Воспаление служит физиологической защитной реакцией организма, возникающей в ответ на повреждение различными биологическими, химическими и/или физическими раздражителями. В связи с этим воспаление является незаменимым патогенетическим компонентом многих как острых, так и хронических заболеваний [1].
С древних времен и до наших дней внимание исследователей привлекали сложные и разнообразные закономерности развития воспаления и их роль при различных заболеваниях. Согласно современным представлениям, воспаление – это сложная каскадная реакция с последовательным течением фаз альтерации, экссудации и пролиферации, в ходе которых происходят активация иммунной системы с миграцией клеточных эффекторов к очагу инфекции или повреждения, ограничение воспаления, его разрешение и восстановление гомеостаза тканей [2, 3].
В течении воспалительного процесса условно можно выделить острую и хроническую фазы. В острой фазе лейкоциты, прежде всего гранулоциты, мигрирую по хемотаксическому градиенту к месту повреждения. Этот процесс регулируется изменением концентрации провоспалительных медиаторов (цитокинов) и белками острой фазы и направлен на удаление воспалительного стимула и инициирование заживления. В зависимости от степени повреждения острая клеточная фаза завершается разрешением воспалительного процесса, который характеризуется нормализацией градиентов хемокинов и клиренсом апоптотических нейтрофилов макрофагами [4, 5]. Стойкое воспаление в результате длительного воздействия воспалительных раздражителей или недостаточности врожденного иммунитета может привести к хронизации процесса. При этом хронический воспалительный процесс характеризуется усилением воспалительной реакции за счет нарастания концентрации медиаторов воспаления, таких как цитокины, хемокины и простагландины, и усилением миграции лейкоцитов и тромбоцитов к очагу [3].
Понимание единых патогенетических механизмов, лежащих в основе такого патологического процесса, как воспаление, крайне необходимо для его своевременного выявления и контроля, а также диагностики, лечения и профилактики соответствующих заболеваний. В связи с этим в современной клинической практике широкое распространение получило использование так называемых маркеров воспаления, которые позволяют оценить системное воспаление с помощью различных биохимических или гематологических маркеров, измеряемых в обычных анализах крови, или в виде соотношений, полученных на основе этих измерений [5, 6].
Цель исследования: обзор актуальных маркеров воспаления, применяемых в современной клинической практике.
Материал и методы исследования: анализ современных российских и иностранных литературных источников в области медицины, содержащих информацию об актуальных маркерах воспаления, применяемых в современной клинической практике.
Результаты исследования и их обсуждение
Воспаление начинается с развития острофазового ответа, который сопровождается нарастанием в плазме крови концентрации белков острой фазы (БОФ). Продукция данных белков происходит в основном в печени и регулируется цитокинами. К белкам острой фазы воспаления относят С-реактивный белок (СРБ), амилоиды А и P, церулоплазмин, гаптоглобин, альфа-1-кислый гликопротеин, альфа 2-макроглобулин, компоненты комплемента и белки свертывания крови, такие как факторы V и VIII, и фибриноген. Традиционно уровень белков острой фазы измеряют непосредственно в плазме или сыворотке крови и используют в клинической практике для оценки наличия, интенсивности и течения воспалительного процесса или заболевания [5].
Самый чувствительный и общепризнанный диагностически значимый маркер воспаления для острофазового ответа у человека – СРБ. Синтез печеночного СРБ регулируется провоспалительными цитокинами, включая IL-6, IL-1 и TNF-α, поэтому практически любое неспецифическое повреждение ткани, инфекционный процесс, воспаление или стресс сопровождаются повышением уровня циркулирующего в крови СРБ. С-реактивный белок принадлежит к семейству белков пентраксина и может опсонизировать микроорганизмы, такие как бактерии и грибы, за счет связывания с полисахаридами клеточной стенки, а также облегчает фагоцитоз [5, 7-10].
Рутинное определение уровня СРБ в биохимическом анализе крови является более надежным индикатором острого воспаления, чем оценка количества лейкоцитов в общем анализе крови, так как уровень СРБ коррелирует со степенью активности и выраженностью протекания патологического процесса. СРБ является хорошим предиктором риска сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонии и сахарного диабета [5, 11].
Фибриноген – это белок острой фазы, принимающий участие в образовании кровяного сгустка; тем самым он обеспечивает связь между воспалением и коагуляцией. Молекула фибриногена представляет собой гомодимерный гликопротеин, состоящий из полипептидных цепей 2Аα, 2Вβ и 2γ, связанных дисульфидными мостиками. Рецепторы фибриногена были идентифицированы на моноцитах/макрофагах, нейтрофилах, тромбоцитах и NK-клетках. Связывание фибриногена активирует сигнальные пути, усиливающие высвобождение провоспалительных цитокинов. При превращении фибриногена в фибрин отщепляются пептиды, которые усиливают вазодилатацию и служат хемоаттрактанами, позволяющими фибриногену действовать в качестве мостиковой молекулы между лейкоцитами и эндотелиальными клетками, способствуя миграции лейкоцитов к очагу воспаления. Обнаружение в сыворотке крови наряду с С-реактивным белком повышенного уровня фибриногена также используется в качестве предиктора сердечно-сосудистых заболеваний, артериальной гипертензии и сахарного диабета [12].
При тяжелых воспалительных процессах отмечается вероятность развития ДВС-синдрома, на фоне данного состояния концентрация фибриногена плазмы снижается, и образуются продукты деградации фибрина, такие как D-димер. Для интерпретации показателей фибриногена как маркера воспаления необходимо оценивать его уровень в совокупности с общим анализом крови и уровнем других белков острой фазы [5].
Одними из широко применяемых маркеров воспаления являются цитокины, которые действуют как молекулярные мессенджеры в координации взаимодействия между различными типами клеток, участвующими в усилении, регуляции и контроле воспалительного процесса. Данные эндогенные полипептидные медиаторы воспаления в основном секретируются фагоцитирующими клетками, NK-клетками, антигенпрезентирующими клетками и лимфоцитами. Цитокины совместно с хемокинами способствуют миграции эффекторных клеток к очагу воспаления путем хемотаксиса, модуляции функции иммунных клеток, стимуляции пролиферации и дифференцировки в очаге воспаления. Наиболее известными цитокинами являются IL-6, IL-1, IL-2, фактор некроза опухоли-альфа (TNF-α), интерферон гамма (IFN-γ) и трансформирующий фактор роста-бета (TGF)-β [5].
Контроль уровня цитокинов в периферической крови нашел свое применение в современной клинической практике. Так, большое внимание уделяется изучению роли провоспалительных цитокинов в механизме развития иммуновоспалительных реакций у пациентов с острым коронарным синдромом. IL-6, который стимулирует продукцию в печени белков острой фазы, таких как СРБ и фибриноген, модулирует клеточную адгезию и способствует коагуляции тромбоцитов, в настоящее время определен как предиктор инфаркта миокарда и может быть индикатором нестабильности атеросклеротической бляшки [5, 13].
Такие цитокины, как IL-1, IL-6, IL-8, IL-11, IL-33 и фактор некроза опухоли, участвуют в развитии острого и хронического воспаления при ревматоидном артрите (РА). Одним из ключевых локальных медиаторов РА является IL-1, который синтезируется макрофагами, синовиоцитами, хондроцитами и остеокластами. При РА наблюдается значительное нарастание концентрации IL-1 в синовиальной жидкости и сыворотке крови, которое коррелирует с активностью заболевания [14, 15].
При таком заболевании, как синдром раздраженного кишечника (СРК), отмечается цитокиновый дисбаланс между провоспалительными и противовоспалительными факторами: повышение концентрации ведущих медиаторов воспаления (IL-1, IL-6, IL-8, TNF-α) и снижение уровня противовоспалительного цитокина IL-10 [16].
При тяжелой коронавирусной инфекции (COVID-19), вызванной вирусом SARS-CoV-2, часто возникает опасное для жизни состояние – «цитокиновый шторм». Данное явление характеризуется высвобождением провоспалительных цитокинов: TNF-α, IL-6, IL-1, IL-8 – и может привести к полиорганной недостаточности и летальному исходу. Кроме этого, SARS-CoV-2 вызывает массовую гибель клеток, тем самым увеличивая клеточный дебрис. В связи с этим активируются инфламмасомы и многобелковый полимеразный комплекс, которые вызывают «эйкозаноидный шторм» – всплеск провоспалительных биоактивных липидных медиаторов, таких как простагландины и лейкотриены, обеспечивающих активное местное воспаление [17-19].
Для обеспечения контроля адгезии лейкоцитов к эндотелиальным клеткам во время стадии экссудации необходимы такие молекулы, как селектины и интегрины [20]. Селектины представляют собой углеводные лиганды, экспрессируемые на клеточной поверхности различных клеток: лейкоцитов (L-селектин), эндотелиальных клеток (P-селектин, E-селектин) и тромбоцитов (P-селектин). Селектины и их лиганды активируются при многих воспалительных и аутоиммунных заболеваниях и, следовательно, могут служить маркерами при их диагностике: например, при псориазе, воспалительных заболеваниях кишечника, ревматоидном артрите, системной красной волчанке. Селектины способны опосредовать взаимодействия между лейкоцитами, тромбоцитами и эндотелиальными клетками, в том числе и при опухолевом процессе. Лиганды селектина являются медиаторами адгезии опухолевых клеток и обеспечивают экстравазацию дочерних клеток опухоли, что является прогностически неблагоприятным признаком [21].
Интегрины представляют собой клеточные рецепторы, взаимодействующие с внеклеточным матриксом и передающие межклеточные сигналы, тем самым запуская механизмы миграции лейкоцитов по сосудистому руслу к местам повреждения и воспаления. Активация интегринов происходит двумя путями: опосредованно селектином или цитокинами/хемокинами. При полной активации интегрины способствуют адгезии иммунных клеток к рецепторам сосудистого эндотелия с последующей миграцией клеток из крови в окружающие ткани [22].
Экспрессия селектинов и интегринов на клетках изменяется при разрешении острой фазы воспалительного ответа или при переходе в хроническое воспаление. Их лиганды могут быть количественно определены с использованием таких методов, как иммуногистохимическое исследование, проточная цитометрия, микроскопия. Растворимые формы селектинов присутствуют в сыворотке и могут быть оценены с помощью иммуноферментного анализа [5].
Система комплемента представляет собой сложную сеть белков, участвующих в остром воспалительном ответе и влияющих на высвобождение медиаторов воспаления, хемотаксис, а также увеличивающих сосудистую проницаемость и фагоцитоз за счет опсонизации микроорганизмов. Система комплемента играет ключевую роль в системе врожденного иммунитета, непосредственно уничтожая бактерии с помощью атакующего комплекса порообразующих мембран (MAC), а также способствует развитию воспалительной реакции через производство анафилатоксинов. Активации комплемента способствует комплекс антиген-антитело, запускающий каскад реакцией активации системы комплемента. При аутоиммунных заболеваниях наблюдается образование иммунных комплексов, которое приводит к повреждению тканей организма и активации комплимента. Определение белков системы комплемента используется в качестве маркера воспаления, но более широкое применение данный метод нашел в фармакологии [5, 23].
Кроме того, признаки воспаления можно обнаружить при интерпретации общего анализа крови, который является рутинным анализом в медицинской практике и входит в клинический минимум. В острой фазе воспаления тромбоциты и гранулоциты, такие как базофилы, тучные клетки, нейтрофилы и эозинофилы, активируются, продуцируют и высвобождают ряд провоспалительных медиаторов, которые стимулируют и регулируют воспалительную реакцию. Нейтрофилы являются первичными клеточными медиаторами в воспалительной реакции. Данный вид клеток принимает активное участие в фагоцитозе, уничтожая чужеродные инородные частицы [24]. Измерение некоторых продуктов нейтрофилов, особенно миелопероксидазы, может быть использовано для оценки тяжести воспаления. При развитии острого воспаления наблюдаются нейтрофилез и сдвиг лейкоцитарной формулы влево, при котором увеличивается количество незрелых клеток. Также в ряде случаев можно наблюдать специфические морфологические изменения нейтрофилов, такие как «токсическая зернистость», повышение вакуолизации и усиление цитоплазматической базофилии [5].
Базофилы содержат цитоплазматические гранулы, которые служат резервуаром для провоспалительных медиаторов, составляющих 0–1%. Однако определение базофилов в периферической крови с помощью автоматических дифференциальных инструментов является сложной задачей: было установлено, что автоматические инструменты имеют тенденцию занижать количество базофилов. Базопения не имеет диагностического значения [25].
Эозинофилы – клетки, принимающие участие в воспалительных реакциях, ассоциированных с реакциями гиперчувствительности и паразитарной инвазией, особенно глистной. Однако при воспалении не всегда может наблюдаться эозинофилия. Важную роль в диагностике эозинофильного воспаления играет определение уровня эозинофильного катионного белка в периферической крови или мокроте [5].
Лимфоцитоз является признаком как острого, так и хронического воспаления, бактериальной или паразитарной этиологии [26].
Моноциты и макрофаги, принимая участие в фагоцитозе, играют важную роль в удалении некротизированных клеток или чужеродных агентов. Таким образом, повышение количества этих клеток может свидетельствовать о воспалении или некрозе ткани. При этом моноцитоз может возникать как при остром, так и при хроническом воспалении [5].
Хотя эритроциты и не являются основными участниками воспаления, но изменение их количества также может свидетельствовать о воспалительном процессе в организме. Иммуноопосредованные механизмы воспаления могут сопровождаться разрушением красных кровяных клеток, что приводит к анемии. При хроническом воспалении наблюдается развитие норморегенераторной «анемии хронических заболеваний»: происходит ограничение доступа железа, снижается потенциал окисления, а также ограничивается рост железозависимых бактерий. Также считается, что воспалительные цитокины, такие как IL-1β и TNF-α, снижают высвобождение эритропоэтина почками и усиливают эритрофагоцитоз макрофагами [27, 28].
Заключение
Воспаление является патологическим процессом, направленным на защиту организма при воздействии различных повреждающих факторов, в том числе лежащих в основе многих заболеваний. В качестве маркеров воспаления в первую очередь выступают белки острой фазы, такие как C-реактивный белок, фибриноген; медиаторы воспаления, такие как цитокины; а также рецепторы клеточной поверхности и клеточной адгезии, такие как селектины и интегрины. При этом незаменимыми биомаркерами воспаления по-прежнему остаются и клетки крови, которые активируются в острой фазе воспаления и непосредственно продуцируют и высвобождают ряд растворимых медиаторов, стимулирующих и регулирующих воспалительную реакцию. В связи с этим понимание механизмов развития воспаления крайне необходимо для его своевременно выявления и контроля, а также диагностики, лечения и профилактики соответствующих заболеваний.
Однако все широко применяемые в современной клинической практике маркеры воспаления являются неспецифичными, они позволяют установить факт наличия воспаления, но не выявить его этиологию.