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