксичности в эпидемиологии исследований и клинических испытаний на человеке может улучшить понимание механизмов, лежащих в основе связи между воздействием окружающей среды и развития иммунных заболеваний. Иммунологические биомаркеры в настоящее время используются в исследованиях состояния окружающей среды, включают в себя обнаружение ключевых компонентов врожденного и адаптивного иммунитета (например, иммуноглобулина и клеточных подмножеств), а также функциональные реакции и активации ключевых иммунных клеток. Использование проточной цитофлюориметрии и высокотехнологичных методов обнаружения цитокинов может дополнительно обеспечивать количественный анализ иммунных эффектов. В связи с развитием иммунного ответа при многих заболеваниях органов дыхания, необходима комплексная оценка компонентов иммунного ответа. В данном обзоре обсуждаются перспективы выявления иммунологических биомаркеров для использования в научных исследованиях, касающихся воспалительных заболеваний органов дыхания [55].
Актуальность изучения роли медиаторов клеточного и гуморального иммунитета в патогенезе бронхиальной астмы, хронической обструктивной болезни легких, идеопатического фиброзирующего альвеолита, рака и других воспалительных заболеваний органов дыхания высока.
Наличие хронического персистирующего воспаления в дыхательных путях является основной патогенетической характеристикой пациентов, страдающих бронхиальной астмой [4]. В развитии и поддержании хронического воспаления важнейшую роль играют иммунологические механизмы, которые опосредованы различными клетками и клеточными элементами. К особенностям воспаления при астме относятся активация тучных клеток, увеличение количества активированных эозинофилов, T-лимфоцитов-естественных киллеров, экспрессирующих инвариантный рецептор Т-клеток, и Т-хелперов 2-го типа (Th2), высвобождающих медиаторы, участвующие в развитии симптомов заболевания (хемокины, цистеиниловые лейкотриены, цитокины [5, 6, 7].
Лимфоциты играют центральную роль в развитии иммунологических процессов при астме [8, 9]. Различают две основные субпопуляции Т-лимфоцитов - хелперы/индукторы (Т-хелперы, CD4+) и супрессоры/цитотоксические лимфоциты (Т-киллеры, CD8+) [10]. Решающую роль в патогенезе астмы играют именно CD4+ Т-клетки [11]. В ответ на антигенные стимулы CD4+ Т-лимфоциты дифференцируются в эффекторные клетки - Th1 (Т-хелперы 1 типа) и Th2 (Т-хелперы 2 типа), которые отличаются по функциональным свойствам [8]. Th1- лимфоциты распознают антигены, представляемые макрофагами, и продуцируют ИФН-гамма и ИЛ-2, обеспечивая реакции клеточного иммунитета против вирусов и внутривлеточных бактерий. Th2-лимфоциты распознают антиген на поверхности B-лимфоцитов и синтезируют ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-9, ИЛ-10, ИЛ-13, что обеспечивает иммунитет против обычных бактерий и их токсинов. Цитокины, продуцируемые Th2-лимфоцитами, играют важную роль в развитии аллергических процессов и астмы [10]. После активации Тh2-лимфоцитами B-лимфоциты секретируют антитела, особенно IgE, и способствуют образованию ИЛ-5, который стимулирует созревание эозинофилов [10, 11, 12].
В последнее десятилетие центральная роль в патогенезе астмы отводится Th1/Th2 парадигме, которая предполагает дисрегуляцию иммунного ответа со смещением дифференцировки лимфоцицитов в сторону Th2 пути [13, 14]. Однако, патогенез тяжелой астмы имеет некоторые отличия от механизмов развития более легких форм заболевания [15]. Показано, что при тяжелой астме меняется регуляция продукции Th1/Th2 цитокинов в сравнении с нетяжелой астмой, имеются данные об участии цитокинов, продуцируемых Th17-лимфоцитами [16 ,17, 18, 19].
Установлено, что функционирование Th2-клеток находится под влиянием особых T-регуляторных клеток (Treg), которые обеспечивают иммунологическую толерантность и предупреждают образование эффекторных Т-лимфоцитов [20, 21]. В патогенезе астмы участвуют также и CD8+ лимфоциты, которые оказывают супрессивное влияние на Th2-клетки, которое зависит от продукции ИФН-гамма [19,20,21]. В то же время, показано, что CD8+ лимфоциты способны также одновременно участвовать и в поддержании аллергического воспаления в дыхательных путях, способствуя хронизации процесса [25].
Получены также данные о продукции естественными киллерами цитокинов, специфичных для Th2-лимфоцитов (ИЛ-4, ИЛ-13), что свидетельствует об их участии в регуляции воспалительного процесса в бронхах при астме [26].
Морфологические изменения в паренхиме легких при идиопатическом фиброзирующем альвеолите по мнению М. М. Ильковича, Л. Н. Новиковой, 1998 [27] можно представить в виде трех взаимосвязанных стадий (фаз): интерстициального (в меньшей степени альвеолярного) отека, интерстициального воспаления (альвеолита) и интерстициального фиброза, причем центральное место принадлежит альвеолиту. Наиболее выраженные патоморфологические изменения выявляются в периферических (субплевральных) отделах легких. Лимфоциты принимают участие в патогенезе следующим образом: развивается дисбаланс в соотношении Т-хелперов и Т-супрессоров с отчетливым снижением активности последних. В результате активируются Т-лимфоциты-хелперы и В-лимфоциты и, следовательно, создаются благоприятные условия для продукции аутоантител и развития аутоиммунных реакций; значительно активируются цитотоксические Т-лимфоциты; они образуются из покоящихся Т -клеток-предшественников под действием интерлейкина-2, вырабатываемого Т-хелперами, и дифференцировочного фактора Т-клеток. Активированные цитотоксические Т-лимфоциты непосредственно взаимодействуют с аутоантигенами в интерстициальной ткани, поддерживают воспалительный процесс и стимулируют развитие фиброза. Продуцируемый Т-лимфоцитами гамма-интерферон активирует также макрофаги; усиливается роль лимфоцитов в развитии фиброза легких. В норме лимфоциты выделяют мигрирующий ингибиторный фактор, тормозящий синтез коллагена на 30-40%. При ИФА продукция этого фактора значительно снижается или прекращается полностью. Наряду с этим лимфоциты вырабатывают большое количество лимфокинов, которые способствуют пролиферации фибробластов и активируют способность альвеолярных макрофагов синтезировать коллаген.
Нарушения в тромбоцитарном и плазменном звеньях гемостаза могут быть обнаружены на ранней стадии фиброзирующего альвеолита, активность воспалительного процесса которого отражают стабильные маркеры тромбофилии (ТАТ и TF-4). в FA и могут быть использованы в качестве чувствительных диагностических тестов для обнаружения легочной гипертензии [59, 60].
Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) - одна из важнейших причин нарушения здоровья и смертности во всем мире [28, 29, 30] Особенностью «респираторной» составляющей ХОБЛ является неуклонное прогрессирование хронического воспаления и частично обратимой обструкции дыхательных путей. В связи с этим, большое внимание исследователей направлено на дальнейшее изучение механизмов патогенеза ХОБЛ [31]. Известно, что в прогрессировании хронического воспаления при ХОБЛ участвуют различные клетки иммунной системы -нейтрофилы, моноциты и альвеолярные макрофаги, Т-лимфоциты, продуцирующие многочисленные медиаторы воспаления (цитокины, хемокины, факторы роста, протеазы, свободные радикалы, кислорода и др.) [32-36]. Некоторые исследователи предлагают рассматривать воспалительную реакцию бронхолегочной ткани у пациентов с ХОБЛ как «специфический иммунитет к сигаретам», другие выдвинули концепцию «аугоиммунности» хронического воспаления при данной патологии [37-39]. Течение и прогноз ХОБЛ в значительной степени определяются- состоянием иммунной системы и отдельных ее факторов [40]. Согласно современным данным, знания о функционировании иммунной системы в целом и состоянии компонентов иммунитета фрагментарны, что требует дальнейшего уточнения. Очевидна необходимость более глубокого иммунологического обследования лиц, страдающих ХОБЛ с наличием факторов риска с использованием современных методов клинической, иммунологии [30, 40, 41, 43, 44]. Методы изучения рецепторного аппарата иммунокомпетентных клеток и провосналительных цитокинов на разных этапах развития патологического процесса позволят получить важную информацию о механизмах иммунного воспаления при ХОБЛ и учитывать их при выборе средств терапии.
Уровни различных сывороточных цитокинов могут быть суррогатными биомаркерами для развития воспаления и снижения функции легких при ХОБЛ. С целью выявления роли T-лимфоцитов <https://ru.wikipedia.org/wiki/T-%D0%BB%D0%B8%D0%BC%D1%84%D0%BE%D1%86%D0%B8%D1%82%D1%8B> и причастности иммунологических и воспалительных путей у стабильных пациентов с ХОБЛ было проведено комплексное клинико-функциональное исследование [45]. Установлено, что клетки CD8+, обнаруживаемые при биопсии бронхов, выделяют перфорин <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%9F%D0%B5%D1%80%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%B8%D0%BD&action=edit&redlink=1>, гранзим-B <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B7%D0%B8%D0%BC-B&action=edit&redlink=1> и ФНО-α и эти агенты вызывают цитолиз <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B8%D1%82%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B7> и апоптоз <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BF%D0%BE%D0%BF%D1%82%D0%BE%D0%B7> альвеолярных эпителиоцитов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D0%B9>. Множественный регрессионный анализ Т-клеточного иммунитета и регуляции различных цитокинов показал наличие обратной корреляционной связи между IL-6 и фактора стволовых клеток с объемом форсированного выдоха за 1 секунду и сатурации кислорода артериальной крови. Выявленные взаимодействия полезны для более глубокого понимания механизмов патологического процесса при ХОБЛ.
В клинических условиях пациенты, которые представлены с сочетанием астмы и ХОБЛ не являются редкостью. Недавние эпидемиологические данные свидетельствуют, что исход астмы в значительном числе случаев в необратимую бронхиальную обструкцию предрасполагают пациентов с астмой к развитию ХОБЛ в более позднем возрасте и, наряду с снижением функции легких, наличием факторов риска прогрессирования заболевания, легких структурных изменений, характеризуются определенными иммунологическими профилями [56] .
С целью изучения прогрессирования латентного или активного туберкулеза (ТБ) был проведен анализ управляемого продольного эксперимента, в котором группа макак-резус подвергалась заражению низкой дозой Micobacterium tuberculosis, затем животные были умерщвлены через заданные промежутки времени и гранулемы, взятые из легких были исследованы с помощью микрочипов на экспрессию гена. Клинические профили, связанные с животными после воздействия Micobacterium tuberculosis показали значительные различия, и были разработаны модели заболевания для каждого субъекта, используя байесовский иерархический подход B-сплайна [46].
Туберкулез крупного рогатого скота является важным зоонозным заболеванием во многих странах. Диагноз основан на положительных результатах туберкулиновых проб, кожного теста и IFN-γ. Была оценена группа иммунологических показателей и установлено, что уровни ИЛ-17, ИЛ-2 и, в некоторых случаях, ИЛ-10 будут служить в качестве дополнительного инструмента для изучения прогрессирования заболевания туберкулезом крупного рогатого скота [52].
Распространенность аллергических заболеваний значительно возросла в промышленно развитых странах. Аллерген-специфическая иммунотерапия остается единственным методом лечения. Знание о механизмах, лежащих в основе здорового иммунного ответа на аллергены, развитие аллергических реакций и восстановления соответствующих иммунных реакций на аллергены значительно улучшилась за последние десятилетия. В настоящее время установлена ключевая роль супрессоров цитокинов интерлейкина (ИЛ)-10 и трансформирующего фактора роста (TGF)-β, производимых функциональными аллерген-специфическими регуляторными T (Treg) клетками при генерации иммунной толерантности к аллергенам. Treg и B клетки (Breg) вместе играют роль в подавлении IgE и индукции изотипа IgG4 аллерген-специфических антител в частности, опосредованных IL-10 [47].
C использованием проточной цитометрии для анализа внутриклеточной экспрессии цитокинов IL-4, IFN-γ, IL-10, и CD4 + Т-клеток, CD40L у 29 пациентов, у которых была аллергия на оливки и / или пыльцу травы изучили иммунологические изменения, вызванные аллерген-специфической иммунотерапией (единственным вмешательством для IgE-опосредованных заболеваний дыхательных путей). Через шесть месяцев после начала терапии определялось снижение экспрессии CD40L клеточной поверхности в CD4 + T-клетках пациентов и сдвиг в профиле продукции цитокинов (снижение IL-4 по производству CD4 + Т-клеток и увеличение в экспрессии IFN-γ, ИЛ -10, и TGF-beta1), сохраняющиеся в течение года наряду с клиническим улучшением [53].
Т-адаптивные регуляторные клетки 1 типа (Tr1) характеризуются способностью секретировать высокие уровни IL-10 и минимальные количества IL-4 и IL-17 Клетки Tr1 подавляют T-клеточный и антиген-опосредованный клеточный ответ, прежде всего, с помощью секреции IL-10 и TGF-β. Кроме того, Tr1 клетки выделяют гранзим и перфорин и приводят к гибели миелоидных клеток. Tr1-клетки были впервые найдены в периферической крови пациентов, у которых развилась толерантность после HLA-несогласованной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток печени плода. Было доказано, что роль Tr1 клеток является важной в поддержании иммунного гомеостаза и профилактики Т-клеточных опосредованных заболеваний. Кроме того, возможность генерации в пробирке привела к их использованию в качестве клеточной терапии в организме человека [49].
Нарушение регуляции физиологических функций, связанных с активацией иммунных клеток приводит к местному и системному воспалению, которое характеризуется производством высоких уровней активных форм кислорода (АФК). У пациентов, страдающих от воспалительных заболеваний, часто выявляются уменьшенные уровни антиоксидантов, либо вследствие недостаточного питания, либо в связи с увеличением спроса в ситуациях подавляющего производства АФК активированными иммунными эффекторными клетками, такими как макрофаги. Метаболический дисбалланс играет важную роль в начале прогрессирования заболевания легких, ассоциированного с сердечно-сосудистыми заболеваниями [50].
Иммунотерапевтические подходы, такие как вакцинация дендритных клеток (ДК), явились перспективной стратегией в лечении глиобластомы. Был выявлен функциональный биомаркер противоопухолевого иммунного ответа и изучено функциональное реагирование до и после вакцинации лимфоцитов периферической крови (ЛПК) иммуностимулирующих цитокинов интерферон-гамма (IFN-γ) и интерлейкина-2 (IL-2 ) у 21 пациента, методом проточной цитометрии. Установлено, что вакцинация ДК вызывала значительное снижение субмаксимальной концентрации (ЕС-50) ИЛ-2, необходимого для активации Pstat-5 в CD3 (+) CD8 (+) Т-лимфоцитах (р <0,045) [51, 57].
Было изучено соотношение CD4 + / CD8 + и CD4 + процент в качестве суррогатных маркеров для сложных иммунологических особенностей и установлено, что сочетание этих параметров может быть адекватным дополнительным маркером иммунологической компетенции [54].