Провоспалительный что это значит

Цитокины

Опубликовано вт, 17/11/2020 — 19:27

Кто такие цитокины ?

Цитокины представляют собой плейотропные белки, участвующие в регуляции как иммунологических, так и неиммунологических процессов, и классифицируются как провоспалительные или противовоспалительные по функции в зависимости от их способности либо усиливать, либо подавлять иммунный ответ . Цитокины продуцируются различными типами клеток на периферии (например, эндотелиальными клетками, моноцитами / макрофагами, дендритными клетками, натуральными клетками-киллерами и Т-клетками) и центральной нервной системой (ЦНС; например, астроциты, микроглия), где они функционируют как «химические посланники.»

Периферические цитокины

На периферии цитокины (и другие иммунные факторы) высвобождаются фагоцитарными клетками после инфицирования , и как только патоген устраняется, происходит сдвиг в сторону противовоспалительной передачи сигналов, чтобы устранить воспаление и восстановить гомеостаз. В дополнение к центрально продуцируемым факторам, периферические цитокины могут также получать доступ к ЦНС через несколько гуморальных путей, которые действуют параллельно, включая: (1) пассивный транспорт в нарушенных областях гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) или через ГЭБ-дефицитные участки. сосудистые сплетения и околожелудочковые органы [, (2) активный транспорт через насыщаемые транспортные молекулы и (3) связывание с церебральными эндотелиальными клетками для стимулирования высвобождения вторичных воспалительных мессенджеров. Иммунная информация также передается в мозг с помощью быстрых нервных путей, которые активируют первичные афферентные нервные волокна в ответ на высвобождение периферических цитокинов. Как только иммунная информация с периферии достигает мозга, она восстанавливается в ЦНС посредством центрального высвобождения цитокинов.

Провоспалительные и противовоспалительные

Иммунные возможности различных цитокинов очень избыточны и в конечном итоге приводят к стимуляции нескольких типов клеток и последующей продукции медиаторов воспаления . Провоспалительные цитокины, такие как интерлейкин (IL) -1, IL-2, IL-6 и фактор некроза опухоли альфа (TNF-α), усиливают воспалительный каскад, рекрутируя лейкоциты, активируя воспалительные клетки и способствуя устранению вторжение патогенов . Противовоспалительные цитокины, такие как IL-4, IL-5, IL-10, антагонист рецептора IL-1 (IL-1RA) и растворимый рецептор IL-2 (sIL-2R), реципрокно разработаны орагнизмом для подавления воспаления. через иммуносупрессивные функции.

Механизмы действия

Цитокины проявляют свой эффект за счет связывания со специфическими рецепторами цитокинов, которые экспрессируются на множестве периферических и центральных клеток, а также существуют в растворимой форме. Некоторые подтипы рецепторов служат нефункциональными ловушками (например, IL-1RII, sIL-2R) , тогда как другие усиливают активность цитокинов (например, sIL-6R. Ингибирующие эффекты также достигаются нефункциональными антагонистами рецепторов (например, IL-1RA), которые конкурируют с цитокинами за сайты связывания рецепторов . Комплексы цитокин-рецептор фосфорилируются киназой Janus (JAK) и киназами Src и передают сигнал через такие пути, как JAK-STAT (преобразователь сигнала и активатор транскрипции), Ras / MAPK (протеинкиназа, активируемая митогеном) и фосфоинозитид-3-киназа ( PI-3-kinase) для активации транскрипции генов и клеточной активности. В этом репертуаре иммунологических функций цитокины играют ключевую роль в регулировании энергетического гомеостаза. Это происходит в основном за счет центрального воздействия на пищевое поведение и другие метаболические исходы как в иммунологических, так и в неиммунологических целях.э

В ЦНС цитокины оказывают прямое действие на нейроны гипоталамуса в LHA, PVN и VMN, опосредуя пищевое поведение . В подтверждение этого цитокиновая мРНК и белок, а также рецепторы цитокинов были обнаружены во многих областях мозга, включая гипоталамус, с наибольшими концентрациями в VMH . У крыс с анорексией, несущих опухоль, мРНК IL-1β и IL-1R активируются в гипоталамусе, а уровни IL-1 в спинномозговой жидкости отрицательно коррелируют с потреблением пищи . Kent et al. продемонстрировали, что прямое введение рекомбинантного IL-1β в VMN, как в зависимости от времени, так и в зависимости от дозы, вызывает анорексию и потерю веса, при этом потребление пищи и воды снижается на 45 и 30% соответственно. Антагонисты цитокинов, вводимые VMN, также могут изменить исход анорексии за счет улучшения приема пищи. Эти данные подтверждают прямое участие цитокинов в регуляции метаболической активности гипоталамуса.

Цитокины проявляют свой эффект за счет связывания со специфическими рецепторами цитокинов, которые экспрессируются на множестве периферических и центральных клеток, а также существуют в растворимой форме

Центральное введение цитокинов может снизить уровень NPY — важного орексигенного фактора . Sonti et al. наблюдали, что введение NPY блокирует анорексические эффекты IL-1β и вызывает кормление у анорексичных крыс. Аналогичная связь существует между NPY и интерфероном-α Липополисахаридный эндотоксин и IL-1β снижают уровни в плазме орексигенного фактора, грелина, эффект, который можно блокировать введением экзогенного грелина, IL-1RA и нестероидного противовоспалительного препарата индометацина. Другими словами, введение противовоспалительных факторов восстанавливает орексигенную передачу сигналов в тех случаях, когда уровни цитокинов повышены. Цитокины также взаимодействуют с другими нейропептидами (например, пептидами, производными POMC, гипокретинами / орексинами, CART, меланин-концентрирующим гормоном и AgRP) и нейротрансмиттерами (например, дофамином, серотонином, гистамином и норэпинефрином), которые участвуют в регуляции приема пищи

Микроглия

В ЦНС микроглия и астроциты в первую очередь регулируют начало и прекращение воспалительной реакции. Микроглия — это резидентные макрофаги ЦНС, которые постоянно исследуют мозг на предмет повреждения нейронов, бляшек и микробов и обеспечивают немедленную реакцию даже на незначительную центральную патологию. После активации микроглия участвует в различных функциях, включая фагоцитоз и представление антигена вторгшимся микробам, секрецию маркеров окислительного стресса, таких как активные формы кислорода (АФК) и активные формы азота, и выработку циклооксигеназы (ЦОГ) -2, простагландина Е 2 , и воспалительные цитокины.

Астроциты

Астроциты могут секретировать провоспалительные медиаторы, но они в первую очередь продуцируют противовоспалительные факторы . Астроциты также оказывают ингибирующее и стимулирующее действие на микроглию в зависимости от внутреннего иммунного состояния.

Источник

Роль провоспалительных и противовоспалительных цитокинов при бактериальной пневмонии. Обзор литературы

Е.П. Зинина 1 , С.В. Царенко 2 , Д.Ю. Логунов 3 , А.И. Тухватулин 3 , А.В. Бабаянц 4 , А.А. Аврамов 1

1 ФГАУ НМИЦ «Лечебно-реабилитационный центр» МЗ РФ, Москва, Россия

2 ГБУЗ города Москвы «Городская клиническая больница № 52 ДЗМ», Москва, Россия

3 НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи, Москва, Россия

4 НИИ Клинической хирургии ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России, Москва, Россия

Для корреспонденции: Зинина Елизавета Павловна — врач анестезиолог-реаниматолог, отделение анестезиологии и реанимации № 1, ФГАУ НМИЦ «Лечебно-реабилитационный центр» МЗ РФ, Москва, Россия; e-mail: epzinina@gmail.com

Для цитирования: Е.П. Зинина, С.В. Царенко, Д.Ю. Логунов, А.И. Тухватулин, А.В. Бабаянц, А.А. Аврамов. Роль провоспалительных и противовоспалительных цитокинов при бактериальной пневмонии. Обзор литературы. Вестник интенсивной терапии им. А.И. Салтанова. 2021;1:77–89. DOI: 10.21320/1818-474X-2021-1-77-89

Реферат

Нозокомиальная пневмония — частая причина смертности пациентов в отделениях реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ). Эффективность лечения зависит от выбора режима антибиотикотерапии. Изменение концентрации цитокинов в крови может являться чувствительным предиктором исхода нозокомиальной пневмонии и ответа на антибактериальную терапию. Анализ литературы показал, что по запросу «pneumonia», «cytokines», «biomarkers» в базе данных Pubmed можно обнаружить 1062 публикации. При сужении поиска с использованием ключевых слов «nosocomial pneumonia», «cytokines» приведено 212 источников. Дополнительный поиск литературных данных о конкретных цитокинах и их роли при пневмонии позволяет обнаружить еще 258 публикаций. Результаты экспериментальных и клинических работ указывают на прогностическую ценность цитокинов при бактериальной пневмонии. В обзоре подробно рассмотрены механизмы развития иммунной реакции и воспаления при пневмонии, связанные с ней цитокины и исследования их практического применения. Рассмотрено значение интерлейкинов, интерферонов, белков суперсемейства фактора некроза опухолей, матриксных металлопротеиназ, колониестимулирующих факторов, хемокинов, противовоспалительных цитокинов. Многие из факторов развития воспаления еще не были изучены как диагностические биомаркеры. Помимо этого, требуются дополнительные исследования возможности применения цитокинов в качестве маркеров эффективности антибиотикотерапии при бактериальной пневмонии.

Ключевые слова: пневмония, бактериальная, биомаркеры, цитокины, интерфероны, воспаление, хемокины, интерлейкины

Поступила: 20.02.2021

Принята к печати: 05.03.2021

Читать статью в PDF

Введение

Пневмонии — группа острых заболеваний, преимущественно бактериальной этиологии, которые характеризуются очаговым поражением респираторных отделов легких и внутриальвеолярной экссудацией [1]. Выделяют два основных типа бактериальной пневмонии: внебольничную пневмонию и внутрибольничную (нозокомиальную) пневмонию. Внебольничная пневмония возникает вне стационара, позднее 4 недель после выписки из него, или диагностируется в первые 48 ч от момента госпитализации [1]. Нозокомиальная пневмония (НП) — инфекционный процесс в паренхиме легких, вызванный внутрибольничной микрофлорой [2]. Нозокомиальной можно назвать пневмонию, возникшую у пациентов, которые находятся в лечебном учреждении более 48 ч. Внутрибольничная пневмония находится на втором месте по частоте встречаемости среди нозокомиальных инфекций [2]. В отделениях реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ) НП является самой частой причиной смерти пациентов [2]. Среди нозокомиальных инфекций дыхательных путей в отдельную категорию выделяют вентилятор-ассоциированную пневмонию (ВАП), которая развивается в ОРИТ у пациентов, которые находятся на искусственной вентиляции легких (ИВЛ) более 48 ч [3]. Согласно данным Роспотребнадзора частота внутрибольничных инфекций в Российской Федерации составляет около 0,8 на 1000 госпитализаций, однако есть основания полагать, что эти данные сильно занижены. На сегодняшний день эпидемиологические данные о частоте НП и ВАП в России не представлены [2]. В США частота ВАП составляет от 2 до 16 случаев на 1000 дней ИВЛ [4]. Показано, что среди пациентов с ВАП 30–50 % летальных исходов непосредственно связаны с инфекционным процессом. Микрофлора в отделениях реанимации отличается высокой степенью устойчивости к антибиотикам, что создает высокий риск развития полирезистентной инфекции вне зависимости от длительности ИВЛ [5, 6].

При внебольничном лечении начало антибактериальной терапии преимущественно эмпирическое, небольшой части больных требуется ее коррекция в соответствии с микробиологическими исследованиями [1]. При внутрибольничной пневмонии, особенно ВАП, применение стандартных тестов не всегда позволяет своевременно изменять антибактериальную терапию. При лечении ВАП рекомендованы пересмотр и коррекция эмпирической антибиотикотерапии в зависимости от данных микробиологического исследования и динамического наблюдения (3-и сутки от начала заболевания) [7]. Любые эффективные подходы к ранней коррекции антибиотикотерапии позволят избежать длительного использования антибиотиков широкого спектра. Перспективным направлением в оценке антибиотикотерапии считается использование ранних биомаркеров эффективности проводимого лечения. Согласно последним международным рекомендациям по лечению НП/ВАП [7], наибольшее значение при определении прогноза течения заболевания имеет клиническая оценка состояния пациента с применением различных шкал. Для дополнительной оценки могут быть измерены С-реактивный белок, прокальцитонин, копептин и среднерегионарный фрагмент прогормона активного предсердного натрийуретического пептида. Однако не рекомендуется использовать маркеры воспаления в качестве предикторов неблагоприятных исходов и эффективности проводимой терапии на 3-и — 4-е сутки лечения ВАП, поскольку доказательная база рутинного использования биомаркеров при ВАП недостаточна [7]. Следует также отметить, что исследование биомаркеров может привести к значительным финансовым затратам [7]. Кроме того, относительно небольшое количество биомаркеров было исследовано для оценки течения ВАП. Поэтому актуален поиск новых прогностических маркеров именно для этих тяжелых больных. Патогенез развития бактериальной пневмонии хорошо изучен как в целом, так и при инфицировании отдельными возбудителями. Цитокины, связанные с воспалительными процессами при пневмонии, могут оказаться ценными биомаркерами, отражающими эффективность проводимого лечения и общее состояния пациента [8]. В данной обзорной статье проведен подробный разбор механизмов развития воспалительной реакции при бактериальной пневмонии и роли, которую играют основные цитокины.

Материалы и методы

При написании данного обзора литературы было найдено 1062 публикации в поисковой системе Pubmed с использованием ключевых слов «pneumonia», «cytokines», «biomarkers». Для сужения поиска были использованы ключевые слова «nosocomial pneumonia», «cytokines», найдено 212 источников. Далее проведен поиск данных о конкретных цитокинах и их роли при пневмонии, что позволило обнаружить еще 258 публикаций. Было проанализировано 243 статьи, из которых 80 отобраны для включения в данный обзор. Материалы и методы отбора литературных источников приведены в виде схемы на рис. 1. При анализе литературы исключались источники, в которых не было данных о прогностической роли цитокинов при пневмониях различного, в т. ч. вирусного, генеза. Включенные публикации содержали данные о роли цитокинов при пневмонии, а также исследования, показавшие их значимость при диагностике и лечении этой патологии.

Рис. 1. Схема структурирования литературных данных

Fig. 1. Schematic representation of publication inclusion

Современные представления о течении воспалительной реакции при пневмонии

Внутрибольничная пневмония, как правило, является бактериальной инфекцией, остро развивающейся в связи с формированием благоприятных условий в дыхательных путях пациента, находящегося в тяжелом, малоподвижном состоянии, в особенности — при ИВЛ [5]. Большая часть бактерий, вызывающих внутрибольничную пневмонию, относится к условно-патогенной микрофлоре, однако они редко являются оппортунистическими обитателями дыхательных путей. Как правило, эти бактерии размножаются в пределах лечебного учреждения и переходят от пациента к пациенту, что обусловливает развивающуюся антибиотикорезистентность [3]. За редкими исключениями, характер иммунного ответа, связанного с внутрибольничной пневмонией, практически не отличается от процессов, протекающих при внебольничной пневмонии. Это позволяет экстраполировать данные, полученные при изучении внебольничной пневмонии, на НП [9, 10]. Пневмония является одним из наиболее характерных примеров острого воспалительного ответа, она развивается через несколько классических стадий и задействует большое количество иммунных процессов. Состояние этих процессов можно оценить по изменению концентрации ассоциированных с ними биомаркеров и использовать в практических целях [11].

Иммунная реакция начинается с неспецифического ответа клеток легочной ткани на попадание чужеродных антигенов, продуктов распада бактериальных клеток, разрушение альвеолоцитов и выделение их содержимого в межклеточное пространство. Молекулы, служащие активаторами на первом этапе иммунного ответа, объединяют в группы, молекулярных паттернов, связанных с патогенами (PAMPs — pathogen-associated molecular patterns) и молекулярных паттернов, связанных с повреждением (DAMPs — damage-associated molecular patterns) [12, 13]. PAMPs — поверхностные и внутриклеточные консервативные молекулы, имеющие общую структуру среди больших групп микроорганизмов. К ним относятся: липополисахарид, бактериальная ДНК, бактериальные белки (например, флагеллин), липотейхоевые кислоты, пептидогликаны [13]. Они связываются с рецепторами семейств TLR (Toll-like receptors), NLR (NOD-like receptors), а также с другими паттерн-распознающими рецепторами, которые присутствуют практически на всех клетках организма и вызывают продукцию хемокинов и провоспалительных цитокинов [14].

DAMPs — молекулы эндогенного происхождения, содержащиеся во всех эукариотических клетках (белки шапероны, фибриноген, митохондриальная ДНК и др.). При попадании в межклеточное пространство в результате повреждения и/или разрушения клеток способны активировать врожденный иммунный ответ [12]. Они активируют рецепторы семейства TLR, NLR, мембранный гликозилфосфатидилинозитол-связанный белок (CD14) и другие рецепторы. При бактериальной инфекции, в т. ч. при пневмонии, DAMPs наряду с PAMPs являются активаторами иммунного ответа, связанного с разрушением клеток под действием бактериальных токсинов [15] (рис 2).

Рис. 2. Взаимодействие PAMPs и DAMPs с рецепторами врожденного иммунитета

Fig. 2. Interaction of PAMPs and DAMPs with receptors of innate imunity

Инициация иммунной реакции на размножение патогенных бактерий связана с резидентными клетками бронхов и альвеол (фибробластами, эпителиальными клетками, клетками гладкой мускулатуры и др.), в т. ч. с тканевыми (альвеолярными) макрофагами. Клетки бронхиального эпителия, а также альвеолоциты 2-го типа содержат рецепторы семейства TLR к PAMP и DAMP, их активация запускает ряд внутриклеточных каскадов, приводящих к продукции цитокинов и хемокинов [16, 17]. Существует два принципиально отличающихся пути, связанных с активацией рецепторов к PAMP и DAMP, они реализуются как в клетках ткани, так и в макрофагах и нейтрофилах (рис. 3).

Рис. 3. Пути активации рецепторов врожденного иммунитета

Fig. 3. Activation pathways of innate immunity receptors

Рецепторы семейства TLR вызывают активацию классических провоспалительных сигнальных каскадов, что приводит к экспрессии основных цитокинов воспаления: интерлейкинов 1β (IL-1β) и 12 (IL-12), фактора некроза опухолей альфа (TNFα) и ряда основных хемокинов [18, 19]. Рецепторы семейства NLR после активации полимеризуются с образованием инфламмасомы — супрамолекулярного мультифункционального белкового комплекса. Инфламмасома расщепляет неактивную прокаспазу 1, с образованием активного фермента — каспазы 1, которая, в свою очередь, проводит протеолиз неактивных форм про-IL-1β и про-IL-18 до образования функционально активных цитокинов (IL-1β и IL-18) с выраженными провоспалительными свойствами. Кроме того, каспаза 1 может запускать специфические типы клеточной гибели: пироптоз, сопровождающийся выделением большого количества цитокинов или некроптоз, наблюдающийся под действием бактериальных токсинов [20–22].

Роль тканевых клеток легких и резидентных макрофагов различна. При распознавании PAMPs и DAMPs советующими паттерн-распознающими рецепторами все клетки организма участвуют в развитии провоспалительных реакций врожденного иммунитета. Альвеолярные макрофаги осуществляют свое противомикробное действие за счет фагоцитоза, секреции свободных радикалов и литических ферментов. Активированные макрофаги наряду с цитокинами выделяют интерфероны 1-го типа, которые запускают иммунный ответ против внутриклеточных патогенов [19, 23, 24]. Ответ альвеолоцитов и эпителиоцитов бронхов в большей степени направлен на секрецию цитокинов и хемокинов [23]. Кроме того, клетки эпителия бронхов секретируют ряд противомикробных пептидов: дефензины, кателицидины, лизоцим, лактоферрин и др. [25]. Роль тканевых клеток легких и резидентных макрофагов в иммунной реакции подробно описана на рис. 4.

Рис. 4. Роль тканевых клеток легких и резидентных макрофагов в реакции иммунитета

Fig. 4. The role of lung tissue cells and tissue-resident macrophages in immune response

Первоначальное выделение цитокинов и хемокинов необходимо для привлечения нейтрофилов и моноцитов в область воспаления. IL-1β, IL-6, IL-12, TNFα и другие цитокины активируют эндотелиальные клетки, в результате чего повышается экспрессия молекул адгезии на поверхности последних [26, 27]. Нейтрофилы фагоцитируют бактерии, выделяют свободные радикалы и протеолитические ферменты, синтезируют цитокины и хемокины, привлекая из кровеносного русла новые нейтрофилы и моноциты [26]. Макрофаги важны для контроля протекания иммунной реакции, переключения стадий иммунного ответа, осуществления эффективного фагоцитоза. Активная иммунная реакция макрофагов поддерживается Т-хелперами 1-го типа (Тh1). Активация Т-хелперов по типу Тh1 обусловлена IL-12, который интенсивно секретируется на ранних стадиях воспаления. Тh1 поддерживают клеточный иммунитет, выделяя интерферон гамма (IFN-γ), который является основным активатором макрофагов, а также секретируют IL-2 и TNFα. Макрофаги, активированные IFN-γ, максимально проявляют цитотоксические свойства. Специфические классы лимфоцитов также участвуют в развитии острого воспаления. NK-клетки (Natural Killer лимфоциты) преимущественно участвуют в иммунных реакциях, связанных с внутриклеточными агентами [11, 19, 28].

Параллельно с врожденным клеточным иммунитетом запускаются первоначальные реакции адаптивного иммунитета. Дендритные клетки (ДК), привлекаемые цитокинами, фагоцитируют части бактерий, после чего мигрируют в лимфатический узел, вызывая активацию лимфоцитов [29] (рис. 3). В1-лимфоциты синтезируют иммуноглобулины классов М и А, способствующие опсонизации (маркировка и удаление патогенов) бактерий и выделяют регуляторные интерлейкины [28–31].

Несмотря на многообразие защитных реакций, возникающих при развитии первичного ответа на бактериальное вторжение в легкие, их не всегда оказывается достаточно, чтобы остановить инфекционный процесс. Типичные возбудители вне- и внутрибольничных пневмоний (например, стафилококки) обладают широким спектром приспособлений, позволяющих им избегать первичного иммунного ответа [19, 32]. Сиалопротеины капсулы делают их устойчивыми к противомикробному действию дефензинов. Бактерии выделяют протеолитические ферменты, расщепляя дефензины, белки комплемента и цитокины. Грамотрицательные бактерии, такие как Pseudomonas aeruginosa, также обладают широким спектром приспособительных реакций, позволяющих им противостоять иммунному ответу [33].

Как правило, возникновение внутрибольничной пневмонии возможно на фоне снижения защитных свойств легких, повреждения дыхательных путей и альвеол, действия искусственной вентиляции, изменения иммунного статуса вследствие тяжелой болезни или операции [6, 10]. Недостаток цитокинов может отражать иммунодефицитное состояние, а избыток — гиперактивацию иммунного ответа, также потенциально опасную для легких. Как правило, лечение пневмонии начинают на раннем этапе воспаления, поэтому маркеры острой фазы имеют большее значение с практической точки зрения [34]. Анализируя изменение концентрации основных цитокинов, хемокинов и ферментов в крови в начале развития пневмонии можно оценить, в какую сторону смещена иммунная реакция. Дисбаланс любого из цитокинов может свидетельствовать о недостаточно сильной или об избыточно сильной реакции иммунной системы, в обоих случаях можно ожидать менее благоприятных исходов пневмонии [35].

Основные классы провоспалительных цитокинов и роль при пневмонии

Провоспалительные интерлейкины

Интерлейкины (IL) — большая группа белковых цитокинов, объединенная связью с лейкоцитами, но гетерогенная по своей структуре. Всего описано около 50 интерлейкинов, основной функцией которых является регуляция иммунитета. Часть интерлейкинов является сильными индукторами воспаления, часть — ингибиторами или переключателями. Наибольшее количество и разнообразие интерлейкинов секретируют Т-хелперы и макрофаги. Основные провоспалительные интерлейкины представлены в табл. 1.

Таблица 1. Характеристика провоспалительных интерлейкинов

Table 1. Characteristics of proinflammatory cytokines

Интерлейкин

Характеристика

Источник

Один из основных медиаторов иммунного ответа. Экспрессируется в ответ на активацию внутриклеточных сигнальных каскадов. Продуцируется в виде неактивного белка множеством клеток иммунной системы (активированными моноцитами и макрофагами) в ответ на PAMP и DAMP. Активная форма образуется в результате модификации каспазой 1, которая активируется инфламмасомой

Вырабатывается лейкоцитами. Индуктор воспалительной реакции. Стимулирует дифференцировку наивных T-лимфоцитов в провоспалительные Th-лимфоциты и ингибирует дифференцировку в противовоспалительные регуляторные Т-лимфоциты. Необходим для дифференцировки В-лимфоцитов, фолликулярных Th-лимфоцитов и образования цитотоксических Т-лимфоцитов. Запускает синтез белков острой фазы в печени (С-реактивного белка, сывороточного амилоида А и др.) и снижает продукцию фибронектина, альбумина и трансферрина

Хемокин. Секретируется в ответ на воспаление макрофагами, тучными клетками и эндотелиоцитами. Выброс приводит к хемотаксису нейтрофилов, базофилов и Т-лимфоцитов к месту воспаления и к неоангиогенезу

Экспрессируется дендритными клетками и макрофагами в ответ на взаимодействие с антигеном. Вызывает дифференцировку наивных T-лимфоцитов в Th1-лимфоциты. Увеличивает продукцию факторов IFN-γ и TNF-α

Интерфероны

Интерфероны — специфические белковые молекулы, выделяемые клетками человека в ответ на инфицирование вирусами и препятствующие репликации вирусных частиц. В настоящее время выделяют три типа интерферонов. Интерфероны 1-го и 3-го типов осуществляют противовирусный ответ и не связаны с иммунной реакцией на типичные бактериальные пневмонии. К интерферонам 2-го типа относится интерферон-γ (IFN-γ), который специфичен для лейкоцитов и активирует клеточные иммунные реакции. IFN-γ синтезируется Т-хелперами, NK-клетками, а также, в меньшей степени, макрофагами, дендритными клетками и В-лимфоцитами [40, 41]. IFN-γ реализует множество эффектов, действуя на провоспалительные сигнальные каскады [42]. Наиболее важными эффектами IFN-γ являются активация макрофагов и прямое ингибирование вирусной репликации [43, 44]. Gomez J. et al. показали, что IFN-γ синтезируется в 1-е сутки развития искусственно смоделированной пневмонии, вызванной Streptococcus pneumoniae. Значительная роль IFN-γ в активации макрофагов позволяет предположить, что недостаточное выделение IFN-γ может указывать на иммунодефицит и негативный прогноз при пневмонии [45].

Семейство фактора некроза опухолей

Суперсемейство фактора некроза опухолей (TNF) представлено эволюционно древними провоспалительными цитокинами. Все белки суперсемейства TNF являются трансмембранными белками, расположенными преимущественно на мембранах лейкоцитов. Выявлено 19 белков TNF и 29 рецепторов, с которыми они могут взаимодействовать.

Фактор некроза опухолей-α (TNF-α) изначально был описан как противоопухолевый цитокин, однако впоследствии было показано, что TNF-α — один из основных индукторов воспалительного ответа. TNF-α может взаимодействовать с двумя различными рецепторами: рецептором фактора некроза опухоли 1 (TNFR1) и рецептором фактора некроза опухоли 2 (TNFR2). Концентрация TNF-α в плазме крови и других биологических жидкостях повышается как при внебольничной, так и при внутрибольничной пневмонии [46]. В работе D. Jeong et al. среди мышей, нокаутированных по гену TNF-α, была выявлена значительно более высокая летальность после инфицирования S. pneumoniae, чем среди животных дикого типа [46]. Значение большинства белков семейства TNF в развитии иммунного ответа при пневмонии в настоящее время неизвестно.

Матриксные металлопротеиназы

Среди протеолитических ферментов, выделяемых при воспалении, следует выделить матриксные металлопротеиназы (ММР). Эти ферменты не являются цитокинами, но связаны с иммунными процессами, а их концентрация коррелирует с выраженностью воспаления. Наиболее изученными в семействе ММР являются ферменты ММР-2 и ММР-9, относящиеся к подтипу желатиназ. Они участвуют в деградации экстрацеллюлярного матрикса, главными их субстратами являются коллаген IV типа и эластин — основные компоненты базальных мембран. ММР синтезируются преимущественно фибробластами, а также макрофагами и нейтрофилами. Повышенный уровень ММР-2 ассоциирован с менее тяжелым течением интерстициальной пневмонии и более низкой вероятностью формирования необратимого фиброза [47].

J. Hong etal. показали, что оба вида желатиназ участвуют не только в протеолизе компонентов базальной мембраны, но и в модификации молекул хемокинов, предотвращая избыточную миграцию нейтрофилов в ткань легких. Авторы моделировали пневмонию, вызванную S. pneumoniae, у мышей, нокаутных по генам обеих металлопротеиназ, а также у животных дикого типа. По данным исследования, выраженность инфильтративных изменений и смертность были выше в экспериментальной группе мышей с дефицитом ММР-2 и ММР-9 [48].

Факторы пролиферации и дифференциации

У пациентов с бактериальной пневмонией при выраженном воспалении нейтрофилы и макрофаги быстро погибают и развивается лейкопения. Для поддержания эффективного количества лейкоцитов нейтрофилы, макрофаги и Т-хелперы выделяют факторы пролиферации и дифференциации, действующие на плюрипотентные клетки костного мозга на разных стадиях дифференциации. К ним относятся гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (G-CSF) и гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF). Основные характеристики этих факторов представлены в табл 2.

Таблица 2. Характеристика факторов пролиферации и дифференциации (G-CSF и GM-CSF)

Table 2. Characteristics of proliferation and differentiation factors (G-CSF и GM-CSF)

Фактор

Характеристика

Источник

Гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (G-CSF)

Гликопротеин. Стимулирует развитие гранулоцитов костным мозгом, их выход в кровоток. Стимулирует выживание, пролиферацию, дифференцировку и функционирование предшественников нейтрофилов, зрелых нейтрофилов. Продуцируется эндотелиальными клетками, макрофагами, Т-лимфоцитами и др.

Гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF)

Секретируется макрофагами, Т-лимфоцитами, тучными клетками, NK-клетками, эндотелиальными клетками и фибробластами. В отличие от G-CSF воздействует на различные клетки, включая макрофаги и эозинофилы

H. Ishikawa etal. описали иммунологические аспекты развития вторичной бактериальной инфекции, возникающей на фоне гриппа. Подопытные мыши были инфицированы вирусом гриппа А, а 4 дня спустя им вводили интраназально взвесь с P. aeruginosa. Нейтрофилы инфицированных вирусом животных продемонстрировали снижение активности миелопероксидазы, в результате чего уменьшалась эффективность фагоцитоза и последующего лизиса бактерий. Было показано, что синтез G-CSF в легких у инфицированных вирусом мышей был ниже, чем у таковых из группы контроля. При введении G-CSF непосредственно перед развитием вторичной бактериальной инфекции активность миелопероксидазы у животных восстанавливалась до уровня такового у неинфицированных вирусом мышей. Это приводило к более эффективному удалению бактерий, что позволяет сделать вывод о важной роли G-CSF в развитии адекватного иммунного ответа [51].

R. Subramaniam etal. обнаружили, что мыши, у которых наблюдалась повышенная экспрессия GM-CSF, выживали после развития пневмонии, вызванной S. aureus после инфицирования сублетальными дозами вирусом гриппа А, в то время как животные дикого типа погибали. Иммунная реакция была опосредована альвеолярными макрофагами и нейтрофилами и ассоциировалась с увеличенной продукцией активных форм кислорода [52].⁠

Хемокины

Хемокины — большая группа цитокинов, вызывающих хемотаксис лейкоцитов и других клеток по градиенту их концентрации. Большинство этих молекул действует на моноциты/макрофаги, нейтрофилы, дендритные клетки, лимфоциты [53]. Основные характеристики рассмотренных хемокинов представлены в табл. 3.

Таблица 3. Характеристики хемокинов

Table 3. Characteristics of chemokines

Хемокин

Характеристика

Источник

Индуцируемый гамма-интерфероном белок 10 (IP-10)

Секретируется моноцитами, эндотелиальными клетками и фибробластами в ответ на действие IFN-γ. Хемоаттрактант для моноцитов, макрофагов, Т-лимфоцитов, NK-клеток и дендритных клеток. Способствует адгезии Т-лимфоцитов к эндотелиальным клеткам, ингибирует образование колониеобразующих клеток костного мозга, блокирует ангиогенез

Макрофагальный воспалительный белок 1α (MIP-1α)

Продуцируется макрофагами в ответ на стимуляцию липополисахаридами. Участвует в активации гранулоцитов. Индуцирует синтез и выброс провоспалительных цитокинов (ИЛ-1, ИЛ-6 и TNF-α) из фибробластов и макрофагов

Макрофагальный воспалительный белок 1β (MIP-1β)

Продуцируется моноцитами, В-лимфоцитами, Т-лимфоцитами, фибробластами, эндотелиальными и эпителиальными клетками. Хемоаттрактант для NK-клеток, моноцитов и других клеток

В работе Х. Zeng et al. у мышей, инфицированных Klebsiella pneumonia, было показано, что IP-10 является важным компонентом врожденного иммунитета, направленного в т. ч. на элиминацию бактерий в легких. По мнению авторов, IP-10 может быть потенциальным иммунотерапевтическим агентом для лечения пневмонии [57].

В работе, проведенной Х. Sun et al. в 2006 г., было продемонстрировано увеличение экспрессии мРНК MIP-1α и MIP-1β у мышей, инфицированных Mycoplasma pneumoniae, и последующее накопление T-лимфоцитов, экспрессирующих рецепторы к MIP-1α и MIP-1β, в легких [58].⁠ В настоящее время роль MIP-1β в патогенезе пневмонии остается малоизученной. R. Jia et al. показали, что MIP-1β является цитокином, ассоциированным с развитием пневмонии, вызванной грамположительными бактериями [59].

Противовоспалительные цитокины

При бактериальной пневмонии в ОРИТ на этапе перехода к процессу регенерации значительной становится роль регулирующих и противовоспалительных цитокинов, уменьшающих активность гранулоцитов и цитотоксическую активность лимфоцитов. Противовоспалительные цитокины на ранних этапах развития воспаления ограничивают повреждение здоровой ткани и обеспечивают баланс между необходимым и патологическим воспалением. Ключевым противовоспалительным цитокином является IL-10, который противодействует эффекту основных провоспалительных цитокинов. Противовоспалительные эффекты также оказывает антагонист рецептора IL-1 — IL-1RA [60]. Подробное описание основных характеристик противовоспалительных цитокинов представлено в табл. 4.

Таблица 4. Основные характеристики противовоспалительных цитокинов

Table 4. The main characteristics of anti-inflammatory cytokines

Цитокин

Характеристика

Источник

Антагонист рецептора интерлейкина-1 (IL-1RA)

Экспрессируется клетками иммунной системы, эпителиальными клетками и адипоцитами. Ингибитор провоспалительного действия IL-1α и IL-1β. Участвует в модуляции воспаления

Ключевой противовоспалительный фактор. Ингибирует продукцию TNFα, IL-1β и IL -6. Препятствует созреванию дендритных клеток, блокируя экспрессию IL-12. Препятствует экспрессии главного комплекса гистосовместимости II класса

В 2018 г. группой H. Penaloza et al. был опубликован обзор имеющихся в настоящий момент научных данных о роли IL-10 при различных инфекциях. Авторы пришли к выводу, что уровень IL-10 в плазме различается при контаминации восприимчивыми к антибиотикам организмами и бактериями, обладающими полирезистентностью. Так, исследователи отмечают, что секреция IL-10 при пневмонии, вызванной полирезистентной бактерией Acinetobacter baumannii, ниже, чем в случае, если возбудителем является восприимчивый к антибиотикам организм. Снижение экспрессии IL-10 было ассоциировано с более высокой смертностью. Эти данные указывают на перспективность использования IL-10 не только как маркера развития инфекции, но и в качестве предиктора эффективности антимикробной терапии [62].

Практическое значение измерения концентрации цитокинов при внутрибольничной пневмонии

Какова практическая значимость цитокинов при пневмонии в ОРИТ? Изменение концентрации цитокинов в крови и аспирате трахеобронхиального дерева отражает интенсивность отдельных иммунных процессов, что может послужить прогностическим фактором течения пневмонии. В 2014 г. V. Grover et al. продемонстрировали, что уровень IL-1β в бронхоальвеолярном лаваже в совокупности с другими клеточными и растворимыми (IL-6, IL-8) маркерами, позволяет с высокой чувствительностью оценить наличие пневмонии у больных, пребывающих на ИВЛ [63]. T. Hellyer et al. исследовали возможность использования IL-1β и IL-8 в качестве маркера ВАП. В этом рандомизированном исследовании (210 пациентов с ВАП) оценивалась концентрация IL-1β и IL-8 в бронхоальвеолярном лаваже для определения возможности более ранней отмены эмпирической антибиотикотерапии. Исследователи пришли к выводу, что низкие концентрации IL-1β и IL-8 в аспирате трахеобронхиального дерева позволяют исключить диагноз ВАП. Однако измерение концентрации цитокинов не повлияло на длительность применения антибиотиков [64]. K. Zobel et al. изучили предикторную силу IL-6, IL-10 и липополисахарид-связывающего белка в сравнении с клиническими шкалами оценки тяжести внебольничной пневмонии (CRB и CRB-65). Авторы установили, что уровни IL-6, IL-10 и липополисахарид-связывающего белка значимо возрастают у пациентов с 3–4 баллами по шкале CRB-65 и тяжелым течением внебольничной пневмонии. Кроме того, концентрация IL-6, IL-10 и липополисахарид-связывающего белка была выше среди больных, у которых пневмония была вызвана типичными бактериальными патогенами [65]. A. Franz et al. изучили IL-8 в качестве раннего маркера нозокомиальных инфекций. Они установили, что сочетание указанного хемокина с С-реактивным белком является предиктором развития инфекции с 96%-й специфичностью [66]. J. Weitkamp et al. сравнили IL-8 и IL-6 в качестве маркеров нозокомиальных инфекций у новорожденных, находящихся в ОРИТ. Они показали, что IL-8 является более чувствительным и специфичным предиктором как развития самой инфекции, так и успешности проводимой антимикробной терапии [67]. Опубликовано большое число исследований, рассматривающих IL-8 в качестве маркера при пневмониях. S. Ding et al. показали, что концентрации IL-8, -10 и -18 значительно повышаются у детей с пневмонией [68]. A. Morris et al. показали эффективность использования IL-8 и IL-1β, полученных из бронхоальвеолярном лаваже в качестве маркеров ответа на антибиотикотерапию среди больных ВАП [69].

M. Paats etal. сопоставили плазменные концентрации различных цитокинов и тяжесть заболевания у пациентов с внебольничной пневмонией. Оценка тяжести заболевания производилась при помощи валидированных шкал PSI и CRB-65. Уровни факторов IL-6, -8, -10, -1β, TNF-α, IFN-γ, IL-22, IL-17A и IL-4 определяли в бронхоальвеолярном лаваже, а также в сыворотке крови у указанной категории пациентов при поступлении, а также на седьмой и тридцатый день с момента прибытия в стационар. Уровни IL-6, IL-8 и IFN-γ были значимо выше в аспирате трахеобронхиального дерева у больных с внебольничной пневмонией по сравнению со здоровыми людьми, однако корреляции с тяжестью заболевания обнаружено не было. Концентрации IL-6, IL-10 и IFN-γ в сыворотке крови были выше среди пациентов с тяжелой формой внебольничной пневмонии, чем у больных с легкой формой внебольничной пневмонии и здоровых людей. Кроме того, была обнаружена выраженная корреляция уровня IL-6, IL-10 и IFN-γ с индексом тяжести пневмонии. Данные находки указывают на возможность использования сывороточной концентрации IFN-γ в качестве маркера тяжести заболевания и ответа на проводимую антимикробную терапию [70].

Активность как ММР-2, так и ММР-9 возрастает при воспалительных заболеваниях легких. H. Bircan et al. изучили сывороточные концентрации указанных металлопротеиназ среди больных с внебольничными пневмониями. В исследование вошли 62 пациента с установленной внебольничной пневмонией, которым оценивали тяжесть заболевания, ответ на терапию, время до стабилизации состояния, а также наличие осложнений и исход. Авторы установили, что тяжесть состояния пациентов была напрямую связана с сывороточной концентрацией ММР-2. Кроме того, рост экспрессии данного маркера был ассоциирован с более негативными исходами. Авторам не удалось подтвердить предиктивную силу маркера ММР-2 для оценки ответа на антимикробную терапию, что обусловливает необходимость дальнейших исследований [71]. I. Puljiz et al. продемонстрировали снижение уровня ММР-2 во время острой фазы внебольничной пневмонии, вызванной M. Pneumoniae, в то время как в ходе реконвалесценции плазменная концентрация данного фермента значимо возрастала. В исследовании приняли участие 40 больных и 20 человек в группе контроля [72].

I. Martin-Loeches etal. предложили использование G-CSF в качестве диагностического маркера ВАП. Авторы обнаружили, что концентрация TNFR1 и ингибитора активатора плазминогена-1, а также динамика плазменной концентрации ингибитора активатора плазминогена-1 и IL-10 могут быть использованы для предикции ВАП в среднем за 3дня до постановки клинического диагноза. Кроме того, исследователи утверждают, что TNFR1 и G-CSF могут быть использованы для исключения этого диагноза [73]. C. Overgaard et al. измерили концентрацию GM-CSF и трансформирующего фактора роста — β1 в бронхоальвеолярном лаваже у пациентов с ВАП. Содержание указанных факторов коррелировало с частотой возникновения отека легких и исходами лечения, а также с летальностью; выжившие пациенты имели значительно более высокое соотношение GM-CSF/ трансформирующего фактора роста — β1 [74]. MIP-1α был предложен в качестве потенциального диагностического маркера инфекций нижних дыхательных путей, в т. ч. пневмонии. Согласно результатам исследованияM. Relster et al., концентрация MIP-1α в плазме крови была значительно выше у пациентов, получивших более 3 баллов по шкале CURB-65, однако прогностическая ценность данного измерения была низкой, в связи с чем авторы рекомендовали проведение дальнейших исследований [75].

TNF-α является важным воспалительным маркером, однако его диагностическая ценность является спорной. E. Salehifar et al. показали, что при проведении дифференциальной диагностики между ВАП и синдромом системного воспалительного ответа, не обусловленного инфекционной этиологией, TNF-α является маркером с крайне низкой специфичностью [76]. M. Bacci et al. продемонстрировали, что повышенный уровень TNF-α у пациентов с внебольничной пневмонией ассоциирован с более высокой вероятностью летального исхода в течение 7 дней [77]. M. Lorenzo et al. изучили цитокиновый профиль больных с внебольничной пневмонией. В отдельные группы были выделены пациенты, получавшие макролиды и другие антибиотики. Было показано, что у больных, получавших антибиотики по схемам, содержащим макролиды, уровни TNF-α в аспирате трахеобронхиального дерева были ниже, чем у получавших другие антимикробные препараты. Период стабилизации состояния и длительной госпитализации оказался ниже среди пациентов, получавших макролиды [78].

Противовоспалительные цитокины также были исследованы в качестве маркеров течения пневмонии. L. Zhao et al. показали возможную взаимосвязь между пневмонией у пожилых людей и низким уровнем IL-1RA. По результатам работы установлено, что число лимфоцитов в сыворотке крови и бронхоальвеолярном лаваже было значительно выше у пожилых пациентов, чем у молодых. Кроме того, уровни IL-1RA в сыворотке крови и бронхоальвеолярном лаваже у больных старшей возрастной группы были значительно ниже, чем у молодых. Таким образом, по мнению авторов, снижение уровня IL-1RA в аспирате трахеобронхиального дерева может потенциально служить маркером пневмонии у пожилых людей и быть дополнительным диагностическим маркером у данной группы пациентов [79]. В крупном исследовании, проведенном H. Endeman et al., было показано, что уровни IL-1RA, -6, -8 и -10 были выше в день поступления пациентов с внебольничной пневмонией в стационар, а затем быстро снижались. Авторы указывают, что на снижение уровней цитокинов влияет в т. ч. начало терапии глюкокортикостероидами. Кроме того, установлено, что данные цитокины экспрессируются в значительно большем количестве при пневмококковой пневмонии в сравнении с другими этиологическими факторами [80].

Заключение

В настоящее время рутинное исследование биомаркеров для оценки эффективности антибактериальной терапии и прогнозирования исходов при внутрибольничной пневмонии не рекомендуется. Вместе с тем в ряде научных работ была установлена связь тяжести течения как вне-, так и внутрибольничной пневмонии с изменением концентрации провоспалительных (IL-1β, -6, -8, TNFα, IFN-γ) и противовоспалительных цитокинов (IL-10, IL-1RA). В патогенезе пневмонии выявлена роль целого ряда других цитокинов (IL-12, IL-17), хемокинов, протеолитических ферментов и факторов пролиферации и дифференциации. Наряду с этим изменения плазменной концентрации данных цитокинов и их концентрации в бронхоальвеолярном лаваже на сегодняшний день мало изучены.

Проблема эмпирического подхода к назначению антибиотиков у пациентов с внутрибольничной пневмонией и ВАП и длительности приема препаратов широкого спектра действия остается нерешенной. Таким образом, поиск новых биомаркеров для оценки эффективности антибактериальной терапии НП и ВАП в более ранние сроки представляется актуальной задачей, для решения которой необходимо проведение клинических исследований.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов. Зинина Е.П., Царенко С.В., Логунов Д.Ю., Тухватулин А.И., Бабаянц А.В., Аврамов А.А. — разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.

Источник