Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Развитие большинства патологических состояний в организме человека сопровождается закономерным изменением антигенного гомеостаза, результатом чего является активация эффекторных и регуляторных механизмов врожденного и адаптивного иммунитета. Проявлением повышения активности иммунной системы (ИС) является реализация воспаления, которое в случае его благополучного разрешения приводит к восстановлению структурно-функциональной целостности и выздоровлению организма. В противном случае при гипо- или гиперактивности ИС, неадекватности ее работы воспаление само является одним из важнейших патогенетических факторов. Причем как хронический вариант, так и гипревоспалительный вариант реализации защитной реакции ассоциированы с отдельными видами заболеваний: первый – с онкологическими, а второй – прежде всего с инфекционными [1, с. 29–36].

Важная роль в реализации адекватного воспаления, физиологической работы ИС отводится цитокинам – гетерогенной группе веществ, высвобождаемых в условиях активации соматическими клетками, главным образом иммунокомпетентными клетками (ИКК). Нанопикомолярные концентрации данных биорегуляторов обусловливают гуморальную регуляцию межклеточных и межсистемных взаимодействий, определяют активность клеток, их способность к пролиферации, дифференцировке, выживаемость или апоптоз [2, с. 18]. Значительное превышение их физиологического уровня в крови ассоциировано с развитием системного цитокинового ответа (цитокинового шторма) организма на воздействие, прежде всего, инфекционной природы [3].

Важно отметить, что сохранение гомеостаза организма в условиях развития иммунного ответа предполагает достижение равновесного состояния отдельных функциональных групп цитокинов с противоположным действием [4]. Любой дисбаланс цитокинового ответа лежит в основе неблагоприятного развития заболеваний, в частности вирусной инфекции [2, с. 20–21; 4].

Острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС) – остро возникающее диффузное воспалительное поражение паренхимы легких, развивающееся как неспецифическая реакция на различные повреждающие факторы и приводящее к формированию острой дыхательной недостаточности (ОДН) (как компонента полиорганной недостаточности) вследствие нарушения структуры легочной ткани и уменьшения массы аэрированной легочной ткани [5]. ОРДС – одна из ведущих причин смертности в отделении интенсивной терапии: достигает, по разным данным, от 30 до 40% [6].

Попытки выявления более однородных групп в общей популяции ОРДС – один из возможных подходов к определению методов диагностики и лечения данного заболевания [7]. Отмечены особая роль в патогенезе ОРДС разнообразных медиаторов и их сложные многоуровневые взаимодействия, в том числе это относится и к цитокинам. Показано, что изменения в цитокиновом статусе, выражающиеся в «синдроме выброса цитокинов» и отражающие дисрегуляцию ИС при ответе на различные антигенные стимулы, сопровождают развитие ОРДС и являются одним из факторов возникновения полиорганной недостаточности и гибели пациентов [8, 9].

У 3/4 пациентов отделения интенсивной терапии с COVID-19, а также у 1/3 госпитализированных пациентов с COVID-19 развивается ОРДС. Разработанные подходы к иммунопатогенезу SARS-CoV-2 инфекции позволили сформировать способы иммунотерапии заболевания [10]. Предполагается, что одним из ведущих факторов ОРДС при SARS-CoV-2 является индукция цитокинового шторма, сопровождающегося выбросом избыточного количества провоспалительных цитокинов, главным образом IL-6 и TNF-α, что в дальнейшем вызывает обширное повреждение тканей, полиорганную дисфункцию и смерть пациента [11–13].

Еще одной уязвимой группой пациентов с высокой вероятностью развития ОРДС являются больные с различными злокачественными новообразованиями [14]. Не вызывает сомнения вовлеченность цитокинов в патогенез злокачественных опухолей различной локализации [15], а дисфункция регуляторных механизмов ИС у данных больных может вносить вклад в развитие ОРДС. Возникающая органная дисфункция после ОРДС обусловливает необходимость осторожно проводить специфическое лечение основного заболевания (вплоть до его прекращения). В рассматриваемом случае стратегия лечения ОРДС у данной группы больных в значительной степени базируется на основе общих представлений. В связи с этим актуальными являются исследования, посвященные уникальным проблемам онкологических больных с развывшимся ОРДС [16].

Таким образом, дисфункция цитокиновой системы регуляции может рассматриваться как один из общих патогенетических механизмов развития ОРДС при заболеваниях инфекционной природы, а также при онкологической патологии. Для более глубокого понимания патофизиологии заболевания и возможности разработки терапевтических подходов, специфичных для этиологии, необходима комплексная оценка, в том числе и цитокинового профиля крови, с целью выявления вариаций между различными группами больных с ОРДС и внутри них. В связи с этим целью работы являлось исследование цитокинового профиля плазмы крови пациентов с ОРДС на фоне онкологического заболевания или коронавирусной инфекции.

Материалы и методы исследования

В проведенное исследование было включено 80 образцов плазмы крови (ПК), которые были распределены на следующие группы: группа 1 – контрольная, включающая 24 ПК условно здоровых доноров; группа 2 – 30 образцов ПК больных ОРДС с онкологическими заболеваниями; группа 3 – 26 образцов плазмы крови больных с ОРДС, перенесших инфекцию, вызванную SARS-CoV-2. Возраст здоровых доноров и больных варьировал от 55 до 80 лет. Все пациенты подписали информированное согласие. Критерии включения: диагностированный ОРДС-синдром согласно Берлинским критериям; легочный субфенотип ОРДС; возраст старше 18 лет; подписанное информированное согласие. Критерии исключения: наличие терапевтических или психиатрических причин, затрудняющих принятие решения об участии в исследовании пациентом; возраст младше 18 лет; отсутствие информированного согласия.

ПК получали стандартным образом, аликвотировали и хранили при температуре –80°C до проведения анализа. Наличие гемолиза ПК являлось основанием для исключения из исследования. Содержание цитокинов определяли методом мультиплексного варианта ИФА с использованием набора Bio-Plex Pro Human Cytokine Assays, 17-Plex Panel (Bio-Rad, USA) согласно инструкции производителя. Учет полученных результатов проводили с использованием системы мультиплексного анализа Luminex 200 Analyser, с ПО Bio-Plex Manager Software, Bio-Rad (USA). На этапах постановки анализа использовали промывающее устройство Bio-Plex Pro II Wash Station, Bio-Rad (USA). Результаты выражали в пг/мл.

В STATISTICA 13.3 (StatSoft Inc., США) методом Шапиро–Уилка оценивали тип распределения показателей. С учетом того, что в нашей работе распределение полученных данных не соответствовало нормальному, они представлены в виде медианы (Me) и интерквартильного размаха – 25-го и 75-го процентилей. Уровень значимости отличий между выборками проводили с использованием непараметрического критерия Манна–Уитни, результаты считались статистически значимыми при p<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Принимая во внимание ключевую роль дисфункции цитокиновой сети в индукции воспаления и канцерогенеза, мы попытались оценить особенности данной сети у больных с ОРДС, ассоциированным с SARS-CoV-2 или онкологическим заболеванием.

Полученные результаты представлены в таблице 1.

Анализ полученных результатов в группе онкологических больных с ОРДС позволил выявить значимое увеличение по сравнению с контролем всех определяемых цитокинов, причем наибольшее увеличение концентрации оказалось характерным для провоспалительных – IL-6, IL-2 и TNF-α, содержание которых было выше соответственно в 99, 15 и 10 раз, р<0,05 (табл. 1).

Ожидаемым явилось и обнаружение выраженного увеличения содержания в плазме крови больных данной группы определяемых цитокинов-хемоаттрактантов, обусловливающих аккумуляцию в легочной ткани клеток прежде всего врожденного иммунитета – нейтрофилов и моноцитов, определяющих характер дальнейшего развития воспалительной реакции. Обнаружено, что концентрация макрофагального воспалительного белка 1-b (MIP-1b) у больных данной группы была выше на 375% по сравнению со значениями показателя в плазме крови контрольной группы, а содержание моноцитарного белка хемоаттрактанта-1 (MCP-1) в образцах больных раком легкого с ОРДС – на 355% по сравнению с контрольной группой, р<0,05 (табл. 1). На этом фоне выявлено увеличение концентрации другого хемокина, определяющего инфильтрацию легочной ткани нейтрофилами, – IL-8, содержание которого в образцах больных группы 2 оказалось выше контрольных значений на 267%, р<0,05 (табл. 1). Кроме того, обнаружено увеличение на 168% содержания INF-γ, р<0,05. Учитывая функциональную роль данной молекулы, можно с определенной вероятностью говорить о запуске процессов активации клеток адаптивного иммунитета с цитотоксическими свойствами.

Полученные в ходе проведенного исследования результаты согласуются с данными литературы, которые указывают на увеличение как на локальном, так и на системном уровне (в сыворотке, плазме крови) концентрации провоспалительных цитокинов и хемокинов у онкологических больных как на стадии инициации, так и при прогрессировании злокачественных новообразований [15, 17, 18].

Таблица 1

Цитокиновый профиль плазмы крови в группах обследованных, Ме [LQ;UQ] пг/мл

Помимо выраженного увеличения провоспалительных цитокинов, указывающего на реализуемое воспаление, нарушение проницаемости эндотелия сосудов и усиление миграционной активности ИКК, в плазме крови онкологических больных с ОРДС обнаружено изменение содержания противовоспалительных цитокинов, направленное на достижение гомеостаза иммунной системы – стремление подавления избыточной активации в ответ на изменение антигенного гомеостаза в условиях развития патологического процесса. В частности, наблюдается увеличение концентрации всех определяемых противовоспалительных цитокинов. Так, содержание IL-10 в ПК больных группы 2 оказалось выше контрольных на 380%, IL-4 – на 350%, а IL-13 – на 67%, р<0,05 (табл. 1).

Отличительной особенностью цитокинового паттерна ПК больных 3-й группы является значительно более выраженное увеличение концентрации провоспалительных цитокинов. Так, содержание IL-6 в 329 раз превышало контрольные значения и в 3,3 раза – значения в группе 2, р<0,05 (табл. 1). Показано увеличение концентрации IL-2 в ПК больных 3-й группы по сравнению с контролем в 30 раз, а в случае сравнения со значениями группы 2 – в 2 раза, р<0,05 (табл. 1). Еще одним цитокином, концентрация которого значимо превышала соответствующие значения как контрольной группы (в 25 раз), так и группы онкологических больных с ОРДС – в 2,4 раза, является TNF-α, р<0,05 (табл. 1). Кроме того, в образцах 3-й группы выявлено повышение содержания IL-8, которое оказалось больше значений контрольной группы в 10 раз, а также в 2,7 раза превышало значения группы онкологических больных с ОРДС, р<0,05 (табл. 1).

В результате проведенного исследования выявлено, что концентрация хемокина MIP-1b у больных 3-й группы была выше на 679% по сравнению с значениями показателя в плазме крови контрольной группы, а также превышала на 64% значения показателя во 2-й группе, р<0,05 (табл. 1). Кроме того, отмечено увеличение содержания хемоаттрактанта MCP-1 в образцах данной группы на 452% по сравнению с контрольной группой (р<0,05), но при этом значимых отличий от значений данного показателя в группе 2 не выявлено. На фоне отмеченных изменений показано увеличение концентрации INF-γ как по сравнению с контрольной группой – превышение на 286%, так и по сравнению с группой 2 – больше на 44%, р<0,05 (табл. 1).

Закономерным ответом на массированный выброс провоспалительных цитокинов является увеличение содержания в плазме крови и их антагонистов – цитокинов с противовоспалительными свойствами. По сравнению с показателями в образцах контрольной группы обнаружено увеличение на 650%, 150% и 111% концентрации соответственно IL-4, IL-10 и IL-13, р<0,05 (табл. 1). Следует обратить внимание на тот факт, что для IL-4 у больных 3-й группы показано превышение его содержания по сравнению с показателями онкологических больных с ОРДС (группа 2) на 67%, а для IL-10 выявлено снижение содержания на 48% по сравнению со значениями группы 2: 12,6 (9,3;13,4) против 24,0 (17,3;26,8), р<0,05, в то время как в случае IL-13 значимых отличий не выявлено (табл. 1).

В соответствии с имеющимися представлениями, гетерогенное микроокружение опухоли обусловливает продукцию различных цитокинов, которые могут ингибировать развитие опухоли или, наоборот, обусловливают развитие хронического воспаления, поддерживающего рост опухоли как аутокринным, так и паракринным образом, что, в целом, связывают с неблагоприятными исходами рака [15].

Принято считать, что провоспалительные цитокины (например, IL-1, IL-6, TNF), как правило, способствуют развитию опухоли, в то время как противовоспалительные (IL-10 и TGF-β) цитокины, наоборот, препятствуют развитию и росту опухоли. Показано, что эти регуляторы могут воздействовать на микроокружение опухоли, вызывая уклонение от противоопухолевого иммунного ответа и метастазирование [18].

Заслуживает внимания точка зрения, в соответствии с которой при опухолевом росте формируется своеобразный цитокиновый паттерн, сопряженный с одновременным проявлением иммуностимуляции и иммуносупрессии [15]. Результатом является вызванная опухолью иммунная стимуляция, опосредующая иммуноредактирование, с одновременной первоначально местной, а на более поздних стадиях – системной (генерализованной) иммуносупрессией, защищающей раковые клетки [15]. Показано, что цитокиновый хаос – один из основных компонентов иммуносупрессивной среды при опухолях [18].

В результате проведенного исследования обнаружено, что у онкологических больных наблюдается выраженное увеличение содержания всех определяемых функциональных групп цитокинов: провоспалительных, хемокинов и хемоаттрактантов, противовоспалительных молекул. Обращает на себя внимание превалирование активационных цитокинов, способствующих реализации воспаления, изменению целостности эндотелия сосудов с увеличением их проницаемости не только для плазмы крови, способствующей активной экстравазации иммунокомпетентных клеток в ткань легкого и их последующей активации. Несмотря на наблюдаемое увеличение содержания противовоспалительных цитокинов, их количество не может считаться адекватным для сдерживания активного воспалительного процесса, что может служить отражением дисбаланса в системе цитокиновой регуляции. Обозначенные особенности цитокинового паттерна у онкологических больных в совокупности могут вносить определенный вклад и способствовать развитию ОРДС с увеличением вероятности гибели пациента.

Полученные в работе результаты согласуются с данными литературы, согласно которым возникновение ОРДС после перенесенного заболевания, вызванного SARS-CoV-2, сопровождается резким увеличением содержания провоспалительных цитокинов (IL-6, IL-2, TNF-α, INF-γ), а также важнейших хемоаттрактантов – IL-8, MCP-1, MIP-1b, обусловливающих накопление эффекторных клеток врожденного и на более поздних этапах – адаптивного иммунитета в легочной ткани. Реализация функциональной активности последних, направленная на элиминацию поврежденных вирусом клеток, сопровождается новой волной выброса цитокинов, которые потенцируют гиперактивность активированных клеток, повреждающих функциональную ткань легких, что и вызывает развитие ОРДС. На этом фоне формируется и дисбаланс цитокиновой регуляции – несмотря на то, что наблюдается увеличение содержания противовоспалительных цитокинов, их уровень изменяется не столь значительно, что и обусловливает возможность реализации деструктивных процессов со стороны ИКК.

Согласно имеющимся представлениям, ранняя фаза ОРДС ассоциируется с усилением образования различных цитокинов, в частности TNF-α, IL-1β и IL-8, повышенное содержание которых выявляется, прежде всего, в бронхоальвеолярном лаваже (БАЛ), причем их концентрация, в частности TNF-α, в крови больных с сепсисом коррелирует с выраженностью повреждения легочной ткани, что позволяет говорить о возможности использования данных показателей как факторов прогноза развития ОРДС [8].

Наблюдаемое во все фазы ОРДС повышение количества ИКК также является результатом воздействия на них цитокинов – хемоаттрактантов. При ОРДС выявлено повышение IL-8 и ENA-78, а также MCP-1 и MIP-1a/b, приводящих к накоплению в воспалительном очаге соответственно нейтрофилов и моноцитов [8].

Обращает на себя внимание тот факт, что более высокий уровень летальности наблюдался в группе пациентов с ОРДС, у которых в БАЛ было снижено содержание IL-10 и IL-1Ra. Это предполагает функциональную несостоятельность противовоспалительного ответа, возникающую на ранних этапах развития ОРДС, что может отражать более выраженное повреждение ткани легких и худший прогноз [8].

Особым маркером может выступать IL-6, для которого характерна роль модулятора, чем, собственно, про- или противовоспалительного цитокина – он способен подавлять образование TNF-α и IL-1, стимулируя при этом синтез некоторых белков острой фазы воспаления [8, 9].

Следует обратить внимание на тот факт, что каскад взаимодействий рассматриваемых цитокинов, высвобождаемых как в случае хронического воспаления (онкологические заболевания), так и в случае острого воспалительного ответа (инфекция SARS-CoV-2), не является ни линейным, ни однородным. Хотя их количественные уровни могут указывать на серьезность ответа, это не всегда подразумевает патологический ответ. Такое сложное взаимодействие иллюстрирует ограниченные возможности вмешательства в воспалительный ответ путем воздействия на отдельные медиаторы в различные моменты времени, которые, однако, необходимо учитывать при организации помощи пациентам с ОРДС различных групп [9, 19, 20].

Заключение

Можно заключить, что цитокинам отводится важная роль в патогенезе ОРДС. Особенностью цитокинового паттерна плазмы крови больных с ОРДС у пациентов с онкологическими заболеваниями являются высокие концентрации таких провоспалительных цитокинов, как IL-6, IL-2, TNF-α, MIP-1b, MCP-1 и IL-8, а также противовоспалительных цитокинов IL-10, IL-4.

Цитокиновый паттерн крови больных с ОРДС у больных, перенесших коронавирусную инфекцию, отличался более резким увеличением содержания IL-6, IL-2, TNF-α, IL-8, MIP-1b и IL-4, в то время как концентрация IL-10, хотя и превышала контрольные значения, но оказалась ниже показателей у пациентов с онкологическими заболеваниями.

Обозначенные особенности цитокинового паттерна плазмы крови больных с ОРДС могут рассматриваться как потенциальные диагностические биомаркеры.