Особенности апоптоза при туберкулёзном воспалении

Features of apoptosis in tuberculous inflammation

Ekaterina Tretyak

Student, Medical Academy named after S.I. Georgievsky of V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Russia, Simferopol

Margarita Kalfa

assistant of the Department of pathological anatomy with sectional course, Medical Academy named after S.I. Georgievsky of V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Russia, Simferopol

Elena Golubinskaya

candidate of med. D., associate Professor of chair of pathologic anatomy with sectional course, Medical Academy named after S.I. Georgievsky of V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Russia, Simferopol

Аннотация. Особую актуальность, по нашему мнению, приобретает изучение процессов инициации и реализации апоптоза при различных формах туберкулезной инфекции (ТБ), как одной из топовых причин летальности населения по всему миру. В иммунопатогенезе ТБ тесно взаимосвязаны механизмы врождённого и приобретённого иммунитета, осуществляемых различными клеточными и неклеточными компо­нентами, прежде всего клетками гистиоцитарного происхождения и различными субпопуляциями лимфоцитов. Парадокс иммунного ответа на микобактерии туберкулеза заключается в одновременной активации и анергии иммунокомпетентных клеток вследствие формирования «порочного круга».

Abstract. Of particular relevance, in our opinion, the study of the processes of initiation and implementation of apoptosis in various forms of tuberculosis infection (TB) as one of the top causes of mortality of the population worldwide. In the immunopathogenesis of TB are closely interrelated mechanisms of innate and acquired immune system by various cellular and non-cellular components, particularly cell gistiotitarnaya origin and various subpopulations of lymphocytes. The paradox of the immune response to Mycobacterium tuberculosis is the simultaneous activation and anergy of immune cells due to the formation of "vicious circle".

Ключевые слова: апоптоз; маркеры; туберкулёз; макрофаг; лимфоцит; нейтрофил.

Keywords: apoptosis; markers; tuberculosis; macrophage; lymphocyte; neutrophil.

Апоптоз – это запрограммированная асинхронная гибель клеток, которая обеспечивает физиологическое равновесие и генетическую стабильность организма [21, с. 119-120]. Несмотря на то, что процессы апоптоза имеют в основном физиологическую направленность, в современных научных исследованиях доказана его роль как одного из факторов дисрегуляции иммунного ответа при различных заболеваниях, в том числе при злокачественных новообразованиях, иммунодеффицитных состояниях и т. д. [18, с. 62-77]. Особую акту­альность, по нашему мнению, приобретает изучение процессов инициации и реализации апоптоза при различных формах туберкулезной инфекции, как одной из топовых причин летальности населения по всему миру [1, с. 8-15].

Общеизвестно, что в иммунопатогенезе ТБ тесно взаимосвязаны механизмы врождённого и приобретённого иммунитета, осуществляемых различными клеточными и неклеточными компонентами [16, с. 480].

Макрофаг представляет собой один из ключевых элементов первой линии защиты организма от инфекций. Однако, роль клеток гистиоцитарной природы в развитии туберкулёзного воспаления неоднозначна. С одной стороны они выполняют фагоцитарную и анти­генпредставляющую функцию. Макрофаги непосредственно подавляют рост бактерий, фагоцитируют их, помимо этого участвуя в широком спектре реакций клеточного противотуберкулезного иммунитета, путём презентации антигена, индуцируя накопления Т-лимфоцитов в очаге воспаления и т. д. А с другой – являются основным источником патогена в организме [21, с. 120]. Несостоятельность фагоцитарной активности является следствием многих процессов, таких как нарушения функции компонентов комплемента сыворотки крови, генетическая или приобретенная аномалия гранул макрофагов, а также неспособностью гранул выделить свой секрет в фагосомы. Также полноценный фагоцитоз не наступает вследствие высокой кислото­устойчивости клеточной стенки микобактерий. Особую роль в этом процессе играет способность микобактерий продуцировать токсичные вещества (гликолипиды), которые повреждают макрофаги и препят­ствуют завершенности фагоцитоза. При благоприятных условиях M. tuberculosis могут искажать деятельность лизосом макрофага, что приводит к избыточной активности лизосомальных ферментов [12, с. 520].

Распознавание макрофагами возбудителей туберкулёза проис­ходит при помощи TLR (toll-подобных рецепторов) [28, с. 910-918]. Основным лигандом для TLR на поверхности микобактерий является арабиноманан, который распознаётся TLR2 и TLR4. Для возбудителей ТБ макрофаги являются "средой обитания" [2, с. 122]. В результате незавершенного фагоцитоза M. tuberculosis оказываются внутри клетки и становятся защищенными как от антител, так и от цитотоксических Т-лимфоцитов. Возбудители ТБ персистируют внутри эндосом макро­фагов после их фагоцитирования [8, с. 39]. Биогенез фагоцитоза и фаголизосом является процессом, который необходим для удаления патогенна и дальнейшей обработки и представления иммунным клеткам антигенов [14, с. 3-13]. Формирование фагосомы запускает запрограммированный процесс созревания фаголизосомы, который контролируют ионы кальция и регуляторы движения органелл вокруг малых связывающих белков Rabs ('Ras-related in brain') из семейства GTP (гуанозинтрифосфатаз). Микобактерии ТБ нарушают Rab-контроли­руемое движение мембран, тем самым препятствуя созреванию фагосомы. Этот процесс, именуемый «арест созревания фаголизосом», является критичным для выживания M. Tuberculosis. Микобактерии туберкулёза, подавляя активность лизосомальных ферментов, активно размножаются внутри клетки и становятся, таким образом, причиной острого инфекционного процесса [14, с. 3-13]. Способность макрофагов подавлять возбудителей туберкулёза, зависит от генетической устой­чивости, которая ассоциирована с геном bcg [22, с. 81-85]. Этот ген кодирует макрофагальный белок Nramp 1 (natural resistanceassociated macrophage protein 1) связанный с естественной устойчивостью макрофагов к 22 внутриклеточным патогенам. Этот белок, может транспортировать двухвалентные ионы металлов, которые приводят к подавлению роста M. Tuberculosis внутри клеток. У человека дефект Nramp 1 ассоциирован с развитием туберкулеза лёгких. Помимо этого фагоцитоз микобактерий происходит с участием трансмембранного рецептора класса SRA / CD204 (scavenger receptor class, рецептор класса «сборщик»), участвующий в распознавании патогенной инфекции [27, с. 55]. Этот белок действует как рецептор распознавания образов (PRR), способный связывать широкий диапазон лигандов, включая химически модифицированные или измененные молекулы, компоненты бактериальной поверхности, апоптотические клетки и эндогенные молекулы опасности, такие как стресс-белок. Полное подавление патогенна происходит через 20‑24 часа, спустя 6‑12 часов после завершения фагоцитоза.

Помимо макрофагов, апоптозу при ТБ подвержены и нейтрофилы, которые также взаимодействуют с патогенами, распознавая поли­сахариды галактоманан и арабиноманан на поверхности клеточной стенки при помощи TLR2 и TLR4 [10, с. 25]. Основным механизмом их защиты является продукция перекисных радикалов кислорода и дегрануляция. Сериновая протеаза, входящая в состав гранул фагоцитов, является основным веществом, повреждающей клеточную стенку патогенна. [25, с. 281-283]. Заражение нейтрофилов человека микобактериями туберкулеза вызывает их быструю гибель при помощи апоптоза [13, с. 3-7]. Этот процесс связан с повышением продукции проапоптотического белка Вах, стимулирующий выброс цитохрома С в цитоплазму, путём формирования каналов в мембране митохондрий. При этом сам цитохром С связывается с Apaf-1 (адапторная молекуля связывающаяся с цитохромом С) и активирует каспазный механизм индуцирования апоптоза. Одновременно с этим процессом происходит снижением продукции противоапоптотического белка Bcl-xL ингибирующего высвобождение цитохрома С. После вхождения в апоптоз, нейтрофилы могут фагоцитироваться макрофагами, которые тем самым повышают продукцию провоспалительного цитокина TNFa [23, с. 1367-1376]. Одним из представителей семейства TNF является поверхностный растворимый белок FAS/CD95 (CD – claster differentiation) или APO-1, который содержит одиночную трансмембранную область и приводит к гибели клеток путем связывания FAS с FAS-лигандом, приводя к FAS-опосредованному апоптозу [10, с. 84]. Усиливать нейтрофил-опосредованную реакцию могут такие клетки как тромбоциты, тучные, эпителиальные клетки, базофилы и эозинофилы, за счет связывания через TLR рецепторы и оказывая, таким образом, повреждающее действие на патогены за счет продукции белка дефенсина [30, с. 697-701]. Эти катионные белки присоединяются к клеточной мембране микроба и углубляются в неё, формируя порообразные разрывы. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что апоптоз инфицированных нейтрофилов представляет собой важный защитный механизм, приводящий к избирательному удалению зараженных клеток из очага воспаления, который помимо этого усиливает функциональную активность тканевых макрофагов.

Специфический протективный ответ при ТБ также ассоциирован с активацией Тh1 (Т-хелперы 1, T-helper-1-cell) [29, с. 6]. Их функция заключается в активации макрофагов, которые при этом «ожидают» специфический сигнал, заключающийся в выделении CD4+ Т-клетками воспаления INF-γ (интерферон гамма) [24, с. 19-204]. Цитотоксические Т-клетки становятся активными сразу после распознавания антигена, они реализуют потенциальную готовность молекулярного аппарата к уничтожению клеток-мишеней при помощи апоптоза или некроза [20, с. 39-43]. Напротив, CD4+ Т-клетки воспаления после распоз­навания антигена на поверхности макрофагов тратят большее количество времени на синтез медиаторов, активирующих макрофаги. Вновь синтезированные цитокины, собранные в микровезикулы, проникают в макрофаги в месте контакта с Т-клетками [29, с. 6].

В макрофагах, активированных посредством контакта с Т-клетками воспаления и в результате секреции INF-γ, инициируется ряд биохи­мических процессов, которые обеспечивают этим клеткам сильные антибактериальные свойства. В условиях взаимодействия макрофагов с Т-клетками наблюдается более эффективное слияние фагосом, разрушающих внутриклеточные патогены. Процесс фагоцитоза сопро­вождается кислородным взрывом, заключающимся в образовании кислородных радикалов и окиси азота, обладающих выраженной бактерицидной активностью. В условиях костимуляции TNF-α и INF-γ этот процесс идет гораздо активнее. Кроме того, активированные макро­фаги усиливают экспрессию молекул II класса MHC и рецептора TNF-α, что приводит к вовлечению в процесс дополнительных наивных Т-клеток.

Т-клетки воспаления, взаимодействуя с макрофагами, не только способствуют усилению внутримакрофагальных биохимических про­цессов, но при этом сами активируются, выступая в роли организаторов многостороннего иммунного ответа на антиген. Макрофаги, хрони­чески инфицированные внутриклеточными бактериями, могут терять способность активироваться Т-клетками. [9, с. 54-57]. Массовое вклю­чение в процесс новых макрофагов происходит при высвобождении патогенов под влиянием синергического действия на инфицированные клетки TNF-β (лимфотоксина) и INF-γ – продуктов активированных CD4+ Т-клеток воспаления [19, с. 53-58].

В условиях мобилизации иммунного ответа, пул эффекторных Т‑клеток должен поддерживаться на высоком уровне [17, с. 51-59].

Активированные макрофагами Т-клетки воспаления вовлекают дополнительные эффекторы посредством IL-2 (interleukin, интерлейкин), который способствует пролиферации и дифференцировке антиген­специфических Т-клеток. Набор цитокинов, продуцируемый акти­вированными CD4+ T-клетками воспаления после специфического распознавания патогена, обеспечивает многопрофильное развитие клеточного иммунного ответа [10, с. 28].

В основе иммунного дисбаланса при туберкулезной инфекции также, лежит неэффективность антигенспецифического иммунного Th1 (Т-хелперы 1, T-helper-1-cell) – ответа [3, с. 194]. Спонтанный апоптоз CD4⁺- и CD4^-- Т-лимфоцитов коррелирует с потерей ИФН-γ-проду­цирующих Т-клеток, специфичных к М. tuberculosis.

CD8+ Т-лимфоциты также выполняют важную защитную функцию при туберкулезном воспалении. Механизмы антимикробного действия таких клеток могут реализовываться при помощи синтеза различных цитокинов (интерферон-гамма, фактор некроза опухоли), а также пептидов, обладающих бактерицидным действием на микобактерии туберкулёза, находящихся в макрофагах [26, с. 1479-1489].

Продолжительный контакт специфических Т-клеток с мико­бактериями в очагах инфекции может запускать порочный круг: иммунная активация и потеря отвечающих на антиген Т-клеток происходят параллельно, что приводит к персистированию туберку­лезной инфекции [8, с. 38-43].

Динамика воспаления при туберкулезе может выражаться как в регрессии, так и в росте гранулем, помимо этого она может привести к образованию казеоза. Макрофаги, окружающие участок казеоза синтезируют проапоптотический белок Вах [15, с. 128]. Большая часть Т-лимфоцитов, находящихся в этой зоне, активированы и вырабатывают как провоспалительный цитокин ИФН -γ, так и фактор апоптоза FasL. Все это указывает на то, что формирование казеоза непосредственно связано с индуцированной активацией гибели Т-клеток [13, с. 5].

Учитывая описанное выше, можно сделать вывод о том, что парадокс иммунного ответа на микобактерии туберкулеза заключается в одновременной активации и анергии иммунокомпетентных клеток. Таким образом, формируется определенный «порочный круг»: токсины M. Tuberculosis способствуют метаболическим нарушениям в клетках Т-клеточного и макрофагального звеньев иммунного ответа, что, в свою очередь, приводит к системному мембраноповреждающему эффекту и повышенному их апоптозу. Это создает отрицательное влияние на клеточное взаимодействие в системе «макрофаг — CD4+ лимфоцит — макрофаг». В результате данных нарушений форми­руется выраженный иммунодефицит, заключающийся в неспособности иммунокомпетентных клеток оказывать должное сопротивление инфекции, по причине чего они гибнут в большом количестве. Это, в свою очередь, ведет к бурному и массивному размножению популяции микобактерий туберкулёза и прогрессированию туберкулезного процесса.