Журнал «Здоровье ребенка» Том 12, №7, 2017

Данная статья является продолжением серии предыдущих публикаций, посвященных нозоспецифическим особенностям антиоксидантной системы при заболеваниях органов дыхания. 

У больных муковисцидозом наблюдается повышение уровня маркеров оксидантного стресса, которые свидетельствуют об усилении перекисного окисления липидов, окисления белков и деградации ДНК [23, 24]. В экспериментальных условиях установлено, что в бронхоальвеолярной жидкости респираторного тракта мышей с нокаутом гена трансмембранного регуляторного протеина муковисцидоза (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator — CFTR/ABCC7) отмечаются биохимические и морфологические признаки оксидантного стресса. В цитоплазматическом пространстве эпителиоцитов клеточной линии с делецией гена CFTR/ABCC7 отмечается очень высокий уровень генерации супероксида аниона радикала (O2–) и концентрации перекиси водорода (H2O2), по всей вероятности, митохондриального генеза, так как муковисцидоз ассоциирован с низкой экспрессией DUOX2 [17]. У больных муковисцидозом высокая генерация активированных кислородсодержащих метаболитов (АКМ) в респираторном тракте обеспечивается преимущественно нейтрофилами, выраженный и стойкий приток которых в просвет дыхательных путей в ответ на действие хемоаттрактантов является характерной особенностью процесса воспаления при данном заболевании [26, 35].

Показано, что мыши с нокаутом гена Cybb высоко восприимчивы к определенным штаммам Burkholderia cepacia, которые часто поражают больных муковисцидозом [26, 29]. 

Отличительной особенностью воспаления слизистой оболочки бронхиального дерева при муковисцидозе от других хронических воспалительных заболеваний органов дыхания является снижение экспрессии iNOS [7, 8, 28]. Данная особенность воспалительного процесса, наблюдаемая при муковисцидозе, вероятно, обусловлена высокой продукцией асимметричного NG,NG-диметил-L-аргинина (ADMA), который является естественным ингибитором активности ферментов nNOS и eNOS [1]. По всей вероятности, при муковисцидозе ADMA играет определенную роль не только в снижении генерации NO, но и в увеличении продукции O O2– и пероксинитрита. Снижение продукции NO сопряжено с дефицитом образования S-нитрозотиолов, которые, как известно, обладают антимикробными свойствами. S-нитрозотиолы усиливают биение реснитчатого эпителия, расслабляют гладкие мышцы респираторного тракта и предотвращают развитие тахифилаксии к β2-агонистам. Терапия S-нитрозотиолами при муковисцидозе способствует оксигенации крови [9, 16].

Снижение уровня генерации NO у больных муковисцидозом коррелирует с риском инфицирования Pseudomonas aeruginosa и со степенью внешнесекреторной недостаточностью поджелудочной железы. Также низкий уровень генерации NO способствует формированию обструкции дыхательных путей [30]. С другой стороны, высокий уровень нитритов и нитратов в бронхоальвеолярной жидкости больных муковисцидозом является важным фактором, определяющим колонизацию денитрифицирующих микроорганизмов — Pseudomonas, Aspergillus и других (рис. 1) [22].

Одним из самых распространенных белков в бронхоальвеолярной жидкости является муцин, который не только определяет вязкость мокроты, но и выполняет антиоксидантные функции. В настоящее время у человека идентифицировано 20 муциновых генов (MUC1, MUC2, MUC3A, MUC3B, MUC4, MUC5AC, MUC5B, MUC6, MUC7, MUC8, MUC9, MUC11, MUC12, MUC13, MUC15, MUC16, MUC17, MUC18, MUC19, MUC20) [11]. Увеличение генерации АКМ сопровождается повышением экспрессии гена муцина и увеличением секреции муцина, в результате чего повышается уровень антиоксидантной защиты респираторного тракта. В физиологических условиях основную ответственность за вязкость слизи респираторного тракта несут гелеобразующие муцины — MUC5AC, продуцируемого бокаловидными клетками, и MUC5B, секретируемого подслизистыми железами бронхиального дерева. При хронических инфекционно-воспалительных заболеваниях эту функцию в основном выполняют ДНК и F-актин. Несколько групп исследователей показали, что у больных муковисцидозом наблюдается достоверное снижение содержания MUC5AC и MUC5B [19, 31]. Концентрация муцина в мокроте у больных муковисцидозом соответствует возрастной норме, и только при инфицировании респираторного тракта бактериями Pseudomonas aeruginosa происходит постепенное и быстрое снижение содержания муцина [33]. Markus O. Henke и соавт. [33] предполагают, что снижение уровня содержания муцина обусловлено его деградацией за счет увеличения активности сериновых протеаз, а не подавления продукции муцина. У больных муковисцидозом именно за счет дегидратации муцина наблюдается высокая вязкость мокроты, которая определяет снижение эффективности дренажной функции респираторного тракта [2, 32]. Anatilde M. González-Guerrico и соавт. [37] продемонстрировали наличие положительной связи между недостаточностью функционирования CFTR и гиперсекрецией MUC1 в респираторном тракте при муковисцидозе. Вполне вероятно, что индуцированное фосфорилирование транспортного хлоридного канала CFTR может привести к конформационным изменениям других белков мембраны, которые участвуют в индукции сигнальных MUC1-ассоциированных путей. Также муцин защищает патогенные бактерии, в частности Pseudomonas aeruginosa, от нейтрофильного киллинга. Предлагают использовать фармакологическое ингибирование синтеза муцина в качестве нового направления лечения больных с муковисцидозом [2, 10, 14, 32]. 

Протеин CFTR является цАМФ-активируемым анионным трансмембранным каналом, который представлен на апикальной поверхности мембраны различных эпителиальных клеток. Данный канал является основным проводником ионов Cl–, но также участвует в процессах трансмембранного перехода аниона SCN–, глутатиона [4, 15]. Протеин мутированного гена CFTR/ABCC7 теряет способность транспортировать из клетки в люмен анионы SCN–, что приводит к снижению пула SCN– на апикальной наружной поверхности цитоплазматической мембраны эпителиоцитов слизистой оболочки бронхов. Особенно низкий уровень концентрации SCN– отмечается у детей, больных муковисцидозом (28–56 мкмоль). Согласно математической модели, нарушение функционирования DUOX и дефицит анионов SCN– у больных муковисцидозом не может компенсироваться даже гиперпродукцией лактопероксидазы (lactoperoxidase — LPO). Нарушение LPO-ассоциированного образования тиоцианита (OSCN–) сопровождается достоверным снижением уровня неспецифической защиты респираторного тракта у больных муковисцидозом [4, 36]. 

В мокроте больных муковисцидозом также наблюдается высокое содержание миелопероксидазы (myeloperoxidase — MPO), которая, как известно, используя H2O2, катализирует образование мощной бактерицидной хлорноватистой кислоты (HOCl). Фермент MPO также, участвуя в окислении тирозиновых аминокислотных остатков протеинов, обусловливает образование 3-нитротирозинов, дитирозинов и 3-хлортирозинов в просвете респираторного тракта больных муковисцидозом. Установлено, что MPO приводит к снижению активности eNOS, также способствуя уменьшению объема генерации NO [20, 21]. 

Для больных муковисцидозом характерен низкий уровень экспрессии всех трех изоформ супер–оксиддисмутазы (superoxide dismutase — SOD) в эпителиальных клетках трахеи и поджелудочной железы [30]. 

При муковисцидозе наблюдается низкий уровень концентрации GSH в бронхоальвеолярной жидкости, сыворотке крови, нейтрофилах. Основная причина, определяющая низкое содержание восстановленной сульфгидрильной формы глутатиона (GSH), до настоящего времени остается неизвестной. Предполагается, что мальабсорбция, сопровождающая муковисцидоз, обусловливает уменьшение всасывания белков и может способствовать снижению содержания GSH. Однако вполне вероятно, что снижение уровня GSH в бронхоальвеолярной жидкости респираторного тракта больных муковисцидозом связано с нарушением функционирования CFTR/ABCC7. В 1989 году John R. Riordan и соавт. [12] впервые определили, что нарушение функционирования CFTR/ABCC7, представляющего хлоридный канал, лежит в основе развития муковисцидоза. Протеин CFTR является представителем семейства протеинов мультилекарственной резистентности (Multidrug-Resistance like Protein — MRP), которые принимают участие в трансмембранном перемещении GSH. Глутатион, ингибируя CFTR АТФазу, переключает функционирование протеина CFTR с транспорта ионов хлора на транслокацию GSH [18]. Ограничение функциональных возможностей CFTR сопровождается нарушением транспортировки GSH. С другой стороны, высокие уровни окисленного глутатиона (GSSG), наблюдаемые у больных муковисцидозом, ингибируют активность CFTR. По всей вероятности, ингибирование активности CFTR связано с его глутатионированием [6]. Снижение внеклеточного содержания GSH обусловлено не только нарушением его транспорта через CFTR, но и ускорением глутатионового цикла, о чем свидетельствует повышение активности g-глутамилтрансферазы (gamma-glutamyltransferase — GGT) у детей с муковисцидозом. Одним из механизмов повышения концентрации GGT в мокроте является перенос данного фермента рекрутированными нейтрофилами в очаг воспаления [2, 5]. Известно, что GSH ингибирует деградацию ингибирующего комплекса IκBα, в связи с чем низкий уровень GSH в клетках больных муковисцидозом предопределяет пролонгированную активацию фактора транскрипции NF-κB и, как следствие, длительность воспалительного процесса слизистой оболочки бронхиального дерева. Трансактивность NF-κB является одним из молекулярных компонентов, определяющих хронический характер воспалительного процесса респираторного тракта у больных с муковисцидозом. Введение внутрь или ингаляционно GSH достоверно снижает активность клинических проявлений воспалительного процесса бронхиального дерева у больных муковисцидозом [30]. Развитие инфекционно-воспалительного поражения респираторного тракта при муковисцидозе не сопровождается повышением уровня содержания GSH в бронхоальвеолярной жидкости [25, 27, 34]. 

Нозоспецифические особенности редокс-процессов, происходящих в просвете респираторного тракта при муковисцидозе, в целом представлены на рис. 2.

Изменения редокс-процессов способствуют развитию воспаления и существенно снижают потенциал неспецифической защиты слизистой оболочки бронхиального дерева у больных муковисцидозом [3, 13]. 

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии какого-либо конфликта интересов при подготовке данной статьи.