Не являясь истинным антимикробным пептидом, БТХ за счет углеводного, богатого маннозой компонента блокирует связывание фимбрий E. coli и других бактерий с поверхностными рецепторами уротелия [53]. Помимо этого, участие БТХ в иммунном ответе заключается в активации дендритных клеток, о чем свидетельствует более длительная бактериурия и более выраженная микробная колонизация мочевого пузыря при дефиците БТХ [53].
БТХ оказывает двоякое действие на мочекаменную болезнь: с одной стороны, его рассматривают как фактор, препятствующий камнеобразованию. Но с другой стороны, измененная различными патологическими воздействиями химическая структура БТХ может, наоборот, запустить процессы кристаллизации мочи [14, 48, 55, 64].
Дефензины
К наиболее хорошо изученным антимикробным пептидам относятся дефензины, проявляющие широкий спектр активности в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, грибов и простейших и даже некоторых вирусов [1]. Дефензины не только проявляют антимикробные свойства, но и принимают участие в клеточно-опосредованных иммунных реакциях, обнаруживают свойства хемоаттрактанта по отношению к незрелым дендритным клеткам [2, 7, 47]. Классификация дефензинов человека включает в себя две группы: а-дефензины и Я-дефензины по положению дисульфидных мостиков в их молекулах [2, 7].
Из всего отряда а-дефензинов в мочевыделительном тракте здорового человека обнаружен только а-дефензин HD-5, который обладает выраженной антибактериальной активностью в отношении наиболее распространенных уропатогенных штаммов грамположительных и грамотрицательных бактерий [7, 59]. Кроме того, у дефензина HD-5 обнаружена противовирусная активность в отношении некоторых уропатогенных вирусов, таких как аденовирус или полиомавирус [59].
У здоровых людей синтез дефензина HD-5 происходит на всем протяжении мочевыделительной системы, постепенно нарастая от верхних к нижним отделам мочевыводящих путей [42]. Установлено, что при инфицировании мочевых путей дефензин HD-5 может служить диагностическим индикатором инфекции, так как в этой ситуации в уротелиальных клетках резко активируется синтез HD-5.
В процессе развития уроинфекции в эпителиальных клетках петли Генле, дистальных трубочках и собирательных канальцах мочевыделительной системы начинают синтезироваться другие варианты а-дефензинов (HNP-1, HNP-2 и HNP-3) и Я-дефензинов (HBD-1 и HBD-2), отсутствующие в нормальных мочевыводящих путях [2, 7, 42]. Этой концентрации дефензинов недостаточно, чтобы обеспечить моче бактерицидный эффект, но вполне приемлемо, чтобы создать антимикробное покрытие слизистой оболочки мочевого тракта, блокирующее инфицирование мочевых путей в результате присоединения бактерий к уротелию [63].
Кателицидины
Кателицидины, как и дефензины обладают широким антимикробным спектром в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, а также многих вирусов [31, 41, 66]. Различные кателицидины широко представлены в живой природе у представителей различных царств, однако в организме человека семейство кателицидинов представлено единственным вариантом кателицидина под номером LL-37 [7, 28]. Человеческий вариант кателицидина секретируется циркулирующими нейтрофилами, клетками костного мозга и эпителиальными клетками различного происхождения, а в почках и мочевыводящих путях LL-37 синтезируется клетками уротелия почечной лоханки, проксимальных канальцев и мочеточников [7]. Помимо прямого антимикробного действия, кателицидин LL-37 обладает в отношении нейтрофилов и моноцитов активностью хемоаттрактанта, которая проявляется взаимодействием LL-37 со специфическими хеморецепторами и обеспечивает внутриклеточное уничтожение бактерий после их фагоцитоза [38].
Кроме этого, кателицидин LL-37 является компонентом особой структуры, называемой нейтрофильной внеклеточной ловушкой (Neutrophil Extracellular Trap, или сокращенно - NET) [30]. Это своеобразная нейтрофильная внеклеточная сеть образуется в момент специфической гибели нейтрофила, завершающейся управляемым высвобождением из погибшего гранулоцита специфических внутриклеточных компонентов. Такой механизм обеспечивает гибель микроорганизмов в той ситуации, когда поглощаемый нейтрофилом объект слишком велик для обычного фагоцитоза, например, в случае паразитарной инфекции, и начинает действовать особенно активно при непосредственном участии кателицидина LL-37 [1, 7, 30]. Такой процесс запрограммированной смерти нейтрофилов получил название «нетоза» (от англ. слов NET и апоптоз - NETosis) [30] по аналогии с апоптозом.
Показано, что концентрация LL-37 и в моче, и в сыворотке крови коррелирует с тяжестью течения инфекции мочевыводящих путей и может служить ее диагностическим маркером [30].
Для мочевыделительной системы при хронических инфекциях, помимо участия кателицидина LL-37 в модуляции врожденного иммунного ответа, критически важной способностью является его умение блокировать формирование биопленки. Установлено, что способность ингибировать формирование биопленок с помощью LL-37 включает в себя угнетение способности бактериальных клеток к прикреплению и воздействие на основные системы контроля кворума биопленки (Las и Rhl), что на генетическом уровне нарушает механизмы регуляции, необходимые для развития биопленки [52]. Показано, что LL-37 связывается с мономерной субъединицей фимбрии биопленок E. coli, тем самым ингибируя процессы полимеризации как важного этапа образования биопленки [52].
Гепсидин
Экспрессируемый печенью антимикробный пептид-1 (Liver-expressed antimicrobial peptide 1 (LEAP-1)), он же антимикробный пептид гепсидин (Hepcidin Antimicrobial Peptide (HAMP)), синтезируется в печени, но выделяется с мочой, где и был впервые обнаружен в 2001 г. как пептид с антибактериальными свойствами [54]. Антибактериальный эффект гепсидина заключается в интеркаляции и разрыве бактериальной мембраны. Однако роль гепсидина в противоинфекционной защите мочевыделительной системы не ограничивается его прямым антимикробным действием. Гепсидин запускает другие механизмы, в том числе механизм блокирования доступа к железу патогенным бактериям по аналогии с лактоферрином и NGAL [16, 54].)
Рибонуклеаза-7
В недавних исследованиях показано, что уроэпителий мочевого пузыря и мочеточников конститутивно вырабатывает рибонуклеазу-7 (РНКазу-7), обладающую высокой противомикробной активностью по отношению к грамположительным и грамотрицательным уропатогенам [61]. РНКаза-7 синтезируется клетками уроэпителия по всему мочевому тракту, однако ее экспрессия в мочевом пузыре значительно выше, чем в почках. РНКаза-7 обнаружена в мозговом и корковом веществе почек, но отсутствует в клубочках, проксимальных канальцах и петле Генле [61].
Кооперативное действие антибактериальных уропептидов
В эпителии мочевыделительной системы обнаружено множество пептидов с антибактериальной активностью - белки Тамма-Хорсфалла, лактоферрины, липокалины, дефензины, кателицидины и прочие антимикробные вещества, список которых непрерывно пополняется. Механизм, который используют бактерии для реализации своей антибактериальной программы, включает в себя активацию врожденных реакций иммунитета через Toll-рецепторы лимфоцитов, далее на возрастающую микробную нагрузку реагируют различные классы хемокинов и цитокинов (IL-8, IL-1, TNFa), которые дополнительно могут привлекать к месту повреждения нейтрофилы и макрофаги. Частью врожденной системы иммунитета являются антимикробные пептиды.
В первые несколько часов после внедрения инфекционного агента, пока не включились специфические механизмы антибактериальной защиты, интенсивному вторжению патогена препятствуют различные компоненты врожденной системы иммунитета. Такая большая скорость неспецифических защитных реакций опережает регенерацию и размножение микробов, а также препятствует накоплению в тканях организма-хозяина токсичных продуктов жизнедеятельности бактерий. Клинической особенностью фазы врожденных иммунных реакций является отсутствие на данном этапе признаков воспаления.
Среди антимикробных пептидов мочевыделительной системы наиболее активно изучаются дефензины (HNP) и кателицидин LL-37. Так, дефензин HNP-1 обеспечивает защиту почек от большинства бактерий. Благодаря интенсивной секреции HNP-1 смывается током мочи, повреждает и даже уничтожает микробы, которые прикрепились к уроэпителию. В то же время хронические почечные инфекции сопровождаются синтезом HNP-2, отсутствующего в здоровой почке и синтезирующегося в тех же анатомических образованиях, в которых в норме синтезируется HNP-1. Антимикробный пептид HNP-2, имеющий действие, схожее с дефензином HNP-1, обладает более выраженной активностью в отношении микроорганизмов группы E. coli.
БТХ, в отличие от лактоферрина, блокирует прикрепление E. coli к уроэпителию, однако и ЛФ, и БТХ с помощью однотипного механизма блокируют биодоступность железа для микробов. В отличие от БТХ, антимикробный пептид ЛФ вне инфекционного процесса в моче отсутствует. Кроме лишения бактерии доступа к железу, и ЛФ, и БТХ вызывают повреждение клеточной мембраны микробов путем кооперативного взаимодействий амфифильных или катионоактивных последовательностей.
Что касается липокалина, как и NGAL, то для его бактериостатического действия важное значение имеет способность перехватывать загруженные железом сидерофоры до того, как они доставят его бактериальным сидерофорам. Биосинтез липокалинов возрастает во всех структурных элементах почки, начиная с первых часов, как при повреждении почки любого генеза, так и при остром тубулярном некрозе вследствие ее ишемии. Высокие концентрации кателицидинов в моче характерны для инфекционного процесса в мочевыделительной системе и абсолютно не характерны для мочи здоровых людей. Все вышеперечисленные антимикробные пептиды синтезируются клетками уроэпителия, что подтверждается гистохимией и биопсией почек.
Если микроорганизмы преодолевают этап врожденных и неспецифических реакций иммунитета и успешно противостоят антибактериальным пептидам, то в борьбу с инфекцией постепенно подключаются все новые и новые защитные силы организма. На этом этапе возрастающая микробная контаминация может сопровождаться повреждением защитных барьеров, а со стороны макроорганизма происходит активация хемокинов и цитокинов (IL-8, IL-1, TNFa), привлекающих в очаг повреждения нейтрофилы и макрофаги. Если речь идет о мочевых путях, то сначала уроэпителий становится более восприимчивым к адгезии, а потом на фоне ослабления антиинфекционной защиты развивается местное повреждение уроэпителия. Если на фоне массивного притока нейтрофилов защитные силы организма не справятся, то, как следствие, нарушится нормальная микроанатомия уроэпителия и инфекция распространится по всей мочевыделительной системе.
Заключение. За последние годы в мочевыделительной системе обнаружено множество компонентов естественной резистентности, проявляющих различную антимикробную активность и относящихся к различным классам новых белков и пептидов. Из нейтрофилов и уроэпителиоцитов мочевыделительной системы выделено множество пептидов и белков с антибактериальной активностью, таких как белки Тамма-Хорсфалла, лактоферрины, липокалины, дефензины, кателицидины, гепси- дин, рибонуклеаза 7, секреторный ингибитор протеиназы лейкоцитов и других антимикробных веществ, проявляющих свойства антибиотиков широкого спектра действия, препятствующих прогрессированию пиелонефрита, но, в отличие от антибиотиков, не вызывающих формирование резистентности у микроорганизмов [34, 68].
Важным преимуществом антимикробных пептидов перед современными синтетическими и полусинтетическими антибактериальными средствами является факт их многообразного влияния на различные стороны иммунной защиты. Поэтому они активно изучаются в качестве полезных моделей для разработки новых классов эффективных антимикробных препаратов для лечения инфекций мочевыделительной системы. Их универсальный механизм действия по отношению к различным возбудителям, способность модифицировать силу и направление иммунного ответа, а также неспособность микроорганизмов быстро видоизменять факторы резистентности в отношении антимикробных пептидов создают перспективу разработки препаратов на основе антимикробных пептидов как альтернативу антибактериальным препаратам.
Список литературы
1. Абатуров А.Е. Дефензины и дефензинзависимые заболевания / А.Е. Абатуров, О.Н. Герасименко, И.Л. Высочина, Н.Ю. Завгородняя. - Одесса: ВМВ, 2011. - 264 с.
2. Абатуров А.Е. Катионные антимикробные пептиды системы неспецифической защиты респираторного тракта: дефензины и кателицидины. Дефензины - молекулы, переживающие ренессанс (часть 1) / А.Е. Абатуров // Здоровье ребенка. - 2011. - Т. 7, № 1. - С. 161-171.
3. Агрон И.А. База данных по точным массово-временным меткам для хромато-масс-спектрометрического анализа протеома мочи / И.А. Агрон, Д.М. Автономов, А.С. Кононихин, И.А. Попов, С.А. Мошковский, Е.Н. Николаев // Биохимия. - 2010. - Т. 75, № 4. - С. 598-605.
4. Вельков В.В. NGAL - «ренальный тропонин», ранний маркер острого повреждения почек: актуальность для нефрологии и кардиохирургии / В.В. Вельков // Клинико-лабораторный консилиум. - 2011. - № 2 (38). - С. 90-100.
5. Веснина Ж.В. Новые и потенциальные биомаркеры острого повреждения почек / Ж. В. Веснина // Клиническая лабораторная диагностика. - 2018. - Т. 63, № 7. - С. 388-396.