*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.

Активация нейтрофилов ведет к высвобождению белков гранул, включая нейтрофильную эластазу и миелопероксидазу, которые, как полагают, вносят вклад в бронхиальное воспаление и такие структурные изменения как перибронхиальный фиброз и эмфизема. До сих пор механизмы, вызывающие хронический нейтрофилёз при ХОБЛ, остаются неизвестными. Вполне вероятно, что нормальная обратная связь, вызывающая окончание успешного нейтрофильного ответа на инфекцию, попавшую в дыхательные пути, является дефектной у больных ХОБЛ.  Нейтрофилы, рекрутированные в дыхательные пути больных с хроническими болезнями легких, выключают свою проапоптическую программу и активно секретируют нейтрофильную эластазу и миелопероксидазу. Такая дисфункция живых нейтрофилов наблюдается реже, чем их быстрый переход в некроз, но, тем не менее, может играть роль в патогенезе ХОБЛ [18].

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].

Роль  нейтрофилов в патогенезе ХОБЛ до конца не ясна. Имеется корреляция между числом циркулирующих нейтрофилов и снижением форсированного объема выдоха. Число нейтрофилов в биоптате бронхов и мокроте коррелировало с тяжестью ХОБЛ и степенью снижения легочной функции.  Также определенную роль в задержке нейтрофилов в легких играет курение. Нет сомнения, что нейтрофилы, рекрутированные в дыхательные пути больных ХОБЛ, находятся в активированном состоянии. Это подтверждает увеличение концентрации миелопероксидазы и липокаина в супернатанте мокроты.  Такие нейтрофилы также демонстрируют увеличение дыхательного взрыва [23].

В тоже время показана отрицательная связь между числом нейтрофилов и количеством альвеолярной деструкции при ХОБЛ. Нейтрофилы не являются значимым признаком паренхиматозного воспаления при ХОБЛ. Имеется недостаточно информации о выживании и апоптозе нейтрофилов в дыхательных путях больных ХОБЛ  [24].

         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. Stockley R. A 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