Comparative characteristics of different endotypes in chronic rhinosinusitis

Full Text

Введение

Сравнительная характеристика различных эндотипов хронических риносинуситов

Хронический риносинусит (ХРС) – это воспаление слизистой оболочки носа и придаточных пазух длительностью не менее 12 недель, характеризующееся двумя и более из таких симптомов, как ощущение заложенности в носу, выделения слизистого характера из полости носа, наличие слизи на задней стенке глотки, болевые ощущения, сдавления или распирания в области лица и костей черепа.

ХРС представляет собой гетерогенную группу заболеваний носовых пазух со сложным и не до конца изученным патогенезом, зависящим от фенотипа заболевания. К важнейшим этиологическим факторам относятся: бактериальные, грибковые и вирусные инфекции, аллергены, коморбидные заболевания, генетические полиморфизмы, иммунодефицитные состояния.

Традиционно выделяют следующие фенотипы ХРС: риносинусит с полипами в носу и околоносовых придаточных пазухах (ПРС) и ХРС без появления полипозной ткани. Второй вид ХРС является фенотипически гетерогенным и включает в себя инфекционный, гиперпластический, атрофический, вазомоторный и атопический риносинуситы. Иммунопатогенез этих разновидностей заболевания будет различаться. Это обусловлено различными механизмами развития заболевания и этиологическими факторами [7]. Преимущественно, по данным литературы, при ХРС развивается Th2-вариант иммунного ответа [2].

Первой линией защиты слизистой полости носа и пазух является респираторный эпителий и мукоцилиарный клиренс, которые образуют механический барьер к инфекционным и другим проникающим агентам. Иммунные реакции реализуются на слизистой оболочке полости носа и пазух. Течение хронического воспалительного процесса при ХРС вызывает нарушение работы клеток респираторного эпителия с усилением проницаемости защитного барьера [3]. Далее в нейтрализации патогенов участвует система врожденного иммунитета и система комплимента. Презентация эпитопа антигена лимфоцитам формирует специализированный адаптивный иммунный ответ [9].

Цель данного обзора – изучить по данным литературы влияние первой линии защиты, компонентов врожденного и приобретенного иммунитета на патогенез полипозного и неполипозного ХРС.

В статье представлен обзор зарубежной научной литературы. Авторами был проведен научный поиск по тематике иммунного ответа при формировании риносинуситов с полипами и без них. Использовали соответствующие ключевые слова и фильтры в поисковых системах PubMed и Google Scholar, по базам данных Scopus, Web of Science. Ключевые слова: хронический риносинусит, эндотип, эпителиальная дисфункция, эозинофилы, носовые полипы, нейтрофилы.

Эпителий дыхательных путей как первая линия защиты пазух носа

Мукоцилиарный клиренс является основным врожденным защитным механизмом, поддерживающим транспорт и удаление веществ со слизистой.

Слизь вырабатывается бокаловидными клетками и содержит муцины с антибактериальными свойствами. Нарушение функций ресничек респираторного эпителия при ХРС затрудняет транспортировку и выведение веществ со слизистой. Снижение дифференцировки реснитчатых клеток и частоты движений опосредовано дисбалансом содержания IFNγ и IL-13, а также увеличивается при гиперплазии бокаловидных клеток [5]. Первичная цилиарная дискинезия также может быть причиной нарушения мукоцилиарного клиренса [20]. Кроме того, эозинофильный эндотип ПРС характеризуется повышением уровня двух основных муцинов дыхательных путей (ДП): MUC5AC и MUC5B [5, 6].

Повышенная экспрессия муцина MUC5AC и метаплазия бокаловидных клеток также наблюдались в синоназальной ткани человека при ХРС при пассивном и активном курении [8]. В мукозальном отделяемом с поверхности полипозной ткани в высоких концентрациях обнаруживаются такие пептиды, как серпины, периостин, цистататин-2, паппализин и другие. Синтез периостина связан с утолщением базальной мембраны и тканевой эозинофилией [9] и, возможно, участвует в ремоделировании слизистой при появлении носовых полипов [1].

Белок цистатин SN инициирует функционирование эпителиального барьера и осуществление иммунного ответа. Его содержание повышено у пациентов с эозинофильным типом ПРС, но снижено у пациентов с неэозинофильным типом ПРС относительно контроля [18].

Высокое содержание цистатина SN в назальном отделяемом имеет положительную корреляцию с быстрым ростом и рецидивированием полипоза при ПРС [28]. Пептид паппализин-А индуцирует пролиферацию клеток. Периостин стимулирует ангиогенез, пролиферацию, увеличение числа эозинофилов, иммунному ответу Th2-типа и ремоделированию ДП. Семейство серпинов, в частности serpinF2 и serpinE1, вызывают активацию фибринолиза [27]. Анализ образцов слизистой пазух пациентов с ХРС продемонстрировал снижение иммунного ответа врожденного звена иммунитета слизистой оболочки и повышение клеточного метаболизма, усиливающее ремоделирование тканей [4]. Воспалительные белки назальной слизи также могут быть причиной нарушения обоняния, и их профиль различен при сравнении пациентов с ПРС и ХРС без назальных полипов (НП) [8, 9].

Плотные соединения между близко расположенными клетками респираторного эпителия образуют селективно проницаемые барьеры. В ходе развития ХРС снижаются уровни содержания молекул, образующих плотные соединения: JAM-A, E-кадгерин [13], zonula occludens 1 (ZO-1), окклюдин-1 [14], а также снижается уровень IFNγ и IL-4, которые, скорее всего, играют важную роль в этом процессе [24]. Целостность барьера и дисфункция ресничек также опосредованы снижением уровня р63 [16], что может приводить к образованию НП путем перепрограммирования морфологии эпителия, особенно ресничек и адгезивных соединений [16, 26].

Секреторные функции эпителия ДП

Еще одной функцией ДП является секреция защитных молекул, действующих против патогенных микроорганизмов. Секретом ДП является лактоферрин, лизоцим, перекись водорода и оксид азота (NO). В результате синтеза полипозной ткани усиливается продукция двойных оксидаз 1 и 2 (DUOX1 и DUOX2) и перекиси водорода [2, 27]. На воздействие антигенов эпителий выделяет цитокины, при ХРС важное значение имеют IL-25, IL-33, TSLP (тимический стромальный лимфопоэтин). Помимо респираторного эпителия эти биологические модуляторы межклеточных взаимодействий синтезируются иммунной системой макроорганизма.

IL-33 синтезируется макрофагами и дендритными клетками (ДК), IL-25 – эозинофилами или тучными клетками [18, 25]. IL-25 напрямую сотрудничает с фибробластами носовой полости, которые могут участвовать в развитии полипоза носа [13, 17]. Исследования показали, что повышенные концентрации TSLP и IL-33 усиливают синтез факторов иммунного ответа Th2-типа [2, 20]. IL-33 возможно стимулируют репарацию слизистой оболочки носа и придаточных пазух, активируя сигнальный путь Notch-1 [3].

ТSLP и IL-33 стимулируют синтез ILC2 с выделением IL-5, активирующего эозинофилы вместе с IL-13 [13]. ДК (особенно в эозинофильном варианте ПРС) выделяют периостин [21], который усиливает секрецию TSLP респираторным эпителием, активирующий тучные клетки для продуцирования IL-5 [9]. Это может приводить к Th2-ответу и эозинофилии при ПРС.

Роль хемосенсорных клеток в иммунопатогенезе ХРС

Солитарные хемосенсорные клетки находятся в респираторном эпителии [24] и часто встречаются в тканях носовых полипов при гистологическом исследовании. Они синтезируют IL-25, активирующий ILC2, чем и опосредуют реализацию иммунного пути по Th2-типу [3, 10].

Поверхность солитарных хемосенсорных клеток богата вкусовыми рецепторами (T2R), имеющими иммунорегуляторные функции. Стимуляция T2R приводит к выработке антимикробных пептидов и NO, а также к повышению частоты движения ресничных мышц. При этом функции T2R в эпителии верхних ДП генетически обусловлены [25]. В случае РС нечувствительный генотип рецептора горького вкуса T2R38 связан с повышенной колонизацией грамотрицательных бактерий и более тяжелым течением заболевания [9]. Интересно, что у человека T2R38 обнаружен на оболочке иммуннокомпетентных клеток (CD4 и CD8), наличие T2R38 характерно среди пациентов более молодого возраста относительно старшего контингента [4].

Еще одна важная функция T2R – это выработка оксида азота на слизистой оболочке носа и придаточных пазухах, обеспечивающая функции нейтрализации чужеродных веществ. [6]. Было показано наличие T2R на поверхности альвеолярных макрофагов, стимуляция агонистами их рецепторов снижала синтез цитокинов [11]. Функции Toll-подобных рецепторов в развитии ХРС TLR (Toll-подобные рецепторы) встречаются как на поверхности клетки, так и в эндосомах, эндоплазматическом ретикулуме, лизосомах. Их задача – распознавать молекулярные паттерны, ассоциированные с патогенами (PAMP).

Основываясь на локализации клеток, Toll-подобные рецепторы идентифицируют мембраны чужеродных клеток или их нуклеиновые кислоты [24]. При распознавании чужеродного агента происходит выработка и выделение цитокинов, хемокинов и других протективных молекул и клеток иммунитета. Таким образом, функции TLR – это инициация и поддержание воспалительных реакций. Они могут увеличивать биосинтез интерферона I типа после вирусной атаки [12]. В случае ХРС без полипозной ткани, содержание TLR2, TLR4, TGF-β и коллагена увеличиваются относительно ХРС с полипами в носу, а выработка TLR2 и TLR4 коррелирует с количеством нейтрофилов на слизистой оболочке носа и придаточных пазухах при РС [15].

При ПРС нарушения в синтезе TLR2 приводят к дисбалансу регуляторных клеток Th17/T (Treg). Показано, что препарат из Aspergillus flavus может ускорять Тh17-опосредованное воспаление, а повышение экспрессии TLR2 и ядерного фактора κB (NF-κB) на слизистой оболочке носа при ХРС связано с появлением биопленок [20].

Гипоксия эпителия ДП при развитии ХРС

Дефицит кислорода нарушает иммунные функции при ПРС, вызывая повышение концентрации IL-17A, гипоксически-индуцируемого фактора 1α (HIF-1α) и HIF-2α [1]. Содержание фактора HIF-1α в назальном отделяемом при ПРС значимо выше относительно группы здоровых, а уровень HIF-1α в полипозной ткани имеет положительную корреляцию с продукцией IL-17A и нейтрофильным воспалением [22]. Экспериментальные модели in vitro клеток эпителия носа, культивируемых в гипоксических условиях, показали интенсификацию секреции хемокинов и хемотаксиса эозинофилов и нейтрофилов по сравнению с условиями с адекватным уровнем кислорода [8] и повышение содержания эотаксина-1 (CCL11), эотаксина-2 (CCL24) и эотаксина-3 (CCL26) в тканях полипов носа [9]. Показано, что гипоксические состояния, которые могут происходить на слизистой оболочке во время хронического синусита, приводят к повышенной выработке HIF-1α и MUC5AC [19].

Роль клеток врожденного иммунного ответа при ХРС

Основными активаторами врожденных лимфоидных клеток являются эпителиальные цитокины IL-25, IL-33 и TSLP. Активированные врожденные лимфоидные клетки продуцируют провоспалительные цитокины IFNγ, IL-5, IL-13, IL-22 и IL-17А [28] и модулируют функциональные ответы других популяций иммунных клеток. ILC1, ILC2 и ILC3 взаимодействуют с CD4⁺Т-лимфоцитами субпопуляций Th1, Th2 и Th17 [2].

Каждый тип врожденных лимфоидных клеток продуцирует соответствующие цитокины, обладающие плейотропностью [28].

ILC1 регулирует ответ на внедрение РНК-вирусов, внутриклеточные бактерии и обеспечивает Th1-тип иммунного ответа с выработкой соответствующих цитокинов, в основном IFNγ.

ILC2 участвуют в иммунном ответе на аллергию, паразитов и запуск репарации тканей, способствуют ответу 2-го типа и увеличению концентраций цитокинов Th2-типа: IL-4, IL-5, IL-13.

ILC3 осуществляют инактивацию внеклеточных организмов посредством Th17-типа иммунного ответа, выделяя для этого IL-17 и IL-22 [11, 27]. Вероятно, основную роль в возникновении ПРС играют ILC2. Однако клетки ILC1 и ILC3 тоже определяются при ХРС, но их точный функциональный вклад до конца не изучен.

Нейтрофильные лейкоциты в патогенезе ХРС

Клетки-нейтрофилы становятся активными в ответ на присутствие микробов, грибков, при нарушении целостности тканей они способствуют фагоцитозу, в том числе внеклеточных микробов. Точная роль нейтрофилов при ХРС остается неясной, однако в азиатской популяции они ассоциированы с развитием ПРС в значительно большей степени по сравнению с европеоидами [26]. Нейтрофилы способствуют повреждению тканей путем дегрануляции [6, 11]; с другой стороны, они могут секретировать онкостатин-М, который запускает репарацию эпителия [28] и препятствует профибротическому эффекту интерлейкинов IL-4 и TGF-β1 [3]. Микроокружение полипозной ткани приводит к дифференцировке IL-17-позитивных Т-лимфоцитов, их количество положительно коррелирует с инфильтрацией синоназальной ткани нейтрофилами. Локальное инфицирование бактерией Staphylococcus aureus (SA) может вызывать сдвиг регуляции IL-17 и IL- 17-положительных Т-клеток в тканях НП [24]. Количество внеклеточных ловушек нейтрофилов в назальном секрете, которые участвуют во врожденном иммунитете, захватывая микроорганизмы, увеличивается при обострении ХРС по сравнению со стабильным течением ХРС [5]. Количество внеклеточных нейтрофильных ловушек достоверно повышено в тканях НП, что еще раз подтверждает их серьезное значение в патогенезе у пациентов с ПРС [6].

Вклад моноцитов и макрофагов в патогенез ХРС

Моноциты и макрофаги осуществляют уничтожение чужеродных микроорганизмов из крови и тканей. В очаге воспаления моноциты трансформируются в макрофаги. Макрофаги могут быть двух фенотипов: М1 (активируются цитокинами Тh1 при начале воспалительного процесса) и макрофаги М2, стимулируемые цитокинами Th2-типа. Определено, что макрофаги М2 в тканях НП также могут участвовать в отложении фибрина.

Макрофаги рекрутируют нейтрофилы и эозинофилы в очаг воспаления [7, 12]. В тканях НП макрофаги М1 являются основным клеточным источником IL-17A, их влияние на образование НП было продемонстрировано на мышиной модели [7].

Роль базофилов в формировании ХРС

Базофилы в основном циркулируют в крови; высвобождение ими IL-4 вызывает Th2-опосредованную воспалительную реакцию [4]. Высокие концентрации IL-4 были выявлены в ткани НП пациентов при астматической триаде (это сочетание аллергической бронхиальной астмы, ПРС, непереносимость НПВС и ненаркотических анальгетиков) относительно группы с изолированной формой ПРС [22]. Возможно, повышенный уровень IL-4 можно расценивать как прогностический признак появления астматической триады.

Функции тучных клеток при ХРС

Синтез тучных клеток идет в соединительной ткани, недалеко от железистой ткани. Активация этого процесса происходит при стимуляции Toll-подобных рецепторов компонентами микробной клетки или антителами. В результате стимуляции происходит дегрануляции и выброс биологически активных веществ, приводящая к повышенной сосудистой проницаемости, нейтрализации и патогенов и аллергическим проявлениям и к отеку тканей, деградации внеклеточного матрикса и нарушению целостности эпителиального барьера [7, 9, 14]. При ХРС тучные клетки способствуют эозинофильному воспалению и запускают появление полипозной ткани и аспириновую триаду, стимулируя выброс лейкотриенов (cysLTs) или простагландинов (PGD2) [5, 8]. Тучные клетки выделяют периостин, который является важным индикатором эозинофильного воспаления [3].

Эозинофилы

Эозинофильное воспаление чаще характерно для ПРС [1]. Однако присутствие эозинофилов оказывает негативное влияние на течение заболевания, независимо от наличия НП [8]. Особенно у пациентов с рецидивирующим ПРС больше эозинофилов, а также эозинофильных агрегатов муцина [4]. Определено, что повышенный уровень эозинофилов является потенциальным диагностическим критерием для оценки тяжести заболевания [8]. При ХРС происходит повышенный синтез и ингибирование апоптоза эозинофилов, на которые влияют эпителиальные цитокины, Th2-цитокины, протеазы, компоненты системы комплемента, факторы стволовых клеток и эйкозаноиды. Наибольшую роль играют ILC и Th2-клетки [3, 8, 9].

Высокий уровень IgE коррелирует с инфильтрацией эозинофилов и, возможно, приводит к развитию НП [11], а также эозинофилы продуцируют семафорин 7А – фактор, вызывающий фибринолиз в ДП [10].

У пациентов с ХРС без полипов с общей концентрацией IgE в сыворотке крови более 100 МЕ/ мл было показано, что интраназальные глюкокортикоиды не корректируют симптоматику и необходимо применение системной гормональной линии препаратов [2].

Значение естественных клеток-киллеров при ХРС

Естественные клетки-киллеры (NK) – это лимфоциты, распознающие и обезвреживающие инфицированные клетки. Клетки-киллеры могут выделять IFNγ для активации тканевых макрофагов [5]. Для NK-клеток пациентов с ПРС характерен низкий потенциал свойств дегрануляции и низкие концентрации IFNγ или TNFα [9].

Клетки адаптивного иммунного ответа при ХРС

ДК представляют антигены наивным Т-клеткам и таким образом соединяют врожденный и адаптивный иммунные ответы.

Эпителиальные цитокины и ILC активируют ДК, что приводит к соответствующей дифференцировки Т-клеток [1, 21]. ДК могут проникать в ткань НП и активировать Т-клетки [9]. Также было отмечено увеличение концентрации фактора запрограммированной клеточной гибели при ПРС [5], а также его лиганда при эозинофильном эндотипе в азиатской популяции [9]. При эозинофильном типе ПРС ДК приводят к активации пути смешанного пути иммунного ответа (Th1/ Th2/Th17), тогда как при неэозинофильном типе ПРС ДК вызывают ответ Th1/Th17 [9].

Значение Т-клеток при ХРС

Т-клетки обеспечивают рекрутирование эффекторных клеток, нейтрализацию инфицированных клеток, взаимодействие с В-клетками, приводящее к выработке иммуноглобулинов, за выработку клеток памяти после иммунного ответа. Основными подтипами Т-клеток являются CD4⁺Т-хелперы и CD8⁺ цитотоксические Т-клетки. CD4⁺Т-клетки дифференцируются в пять основных субпопуляций: Th1, Th2, Th17, фолликулярные Т-хелперы и Tregs [5]. Клетки Th1 активируются фагоцитированными микробными частицами при поддержке ILC1. Th1-клетки высвобождают IFNγ, TNFα и TNFβ, осуществляющие процесс фагоцитоза микроорганизмов, активируя макрофаги и презентацию антигена, формируя клон эффекторных Т-лимфоцитов.

Th2 в основном активируются паразитами, которые мобилизуют эозинофилы, тучные клетки, ILC2 и усиливают синтез иммуноглобулинов В-лимфоцитами (чаще IgE) [9, 13]. Th2-клетки высвобождают IL-4, IL-5 и IL-13, активирующие эозинофилы, макрофаги, которые продуцируют факторы роста клеток, приводящие к репарации тканей [10]. Субпопуляция Th17 активирует нейтрофилы, моноциты и секретирует семейство IL- 17 и IL-22 [1].

Уровни собственных подтипов Т-клеток при ХРС различаются в зависимости от фенотипа риносинусита. Повышенные уровни субпопуляции Th2 с эозинофилами наблюдаются у пациентов с ПРС в Европе, а повышенные уровни Th1/ Th17-типа иммунного ответа и высокие содержания нейтрофилов характерны для азиатов [13]. Иммунологический каскад реакций одинаков как в ткани полипа, так и рядом находящихся слизистых для каждого изученного пациента с ПРС [16].

Исследования обнаружили, что если полипозную синоназальную ткань обработать SA-энтеротоксином B, то можно наблюдать Th2/ Th17-тип иммунного ответа относительно контроля. При гистологическом исследовании в тканях НП и неполиповидной ткани экспрессия генов IL-5, IL-8 и TLR4 повышена, а FoxP3, IL-1B и IL-6 снижена относительно группы здоровых лиц.

Было определено, что назначение препарата SA-энтеротоксина пациентам с ПРС запускает синтез генов IL-5 и IL-17A в полипозной ткани, увеличению содержания TLR4, а уровень гена IL-1B становится ниже. Провоспалительное микроокружение и снижение выработки противовоспалительных цитокинов могут влиять на образование НП [16]. CD8⁺Т-клетки могут трансформироваться в цитотоксические Т-клетки, [5]. Показано, что при ПРС обнаружены более высокие уровни CD8⁺, чем CD4⁺Т-клеток [10]. Однако их содержание одинаково высоко, несмотря на эозинофильный тип воспаления [18]. При ХРС Th1- и Th17-пути иммунного ответа активированы и связаны с экспрессией TGF-β, IFNγ и IL-6, IL-8 и IL-17 [11]. CD4⁺Tregs, характеризующиеся экспрессией FoxP3, обладают иммуносупрессивными функциями. Они участвуют в распознавании аутоантигенов и общем гомеостазе [1]. При ХРС снижение уровня Tregs может привести к хроническому воспалительному состоянию [12], и в целом их уровни снижены в периферической крови пациентов с ХРС без НП. Количество Tregs одинаково у пациентов с различным эндотипом РС (с полипами и без), но уровни инфильтрации тканей Tregs выше при ПРС по сравнению с ХРС. При ХРС для Tregs характерно повышение экспрессии провоспалительных факторов относительно регуляторных [22]. Также миграционный потенциал Tregs значительно снижен относительно пациентов с ХРС [4].

Роль В-лимфоцитов при ХРС

Активированные B-клетки синтезируют иммуноглобулины, связывающие антигены, и выполняют важную функцию нейтрализации различных патогенных факторов. Содержание В-клеток выше при ПРС по сравнению с пациентами с ХРС без полипозной ткани [15]. Они имеют ускоренный фенотип памяти и являются менее зрелыми или выполняют неполноценную регуляторную функцию для Th-лимфоцитов [22]. При ХРС усиливается концентрация нескольких факторов, которые потенциально могут модулировать пути ответа В-клеток. Хемокины CXCL13 и CXCL12 регулируются при ХРС и приводят к рекрутированию В-клеток [17]. IL-21, который сверхэкспрессируется в носовых полипах, активирует дифференцировку В-клеток и приводит к секреции IgG и IgA [8]. При ПРС ILC2 запускает локальную активацию В-клеток [18]. В ткани НП идет тесное взаимодействие В-клеток с тучными клетками, что усиливает локальную продукцию IgE [12, 28]. Кроме того, у пациентов с наличием полипозной ткани стимуляция TLR9 запускает релиз IFN I типа, что ведет к активации В-клеток. Высокая концентрация В-клеток в сыворотке крови положительно коррелирует с абсолютным и относительным количеством эозинофилов крови, тканевых эозинофилов и концентрацией общего IgE в сыворотке крови [19]. Таким образом, уровни В-клеточного активирующего фактора достоверно выше у пациентов с рецидивирующими полипами, что может свидетельствовать о его роли в формировании НП при ПРС и прогнозировании послеоперационного рецидива [4].

Заключение

ПРС и ХРС без полипов сопровождаются нарушениями всех звеньев иммунного ответа. Ведущими отличительными факторами в патогенезе ПРС являются повышенный синтез периостина, цистатина SN, IL-25, количество фибробластов, тканевая эозинофилия, высокое число внеклеточных нейтрофильных ловушек и уровень М1-макрофагов, снижение содержания TLR2, TLR4, TGF-β и выработки коллагена. Данные критерии могут использоваться для персонифицированного алгоритма диагностики и лечения таких больных.

About the authors

Anna M. Lazareva

Research Institute of Medical Problems of the North, Krasnoyarsk Science Center, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: a.m.lazareva88@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7972-3719

PhD (Medicine), Junior Researcher

Russian Federation, Krasnoyarsk

Olga V. Smirnova

Research Institute of Medical Problems of the North, Krasnoyarsk Science Center, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: ovsmirnova71@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3992-9207

PhD, MD (Medicine), Professor, Head, Laboratory of Molecular Cellular Pathophysiology

Russian Federation, Krasnoyarsk

References

Supplementary files