Молекулярные механизмы патогенеза туберкулеза

makrofagiГ. С. Шепелькова, В. В. Евстифеев, А. С. Апт

ТБ является преимущественно лёгочным заболеванием. Инфицирование Mycobacterium tuberculosis происходит, когда бактерии попадают в организм хозяина воздушно-капельным путём. После проникания микобактерий в организм хозяина через респираторный тракт возможны следующие основные варианты развития событий:

1. первичный ответ может убить все поступившие микобактерии, и туберкулез не разовьётся;
2. микобактерии могут начать размножаться, и у пациента проявятся клинические признаки заболевания;
3. какое-то количество микобактерий может пережить эффекторную фазу ответа и остаться в «спящем» состоянии;
4. латентные микобактерии могут возобновить размножение, что клинически проявится в виде так называемого реактивационного туберкулеза.

Клеточный иммунный ответ организма хозяина (врождённый и приобретённый) определяет развитие инфекции. При адекватном иммунном ответе развитие инфекции может быть ограничено вскоре после попадания микобактерий в лёгкие. Если же клеточный иммунитет не оптимален и не элиминирует инфекцию, фагоциты, содержащие М. tuberculosis, могут выходить из очагов и распространяться по лимфатическим и кровеносным сосудам, результатом чего может быть быстрая диссеминация. При неадекватном ответе иммунная система организма хозяина постоянно борется с размножающимися микобактериями, что может сопровождаться разрушением лёгочной ткани, повреждением лёгких и дальнейшим распространением микроорганизмов через лимфу и кровь.

Неспособность иммунной системы защитить организм хозяина от патогенного воздействия микобактерий зависит от многих причин, однако можно выделить две основных:

  1. модуляция иммунного ответа самой М. tuberculosis, которая позволяет ей выживать, размножаться и вызывать болезнь ;
  2. различные дефекты самой иммунной системы на различных уровнях.

Исследованию механизмов, обеспечивающих развитие протективного или, наоборот, патологического ответа, посвящено большое количество исследований. К ним, в первую очередь, относятся исследования реакций естественного иммунитета, которые могут играть важную роль на ранних этапах туберкулёзной инфекции. Поскольку основными клетками, фагоцитирующими микобактерии, являются макрофаги, эти работы базируются в основном на изучении активности макрофагов человека и лабораторных животных и их взаимодействия с микобактериями. Вторая группа работ касается изучения формирования приобретённого иммунного ответа у больных ТБ, а также у экспериментальных животных, заражённых микобактериями или иммунизированных микобактериальными антигенами.

Наконец, третья группа работ включает исследования патологических изменений в инфицированных тканях с помощью гистологических и иммуногистологических подходов. Такие исследования позволяют проследить динамику формирования гранулём, а также установить общие закономерности взаимодействия и функционирования различных клеток, принимающих участие в образовании гранулём. Как обычно происходит в биологии, объединяют все эти подходы те работы, в которых упор делается на генетическое разнообразие и изменчивость микобактерий и хозяев, т. е. представлен анализ спектров вирулентности, иммунного ответа и патологических изменений при взаимодействии паразит – хозяин.

Воспаление при туберкулезе: роль нейтрофилов

Воспаление – это патофизиологический процесс, запускаемый различными инфекционными и неинфекционными агентами. Различают различные стадии и факторы, влияющие на типы и кинетику воспаления. В принципе, воспаление призвано ограничить зону болезни и иммунного ответа, поэтому нарушения в регуляции воспалительного процесса могут приводить к тяжёлым последствиям, становясь причиной таких заболеваний, как хронический артрит, бронхиальная астма, болезнь Крона и др. Существует огромное количество компонентов (переключателей) процесса воспаления, нарушение регуляции работы которых может приводить к заболеванию вследствие чрезмерного или неконтролируемого воспаления.

Любое повреждение ткани в процессе воспаления ведёт к увеличению продукции провоспалительных цитокинов. Эти цитокины, наряду с оксидом азота (NO) и глюкокортикоидами, участвуют в запуске и регулировании острой фазы ответа. Бактериальные инфекции обычно приводят к запуску системного острого ответа за счёт немедленной реакции полиморфно-ядерных и, чуть отложенной, мононуклеарных фагоцитов. Основными ранними цитокинами воспаления, секретируемыми организмом в ответ на инфекцию, являются TNF-a. Также немаловажную роль при развитии воспаления играют цитокины семейства IL-6.

Хроническое воспаление является одной из основных проблем патогенеза туберкулеза. При распространении процесса и захвате иммунным ответом всё новых участков лёгкого сам ответ становится серьёзной угрозой. Пористая альвеолярная структура дышащей ткани замещается гранулематозно-фиброзной тканью и инфильтратами, за счёт чего наступает прогрессирующая потеря дыхательной функции. Хотя медиаторы и сигнальные механизмы, запускающие и продляющие воспалительный ответ, хорошо изучены, относительно мало известно о факторах, контролирующих хронический воспалительный процесс. Баланс, вероятно, поддерживается за счёт противовоспалительных медиаторов, таких как IL-10, TGF-p, некоторые липиды и простагландины. На это указывают результаты исследований последствий нарушений в генах, кодирующих данные медиаторы, а также непосредственное фармакологическое ингибирование регуляторных молекул.

В зависимости от природы воспалительного стимула различают клетки, запускающие воспалительный ответ. При туберкулезе основными клетками иммунной системы, запускающими воспаление, являются нейтрофилы. Нейтрофилы – важнейший участник первой линии защиты организма от широкого спектра патогенов. Роль этой клеточной популяции в защите хозяина от М. tuberculosis до недавнего времени оставалась неопределённой. Ещё с конца 70-х годов прошлого века многие исследователи пытались оценить вклад нейтрофилов в защиту от микобактерий и их участие в индукции последующих фаз иммунитета и развитие патологии при туберкулезе. Результаты исследований часто противоречили друг другу.

Нейтрофилы первыми мигрируют из кровотока к месту инфекции в ответ на воспалительные стимулы. Как профессиональные фагоциты, нейтрофилы обладают рецепторами для распознавания микроорганизмов, участвующих в фагоцитозе. При многих инфекциях поглощение бактерий нейтрофилами ведёт к их быстрому уничтожению за счёт слияния фагосом нейтрофилов либо с лизосомами, либо со специфическими цитоплазматическими гранулами, содержащими широкий арсенал противомикробных эффекторных молекул. К последним относится миелопероксидаза, 5-нуклеотидаза, а-маннозидаза, мурамилидаза, а-дефензины, протеазы и связывающие железо и сидерофоры лактоферин и липокалин.

В специфических гранулах нейтрофилов содержится также большое количество NADPH-оксидазы, катализирующей окислительный взрыв, т. е. образование активных форм кислорода и азота. Скорость самой мобилизации нейтрофилов дополняется их способностью развивать метаболические процессы в течение секунд. Теоретически всё это делает нейтрофилы универсальным и оптимальным инструментом раннего врождённого иммунитета. К тому же при ответе на микобактерии нейтрофилы секретируют хемокины IP-10, МСР-1 и провоспалительные цитокины IFN-y, TNF-a, IL-1, IL-6, IL-12, что способствует привлечению и дифференцировке других иммунных клеток. При этом IL-12 является основным индуктором IFN-y – важнейшего медиатора защитного адаптивного ответа при туберкулезе.

Тем не менее прямые исследования роли нейтрофилов при экспериментальной туберкулёзной инфекции дали во многом неожиданные результаты. Сочетание выраженной способности к фагоцитозу со слабой бактерицидной функцией этих клеток позволило предположить, что при туберкулёзной инфекции нейтрофилы играют роль «троянского коня», т. е. временно защищают микобактерии от захвата более эффективными киллерами – макрофагами. Аналогичные результаты, свидетельствующие об отрицательной роли нейтрофильного воспаления при туберкулезе, получены на генетически чувствительных мышах линии DBA/2. Подобный характер воспаления не редкость при клиническом проявлении туберкулеза у людей.

При этом достаточно давно высказывали гипотезу о возможной роли нейтрофилов в качестве связующего звена между врождённым и адаптивным иммунными ответами за счёт секреции основных цитокинов и хемокинов на ранней фазе воспаления. Позднее удалось показать, что нейтрофилы способны запускать адаптивный иммунный ответ, помогая дендритным клеткам (ДК) в захвате М. tuberculosis. Нейтрофилы, инфицированные микобактериями, секретируют хемоаттрактанты для ДК (Сс1-19 и Сс1-21), что приводит к захвату дендритными клетками бактерий из апоптозных телец нейтрофилов. Такие ДК намного эффективнее активируют антигенспецифические Т-лимфоциты CD4+. Тап В. Н. et аl. обнаружили, что поглощение макрофагами апоптозных нейтрофилов in vitro значительно замедляет внутриклеточный и внеклеточный рост микобактерий. Имеются убедительные данные о том, что после захвата содержащих микобактерии апоптозных нейтрофилов макрофаги быстро меняют метаболизм в сторону синтеза липидов, перестают эффективно презентировать антигены микобактерий Т-клеткам и превращаются в клетки-супрессоры М2, продуцирующие преимущественно TGF-p и простагландин Е2.

Кроме того, нейтрофилы способны транспортировать микобактерии к дренирующим лимфатическим узлам, т. е. играют роль в диссеминации М. tuberculosis. Важно отметить, что генетическая чувствительность к туберкулезу проявляется в виде усиленной миграции данной популяции клеток в лёгочную паренхиму. Результаты недавно проведённых клинических исследований показали взаимосвязь между клиническим проявлением туберкулеза и скоплением нейтрофилов на периферии. Более того, нейтрофилы являются преобладающей популяцией клеток в бронхоальвеолярном смыве и мокроте у больных туберкулезом. Наконец, имеются данные о том, что нейтрофилы способны продуцировать растворимый Fas-лиганд и, таким образом, индуцировать апоптоз лёгочных эпителиальных клеток.

Таким образом, преобладающие в литературе последних лет данные свидетельствуют скорее о возможном участии нейтрофилов в деструкции лёгочной ткани и развитии локальных патологических реакций, нежели о протективной роли этих клеток при туберкулёзной инфекции. Дегрануляция нейтрофилов приводит скорее не к уничтожению возбудителя с внутриклеточным типом паразитирования, а к повреждающему воздействию на близлежащие клетки, что приводит к разрушению ткани лёгкого. Представляется разумным предположение, что своевременное регулирование миграции нейтрофилов в инфицированную лёгочную ткань могло бы уменьшить степень повреждения лёгких.

Взаимодействие М. tuberculosis с мононуклеарными фагоцитами

Туберкулез служит примером инфекции, при которой взаимодействие между паразитом и хозяином приводит к очень широкому спектру проявлений патологии, изучение чего сыграло существенную роль в развитии иммунологии и генетики инфекций. После попадания в лёгкие микобактерии взаимодействуют с клетками миелоидного ряда, макрофагами и ДК, а также нейтрофилами. Персистируя внутри макрофагов, микобактерии препятствуют созреванию фагосомы, слиянию фагосом с лизосомами и запуску апоптоза инфицированных клеток, что способствует активной репликации бактерий в ранних эндосомах. Несмотря на то что в иммунологии туберкулеза наибольшее количество исследований посвящено адаптивному Т-клеточному ответу, первыми на инфекцию отвечают сами инфицированные фагоциты – составляющие врождённого иммунитета. Наше понимание того, как именно клетки врождённого иммунитета взаимодействуют с патогеном, значительно углубилось за последние двадцать лет.

Фагоцитоз М. tuberculosis осуществляется через рецепторзависимый эндоцитоз. Известно, что микобактерии способны взаимодействовать с различными классами рецепторов клеток хозяина. Распознавание микобактерий происходит за счёт С-лектиновых рецепторов (CLR), Fc-рецепторов, рецепторов комплемента CR1, CR3, CR4 (как с участием антител, так и без предварительной опсонизации), рецепторов SR, а также через Toll-подобные рецепторы (TLR) и NOD-подобные рецепторы (NLR). Растворимые рецепторы, такие как коллектины и пентраксины, также способствуют распознаванию бактерий. Взаимодействие с некоторыми из этих рецепторов запускает активацию макрофагов, синтез различных цитокинов, хемокинов и антимикробных молекул. Другие рецепторы, напротив, участвуют лишь в фагоцитозе бактерий без активации макрофагов. Важно учитывать то, что клеточная стенка М. tuberculosis представляет собой сложный гетеромолекулярный комплекс и взаимодействие с макрофагами является результатом одновременных или последовательных контактов с множеством макрофагальных рецепторов. Иными словами, предполагается, что набор рецепторов на поверхности макрофагальной клетки, взаимодействующей с микобактериями, определяет последующий клеточный ответ.

Много работ посвящено взаимодействию микобактерий с TLR. В активацию макрофагов микобактериями вовлечены рецепторы TLR-2, TLR-4 и TLR-9. Эти рецепторы способны распознавать различные молекулы микобактерий. Через внутриклеточный рецептор TLR-9 происходит стимуляция клеток миелоидного ряда микобактериальными нуклеиновыми кислотами с богатым содержанием мотива CpG. Рецептор TLR-2 способен распознавать hsp65, hsp70, липопротеин с молекулярной массой 19 кДа, липоарабиноманан (LAM) и фосфатидилиннозитоз маннозит (PIM). Установлено участие TLR-2 в индукции кателицидина – антимикробного пептида, токсичного для М. tuberculosis. На модели образования гранулёмы из клеток периферической крови in vitro было показано участие данного рецептора в формировании гранулёмы и образовании многоядерных гигантских клеток.

Результаты некоторых исследований свидетельствуют о двойственной роли TLR-2 в ответе на микобактерии. С одной стороны, через данный рецептор может запускаться синтез медиаторов воспаления, а с другой – при взаимодействии TLR-2 с секреторным белком ESAT-6 происходит угнетение проведения сигнала за счёт ингибирования активации транскрипционного фактора NF-kB и регулируемых интерфероном факторов IRF. Сигнал через TLR-2 может снижать в макрофагах экспрессию молекул главного комплекса гистосовместимости класса II (МНС II) в ответ на IFN-y.

Из всего семейства рецепторов NLR, взаимодействующих с М. tuberculosis, лучше всего охарактеризован рецептор NOD2. Он представляет собой пептидогликан, является лигандом для мурамилдипептида и способен взаимодействовать с миколиларабиногалактаном, что важно для активации клетки. Однако подобно TLR2, рецептор NOD2 способен ингибировать IFN-у-зависимую экспрессию МНС II. На модели острого течения ТБ у мышей было показано, что делеция гена для NOD2 не приводит к увеличению чувствительности к инфекции, хотя на поздних стадиях хронического ТБ NOD2 участвует в защитных реакциях.

В распознавание микобактерий также вовлечены растворимые и мембранно-связанные формы CLR. Коллектины, например белки сурфактанта SP-A и SP-B, интегрины с лектиновым доменом CR3, а также маннозо-связывающий лиганд способствуют фагоцитозу бактерий. Важную роль в интернализации микобактерий играет маннозный рецептор (MR), который в основном экспрессирован на альвеолярных макрофагах. MR способен взаимодействовать с PIM и арабиноманнаном. Наряду с CR3, MR участвует в проникновении микобактерий в макрофаги без активации последних. По-видимому, многие рецепторные молекулы, участвующие в фагоцитозе, взаимозаменяемы: у мышей с делецией генов для CR3 или MR не изменяется чувствительность к ТБ по сравнению с диким типом.

DC-SIGN является основным рецептором ДК человека, участвующим в поглощении М. tuberculosis. Этот рецептор из семейства CLR распознает AM, PIM6, а-гликан и гликозилированные белки микобактерий. Ранее считалось, что DC-SIGN способен запускать противовоспалительный ответ в инфицированных клетках, однако более поздние исследования опровергли это предположение. Таким образом, гипотеза о том, что проведение сигнала через TLR поддерживает воспаление, а через CLR – снижает защитные воспалительные реакции, нуждается в дополнительной проверке. Видимо, эти рецепторы после взаимодействия с микобактериальными антигенами способны запускать разные типы ответа, как было показано для TLR-2 и DC-SIGN.

Образование гранулём

Процесс образования туберкулёзных гранулём у лабораторных животных можно подразделить на несколько стадий:

  1. первая фаза инфекции, запуск воспалительного ответа с инфильтрацией первичного очага нейтрофилами и моноцитами/макрофагами (1-3-я нед. инфекции);
  2. дренирование очага локальным внутригрудным лимфатическим узлом: транспорт М. tuberculosis (и свободных антигенов) в лимфоидный орган, что приводит к активации адаптивного иммунитета и увеличению количества антиген-специфических Т-клеток в лёгочной ткани (3-я нед. инфекции);
  3. параллельно происходят отдалённая диссеминация микобактерий в селезёнку, обратный транспорт возбудителя в лёгкие и другие органы и возникновение вторичных очагов (3-4-я нед. инфекции);
  4. накопление мононуклеарных клеток в очаге, приход лимфоцитов всех типов в очаг и организация клеток в структурированную гранулёму (3-5-я нед. инфекции);
  5. созревание гранулёмы, формирование многоядерных гигантских клеток, развитие хронического гранулематозного поражения (до нескольких месяцев);
  6. некротизация центрального содержимого гранулём, образование зон гипоксии (до нескольких месяцев).

При первичном инфицировании альвеолярные макрофаги явно недостаточно подготовлены к уничтожению (захвату и убийству) микобактерий. Естественным проявлением врождённого иммунитета является воспалительная реакция в очаге инфекции, сопровождающаяся, в частности, «цитокиновой бурей», т. е. резким увеличением продукции воспалительных факторов. Заражение свежевыделенных макрофагов и макрофагальных клеточных линий in vitro стимулирует продукцию ими ряда цитокинов и хемокинов: IL-8, IL-6, IL-1, IL-10, IL-12, TGF-p, TNF-a, IFN-y. Продукция этих факторов частично ограничивает рост микобактерий в макрофагах за счёт аутокринной активации последних, а также способствует увеличению проницаемости сосудов и приходу форменных элементов крови в очаг воспаления. В зоне инфекции происходит некроз короткоживущих нейтрофилов и инфицированных макрофагов, что приводит к выходу внутриклеточного содержимого. Таким образом, увеличивается дренаж внутриклеточной жидкости в лимфу, что способствует транспорту свободных антигенов к лимфоидным органам.

С включением механизмов врождённого иммунитета начинается привлечение к месту инфекции других клеток иммунной системы и отмечается образование туберкулёзной гранулёмы – основного элемента иммунопатогенеза туберкулеза. Гранулёма является специальной структурой, в которой Т-лимфоциты активируют инфицированные макрофаги, результатом чего являются ингибирование роста М. tuberculosis и снижение уровня диссеминации инфекции. Основные медиаторы этого процесса – цитокины семейства TNF (TNF-a и LT-a), IL-la, IL-ip, а также хемокины МСР-1, IP-10 и Mip-la. Продукция всех этих молекул индуцирует миграцию в зону инфекции моноцитов и лимфоцитов и их агрегацию с образованием гранулёмы.

В частности, ранние стадии формирования гранулёмы во многом зависят от продукции инфицированными макрофагами, а затем и Т-клетками медиатора TNF-a. Цепь реакций, запускаемая данным цитокином, позволяет поддерживать локальную структуру гранулёмы и такую концентрацию хемокинов, которая обеспечивает миграцию клеток иммунной системы к очагу инфекции. У мышей, дефицитных по TNF-a, образование гранулём проходит с задержкой, их структура аморфна и подвержена быстрому некрозу. Нейтрализация TNF-a у мышей с хронической инфекцией приводит к разрушению лёгочных гранулём и реактивации инфекции. Хотя TNF-a необходим для инициации формирования гранулёмы, слишком большое количество этого цитокина может приводить к повреждению ткани. Сходные функции, по крайней мере при экспериментальном ТБ, выполняет LT-a, который продуцируется Т-лимфоцитами CD4 и CD8 и NK-клетками. Подобно животным с делецией по гену для TNF-a, мыши-нокауты по гену для LT-a высокочувствительны к ТБ и не способны к формированию правильных гранулём. Таким образом, цитокины семейства TNF необходимы как для формирования гранулём, так и для контроля хронического ТБ у человека и мышей.

На начальных стадиях зона образования гранулёмы характеризуется прорастанием большого количества кровеносных сосудов. Этому способствует усиленная продукция эндотелиального фактора роста сосудов VEGF. Наличие большого количества кровеносных сосудов необходимо для облегчения миграции клеток иммунной системы (лимфоцитов, мононуклеарных фагоцитов и ДК) в очаг инфекции. В гранулёме мононуклеарные фагоциты дифференцируются в различные морфотипы макрофагов: эпителиоидные клетки, многоядерные гигантские клетки и пенистые макрофаги, нагруженные липидными вакуолями. По фенотипу макрофагов, входящих в состав гранулёмы, можно охарактеризовать степень развития последней. В клетках, формирующих очаг инфекции, продолжается секреция TNF-a, а также ряда хемокинов.

Под действием этих факторов усиливается миграция лимфоцитов (NKT, CD4+, CD8+ и В). Центральная зона гранулёмы постепенно некротизируется. Формирование центральной некротической зоны и внешних слоёв и фолликулов лимфоцитов завершает созревание гранулёмы. Важно отметить, что для туберкулёзной гранулёмы человека характерна чёткая структура с центральным некрозом, окружённым коаксиальными слоями и фолликулами клеток иммунной системы, отделяющими некроз от функционирующей лёгочной ткани. Образование гранулём со сходной структурой характерно и для мышей генетически чувствительных линий, что подчёркивает чрезвычайную важность выбора «генетически правильной» модели для исследования патогенеза.

Образование гранулём, с одной стороны, способствует ограничению распространения М. tuberculosis, обеспечивая способность организма хозяина контролировать распространение инфекции, с другой – этот процесс приводит к значительным повреждениям лёгочной ткани. Индивидуальные особенности иммунного ответа организма хозяина во многом определяют такие параметры образования гранулём, как их количество, размер и клеточный состав, что, в конечном счёте, влияет на тяжесть течения инфекции.

Метки
Bactec АБП Абсцесс Аллергия Альвеолиты Анализы БЦЖ Беременность Биопсия Бронхи Бронхит Бронхоаденит Бронхоблокация Бронхолитиаз Бронхоскопия Бронхоэктазы Брюшина ВИЧ Вакцинация Витамины Гастрит Гепатит Гипертония Глаза Глотка Гортань Дезинфекция Дети Диабет Диспансер Диссеминированный Желудок Закон Зубы Иммунитет Инфильтративный КУМ Кавернозный Казеозная пневмония Кисты Кишечник Классификация Кожа Коллапсотерапия Кости Кровь Курение ЛФК Лаборатория Лазер Лимфогрануломатоз Лимфотропная Лимфоузлы МБТ МЛУ МСЭ Менингит Микобактериоз Микоз Микроскопия Миндалины Мокрота Мониторинг Моча Мочеполовой Надпочечники Наркомания Нервы и психика Обследование Озонирование Опухоль Очаг Очаговый ПТК ПЦР Паротит Патогенетические Первичный Перикардит Печень Питание Пищевод Плазмаферез Плеврит Пневмокониозы Пневмония Побочные Поджелудочная Пожилые Позвоночник Посев Почки Профилактика Пьянство Рак Режимы лечения Рентген Рот Санаторий Санбюллетень Саркоидоз Селезенка Сердце Симптомы Стационар Суставы Трахея Туб. интоксикация Туберкулома Устойчивость ФВД Фиброзно-кавернозный ХНЗЛ Химиотерапия Хирургия ЦНС Цирротический Шок ЭКГ Эмпиема Эндоскопия Язва
kumis

Кумысолечение при туберкулезе

Ф.В. Шебанов Приготовление в России и ряде стран Средней Азин напитка из кобыльего молока практиковалось с очень давних времен. Кумыс ...
Подробнее
malinatub

Малина и ее применение при туберкулезе

Малина почти на 85% состоит из воды, примерно 8-9% приходится на углеводы и приблизительно столько же на моно и дисахариды ...
Подробнее
zeml

Клубника (земляника) при туберкулезе

Земляника (клубника) обладает замечательными пищевыми, полезными и лекарственными (целебными) свойствами. Земляника (клубника) содержит сахара (до 15%), витамины С, группы В, ...
Подробнее
barshir

Барсучий жир при туберкулезе

История применения в русской народной медицине барсучьего жира насчитывает уже более 200 лет. У охотников Дальнего Востока и Сибири издавна ...
Подробнее