Participation of alveolar macrophages in pathogenesis of tuberculous inflammation

Full Text

Туберкулез в настоящее время остается достаточно распространенным заболеванием. По данным ВОЗ (1982), туберкулезом, подтвержденным обнаружением Mycobacterium tuberculosis (МБТ), ежегодно заболевают 10 млн. человек. Особенно велика заболеваемость в развивающихся странах, так как большое значение имеют социальные факторы, уровень развития культуры населения, состояние здравоохранения. С учетом нарастания социальной напряженности в нашей стране, отказа населения от массового флюорографического обследования и вакцинации BCG возможен рост заболеваемости и у нас.

В экономически развитых, странах в связи с распространением СПИДа возрастает и заболеваемость туберкулезом. Инфекция, вызванная Mycobacterium avium, входящим в один вид с МБТ, обнаружена у 50% умерших от СПИДа.

Она встречается в генерализованной форме; у здоровых людей в силу своей достаточной распространенности в окружающей среде почти не вызывает патологии и к ней вырабатывается сильный иммунитет.

Механизм защиты макроорганизма при вдыхании МБТ состоит из многих звеньев: барьерной функции неповрежденной слизистой, эвакуаторной функции ресничатого эпителия, действия различных гуморальных факторов — лизоцима, пропердина, секреторного иммуноглобулина А [35]. В нашем обзоре мы хотим более подробно остановиться на роли альвеолярных макрофагов (АМф) при туберкулезной инфекции.

Туберкулез легких развивается только в том случае, если вдыхаемые МБТ достигнут альвеол. Лишь очень мелкие частицы, содержащие от 1 до 3 МБТ, могут давать начало инфекции, так как остаются взвешенными в потоке вдыхаемого воздуха и достигают альвеол. В конечном счете все зависит от встречи МВТ с АМф, которыми они и поглощаются. В последующем судьба этих микроорганизмов может быть различна: они либо погибают, инактивируются и персистируют длительное время в макрофагах или же размножаются внутриклеточно. Если МВТ размножаются в Мф, то после достижения ими критического уровня Мф погибают. Высвободившиеся МВТ поглощаются соседними АМф и Мф, прибывшими из кровеносного русла (моноцитарный пул) под действием хемотаксических факторов. Эти Мф лучше уничтожают МВТ, так как активируются во время движения к месту их скопления. На этом этапе гибель Мф и некроз окружающей ткани незначительны, так как МВТ, размножаясь в Мф, находятся с ними в состоянии своеобразного симбиоза. Инфекция может быть остановлена без включения иммунологических механизмов. Однако в течение 2—4 нед происходит развитие иммунного ответа. Для его включения необходимо, чтобы антиген попал в перибронхиальные лимфоузлы [6] и был там представлен Т-лимфоцитам специальными анти- генпредставляющими клетками. Часть Мф мигрирует в лимфоузлы с заключенным внутри антигеном (АГ) [14], в данном случае с МВТ. С помощью различных механизмов АГ перерабатывается в фагосомах. Около 20% его избегает деградации и остается связанным с клетками [12, 44]. Часть фагосомной мембраны экспрессируется в цитопластической мембране [24]. Переработанный АГ также экспрессируется на клеточной поверхности. Мф выступают как антигенпредставляющие клетки. Они выполняют эти функции только при экспрессии на их поверхности молекул II класса главного комплекса гистосовместимости— Major Histocompatibility Comlex (МНС).Молекулы I класса МНС имеются на поверхности почти всех клеток и служат для отличия своих клеток от чужих. Молекулы II класса обнаружены в основном на клетках иммунной системы и части Мф. Они играют важную роль в распознавании чужеродного АГ и включении иммунного ответа. Мф другого организма имеют другую структуру молекул II класса МНС. Они не взаимодействуют с Т-лимфоцитами и иммунный ответ не возникает [38].

Кроме представления АГ, макрофаги вырабатывают интерлейкин-1 (ИЛ-1), также необходимый для развития иммунного ответа. Под его влиянием формируется направленная миграция Т-лимфоцитов [15]. Другой важной его функцией является стимуляция, у активированных антигеном Т-лимфоцитов синтеза и секреции интерлейкина-2 (ИЛ-2), который стимулирует пролиферацию антигенреактивного клона Т-клеток. Кроме ИЛ-2, Т-лимфоциты выделяют и другие лимфокины. В туберкулезном* бугорке лимфокины из местных Т-лимфоцитов вызывают накопление и активацию Мф и дополнительных лимфоцитов. Важную роль играют при этом хемотаксические и макрофагактивирующие факторы.

Активация Мф происходит в несколько этапов, для каждого из которых характерны определенные метаболитические и функциональные изменения [36, 43]. На первом этапе — примировании — они приобретают способность к цитотоксичности при дополнительной стимуляции. Для примированных Мф характерна экспрессия на поверхностной мембране АГ II класса МНС, ИЛ-2, усиление кислородного метаболизма. Особенно мощным примирующим фактором является у-интерферон (y-IFN). Под его влиянием все моноциты способны экспрессировать АГ II класса МНС и выступать в роли антигенпредставляющих клеток [13]. Действие y-IFN зависит от степени завершения терминальной стадии созревания моноцитов в Мф. На однодневные мог ноциты y-IFN действовал лишь совместно с зимозаном или форболмиристатацетатом (ФМА), а на десятидневные — в их отсутствии [32]. Цитотоксичность зрелых Мф он увеличивает в 400 раз [4].

Для включения всех цитотоксических свойств макрофага в действие необходим дополнительный сигнал. Его эффект зависит от времени, прошедшего после примирования [3]. Сам же он может быть различным: эндотоксины, иммувдаые комплексы, лейкотриены, ФМА и др. МощнДши стимуляторами служат фагоцитируемые частицы, в том числе и микроорганизмы. Общим для всех них является действие через рецепторный аппарат клеточной мембраны. В АМФ фагоцитоз или действие веществ, повреждающих цитоплазматическую мембрану, вызывают выделение супероксид аниона (О₂~) и перекиси водорода (Н₂О₂) с последующей стимуляцией гексозомонофосфатного шунта [8]. Способностью к высвобождению ОГ обладают лишь наиболее актив- нофагоццтирующие клетки [17].

Активированные макрофаги отличаются быстрым усилением немитохондриального кислородного метаболизма и выделением большого количества токсичных кислородных радикалов. Этот процесс, получивший название «дыхательный взрыв», играет важную роль в цитотоксиности Мф и в генезе ряда патологических процеди сов. 

Высвобождению О₂~ предшествует кратковременное (на 60—90 с) изменение мембранного потенциала [20]. Возрастает внутриклеточная концентрация ионов Са²⁺, что приводит к переходу протеинкиназы С из цитозоля в мембрану и ее активации [34]. Протеинкиназа С является общим пунктом для различных стимулирующих агентов, и ее активация играет важную роль в активации Мф [21].

В итоге активируются оксидазы плазматической мембраны (НАДФН₂-оксидаза), которые переносят электрон на молекулярный кислород, при этом образуется О₂^-, запускается ГМФШ и увеличивается поглощение глюкозы. При отсутствии глюкозы в культуральной среде уменьшается потребление кислорода и выработка моноцитами ОГ на 90% [23], снижается продукция Н₂О₂ [33]. НАДФ₂—оксидаза, неактивная в нестимулированных Мф, становится активной на первых этапах фагоцитоза. Отсутствие фермента, например у больных хроническим грануле тозом, приводит к отсутствию дыхательного \ взрыва в активированных Мф и незавершенности фагоцитоза и в дальнейшем к развитию инфекции [7]. При дыхательном взрыве в метаболические изменения вовлекается либо вся клеточная мембрана (если стимулирующий фактор растворен в окружающей макрофаг среде), либо лишь участвующий в фагоцитозе участок. Способностью к высвобождению ОГ обладают лишь активно фагоцитирующие клетки. Мф, активированные BCG, высвобождают в 12 раз больше О₂~, чем неактивированные [17], активность ГМФШ возрастает в 10 раз [31].

В последующем О₂^- претерпевает изменения, так как является очень неустойчивым в химическом отношении. В результате влияний различных ферментов происходит превращение О₂~ в другие реактогенные продукты: Н₂О₂, синглетный кислород, гидроксильный радикал и некоторые другие. Под действием миелопероксидазы 0₂ превращается в более реактогенную хлористоводородную кислоту (НОС1), этот механизм более выражен в гранулоцитах и незрелых макрофагах (моноцитах). Супероксидный механизм является основным для клеток, фагоцитирующих в относительно аэробных условиях, например в предвоспалительной стадии или на периферии туберкулезной или другой иммунной гранулемы. Роль его уменьшается в клетках, переставших фагоцитировать или находящихся в анаэробных условиях. Он вероятно, не функционируем® абсолютно анаэробных условиях, например в клетках, располагающихся в центре гранулемы [26].

Кроме метаболитов кислорода, в активированных макрофагах увеличивается синтез лизосомальных ферментов, также участвующих в разрушении бактерий и некротизированных тканей [11].

Особое значение в последнее время придается фактору некроза опухоли — tumor necrosis factor (TNF). Он обусловливает не только геморрагический некроз некоторых опухолей, но и действует цитотоксически на микроорганизмы. При исследовании мышинных макрофагов из различных органов обнаружено, что наибольшее количество TNF секретируют АМф. Неактивированные Мф не синтезируют TNF, но имеют его на клеточной мембране, что обеспечивает их цитотоксичность лишь при непосредственном контакте с инфекционным или другим агентом [42].

Таким образом, бактерицидность активированных макрофагов опосредуется различными анизмами, основными из которых являются кислородзависимый, лизосомальный, TNF. Кроме того, вырабатываемые лимфоцитами и макрофагами цитокины приводят к образованию макрофагально-лимфоцитарной гранулемы. TNF оказывает индуцирующую роль в развитии гранулемы на введение BCG [19]. Это способствует более тесному межклеточному взаимодействию. В гранулеме макрофагии выполняют функцию антигенпредставляющих клеток и, выделяя монокины (ИЛ-2), стимулируют развитие антигенспецифического клона лимфоцитов. Лимфоциты в свою очередь, выделяя лимфокины (такие, как у-интерферон), активируют Мф. Активированные лимфокинами Мф «переваривают» по сравнению с неактивированными достоверно большее число весьма устойчивых к фагоцитозу МВТ [25]. Действуя как саморегулирующаяся система, гранулема способствует накоплению и дифференцировке Мф, а следовательно, более быстрой элиминации МВТ. Это приводит к выздоровлению без развития клинических симптомов.

Приблизительно у 5% лиц, впервые инфицированных, процесс в легких прогрессирует. Развивается классический пример хронического воспаления. Он может поддерживаться двумя механизмами: 1) постоянной продукцией и гиперпродукцией цитокинов; 2) внутриклеточной репликацией микобактерий. Для размножения внутри АМф необходимо, чтобы высоковирулентные МВТ попали в слабоактивированные макрофаги. Вирулентность зависит от многих компонентов. Важную роль играет каталаза микробактерий, которая защищает их от токсического действия перекиси водорода (Н₂О₂). Известно, что каталазопозитивные штаммы более вирулентны, чем каталазонегативные. Предполагают, что вирулентность МВТ зависит от их способности дезактивировать высвобождение ОГ из Мф [22].

Особое значение имеет клеточная стенка МВТ. С ней связаны все основные, свойственные туберкулезу феномены. Клеточная стенка отграничивает микобактерию снаружи, обеспечивает стабильность размеров и формы, защиту от повреждающих воздействий. Она является сложной по химическому составу структурой. Значительную ее часть составляют липиды, а 48% из них—воски (А, В, С, D). Воск С содержит в своем составе корд-фактор (сложный эфир трегалозы и миколовой кислоты). Основное биологическое свойство его — высокая токсичность, а в сочетании с белками — и иммуногенность. В вирулентных штаммах в 2—4 раза больше содержание корд-фактора и в 5 раз больше содержание токсических гликолипидов, чем в авирулентных. Оба эти вещества in vivo тормозят перенос электронов между коэнзимом О и цитохромом С [18]. Сульфолипид I микобактерий, относящийся, как и корд-фактор, к трегалозосодержащим сульфатидам, оказывает прямое токсическое воздействие на Мф. Активированные (y-IFN) макрофаги, но не интактные, значительно повышают продукцию О₂~ под влиянием сульфолипида I [45]. Чувствительность МВТ к активированным y-IFN макрофагам зависит от штамма [16]. При обработке примированных Мф сульфатидом внешней оболочки МВТ продукция О₂~ снижалась до уровня интактных [37]. Живые Mycobacterium microti и Mycobacterium bovis штамма BCG ингибировали слияние фагосом и лизосом и увеличивали содержание цАМф в макрофагах, что также способствует персистенции МВТ в Мф [27] и, как мы уже указывали выше, стимулирует развитие заболевания.

Основную роль в поддержании постоянного синтеза цитокинов имеет гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ). Развитие ГЗТ идет параллельно с развитием иммунного ответа. Превалирование одного процесса над другим зависит от реактивности организма и иммуногенности МВТ, которая обусловлена углеводами и протеинами клеточной стенки [9]. При ГЗТ усиливается некроз окружающей ткани, так как многие медиаторы, вырабатываемые при ГЗТ в больших концентрациях, токсичны. Установлена тесная корреляция между формированием каверны, кожной ГЗТ и торможением миграции Дльвеолярных макрофагов, а наиболее активным антигенным компонентом МВТ является липидпротеиновый комплекс. Отдельно ни липидная, ни белковая фракции не обладают кавернообразующей активностью [28]. Из погибающих под действием ГЗТ микобактерий выделяется большое количество таких токсинов, как корд-фактор.

Макрофаги, окружающие казеозный центр, продуцируют прокоагулянты. Прокоагулянтная активность АМф под действием эндотоксина возрастает в 20—30 раз [29]. Ишемия вследствие тромбоза сосудов также усиливает повреждение. При гистохимическом исследовании показана высокая активность протеаз, ДНК-азы, РНК-азы, гиалуронидазы, кислой фосфатазы и других ферментов как в живых, так и в мертвых макрофагаз, окружающих центр казеоза [11]. Реактогенные метаболиты кислорода, выделяясь в больших количествах, оказывают летальное действие на клетки альвеолярного эпителия II типа, а в сублетальной дозе приводят к нарушению синтеза сурфактанта [10]. Они также индуцируют перекисное окисление липидов (ПОЛ). Фагоцитарная активность Мф коррелирует со степенью ненасыщенности липидов мембраны и цис- или трансконфигурацией двойных связей [39], а ПОЛ, действуя прежде всего на эти связи, разрушает их, нарушается ламелярная упаковка фосфолипидов в бислое, образуется искаженная, гофрированная поверхность [2]. При этом снижаются фагоцитарный индекс и фагоцитарное число, повышается концентрация малонового альдегида, конечного и токсического продукта перекисного окисления липидов [41]. С увеличением размеров туберкулезного поражения возрастает содержание диеновых коньюгат и малонового диальдегида в сыворотке больных [1]. Кислородные радикалы оказывают цитотоксическое действие на эндотелиальные клетки, нарушая альвеолярно-капиллярный барьер [30], ухудшают функционирование Тадренергетических структур дыхательных путей [40]. Такими же токсическими свойствами обладает и ТНФ.

В силу специфики выполняемых функций, связанных с постоянным контактом с О₂^-, в легких существует ферментная система, защищающая их от гипероксии и кислородных радикалов. Она состоит из супероксиддисмутазы (СОД), которая кктализирует. превращение О₂^- в Н₂О₂ (О₂^- +О₂⁺ +2Н⁺ = Н₂О₂ +О₂), затем подключается каталаза. Она разрушает перекись водорода с образованием кислорода и воды (2Н₂О₂=2Н₂О+О₂). Глутатион-редуктаза служит донатором SH-групп. Источник этих ферментов до конца не выяснен [5].

В заключение еще раз повторим, что гибель клеток и повреждение тканей прямо или косвенно связаны с ГЗТ. Продолжающееся расплавление казеоза приводит к дальнейшему распространению процесса. Разжижение происходит благодаря гидролитическим ферментам Мф, возможно, и нейтрофилов. Жидкий казеоз становится превосходной средой для роста МВТ и способствует бронхогенному распространению процесса.

Описанная схема характерна для первичного туберкулеза. Вторичный туберкулез возникает при реактивации старых, находящихся в неактивном состоянии туберкулезных очагов или при суперйнфекции. При этом существует уже антигенреактивный клон Т-лимфоцитов. Активация макрофагов происходит быстрее, что способствует более быстрому купированию процесса.

АМф играют важную роль на всех этапах развития туберкулеза. Изучение их функций с регуляцией различными препаратами является перспективным направлением в современной фтизиатрии.

About the authors

R. M. Tukhvatullin

Kazan Order of the Red Banner of Labor Medical Institute named after S.V. Kurashov

Email: info@eco-vector.com

Department of Phthisiology, Department of Pathological Physiology

Russian Federation, Kazan

L. D. Zubairova

Kazan Order of the Red Banner of Labor Medical Institute named after S.V. Kurashov

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com

Department of Phthisiology, Department of Pathological Physiology

Russian Federation, Kazan

References

Supplementary files