5 курс / Пульмонология и фтизиатрия / Респираторная_медицина_Руководство_в_3_томах_Том_1

Условные обозначения:

N – ацетилглюкозамин Сиаловая кислота Молекула воды Водородные связи

Рис. 3.24. Структура молекулы муцина

упакованы внутри гранул. Во время экзоцитоза клетки секретируют содержимое гранул в сгущенной форме, и секретируемые муцины подвергаются быстрой гидратации с образованием геля с

необычными вязкоупругими свойствами, которые обеспечивают взаимодействие с ресничками и осуществление мукоцилиарного клиренса. Различные муцины имеют очень разные биофизические свойства. Сложная структура муцинов определяет их функции. В настоящее время клонированы гены приблизительно 19 муцинов. Они разделены на две группы: мембраносвязанные и гелеобразующие секретируемые муцины [136, 153, 154].

В легких человека присутствует MUC5 [9, 28, 29]. В норме MUC5B вырабатывается в дыхательных путях железистыми клетками [30], но при различных заболеваниях легких его начинают вырабатывать и эпителиальные клетки (рис. 3.25).

Гиперсекреция слизи в дыхательных путях является признаком целого ряда серьезных заболеваний органов дыхания, в том числе бронхиальной астмы, ХОБЛ и МВ. Хотя каждое из этих заболеваний имеет различные воспалительные реакции в дыхательных путях с определенным фенотипом гиперсекреции слизи [9, 13, 59, 172, 175].

При воспалительных заболеваниях дыхательных путей преобладает секреция двух муцинов: MUC5AC — преимущественно секретируется бокаловидными клетками эпителия дыхательных путей [155–158, 161, 162] и MUC5B — слизистыми клетками подслизистых желез [155, 156, 159, 160, 163]. MUC5AC более подвержен протеоли-

как ДК осуществляют непрерывный фагоцитоз и обработку различных частиц вдыхаемого воздуха, антигенов, апоптотических клеток, презентируя антигены в лимфатических узлах резидентным наивным CD4+- и CD8+-клеткам, поддерживая толерантность к часто встречаемым безопасным для организма антигенам и аутоантигенам.

Важная группа мишеней для распознавания иммунной системой — так называемые стрессорные молекулы, которые появляются при клеточном стрессе и сигнализируют об опасности преимущественно эндогенного происхождения:

DAMP (danger-associated molecular patterns — молекулярные образы опасности) включают в себя белки теплового шока, низкомолекулярный гиалуронан, сульфат гепарина, фибронектин, липопротеиды низкой плотности и т.д. Эти молекулы сигнализируют о наличии повреждающего действия. DAMP распознаются также рецепторами PRR, что обычно ассоциировано с инициацией стерильного воспаления [3, 5].

Распознавание PAMP абсолютно необходимо для функционирования всех защитных структур легких. За распознавание PAMP и DAMP и распространение сигнала к внутриклеточным транскрипционным факторам, регулирующим экспрессию генов цитокинов и хемокинов, отвечают TLR.

У человека в настоящее время известно 10 типов TLR, которые представляют собой трансмембранные рецепторы, располагающиеся на клеточной мембране или внутриклеточно на мембране эндосом [27]. TLR находятся как на большом количестве гемопоэтических клеток (например, макрофагах и ДК), так и на эпителиальных клетках [28]. Каждый рецептор ассоциирован со специфическим образом патогенности: экстрацеллюлярные TLR1, TLR2, TLR4 и TLR5 распознают бактериальные компоненты, такие как липопротеиды и липополисахариды, в то время как эндосомальные TLR3, TLR7, TLR8 и TLR9 распознают нуклеиновые кислоты [29]. В результате активации соответствующим лигандом развивается каскадный сигналлинг, ведущий к продукции эффекторных молекул врожденного иммунитета и инициации адаптивного ответа, что представлено на рис. 3.28 [30, 31].

Каждый TLR связывается со специфическим лигандом и передает сигнал цитозольным молекулам через адапторные белки, включая TRAM (translocation-associated membrane protein), TRIF (TIR domain-containing adapter-inducing IFN-β), TIRAP (TIR domain-containing adaptor protein) и MyD88 (Myeloid differentiation primary response gene 88). В результате каскадного сигналлинга проис-

ходит активация митоген-активируемых протеинкиназ (MAPK), нуклеарного фактора κB (NF-κB)

иинтерферон-регуляторных факторов (IRF3/7), приводящая к транскрипции провоспалительных цитокинов и IFN-γ индуцируемых генов.

Например, TLR на клетках эпителия, получая сигнал от внешних стимулов (вирусы, бактерии, табачный дым и др.), активируют внутриклеточные пути передачи сигнала, приводящие к активации EGFR (epidermal growth factor receptor — рецептор эпидермального ростового фактора) и последующей продукции различных биологических соединений, включая муцин, и IL-8, являющийся основным хемоаттрактантом для нейтрофилов [17]. Таким образом, даже повышение продукции секрета при контакте с внешними факторами опосредовано рецепторными взаимодействиями.

Втабл. 3.1 приведены данные по расположению TLR на клетках человека и специфические лиганды, распознаваемые каждым рецептором.

Дисфункция TLR-сигналлинга ассоциирована с рядом респираторных заболеваний, таких как астма, ХОБЛ, острое повреждение легких [32]. Нарушение функции TLR приводит к снижению защиты респираторной системы против внеклеточных и внутриклеточных бактерий, микобактериальной, грибковой и вирусной инфекций, является важной частью патогенеза астмы, ХОБЛ, МВ

иинтерстициальных заболеваний легких (ИЗЛ) [40]. В ряде работ было продемонстрировано, что полиморфизм некоторых TLR ассоциирован с более тяжелым течением туберкулеза [33], более тяжелым течением заболевания, вызванного РСвирусом [34], увеличенной восприимчивостью к

Legionella pneumonia [37], увеличением риска развития астмы [35, 36], ХОБЛ [39], хроническим прогрессирующим течением саркоидоза [38].

Какие еще PRR распознают PAMP и DAMP? Их можно разделить на ассоциированные с клетками и растворимые (секретируемые). Среди ассоциированных с клетками выделяют мембранные и внутриклеточные (цитозольные) PRR. Далее представлена краткая характеристика этих PRR [3, 25, 54, 55–57, 60].

1.К мембранным (помимо уже описанных выше TLR) относят лектиновые рецепторы С-типа

(осуществляют Ca++-зависимое связывание карбогидратов), Scavenger-рецепторы («мусорщики» — присоединяют липополисахариды, липотейхоевые кислоты, нуклеиновые кислоты, β-глюкан, протеины), формилпептидный рецептор-1 (связывающий пептиды, содержащие N-формилметиониловые остатки, и стимулирующий направленное движение клеток).

2.К цитозольным относят NOD-подобные рецепторы (распознающие пептидогликаны бактериальной стенки), RIG-подобные рецепторы (RLR, распознающие вирусную РНК),

цитозольные сенсоры ДНК (CDS, распознающие вирусные и бактериальные ДНК). Ряд NOD-подобных рецепторов (NLRP — семейство NOD-подобных рецепторов, содержащих пириновый домен) при соединении с PAMP или DAMP формируют надмолекулярные сигнальные комплексы, называемые инфламмасомами, которые активируют кас- пазу-1 (что осуществляется только в составе

инфламмасомы). Именно каспаза-1 является ключевым фактором активации таких провоспалительных цитокинов, как IL-1β и IL18, играющих важную роль в защите респираторной системы от микробов.

3.К растворимым относят внеклеточные па- тоген-распознающие молекулы, такие как пентраксины (С-реактивный белок (СРБ), сывороточный амилоид P), коллектины (маннозосвязывающий лектин, сурфактантные протеины A и D), фиколин и белки системы комплемента, которые будут описаны в рамках рассмотрения гуморальных компонентов врожденного иммунитета.

Несколько подробнее целесообразно сказать о пентраксинах, учитывая, что пульмонологи широко используют определение СРБ в сыворотке крови как маркер выраженности воспалительного процесса. Как известно, СРБ и сывороточный амилоид Р синтезируются гепатоцитами. Их концентрация в сыворотке резко возрастает при воспалении — повышение в этом случае может составлять до 1000 раз через 6–8 ч после индукции процесса! Надо отметить, что СРБ впервые был идентифицирован благодаря его способности связывать полисахарид С пневмококка, за что он и получил такое название. Для пентраксинов существуют высокоаффинные рецепторы на миелоидных, лимфоидных, эпителиальных и других клетках. Кроме того, эта группа белков острой фазы обладает достаточно высоким сродством к таким рецепторам, как FcγRI и FcγRII [3]. СРБ можно рассматривать как PRR, так как он связывается с PAMP, после чего возможна активация системы комплемента через C1q. Эффективно выполняя функции опсонинов, пентраксины осуществляют защиту организма на первом этапе инфицирования, пока не сформировались адаптивные АТ. При этом происходят активации нейтрофилов и клеток моноцитарно-макрофагальной системы, регуляции синтеза цитокинов и проявление хемотаксической активности по отношению к нейтрофилам.

Таким образом, иммунная система использует широкий спектр рецепторных структур, которые обеспечивают распознавание потенциально опасных для организма мишеней структурами как врожденного, так и приобретенного иммунитета.

Следует отметить, что клетки иммунной системы имеют на своей поверхности большое количество различных молекул, которые и позволяют им осуществлять свои биологические функции. Некоторые из этих молекул можно использовать для того, чтобы различать клетки друг от друга или на различных этапах дифференцировки. Для характеристики этих рецепторов (учитывая их большое количество) была разработана специальная систематическая номенклатура. Она имеет вид аббревиатуры CD (cluster of differentiation —

кластер дифференцировки) и соответствующего

номера. Например, наличие рецептора CD3 свидетельствует, что клетка является Т-лимфоцитом, CD3+CD4+ — Т-хелпером, распознающим MHCII, а CD3+CD8+ — цитотоксическим лимфоцитом, распознающим MHC-I. Полные списки данных антигенов можно найти в соответствующих руководствах, на настоящий момент их известно около 250 вариантов.

Адаптивный и врожденный иммунный ответ

Итак, каким же образом реализуется иммунная защита легких? Как известно, система иммунитета имеет два основных компонента — врожденный и адаптивный. Принципиальные отличия адаптивного компонента заключаются в наличии следующих свойств.

1.Специфичности иммунологического ответа.

2.Разнообразии антигенраспознающих структур. Чтобы иммунная система могла распознавать все возможные патогены, с которыми в будущем может встретиться организм, необходимо наличие огромного разнообразия специфичностей антигенраспознающих рецепторов. Для этого на поверхности лимфоцитов имеются предсуществующие специфические антигенсвязывающие рецепторы, экспрессия которых не зависит от того, встречался ли ранее организм с данным антигеном или нет. При этом необходимо помнить, что на лимфоцитах может быть антигенраспознающий рецептор только одной специфичности, которая не меняется в процессе существования клетки. Такое разнообразие обеспечивается генетическими механизмами.

3.Наличии иммунологической памяти, заключающейся в том, что при повторном контакте с антигеном ответ адаптивной системы развивается быстрее и выражен активнее, чем в первый раз.

При этом важно отметить, что для реализации адаптивного иммунного ответа на первичный контакт требуется большее время, и он является более энергозатратным, чем врожденный ответ. В целом системы врожденного иммунитета, являясь более древними с филогенетической точки зрения, представляют собой первую линию обороны и при успешном устранении патогена на этом этапе адаптивный иммунный ответ может не развиваться. Эти две системы тесно связаны между собой, представляя целостный симбиоз, позволяющий организму эффективно реагировать на патогены.

Активация врожденного иммунитета представляет собой реакцию не отдельных клеток, а скоординированный ответ, с участием как резидентных клеток иммунной системы легких, так и рекрутируемых типов клеток. Важным фактором являются межклеточные взаимодействия — прямые или опосредованные широким спектром вырабатыва-

емых цитокинов и липидных медиаторов, которые могут действовать как аутокринно, так и паракринно. При этом механизмы врожденного ответа способны защитить респираторную систему как от микробов и других ингалированных компонентов внешней среды, так и от развития чрезмерной активации с неадекватным воспалительным ответом системы врожденного иммунитета. Эти взаимодействия двух систем приводят к поддержанию гомеостаза легких, толерантности к безвредным ингалируемым соединениям и антигенам собственного организма, но при этом к постоянной готовности к эффективному ответу при контакте с патогенами или вредными субстанциями. Важно учитывать, что для запуска адаптивных систем необходима предварительная активация механизмов врожденной защиты. О неразрывной связи этих двух систем свидетельствует и тот факт, что системы адаптивной защиты имеют весьма ограниченные собственные эффекторные механизмы, поэтому для реализации полноценного иммунного ответа задействуются механизмы врожденной защиты, придавая им повышенную избирательность и эффективность. Формирование иммунологической памяти, присущее только адаптивному иммунитету, резко повышает эффективность иммунной защиты при повторной встрече с антигеном и часто предотвращает развитие респираторной патологии [3]. Как врожденный, так и адаптивный иммунный ответ имеет клеточные и гуморальные факторы, основные из которых суммированы в табл. 3.2.

Из приведенной таблицы видно, что сейчас грани между системами врожденного и адаптивного иммунитета гораздо более размыты, чем предполагалось ранее, и такое деление в ряде случаев становится достаточно условным (именно поэтому в графе «врожденный иммунитет» появилось добавление компонентов промежуточной зоны, служащих переходными от врожденных к адаптивных механизмам). Так, в качестве примера можно привести популяцию B-лимфоцитов. Долгое время считалось, что В-лимфоциты и вырабатываемые ими АТ являются компонентами исключительно адаптивной иммунной системы, обеспечивая антигенспецифический гуморальный ответ, однако в последнее время было продемон-

стрировано, что популяция этих клеток неоднородна и состоит как из «обычных» В-лимфоцитов, которые получили обозначение В2-лимфоциты, так и B1-лимфоцитов, которые не требуют обязательного участия в ответе Т-лимфоцитов, т.е. способны продуцировать естественные АТ (преимущественно иммуноглобулины М (IgM)) конститутивно, т.е. независимо от стимуляции антигеном [3, 52, 53].

На рис. 3.29 представлены основные ветви гемопоэза, обеспечивающие функционирование врожденных и адаптивных механизмов иммунитета. Клетки миелоидного происхождения реализуют реакции врожденного иммунитета, а лимфоидного — преимущественно адаптивного иммунитета. При этом необходимо отметить, что некоторые лимфоидные клетки (NK — natural killers, естественные киллеры) являются частью врожденного иммунитета, а другие клетки (B1лимфоциты, MZB-лимфоциты, NKT-клетки и γδТ-лимфоциты) формируют промежуточную зону, в которой специфическое распознавание антигена антигенраспознающими рецепторами сочетается с быстротой мобилизации клеток и независимостью реакции от иммунного ответа.

Факторы врожденной защиты респираторной системы

Первой линией защиты респираторной системы против чужеродных агентов является эпителий воздухоносных путей. Формируемый им физический и биохимический барьер создается за счет отличающихся в различных участках респираторного тракта специализированных клеток со специфическими функциями [9]. Клеточные и гуморальные (растворимые) компоненты эпителиальной защиты — важная часть врожденной иммунной системы человека [8].

Структура и функции эпителия подробно описаны в соответствующем разделе настоящего руководства, поэтому ниже перечислены лишь основные типы клеток и их функции в обеспечении неспецифической защиты бронхолегочной системы [10]:

1)реснитчатые клетки — активный ретроградный транспорт ингалированных частиц и слизи;

2)клетки Клара — защита эндотелия путем секреции различных антимикробных компонентов, экспрессия ферментов системы цитохрома P450 с детоксикацией ингалированных субстанций, регенерация бронхиального эпителия путем пролиферации и дифференцировки в различные типы эпителиальных клеток, замещение функции базальных клеток в мелких воздухоносных путях, продукция сурфактанта и слизи;

3)бокаловидные клетки — основные источники слизистого секрета в легких;

4)M-клетки — специализированные клетки, осуществляющие презентацию антигена из просвета респираторного тракта иммунным клеткам;

5)базальные клетки — предшественник реснитчатых и бокаловидных клеток;

6)нейроэндокринные клетки легких — способствуют дифференцировке и пролиферации пневмоцитов II типа и нейроэндокринных клеток, могут способствовать функционированию врожденной и адаптивной иммунной системы в легких;

7)пневмоциты I типа — отвечают за газообмен в легких;

8)пневмоциты II типа — основной источник сурфактанта в легких.

Что же касается растворимых факторов эпителиальной защиты, то их также имеется достаточно большое количество. Их можно объединить в несколько групп.

1. Слизистый секрет, представляющий собой тонкий жидкий слой, покрытый слоем слизи, со-

стоящей из крупных (>1000 кДа), сильно гликозилированных белков (например, муцины). Такое выраженное гликозилирование приводит к адсорбции воды и формированию гелевых структур слизи. У человека более 20 генов, кодирующих муцины, ассоциированные с мембраной (MUC1, MUC4 и др.),

исекретирующиеся муцины (MUC2, MUC5AC, MUC5B и др.) [11]. Большинство генов муцина слабо экспрессируются на постоянной основе, но при определенных условиях (бактериальная или вирусная инфекция, табакокурение, аллергическое воспаление) гиперплазия бокаловидных клеток приводит к быстрому и значительному усилению секреции муцина [12, 13]. Из секретируемых муцинов два являются наиболее важными при развитии воспалительных заболеваний дыхательных путей: MUC5AC в бокаловидных клетках и MUC5B в клетках подслизистых желез [14, 15, 16]. Слизистый секрет совместно с биением ресничек внутри жидкого слоя формируют механизм мукоцилиарного клиренса ингалированных частиц в проксимальном направлении. Внутриклеточная цитоплазматическая часть мембран-ассоциированных муцинов может также служить для передачи сигнала внутрь клетки, участвуя в регуляции функций эпителиальных клеток [18].

2.Сурфактант легких — сложный комплекс липидов (около 90%) и протеинов (около 10%), представленный в табл. 3.3. Именно содержащиеся протеины имеют большое значение с точки зрения иммунологической защиты, поэтому их целесообразно рассмотреть подробнее. Сурфактантные протеины (SP) A, B, C и D взаимодействуют с ФЛ

иважны для метаболизма, стабильности сурфак-

танта, формирования монослоя. При этом SP-A и SP-D обладают важными иммунными функциями. Как и маннозосвязывающий лектин (молекула, активирующая систему комплемента по лектиновому пути), они могут образовывать комплексные олигомерные структуры. Эти сложные молекулы могут выполнять роль PAMP при связывании с карбогидратными структурами, липидами и протеинами мембран различных микроорганизмов. SP-A и SP-D также могут напрямую подавлять бактериальный рост, повреждать мембраны бактерий, инактивировать липополисахариды и ингибировать вирусные инфекции. Они могут выполнять роль опсонинов, фиксируясь на микроорганизмах и стимулируя фагоцитоз альвеолярных макрофагов [19, 20]. Некоторые авторы даже предлагают рассматривать SP-D вне сурфактантной системы, так как его основная функция — это клиренс сильно гликозилированных вирусов (таких как вирус гриппа) и участие в удалении апоптотических клеток [21]. Что касается SP-B, то это гидрофобный протеин абсолютно необходим для функционирования сурфактанта, и его полное отсутствие является причиной респираторного дистресса у новорожденных. SP-C не столь критичен для функционирования сурфактанта, однако его мутации или полное отсутствие могут приводить к развитию интерстициальных поражений [21].

3. В зольном слое слизистого секрета содержатся немаловажные факторы врожденного иммунитета, обеспечивающие защиту эпителия, которые объединены в группу антимикробных пептидов. Необходимость в предшествующей сенситизации для обеспечения эффективной защиты этими быстро реагирующими компонентами отсутствует. Их мишенями являются наиболее консервативные структуры микробов. В наиболее благоприятном для организма варианте развития событий при попадании патогена в легкие антимикробные пептиды обеспечивают защиту без активации адаптивных компонентов иммунной системы. Таким образом, данный вариант реагирования — энергетически эффективный для организма [6]. Поскольку антимикробные пептиды активно участвуют в инициации и регуляции воспалительного процесса, то часто их называют аларминами (от alarm — тревога). Основные представители антимикробных пептидов перечислены в табл. 3.4.

Существует два основных эволюционно консервативных семейства антимикробных пептидов в легких: дефензины и кателицидины. Дефензины представляют собой семейство небольших протеинов с внутренней антимикробной активностью, которые обнаруживаются на поверхности слизистых оболочек респираторного, гастроинтестинального и мочеполового тракта. В табл. 3.4 представлены