Эндотоксин и астма

Существует известный феномен – у жителей сельских районов Европы, особенно фермеров и их детей, значительно реже развивается астма и аллергические заболевания, чем у тех, кто живет в больших городах.

В 1989 году профессор David Strachan предложил «Гигиеническую гипотезу», которая объясняла это явление регулирующим действием бактериальных молекул, с которыми ежедневно сталкиваются фермеры и сельские жители.

Считается, что постоянный контакт с бактериями, начинающийся у детей на фермах с раннего детства, подготавливает их иммунную систему к адекватному реагированию на безвредные молекулы. У жителей городов, обитающих в стерильных условиях, это регулирующие влияние сильно снижено.

Сейчас исследователи стараются определить те механизмы, которые помогают фермерам избегать этих неприятных заболеваний, и мишени, на которые можно было бы подействовать лекарствами. В сентябре 2015 в журнале Science вышла статья, предложившая потенциальную мишень.

Астма – это заболевание со сложным патогенезом и большим количеством причин, как наследственных, так и приобретенных.  Однако, есть черты общие для всех видов астмы – это воспаление в тканях дыхательных путей, затруднения прохождения воздуха по ним и повышенная реактивность бронхов (клеточные реакции в слизистой и спазмы бронхов в ответ на безобидные раздражители).

Воспаление и гиперактивность бронхов при астме регулируются реакциями систем врожденного и приобретенного иммунитета. Все начинается с эпителиальных клеток, выстилающих просвет бронхов. Эти клетки несут на своих мембранах важный инструмент врожденной или неспецифической иммунной системы – рецепторы, распознающие образы (pattern recognition receptors; PRR). Из них более всего на слуху – Toll-like рецепторы (TLR).

Взаимодействие TLR со своими лигандами (например, компонентами стенок бактерий) запускает первые неспецифические иммунные реакции, которые защищают ткань пока не готов адаптивный иммунитет. При астме эти же TLR-рецепторы на эпителиальных клетках (а также на дендритных клетках) реагируют на воздушные аллергены, например, продукты жизнедеятельности клещей домашней пыли (КДП).

Активация TLR-рецепторов приводит к целому каскаду внутриклеточных реакций, запускающих воспаление в ткани. Самые изученные из этих внутриклеточных процессов – это миграция транскрипционного фактора NFκB из цитоплазмы в ядро клетки.

NFκB – это включатель клеточных реакций на стресс. В ядре он запускает работу генов, регулирующих воспаление и способность клетки выживать в трудных условиях. Активированная клетка начинает продуцировать цитокины, которые «зовут» иммунные клетки в ткань и помогают им созреть и начать действовать (например, цитокин CCL20 и ростовой фактор GM-CSF).

Это очень хорошая и нужная защитная реакция, только она несоразмерна опасности аллергенов КДП. В результате, у пациента с астмой в ответ на обычный аллерген развивается сильное воспаление в бронхах.

У фермеров и их детей такое случается редко. Почему? Многие ученые сошлись во мнении, что главный фактор защиты – это молекула липополисахарид или эндотоксин, компонент клеточной стенки грамотрицательных бактерий.

клеточная стенка бактерий

Многие согласны, что именно компоненты бактериальной клеточной стенки формируют эту защиту, но конкретные механизмы пока были не очень изучены.

Martin J. Shuijs и его коллеги немного приоткрыли эту завесу

Они использовали метод сенсибилизации мышей к аллергенам КДП. В течение недели исследователи ежедневно вводили в трахеи животных экстракты клещей домашней пыли в сенсибилизирующих дозах. Затем, с 7 по 11 дни мышам, уже через нос, вводили провоцирующие дозы экстракта, для достижения аллергической реакции.

Ответом на такую обработку была активация эпителиальных клеток дыхательных путей, продукция молекул CCL20 (усиливает миграцию иммунных клеток) и GM-CSG (стимулирует созревание дендритных клеток), инфильтрация ткани дендритными клетками.

Созревшие дендритные клетки захватывали аллерген и отправлялись с ним в регионарные лимфатические узлы, чтобы презентировать его Тh2-лимфоцитам. Эти лимфоциты стимулируют продукцию IgE-антител против этого аллергена плазматическими клетками.

Отработав методику, исследователи разделили животных на две группы. Первая группа до начала сенсибилизации экстрактом КДП в течение 2 недель ежедневно получала липополисахарид (LPS; он же эндотоксин), а вторая группа (контрольная) – физиологический буферный раствор (PBS).

Оба препарата вводили через нос. После лечения LPS или PBS животных начинали сенсибилизировать к аллергенам КДП, как я это описал выше. После окончания сенсибилизации и провокации экстрактом – смотрели у них состояние маркеров астмы.

эндотоксин и астма

Эксперимент показал, что ежедневное введение небольших (100 нг) доз эндотоксина в течение 2 недель значительно снижает количество эозинофилов в ткани и аллерген-специфических Th2-лимфоцитов в лимфатических узлах, по сравнению с контрольной группой (PBS/HDM/HDM против LPS/HDM/HDM)

эндотоксин и астма

Лечение мышей эндотоксином привело и к снижению про-воспалительных цитокинов – интерлейкинов-5, -13 и -17, играющих важную роль в патогенезе астмы. Интерлейкин-5, например, это мишень моноклонального антитела Nucala® (Mepolizumab), зарегистрированного FDA 4 ноября 2015 года для лечения пациентов с тяжелой астмой.

nucala

Сказалось лечение эндотоксином и на уровнях молекул CCL20 и GM-CSF, стимулирующих миграцию и созревание дендритных клеток в ткани бронхов. В группе, получавшей LPS, уровни обеих молекул были достоверно ниже, чем в контроле (LPS/HDM по сравнению с PBS/HDM).

CCL20 and GMCSF

Таким образом, двух-недельное лечение мышей компонентом клеточной стенки грамотрицательных бактерий понизило чувствительность их системы врожденного иммунитета, не защитило животных от формирования аллергических реакций на экстракт клещей домашней пыли.

Затем авторы статьи изучили эффекты от лечения липополисахаридом у людей

Они взяли биоптаты слизистой бронхов у здоровых добровольцев и у пациентов с астмой. Клетки дорастили in vitro до монослоя, а затем «полечили» их эндотоксином или PBS, после чего подвергли сенсибилизации экстрактами КДП и затем провокации (в том же режиме, как и у мышей).

Эффекты от «лечения» клеток эндотоксином у людей получился таким же, как и у животных –

asthma and LPS

Уровни про-воспалительных цитокинов снизились в результате лечения клеток эндотоксином (PBS/HDM против LPS/HDM), как в клетках, полученных у здоровых людей, так и у пациентов с астмой.

Как это работает?

В организме у каждой реакции есть противодействующая реакция, и результат определяется, какая из них сейчас сильнее, или какая дольше продержится. Когда NFκB мигрирует в ядро, он активирует там не только гены, кодирующие про-воспалительные молекулы, но и гены молекул, которые подавляют его собственную активность.

эндотоксин и астма

Природа – очень элегантная девушка, ей свойственны такие решения.

Среди молекул-антагонистов NFκB есть одна, которая сдерживает его эффекты при активации рецепторов врожденного иммунитета. Это молекула А20. Уровни ее мРНК повышаются в ответ на действие как аллергенов клещей домашней пыли, так и на действие эндотоксина, но только на эндотоксин А20 реагирует сильнее.

Чтобы понять какую роль А20 может играть в защите от аллергии исследователи подготовили нокаутных мышей с выключенным геном, кодирующим молекулу А20 в эпителиальных клетках дыхательных путей.

Этих мышей сначала пролечили эндотоксином, затем сенсибилизировали к аллергенам КДП, а затем дали нагрузочную дозу КДП. И, как и ожидалось, защитный эффект эндотоксина резко уменьшился. Это косвенно доказывает роль молекулы А20 в защите от аллергии, которую обеспечивает длительный контакт с эндотоксином бактериальной клеточной стенки.

Чтобы выяснить какое клиническое значение может иметь А20, исследователи изучили уровни РНК и самой молекулы в биоптатах из эпителия бронхов здоровых добровольцев и пациентов с астмой. Оказалось, что эти в эпителиальных клетках пациентов с астмой достоверно ниже, чем в клетках здоровых людей.

Что дальше?

Помимо этой работы, есть данные эпидемиологического исследования GABRIELA, изучающего генетические и внешний факторы астмы, показывающие, что у тех фермеров, которые все-таки заболевают астмой, часто имеет место генетический дефект, нарушающий нормальную продукцию белка А20.

Все эти результаты позволяют с осторожностью предположить, что молекула А20, или кодирующий ее ген, может стать потенциальной мишенью для лекарственной терапии пациентов с астмой.

Параллельно, вероятно, будут вестись работы по созданию вакцины, которая включит в себя антигенные компоненты той сельскохозяйственной пыли, которая защищает современных фермеров от астмы.

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.