Молекулярные механизмы “цитокинового шторма” при острых
advertisement
81Shipilov.qxd 19.04.2013 14:06 Page 81 Механизмы “цитокинового шторма” Молекулярные механизмы “цитокинового шторма” при острых инфекционных заболеваниях ✑ М.В. Шипилов Кафедра психологии Смоленского государственного университета Описана клиническая картина “цитокинового шторма” на примере последствий введения экспериментального препарата TGN1412 здоровым волонтерам в марте 2006 г. Перечислены наиболее частые инфекционные заболевания, при которых возможно развитие синдрома, и его патофизиологические механизмы. Описаны возможные цитокины, которые вносят кар динальный вклад в клинику “цитокинового шторма”. Ключевые слова: “цитокиновый шторм”, цитокины, острые инфекционные заболевания, грипп, диагностика. Цитокины представляют собой низко молекулярные белки, которые вырабаты ваются преимущественно эффекторными клетками крови и являются универсальны ми регуляторами, контролирующими важ нейшие процессы клеточного гомеостаза. В настоящее время открыто более 100 ци токинов. Все они в совокупности образуют цитокиновую сеть, функционирование ко торой носит универсальный, достаточно стереотипный и врожденный характер. Ци токиновая сеть является одной из важней ших регуляторных систем организма на равне с нервной, кроветворной, эндокрин ной и другими системами [1–3]. Уровень цитокинов в периферической крови может быть повышен при многих за болеваниях, однако в ряде случаев может наблюдаться превышение нормальной их концентрации в десятки, сотни и более раз с развитием своеобразной клинической картины, в основе которой лежит систем ная воспалительная реакция. Данное состо яние в литературе получило образное на звание “цитокиновый шторм (буря)”, кото рое подчеркивает чрезвычайно бурную ре Контактная информация: Шипилов Михаил Ва сильевич, mshiplov@rambler.ru акцию иммунной системы с неизвестным (чаще неблагоприятным) исходом [4–6]. Пристальное внимание со стороны уче ного мира и общественности к проблеме чрезвычайно высокого уровня цитокинов в периферической крови (гиперцитокине мии) было привлечено 13 марта 2006 г., ког да 6 предварительно обследованным здоро вым мужчинамдобровольцам в процессе проведения двойного слепого рандомизи рованного плацебоконтролируемого иссле дования I фазы был введен опытный препа рат TGN1412 (Лондон, Великобритания). Препарат представляет собой монокло нальные антитела IgG, прямо стимулирую щие Тh2лимфоциты посредством преиму щественного воздействия на CD28+рецеп торы, находящиеся на их поверхности. В проведенных до этого исследованиях на мышах чистых линий не было выявлено ка кихлибо токсичных и провоспалительных свойств препарата, был зарегистрирован только транзиторный лимфоцитоз. Однако уже через 1 ч после введения все испытуе мые начали жаловаться на сильную голов ную боль, боли в поясничной области, ми алгии. Чуть позже к указанным симптомам присоединились тошнота, рвота, диарея, Лечебное дело 1.2013 81 81Shipilov.qxd 19.04.2013 14:06 Page 82 Обзоры появилась лихорадка с высокой температу рой. Пациенты стали беспокойными. Воз никла тахикардия, артериальная гипотен зия. При рентгенографии были отмечены инфильтраты в легких с быстрым развити ем острой дыхательной недостаточности. Кроме того, у всех больных отмечались па тологические изменения со стороны почек: боли в пояснице, олигурия, повышение уровня креатинина крови. У большинства волонтеров был зарегистрирован синдром диссеминированного внутрисосудистого свертывания. Отличительной особеннос тью у всех этих пациентов было увеличение размеров шеи в несколько раз за счет отека, связанного с повышением проницаемости капилляров (это получило название “чело векслон”) [7]. В гемограмме у добровольцев был отме чен нейтрофилез, лимфопения (особенно за счет Тлимфоцитов). Помимо этого уже через 1 ч после введения препарата в пери ферической крови выявлялось резкое по вышение уровня фактора некроза опухоли α (ФНОα), через 4 ч – значительное увели чение уровня интерлейкина6 (ИЛ6), ИЛ10, ИЛ2, интерферонаγγ (ИФНγ). Вы явленную гиперцитокинемию в последую щем связали с развившимися изменениями со стороны большинства органов и тканей у изначально здоровых лиц. Совершенно неожиданной оказалась тяжелая лимфопе ния и значительное повреждение легких, вследствие чего 5 из 6 пациентов пришлось провести искусственную вентиляцию лег ких [7]. Всем больным проводили лечение в условиях реанимационного отделения. Оно заключалось во введении больших доз глюкокортикостероидов (пульстерапия), назначении жаропонижающей терапии (парацетамол), неоднократном проведе нии гемодиализа и плазмафереза. После проведенного интенсивного лечения па циенты медленно пошли на поправку. Данный эксперимент, от которого не была 82 Лечебное дело 1.2013 “застрахована” ни одна фармацевтическая компания, показал, что внутривенная ин фузия TGN1412 посредством действия на Тлимфоциты привела к внезапной и бес контрольной выработке мощнейших про воспалительных цитокинов. В последую щем активация Тлимфоцитов сменилась уменьшением их активности. После про веденного интенсивного лечения Тлим фоциты быстро восстановились [7]. Описанное клиническое состояние было расценено как особый и редко описывае мый ранее синдром – “цитокиновый шторм”, однако механизм действия моно клональных антител, приведший к массив ной выработке провоспалительных цито кинов, до настоящего времени остается не ясным. В связи с тем, что препарат TGN1412 соединяется с CD28+рецептора ми Тлимфоцитов, активация этих клеток привела к повышенной выработке цитоки нов. Однако, по данным последних иссле дований, в случае селективной активации Тлимфоцитов продукция цитокинов не была бы такой чрезвычайно быстрой, какая наблюдалась у волонтеров. При введении моноклональных антител к CD28+рецеп тору в культуру лейкоцитов была отмечена продукция ФНОα не лимфоцитами, а мо ноцитами, в связи с чем авторы сделали за ключение о том, что в “цитокиновом штор ме”, по крайней мере в его инициальной фазе, принимают более значительное учас тие не Тлимфоциты, а моноциты, роль ко торых в развитии “цитокинового шторма” до настоящего исследования считалась до статочно скромной [8]. Со времени описанного эксперимента стало понятным, что цитокины являются настолько мощными регуляторами гомео стаза, что значительное и резкое изменение их концентрации в крови подчас ставит под угрозу саму жизнь человека. В последую щем клиническая картина “цитокинового шторма” была выделена в качестве отдель ного синдрома, имеющего свои, достаточно 81Shipilov.qxd 19.04.2013 14:06 Page 83 Механизмы “цитокинового шторма” четко очерченные клиниколабораторные особенности и осложняющего тяжелое те чение многих заболеваний, как инфекци онных, так и неинфекционных. Существу ющие работы охватывают большой спектр заболеваний: инфекционнотоксический шок, сепсис, желтую лихорадку, лихорадку Эбола, тяжелый острый респираторный синдром, вызванный коронавирусом, ост рый панкреатит, состояние после тяжелых травм, реакцию отторжения трансплантата и др. [9–19]. “Цитокиновый шторм” может развиться после имплантации эмбрионов в связи с активацией NKклеток и Тлимфо цитов. С активацией местного и общего им мунного ответа в результате чрезмерной продукции провоспалительных цитокинов связывают и выкидыши, и преждевремен ные роды [20, 21]. При изучении “цитокинового шторма” на примере сепсиса и других заболеваний ученые обратили внимание на постоянно низкий уровень цитокинов, продуцируе мых Тлимфоцитами, что связывают с апоптозом данных клеток [22]. “Цитоки новый шторм” был описан и у онкологи ческих больных, у которых развивалась полиорганная недостаточность и наступа ла быстрая гибель [23]. “Цитокиновый шторм” был выявлен и в эксперименталь ных условиях: на модели мышей, заражен ных вирусом птичьего гриппа [24]. Учиты вая эти обстоятельства и достаточно одно типную клиническую картину “цитокино вого шторма”, можно предположить, что этиологический фактор, запустив меха низм бесконтрольной активации эффек торных клеток крови, в последующем па тогенезе играет меньшую роль. Из всех инфекционных заболеваний наиболее часто наблюдения “цитокинового шторма” встречаются при гриппе. Так, “ци токиновый шторм” нередко развивается у больных птичьим гриппом (H5N1) [5, 6, 25, 26]. M.D. Jong et al. проводят прямую связь между тяжелым и подчас смертельным те чением птичьего гриппа и гиперцитокине мией [6]. В литературе также имеются от дельные наблюдения гиперцитокинемии при свином гриппе (H1N1) сезона 2009–2010 годов, сопровождающейся у всех больных резко выраженной лимфопенией [27–31]. Механизм действия повышенного уровня ФНОα, ИЛ1β, ИЛ6 при тяжелом течении гриппа в настоящее время объяс няется запуском трипсин/ММП9цикла (ММП9 – матриксные металлопротеина зы9) в клетках многих органов и тканей, особенно в эндотелиоцитах, что приводит к разрушению матрикса вокруг микросо судов, увеличению сосудистой проницае мости с подавлением в клетках продукции аденозинтрифосфата, что вызывает “энер гетический кризис клеток” [32]. Другие исследователи механизм патогенного дей ствия повышенного уровня провоспали тельных цитокинов при тяжелом течении как гриппа, так и других острых респира торных вирусных инфекций связывают с резким изменением липидного и углевод ного обмена клеток, а также с воздействием на рецепторы, активирующие пролифера цию клеток под действием пероксисом (PPAR) [33]. До настоящего времени остается неяс ным вопрос, какие из изученных цитоки нов играют ведущую, кардинальную роль в поражении большинства органов и систем. В то же время обнаружение основных “ви новников” синдрома обязательно привело бы к потенциальной возможности блокады их выработки иммунокомпетентными клет ками или к возможности нейтрализации их в крови еще до связывания со специфичес кими рецепторами органовмишеней. В разное время эти “вакантные места” занимали ФНОα, ИЛ1, ИЛ6, ИЛ8, ИФНγ. В последнее время уделяется вни мание изучению биологического действия ИФНγ как одного из ведущих “игроков” в патогенезе “цитокинового шторма” [34]. На модели мышей показана кардинальная роль ИЛ15 в развитии вирусной пневмо Лечебное дело 1.2013 83 81Shipilov.qxd 19.04.2013 14:06 Page 84 Обзоры нии, вызванной высокопатогенным штам мом гриппа H1N1, так как после блокады рецепторов к ИЛ15 у инфицированных мышей было отмечено статистически зна чимое снижение смертности [35]. Исходя из однотипности врожденного защитного ответа организма, а также уни версальности клинических проявлений “цитокинового шторма” у больных с ин фекционной и неинфекционной патологи ей, можно предположить однонаправлен ные нарушения функционирования эф фекторных клеток крови с преобладанием выработки одних и тех же цитокинов, при чем не только провоспалительных. Так, во время “цитокинового шторма” у больных острым панкреатитом были выделены в превышающих норму концентрациях как провоспалительные (ФНОα, ИЛ1, ИЛ6, ИЛ8 и другие хемокины, фактор актива ции тромбоцитов и др.), так и противовос палительные (ИЛ1Ra, ИЛ10) цитокины [16]. В нашем исследовании у больных с тя желым течением гриппа H1N1 наряду с вы соким содержанием мощных цитокинов воспаления было зарегистрировано повы шение и уровня противовоспалительного ИЛ1Ra [36]. На модели тяжелого течения гриппа А у мышей было выявлено резкое повышение уровня ФНОα, ИЛ1β, ИЛ6 с развитием “цитокинового шторма” и полиорганной недостаточности [37]. Другие исследовате ли определяют следующую “тройку лиде ров” в развитии “цитокинового шторма” при гриппе: ФНОα, ИЛ6 и хемокины, ос новным из которых является ИЛ8 [31, 38]. При исследовании цитокинового профиля у больных птичьим гриппом отмечено по вышение концентрации в крови многих цитокинов (ФНОα, ИФНγ, ИФНα/β, ИЛ6, ИЛ1, MIP1, MIG, IP10, MCP1, RANTES, ИЛ8), продуцируемых макро фагами и Тлимфоцитами. Однако D. Us посчитал наиболее важными и определяю щими всю клиническую картину ослож 84 Лечебное дело 1.2013 ненного течения только три цитокина: ФНОα, ИЛ6 и ИФНγ [5]. У больных с тя желым течением гриппа H1N1 типичным симптомом заболевания была резко выра женная лимфоцитопения. Также отмеча лось значительное повышение в перифери ческой крови уровней ФНОα, ИЛ6, ИЛ8, ИЛ9, ИЛ12, ИЛ15. При этом уров ни ФНОα, ИЛ6, ИЛ8, ИЛ15 в крови больных с тяжелым течением гриппа H1N1, прямо коррелирующие с концентрацией Среактивного белка в системном кровото ке, были достоверно выше, чем при средне тяжелом течении [31]. Согласно данным J.F. BermejoMartin et al., у больных, нахо дящихся в критическом состоянии, значи тельно повышаются уровни ИЛ6, ИЛ12, ИЛ15; именно их авторы рекомендуют определять при оценке прогноза заболева ния [30]. Описанная в литературе гиперцитоки немия у 56 больных лихорадкой Эбола, за кончившаяся летальным исходом, прояв лялась повышенным уровнем в крови ИЛ1β, ИЛ1Ra, ИЛ6, ИЛ8, ИЛ15, ИЛ16, хемокинов и факторов роста. В то же время были определены чрезвычайно низкие концентрации цитокинов, проду цируемых Тлимфоцитами (ИЛ2, ИЛ3, ИЛ4, ИЛ5, ИЛ9, ИЛ13), что авторы объясняли массивной гибелью Тлимфо цитов, содержащих на своей поверхности рецепторы CD3+CD4+ и CD3+CD8+ [13]. На модели мышей, которым переливали несовместимую кровь, был искусственно вызван “цитокиновый шторм”, при этом отмечалось резкое повышение в плазме уровней ИЛ6, MCP1 с одновременным снижением концентрации ФНОα и отсут ствием статистически значимых изменений уровней ИЛ10, ИЛ12, ИФНγ [39]. При изучении сепсиса авторы, несмотря на по вышенный уровень многих цитокинов, вы делили самые мощные, которые все оказа лись провоспалительными: ФНОα, ИЛ1, ИЛ6, ИЛ8 и ИЛ12 [10]. 81Shipilov.qxd 19.04.2013 14:06 Page 85 Механизмы “цитокинового шторма” При исследовании цитокинового статуса у 88 больных с тяжелым острым респира торным синдромом, вызванным коронави русом, было отмечено резкое повышение уровней ИФНγ, ИЛ6, ИЛ8, ИЛ18, TGFb, IP10, MCP1, MIG при нормаль ном уровне в крови ФНОα, ИЛ2, ИЛ4, ИЛ10, ИЛ13. Однако кардинальным ци токином, участвующим в повреждении тканей (прежде всего альвеол), является ИФНγ [15]. В хирургической практике (после обширных операций, тяжелых травм, при хирургическом сепсисе) ключе выми факторами считают продуцируемые макрофагами ФНОα и ИЛ1β, которые, в свою очередь, активируют иммунокомпе тентные клетки на выработку ИЛ6, ИЛ8, факторов роста, молекул адгезии, тромби на и др. [17]. Таким образом, исходя из современных представлений, “цитокиновый шторм” обусловлен повышенной продукцией ком плекса как провоспалительных (преобла дают над всеми), так и противовоспали тельных цитокинов, а также факторов рос та с их быстрым и избыточным поступле нием в периферическую кровь. Согласно нашим исследованиям, у больных с тяже лым течением гриппа H1N1 c клинической картиной, типичной для “цитокинового шторма”, и последующим летальным исхо дом определялись резко повышенные уров ни ИФН (ИФНα и, особенно, ИФНγ), ФНОα, ИЛ6, ИЛ8, ИЛ18, которые мо гут служить маркерами тяжелого течения заболевания, характеризующегося разви тием “цитокинового шторма” [29, 36, 40]. В то же время у всех обследованных нами больных c тяжелым течением заболевания (n = 10) в системном кровотоке отсутство вал противовоспалительный лимфокин ИЛ4 [41]. Полученные результаты, свидетельству ющие о неадекватной гиперстимуляции клеток моноцитарного звена в процессе заболевания с массивной выработкой пре имущественно провоспалительных цито кинов, повышении активности моноци тов/макрофагов и нейтрофилов при одно временной депрессии активности Тлим фоцитов, могут указывать на то, что при тяжелом течении гриппа H1N1 развивается состояние, близкое к описываемому в на учной литературе вторичному гемофагоци тарному лимфогистиоцитозу (“гемофаго цитарному синдрому, ассоциированному с инфекцией”) [42]. Данное состояние, как и “цитокиновый шторм”, проявляется ги перцитокинемией, связанной с чрезмер ной активацией моноцитарномакрофа гальной системы, высокой лихорадкой, на рушением работы внутренних органов (прежде всего легких), и почти всегда за канчивается летальным исходом в связи с повреждающим действием избыточного количества провоспалительных цитоки нов. Указанное положение согласуется с данными некоторых авторов, рассматрива ющих вторичный гемофагоцитарный син дром (синдром макрофагальной актива ции) как финальную стадию “цитокиново го шторма” [43]. Со списком литературы вы можете ознакомиться на нашем сайте www.atmosphere!ph.ru Molecular Mechanisms of Cytokine Storm in Acute Infectious Diseases M.V. Shipilov The article describes the symptoms of cytokine storm in healthy volunteers after being injected with experimental drug TGN1412 in March 2006. Cytokine storm most often develops in particular infectious disease. Some cytokines may play crucial role in cytokine storm. Key words: cytokine storm, cytokines, acute infectious diseases, influenza, diagnosis. Лечебное дело 1.2013 85
