*119759*
Биологические
науки/9.Биохимия и биофизика
Проф. Муравлёва Л.Е., проф. Молотов-Лучанский В.Б., доц.
Клюев Д.А., магистрант Колесникова Е.А.
Карагандинский государственный медицинский университет,
Казахстан
К ВОПРОСУ О РОЛИ НЕЙТРОФИЛОВ В ПАТОГЕНЕЗЕ ХРОНИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ.
МИНИОБЗОР
Хроническая
обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) – одна из важнейших проблем современного
здравоохранения. Согласно прогнозу ВОЗ, к 2020 г ХОБЛ будет занимать 3 место в структуре смертности и 5 место – по
заболеваемости.
Ключевое
место в патогенезе ХОБЛ отводится воспалительному процессу с привлечением
активированных воспалительных
клеток. Есть данные об увеличении числа
нейтрофилов в стенке,
просвете бронхов, паренхиме легких больных ХОБЛ [1]. Имеются сведения о
корреляции между числом нейтрофилов и
степенью легочной дисфункции [2]. Высказано мнение, что при ХОБЛ нейтрофилы
участвуют в деструктивном процессе, повреждая бронхолегочную систему [3].
Увеличенное
число активированных нейтрофилов найдено в мокроте и БАЛ больных ХОБЛ. В
меньшей степени число нейтрофилов
возрастало в легочной паренхиме и дыхательных путях, что можно объяснить за
счет быстрого транзита клеток через дыхательные пути и легочную паренхиму. Нейтрофилы
секретируют сериновые протеазы, включая нейтрофильную эластазу, катепсин G и протеинкиназу 3, также как матриксные
металлопротеиназы 8 и 9, которые могут вносить вклад в развитие альвеолярной
дисфункции. Эти сериновые протеазы
также потенцируют выработку слизи. После рекрутирования нейтрофилов в
воздухоносные пути и паренхиму легких происходит адгезия этих клеток на
эндотелии. Показано увеличение Е-селектина на эндотелиальных клетках
воздухоносных путей больных ХОБЛ. Прикрепившиеся нейтрофилы в дальнейшем
мигрируют в респираторный тракт в направлении действия стимулирующих факторов,
таких как интерлейкин 8 и лейкотриен B4. Выживание
нейтрофилов в дыхательном тракте повышается под действием ряда цитокинов [4,5,6].
Привлечение нейтрофилов в воздухоносные пути контролируется различными
медиаторами, такими как интерлейкин 8, IL-1β, фактор некроза
опухоли – α, лейкотриен B4. Обращает на себя внимание
функциональная избыточность сигнальных путей, ведущих к рекрутированию
нейтрофилов в воздухоносные пути. Эти процесс осложнен еще и тем, что отношения
лиганд-рецептор редко бывают эксклюзивными.
При ХОБЛ основными
стимулами для миграции нейтрофилов в воздухоносные пути являются лейкотриен -B4 и интерлейкин -8 [7]. Также не исключено участие
других факторов, включая C5a,
CXCL1, CXCL5, комплекс эластаза - α1-antitrypsin.
Под действием
стимулов происходит активация сигнальных путей, перестройка цитоскелета,
изменение поверхностных молекул, что облегчает миграцию нейтрофилов. В легочной
паренхиме нейтрофилы выходят из легочной циркуляции на уровне капилляров. Клеточные механизмы адгезии и трансмиграции нейтрофилов отличаются между системной и легочной
циркуляцией. Это может детерминировать некоторые различия свойств нейтрофилов,
пришедших из альвеолярных или бронхиальных компартментов. Реологические
составляющие (размер, форма и деформируемость, как функция изменения
цитоскелета) являются важными детерминантами нейтрофильного транзита через
легочную капиллярную сеть [8,9]. Рекрутирование нейтрофилов из бронхиальной
циркуляции следует из rolling-tethering парадигмы [10].
Показано, что свыше 70%
трансмигрирующих нейтрофилов через эндотелиальный барьер идет за счет активного
обволакивания (engulfment) эндотелиальными
клетками и этот процесс регулируется RhoG
[11].
Менее
изучен механизм миграции через перециты (pericyte sheath) и базальную мембрану. Показано
существование областей с редуцированной плотностью белков. Эти области
рассматриваются как ворота между
перецитами и предлагаемыми предпочтительными сайтами для трансмиграции нейтрофилов
[12].
По
современным представлениям, стадии активации нейтрофилов предшествует стадия «прайминга». Многие
стимулирующие агенты могут вызывать дегрануляцию только предварительно
праймированных нейтрофилов. Биологическое значение этой реакции
рассматривается как специальная контрольная точка (“check point”) для предотвращения нерегулируемой
активации нейтрофилов. Высказана гипотеза о том, что при ряде патологических
состояниях многие нейтрофилы подвергаются праймингу в кровотоке, затем
захватываются легочной капиллярной сетью. Далее в отсутствие стимулов для трансмиграции нейтрофилы могут «де
праймироваться» (de-prime) и вновь возвращаются в кровоток в
неподвижном состоянии. Эта гипотеза требует экспериментальной проверки, но, по
крайней мере, она объясняет задержку нейтрофилов в легких, но без повреждения
легочной ткани. Прайминг также ингибирует хемотаксис и апоптоз. Высказано
предположение, что это служит для
фиксации нейтрофилов в области воспаления и усиливает функциональную
продолжительность жизни этих клеток [13].
В последнее время активно обсуждается
способность нейтрофилов образовывать внеклеточные нейтрофильные ловушки (neutrophil extracellular
traps - NETs). Нейтрофилы образуют NETs в ответ на действие провоспалительных
цитокинов и/или после контакта с патогенными микроорганизмами. Это
структуры, состоящие из деконденсированного хроматина, декорированного нейтрофильной эластазой,
миелопероксидазой. Основная функция NETs
- фиксация и уничтожение патогенных микроорганизмов [14,15,16]. Предполагается
взаимосвязь NETs с развитием ХОБЛ [17]
Нейтрофилы имеют достаточно большое количество гранул,
содержащих цитотоксические и регуляторные молекулы, в частности молекулы
адгезии и рецепторы. Следует отметить,
что 4 типа главных гранул демонстрируют различную чувствительность к
внутриклеточному кальцию, что и объясняет иерархию дегрануляции.
Кроме непосредственного действия на эпителий
воздухоносных путей нейтрофильная эластаза способна стимулировать высвобождение
трансформирующего фактора роста –β из гладкомышечных клеток воздухоносных
путей, что позволяет предположить её потенциальную роль в ремоделировании
воздухоносных путей [19].
Нейтрофильная
эластаза обладает широкой способностью
повреждать широкий спектр структурных и регуляторных белков, таких как эластин,
фибронектин, коллаген, тканевые ингибиторы матриксных металлопротеиназ и т.д.
Экспериментальные исследования показали участие эластазы в формировании
эмфиземы. Эластаза также способна индуцировать секрецию ИЛ-8. Повышение уровня
нейтрофильной эластазы в плазме является предиктором вероятности развития
острого легочного повреждения.
Тем не менее,
несмотря на очевидное увеличение числа нейтрофилов и увеличение эластолитической
и адгезивной способности нефтрофилов при ХОБЛ прямая связь между этими
событиями не установлена [20].
Клиническое
исследование эффективности ингибитора эластазы
sivelestat было остановлено в связи с отсутствием клинической
эффективности и увеличения смертности среди пациентов, которым назначался этот
ингибитор [21].
Еще
одним отличительным признаком нейтрофилов является высокая внутриклеточная
концентрация анионов хлора (80 to 100 ммоль/л) Снижение внтриклеточной концентрации анионов хлора происходит вследствие
открытия анионных каналов, причем этот процесс модулируются внутриклеточным
кальцием и дегрануляцией [22].
Одним из перспективных направлений
является изучение метаболических процессов в нейтрофилах при ХОБЛ.
Литература
1. Neutrophil-derived elastase induces TGF-β1
secretion in human airway smooth muscle via NF-κB
pathway / Lee KY, Ho SC, Lin HC; et al.
// Am J Respir Cell Mol Biol.- 2006.- 35.- P. 407-414.
2. Williams TJ, Jose
PJ. Neutrophils in chronic obstructive pulmonary disease //Novartis Found Symp. 2001/-
34/- P.136-41
3. Quint
J, Wedzicha J. The neutrophil in chronic obstructive pulmonary
disease //The Journal of Allergy and Clinical Immunology.- 2007. - Vol.
119. N 5. - P. 1065-1071
4. Advanced in Neutrophil Biology / Clinical Implications Cowbum A.S.,
Condiffite A.M., Farahi N. et al. // CHEST.
- 2008.-134(3). - 606-612;
5. Gane J, Stockley R Mechanisms
of neutrophil transmigration across the vascular endothelium in COPD //Thorax. - 2012.
- 67(6).- P.553-561
6. Padmanabhan J, Gonzalez
AL. The effects of extracellular matrix proteins on neutrophil-endothelial
interaction--a roadway to multiple therapeutic opportunities. //The Vale J Biol
Med. – 2012.- (2).- P.167-185
7. Woolhouse IS, Bayley DL, Stockley RA; Sputum
chemotactic activity in chronic obstructive pulmonary disease: effect of α1-antitrypsin deficiency and the role of leukotriene B4 and
interleukin 8. //Thorax.- 2002.- 57.-P.
709-714
8. Comparison of neutrophil and capillary diameters and their relation to
neutrophil sequestration in the lung / Doerschuk CM, Beyers N, Coxson HO; et al. //J Appl
Physiol.- 1993.- 74.-P. 3040-3045;
9. Neutrophil cytoskeletal rearrangements during capillary sequestration in
bacterial pneumonia in rats /Yoshida K, Kondo R, Wang Q;
et al. // Am J Respir Crit Care Med.- 2006.- 174.-P. 689-698
10. Ley K,
Laudanna C, Cybulsky MI; et al. Getting to the site of
inflammation: the leukocyte adhesion cascade updated //Nat Rev Immunol.-
2007.- 7.- 678-689.
11. van
Buul JD, Allingham MJ, Samson T; et al. RhoG
regulates endothelial apical cup assembly downstream from ICAM1 engagement and
is involved in leukocyte trans-endothelial migration // J Cell Biol.-
2007.- 178.-P. 1279-1293
12. Wang S, Voisin MB, Larbi KY; et al. Venular
basement membranes contain specific matrix protein low expression regions that act
as exit points for emigrating neutrophils // J Exp Med- 2006.- 203.-P.
1519-1532
13. Condliffe
AM, Kitchen
E, Chilvers
ER. Neutrophil priming: athophysiological consequences and underlying
mechanisms //Clin Sci (Lond). – 1998.- 94.-(5).- P.461-471
14. Novel cell death program leads to neutrophil
extracellular traps / Fuchs TA, Abed U,
Goosmann C et al. // J Cell Biol.- 2007.-15.-176.(2).-P.231-241
15.
Papayannopoulos V., Metzler K D.,
Hakkim A., Zychlinsky A Neutrophil elastase and myeloperoxidase
regulate the formation of neutrophil extracellular traps //J Cell Biol.- 2010.-
191(3).-P.
677–691;
16.
Перова
М.Д., Шубич М.Г. Открытие
нейтрофильных внеклеточных ловушек – новый этап в изучении морфогенеза и
функций нейтрофилов //Мофология 2011 2011.-N
3.-С.89-96.
17. Neutrophil
Function: From Mechanisms to Disease /B. Amulic, C. Cazalet, G. L. Hayes, K. D. Metzler, A. Zychlinsky //Annual Review of
Immunology.- 2012.- Vol. 30.-P. 459-489
18. Gernez Y., Tirouvanziam R., Chanez P. Neutrophils in chronic
inflammatory airway diseases: can we target them and how? // ERJ .- 2010.-Vol. 35, N 3.-P.467-469.
19. Neutrophil-derived elastase
induces TGF-β1 secretion in
human airway smooth muscle via NF-κB pathway / Lee
KY, Ho SC, Lin HC; et al. // Am J Respir
Cell Mol Biol.- 2006.- 35.-P. 407-414.
20. Kodama T, Yukioka H, Kato T; et al. Neutrophil elastase as a predicting factor for
development of acute lung injury, Intern Med 2007 46 699-704
21. LY315920NA/ S-5920, a selective inhibitor of group IIA secretory
phospholipase A2, fails to improve clinical outcome for patients
with severe sepsis / Zeiher BG, Steingrub J, Laterre PF;
et al. // Crit Care Med.- 2005.- 33.-P. 1741-1748
22. Chloride movements in human neutrophils during phagocytosis:
characterization and relationship to granule release / Busetto S,
Trevisan E, Decleva E; et al. // J Immunol.-
2007.- 179.-P. 4110-4124
23. Neutrophils and the
Pathogenesis of COPD //CHEST.- 2002.- 121 (5 suppl).-P.151S-155S
24. Barnes
P.J. Mediators of Chronic Obstructive Pulmonary Disease //Pharmacological Reviews.-
2004.-Vol. 56, N4.-P.515-548