Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Посмотрите новые поступления ... Обратите внимание!
 
  Наука >> Медицина >> Аллергология и иммунология | Научные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение

Антимикробные свойства окиси азота и регуляция ее биосинтеза в макроорганизме

Н.А. Виноградов

Центральный НИИ эпидемиологии, Москва.

В начало...


Расположение возбудителей инфекционных заболеваний внутри клеток организма хозяина свойственно не только вирусам, риккетсиям и микоплазмам, но и многим бактериям. Внутриклеточная локализация микроба делает его менее доступным для антимикробной терапии: во-первых, высокие концентрации антимикробных препаратов внутри клеток макроорганизма могут быть для него токсичными, во-вторых, в клетках макроорганизма концентрации антимикробных препаратов обычно ниже, чем в крови. Исключением может служить азитромицин: его концентрации в тканях намного выше, чем в крови.

Многие случаи рецидивов и затяжного течения инфекционных заболеваний связаны с внутриклеточными возбудителями: вирусные инфекции (вирусные гепатиты, вирусные энцефалиты), риккетсиозы (рецидив сыпного тифа - болезнь Брилля), протозойные инфекции (токсоплазмоз, амебиаз, рецидивы малярии), бактериальные инфекции (туберкулез, лепра, рожа, клещевой боррелиоз и др.). Клетки, внутри которых паразитируют патогены, нередко становятся резервуаром для этих патогенов. Клетки мононуклеарно-макрофагальной системы, которые являются первой линией защиты хозяина от инфекционных болезней, иногда оказываются резервуаром для микробов, в котором они сохраняются жизнеспособными.

Данные последних лет показывают, что эндогенная окись азота - важнейший фактор неспецифической резистентности макроорганизма при внутриклеточных инфекциях. Одним из доказательств тому служат опыты, в которых подавление синтеза окиси азота в клетках макроорганизма стимулировало размножение возбудителей и обостряло течение экспериментальных инфекций. Дефицит окиси азота внутри фагоцитирующих клеток - одна из главных причин незавершенности фагоцитоза и размножения микробов внутри фагоцитов.

Окись азота (NOћ) - газообразное соединение со свободным неспаренным электроном.

В 1987 году было обнаружено, что NOћ синтезируется клетками человека и млекопитающих животных. Окисление атомом кислорода аминокислоты L-аргинина в присутствии фермента синтазы окиси азота (NO-синтазы или NOS) приводит к образованию NOћ. Донатор азота - азотсодержащая боковая цепь L-аргинина. В жидких средах макроорганизма NOћ проявляет свою бактерицидность, оказывает множество физиологических и патофизиологических воздействий на макроорганизм. Открытие внутриклеточного синтеза NOћ привело к открытию ранее неизвестной регуляторной системы организма человека и млекопитающих животных - системы окиси азота. Малые размеры молекулы NOћ позволяют ей беспрепятственно проникать сквозь клеточные мембраны, без участия рецепторов [1]. Скорость внутриклеточного синтеза NOћ возрастает с повышением активности NOS внутри клеток и концентрации L-аргинина в межклеточном пространстве. Изучены 3 изоформы NOS: эндотелиальная, нейрональная и макрофагальная. Их гены находятся в 7-й, 12-й и 17-й хромосомах соответственно [2].

Эндотелиальную NOS обнаруживают в клетках эндотелия сосудов, тромбоцитах, миокарде и эндокарде. Одной из главных внутриклеточных мишеней NOћ, вырабатываемой эндотелиальной NOS, является гуанилатциклаза гладкомышечных волокон сосудов. Активация этого фермента ведет к образованию цГМФ, вызывающего расслабление гладкомышечных волокон [3]. Катаболизм нитроглицерина в организме пациента сопровождается образованием NOћ, которая вызывает вазодилятацию.

Нейрональную NOS обнаруживают в нейроцитах ЦНС и периферических сплетений вегетативной нервной системы (ВНС). В ЦНС и ВНС имеются нитрергические синапсы. Их медиатором является NOћ. Высокая и кратковременная реактогенность присущи NOћ и другим нейротрансмиттерам. До открытия системы окиси азота нитрергические синапсы относились к "нехолинергическим и неадренергическим". По эфферентным нитрергическим нервам NOћ распространяется в органы дыхательной системы [4], желудочно-кишечного тракта [5], мочеполовой системы [6], в матку [7].

Нейрональная и эндотелиальная NOS имеют много общих свойств, их объединяют вместе и называют конститутивной NOS. Фермент синтезирует NOћ в физиологических концентрациях, необходимых для поддержания гомеостаза организма. Образование NOћ происходит в дискретном режиме и небольшими порциями, причем только в те промежутки времени, когда в NO-синтезирующей клетке повышается концентрация кальция. Фермент функционирует относительно автономно по отношению к факторам внешней среды и регуляторным системам макроорганизма. Гормоны коры надпочечников не оказывают на нее никакого влияния . Несмотря на бактерицидные свойства NOћ физиологические концентрации NOћ оказываются недостаточными для подавления микробов, находящихся во внутренней среде макроорганизма.

Благодаря вазодилятационным свойствам окиси азота конститутивная NOS в регуляции артериального давления выступает как антагонист адренергической нервной системы [8]. Врожденная или приобретенная недостаточность конститутивной NOS приводит к артериальной гипертонии, а ее гиперфункция - к гипотонии и гиперкинетическому кровообращению. Однако NOћ вызывает расслабление гладких мышц не только в сосудистой стенке, но и в стенке желудочно-кишечного тракта. Врожденный стеноз привратника обусловлен врожденным отсутствием конститутивной NOS в циркулярной мышце пилорического канала [9].

Конститутивная NOS отличается от макрофагальной NOS. Последнюю называют также "индуцибельной" или "кальций-независимой". Индуцибельную NOS обнаруживают в макрофагах, гепатоцитах, фибробластах, гладкомышечных клетках сосудов и желудочно-кишечного тракта. Она активируется (индуцируется) антигенами микроорганизмов и некоторыми цитокинами. Она синтезирует NOћ в непрерывном режиме, причем независимо от содержания кальция в NO-синтезирующих клетках и в количествах, в сотни тысяч раз превышающих концентрации NOћ, вырабатываемые конститутивной NOS. Такой избыток NOћ нередко достаточен для подавления микробов во внутренней среде макроорганизма, но он излишне активирует внутриклеточные мишени NOћ. Гиперпродукции NOћ отводится большая роль в патогенезе гипотонии при шоке. Система гипоталамус-гипофиз-кора надпочечников не оказывает никакого тормозящего влияния на конститутивную NOS, может предотвратить активацию еще не активированной индуцибельной NOS, но не может остановить секрецию NOћ, начавшуюся под влиянием уже активированной индуцибельной NOS [3].

Высокие концентрации NOћ оказывают цитотоксическое или цитостатическое действие на любую клетку, не дифференцируя, является ли она нормальной клеткой хозяина, опухолевой клеткой или микробом. Период ее полураспада исчисляется секундами, поэтому ее действие распространяется только на близлежащие клетки [10, 11]. Внутри клетки-мишени она метаболизируется до нитритов, нитратов и других "промежуточных продуктов распада окиси азота" [12]. Они легко связываются с другими радикалами и белковыми молекулами, в состав которых входит железо. Гемоглобин крови быстро инактивирует NOћ с образованием нитрозогемоглобина, который распадается до метгемоглобина [13], который не способен к связыванию с кислородом крови.

Антимикробные свойства NOћ обычно изучают на культуре макрофагов. Макрофаги содержат индуцибельную NOS, которая в сотни тысяч раз активнее конститутивной NOS. Своей бактерицидностью макрофаги обязаны в основном NOћ, синтезируемой ими. Синтез NOћ и фагоцитоз осуществляют только активированные макрофаги. Существует два способа их активации. Первым был описан способ, в котором макрофаг представляет обработанный антигеном Т-лимфоцитов. Второй способ активирует макрофаги без участия Т-лимфоцитов. В нем участвуют 2 класса клеток (макрофаги и естественные киллеры) и 3 цитокина (фактор некроза опухолей или тумор-некротизирующий фактор - TNF, интерлейкин-1 - IL-1 и интерферон-гамма - IFN-$\gamma$). Синтез NOћ при 2 способе стимулируется следующим образом. Во время взаимодействия с антигеном макрофаг продуцирует цитокины IL-1 и TNF. Последний стимулирует естественные киллеры, которые начинают синтезировать IFN-$\gamma$. Одновременное присутствие IFN-$\gamma$ и TNF в культуре макрофагов требуется для стимуляции NOS в макрофагах. Второй способ считают постоянно функционирующим у животных с нормальным иммунитетом, а также первоначальной ступенью в антимикробном ответе макроорганизма на инфекцию [14]. Иммунные механизмы с включением Т-лимфоцитов активируются позднее.

Животные с удаленной вилочковой железой могут служить моделью клеточного иммунитета со сниженной продукцией Т-лимфоцитов. На тимэктомированных мышах и культуре макрофагов изучали течение экспериментальной инфекции Listeria monocytogenes [15]. В мышиных макрофагах исследователи обнаружили жизнеспособные листерии. Авторы делают заключение, что для элиминации L.monocytogenes из внутренней среды организма необходима активация Т-лимфоцитов и предполагают, что одной из причин хронизации инфекции была неспособность IFN-$\gamma$ реализовать весь бактерицидный потенциал макрофагов.

При определении скорости размножения живой вакцины Francisella tularensis в культуре макрофагов было обнаружено, что после добавления в их культуру IFN-$\gamma$ скорость размножения живых вакцинальных штаммов замедлялась по сравнению с контролем в 100-1000 раз [16]. После добавления в культуру макрофагов липополисахарида (вместо IFN-$\gamma$) скорость размножения F.tularensis снижалась значительно больше, чем при добавлении IFN-$\gamma$, т.е. липополисахарид в большей степени, чем IFN-$\gamma$, реализует бактерицидные свойства макрофагов.

Лизис Leishmania major в культуре макрофагов происходит только при наличии в ней липополисахаридов [17]. В настоящее время считается общепризнанным, что для максимальной активации иммунокомпетентных клеток необходимо применять одновременно два стимула: антигенный и неспецифический [18, 19]. Причина этого выяснилась после открытия среди Т-лимфоцитов-хелперов (Th) подклассов Th1 и Тh2, которые во многом антагонистичны и друг на друга оказывают ингибирующее влияние синтезируемыми ими цитокинами [20].

Показана селективная активация Th1-лимфоцитов после внутрикожного введения мышам убитых микобактерий лепры [21]. После экспозиции Th1-лимфоцитов к лепрозным антигенам обнаруживались (методом полимеразной цепной реакции) мРНК цитокинов IL-1, IL-2, TNF и IFN-$\gamma$. Эти цитокины обуславливают цитотоксические функции в реакциях клеточного иммунитета и реакциях гиперчувствительности замедленного типа. TNF и IFN-$\gamma$ стимулируют NOS в макрофагах.

Th2-лимфоциты секретируют цитокины IL-4 и IL-10, которые стимулируют созревание и пролиферацию В-лимфоцитов и продукцию ими иммуноглобулинов. IL-4 и IL-10 обладают также противовоспалительными свойствами [22], которые проявляются в подавлении активации макрофагов в ответ на их стимуляцию посредством IFN-$\gamma$. Цитокины IL-4 и IL-10 усиливают ответную реакцию на глюкокортикоиды, ингибируют синтез цитокинов моноцитами, синтез простагландинов, синтез цитокинов IL-1, IL-6 и TNF, которые способствуют развитию воспаления [23]. Повышение функциональной активности Th2 обычно сопровождается угнетением активности Th1-лимфоцитов.

Цитокин IL-10, как и глюкокортикоиды, может дезактивировать только те макрофаги, которые еще не были подвергнуты экспозиции с IFN-$\gamma$ [24, 25]. Как и глюкокортикоиды, IL-10 не способен ингибировать синтез NOћ в уже активированных макрофагах. Таким образом, цитокины IL-4 и IL-10 обладают такой же способностью ингибировать цитотоксическую функцию макрофагов, как и глюкокортикоиды.

Различия между Th1- и Th2-лимфоцитами выявлены в работе [26]. Мышей контрольной группы и опытных групп инфицировали малярийным плазмодием Chabaudi. Эта малярия у мышей считается моделью тропической малярии человека. Контрольной группе мышей не вводили иммуносупрессоров. Экспериментальная малярия в контрольной группе протекала благоприятно, и максимум паразитемии сопровождался гипернитратемией. Опытные же группы мышей подвергались различным видам иммуносупрессии.

В 1-й группе мышей иммуносупрессию вызывали введением конкурентного ингибитора NOS (L-NMMA). В этой группе нитратемия снижалась до порога ее определяемости (до следов), а паразитемия, наоборот, повышалась и персистировала 22 дня. Животным 2-й группы удаляли тимус и интраперитонеально вводили моноклональные антитела к Т-лимфоцитам-хелперам. В этой группе летальность в течение первых 20-ти дней составляла 80-100%, отмечалась нормонитратемия (как у здоровых неинфицированных мышей). Животным 3-й группы удаляли тимус и интраперитонеально вводили моноклональные антитела к Т-лимфоцитам-супрессорам. В этой группе все мыши остались живыми, и уровень паразитемии не отличался от контрольной группы. Мышам 4-й группы удаляли тимус и вводили донорские Th1-лимфоциты. В этой группе иммуноглобулинемия была сниженной (в сравнении с контрольной группой), отмечалась гипернитратемия (как в контрольной группе), исходы болезни были благоприятными. Мышам 5-й группы удаляли тимус, вводили донорские Th1-лимфоциты и конкурентный ингибитор NOS (L-NMMA). В этой группе паразитемия была высокой, летальность составляла 75-100%, отмечалась гипонитратемия, а иммуноглобулинемия существенно не отличалось от 4-й группы, где исходы были благоприятными. Животным 6-й группы удаляли тимус и вводили донорские Th2-лимфоциты. В результате иммуноглобулинемия у мышей была в среднем в 4 раза выше, чем в 4-й группе, исходы болезни были благоприятными, отмечалась нормонитратемия. Мышам 7-й группы удаляли тимус, вводили донорские Th2-лимфоциты и конкурентный ингибитор NOS (L-NMMA). В этой группе отмечалась гипонитратемия, иммуноглобулинемия не отличалась от 6-й группы, исходы болезни были благоприятными.

Таким образом, опыты по селективному "включению" и "выключению" различных компонентов Т-зависимого иммунитета показали, что благоприятному исходу экспериментальной малярии необходима высокая функциональная активность либо Th1-лимфоцитов, либо Th2-лимфоцитов, то есть необходимо функционирование либо гуморального иммунитета, либо неспецифической антимикробной защиты макроорганизма окисью азота.

Далее...


Написать комментарий
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования