Эндотоксиновая агрессия и дисфункция эндотелия
description
Transcript of 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.
3
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.
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- - цитокины-интерлейкины 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 LPS-связывающим 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 эндотелияИммуноглобулины (IgM, IgG)Нейтрализация эндотоксинов (LPS) и тейхоевой кислоты (LTA) Нейтрализация цитокинов Бета2 –адреноблокаторы, ибупрофен, витамин С, ацетилсалициловая кислотаTNFα, IL-1β, IL-6, IL-8Подавление активирования NF-kBБета2 -адреноблокаторы , Бета2 - катехоламин Поддержка образования IL-10 (подавление воспаления)
Терапевтические возможности уменьшения активации макрофагов и клеток эндотелияИммуноглобулины (IgM, IgG)Нейтрализация эндотоксинов (LPS) и тейхоевой кислоты (LTA) Нейтрализация цитокинов Бета2 –адреноблокаторы, ибупрофен, витамин С, ацетилсалициловая кислотаTNFα, IL-1β, IL-6, IL-8Подавление активирования NF-kBБета2 -адреноблокаторы , Бета2 - катехоламин Поддержка образования IL-10 (подавление воспаления)
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.
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.
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
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 В-клетки 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.
Кишечник и легкие являются целью для бактерий, токсинов и медиаторов воспаления и ответственны за системное воспаление с последующей органной недостаточности.
Функции TOLL-LIKE RECEPTOR
CD - 14
Fcy RI
CD -14
Fcy RIII
Fcy RI
Fcy RII
Структура Fc-рецепторов лейкоцитов
Monocytes
Распознавание ЛПСВ 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.
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
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 назван MD-2.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 комплекса, что приводит к активации фактора транскрипции NF-kB.
Схема распознавания липополисахарида рецепторным комплексом CD14/TLR4/MD2
CD14 — мембранный гликозилфосфатидилинозитол-связанный белок, 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.
Липополисахарид-связывающий 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.
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 (ГМГ-КоА-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 27-гидроксилазы, которая осуществляет синтез эндогенного агониста LXR 27-гидрокси-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.
Повышение синтеза холестерина в печени в ответ на избыточное поступление ЭНДОТОКСИНА
• 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
• 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.
Рецепторный комплексБактериальные LBP Гиперпродукция глутамата Гибельэндотоксины =======> 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
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 (МОДИЦИРОВАННАЯ СХЕМА T.F. LÜSCHERT.F. LÜSCHER 2003) 2003)
NAD(P)H Ox NFB O2-
AT II IL-1, TNF, IF
endotoxin
endotoxin
ФиброгенезМеханизмы 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. Сетчатый фиброз. Проявление Проявление эндотоксиновой агресииэндотоксиновой агресии
Звенигородская Л.А. 2003
Дилатационная кардиомиопатия Дилатационная кардиомиопатия Отмечается гипертрофия отдельных Отмечается гипертрофия отдельных кардиомиоцитов и интерстициальный кардиомиоцитов и интерстициальный фиброз (коллаген окрашен в синий цвет фиброз (коллаген окрашен в синий цвет по Masson). Проявление по Masson). Проявление эндотоксиновой агресииэндотоксиновой агресии
Соколов Е.И.. 2005
Роль эндотоксиновМишень для эндотоксина
Высвобождаемые вещества
Патофизиологическое действие
Клинические проявления
Макрофаги IL-1; TNF-a; IFN-g; IL-6 Активация фагоцитов; высво-бождение простагландинов в гипоталамусе; разрегуляция всех воспалительных реакций;NO -индуцированная вазодилатация
Лихорадка; головокружение; повышение проницаемости капилляров, особенно в легких
Индуцибельное высвобождение NO
Синтез NO
Комплемент С3а Вазодилатацияповышенная проницаемость капилляров; активация фагоцитов
Гипотензия;Геморрагический синдром С5а
Тромбоциты Тромбоцит-активирующий фактор;
Разрегулировка воспалительного процесса; агрегация тромбоцитов; прокоагулянтный эффект
Вазодилатация, вызывающая гипотензию; внутрисосудистое свертывание (ДВС-синдром)
тромбоксан А2;
тромбоцитарный фактор 3
Нейтрофилы Катионовые протеины; Дегрануляция тучных клеток; синтез кинина; активация комплемента
Артериальная гипотензия; повышенная проницаемость капилляров
Калликреин;
Лизосомальные энзимы
Фактор Хагемана
Активация кининовой системы; Активация тромбообразующих и фибринолитических механизмов
Высвобождение калликреина и кининов; усиленное потребление фибриногена
Внутрисосудистое сверты-вание (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
Низкий уровень эндотоксина
Умеренно повышенный уровень эндотоксина
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.
Regression95% confid.
ПЛАЗМЕННЫЙ
ВОЗРАСТ
4.31
4.36
4.42
4.67
средний пожилой старческий долгожители
пг/мл
Regression95% confid.
КЛЕТОЧНЫЙ
ВОЗРАСТ
у.е
3.09
3.2
3.24
3.34
средний пожилой старческий долгожители
Regression95% confid.
АТ К ГЛП А
ВОЗРАСТ
3.34
3.5
3.57
3.65
средний пожилой старческий долгожители
у.е
Regression95% confid.
АТ к E.Colli
ВОЗРАСТ
2.66
2.822.84
2.94
средний пожилой старческий долгожители
у.е
СОДЕРЖАНИЯ ЭНДОТОКСИНА В ЗАВИСЕМОСТИ ОТ ВОЗРАСТА
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 factorsNOPGI2
EDHF
Growth inhibitorsNO
Contracting factorsEndothelin
TXA2
PGH2
O2-
ATII Endotoxin
Growth promotersEndothelin
O2-
ATII Endotoxin
NAD(P)H Ox NFB O2-
AT II IL-1, TNF, IF
РОЛЬ ЭНДОТОКСИНА В ПАТОГЕНЕЗЕ АТЕРОСКЛЕРОЗА
endotoxinendotoxin
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