Механизмы взаимодействия микроорганизмов с системой цитокинов организма хозяина

    Увеличение уровней  цитокинов не может продолжаться  бесконтрольно, так как гиперпродукция  цитокинов служит причиной развития ряда патологических состояний, в частности, септического шока. Появление цитокинов в кровотоке сразу приводит к увеличению синтеза стероидных гормонов, причем IL-1 и другие провоспалительные цитокины вызывают как усиление синтеза рилизинг_факторов, так и стимуляцию продукции гормонов клетками коры надпочечников. Стероидные гормоны, известные как одни из наиболее мощных иммуносупрессоров, блокируют синтез цитокинов и не позволяют их уровню превысить предельные значения. Это является эффективным механизмом отрицательной обратной связи для контроля гиперпродукции цитокинов. Тем не менее, в ряде случаев уровни цитокинов превышают физиологические концентрации. Цитокины в низких концентрациях нужны для правильного формирования местного воспаления, более высокие дозы вызывают развитие системной воспалительной реакции, но патологически высокие концентрации приводят к состоянию септического шока и гибели организма (Таблица №2) [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица №2 [1]

Эффекты систем макроорганизма в зависимости от концентраций цитокинов

 

 

 

 

    Большинство цитокинов  не играет никакой роли в  нормальной физиологии организма, а синтезируются лишь при развитии  защитных реакций. Тем не менее, некоторые цитокины в небольших  количествах синтезируются постоянно, регулируя различные этапы нормального гемопоэза, либо только на определенных этапах развития организма. Так, в онтогенезе цитокины группы TNF и ряд хемокинов регулируют нормальное развитие клеток, миграцию лимфоидных предшественников и закладку органов иммунной системы. 

     Не менее  важную роль цитокины играют  и в регуляции дифференцировки  и функциональной активности  лимфоцитов, а значит, в регуляции  специфического иммунитета. В настоящее  время признано, что типы иммунного  ответа связаны с одним из  вариантов активации лимфоцитов с преимущественным участием клонов Т-лимфоцитов хелперов первого типа (Th1) или второго типа (Th2), которые различаются по паттернам продуцируемых цитокинов и ролью в стимулировании развития иммунного ответа по клеточному или гуморальному типу (рис. 3). Активация Th1, секретирующих IL-2 и интерферон γ, ведет к стимуляции главным образом функций Т-лимфоцитов и макрофагов и к развитию клеточного типа ответа, тогда как синтез Т-хелперами 2 типа IL-4, IL-5, IL-10, IL-13 и IL-25 стимулирует преимущественно гуморальное звено иммунитета. У человека эта ситуация выглядит несколько сложнее за счет существования Т-хелперных клонов, секретирующих одновременно IL-2, IL-4 и IFNγ и некоторые другие сочетания цитокинов. Роль этих клонов в регуляции иммунитета окончательно не выяснена. Продукты Th1 и Th2 негативно влияют на активацию противоположных клонов. IL-2 подавляет пролиферацию лимфоцитов, индуцированную IL-4, и наоборот. Цитокины Th2, в основном IL-4 и IL-10, прямо подавляют продукцию IL-2 Т-лимфоцитами, экспрессию α-цепи рецептора IL-2 на Т-лимфоцитах и β-цепи на В-лимфоцитах и NK-клетках и активность NK-клеток. Избыточная активация какого-то из типов Т-хелперных клонов может направить иммунный ответ по одному из вариантов развития. Хроническая несбалансированность активации Т-хелперных клонов приводит к развитию иммунопатологических состояний, связанных с проявлениями аллергии или аутоиммунитета. Считается, что выраженность аллергических реакций обусловлена преимущественной активацией Th2, продуцирующих IL-4 и IL-5, которые стимулируют синтез антител класса IgG1 и особенно IgE, как известно, играющего решающую роль в развитии аллергических реакций. В последние годы активно дискутируется роль цитокинов в патологии, в частности, участие хемокинов в патогенезе СПИДа. Оказалось, что отдельные рецепторы хемокинов могут служить кофакторами для проникновения вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) в клетки [3].

 

III   Аспекты взаимодействия цитокинов и микроорганизмов

 

В настоящее время известно, что цитокины и микроорганизмы активно взаимодействуют между собой. Они  оказывают двойственное воздействие друг на друга: как угнетающее, так и стимулирующее [4,7].

 

1. Влияние цитокинов на рост микроорганизмов

Цитокины оказывают как положительное влияние на рост микроорганизмов, так и отрицательное. Доказано угнетающее воздействие природных цитокинов в составе препарата Суперлимф на Streptoccocus pyogenes.

Стрептококковые инфекции продолжают оставаться одной из наиболее острых проблем здравоохранения во всех странах мира. Это определяется их широким распространением и огромным социально-экономическим ущербом, при этом доминирующее значение в патологии человека имеют Streptococcus pyogenes, или стрептококки серологической группы А (СГА). Клинические проявления при заражении стрептококками этой группы крайне разнообразны: от поражений ЛОР-органов, кожи до вторичных форм заболеваний с аутоиммунным механизмом (ревматизм, гломерулонефрит, васкулиты), а также токсико-септических форм (метатонзиллярный и перитонзиллярный абсцссы, пневмонии, менингит, некротические поражения мягких тканей, септические осложнения). Бета-лактамные антибиотики при лечении и профилактике заболеваний, вызванных СГА, что связано с их высокой активностью и относительным постоянством минимальных подавляющих концентраций (МПК) в отношении этого возбудителя. До сих пор не описано среди СГА формирования резистентности к пенициллинам и цефалоспоринам. В публикациях последних лет нередко сообщается о стрептококках с высокой устойчивостью к тетрациклинам, левомицетину, а в ряде стран мира (Япония, США и др.) — к макролидам и линкомицину, а также о появлении такого феномена как толерантность к препаратам пенициллина. По отношению к толерантным штаммам пенициллины ведут себя не как бактерицидные, а как бактериостатические антибиотики. По данным литературы, процент циркулирующих СГА, резистентных к тетрациклину, составляет 50 — 70%; макролидам-линкозамидам — 10 — 15%. Сообщается о 100% чувствительности СГА, циркулирующих в разных регионах России, к пенициллину и 87,4% — к эритромицину. В отношении тетрациклина чувствительностью обладали лишь 38,8% изученных культур стрептококков группы А. Все чаще в отечественной и зарубежной литературе появляются сообщения о неэффективности бета-лактамов при монотерапии стрептококковых инфекций.

Одной из причин неудач лечения считают формирование вариантов стрептококков с толерантными свойствами, для которых минимальные бактерицидные концентрации (МБК) антибиотика во много раз (более, чем в 16) превышают его МПК. Вследствие этого обычно применяемые дозы, например, пенициллина оказываются неэффективными, что в конечном итоге может привести к серьезным осложнениям или длительному носительству возбудителя. С циркуляцией толерантных к пенициллину и эритромицину форм СГА связывали возникновение в ряде стран вспышек острого фарингита и ревматизма. Толерантные штаммы СГА выделяют от детей, переболевших скарлатиной, и у лиц, перенесших острую ревматическую лихорадку.

     В последнее время большое внимание уделяется изучению нового класса регуляторных молекул врожденного и адаптивного иммунитета, обладающих широким спектром противомикробной и противовирусной активности. Их по праву называют естественными эндогенными антибиотиками.

Суперлимф (ФСП 42-0185-0573-00) представляет композицию природных цитокинов (ИЛ-1β, ИЛ-6, ФНО-α, МИФ, ТФР-β1, ИЛ-1RA) в оптимальных физиологических соотношениях и низкомолекулярных катионных противомикробных пептидов. Препарат, включающий в качестве наполнителя полиглюкин, изготовляется на основе субстанции, представляющей собой стандартизованный лиофилизат растворимых иммунопептидов.

Известно, что препарат Суперлимф представляет собой стандартизованный комплекс цитокинов и протегрин-подобных противомикробных пептидов, так как препарат получают из стимулированных лейкоцитов периферической крови. Противомикробные пептиды обладают широким спектром действия и активны против грамположительных, грамотрицательных бактерий и некоторых вирусов. В организме больных с острыми и хроническими воспалительными болезнями при применении препарата наблюдался эффект противобактериального и противовирусного действия. Проведенные исследования свидетельствуют, что противострептококковое действие препарата Суперлимф может быть обусловлено наличием в нем протегрин-подобных противомикробных пептидов. Минимальная бактерицидная концентрация препарата Суперлимф в отношении стрептококков, определенная с помощью серийных разведений в жидкой питательной среде, равна 100 мкг/ мл, что соответствует терапевтической дозе при лечении болезней. При применении Суперлимфа в клинике у пациентов отсутствовали аллергические реакции на препарат и было сокращено использование антибиотиков и гормональных препаратов. Суперлимф в концентрации 100 мкг/ мл подавлял рост СГА, резистентных к макролидам, что важно при лечении стрептококковых инфекций у больных с аллергической реакцией на антибиотики пенициллинового ряда.

Бактериолитическое действие препарат Суперлимф оказывал в минимальных концентрациях. Известно, что катионные противомикробные пептиды, благодаря электростатическому взаимодействию, фиксируются и проникают через мембрану микробных клеток, нарушая ее структурную целостность, что приводит к выходу жизненно важных компонентов, нарушению клеточного дыхания и активации процессов автолиза[4].

Следует отметить, что цитокины оказывают угнетающее действие не только на стрептококковые, но также на стафилококковые и грибковые инфекции.

 Изучено действие in vitro комплекса природных цитокинов — КПЦ (препарат Суперлимф) на золотистые стафилококки, дрожжеподобные грибы рода Candida. КПЦ подавлял рост тест-культуры золотистых стафилококков в зависимости от концентрации препарата. Ингибирующий эффект на стафилококки проявлялся при наличии в среде двухвалентных катионов кальция и магния. Наряду с антибактериальным действием Суперлимф оказывает влияние на высвобождение лизосомального фермента гранул лейкоцитов человека — катепсина G.

Известно, что Суперлимф повышает бактерицидность лейкоцитов, выработку активных форм кислорода, поэтому важным является выяснение его способности увеличивать секрецию катионных пептидов.

Катепсин G является наиболее активным противомикробным агентом из сериновой группы протеолитических ферментов гранулярной противомикробной системы нейтрофилов и моноцитов/макрофагов. КПЦ в концентрации 10 мкг/мл уже через 1 ч после инкубации при комнатной температуре с лейкоцитами периферической крови здоровых доноров повышал высвобождение катепсина G практически на 10%.

Известно, что прямым противомикробным действием обладают низкомолекулярные пептиды, в частности, выделенные из лейкоцитов свиньи и обозначенные как протегрины. Возможно, угнетение роста S.aureus под действием КПЦ связано с наличием в препарате протегринов, так как источником цитокинов служат стимулированные лейкоциты крови свиньи.

Антибактериальные пептиды, открытые сравнительно недавно R.I. Lahrer, широко распространены в природе и высокоактивны в отношении грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов, грибов и простейших. Пептиды в основном локализованы в гранулах фагоцитарных клеток крови, но в меньших количествах присутствуют и в слизистой кишечника (криптидины) и других тканях. Для проявления противомикробного действия таких пептидов необходимо наличие Са2+ и Mg2+ в среде.

Наряду с прямым стафилококковым действием, Суперлимф индуцирует выход катионных пептидов, в частности, катепсина G, из лизосом лейкоцитов, с чем связано опосредованное влияние КПЦ на подавление бактериального роста[5].

Также цитокины оказывают влияние на устойчивость бактерий к антибиотикам. Установлено, что in vitro рекомбинантные фактор некроза опухоли-α и γ-интерферон усиливают чувствительность бактерий к антибиоткам как по отдельности, так и в сочетании; α-интерферон снижает эту чувствительность[6].

 

2. Влияние микроорганизмов на продукцию цитокинов

Как уже отмечалось ранее  микроорганизмы  влияют на цитокиновую систему хозяина. Способность бактерий индуцировать синтез различных цитокинов известно на протяжении  нескольких лет. Причём различные виды микроорганизмов могут стимулировать выработку как провосполительных цитокинов, так и противовосполительных цитокинов.

В человеческом кишечнике существует сложная микробная экосистема, а слизистая оболочка кишки служит для взаимосвязи между иммунной системой и люминальной средой.

Для изучения воздействия непатогенных бактерий на спонтанную секрецию цитокинов пробами слизистой оболочки кишечника человека американские учёные использовали целые эксплантаты слизистой оболочки. Присутствие живых бактерий в субстрате органной культуры не повлияло на жизнеспособность тканей. Было доказано, что непатогенные бактерии могут влиять на выделение цитокинов слизистыми эксплантатами. Три штамма L. casei, штамм L. bulgaricus и непатогенная Е. coli вызвают различные формы секреции цитокина.

Ранее было доказано, что эпителиальные клеточные линии организма человека выделяют ИЛ-8 и ТФР β1, другие цитокины, такие, как ФНО-α, выделяются только после стимуляции энтеропатогенными бактериями. Более того, экспрессия генов ФНО-α или ИЛ-8 в изолированных толстокишечных эпителиальных клетках не изменяется при инкубации неинвазивных бактерий. Однако изолированные кишечные клетки могут производить ФНО-α при сенсибилизации лейкоцитами. Используя кишечные эпителиальные клетки, культивированные совместно с лейкоцитами человеческой крови в различных отсеках системы Transwell, они обнаружено, что некоторые штаммы непатогенных бактерий производят неустойчивую стимуляцию экспрессии цитокинов, включая ФНО-а, ИЛ-8, ИЛ-10 и ТФР β.

Непатогенный штамм Е. coli в значительной мере стимулировал выделение ФНО-α эксплантатами нормальной слизистой оболочки толстой кишки. Повышение секреции ИЛ-8 несущественно, но провоспалительный цитокин ИЛ-10 стимулируется ФНО-α-независимым механизмом. Аналогичная схема выделения цитокина (повышение ФНО-α, ИЛ-8 и ИЛ-10) наблюдается при использовании системы культивации Transwell с эпителиальными клетками и лейкоцитами, стимулируемыми другими непатогенными штаммами Е. coli (LTH 634). Повышенная экспрессия ФНО-α и ИЛ-8 эпителиальными клетками наблюдается постоянно после стимуляции энтеропатогенными штаммами Е. coli. Этот эффект был показан для вовлечения ядерного транскрипционного фактора-к В (ЯФ-к В), привязывающего к специфическим последовательностям стимулятора и активирующего транскрипцию и экспрессию серий генов, кодирующих противовоспалительные энзимы. Активация фактора транскрипции ЯФ-к В осуществляется трансмембранными сигналами, порожденными Toll-подобными рецепторами на внешней поверхности клетки (18). Интестинальные эпителиальные клетки производят Toll-подобные рецепторы, распознающие специфические микробные компоненты, такие, как липополисахариды грамотрицательных бактерий. Этот путь является первичным механизмом генетической иммунной реакции, направленной против инфекционных агентов. Слизистая оболочка кишечника активирует этот путь не только при стимуляции патогенами, но и в присутствии непатогенных грамотрицательных бактерий. Подобная реакция на непатогенные бактерии могла быть особенно вредоносной в специфических условиях на фоне воспаления, как, например, при воспалительных заболеваниях кишечника. Таким образом, непатогенный штамм Е. coli может вызвать обострение воспалительных процессов[7].

Также немалый интерес представляет влияние рода Lactobacillus на продукцию цитокинов клетками пейеровых бляшек. Ассоциированные со слизистой оболочкой кишечника лактобактерии (ЛАБ) являются стимуляторами иммунной системы, включая механизмы активации ретикулоэндотелиальной системы кишечного тракта и продукции ряда цитокинов, обеспечивающих баланс между гуморальным и клеточно-опосредованным типами иммунного ответа..