5 курс / Пульмонология и фтизиатрия / Респираторная_медицина_Руководство_в_3_томах_Том_1

Недавние данные свидетельствуют, что эпигенетические механизмы, такие как модификации в метилировании геномной ДНК, могут объяснить такие явления [193].

(Подробнее см. главу о генетике бронхиальной астмы.)

Молекулярные и клеточные основы патогенеза бронхиальной астмы

В развитии БА участвуют, с одной стороны, генетические факторы, с другой — факторы внешней среды. Собственно взаимодействие этих факторов приводит к формированию БА. Доминирование Th2-иммунного ответа, развиваемое в нижних дыхательных путях, составляет основу иммунологических нарушений в абсолютном большинстве случаев БА. Как известно, Th1- и Th2-иммунный ответы различаются запускающими факторами, а также клетками и медиаторами, которые их реализуют. Так, например, Th1-иммунный ответ направлен против внутриклеточных бактерий, вирусов и простейших и опосредован Th1 CD4+- клетками, цитотоксическими CD8+-Т-клетками и IgG-АТ. Этот тип ответа может быть «ошибочно» направлен против собственных антигенов организма и участвует, таким образом, в аутоиммунном процессе. Th2-иммунный ответ обычно возникает в ответ на инвазию гельминтами и паразитами и обусловлен Th2 CD4+-клетками и IgEАТ. Кроме этого, Th2-ответ может возникать в ответ на аллергены окружающей среды у пациен-

тов с атопией. Th2 CD4+-клетки характеризуются высокой экспрессией транскрипционного фактора GATA-3 и секрецией цитокинов Th2-профиля (интерлейкины IL-4, -5, -9, -13). Эти цитокины участвуют в запуске IgE-обусловленных реакций гиперчувствительности в нижних дыхательных путях, активируя и поддерживая воспалительный процесс в слизистой оболочке и ремоделирование бронхиальной стенки [194]. Этот каскад воспалительных событий, вызванных Th2-цитокинами, объясняет многое в патологии, лежащей в основе ключевых клинических проявлений БА: БГР, обструкции бронхов и гиперсекреции слизи.

Аллергический/Th2-обусловленный механизм в патогенезе бронхиальной астмы

Выше уже неоднократно обсуждалось, что триггерные факторы окружающей среды, действующие в раннем детстве, активируют эпителиальные клетки дыхательных путей, стимулируя начало аллергического ответа и БА у людей с наследственной предрасположенностью к атопическим заболеваниям. Причем, помимо аллергенов, существенна роль респираторных вирусов и аэрополлютантов (рис. 8.6, 8.7). Ключевым фактором в развитии БА является взаимодействие эпителиальных клеткок слизистой оболочки нижних дыхательных путей с клетками в подлежащем мезенхимальном/подслизистом слое [195] (рис. 8.8). Эпителиальные клетки дыхательных путей экспрессируют разнообразные распознающие рецепторы для ответа на триггеры, такие как пато-

Рис. 8.8. Развитие Th2иммунного ответа в нижних дыхательных путях (адаптировано из [194]. (TSLP — тимический стромальный лимфопоэтин; IL — интерлейкины; IL-C2 — врожденные лимфоидные клетки 2-го типа; TFH — фолликулярные хелперные Т-клетки), детали — в тексте)

степенью защиты организма, поэтому возможно, что дефицит в интерфероновом ответе делает некоторых людей восприимчивыми к вирус-ин- дуцированному дебюту БА и/или вирус-индуци- рованному обострению уже существующей астмы. Данные, полученные из экспериментальных исследований на животных и из эпидемиологических исследований, свидетельствуют, что более тяжелые вирусные инфекции с большей вероятностью приводят к формированию БА [202]. Хотя в некоторых исследованиях был показан дефицит в продукции IFN β и -λ эпителиальными клетками больных БА в ответ на риновирусную инфекции дыхательных путей [203, 204], тем не менее пока нельзя определенно сказать, что дефект в IFN-зависимом контроле вирусной репликации является механизмом, запускающим БА или инициирующим ее обострение [201, 205].

IL-33, цитокин эпителиальных клеток, относящийся к семейству IL-1 цитокинов, является ключевым медиатором Th2-ответа при БА. Главной цитокиновой активностью IL-33 является содействие Th2-воспалению через высвобождение Th2-цитокинов ST2 (высокоаффинный рецептор IL1RL1)-несущими клетками. ST2 экспрессируется на широком спектре иммунных клеток, относящихся как к врожденному, так и адаптивному иммунитету: CD4+-T-клетки, ТК, базофилы и IL-C2. Хотя CD4+-Т-клетки являются основным источником Th2-цитокинов в дыхательных путях, но IL-C2-клетки получают все большее признание в качестве редкого, но потенциально важного источника цитокинов [206]. Акцент на IL-33 в качестве ключевого посредника между клетками эпителия и Th2-иммунным ответом при астме проистекает из нескольких генетических исследований, которые последовательно нашли ассоциацию между астмой и генетическими полиморфизмами на IL-33- и ST2-локусе [207–210]. Интересно, что генетические полиморфизмы в ST2 связаны с низким уровнем циркулирующего sST2 (растворимая форма ST2, действующая как мощный негативный регулятор внеклеточной активности IL-33) и большим числом эозинофилов в периферической крови [161], стало быть, относительный дефицит в sST2 может быть одним из механизмов Th2-воспаления.

Как было описано выше, продукция аллер- ген-специфических IgE требует, чтобы аллергены, захваченные дендритными или другими антиген-презентирующими клетками, были представлены в присутствии IL-4 антиген-наивным Т-клеткам, что приводит к дифференцировке последних в Th2-лимфоциты. IL-4 также вызывает переключение В-клеток на продукцию IgE-АТ [211]. Примечательно, что IL-4-продуцирующие клетки, которые взаимодействуют с В-клетками во вторичных лимфоидных органах, являются TFH-клетками, а не Th2-лимфоцитами [212]. Существуют два вида рецепторов к IgE — FcεRI

иFcεRII. FcεRI — высокоаффинный рецептор с преимущественной локализацией на тучных клетках и базофилах; FcεRII (CD23) — низкоаффинный рецептор, локализованный на эпителиальных клетках, В-клетках и миелоидных клетках [213, 214]. Аллерген-специфические IgE-АТ, образующиеся в избытке при контакте с аллергеном у предрасположенных к атопии людей, фиксируются на высокоаффинных рецепторах к ним, локализованных на тучных клетках. Это приводит к сенсибилизации клеток и слизистой оболочки дыхательных путей. Последующий контакт с аллергеном и вызванная им агрегация IgE на поверхности клетки приводят к активации тучной клетки

ивысвобождению из нее биологически-активных медиаторов (рис. 8.9, см. ). Преформированные медиаторы, содержащиеся в цитоплазматических гранулах клетки, включают: гистамин, серотонин, триптазу, протеазы и гепарин. Другие продукты синтезируются de novo и включают липидные медиаторы (лейкотриены В4 и С4, простагландин D2, фактор активации тромбоцитов) и цитокины. Надо отметить, что высвобождение преформированных и вновь образованных медиаторов происходит очень быстро, в течение минут после контакта с аллергеном. Воздействие медиаторов на эндотелиальные клетки сосудов и нейрорецепторы слизистой оболочки дыхательных путей приводит к возникновению клинических симптомов БА или АР. Это ранняя фаза аллергического ответа, разрешающаяся в течение 1–3 ч. Однако спустя 2–6 ч развивается более или менее выраженная поздняя фаза аллергической реакции, для которой не требуется дополнительного контакта с аллергеном

икоторая продолжается 24–48 ч. Поздняя фаза аллергического ответа обусловлена эозинофилами

иТ-лимфоцитами. В этот период увеличиваются количество эозинофилов в слизистой оболочке, их активация и выживаемость. Изменения в клеточном составе во время поздней аллергической реакции, вызванные поступлением и активацией эозинофилов, базофилов, Тh2-лимфоцитов, поддерживают активность ТК и приводят к развитию хронического воспаления и формированию специфической и неспецифической ГДП [215, 216]. Надо сказать, что IgE-обусловленные реакции составляют основу патогенетического механизма в большинстве случаев БА.

Бронхиальная астма и другие атопические болезни

Для атопической БА характерна взаимосвязь с АтД и АР. И хотя рост заболеваемости БА был отмечен раньше, увеличение заболеваемости АтД и АР имело аналогичную динамику. Распространенность АтД увеличилась в 2–3 раза за последние 30 лет и в настоящее время достигает уровня 10–20% детской популяции [217]. АтД предваряет развитие БА и АР и является отправной точкой для последующего формирования респираторной аллергии. Анализ 13 проспектив-

ных когортных исследований, включавших в том числе исследования по наблюдению за детьми с рождения, показал, что дети с АтД в раннем детстве имеют в 2,14 раза выше шанс развития БА по сравнению с детьми без АтД [218]. В другом исследовании распространенность АР и БА у 2270 детей с диагностированным врачом АтД составила почти 66%, т.е. к 3-летнему возрасту эти дети имели симптомы АР или БА либо обоих заболеваний, причем наличие этих заболеваний коррелировало с плохим контролем АтД [219]. По данным исследований, приблизительно 45% больных АтД развивают в дальнейшем БА, а 30–40% — АР [220]. Известное Тасманское исследование, оценившее влияние АтД на развитие астмы на протяжении длительного периода от детства до взрослой жизни, обнаружило, что наличие АтД в детстве в значительной степени связано с впервые выявленной астмой в разные возрастные этапы жизни: в период до подросткового возраста (ОР 1,70; 95% ДИ 1,05–2,75), подростковый возраст (ОР 2,14; 1,33–3,46) и взрослая жизнь (отношение рисков 1,63; 1,28–2,09), а в целом в возрасте от 8 до 44 лет (ОР 1,73; 1,42–2,12) [221]. Это исследование наводит на мысль, что атопический марш прогрессирует и после детства. Степень тяжести АтД является фактором риска развития респираторной аллергии. Результаты исследований показывают, что при тяжелом АтД риск развития БА составляет 70%, при легком — 30%, а в целом среди всех детей — 8–10%. Выше уже говорилось, что наибольший риск развития БА среди пациентов с АтД имеют люди с мутациями в гене филаггрина, белка, который играет ключевую роль в формировании корнифицированного эпителия и образовании эпидермального барьера, защищающего организм от действия различных токсичных соединений [185]. Приблизительно у половины больных АтД выявляются мутации в гене филаггрина. Отмечено, что мутации филаггрин-гена ассоциированы с повышенным риском развития БА, но только у пациентов с АтД (рис. 8.10, см. ) [222]. Лечение и профилактика АтД должны быть направлены не только на предотвращение обострений кожного процесса, но и на то, чтобы предупредить развитие аллергического марша. Своевременная диагностика и правильное лечение АтД могут предотвратить дальнейшую гиперпродукцию IgE АТ и развитие аллергических реакций в коже, легких и носу.

Эпидемиологические исследования последовательно и убедительно демонстрируют сильные связи между ринитом и астмой [223]. Клинические и фундаментальные научные исследования последних лет свидетельствуют, что эти два заболевания имеют общие анатомические, физиологические, иммунопатологические и терапевтические факторы [223]. АР представляет собой воспалительное заболевание, развиваемое в слизистой оболочке носа у сенсибилизирован-

ных пациентов в ответ на контакт с аллергенами, причем, как и у большинства больных БА, это воспаление эозинофильное (рис. 8.11, см. ). Важность проблемы АР обусловлена высокой распространенностью заболевания, существенным влиянием на качество жизни пациентов, на профессиональную деятельность и способность

кобучению, а также его тесной связью с БА. Большинство пациентов с БА отмечают сопутствующий ринит, подтверждая концепцию «одни дыхательные пути — одна болезнь». По результатам исследований, более 80% больных астмой страдают от симптомов ринита и от 10 до 40% больных ринитом имеют БА [223]. Многие пациенты с АР имеют повышенную БГР, а особенно высокий риск развития астмы имеют пациенты с тяжелыми, персистирующими симптомами ринита и синусита. В целом, как показывают исследования, пациенты, страдающие АР, имеют по крайней мере в 3 раза больше шанс заболеть астмой по сравнению со здоровыми лицами, и, как правило, ринит предшествует формированию астмы (у 32–49% больных) [65, 223, 224]. Неконтролируемый АР влияет на течение БА. Улучшение симптомов ринита сопровождается улучшением симптомов сопутствующей бронхиальной астмы, и наоборот: ухудшение симптомов ринита ассоциировано с утяжелением и персистенцией астматических симптомов. Эта взаимосвязь происходит от единства триггерных и патогенетических факторов АР и БА, особенно если речь идет об атопической природе болезни, а также от внутренних связей, существующих между верхними и нижними дыхательными путями (рис. 8.12) [225].

Несколько механизмов могут участвовать в формировании дисфункции нижних дыхательных путей при АР (см. рис. 8.12): блокада носового дыхания, приводящая к увеличению контакта нижних дыхательных путей с сухим, холодным воздухом и аллергенами, легочная аспирация назального содержимого, назобронхиальный рефлекс и поступление провоспалительных клеток и медиаторов в системный кровоток. Вероятно, индукция локального воспаления через системный кровоток наиболее значима. Аллергенная провокация, вызванная в каком-либо органе у пациента с аллергическим заболеванием, вызывает продукцию провоспалительных клеток в костном мозге. После высвобождения и дифференциации клеток-предшественников эозинофилы, базофилы и ТК рекрутируются в ткани, обеспечивая развитие и поддержание в них аллергического воспаления [226–229]. Понимание молекулярных основ сигнальных процессов, которые приводят

кэтим системным ответам между органом-мише- нью, особенно дыхательными путями, и костным мозгом, может открыть новые возможности в терапии аллергических воспалительных заболеваний.

Механизмы хронического воспаления при бронхиальной астме: клетки и медиаторы

Механизмы персистенции Th2-иммунного ответа при БА не до конца понятны. Возможно, что генетически запрограммированный аномальный иммунный ответ становится фиксированным вследствие того, что устанавливается он в течение критического временного окна, в раннем детском возрасте, когда иммунная система пластична. В этот период эпителиальные клетки особенно чувствительны к эпигенетическому воздействию, приводящему к стойким изменениям в поведении клеток. Эпигенетические изменения включают метилирование ДНК или посттрансляционную модификацию аминокислотных хвостов гистонов путем ацетилирования, фосфорилирования, метилирования, сумоилирования или убиквитинирования [230, 231]. Поэтому эпигенетические изменения сохраняются в делящихся клетках, они обеспечивают механизм, посредством которого факторы окружающей среды могут вызвать устойчивые изменения в фенотипе без изменений генотипа. Большинство эпигенетических изменений происходит внутриутробно и вскоре после рождения, т.е. в период, который совпадает с периодом наибольшей восприимчивости к триггерам окружающей среды, вызывающим БА. Надо сказать, что, хотя эпигенетическая гипотеза является привлекательной, все же пока существует мало прямых доказательств воплощения ее при БА [132].

Согласно современным концепциям, считается, что начальные события в эпителии дыхательных путей с участием таких регуляторов, как IL-33, результируются в повышении активности Тh2-цитокинов в слизистой оболочке дыхательных путей, секретируемых главным образом CD4+-Т- клетками, приводящими к каскаду последующих событий, включая IgE-опосредованную гиперчувствительность, активацию эпителиальных клеток дыхательных путей, хемоаттракцию эффекторных клеток (мастоцитов, эозинофилов, базофилов) и ремоделирование эпителия и субэпителиального матрикса (см. рис. 8.13) [232].

CD4+-клетки

CD4+-Т-лимфоциты — популяция лимфоцитов, классифицируемых на основании их функций

исекретируемых специфических цитокинов (IL-4, -5, -9, -13). СD4+-Th2-лимфоциты вовлечены в иммунный ответ против гельминтов и паразитов

иопределяют основной механизм формирования атопических заболеваний и БА, а IL-4 является наиболее мощным Th2-поляризационным фактором [233]. Существуют свидетельства, что при БА в дыхательных путях отмечается избыток СD4+-Th2- лимфоцитов. Жидкость БАЛ, полученная от больных БА, содержит повышенное число Т-клеток, экспрессирующих мРНК для IL-4 и -5 (но не IFN γ) [234]. Последующие исследования также подтвердили либо повышение числа Th2-лимфоцитов или повышенную транскрипцию Тh2-цитокинов,

либо их активность в дыхательных путях больных БА [235, 236]. CD4+-Th2-клетки не единственный источник цитокинов Th2-профиля, поскольку ТК, базофилы и IL-C2-клетки также секретируют эти цитокины, но CD4+-Т-лимфоциты все же являются основными источниками и играют главную роль в хроническом течении заболевания. CD4+- Th2-клетки являются носителями хемокинового рецептора CCR4+ и отвечают на CCL17 (также называемый тимусом и активацией регулируемый хемокин (TARC)], который производят эпителиальные клетки и который важен для аккумуляции Th2-клеток в дыхательных путях (см. рис. 8.13).

CD4+-Th2-клетки имеют множество других рецепторов, включая CRTH2, ST2, TSLPR и IL17BR, это означает, что они могут отвечать на PGD2, IL-33, TSLP и IL-25 соответственно [237]. Как известно, IL-5, секретируемый Th2-клетками, обусловливает тканевую эозинофилию, IL-9 — гиперплазию ТК, а IL-13 вызывает активацию эпителиальных клеток, о чем уже говорилось выше.

Эпителиальные клетки дыхательных путей

Объективные исследования экспрессии генов в эпителиальных клетках дыхательных путей показывают генетический профиль, соответствующий активации IL-13 [238]. Генные транскрипты для IL-13, собственно, в эпителии дыхательных путей редки, и их легче обнаружить в подслизистой ткани или в клетках мокроты [235]. Стало быть, кле-

точный источник IL-13 находится в подслизистом или в супрамукозальном слизистом слое. Эти IL- 13-продуцирующие клетки представляют собой в основном CD4+-Т-клетки, но ILC2-клетки и ТК также участвуют. IL-13 имеет множество эффектов на эпителиальные клетки дыхательных путей [232]. Активируемые IL-13 гены включают эотаксины (особенно эотаксин-3, также называется CCL26), CCL17 (TARC) и фактор стволовых клеток, которые обеспечивают хемотаксиc или выживание для эозинофилов, CD4+-Th2-клеток, ТК соответственно. Также IL-13 является активатором iNOS, периостина и некоторых генов муцина. iNOS катализирует продукцию NO из L-аргинина и NO в выдыхаемом воздухе, может таким образом использоваться в качестве маркера IL-13 активации в эпителии дыхательных путей [239]. Вследствие того что iNOS стероидочувствительный ген, у пациентов с БА, принимающих глюкокортикоидные препараты, уровень NO в выдыхаемом воздухе обычно низкий [240].

Периостин является секретируемым белком из семейства фасциклинов (витамин К-зависимые протеины), который взаимодействует с интегринами, TGFβ и матричными белками, чтобы инициировать множество биологических эффектов, включая пролиферацию и миграцию клеток, регулирование Treg-клеток и модуляцию биомеханических свойств коллагена [241]. Ген периостина имеет высокую экспрессию в эпителиальных клет-

467

ках дыхательных путей, но сам белок периостин практически не определяется в эпителиальных клетках, так как быстро секретируется в базальном направлении, где в субэпителиальном матриксе предполагается, что он связывает и уплотняет коллаген [241]. В этом месте периостин является также доступным для системной циркуляции через субэпителиальные бронхиальные венозные сплетения. Таким образом, периостин может быть полезным биомаркером IL-13 обусловленной активации эпителиальных клеток дыхательных путей, определяемым в крови [242]. Биологические последствия повышенной регуляции периостина при астме пока до конца не определены. Хотя исследования in vitro показывают, что периостин мощно активирует TGFβ в эпителиальных клетках, вызывая эпителиально-мезенхимальную трансформацию [241], однако не существует доказательств, что эпителиально-мезенхиальная трансформация имеет место in vivo при БА. Мыши, дефицитные по периостину, имеют преувеличенный ответ на ингаляционные аллергены, что позволяет предполагать протективную функцию периостина в дыхательных путях, возможно, через его влияние на TGFβ и функцию Treg-клеток [243]. Функция различных других белков в дыхательном эпителии нарушается под влиянием IL-13, в том числе генов муцина [235, 244]. Обобщая, надо сказать, что, хотя такие эпителиальные цитокины, как IL-33, являются важными для инициации и, возможно, персистенции БА, активация эпителиальных клеток с помощью IL-13 является необходимым усиливающим механизмом в патофизиологии БА (см. рис. 8.13) [132].

Эозинофилы

Повышение числа эозинофилов в дыхательных путях — отличительный признак БА [245]. Еще в 1992 г. J. Bousquet и соавт. показали, что эозинофильное воспаление в дыхательных путях коррелирует с тяжестью БА [246]. Эозинофилы — основные эффекторные клетки, ответственные за воспалительные изменения в слизистой оболочке бронхов, которые они реализуют с помощью мощных цитоплазматических белков, содержащихся в их гранулах, и благодаря способности вырабатывать цитокины. Эозинофильные белки включают главный основной протеин (МВР), эозинофильный катионный белок (ECP), эозинофильную пероксидазу (EPO) и эозинофильный нейротоксин (EDN) [245]. МВР проявляет цитотоксичность в отношении гельминтов и может нарушить целостность липидного бислоя в клетках млекопитающих, таким образом вызывая повреждение эпителия [245]. Он также является антагонистом М2-мускариновых рецепторов дыхательных путей, которые обеспечивают отрицательную обратную связь, ограничивающую нейротрансмиссию и бронхоконстрикцию, вызванную ацетилхолином [245, 247]. ECP и EDN имеют рибонуклеазную

активность, которая обусловливает нейротоксические эффекты, и оба протеина обладают антивирусной активностью [246]. Цитотоксичность ECP продемонстрирована в отношении эпителиальных, тучных, гладкомышечных клеток и фибробластов. Кроме того, ECP обладает иммуномодулирующими свойствами, так как воздействует на лимфоциты и стимулирует иммунный ответ Th2-типа [245, 247]. Активные формы кислорода, генерируемые EPO эозинофилов, индуцируют окислительный стресс и последующую гибель клеток путем апоптоза и некроза [247]. Таким образом, действие протеинов эозинофильных гранул приводит к усилению нейрообусловленной бронхоконстрикции и активации и повреждению эпителиальных клеток дыхательных путей. Кроме этого, эозинофилы способны синтезировать многочисленные цитокины и факторы роста, которые обеспечивают взаимодействие эозинофилов с другими клетками иммунного ответа и воспаления. Это провоспалительные цитокины: IL-2, -4, -5, -10, -12, -13, -16, -18 и TGFα/β, хемокины (RANTES, эотаксин-1) и липидные медиаторы (фактор активации тромбоцитов и лейкотриен С4). Эозинофилы могут влиять на развитие тканей, гомеостаз и процессы репарации, регулируют иммунный ответ и проявляют провоспалительные эффекторные функции [247]. Цитокины эозинофилов, такие как TGFα и TGFβ, участвуют в механизме секреции муцина и формировании фиброза бронхиальной стенки [248].

Эозинофилия мокроты коррелирует с выраженностью симптомов, тяжестью БА и снижением функции легких [249]. В исследовании, включившем 41 взрослого пациента с стабильной БА разной степени тяжести, выявлена связь между выраженностью эозинофилии мокроты, редуцированным апоптозом эозинофилов и клинической тяжестью БА [250]. В другом исследовании показана связь эозинофилии дыхательных путей с обострениями БА. Пациенты с частыми обострениями БА имели высокий уровень эозинофилов в мокроте (>25%), несмотря на высокие дозы получаемых ИГК (>2000 мкг беклометазона дипропионата ) [251]. Показана высокая корреляция между эозинофилией дыхательных путей и периферической крови при БА, это свидетельствует в пользу того, что эозинофилы крови могут быть маркером эозинофильного воспаления в дыхательных путях у больных БА [252].

Тучные клетки

ТК давно известны как центральные эффекторные клетки при БА (см. рис. 8.9), и многими исследованиями показано повышение числа ТК в слизистой оболочке бронхов и в секретах при БА [253–256]. Важность ТК недавно была еще раз подчеркнута результатами генетических микрочиповых исследований при астме и лучшим пониманием IL-33/ST2 биологии. В частности, показано, что гены ТК являются одними из наиболее активируемых генов при БА [238].