Врожденный иммунитет и сепсис

Этот пост я вновь посвящаю любителям поднимать иммунитет незатейливыми препаратами. Он расскажет Вам про настоящее буйство иммунной системы, которое уносит ежегодно сотни тысяч людей по всему миру, и от которого до сих пор нет ни одного эффективного лекарства. Это хороший пример того, как непослушна иммунная система, и как сложно управлять ей даже самыми современными и таргетными иммунотропными препаратами.

Речь про сепсис. Вам это понятие знакомо как «заражение крови». Однако, бактеремия (присутствие микробов в кровотоке) совсем не обязательно приводит к сепсису. Многие, наверное, помнят про понятие «транзиторная бактеремия», которая случается, когда мы чистим зубы. Обычно, попавшие из ротовой полости или из кишечника в кровь бактерии быстро удаляются, и это не имеет для нас никаких последствий.

Сепсис развивается, когда иммунная система бурно реагирует на инфекционный агент (чаще всего, Грамотрицательную бактерию), но не может ограничить его распространение по тканям (диссеминацию).

В медицинской литературе выделяют несколько связанных понятий:

• Собственно, сепсис
• Тяжелый сепсис
• Септической шок
• Синдром системной воспалительной реакции (SIRS)

Первые три всегда связаны с инфекцией, у SIRS могут быть другие причины – например, травмы, кровотечения, ишемии, интоксикации, анафилаксии и так далее.

Однако, если причиной SIRS является какой-то патогенный микроорганизм (бактерии, вирусы, грибы, паразиты и т.д.), то это называется сепсис.

SIRS – это синдром, включающий два или более клинических признака:

• Температура свыше 38С или ниже 36С
• ЧСС > 90 ударов в минуту
• Частота дыхания > 20 в минуту или парциальное давление CO2 в артериальной крови < 32 mmHg
• Лейкоцитоз > 12,000 на мкл или лейкопения < 4,000 на мкл

Настройки нашего организма таковы, что любое нарушение антигенного гомеостаза тканей воспринимается, как угроза жизни и вызывает бурную ответную реакцию. Нам она известна, как воспаление. Боль, отек, покраснение, температура – это все благодаря ему.

Эволюционно-биологический смысл этого явления столь важен, что он прослеживается у первых многоклеточных организмов – морских губок, то есть ему уже как минимум 650 миллионов лет.

Когда в 1882 году, нагулявшись по пляжам Мессины, наш 37-летний соотечественник Илья Мечников принес в лабораторию личинку морской звезды и воткнул в нее розовый шип, на другой день он с интересом наблюдал многочисленные напоминающие амебы клетки, которые явно пытались этот самый шип сожрать.

В некотором смысле, наше тело – это тоже колония одноклеточных организмов, в которой сильно не любят чужаков, а заодно и своих, если они «отбиваются от коллектива».

В отличие от губок и морских звезд, в нашем организме многие типы клеток участвуют в иммунных реакциях. Как выяснилось много позже открытия Ильи Мечникова, движет нашими иммунными клетками сложная система воспалительных сигналов, проявляющихся на нескольких уровнях:

• молекулярном (продукция цитокинов, ростовых факторов, молекул комплемента и т.д.)
• клеточном (активация определенных свойств клеток, например, адгезивных и фагоцитирующих)
• тканевом (экссудация жидкости в ткань и ее инфильтрация иммунными клетками)
• системном (сигнализация и коммуникация между различными тканями)

Первой на появление «чужака» реагирует эволюционно древняя система врожденного или неспецифического иммунитета. Эта система не обладает таким совершенным инструментом адаптивного иммунитета, как соматическая рекомбинация и гипермутация генов, кодирующих антиген-распознающие рецепторы на лимфоцитах, позволяющая выработать антитело против любого антигена, даже никогда не существовавшего.

Но первые многоклеточные, тем не менее, как-то дожили до наших лет. И они способны защищаться от бактерий, грибов и других паразитов. Как же они отличают свое от чужого? Для этого у клеток системы врожденного иммунитета есть особые молекулы – рецепторы семейства pattern recognition receptors (PRR). Они не обладают уникальной специфичностью антител, но способны различать определенные молекулы, характерные для «чужих организмов» и для своей собственной разрушенной ткани.

Такие молекулы называют «образы» и делят на два класса:

• образы патогенных микробов – Pathogen Associated Molecular Patterns (PAMPs) и
• образы разрушения – Damage Associated Molecular Patterns (DAMPs)

PAMPs – это медленно эволюционирующие молекулы, характерные сразу для многих микроорганизмов и нетипичные для нашего собственного. Один из наиболее известных образов – это «эндотоксин» или липополисахарид (LPS), входящий в состав мембран многих бактерий.

Наличие PAMPs в ткани их связь c PRR рецепторами заставляет иммунную систему «насторожиться», однако PAMPs свойственны и симбионтам. Поэтому, нужно что-то еще. Для красочности образа позволю себе спекуляцию.

Представьте, что наша система врожденного иммунитета «наблюдает» такую картину:

На что похоже? Думаю, что все скажут – на человека. Мальчики также подметят что-то похожее на оружие.

Если у этого объекта есть PAMPs, то картинка в «глазах» нашей системы врожденного иммунитета будет выглядеть вот так:

Да, но «каска» и «автомат» могут быть и у симбионта. Чего-то не хватает. А не хватает «контекста» — что происходит вокруг объекта? Все спокойно или что-то не так?

Когда в ткани начинает развиваться инфекция – многие наши клетки гибнут, а ткань разрушается. В результате образуется большое количество DAMPs – это внутриклеточные компоненты, оказывающиеся во внеклеточном пространстве в результате повреждения или гибели клетки. Они включают нуклеиновые кислоты, гистоновые белки, кристаллы мочевой кислоты, молекулы АТФ, цитохром С, и другие вещества, которые в живой и здоровой клетке спрятаны за мембраной.

DAMPs добавляют контекст «стресса», опасности для выживания.

И картинка приобретает совсем другой вид:

Теперь даже древней иммунной системе понятно, что это враг. За это свойство DAMPs еще называют «алармины».

PRR, находящиеся на мембранах дендритных клеток и макрофагов, связываются с PAMPs и DAMPs, и начинается мощный воспалительный каскад. Воспаление обеспечивает не только ограничение зоны инфекции и сигнальную среду для передачи информации об инфекции в другие ткани и органы, но и формирует условия для созревания системы адаптивного иммунитета и его высокоспецифических лимфоцитов и антител.

Чтобы врожденный иммунитет своевременно уступил место адаптивному требуется очень тонкая регуляция воспаления. Оно должно вовремя начаться, достаточно продлиться и своевременно стихнуть. И обычно так и бывает – много PAMPs и DAMPs вначале обеспечивают рост воспалительных реакций, а гибель инфекционного агента и фагоцитоз погибших клеток и их фрагментов – затухание воспаления.

Однако, при сепсисе иммунная системы ведет себя не так.

Все начинается с очень сильной реакции системы врожденного иммунитета на микробные образы через систему PRR. Это приводит к чрезмерно сильному выбросу провоспалительных цитокинов всеми участвующими клетками. Раньше это называли «цитокиновый шторм» и считали, что главный элемент патогенеза сепсиса – это гипервоспаление.

Однако, недавно выяснилось, что одновременно с продукцией провоспалительных цитокинов TNFα, IL-1, IL-6, IL-12, IFNγ, вырабатываются и противовоспалительные цитокины – IL-4, IL-10, TGFβ. Это выглядит, как попытка иммунной системы восстановить нормальный баланс.

В первой фазе сепсиса провоспалительные процессы преобладают, но во второй они уступают противовоспалительным реакциям, которые постепенно переходят в тяжелую иммунодепрессию.

Вторая фаза сепсиса создает условия, при которых многие иммунокомпетентные клетки и врожденного и приобретенного иммунитета теряют свои свойства и погибают. Благодаря снижению иммунного контроля происходит диссеминация патогенных микрорганизмов и присоединение вторичной инфекции (как правило, антибиотикорезистентной нозокомиальной флоры).

Ряд исследований показал, что в исходе второй фазы сепсиса иммунные клетки теряют способность продуцировать любые цитокины, готовятся к апоптозу и снижают количество молекул, необходимых для активации и выживания. В популяции лимфоцитов селезенок пациентов с поздним сепсисом преобладают Т-регуляторные клетки и MDSC, которые подавляют окружающие иммунные клетки.

Апоптоз, процесс управляемой клеточной гибели, который обычно предохраняет нас от чрезмерного воспаления и позволяет нам ежедневно безболезненно заменять миллиарды клеток в нашем теле, теряет свою управляемость и становится причиной глубокого дефицита клеточного звена иммунитета.

Посмотрите, какая разница в популяции CD4+ T-лимфоцитов в селезенке человека с сепсисом (слева) и с обычной травмой (справа).

Коричневые точки – это лимфоциты. У пациента с сепсисом CD4+ клеток в селезенке почти не осталось.

Аналогичным образом апоптоз при сепсисе «выкашивает» и дендритные клетки – профессиональные антиген-презентирующие клетки, от которых зависит «включение» адаптивного иммунитета. Те же, что остаются в живых, теряют способность презентировать микробные антигены лимфоцитам и продуцировать цитокины.

На примере апоптоза иммунных клеток при сепсисе хорошо видна сложность иммунной системы – многообразие и разнонаправленность ее реакций. Так, если апоптоз лимфоцитов при сепсисе нарастает, то апоптоз обычно короткоживуших нейтрофилов задерживается.

Нейтрофилы – это первые клетки, реагируюшие на патогенные бактерии. Это «берсерки» иммунной системы. Они входят в ткань по сигналу воспаления и крушат все на своем пути, обладая очень агрессивным инструментарием (окислительные радикалы, цитотоксические молекулы, протеолитические ферменты и т.д.) и низкой избирательностью. Достается от них и чужим и своим, поэтому им лучше долго не жить. В норме, нейтрофилы погибают в течение 24 часов после выхода из костного мозга.

Но при сепсисе у нейтрофилов происходит полный разлад – они раньше времени покидают костный мозг, хуже мигрируют в ткани и долго не погибают. Все это приводит к накоплению у пациента с сепсисом в крови большого количества циркулирующих функционально неполноценных нейтрофилов. Это снижает контроль за патогенными бактериями и создает хорошие предпосылки для развития вторичной инфекции.

С моноцитами (предшественниками макрофагов в тканях) тоже происходят важные изменения. Они обретают толерантность к микробным образам, в частности, LPS (эндотоксину). Их рецепторы могут по-прежнему с ним связываться, но в ответ вырабатывают не провоспалительные, а противовоспалительные цитокины (например, ИЛ-10).

Во второй фазе сепсиса своих функций лишаются и клетки адаптивного иммунитета – Т-лимфоциты. Они теряют способность вырабатывать главные провоспалительные цитокины интерферон-гамма и TNF-α, и увеличивают количество рецепторов для апоптоза.

Т-лимфоциты, выделенные у пациентов, погибших от сепсиса, больше не способны активироваться в ответ на антиген. Это их состояние получило название «истощение Т-клеточного иммунитета» (T—cell exhaustion). Так, образно говоря, иммунная система сгорает в пламени длительного неконтролируемого воспаления.

Иммунитет – самая сложная для управления система, однако, появление новых иммунотропных препаратов, таких как Yervoy®, например, позволяет исследователям со сдержанным оптимизмом заниматься разработкой иммунотерапии сепсиса.

О неудачах и достижениях поговорим в будущих постах.

Новые посты проще всего отслеживать по анонсам в наших пабликах ВКонтакте и Фейсбуке.