Эндотоксиновая агрессия и дисфункция эндотелия

Эндотоксиновая агрессия и
дисфункция эндотелия
Конев Ю.В.
Кафедра терапии, гериатрии и
профилактики МГМСУ
• Далеко не все исследователи даже
изучающие микрофлору выстилющую
кишечную стенку, другие слизистые
оболочки и кожу человека разделяют
тезис о еще одном «органе» человека.
Несмотря на то что, этот «орган» весит
около двух килограммов и насчитывает
порядка 1014 клеток (сто биллионов)
клеток микроорганизмов. Это число на
порядок превышает число собственных
клеток организма-хозяина, то есть –
человеческих.
В последние годы стало
формироваться мнение об участии
в патогенезе ряда болезней
эндотоксина - эндогенного
гликолипопротеида, постоянно
образующегося из наружной части
грам-отрицательных бактерий
самообновляющегося пула
кишечной микрофлоры.
3
Структура эндотоксинового комплекса
Есть мнение что - Эндотоксин является
вируснолипидопротеиновым комплексом
(старые клиницисты называют его
марантическим ядом) - вызывает
развитие воспалительных и
общетоксических явлений
Малые количества кишечного эндотоксина
специфических липополисахаридов
клеточных оболочек всех
грамотрицательных бактерий
(протеолитическая флора) могут оказывать
полезное действие на чувствительность
макроорганизма к бактериальному
заражению родственными микробами и
могут влиять на синтез иммунных тел к
другим антигенам.
В повышенных количествах эндотоксин оказывает
общее токсическое действие, является
прооксидантом, через систему
туморнекротизирующий фактор- - цитокиныинтерлейкины 2 и 6 поддерживает иммунное
воспаление не только в печени и поджелудочной
железе, а также стимулирует клетки Купфера и
липоциты к выработке грубого коллагена,
инициируя фиброзирование печени. Эндотоксин специфический липополисахарид, 95% которого
является кишечного происхождения и
продуцируется представителями протеолитической
флоры (эшерихия и бактероиды).
С 1992 г. после исследования Вone
оформилось понятие синдрома
системного воспалительного ответа
(ССВО). Хотя еще в высказываниях И.И.
Мечникова указывалось на воспаление,
особенно его сосудистый компонент, как
на универсальную защитную реакцию (В
основе лежит более высокое содержание
эндотоксина)
• Крайние степени синдрома
системного воспалительного ответа
(ССВО) , а именно синдром
полиорганной недостаточности (СПОН)
достаточно изучены, а вот начальные
формы проявления этого синдрома до
сих пор недостаточно изучены .
Бактерии и токсины через воротную вену
попадают в печень. Если же они в обход
печени через Ductus thoracicus проникают
в лимфатическую систему, то они могут
оказывать непосредственное влияние на
эндотелий легких .
Последствием функционального
повреждения целостности кишечного
эндотелия слизистой оболочки и
эпителиального барьера является
транслокация бактерий и их ДНК, а также
токсинов в воротную вену.
Таким образом, например,
липополисахарид (LPS) - компонент
внешней оболочки грамотрицательных
бактерий - взаимодействует с LPSсвязывающим протеином (LBP) и
транспортируется в печень. Макрофаги
печени (звездчатые ретикулоциты) и
моноциты активируются и высвобождают
воспалительные медиаторы. Это служит
предпосылкой развития синдрома
системного воспалительного ответа
(ССВО)
LPS может способствовать
развитию нарушений
функций кишечного барьера посредством
следующего механизма. LPS в высоких
концентрациях непосредственно
активирует CD14 клетки
эндотелия кишечника, в результате чего
теряется целостность эндотелия.
Терапевтические возможности уменьшения активации макрофагов и клеток эндотелия
Иммуноглобулины (IgM, IgG)
Нейтрализация эндотоксинов (LPS) и тейхоевой кислоты (LTA)
Нейтрализация цитокинов
Бета2 –адреноблокаторы, ибупрофен, витамин С, ацетилсалициловая кислота
TNFα, IL-1β, IL-6, IL-8
Подавление активирования NF-kB
Бета2 -адреноблокаторы , Бета2 - катехоламин
Поддержка образования IL-10 (подавление воспаления)
Терапевтические возможности уменьшения активации макрофагов и клеток эндотелия
Иммуноглобулины (IgM, IgG)
Нейтрализация эндотоксинов (LPS) и тейхоевой кислоты (LTA)
Нейтрализация цитокинов
Бета2 –адреноблокаторы, ибупрофен, витамин С, ацетилсалициловая кислота
TNFα, IL-1β, IL-6, IL-8
Подавление активирования NF-kB
Бета2 -адреноблокаторы , Бета2 - катехоламин
Поддержка образования IL-10 (подавление воспаления)
Взаимодействие нейтрофилов с
эндотелием
Полиморфно-ядерные
нейтрофилы (PMN) являются
основной эффекторной клеткой
взаимодействия с эндотоксином и
играют решающую роль в развитии
синдрома системного
воспалительного ответа
(ССВО). Медиаторы воспаления и
бактериальные токсины,
проходящие через капиллярное
ложе, могут активировать PMN на
поверхности эндотелия.
Клетки эндотелия также активируются этими медиаторами и выделяют молекулы
адгезии. Взаимодействие обоих типов клеток приводит к высвобождению медиаторов с
последующим выраженным проявлением «капиллярной протечки» (capillary leak):
лейкотриены вызывают сокращение эндотелия свободные кислородные радикалы и
эластаза разрушают эндотелиальный клеточный каркас .
«Капиллярная протечка» в рамках повреждения клеток эндотелия может быть также
вызвана вовлеченными в апоптозный процесс лимфоцитарными факторами.
Свертывание и воспаление
Моноциты, активированные
бактериальными токсинами, такими как
LPS, высвобождают значительные
количества тканевого фактора («tissue
factor»), что приводит к активированию
каскада свертывания вплоть до
рассеянного внутрисосудистого
свертывания (DIC - disseminated intravasal
coagulation) .
Следующим эффектом действия
LPS является Down-регуляция
эндотелиального
рецептора тромбомодулина и подавление
вследствие этого системы протеина-С, а
также усиление DIC.
В регуляции воспалительных
процессов играют определенную роль так
же различные факторы
свертывания. Активированный протеин С
может уменьшить воспаление благодаря
подавлению NF-kB-сигнального пути и
уменьшению высвобождения цитокинов
макрофагами.
Антитромбин может уменьшить
воспалительный процесс в клетках
эндотелия благодаря индукции синтеза
простациклина (PGl2)
PGl2 оказывает
противовоспалительное действие
благодаря подавлению нейтрофилов и
моноцитов
Кишечник и легкие являются целью для бактерий, токсинов и медиаторов
воспаления и ответственны за системное воспаление с последующей
органной недостаточности.
Понятие «представление антигена»
объединяет в себе процесс необходимых
внутриклеточных реакций, приводящих к
синтезу специфических иммуноглобулинов.
Макрофаги удаляют бактерии посредством
фагоцитоза. После разрушения бактерий
фагоцит представляет фрагменты патогена
с помощью главного комплекса
гистосовместимости класса II (МНС-major
histocompatibility complex) на своей
поверхности и связывается с Т-клеткой.
В результате этого обе клетки активируются
таким образом, что они высвобождают
целый ряд медиаторов. К высвобожденным
цитокинам относится интерлейкин-2 (IL-2),
который связывается с соответствующим
рецептором на поверхности специфической
В-клетки.
Это является отчетливым сигналом для Вклетки для пролиферации и
трансформации в плазматическую
клетку. Плазматические клетки синтезирует
специфические иммуноглобулины,
служащие опсонином и приводящие к
нейтрализации и элиминированию
антигенов, вызвавших этот процесс.
После травмы и сепсиса наступает
заметная иммуносупрессия. Различные
воспалительные медиаторы, например,
простагландин Е2 и интерлейкин-10,
задействованы в этом феномене
Иммуносупрессия может также частично
объясняться нарушениями в
представлении антигена и дефицитом
специфических иммуноглобулинов.
Функции TOLL-LIKE RECEPTOR
Структура Fc-рецепторов лейкоцитов
CD -14
Fcy RII
Fcy RI
Monocytes
CD - 14
Fcy RIII
Fcy RI
Распознавание ЛПС
В распознавании ЛПС ведущую роль играет
молекулярный комплекс CD14 на
плазматической мембране. ЛПС, связанный с
мембранным CD14 транспортируется к Toll-like
рецептору (TLR 4–MD-2) с последующей
олигомеризацией и запуском сигнального пути,
одним из следствий является синтез
провоспалительных цитокинов. Картинка взята
из обзора С.Г. Пак. "Инфекционные болезни:
взгляд через призму времени" // Медицинская
академия, 2006, №1. Таким образом,
активации TLR предшествует ряд событий
допускающих коррекцию и это почва для еще
одного вида терапии. Но это дело будующего,
а пока хотелось бы задаться вопросом, каким
образом эти бактериальные активаторы TLR
попадают в организм. В литературе
исключительно большое внимание уделяется
воздушному пути. Оказывается, существует
мощный пласт литературы посвященной
анализу TLR-активационных факторов
связанных с воздушными частицами,
попадающими в организм при дыхании. S.
Becker et al. Involvement of Microbial
Components and Toll-like Receptors 2 And 4 in
Cytokine Responses to Air Pollution Particles //
American Journal of Respiratory Cell and
Molecular Biology. 2002, Vol. 27, pp. 611-618.
Схема распознавания липополисахарида рецепторным комплексом CD14/TLR4/MD2
Липополисахаридсвязывающий белок
(ЛСБ,
англ. lipopolysaccharide
binding protein, LBP)
— секретируемый
белок, компонент
острой фазы
воспаления, который
связывает с высокой
афинностью
бактериальный
липополисахарид и
усиливает связывание с
ним CD14. Таким
образом, ЛСБ
обеспечивает первый
этап в процессе
моноцитарного
иммунного ответа.
TLR4 (толл-подобный рецептор 4, CD284)
— мембранный белок, относится к группе
толл-подобных рецепторов, участвующих во
врождённом иммунитете. Первый
обнаруженный рецептор этой группы (в 1997
году), поэтому иногда его обозначают просто
TOLL. TLR4 связывает липополисахарид
клеточной стенки бактерии. Сигнал,
передающийся в клетку через этот рецептор,
функционально близок к рецептору
интерлейкина-1 и является одним из
древнейших в системе антибактериальной
защиты организма
CD14 — мембранный гликозилфосфатидилинозитол-связанный белок,
Белок содержит лейцин-богатый повтор,
домен участвующий в белок-белковых
взаимодействиях, который характерен для
многих белков, в т.ч. для MD-1
(лимфоцитарный антиген 86). По
выраженной гомологии с MD-1 был открыт и
экспрессированный на поверхности клеток миелоидного ряда, особенно
макрофагах, компонент рецепторного комплекса CD14/TLR4/MD2,
распознающего липополисахарид. Белок содержит 10 повторяющихся
лейцин-богатых фрагментов. Ген CD14 кодирует две формы белка: 50 и 55
кДа. Белок 55 кДа (mCD14) содержит участок с
гликозилфосфатидилинозитолом, который удерживает белок в мембране.
Он служит ко-рецептором в клеточном рецепторном комплексе
CD14/TLR4/MD2, который распознаёт бактериальный липополисахарид и
участвует таким образом в иммунном ответе. Укороченная форма белка 50
кДа (sCD14) не содержит заякоривающего участка и является
растворимым белком, который моноциты и клетки печени секретируют в
кровь. Также связывает липополисахарид.
MD-2 является небольшим белком (160
аминокислот; 18,4 кДа), организованным в
гомополимер, состоящий в свою очередь из
димеров белка. Это компонент
мультимолекулярного комплекса
липополисахаридного рецептора, в который
также входят по крайней мере CD14 и
TLR4. Способен связываться с
рецепторами TLR2 и TLR4. Связывание
лиганда с MD-2 вызывает его последующее
связывание с TLR4 и олигомеризацию
назван MD-2.
Повышение синтеза холестерина в печени в ответ на
избыточное поступление ЭНДОТОКСИНА
Универсальной реакцией на избыточное поступление ЭНДОТОКСИНА (ЛПС)
является выброс провоспалительных цитокинов и повышение синтеза
холестерина (ХС) в печени. Повышение происходит в результате увеличения
скорости транскрипции, экспрессии мРНК, синтеза белковой массы и активности
ключевого фермента синтеза ХС гидроксиметилглутарил-КоА-редуктазы (ГМГКоА-редуктазы). Резкий рост активности ГМГ-КоА-редуктазы, вероятно, связан со
снижением функции LXR, которые негативно регулируют экспрессию гена этого
фермента. Более того, обнаружено, что введение ЛПС животным
сопровождается не только снижением функциональной активности LXR в печени,
но также снижением активности и экспрессии гена митохондриальной 27гидроксилазы, которая осуществляет синтез эндогенного агониста LXR 27гидрокси-ХС. Интересно, что экспрессия ГМГ-КоА-редуктазы под действием ЛПС
происходит независимо от присутствия ХС в диете или базального уровня
активности фермента. Повышение активности ГМГ-КоА-редуктазы не в полной
мере отражается на росте уровня ХС в крови, т. к. одновременно ЛПС вызывает
снижение экспрессии мРНК сквален-синтазы, осуществляющей циклизацию
изопреноидов.
Memon R.F. et al. Endotoxin, tumor necrosis factor? And interleikin-1 decrease hepatic squalene synthase
activity, protein, and mRNA levels in Syrian hamsters.// Journal of lipid research, 1997, V. 38, p. 1620-1629.
• LPS – эндотоксин клеточных стенок бактерий,
который стимулировал воспаление и
нейродегенерацию через toll-like рецепторы
существенно модифицирует и липидный обмен, с
одной стороны повышая активность HMG-CoA
редуктазы, а с другой подавляя экспрессию сквален
синтетазы, что имеет результатом увеличения
внутриклеточного пула нестероидных продуктов
мевалонатного пути, таких как фарнезил и
геранилгеранил. Memon R.F. et al. Endotoxin, tumor
necrosis factor? And interleikin-1 decrease hepatic
squalene synthase activity, protein, and mRNA levels in
Syrian hamsters.// Journal of lipid research, 1997, V. 38,
p. 1620-1629.
Схема инициации болезни
Паркинсона
Рецепторный комплекс
Бактериальные
LBP
Гиперпродукция глутамата
Гибель
эндотоксины =======> CD14 =======> Провоспалительные цитокины ====> дофаминовых
из воздуха
TLR
Секреция перекиси водорода
нейронов
Плазматическая мембрана
Дофаминовые нейроны и глия
Несколько примечаний:
• LBP - LPS-связывающий белок (binding protein), презентирует мономеры LPS к связывающим участкам
на CD14, CD14 - гликозилфосфатидилинозитол (GPI) - связывающий белок, на поверхности клеток,
связывается с LPS, что приводит к клеточной активации при посредстве TLR (Toll-like receptor)
• Эндотоксин поступает, вероятно, интраназально, минуя ГЭБ непосредственно в ЦНС
• Вместо эндотоксина, вероятно, могут выступать некоторые пестициды
• Специфичность гибели дофаминовых нейронов связана со специфичностью взаимодействия
определенного эндотоксина и определенного рецепторного комплекса плазматической мембраны
•
Kevin St. P., et al. Extracellular accumulation of nitric oxide, hydrogen peroxide, and glutamate in astrocytic
cultures following glutathione depletion, complex I inhibition, and/or lipopolysaccharide-induced activation. //
Biochemical Pharmacology V. 60, Issue 7, 1 October 2000, P. 979-988.
Лейкемоидные реакции гранулоцитарного
типа
В крови отмечается нейтрофильный
лейкоцитоз со сдвигом ядерной
формулы влево до миелоцитов (клетки
костного мозга).
Именно с массивной гибелью микробных
тел и попаданием в кровь избыточного
количества эндотоксина связаны выброс
в кровь гранулоцитарного резерва
костного мозга, повышенная продукция
гранулоцитов.
Морфологическая картина воздействия
эндотоксина на эндотелий
Яковлев М.Ю.,Пермяков Н.К., Конев Ю.В. Эндотоксининдуцированные
повреждения эндотелия. Архив патологии 1996,2, т.58 с.41-46
РОЛЬ ЭНДОТОКСИНА
В ПАТОГЕНЕЗЕ АТЕРОСКЛЕРОЗА
(МОДИЦИРОВАННАЯ СХЕМА T.F. LÜSCHER 2003)
endotoxin
NFkB
NAD(P)H Ox
AT II
IL-1, TNF, IF
endotoxin
O2-
Фиброгенез
Механизмы фиброгенеза до конца не
расшифрованы, однако установлено, что при
возрастоассоциированных заболеваниях
формирование цирроза может происходить
именно путем прогрессирования фиброза.
Важное звено фиброгенеза воздействие
эндотоксина приводящее к активации
цитокинов, среди которых особое внимание
уделяется трансформирующему фактору роста
(TGFb), под воздействием которого происходит
трансформация жиронакапливающих клеток
Ито в фибробласты, продуцирующие
преимущественно коллаген 3 типа.
Сетчатый фиброз.
Проявление
эндотоксиновой агресии
Звенигородская Л.А. 2003
Дилатационная кардиомиопатия
Отмечается гипертрофия отдельных
кардиомиоцитов и интерстициальный
фиброз (коллаген окрашен в синий цвет
по Masson). Проявление
эндотоксиновой агресии
Соколов Е.И.. 2005
Роль эндотоксинов
Мишень для
эндотоксина
Макрофаги
Высвобождаемые
вещества
IL-1; TNF-a; IFN-g; IL-6
Индуцибельное
высвобождение NO
Синтез NO
Комплемент
С3а
С5а
Тромбоциты
Тромбоцит-активирующий
фактор;
тромбоксан А2;
тромбоцитарный фактор
3
Нейтрофилы
Катионовые протеины;
Калликреин;
Лизосомальные энзимы
Фактор
Хагемана
Активация кининовой
системы; Активация
тромбообразующих
и фибринолитических
механизмов
Патофизиологическое
действие
Клинические проявления
Активация фагоцитов; высвобождение простагландинов
в гипоталамусе; разрегуляция
всех воспалительных реакций;
NO -индуцированная
вазодилатация
Лихорадка; головокружение;
повышение проницаемости
капилляров,
особенно в легких
Вазодилатацияповышенная
проницаемость капилляров;
активация фагоцитов
Гипотензия;Геморрагический
синдром
Разрегулировка
воспалительного процесса;
агрегация
тромбоцитов;
прокоагулянтный эффект
Вазодилатация, вызывающая
гипотензию;
внутрисосудистое
свертывание (ДВС-синдром)
Дегрануляция тучных клеток;
синтез кинина; активация
комплемента
Артериальная гипотензия;
повышенная
проницаемость капилляров
Высвобождение калликреина и
кининов; усиленное
потребление фибриногена
Внутрисосудистое свертывание (ДВС-синдром);
геморрагии как результат
повышенного потребления
фибриногена; артериальная
гипотензия
• Недавно было показано, что пожилые
пациенты с дисбактериозом кишечника
практически не защищены от
проникающего в кровоток эндотоксина,
так как у них резко снижается
содержание циркулирующих
антиэндотоксиновых антител и
лейкоцитов, способных связывать
эндотоксин при помощи антител,
фиксированных на Fc-рецепторах
лейкоцитов.
Развитие эндотоксиновой
агрессии
Эндотоксин
(ЛПС)
синдром
системного
воспалительн
ого ответа
(ССВО)
Избирательно е
локальное
повреждение
тканей
Низкий уровень
эндотоксина
синдром
полиорганной
недостаточности
(СПОН)
Системные
реакции:
острофазный
ответ, лихорадка
Умеренно повышенный
уровень эндотоксина
Нарушение
жизнедеятельности
сердечная, почечная и
др.недостаточности
коллапс, ДВС, смерть
Высокий уровень
эндотоксина
• Термин "эндотоксиновая агрессия"
введен в научную семантику М.Яковлев
для обозначения патологического
процесса, имеющего определенный
симптомокомплекс, в инициации и/или
прогрессировании которого ведущая роль
принадлежит эндотоксину.
СОДЕРЖАНИЯ ЭНДОТОКСИНА В ЗАВИСЕМОСТИ ОТ ВОЗРАСТА
ПЛАЗМЕННЫЙ
пг/мл
КЛЕТОЧНЫЙ
у.е
4.67
3.34
3.24
3.2
4.42
4.36
4.31
3.09
средний
пожилой
старческий
долгожители
Regression
95% confid.
средний
ВОЗРАСТ
пожилой
старческий
долгожители
Regression
95% confid.
ВОЗРАСТ
АТ К ГЛП А
у.е
АТ к E.Colli
у.е
2.94
3.65
3.57
2.84
2.82
3.5
3.34
средний
пожилой старческий долгожители
ВОЗРАСТ
Regression
95% confid.
2.66
средний
пожилой
старческий долгожители
ВОЗРАСТ
Regression
95% confid.
Поперечный срез сосуда (вверху слева)
и микроструктура эндотелиальной клетки
Прямое повреждающее действие на
эндотелий
До введения
После введения
Морфологическая картина воздействия
эндотоксина на эндотелий
Роль эндотоксина в развитии
эндотелиальной дисфункции
Endotoxin
Биологическая активность оксида азота и эндотоксин
Endotoxin
Факторы риска эндотелиальной дисфункции
Endotoxin
ROLE OF ENDOTHELIUM-DERIVED VASOACTIVE
SUBSTANCES FROM PHYSIOLOGY TO
ATHEROSCLEROTIC VASCULAR DISEASE
Relaxing factors
NO
PGI2
EDHF
Contracting factors
Endothelin
TXA2
PGH2
O 2ATII
Endotoxin
Growth inhibitors
NO
Growth promoters
Endothelin
O 2ATII
Endotoxin
РОЛЬ ЭНДОТОКСИНА
В ПАТОГЕНЕЗЕ АТЕРОСКЛЕРОЗА
endotoxin
endotoxin
NFkB
NAD(P)H Ox
AT II
IL-1, TNF, IF
O2-
Эндотоксин обладает всеми
необходимыми для инициации
атеросклероза прямыми и
опосредованными свойствами:
• вызывать эндотелиальную дисфункцию
• способностью повреждать и слущивать
эндотелиальные клетки,
• обусловливать появление "пенистых
клеток" (активированных макрофагов),
• вызывать десмолитические изменения
стромы и активировать
пролиферативный процесс
заключение
• Нарушение микробиоценоза основная
причина эндотоксиновой агрессии
• Длительная эндотоксиновая агрессия
усугубляет течение инволюционных
процессов
• Применяемые при лечении дисбиоза
препараты обладают выраженной
антиэндотоксинемической активностью
• Коррекция микробиоценоза позволяет
уменьшить скорость развития
инволюционных проявлений у пожилых
Пути преодоления эндотоксиновой агрессии
• 1. Связывание избытка эндотоксина в просвете кишечника
(Энтеросорбенты).
• 2. Стимуляция функции гепатоцита и эвакуации желчи
(Гепатопротекторы, холеретики и холекинетики)
• 3. Восстановление микробиоценоза кишечника (Пробиотики,
Пребиотики, Бактериофаги, Синбиотики, Продукты питания с
пробиотиками).
• 4. Стимулирующая терапия ( Витамины с микроэлементами,
антиоксиданты).
• 5. Фитотерапия. (Адаптогены)
• 6. Ферментные препараты.
• 7. Поддержание водно-электролитного баланса