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 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 эндотелия Иммуноглобулины (IgM, IgG) Нейтрализация эндотоксинов (LPS) и тейхоевой кислоты (LTA) Нейтрализация цитокинов Бета 2 –адреноблокаторы, ибупрофен, витамин С, ацетилсалициловая кислота TNFα, IL-1β, IL-6, IL-8 Подавление активирования NF-kB Бета 2 -адреноблокаторы, Бета 2 - катехоламин Поддержка образования IL-10 (подавление воспаления)

Терапевтические возможности уменьшения активации макрофагов и клеток эндотелия Иммуноглобулины (IgM, IgG) Нейтрализация эндотоксинов (LPS) и тейхоевой кислоты (LTA) Нейтрализация цитокинов Бета 2 –адреноблокаторы, ибупрофен, витамин С, ацетилсалициловая кислота TNFα, IL-1β, IL-6, IL-8 Подавление активирования NF-kB Бета 2 -адреноблокаторы, Бета 2 - 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 ЛПС В 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 С.Г. Пак. "Инфекционные болезни: взгляд через призму времени" // Медицинская академия, 2006, 1S. 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

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 организмамембранный белок толл-подобных рецепторов врождённом иммунитете 1997 годулипополисахарид интерлейкина-1 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.лейцин-богатый повторлимфоцитарный антиген 86 MD-2 является небольшим белком (160 аминокислот; 18,4 к Да), 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.CD14 TLR4TLR2NF-kB Схема распознавания липополисахарида рецепторным комплексом CD14/TLR4/MD2 липополисахарида 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 к Да. Белок 55 к Да (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 к Да (sCD14) не содержит заякоривающего участка и является растворимым белком, который моноциты и клетки печени секретируют в кровь. Также связывает липополисахарид.мембранныйгликозилфосфатидилинозитолбелок макрофагахрецепторногоTLR4MD2 липополисахарид лейцин Генмоноциты 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. англ. белок воспаления афинностью липополисахаридCD14 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 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 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

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 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 Рецепторный комплекс Бактериальные LBP Гиперпродукция глутамата Гибель эндотоксины =======> 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

(МОДИЦИРОВАННАЯ СХЕМА T.F. LÜSCHER 2003) РОЛЬ ЭНДОТОКСИНА В ПАТОГЕНЕЗЕ АТЕРОСКЛЕРОЗА (МОДИЦИРОВАННАЯ СХЕМА T.F. LÜSCHER 2003) NAD(P)H Ox NF B O2- AT II IL-1, TNF, IF endotoxin

Фиброгенез Механизмы 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. Проявление эндотоксиновой агресии Звенигородская Л.А Дилатационная кардиомиопатия Отмечается гипертрофия отдельных кардиомиоцитов и интерстициальный фиброз (коллаген окрашен в синий цвет по Masson). Проявление эндотоксиновой агресии Соколов Е.И

Роль эндотоксинов Мишень для эндотоксина Высвобождаемые вещества Патофизиологическое действие Клинические проявления МакрофагиIL-1; TNF-a; IFN-g; IL-6Активация 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 КомплементС3 а Вазодилатацияповышенная проницаемость капилляров; активация фагоцитов Гипотензия;Геморрагический синдром С5 а 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 Эндотоксин (ЛПС) синдром системного воспалительн ого ответа (ССВО) Избирательно е локальное повреждение тканей Системные реакции: острофазный ответ, лихорадка синдром полиорганной недостаточности (СПОН) Нарушение жизнедеятельности сердечная, почечная и др.недостаточности коллапс, ДВС, смерть 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.

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 factors NO PGI 2 EDHF Growth inhibitors NO Contracting factors Endothelin TXA 2 PGH 2 O 2 - ATII Endotoxin Growth promoters Endothelin O 2 - ATII Endotoxin

NAD(P)H Ox NF B O2- AT II IL-1, TNF, IF РОЛЬ ЭНДОТОКСИНА В ПАТОГЕНЕЗЕ АТЕРОСКЛЕРОЗА endotoxin

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