The immune aspects of collagen metabolism under tuberculosis

Full Text

Появление в жидких средах организма любого инфекционного агента (в том числе микробактерий туберкулеза - МБТ) воспринимается сенсорным аппаратом мононуклеаров и нейтрофилов, которые высвобождают в ответ на это первичные медиаторы воспаления - ци- токины. Повышение их уровня способствует усилению синтеза острофазовых белков-реактантов, нарушению равновесия в свертывающей системе крови и развитию синдрома эндогенной интоксикации [1]. Исход инфицирования МБТ во многом определяется антими- кобактериальной активностью макрофагов, значительное влияние на которую оказывают T-лимфоциты 1-го типа, продуцирующие провоспалительные цитокины (ИЛ-2, Ил-12, ИФН-у, ФНО-а и др.). Так, в случае преимущественной инфильтрации очагов Th-1 прогноз заболевания будет благоприятным, а Th-2 - неблагоприятным [2]. При туберкулезе снижено процентное содержание T1-лимфоцитов на фоне неизменного ко - личества Х2-клеток. Кроме того, в связи с неэффективной презентацией антигена, ведущей к системному снижению количества CD4+- и CD8+-клеток, продуцирующих цитокины Ti-типа, и нарушению эффективного специфического T1-ответа, резко снижено число CD80-экспрессирующих моноцитов, а относительное количество Th1- и Tc1-клеток коррелирует с числом CD80+-моноцитов [3]. Повышенная продукция ТФР-В и ИЛ-10 T-клетками и моноцитами/макрофагами вызывает снижение антигенспецифического иммунного ответа вследствие смешения баланса в сторону Th2-хелперов. Подавляя продукцию T-лимфоцитов, эти цитокины индуцируют стойкую анергию антигенспецифических CD4+-клеток и нейтрофилов. ИЛ-8 и ИЛ-10 оказывают супрессорное воздействие на макрофаги [4]. ИЛ-18 способен индуцировать Th1 или Th2-лимфоциты в зависимости от иммунологической обстановки [5], ИЛ-4 в начальных стадиях воспаления оказывает противовоспалительное и иммуносупрессивное действие, при переходе его в хронический процесс - профибротическое [6, 7]. Казеозный некроз - неизбежный атрибут туберкулеза. Опытным путем установлено, что фибробласты в присутствии культуры вирулентных штаммов МБТ (H37Rv) усиленно синтезируют коллагеназы (матрикс- ные металлопротеазы - MMPs), тогда как авирулент- ные штаммы МБТ (H37Ra) стимулируют экспрессию коллагена [8]. Иными словами, МБТ способны запускать экспрессию MMPs [8, 9]. Различают 28 типов коллагенов - наиболее распространенных белков у млекопитающих (около 30% от всех белков в организме), составляющих основу соединительной ткани и обеспечивающих ее прочность [10, 11]. MMPs обладают уникальной способностью разрушать фибриллярные коллагены и некоторые другие компоненты матрикса при нейтральном pH среды, что объясняет их обязательное участие в механизме деструкции тканей [9, 12, 13]. Концентрация MMPs в биологических жидкостях человека различна, преобладает в плазме, ликворе или плевральной жидкости, завися в определенной мере от локализации патологического процесса и своего субстрата, которым могут являться фибробласты или макрофаги (MMP-1, MMP-7), нейтрофилы (MMP-8), гладкомышечные клетки сосудистой стенки (MMP-7) и т. д. МБТ индуцируют экспрессию MMP-1, MMP-7 и MMP-10 в моноцитах и MMP-1 и MMP-10 в мононуклеарах периферической крови [14- 16]. Продукция собственно MMPs может возрастать под воздействием цитокинов. Например, при экссудативном плеврите отмечается более высокое содержание ряда MMPs и их ингибиторов (MMP-1, TIMP-1 и TIMP-3), а также ИФН-у, ФНО-а и ИЛ-6 в плевральной жидкости по сравнению с плазмой крови, тогда как для MMP-7, MMP-8, MMP-9 характерна обратная зависимость [15]. Именно разобщенностью в содержании MMPs и их ингибиторов в экссудате при туберкулезном плеврите по сравнению с транссудатом, скопившимся в плевральной полости при сердечной недостаточности, избыточным содержанием MMP-1, MMP-2, MMP-8 и MMP-9 в плевральной жидкости при первом G. Hoheisel и соавт. [17] объясняют повышенное фиброзирование при специфическом процессе. МБТ (штаммы H37Rv или БЦЖ) индуцируют макрофаги, те в свою очередь секретаруют повышенное количество MMP-9 и несколько меньшее - MMP-2. Воздействуя на моноциты, МБТ избирательно активируют экспрессию MMP-1. Ингибиция ФНО-а и в меньшей степени ИЛ-8 существенно снижает продукцию данных MMPs. Разнонаправленно участвуют в регуляции коллагенового обмена и другие цитокины. Одни индуцируют синтез других, такая каскадность действия необходима для развития воспалительных и иммунных реакций [18, 19]. Они также могут выступать в качестве антагонистов по отношению друг к другу. Например, при увеличении концентрации ФНО-а происходит образование ИЛ-6, который может угнетать образование этого цитокина [20, 21]. ИФН-у, ИЛ-4 и ИЛ-10 подавляют экспрессию MMPs, индуцированную добавлением в культуру штаммов МБТ, но посредством разных механизмов. Так, ИФН-у увеличивает секрецию ФНО-а макрофагами, но снижает активность MMPs. ИЛ-4 и ИЛ-10, напротив, снижают в макрофагах содержание ФНО-а [22]. Под действием ряда цитокинов (ИФН, ФНО-а, ИЛ-1Р, ИЛ-6, ИЛ-10 и т. п.) активируется STAT3 (фактор транскрипции), что приводит к повышенному синтезу MMP [23]. СоМБТ-стимуляция приводит к значительному увеличению активности p38 митогенактивированной протеинкиназы, что при обязательном участии ФНО-а способствует секреции и экспрессии MMP-1, MMP-2, MMP-3 и MMP-9 [12, 24, 25]. ИФН-а, воздействуя на фактор транскрипции STAT1, подавляет каспаза-1- зависимую продукцию ИЛ-1В и индуцирует выработку ИЛ-10, который также снижает содержание ИЛ-1р. ИФН-а стимулирует образование ИФН-у, а ИФН-у также подавляет ИЛ-1Р [26]. Уровень MMP-9 при микобак- териальной инфекции регулируется в основном ФНО-а, ИЛ-18 и ИФН-у, причем синергизм ИФН-у и ИЛ-1Р повышает секрецию MMP [12, 22, 27]. ИФН-у посредством влияния на Sin3B, подавляет транскрипцию гена коллагена I типа [28]. Альвеолярные макрофаги человека в норме конститутивно экспрессируют PAR-1 (активированный проте- азой рецептор). Низкое или высокое содержание PAR- 1 в пораженной инфекционным агентом ткани связано с ферментативной активностью некоторых протеаз, в том числе MMP. По сути MCP-1 (макрофагальный белок хемоаттрактант) стимулирует экспрессию MMP-1, та активирует PAR-1 в моноцитах, что при стимуляции THP-1 (индуцированных моноцитов) инфекционным агентом (МБТ) приводит к экспрессии MCP-1, MMP-1, MMP-9. Ингибитором PAR-1 является SCH79797, который соответственно способен снижать уровень MCP-1, MMP-1, MMP-9 в клетках, инфицированных микобактериями [29]. Учитывая вышеизложенное, для коррекции иммунных нарушений при туберкулезе можно применять ингибиторы MMPs, например 1а, 25-дигидрокси- витамин D3 [12-29]. Таким образом, в формировании туберкулезной гранулемы участвуют практически все цитокины, а ка- скадность их действия регулирует воспалительные и иммунные процессы в организме больного. Между тем при туберкулезе среди прочих цитокинов ключевая роль принадлежит ФНО-а, который, как и MMPs, в туберкулезной гранулеме ассоциируется с тканевой деструкцией, причем решающее влияние на формирование гранулемы оказывает аутокринная и паракринная регуляция секреции MMPs. В настоящее время все шире проводятся исследования генома человека, причем не только крупных хромосомных мутаций, но и полиморфизма различных генов с целью выявить корреляционные взаимосвязи гапло- типов и аллелей с частотой развития определенных заболеваний и тяжестью их течения. Во фтизиатрии пристальный интерес ученых вызывают и генетические предпосылки особенностей метаболизма коллагена у больных туберкулезом. Выявления одного полиморфизма в одном гене обычно оказывается недостаточно для утверждении о его влиянии на синтез как цитокинов, так и коллагеновых белков [30, 31]. Однако установлено, что при сочетании аллелей -308G/-819T или -308G/-592A (ФНО-а/ИЛ-10) риск развития и тяжесть течения туберкулеза у человека достоверно снижаются [32]. Есть данные и о взаимосвязи одновременного наличия гапло- типов ИЛ-1В (-3954 C/T) и ИЛ-10 (-1082G/A) и восприимчивости к туберкулезу [33]. У пациентов, имеющих аллель -1607G (MMP-1), отмечена большая вероятность образования обширного легочного фиброза к концу 1-го года противотуберкулезной терапии. Возможно, это связано с возрастающей экспрессией MMP-1, что приводит к повышенному разрушению ткани с последующим фиброзом [29, 34, 35]. Содержание MMPs при туберкулезе легких возрастает, прямо коррелируя с тяжестью течения заболевания. В процессе эффективного лечения, на фоне кратковременного повышения уровня их ингибиторов (TIMP-1, TIMP-2) концентрация металлопротеаз начинает быстро снижаться [36]. У больных туберкулезом независимо от сроков лечения отмечается повышение и уровня про- воспалительных цитокинов (ИФН-у, ИЛ-1Р и ФНО-а). К 6-му месяцу эффективной терапии уровень ИНФ-у, ИЛ-1Р и ИЛ-10 снижается, а ФНО-а возрастает, причем наиболее значимы изменения содержания ИФН-у [37]. Наиболее высокий уровень ФНО-а и MMP-9 (экспрессию которого индуцирует трегалоза-6; 6-димиколат - гликолипид клеточной стенки МБТ) характерен для тяжелого течения туберкулеза независимо от конкретного штамма МБТ [38, 39]. При туберкулезе, вызванном полирезистентными МБТ и МБТ с множественной лекарственной устойчивостью, наблюдаются сочетание резкого повышения титра антител к МБТ с низкими концентрациями циркулирующих иммунных комплексов, а также повышенная концентрация IgA, IgM, IgG (достоверно различие по концентрации IgM). Резко угнетается продукция ИЛ-2 (угнетение активности Th1) и ИЛ-8 (уменьшается индукция хемотаксиса и дегрануляции нейтрофилов, а также количества внеклеточных катионных белков лактофер- рина и миелопероксидазы, которые при лекарственночувствительных формах МБТ, напротив, увеличиваются). При нарастании лекарственной устойчивости и степени жизнеспособности микобактерии иммунный ответ развивается преимущественно по гуморальному типу, тогда как клеточный иммунитет, играющий основную протективную роль при туберкулезе, угнетается [40, 41]. Снижение изначально повышенного уровня ИФН-у, ФНО-а и ИЛ-8 при фармакорезистентном туберкулезе наступает позднее и более плавно, нежели при лекарственно-чувствительном [42]. Среди штаммов МБТ с МЛУ отмечено абсолютное превалирование генотипа Beijing [43]. Добавление в культуру лимфоцитов липидного и белкового микобактериальных антигенов (штаммов Beijing) приводит к значительному снижению выработки цитокинов независимо от варианта туберкулезного процесса, а лица с определенным полиморфизмом гена ИЛ-10 (-1082AA) подвержены повышенному риску развития устойчивости к противотуберкулезным препаратам [32, 44]. Для туберкулеза легких, вызванного штаммами МБТ, не обладающими лекарственной устойчивостью к противотуберкулезным препаратам, характерно истощение иммунной системы, происходящее в процессе развития заболевания за счет реакции иммуно- компетентных клеток в ответ на внедрение возбудителя. Фармакорезистентному заболеванию свойственна исходная иммунологическая толерантность, индуцированная возбудителем, с сохранением резерва реактивности клеток иммунной системы [45]. Аутоиммунные процессы являются необходимым компонентом поддержания гомеостаза [46]. В организме человека постоянно циркулируют в малых количествах аутоантитела, являющиеся частным механизмом иммунорегуляции. Их основное предназначение - нейтрализация различных продуктов метаболизма. Избыточное, как и недостаточное, образование аутоантител приводит к нарушению гомеостаза [46, 47]. Аутоантитела к ФНО-а классов G, M, A и субклассов IgG определяются и у больных туберкулезом, и у здоровых лиц, причем достоверно значимо содержание только аутоантител субклассов G. По-видимому, при патологии аутоантитела к ФНО-а препятствуют генерализации процесса и соответственно образованию некроза. Для туберкулеза легких характерен дисбаланс между уровнем аутоантител, характеризующим гуморальный иммунитет, и содержанием собственно ФНО-а, отражающим функциональную активность макрофагов. Высокое содержание ФНО-а и низкий уровень антител способствуют тяжелому течению болезни и являются негативным прогностическим признаком [48]. При метаболизме коллагена также образуются типоспецифические аутоантитела, участвующие в процессе элиминации компонентов соединительной ткани. Их уровень отражает состояние иммунной системы, указывая в условиях патологии на степень вовлеченности в процесс определенных типов коллагена [46, 47, 49]. Коллаген III типа обладает более слабыми иммуногенными свойствами по сравнению с I, II, IV и V типами [46]. При выраженном иммунопатологическом процессе у больных туберкулезом легких на фоне резкого возрастания активности MMP-8 отмечается снижение содержания проколлаген-Ш-Ы-концевого пропептида [50]. У больных туберкулезом при длительно сохраняющемся высоком титре антитела к коллагену могут выступать в качестве патогенетического фактора, становясь причиной пролонгации воспалительных явлений в легочной ткани, приводящих впоследствии к склеротическим изменениям. Высокий титр антител, стабильно определяемый на протяжении всего курса антибактериальной терапии, является показателем активности туберкулезного процесса, "готовности" к избыточному развитию соединительной ткани в легких [51]. Таким образом, помимо генетически заложенной способности к повышенному синтезу или распаду коллагеновых белков (благодаря полиморфизму генов MCP-1, MMPs, цитокинов), микобактериальная инфекция способствует как непосредственно, так и опосредованно через каскад реакций цитокинов повышенной экспрессии коллагеназ. В условиях пониженной активности TIMP (ингибиторов коллагеназ) нарастают деструктивные изменения в тканях. При метаболизме коллагена образуются типоспецифические аутоантитела, участвующие в процессе элиминации компонентов соединительной ткани, и чем более выражен коллагеногенез, тем выше уровень аутоантител. Для фармакорезистентного туберкулеза характерна исходная иммунологическая толерантность, индуцированная возбудителем, с сохранением резерва реактивности клеток иммунной системы, что выражается длительной цитокинемией, в свою очередь способствующей повышенной экспрессии MMPs.

About the authors

Lyudmila G. Tarasova

The Astrakhan state medical academy of Minzdrav of Russia

Email: tarasova_lg@list.ru
MD, PhD 414000 Astrakhan, Russia

E. N Streltsova

The Astrakhan state medical academy of Minzdrav of Russia

414000 Astrakhan, Russia

References

Supplementary files