Капсульные формы грам-позитивной бактерии Streptococcus pneumoniae (пневмококка) являются в настоящее время ведущей бактериальной причиной заболеваемости и смертности детей раннего возраста, особенно в развивающихся странах и в популяциях с низким социально-экономическим статусом. Во всем мире около 500 000 детей в возрасте до 5 лет умирают ежегодно от пневмококковых инфекций, что превышает смертность в этом возрасте от других инфекционных заболеваний, включая ротавирусную диарею, малярию и туберкулез [1].
Бессимптомное носительство пневмококка очень широко распространено в детской популяции: около 40 % детей младшего возраста, посещающих дошкольные учреждения, являются назофарингеальными носителями Streptococcus pneumoniae [2]. При отсутствии противопневмококковой вакцинации у значительной части носителей развиваются неинвазивные (пневмония, средний отит, синусит) и инвазивные (бактериемия/септицемия, менингит) пневмококковые заболевания. 20–25 % детей в возрасте 0–15 лет переносят как минимум один эпизод пневмококковой инфекции. Причем у некоторых детей регистрируется повторные эпизоды пневмококковых заболеваний, в том числе инвазивных. Основными известными предрасполагающими факторами осложненных (инвазивных) и рецидивирующих инфекций, вызванных Streptococcus pneumoniae, являются:
- Возраст ребенка до 2-х лет.
- Спленектомия.
- Врожденная аспления.
- Функциональная аспления (например, вследствие радиационного облучения, серповидноклеточной анемии).
- Трансплантация органов.
- Врожденные мальформации среднего и внутреннего уха.
- Кохлеарный имплант.
- Нарушения пассажа цереброспинальной жидкости.
- Приобретенная иммуносупрессия (ВИЧ-инфекция, лимфома).
- Заболевания сердца (пороки “синего типа”, сердечная недостаточность, операции на сердце).
- Хронические легочные заболевания (например, муковисцидоз).
- Заболевания, связанные с дисфункцией дыхательной мускулатуры (например, миопатии).
- Нефротический синдром.
- Первичные иммунодефициты (за исключением агаммаглобулинемии и тяжелого комбинированного иммунодефицита).
Среди перечисленных известных причин рецидивирующих инвазивных пневмококковых заболеваний наиболее частыми являются анатомические дефекты (нарушения пассажа цереброспинальной жидкости, врожденные мальформации среднего и внутреннего уха, пороки сердца) и иммунодефициты [3].
С тех пор как более 50 лет назад O. Bruton впервые описал врожденную агаммаглобулинемию, количество описанных в медицинской литературе первичных иммунодефицитов (ПИД) нарастало чрезвычайно высокими темпами и к настоящему времени насчитывает не менее 300 нозологических единиц. Последний (2015 г.) пересмотр классификации ПИД, ежегодно осуществляемый специальным экспертным комитетом The International Union of Immunological Societies (IUIS), предлагает 9 групп ПИД в зависимости от преобладающей локализации иммунного дефекта, патофизиологических и фенотипических особенностей [4].
Среди всего многообразия известных ПИД наибольшую роль в патогенетических механизмах формирования осложненных и рецидивирующих пневмококковых инфекций играют:
- Дефекты В-клеточного звена иммунитета [5].
- Дисфункции системы комплемента [6].
- Дефекты молекул, вовлеченных в систему toll-like рецепторов (TLR) [7].
У части детей с осложненными и повторными пневмококковыми инфекциями причину тяжелого течения и рецидивирования установить не удается; предполагается, что в этом случае могут иметь место недиагностированные или неизвестные к настоящему времени дефекты иммунной системы.
Следует отметить, что кроме известных врожденных и индивидуально приобретенных особенностей организма ребенка, значительную роль в механизмах развития осложненных (инвазивных) и рецидивирующих пневмококковых инфекций у детей играют такие внешние факторы, как нахождение ребенка в организованном коллективе (особенно, в специализированном круглосуточном учреждении), наличие совместно проживающих старших братьев/сестер, общая скученность в месте проживания, определенные сезоны года с подъемом респираторной заболеваемости, пассивное курение, низкий социально-экономический статус популяции. Так, было показано, что дети коренного населения Аляски имеют очень высокий риск повторных инвазивных пневмококковых заболеваний в основном вследствие скученности проживания и низкого социально-экономического статуса популяции, хотя в этом случае свою роль могут играть и врожденные генетические особенности иммунного реагирования и метаболизма [8-10].
Трансформация назофарингеального носительства в инфекционные заболевания, вызванные Streptococcus pneumoniae: роль защитных компонентов слизистых оболочек и опсонизации.
Успешное проникновение пневмококка через слизистые оболочки зависит от большого количества факторов, как со стороны самой бактерии (факторов вирулентности), так и со стороны комплекса защитных компонентов иммунной системы организма-хозяина. Гидрофильная полисахаридная капсула предохраняет пневмококк от прямого поглощения фагоцитами в отсутствие серотип-специфических опсонизирующих антител и/или активации системы комплемента; важнейшим фактором защиты в этом случае являются TLR второго типа (TLR 2), которые связывают пептидогликаны микробной стенки и инициируют локальный и системный воспалительный процесс. Определенную роль в отсутствие специфических антител также могут играть и Т-лимфоциты, точные механизмы такого участия до конца не изучены [11]. В норме защитная роль слизистых оболочек очень высока, однако она может значительно снижаться при повреждении слизистых вирусами и сигаретным дымом.
После проникновения микроба в глубь слизистой оболочки происходит активация локальных тканевых В- и Т-лимфоцитов, которые при участии секреторного IgA мигрируют в системный кровоток и активируют клетки памяти и/или В-лимфоциты, после чего очень интенсивными темпами нарастает продукция специфических антител по T-лимфоцит независимому (IgG2, активируются полисахаридами бактерий) и, в меньшей степени, T-лимфоцит зависимому (IgG1, активируются протеинами бактерий) путям. Клинико-иммунологические исследования показывают, что критически важную роль в дальнейшем фагоцитозе опсонизированных пневмококков, как и в реализации T-лимфоцит независимого пути продукции IgG2, играет селезенка. Как было указано выше, спеленектомия или функциональная аспления являются важнейшими приобретёнными факторами предрасположенности к пневмококковым инфекциям; это же касается и других инкапсулированных бактерий, например, Haemophilus influenzae и Neisseria meningitidis.
Роль компонентов адаптивного иммунитета в патогенезе осложненных и рецидивирующих пневмококковых заболеваний у детей
Поскольку пневмококк секретирует IgA-протеазу, защитная роль локально продуцируемых антител класса IgA при реализации активного инфекционного процесса в этом случае невелика: значительно большую роль играют опсонизация бактерии комплексом, состоящим из специфических IgG2 и компонентов системы комплемента. Именно поэтому дефекты адаптивного В-клеточного звена иммунитета и системы комплемента занимают ведущую позицию среди наследственно обусловленных причин тяжелого и рецидивирующего течения пневмококковых инфекций у детей [12]. Наиболее частыми генетическими дисфункциями В-лимфоцитов, ассоциированными с предрасположенностью к пневмококковым инфекциям, являются общий вариабельный иммунодефицит (ОВИД) и врожденные дефициты подклассов IgG [12-14].
У иммунокомпетентных детей уровень защитных противопневмококковых антител наиболее низок в возрасте до 2-х лет, повышается с ростом ребенка и достигает плато к взрослому периоду [15]. При наличии ОВИД, сопряженным с нарушением созревания и дифференцировки В-лимфоцитов, не происходит возрастного увеличения продукции специфических противопневмококковых антител. Первые проявления ОВИД в виде рецидивирующих бактериальных инфекций обычно появляются в возрасте 20–40 лет, хотя могут наблюдаться и в детском возрасте. Основным лабораторным признаком заболевания является снижение плазменных уровней двух классов иммуноглобулинов – IgA и IgG (иногда также и IgM), при нормальном или субнормальном содержании основных клеточных субпопуляций лимфоцитов.
Около 90 % случаев ОВИД обусловлено неизвестными к настоящему времени спорадическими мутациями. Очень редко болезнь может иметь аутосомно-рецессивный характер или аутосомно-доминантный тип наследования. Лишь около 10 % случаев ОВИД сопряжены с известными к настоящему времени мутациями. По меньшей мере, 13 генов ассоциированы с ОВИД; с наибольшей частотой встречается мутация в гене, кодирующим продукцию поверхностного сигнального протеина В-лимфоцитов – TNFRSF13B. Известны также и мутации в генах CD19, CD81, CR2, ICOS, IKZF1, IL21, LRBA, MS4A1, NFKB1, NFKB2, PRKCD, TNFRSF13B, TNFRSF13C. В значительном количестве случаев количественный дефицит иммуноглобулинов при ОВИД сопровождается качественным дефектом – дефицитом соматических гипермутаций легких цепей антител, что удобно использовать для лабораторного скрининга заболевания [16].
Врожденные дефициты подклассов IgG также могут приводить к предрасположенности к инфекциям, вызванными инкапсулированными бактериями. Лабораторно данный вид ПИД характеризуется низким уровнем подклассов IgG (наиболее часто IgG2/IgG3) и сопутствующим снижением продукции антител против вакцинальных антигенов при нормальном уровне общего плазменного IgG. Исследование H. Ingels et al. датской когорты детей с пневмококковыми инфекциями показало, что среди 15 детей с рецидивами инвазивной формы заболевания без классических факторов риска у 6 (40 %) имелся сниженный антительный ответ на противопневмококковую вакцинацию [12].
Роль врожденных дефектов системы комплемента в патогенезе осложненных и рецидивирующих пневмококковых заболеваний у детей
Система комплемента является древнейшим компонентом врожденного иммунитета, основной функцией которого является преимущественно интраваскулярная элиминация бактериальных агентов. Кроме того, протеины комплемента играют роль своеобразного моста между системами врожденного и адаптивного иммунитета, обеспечивая адекватные условия для созревания и дифференциации В- и Т-лимфоцитов. Система комплемента состоит из плазменных протеинов и мембранных рецепторов. Плазменные протеины взаимодействуют между собой тремя известными каскадными путями – лектиновым (наиболее филогенетически древним), альтернативным и классическим.
Лектины – общий термин протеинов, способных к распознаванию и агрегации молекул олиго- и полисахаридной природы. Среди всех лектинов уникальными функциями формирования комплексов с углеводными компонентами микробной стенки обладают фиколины и коллектины (маннозосвязывающий лектин (mannose-binding lectin, MBL), печеночный и почечный коллектины) [17; 18].
Образование сложного комплекса полисахариды микробной стенки+фиколин/коллектин+специфические протеазы приводит, в итоге, к активации системы комплемента. Такой путь активации называется лектиновым, в отличие от двух других путей – классического и альтернативного.
Классический путь активации комплемента инициируется взаимодействием антителсодержащих иммунных комплексов с субкомпонентом комплемента C1q, а, лектиновый, как и альтернативный, не требуют наличия специфических антител. Все три пути активации ведут к одному важнейшему событию: расщеплению центрального компонента системы комплемента – протеина С3 с образованием его фрагмента C3b, который опсонизирует чужеродные клетки, подготавливая их к последующему фагоцитозу. Одновременно активируются «поздние» компоненты комплемента (C5-C9), обладающие непосредственной цитолитической активностью без участия фагоцитирующих клеток. Таким образом, лектиновый путь активации комплемента, являясь филогенетически более древними, не требует наработки антител и выступает важнейшей частью «первой линии» неспецифической противоинфекционной защиты. Кроме того, важной функцией некоторых лектинов является также непосредственная, без участия комплемента, опсонизация бактерий.
Генетически детерминированные дефициты компонентов системы комплемента ассоциированы с предрасположенностью к самым различным бактериальным инфекциям. Врожденный дефицит компонентов классического пути активации комплемента (С1, С2, С4), особенно гомозиготный дефицит С2, сопряжены с предрасположенностью к аутоиммунным заболеваниям и инфекциям, вызываемыми инкапсулированными бактериями – Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae. Кроме С2, с предрасположенностью к инвазивному течению указанных инфекций сопряжены также дефициты таких комментов классического пути активации комплемента, как C1Q, C1R, C1S, C4 [19]. Дефицит терминальных компонентов (С5-С9) сопряжен с предрасположенностью к инфекциям, вызванным Neisseria meningitidis. В уже упоминавшемся исследовании H. Ingels et al. датской когорты детей с пневмококковыми инфекциями показало, что среди 15 детей с рецидивами инвазивной формы заболевания без классических факторов риска у 6 (40 %) имелись лабораторные признаки дефицита С2-компонента комплемента [12].
Маннозосвязывающий лектин (Mannose-binding lectin, MBL) – паттерн-распознающий острофазовый белок, относящийся к системе врожденного иммунитета и активно участвующий в элиминации широкого круга патогенных микроорганизмов посредством активации системы комплемента и опсонизации. Значительная часть человеческой популяции (15–20 %) имеет врожденно низкий уровень продукции и/или низкую функциональную активность MBL вследствие носительства различных вариантов гена MBL2, что потенциально увеличивает предрасположенность к более тяжелому течению самых разнообразных инфекционных заболеваний [20].
Ген MBL2, расположенный в хромосомном участке 10q11.2, кодирует продукцию маннозосвязывающего лектина. Известно несколько однонуклеотидных полиморфизмов, как в промоторном, так и в кодирующих регионах гена MBL2, которые влияют на экспрессию и функциональную активность протеина. В этой связи наиболее исследованы три полиморфных кодона 1 экзона гена MBL2: 52 (rs5030737), 54 (rs1800450) и 57 (rs1800451), вариантные аллели которых обозначаются как D, В и С, соответственно, а дикий аллель – А [21]. Наличие любого из этих трех вариантных аллелей обозначается как O-аллель и приводит к одинаковому результату – экспрессии нестабильного и функционально дефектного MBL, что проявляется его низкой плазменной концентрацией и редуцированной способностью активировать комплимент [22].
Результаты изучения защитной роли MBL актуальных для респираторного тракта возбудителей, таких как Streptococcus pneumoniae и Staphylococcus aureus, довольно противоречивы [23]. Считается, что наличие капсулы у Streptococcus pneumoniae препятствует связыванию MBL с бактерией и резко снижает его комплемент-активирующий эффект.
В то же время в мета-анализе D.P. Eisen et al. [24] было показано увеличение риска летального исхода у пациентов с пневмококковым сепсисом, имевших плазменный уровень MBL < 0.5 мкг/мл. Такая зависимость сохранялась после поправки на пневмококковую бактериемию и коморбидные заболевания. Исследователи из Великобритании показали значительное увеличение риска инвазивной пневмококковой инфекции у гомозигот по мутантному аллелю гена MBL; показатель отношения шансов составил 2.59 (1.39-4.83, p=0.002) [25]. Другие исследования из Бельгии и Дании не подтвердили данную находку британских исследователей [26; 27].
Недавнее исследование L.F. Lundbo et al. [28] также не показало наличие ассоциативной связи полиморфизма гена MBL2 с инвазивными пневмококковыми инфекциями у детей. Таким образом, данные о предрасполагающей роли врожденного MBL-дефицита при инвазивных пневмококковых инфекциях остаются противоречивыми. Возможно, более важную предрасполагающую роль может играть не дефицит собственно MBL, а генетически детерминированная недостаточная активность функционально необходимых для MBL специфических протеаз (MBL-associated serine proteases, MASPs) [29].
Фиколины – лектин-распознающие молекулы, структурно и функционально гомологичные MBL. Описано три вида фиколинов: L-фиколин, кодирующийся геном FCN2, M-фиколин (FCN1) и H-фиколин (FCN3). L-фиколин продуцируется в печени и циркулирует в крови, M-фиколин – исключительно тканевая молекула (экспрессируется в легких, моноцитах и селезенке), H-фиколин экспрессируется в печени и легких. Показано, что в легких в наибольшей степени продуцируется H-фиколин, а его комплемент-связывающая способность превышает таковую MBL. Структура фиколинов очень похожа на структуру МBL и также имеет домен, авидный к тем же углеводным компонентам бактерий, что и MBL. L-фиколин, в отличие от MBL дополнительно может связывать некоторые компоненты инкапсулированных грамположительных бактерий, в частности Streptococcus pneumoniae (в том числе капсульные формы) и Staphylococcus aureus [30].
Описаны полиморфизмы промоторных и структурных регионов генов фиколинов, однако, если полиморфизмы генов MBL2 обуславливают 1000-кратные различия его концентрации, то полиморфизмы генов FCN2 и FCN3 ответственны только за 20-кратные различия, а полное отсутствие фиколинов (нулевые плазменные уровни), в отличие от MBL, к настоящему времени не зафиксировано. Роль дефицита фиколинов в предрасположенности к пневмококковой инфекции у человека к настоящему времени не изучена, хотя исследования на мышиных моделях показывают критически важную необходимость фиколинов в осуществлении противопневмококковой иммунной защиты [29; 31].
Роль врожденных дефектов системы toll-like рецепторов (TLR) в предрасположенности к пневмококковой инфекции
Система TLR сигналинга играет важнейшую роль в неспецифической защитной реакции организма человека при его первой встрече с патогеном. TLR различных типов относятся к семейству паттерн распознающих мембранных молекул, для которых лигандами являются специфические участки внешней оболочки бактерий и вирусов – патоген ассоциированные молекулярные паттерны (pathogen associated molecular patterns, PAMPs), и участки поврежденных клеток (danger associated molecular patterns, DAMPs). В настоящее время известно десять типов рецепторов TLR (Т1-Т10), экспрессирующихся на плазматических и эндосомальных мембранах различных клеток человека (в основном макрофагах и дендритных клетках) [32]. Взаимодействие TLR с PAMPs и DAMPs приводит к запуску биохимического каскада, инициирующего продукцию провоспалительных цитокинов и хемокинов, непосредственно, без участия других компонентов иммунной системы, разрушающих вирусы, бактерии и поврежденные клетки. Кроме того, TLR участвуют в модуляции различных звеньев адаптивного иммунитета. Как было указано выше, для рецидивирующего и тяжелого течения пневмококковых инфекций у детей особенно характерна врожденная дисфункция TLR второго типа (TLR2). Так, в недавно проведенном российскими исследователями мета-анализе было показано, что минорный аллель мутации rs5743708 гена TLR2 сопряжен с предрасположенностью к пневмококковыми пневмониям, а rs1800795-C аллель IL6 – с тяжелым пневмония-ассоциированным сепсисом, в то время как rs1800896-A аллель IL10 обладает протективным эффектом в отношении этих состояний [33]. В мета-анализе, проведенном I. Patarcic et al. было показано, что полиморфизм rs2070874 IL4 ассоциирован с широкой группой респираторных инфекций, а полиморфизм rs5743708 TLR2 – с легочной формой туберкулеза [34].
В последние годы было показано, что генетически детерминированный дефект продукции или активности ряда молекул TLR-каскада может приводить к недостаточной защитной реакции и снижать противоинфекционную функцию системы TLR. К таким потенциально дефектным молекулам относятся, в частности, interleukin-1-receptor associated kinase-4 (IRAK4), myeloid differentiation factor 88 (MYD88) и nuclear factor-kB essential modulator (NEMO) [32]. Так, было показано, что IRAK4 дефицит приводит к предрасположенности к пневмококковым инфекциям [35], а IRAK-4 и MyD88 дефициты сопряжены с 40 % летальностью в возрасте до 8 лет от инфекционных заболеваний [36]. Известные мутации гена NEMO затрагивают различные виды TLR; дети с таким дефектом предрасположены к тяжелому течению широкого круга бактериальных и вирусных инфекций с раннего возраста, а также нередко имеют эктодермальную дисплазию. Общим клиническим признаком указанных генетических дефектов является сниженный системный ответ на инфекцию: отсутствие лихорадки, лейкоцитоза и увеличения концентрации острофазовых белков даже при инвазивном бактериальном процессе.
Таким образом, имеющиеся к настоящему времени данные показывают наличие генетических особенностей иммунного реагирования, предрасполагающих к рецидивирующему и инвазивному течению пневмококковых инфекций у детей. Наибольшее значение имеют такие врожденные состояния, как дефекты В-клеточного звена иммунитета в виде изолированного дефицита продукции специфических IgG2 и ОВИД, дефицит С2 компонента классического пути активации комплемента, дефицит компонентов лектинового пути активации комплемента (MBL и фиколина) и дефекты TLR сигналинга (врожденные дисфункции TLR второго типа (TLR2) и молекул каскада TLR активации – IRAK4, MYD88 и NEMO). Указанные данные целесообразно использовать при планировании иммунологического тестирования детей с инвазивными и рецидивирующими пневмококковыми инфекциями и организации иммуногенетических исследований в этой области.