А.Г. Чучалін
НДІ пульмонології МЗ РФ, Москва
До числа інфекційних захворювань відноситься туберкульоз, що має в даний час глобальне поширення. Так, у доповідях ВООЗ, опублікованих в останні десятиліття, наголошується, що близько третини населення земної кулі інфіковані Mycobacterium tuberculosis. Щорічно у світі виявляється близько 8 мільйонів хворих з різними клінічними проявами туберкульозу; вмирає близько 1,5 мільйонів людей, у яких причиною смерті стали активні форми туберкульозу. Слід підкреслити, що велика частина інфікованих людей, переносять латентні форми туберкульозу. Реактивація латентного туберкульозу може відбутися під впливом несприятливих факторів, включаючи і захворювання, що призводять до імуносуперсивний ефекти, як наприклад, СНІД, системні гематологічні та онкологічні захворювання, хронічний стрес, голод та інші стани.
У більшості випадків, первинне зараження людини відбувається за допомогою інгаляційного проникнення в дихальні шляхи аерозолю, в крапельках якого знаходяться Mycobacterium tuberculosis. Патогени, досягаючи альвеолярної поверхні, захоплюються макрофагами. У тих макрофагах, які не активовані, відбувається реплікація бактерій; порушується процес їх елімінації з легких. Макрофаги, на ранніх стадіях інфекційного захворювання, секретують прозапальні цитокіни: інтерлейкіни-1, 2, 6, 12 і фактор некрозу пухлини (TNF-), а також хемокіни. З процесом експресії генів, відповідальних за продукцію цитокінів і хемокінів, пов'язують і процес зростаючої міграції макрофагів, T-і B-лімфоцитів, нейтрофілів у вогнище запального процесу. Перераховані клітини беруть участь у формуванні гранульоми. У центрі гранульоми знаходяться макрофаги, які оточені T-і B-лімфоцитами. Еволюційно склалася морфологічна реакція організму людини (у вигляді утворення гранульоми) спрямована на обмеження процесу дисемінації інфекційної запальної реакції.
В останні роки увагу було звернуто на роль дендритних клітин в процесі формування гранульоми. Дендритні клітини відносять до числа антиген представляють клітин, вони відіграють центральну роль в ініціації первинної імунної відповіді. Проте їх роль у формуванні гранульоматозне запальної реакції залишається мало вивченою областю імунітету при туберкульозі. Tomoyoshi Tsuchiya et al. (2003) на моделі експериментально викликаного туберкульозу у щурів, досліджували участь дендритних клітин в освіті гранульоми. Плеоморфние клітини у великій кількості акумулюються на кордоні утворилася гранульоми. На мембрані клітин експресувати молекули великого комплексу гістосумісності (MHC другий клас), до яких відносять В7-1 і В7-2, а також специфічні маркери моноціт / макрофаг. Функціональна роль цих клітин проявляється в їхньому впливі на протизапальних активність лімфоцитів. Зокрема, цей біологічний ефект досягається за рахунок експресії пептиду BCG. Ці дані проливають нове світло не тільки на участь дендритних клітин в освіті гранульоми, але розкривають нові механізми міжклітинної взаємодії. Отримані також нові дані регулювання імунологічної активності Т-лімфоцитів та їх участі у формуванні гранульоми як гіперчутливою реакції уповільненого типу, що виникає у відповідь на колонізацію M. tuberculosis. Наступний етап дослідження - встановлення ролі дендритних клітин у формуванні туберкульозної гранульоми у людини.
У фокусі сучасних досліджень знаходиться також встановлення ролі нейтрофілів у формуванні протитуберкульозного імунітету. Активація циркулюючих поліморфонуклеаров, отриманих від хворих з активними формами туберкульозу, асоціюється з індукованим апоптозом. Природу цих змін вивчала група Mercedes Aleman et al. (2002). Автори встановили зміни в експресії CD11b, CD16. Біологічні ефекти M. tuberculosis проявляються в прискореному апоптозе поліморфонуклеарних клітин. Необхідно підкреслити, що прискорений апоптоз можна спостерігати з боку інших клітин, зокрема, макрофагів, Т-лімфоцитів, що також пов'язують з процесом колонізації мікобактерій туберкульозу.
Проте слід визнати, що найбільша наукова інформація накопичена з вивчення ролі лімфоцитів і макрофагів у формуванні імунітету при туберкульозі. Міжклітинну взаємодію між T-лімфоцитами і макрофагами відіграє важливу роль у формуванні гранульоми і протиінфекційного захисту при колонізації Mycobacterium tuberculosis. Формування ефективної імунологічного захисту залежить від клітинної взаємодії, що визначено у вигляді клітинного імунітету. Слід підкреслити, що роль T-лімфоцитів у формуванні клітинного імунітету залишається у фокусі сучасних досліджень і постійно поповнюється новими науковими фактами. Передумовами до активного наукового дослідження ролі T-лімфоцитів у формуванні імунітету при туберкульозі є їх здатність синтезувати інтерферон і TNF-. З ними пов'язують розвиток механізмів захисту при мікобактеріальній інфекційному процесі. Зазначені цитокіни відіграють важливу роль в активації макрофагів, тим самим вони надають патогенетичний вплив на формування імунітету при інфікуванні мікобактеріями туберкульозу. За минулі два роки були проведені наукові дослідження щодо встановлення ролі CD8 + T-лімфоцитів (V. Lazevic, J. Flinn, 2002).
У попередніх наукових дослідженнях була охарактеризована роль CD4 + T-лімфоцитів. Вони відіграють важливу роль у формуванні протитуберкульозного імунітету. Особливо їх роль стала зрозумілою у зв'язку із зростанням кількості хворих на туберкульоз серед осіб, інфікованих вірусом СНІД. Серед цієї групи хворих відзначається особливо високе зростання числа хворих з реактивована латентним туберкульозом. Патогенетична роль цієї популяції лімфоцитів зумовлюється їх здатністю розпізнавати антигени великого комплексу гістосумісності (major histocompatibility complex або у скороченій формі - MHC, так само необхідно вказати клас, в даному контексті - ІІ). Так, розпізнаються дендритні клітини і макрофаги, в вакуолях яких знаходиться антигенний пептид. На противагу цим імунологічним механізмам, MHC - І представлені молекули антигенів, які активують CD8 + T-лімфоцити. Цей імунологічний механізм контролює транспорт антигену з цитоплазми в ендоплазматичний ретикуло. Так як Mycobacterium tuberculosis первинно живе у вакуолях, більше ніж у цитоплазмі клітин, то, здавалося, малоймовірна роль даної популяції лімфоцитів у формуванні протитуберкульозного імунітету. Проте в дослідженнях, які були проведені Muller et al., 1987, було показано участь CD8 Т-лімфоцитів в механізмах елімінації M. tuberculosis з тканини селезінки експериментальної лінії мишей (gene disrupted). Цим даним надається велике значення, оскільки вперше були отримані переконливі експериментальні дані про роль CD8 Т-лімфоцитів у формуванні протитуберкульозного імунітету. У мишей генетичної лінії gene disrupted виявляється генетичний дефект продукції 2-мікроглобуліну ( 2m). Зазначений генетичний дефект має великий вплив на функціональну активність MHC-I. Дані зміни знижують цитотоксичну активність CD8 Т-лімфоцитів, що проявляється в зниженні контролю над інфекційним процесом, зокрема, це позначається і на туберкульозному процесі. Дефіцит 2m глобуліну позначається і на зниженій активності CD1 лімфоцитів, порушені й інші некласичні шляхи участі MHC у формуванні проти інфекційної захисту. Однак слід підкреслити, що точні механізми участі CD8 Т-лімфоцитів у формуванні імунної захисту залишаються мало вивченими. В експериментальних умовах на мишах були досліджені як класичний, так і некласичний MHC-І клас у формуванні механізмів захисту проти M. tuberculosis. Так, були досліджені механізми дефіциту 2m глобуліну, перфорини, CD1d. У цій серії робіт, які були проведені Sousa AO et al. (2000), було показано, що роль протективні механізму Т-лімфоцитів не залежить від перфорини-індукованої цитотоксичності. Проте слід визнати, що механізм дефіциту 2m глобуліну не може пояснити утворення гранульоми у мишей в експериментальній моделі туберкульозної інфекції. У гранулеме превалюють лімфоцити Однак домінуючу роль відіграють макрофаги в умовах функціональної недостатності лімфоцитів. Таким чином, можна говорити про новий механізм участі лімфоцитів в освіті гранульоми, коли визначається дефіцит 2m глобуліну. Цей механізм грає важливу роль у ранньому залученні лімфоцитів у формування гранульоми. Необхідно підкреслити, що миші із дефіцитом 2m глобуліну мають також виражений дефект у метаболізмі заліза. Високий рівень колонізації M. tuberculosis спостерігався при високому рівні вмісту заліза. У тих випадках, коли були призначені хелатіновие препарати, вдавалося істотно знизити колонізацію мікобактерій.
Експериментальні та клінічні дані дозволяють стверджувати про провідну роль CD4 Т-лімфоцитів у контролі над інфекційним процесом, викликаного мікобактеріями туберкульозу. У стратегії розвитку вакцин для лікування хворих на туберкульоз, як і раніше, враховується роль CD4 Т-лімфоцитів. Активне дослідження ролі CD8 Т-лімфоцитів у патогенезі туберкульозу є інший областю розробки дизайну вакцин нового покоління. Ці наукові припущення засновані на експериментальних даних. Так, у випадках дефіциту CD4 Т-лімфоцитів експериментальні щури вмирали швидко від аерозольного шляхи зараження мікобактеріями туберкульозу, що було особливо демонстративно відмічено в порівнянні з групою тварин, у яких був дефіцит CD8 Т-лімфоцитів. Однак манифестной протягом експериментальним шляхом викликаного туберкульозу спостерігалося при дефіциті обох популяцій лімфоцитів. Інтерпретація цих експериментальних даних вказує на захисну роль CD8 Т-лімфоцитів у розвитку туберкульозного процесу. Дефіцит CD8 Т-лімфоцитів призводить також до реактивації латентної форми туберкульозного процесу.
Таким чином, в експериментальних дослідженнях було переконливо показано, що CD8 Т-лімфоцити відіграють важливу роль у контролі інфекційного процесу, викликаного колонізацією мікобактерій туберкульозу. Особливо ця роль помітна при хронічному процесі, а також у випадках реактивації латентних форм туберкульозу. Особливу увагу було звернуто на дослідження антибактеріальних механізмів CD8 Т-лімфоцитів. Антимікробна активність цих клітин може досягатися кількома шляхами. Лімфоцити цієї популяції можуть бути джерелами продукції таких цитокінів, якими є інтерферон-гамма (IFN-) і TNF-. CD8 Т-лімфоцити можуть надавати протективний ефект прямою дією, спрямованим проти макрофагів, що знаходяться в тканинах і захопили M. tuberculosis. Продукція цитокінів відіграє важливу роль в активації макрофагів. CD4, CD8 Т-лімфоцитів секретують INF- і TNF-, концентрація яких зростає у вогнищі запалення. Інший механізм, за допомогою якого інфіковані макрофаги уражаються CD8 Т-лімфоцитами, пов'язують зі здатністю клітин вбивати макрофаги з допомогою перфорини. Перфорини є протеїном, який синтезується гранулами CD8 Т-лімфоцитів. За допомогою зазначеного протеїну перфорується мембрана макрофагів, і через них всередину клітини проникають такі токсичні пептиди, якими є гранзіми або гранулізін, які прискорюють процес апоптозу макрофагів. Апоптоз макрофагів може бути також здійснений через механізм Fas-ліганда, який призводить до активації CD8 Т-лімфоцитів.
Слід прояснити роль CD4 і CD8 Т-лімфоцитів в продукції INF-. В експериментальних умовах було показано, що при ранньому інфекційному процесі, викликаному M. tuberculosis, тканинні CD4 Т-лімфоцити синтезують IFN- близько 13%, в той час як CD8 клітини тільки 5%. Проте слід мати на увазі, що число CD8 клітин значно перевищує у вогнищі запалення число CD4 Т-лімфоцитів. Звідси стає зрозумілим можливий високий потенціал цитотоксичного ефекту CD8 Т-лімфоцитів у вогнищі туберкульозного запального процесу.
Таким чином, CD8 Т-лімфоцити мають кілька механізмів антимікробної дії, серед яких більше вивченими є прямі цитотоксичні ефекти, участь у продукції прозапальних цитокінів, синтез цілого ряду пептидів з вираженими токсичними властивостями. Ці клітини можуть в значній мірі компенсувати функціональну неповноцінність CD4 Т-лімфоцитів.
Недавніми дослідженнями Stenger S. еt al. (1997) було показано пряме цитотоксичну дію CD8 Т-лімфоцитів спрямоване проти M. tuberculosis, що знаходяться внутрішньоклітинно. Цей механізм прямого ураження мікобактерій пов'язують зі здатністю людських лімфоцитів продукувати гранулізін. Даний механізм не можливо дослідити в експериментальних умовах, так як лімфоцити тварин не виробляють цей тип пептиду. Проте залишається багато невивчених питань, пов'язаних з генетичними механізмами регулювання кінетики життєвого циклу лімфоцитів, особливостей формування їх запальної активності, продукції цілого ряду цитокінів, перфорини, гранзімов та інших біологічно активних речовин.
Кожен Т-лімфоцит має специфічний епітопи або ж коротку ланцюг амінокислот у структурі антигену. Ідентифікація антигенів або ж епітопів є важливим етапом у розшифруванні механізмів захисту, так як ця інформація необхідно використовувати в конструюванні нового покоління вакцин. Вакцини, які здатні підвищити імунобіологічні властивості проти M. tuberculosis, повинні бути сконструйовані на підставі нових даних про природу їх взаємодії з імунокомпетентними клітинами. У класичному варіанті CD8 Т-лімфоцити розпізнаються пептидами, що входять в структуру MHC Ia. Ця популяція лімфоцитів здатна також розпізнавати антигени MHC I; при цьому маються на увазі такі молекули, як CD1 або MHC Ib. Дослідження генома мікобактерій диктує необхідність отримати інформацію про роль і місце класичного і некласичного шляхи його взаємодії з імунною системою хазяїна. Ці дані сьогодні мають значення у трактуванні різних клінічних проявів туберкульозу. Так, характеристика класичного і некласичного MHC дозволила виділити клони лімфоцитів з підвищеною та зниженою продукцією IFN-. Специфічні антигени M. tuberculosis, які впливають на протизапальну активність Т-лімфоцитів, є секреторними антигенами і включають такі як 6, Ag85A, Ag85B, 38 kD, шоковий білок 65 і ліпопротеїн 19 kD. CD8 Т-лімфоцити мають специфічні епітопи для раннього секреторного антигену 6, який відсутній в M. bovis, Bacille Calmette-Guerin (BCG). З даним антигеном пов'язують активацію лімфоцитів і початок продукції інтерферону. В даний час активно досліджується здатність лімфоцитів до продукції інтерферону в залежності від активності туберкульозного процесу та участі як класичного шляху MHC-1a, так і некласичного MHC-1b. Lalvani A. et al. (1998) встановили, що у здорових індивіду мов, у яких була позитивна реакція на туберкулін CD8, Т-лімфоцити синтезують більш низькі концентрації інтерферону-гамма, ніж у здорових людей, у яких реакція на туберкулін була негативною. При цьому було встановлено, що більш ніж в 96% випадків спостерігався некласичний MHC-1b.
Таким чином, проведені дослідження в останні роки щодо встановлення ролі CD8 Т-лімфоцитів у патогенезі туберкульозного процесу, свідчать про їх активної участі у формуванні імунологічних реакцій. Ці дані дозволяють розглядати принципово нові підходи в конструюванні вакцин у боротьбі з туберкульозом. Існуючі вакцини побудовані, виходячи з ролі і значення в туберкульозному процесі CD4 Т-лімфоцитів; слід підкреслити їх низьку ефективність у боротьбі з туберкульозом у дорослих. Цей факт має велике значення в плануванні нових підходів при конструюванні вакцин нового покоління. Велике значення слід додати і такому фактору, як здатність CD8 Т-лімфоцитів розпізнавати макрофаги, які фагоцитувати M. tuberculosis, і приводити їх до загибелі безпосередньо у вогнищі запальної реакції. Проте залишається велика кількість невивчених питань, до яких слід віднести взаємодію різних популяцій лімфоцитів, стійкість імунітету, особливо у віддалені терміни спостереження, оцінка ефективності виробленої стратегії у розробці вакцин нового покоління.
Великий інтерес викликає вивчення ролі оксиду азоту в патогенезі туберкульозу. Інтерес особливо зріс після того, як були встановлені факти, які продемонстрували здатність оксиду азоту проявляти бактерицидні властивості. Однак систематичних досліджень з цього питання не проведено. Choi et al. (2002) встановили, що в легеневій тканині, резектованого у хворих з туберкульозом, підвищений рівень індуцибельної синтетази оксиду азоту, ендотеліальної синтетази оксиду азоту та нітротірозіна (маркера експресії оксиду азоту). У зоні некротичного процесу реєструвалося підвищення активності TNF-. Експресія ізоформ оксиду азоту і TNF- відзначена в епітеліоїдних макрофагах, в гігантських клітинах, що входять в структуру гранульоми, а також в альвеолярних макрофагах, в епітеліальних клітинах, залучених до пневмонічний процес.
Група експертів ВООЗ, яку очолив відомий клінічний епідеміолог Murray CJL. (1990) наводить дані про те, що тільки у 10% інфікованих M. tuberculosis розвиваються клінічні прояви туберкульозу. Генетичні дослідження проливають світло на природу підвищеної сприйнятливості до патогену. В останні роки був зроблений цілий ряд досліджень по вивченню різних генів, з якими можна було б пов'язати підвищену чутливість до туберкульозу. Ці дослідження були зроблені з метою подальшого вивчення взаємини мікроорганізму і господаря в розвитку інфекційного процесу. Більше даних було накопичено з вивчення генів, що регулюють шлях синтезу інтерферону в організмі людини, схильної до мікобактерій туберкульозу. Перший ген, з яким пов'язують порушення метаболізму інтерферону , контролюють функціональну активність рецептора. Дефіцит проявляється у зниженні спроможності рецептора зв'язуватися з лігандом. Цей дефект передається за аутосомно-рецесивним шляхом. Інше генетичне порушення в обміні інтерферону відноситься до повної втрати здатності рецептора передавати біологічний сигнал. Аутосомно-домінантний тип генетичного порушення у регулюванні обміну інтерферону пов'язано з порушенням передачі сигналу до трансдукції і активації процесу транскрипції. Інтерлейкін 12 стимулює продукцію інтерферону , що відбувається з участю лімфоцитів. Описана мутація гена, з яким пов'язують порушення синтезу р40 субодиниці інтерлейкіну-12. У осіб чутливих до туберкульозу, описаний також генетичний дефект рецептора інтерлейкіну-12 (субодиниця 1).
Список літератури
1. Lazarevic V., Flynn J.: CD8 cells in tuberculosis, Am. J Respir Crit Care Med vol 166, pp1116 1121,2002
2. WHO. The World Health Report. 1999.
3. Aleman M., Garcia A., Saab M. et al.: Mycobacterium tuberculosis - induced activation accelerates apoptosis in peripheral blood neutrophils from patients with active tuberculosis, Am. J Respir Cell Mol. Biol. Vol 27, pp 583-592, 2002
4. Tsuchiya T., Chida K., Suda T: et al. Dendritic cell involvement in pulmonary granuloma formation elicited by bacillus Calmette-Guerin in rats Am J Respir Crit Care Med vol 165. pp 1640-1646, 2002