Markers of systemic leukocyte activation for assessing acute and chronic systemic inflammation

Full Text

Введение

Согласно современным представлениям, в патогенезе ряда острых и наиболее тяжелых хронических заболеваний значительную роль играет системное воспаление (системное гипервоспаление – СВ). Триггерную роль в активации механизмов СВ играют микробные антигены (PAMP) и продукты некротического распада клеток (DAMP), которые при массивном поступлении в системный кровоток через Toll-подобные рецепторы (toll-like receptors – TLR) активируют большое количество лейкоцитарных клеток (мононуклеарные фагоциты, дендритные клетки, нейтрофилы, базофилы, мастоциты, эозинофилы, нормальные киллеры). Феномен системной активации лейкоцитов можно рассматривать как одну из составляющих более интегрального феномена СВ – системной воспалительной реакции (СВР). В настоящее время известны сотни молекулярных маркеров – продуктов активации лейкоцитов, которые могут выступать в качестве критериев их системной активации, к числу которых могут быть отнесены цитокины (IL-6, TNFα и др.), растворимый рецептор к IL-2 (sIL- 2R) или CD25, β2-микроглобулин, эозинофильный катионный белок (ECP – eosinophil cationic protein). Рецептор к IL-2 конститутивно экспрессируется на Т- и В-лимфоцитах. После активации лимфоцитов усиливается не только экспрессия на их поверхности IL-2R, но и шеддинг этого рецептора в кровоток [1]. Таким образом, клиническое значение измерения sIL-2R в сыворотке крови заключается в оценке степени активации клеток лимфоцитарного ряда. β2-микроглобулин является компонентом легкой цепи главного комплекса гистосовместимости класса I (MHC I), представлен на всех ядросодержащих клетках организма человека. Наибольшая его экспрессия наблюдается на лимфоцитах, а усиление продукции β2-микроглобулина в кровоток, как правило, связано с повышенным клиренсом клеток (при инфекционных, аутоиммунных, опухолевых заболеваниях) [2]. ECP, являясь компонентом гранул эозинофилов, обладает высокой цитотоксической активностью в отношении ряда вирусов, бактерий и паразитов, а также собственных тканей организма [6]. ECP-индуцированная деструкция тканей и высвобождение большого количества DAMP вносит вклад в развитие вторичной системной альтерации – отдельного феномена СВ, который замыкает порочный круг патологического процесса СВ и делает его самоподдерживающимся.

Цель исследования – оценить возможность применения маркеров системной активации лейкоцитов в качестве критериев острого и хронического системного воспаления.

Материалы и методы

Для изучения острого СВ были проанализированы данные пациентов с острыми критическими состояниями инфекционного и неинфекционного генеза, для изучения хронического СВ – данные пациентов с иммуновоспалительными ревматическими заболеваниями (ИВРЗ).

1. Сепсис – реанимационные пациенты без развития полиорганной недостаточности (ПОН, дефиниции консенсуса Сепсис-2 [3]) и с развитием ПОН (Сепсис-3 [5]), n = 121, возраст – 42,7±17,3 года, мужчин 62,4%, обследование на 1-7 сутки после госпитализации).
2. Травма – множественные повреждения двух и более областей тела с развитием и без ПОН, n = 136, возраст – 39,0±13,7 года, мужчин 68,4%, обследование на 1-7-е сутки после госпитализации в отделение интенсивной терапии.
3. Системная красная волчанка (n = 49, возраст – 43,7±13,3 года, мужчин 6,1%, длительность заболевания – 11,9±9,4 года).
4. Ревматоидный артрит (n = 42, возраст – 53,1±14,3 года, мужчин 9,5%, длительность заболевания – 7,1±7,4 года).
5. Реактивный артрит, вызванный Chlamydia trachomatis (n = 30, возраст – 42,4±14,3 года, мужчин 39,3%).
6. Псориатический артрит (n = 12, возраст – 52,9±6,1 года, мужчин 50%).
7. Хроническая ревматическая болезнь сердца (n = 15, возраст – 55,3 ± 13,0 года, мужчин 14,3%).

В цитратной плазме крови пациентов измеряли уровни воспалительных медиаторов: острофазного С-реактивного белка (CRP) и цитокинов (IL-6, IL-8, TNFα, IL-10), на основании которых по оригинальной авторской методике производился расчет интегрального показателя СВР – уровня реактивности – УР (min 0 – max 5) [7], а также маркера паракоагуляции – D-димера, маркера дистресс-реакции – кортизола, маркеров системной альтерации – миоглобина и тропонина I. Наличие острого и хронического СВ определялось с учетом данных показателей по разработанным ранее шкалам [8]. У части пациентов определяли также дополнительные маркеры СВР, свидетельствующие о внутрисосудистой активации различных субпопуляций лейкоцитов: уровни эозинофильного катионного белка, sIL-2R, β2-микроглобулина. Исследование проводили методом иммунохемилюминесценции (Immulite, Siemens Medical Solution Diagnostic, США).

Статистический анализ проводили с использованием программного пакета Statistica 12.0 (StatSoft, Inc., США). После проверки данных на тип распределения (тест Колмогорова–Смирнова) для анализа и сравнения использовали непараметрические методы и критерии: Манна–Уитни (U-критерий) и Хи-квадрат (χ²). Данные представлены в виде: Медиана (Ме) и 25-75 квартили, а также частоты (%) превышения значений, являющихся критериальными для развития СВ. Для оценки взаимосвязей между концентрацией исследуемых маркеров и баллами по шкалам СВ применяли критерий Спирмена (R). Результаты считались статистически значимыми при р < 0,05.

Результаты и обсуждение

Частота выявления СВ при острых процессах составила 77,2%, при хронических – 39,9%, при этом интенсивность его основного феномена – СВР, оцениваемая по УР, значимо отличалась как в группах с наличием/без СВ обоих вариантов, так и при сравнении соответствующих групп при хроническом и остром процессе (U-критерий, p < 0,05). Аналогично, процесс СВ ожидаемо отличался и по выраженности феномена активации лейкоцитов.

Хроническое СВ характеризовалось меньшей интенсивностью этого феномена: частота выявления всех критериев при ХрСВ не превышала 50% случаев и статистически значимо (χ², p < 0,05) была ниже, кроме β2-микроглобулина, по сравнению с острым СВ, при котором указанные критерии выявляли в большинстве случаев (рис. 1). В группах пациентов с острым процессом, как с развитием СВ, так и без него, абсолютные значения исследуемых показателей активации лейкоцитов (табл. 1) также были статистически значимо выше (U-критерий, p < 0,05). В целом выраженность указанного феномена у пациентов с ХрСВ была сопоставима с таковой у пациентов с острыми состояниями, но без развития СВ: выявлено отсутствие статистически значимых отличий групп больных с ХрСВ от «острых» пациентов без СВ по содержанию sIL2R и β2-микроглобулина (U-критерий, p < 0,05).

 

Рисунок 1. Частота регистрации медиаторов воспаления и дополнительных критериев

Примечание. А – в группах с острым процессом; Б – в группах с хроническим процессом.

Figure 1. Frequency of registration of inflammatory mediators and additional criteria

Note. Group A represents those with acute processes, while Group B represents those with chronic diseases.

 

Таблица 1. Описательная статистика исследуемых показателей (Me (q_0,25-q_0,75) %) и частота регистрации одновременно двух и трех дополнительных критериев в исследуемых группах

Table 1. Descriptive statistics of the indicators studied (Me (q_0.25-q_0.75) %) and the frequency of simultaneous registration of two and three additional criteria in the groups studied

Показатель Parameter	Острые состояния Acute condition		Хронические заболевания Chronic nosologies
	СВ SI	Без СВ Without SI	ХрСВ ChSI	Без ХрСВ Without ChSI
CRP	13,5* (5,1-28,8)	13,1 (5,9-24,4)	0,85 (0,2-2,3)	0,4 (0,15-1,65)
IL-6	96,01 (37,0-261,0)	42,9 (19,0-98,9)	44,92 (12,3-131,0)	2,9 (1,9-5,9)
TNFα	9,81 (4,7-23,0)	7,1 (4,0-14,0)	5,032 (27,8-109,0)	5,2 (3,9-11,2)
sIL-2R	1194,0 (612,0-2498,0)	870,5 (579,5-1671,0)	747,52 (581,5-1268,0)	474,0 (369,0-760,0)
β2-микроглобулин β2-microglobulin	2813,01 (1687,5-4760,0)	2440,0 (1680,0-3876,0)	2380,02 (1590,0-3460,0)	2004,0 (1645,0-2480,0)
ECP	13,61 (8,1-23,6)	10,1 (6,0-17,7)	6,42 (3,2-15,0)	4,2 (3,0-5,7)
2 доп. критерия, % Two additional criteria	40,2	28,0	23,7	2,2
3 доп. критерия, % Three additional criteria	20,5	8,8	3,4	1,1

Примечание. Представлены медиана и межквартильный интервал – Ме (Q_0,25-Q_0,75). ^{1 и 2} – значимые отличия между группами с СВ/без СВ при остром и хроническом процессе.

Note. Median and interquartile range – Me (Q_0.25-Q_0.75) are presented. ¹ and ², significant differences between groups with/without SI in acute and chronic process.

 

Очевидно, что принципиальную роль в сдерживании воспалительного процесса при хронических заболеваниях играет длительная противовоспалительная терапия. Возможна также постепенная адаптивная перестройка секреторного и рецепторного фенотипов клеток, на фоне их системной вовлеченности в развитие СВ хронического и острого (сопоставимая частота выявления β2-микроглобулина, но значимая разница концентрации), которая обусловливает неотвечаемость эффекторных клеток на активационные стимулы в случае хронизации воспаления [4].

В качестве подтверждения вышеуказанного заключения мы рассматриваем и значимость отличий по исследуемым критериям между группами пациентов с острыми и хроническими заболеваниями, у которых СВ не развивалось, как по частоте выявления критериев (кроме TNFα), так и по их концентрации в плазме (χ², U-критерий, p < 0,05).

Важно отметить, что превышение исследуемыми показателями нормальных значений при остром и хроническом воспалении не может являться критерием СВ, тем более без учета динамики их изменения. Для использования любого медиатора воспаления в качестве дополнительного критерия оценки выраженности СВ или частного феномена, необходимо определять диапазоны концентраций, которые соответствуют развитию процесса во времени, т. е. выявлять определенный патофизиологический смысл такого повышения.

Так, группы пациентов без и с развитием острого СВ не отличались по частоте регистрации превышения критериального значения IL-6 (χ², p < 0,05), но эмпирические значения IL-6 при развитии острого СВ были в два раза выше, по сравнению с группой без СВ (U-критерий, p < 0,05). Значимые отличия между группами без/с СВ установлены и по концентрации TNFα (U-критерий, p < 0,05). А вот содержание «классического» маркера воспаления – CRP значимо не повышалось при развитии СВ, причем описанная динамика широко распространенных маркеров СВР справедлива и для хронического процесса.

Среди дополнительных критериев активации лейкоцитов у пациентов с ХрСВ наиболее часто выявлялся уровень sIL-2R > 700 ед/мл, наименее часто – уровень ECP > 10 нг/мл, при остром СВ, наоборот, ЕСР чаще всех превышал критериальное значение 10 нг/мл (рис. 1).

Согласно результатам исследования, наиболее стабильными показателями, позволяющими разделить группы без/с СВ при острых и хронических заболеваниях как по частоте регистрации, так и по концентрации в плазме, стали TNFα, ECP и β2-микроглобулин, что свидетельствует о типовом характере системной активации лейкоцитов и возможности их применения для оценки интенсивности описываемого феномена при интегрировании в балльную шкалу СВ. Однако самостоятельное применение этих показателей в качестве критериев комплексного процесса СВ и даже феномена СВР весьма сомнительно, поскольку регистрация пороговых значений одновременно двух критериев при остром процессе СВ была менее чем в половине всех случаев, а при хроническом – не достигала и четверти (табл. 1), при этом была сопоставима с группой без острого СВ. Все три дополнительных критерия определялись при остром СВ в 20,5% случаев, при хроническом – в единичных (табл. 1).

Вышесказанное утверждение подтверждается и слабыми корреляционными связями между бальной оценкой по шкалам УР, СВ и ХрСВ и исследуемыми маркерами активации лейкоцитов. Так, в группе с хроническими заболеваниями максимальный уровень взаимосвязи с баллами по шкале ХрСВ определяли для sIL-2R (R = 0,40, р < 0,001), в группе с острыми состояниями для всех дополнительных критериев R < 0,3 (р < 0,01). Уровень корреляции между этими критериями и баллами по шкале УР при обоих вариантах воспалительного ответа был менее 0,4 (р < 0,05). При этом слабая корреляционная связь выявлена между sIL-2R и β2-микроглобулином (R_{хроники} = 0,57 и R_острые = 0,47, р < 0,05).

Заключение

Таким образом, можно сделать следующее заключение: маркеры sIL-2R, ECP и β2-микроглобулин возможно использовать для определения выраженности феномена активации лейкоцитов и для интегрирования в шкалу СВ, при условии выделения диапазонов концентрации, соответствующих динамике развития острого и хронического СВ.

About the authors

N. V. Zotova

Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: zotovanat@mail.ru

PhD (Biology), Senior Research Associate, Laboratory of Inflammation Immunology

Russian Federation, Yekaterinburg

Yu. A. Zhuravleva

Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: zotovanat@mail.ru

PhD (Biology), Senior Research Associate, Laboratory of Inflammation Immunology

Russian Federation, Yekaterinburg

References

Supplementary files