Диагностика заболеваний легких

Оглавление

1. Лактоферрин

2. Секреторный ингибитор протеазы лейкоцитов

3. Дефензины

4. Кателицидин LL-37

5. Бактерицидный белок, повышающий проницаемость

6. Cурфактантный белок D

7. Хемокин CCL20

8. Clara Cell Protein (белок клеток Клара – секреторных клеток бронхиолы)

9. Миелопероксидаза

10. α1-антитрипсин

11. Муковисцидоз

 

Сокращения раздела

БАЛ – бронхо-альвеолярный лаваж

ДФ – дефензины

ЛПС – липополисахарид

МВ – муковисцидоз

ELF – выстилающий эпителий

 

 

Вдыхаемые ежедневно человеком 11-15’000 литров воздуха содержат мириады потенциальных патогенов, разнообразные загрязняющие вещества и потенциальные стимуляторы воспаления. В нормальных здоровых легких жидкость выстилающего эпителия содержит разнообразные белки и пептиды врожденной иммунной системы, обеспечивающие эффективную антимикробную защиту. Эти защитные белки имеют антибактериальные, антивирусные и в ряде случаев, даже антигрибковые свойства. Спектр антимикробных эффектов таких соединений достаточно широк (от ингибирования образования биопленок до предотвращения репликации вирусов). Кроме того, эти пептиды и белки играют важную иммуномодулирующую роль. Они также вовлечены в важнейшие процессы, такие как опсонизация, облегчающая фагоцитоз бактерий и вирусов макрофагами и моноцитами. Эти соединения могут выступать в роли медиаторов воспаления и способны связывать бактериальные эндотоксины и CPG-мотивы. Они могут также влиять на экспрессию молекул адгезии и обладать антиоксидантной и антипротеазной активностью.

 

У пациентов с хронической бронхолегочной патологией обнаруживается угнетение антиоксидантной системы на фоне активации перекисного окисления липидов пропорционально тяжести патологического процесса. Одновременно у больных наблюдаются определенные изменения липидного обмена, проявляющиеся увеличением содержания β-липопротеидов и гиперхолестеринемией. Также обнаружены прямые корреляционные взаимоотношения между продуктами перекисного окисления липидов с наличием острофазовых белков и биогенными аминами.

Антиоксидантная система находится с биогенными аминами в обратной зависимости. Это приводит, с одной стороны, к угнетению выраженности иммунных, особенно клеточных реакций, дисбалансу регуляторных субпопуляций, с другой – к провокации развития аллергии, с третьей – к функциональным и деструктивным изменениям клеток бронхолегочной и других систем организма, с четвертой – к расстройствам тесно связанной с иммунной нейроэндокринной регуляции гомеостаза.

 

Роль эпителия дыхательных путей в защите организма от инфекций

 

Структура, антимикробная и иммуномодулирующая активность антимикробных белков и пептидов

Белок
Структура
Пульмонарный
источник
Антимикробная
активность
Иммуномодулирующая
активность и др. свойства
Лактоферрин
Железосвязываю-
щий гликопротеин,
80 кДа
Вторичные специ-
фические гранулы
нейтрофилов, эпи-
телиальные клетки
подслизистой
Бактерицидная, бактери-
остатическая активность,
ингибирование образования
биопленок, антигрибковая,
антипаразитарная и антиви-
русная активность
Связывает ЛПС и может предотвра-
щать септический шок. Связывает
CPG-мотивы. Антиоксидант. Проко-
агулянт. Стимулирует гранулопоэз.
Антиопухолевая активность
SLPI Не гликозилирован-
ный белок, 11,7 кДа
Макрофаги, эпите-
лиальные клетки,
нейтрофилы
Бактерицидная, бактериос-
татическая, антивирусная
активности
Сильный ингибитор протеаз
(эластаза нейтрофилов, катепсин
G, трипсин, химотрипсин, химазы).
Ингибирует ЛПС-индуцированную
NF-kB активацию. Аттенуирует пуль-
монарный рекрутинг нейтрофилов в
моделях сепсиса. Ухудшает LTA и ЛПС
индуцированную экспрессию про-
воспалительных генов в моноцитах
и макрофагах.
Лизоцим
Фермент, 14 кДа
Вторичные специ-
фические гранулы
нейтрофилов, эпи-
телиальные клетки
подслизистой
Бактерицидная, бактериоста-
тическая активность
Нет сведений
Дефензины
Пептиды, 3-5 кДа
Азурофильные
гранулы нейтрофилов
и эпителиальные
клетки легких
Бактерицидная, бактериос-
татическая активность. Анти-
грибковая, антипаразитарная
и антивирусная активность.
Митогенная активность. Хемоат-
трактанты. Стимуляция активации и
дегрануляции тучных клеток. Стиму-
ляция и высвобождение хемокинов
нейтрофилов и моноцитов. Участ-
вуют в эпителиальной репарации
легких путем усиления пролифера-
ции эпителиальных клеток.
LL-37 Пептид, требующий
протеолитического
воздействия для
высвобождения
функционально
зрелого антимик-
робного пептида
Вторичные специ-
фические гранулы
нейтрофилов, эпи-
телиальные клетки
подслизистой
Бактерицидная, бактери-
остатическая активность.
Антигрибковая и антивирус-
ная активность.
Снижает синтез TNF-α макрофагами,
стимулированными ЛПС, и может
отвечать за миграцию клеток им-
мунной системы в сайты воспаления
и инфекции. Регуляция экспрессии
хемокинов нейтрофилами и мак-
рофагами. Модулирует экспрессию
цитокинов. Регуляция ангиогенеза.
BPI
Белок, 55 кДа
Первичные гранулы
нейтрофилов
Бактерицидная, бактериос-
татическая активность. Дейс-
твует как опсонин, усиливает
нейтрофильный фагоцитоз.
Ингибирование CD14-зависимой
активации клеток эндотоксина-
ми. Ингибирование ангиогенеза.
Опсонин.
Коллектины:
сурфактанты
А и D (SP-A и
SP-D)
Липопротеиновый
комплекс
Пневмоциты II типа,
клетки Клара
Ключевые опсонины, облег-
чающие фагоцитоз бактерий
и вирусов. Бактерицидная,
бактериостатическая
активность. Антигрибковая и
антивирусная активность.
Оба белка (SP-A и -D) могут модули-
ровать функции лейкоцитов
Лакто-перок-
сидаза
Фермент
Эпителий дыхатель-
ных путей
Бактерицидная, антигриб-
ковая и антивирусная
активность
 
CCL20 Хемокин со структ у-
рой, сходной с HBD
(β-дефензинами
человека)
Эпителий дыхатель-
ных путей
Бактерицидная активность
против грамотрицательных
бактерий
Стимулирует мигацию В-клеток,
незрелых дендритных клеток и попу-
ляции Т-лимфоцитов памяти

(по Rogan et al., 2006 с дополнениями)
 

Лактоферрин (Lf)

Антимикробная и иммуномодулирующая активность Lf схематически представлена на рисунке. Было показано, что бронхо-альвеолярный лаваж (БАЛ) пациентов с кистозным фиброзом при наличии активной инфекции Pseudomonas содержит значительно меньше Lf, чем БАЛ таких больных без активной инфекции Pseudomonas. Такое снижение уровня Lf приводит к ухудшению способности предотвращать образование Pseudomonas биопленок.

 

  Мультифункциональные свойства лактоферрина

 

Секреторный ингибитор протеазы лейкоцитов (SLPI)

SLPI экспрессируется макрофагами, нейтрофилами и эпителием слизистых. Наряду с лактоферрином и лизоцимом, SLPI является одним из наиболее важных белков системы врожденной иммунной защиты в респираторных секретах. Значительное содержание SLPI можно обнаружить в БАЛ и в назальных секретах. С-терминальный домен SLPI обладает свойствами ингибитора сериновых протеиназ. Он играет важную протекторную роль против эластазы, высвобождающейся в сайтах инфекционного воспаления при дегрануляции нейтрофилов. SLPI также ингибирует катепсин G. В дополнение к антипротеазной активности, SLPI имеет важные антибактериальные, антивирусные и антивоспалительные свойства.

SLPI чувствителен к протеазам. Расщепить и инактивировать SLPI могут катепсины B, L и S. Анализ образцов жидкости выстилающего эпителия (ELF), полученных от пациентов с эмфиземой выявил в них присутствие активного катепсина L и расщепленного SLPI. Было показано, что сериновые и цистеиновые протеазы, продуцируемые при астме, где в качестве аллергена выступает клещ домашней пыли, расщепляют SLPI и могут увеличивать восприимчивость к инфекциям у этих пациентов.

 

Дефензины (Дф)

Наиболее важные свойства Дф приведены в таблице. Повышенный уровень HNP1-3 обнаруживается у пациентов, страдающих различными воспалительными заболеваниями легких (пневмония, кистозный фиброз, панбронхиолит, острый респираторный дистресс синдром, хронический бронхит, идиопатический пульмонарный фиброз). Показано, что α-Дф участвуют в патогенезе этих заболеваний. Определение концентрации HNP1-3 у подобных пациентов может быть полезным инструментом для оценки тяжести и активности заболевания. HNP1-3 могут играть важную роль в патогенезе туберкулеза, а их уровень в плазме может быть полезным маркером тяжести заболевания и ухудшения пульмонарной функции. Кроме того, известно, что αДф вносят серьезный вклад в процесс репарации легких, благодаря усилению пролиферации эпителиальных клеток Предполагается, что α-Дф могут также играть определенную роль в патогенезе рака легких. Все три известных β-Дф (HBD) были также обнаружены в легких.

 

Кателицидин LL-37

LL-37 в дополнение к антимикробной активности играет важную роль в процессах воспаления и ремоделирования тканей. Он стимулирует ангиогенез, индуцирует пролиферацию легочных эпителиальных клеток, ускоряет закрытие ран эпителия дыхательных путей, стимулирует высвобождение цитокинов (например, IL-8) и миграцию клеток. Показано, что определение концентрации LL-37 является полезным маркером активности заболеваний и важно для прогноза при пневмонии, саркоидозе, кистозном фиброзе. LL-37 также способен нейтрализовать ЛПС, гетерополимеры грамотрицательных бактерий, которые ассоциированны с органической пылью. Иначе говоря, он важен в патогенезе различных респираторных заболеваний, вызываемых органической пылью, включая токсический синдром органической пыли и хронические обструктивные заболевания легких (астма, аллергический альвеолит).

 

Бактерицидный белок, повышающий проницаемость (BPI)

Показано, что BPI, который высвобождают в легочную жидкость нейтрофилы, играет очень важную роль в элиминации инвазивных патогенов. У пациентов, страдающих заболеваниями самой разной этиологии, такими как кистозный фиброз, дефицит транспортера (TAP) или воспалительные заболевания кишечника, выявляются специфические антитела к BPI , которые могут нейтрализовать антимикробную активность этого белка. Все упомянутые заболевания характеризуются хроническим или профузным воздействием грамотрицательных бактерий или эндотоксинов на организм. По ряду оценок до 91% больных кистозным фиброзом имеют антитела к BPI. У таких пациентов это, в свою очередь, обеспечивает условия, благоприятные для образования биопленок P. aeruginosa. Показано, что в подобных случаях уровень антител к BPI коррелирует с колонизацией P. aeruginosa и повреждением легких. Общие сведения о биологической активности BPI приведены в таблице.

 

Cурфактантный белок D (SP-D)

SP-D принадлежит к коллагеновому подсемейству гликопротеинов и кальций-зависимых лектинов (коллектинов). SP-D представляет собой белок, состоящий из 3 субъединиц с м.м. 43 кДа, которые связаны своими N-концами. Каждая субъединица состоит из по крайней мере, четырех дискретных структурных доменов: короткого N-терминального, относительно длинного коллагенового, короткого амфипатического связывающего пептида и С-концевого домена, распознающего лектин С-типа (CRD).

SP-D синтезируют и секретируют два типа нереснитчатых эпителиальных клеток в периферических дыхательных путях: альвеолярные клетки II типа и клетки Клара. Он также экспрессируется в различных эпителиальных клетках в желудочно-кишечном и мочеполовом трактах. В легких SP-D принимает участие во врожденном иммунном ответе на вдыхаемые микроорганизмы и органические антигены. SP-D связывается с поверхностными гликоконъюгатами различных микроорганизмов и олигосахаридами, ассоциированными с поверхностью целого ряда органических антигенов. Этот белок усиливает опсонизацию микроорганизмов и ограничивает воспалительный ответ в легких.

Было показано, что экспрессия SP-D может быть связана с рядом заболеваний: кистозным фиброзом, острой интерстициальной пневмонией (ARDS), астмой, бронхо-легочной дисплазией, альвеолярным протеинозом и т.п. Хроническое воспаление связано с заметным дефицитом SP-D. Исследования на животных продемонстрировали увеличение уровня экспрессии SP-D в случаях силикоза и гипероксии (у крыс) также как и при сверхэкспрессии ИЛ-4 или инвазии инфекционных агентов (у мышей).

 

Хемокин CCL20

CCL20 имеет сходные структурные и функциональные свойства с β-Дф человека. Этот хемокин синтезируют эпителиальные клетки дыхательных путей и нейтрофилы. Воспалительные цитокины (ИЛ-1β и TNF-α) регулируют экспрессию этого белка через NF-kB путь. CCL20 обладает антимикробной активностью против широкого спектра грамотрицательных бактерий. Показано, что БАЛ пациентов с кистозным фиброзом содержит высокие концентрации CCL20 по сравнению с нормальным БАЛ.

 

Clara Cell Protein (белок клеток Клара – секреторных клеток бронхиолы)

Белок клеток Клара человека (СС16, СС10, утероглобин, мочевой белок 1 или секреторный белок клеток Клара) принадлежит к семейству секретоглобинов и является белком, секретируемым нереснитчатыми клетками бронхиол. Существуют убедительные данные о его ингибиторной активности в отношении фосфолипазы А2, а также о иммуномодулирующих свойствах данного белка, включая ингибирование передачи сигналов гамма интерферона и регуляцию Th1 vs. Th2 лимфоцитов. Этот белок был предложен в качестве потенциального периферийного маркера респираторного эпителиального повреждения и бронхиальной дисфункции. Начиная с 1994 г. регулярно сообщалось о присутствии СС16 одновременно в сыворотке и БАЛ. Повышение концентрации СС16 в сыворотке обычно коррелирует с возрастом, воздействием асбеста, хлористого азота и озона, саркоидозом и интенсивной искусственной вентиляцией легких с положительным давлением в конце выдоха (РЕЕР). Понижение уровня сывороточного СС16 наблюдается после резекции легких, у рабочих, подвергающихся воздействию кварца (кремнезема), курильщиков и при астме. Снижение концентрации СС16 также показано в амниотической жидкости плодов, страдающих от пульмонарной гипоплазии, вызванной различными механизмами (диафрагмальная грыжа, диабетическая фетопатия, синдромы Тернера и Дауна). Оказалось, что накопление СС16 в плевральном выпоте связано с диффузией этого белка из легких, которые при кардиально-плевральном застое содержат высокий уровень СС16.

 

Миелопероксидаза (MPO)

MPO играет серьезную роль в индукции повреждения легких при различных заболеваниях. Известно, что жидкость ELF большинства пациентов с идиопатическим пульмонарным фиброзом содержит высокие концентрации MPO и воспалительных клеток, которые самопроизвольно выделяют значительное количество H 2 O 2 . Показано, что уровень MPO значительно повышен у недоношенных детей с большей степенью незрелости или у тех, у кого развиваются хронические заболевания легких.

 

α1-антитрипсин (α1-АТ)

Недостаточность содержания α1-АТ в организме отмечается при эмфиземе легких в раннем детском возрасте и у взрослых. При недостатке α1-АТ имеет место снижение защиты слизистых бронхиального дерева и легочной паренхимы от повреждающего действия протеолитических ферментов, освобождающихся из лейкоцитов и микробных клеток при повторных эпизодах воспаления. Эти «избыточные» ферменты могут приводить к повреждению эластических волокон, истончению и разрыву альвеолярных перегородок. Наследственный дефицит α1-АТ имеет аутосомно-рецессивный характер наследования. При дифференциальном диагнозе следует отличать вторичную эмфизему, развившуюся вследствие хронических обструктивных заболеваний легких, от первичной врожденной. Первичная эмфизема легких обусловлена наследственным дефицитом α1-АТ.

 

Муковисцидоз (МВ)

МВ – наиболее часто встречающееся потенциально летальное наследственное заболевание. Частота МВ составляет примерно 1 на 2500 у лиц европеоидной расы. Носительство гена этой болезни вовсе не редкость: 1:25 – 1:30. Это аутосомно-рецессивная наследственная болезнь; ответственен за нее ген белка CFTR, расположенный в хромосоме 7 (в настоящее время клонирован). Белок CFTR функционирует в качестве хлорного канала в клеточной мембране эпителиальных клеток, выстилающих выводные протоки поджелудочной железы, кишечника, бронхолегочной системы, урогенитального тракта. Сейчас уже хорошо известно, что проницаемость апикальной мембраны для ионов Cl– при MB составляет 1/15 от нормальной, в то время как проницаемость для ионов Nа + увеличена почти в 4 раза. Это вызывает нарушения ионного транспорта в апикальной мембране клеток экзокринных органов. Измененная секреция Cl– и гиперабсорбция Na + в респираторном эпителии приводит к изменению электролитного состава секрета, к его дегидратации и сгущению, нарушению мукоцилиарного клиренса, рецидивирующему инфицированию дыхательных путей, деструкции бронхов и эластической стромы легких, к прогрессирующему снижению вентиляционной функции легких, к выделению аномального и густого секрета в дыхательные пути. Выраженность симптоматики в различных органах весьма вариабельна у разных пациентов. У 80% больных ожидаемая продолжительность жизни составляет более 20 лет.