Журнал «Здоровье ребенка» Том 14, №1, 2019

Вступ

Однією з актуальних проблем сучасної педіатрії є лікування й профілактика хронічних захворювань органів травлення. За поширенням хвороби шлунково-кишкового тракту займають друге місце після хвороб респіраторної системи у дітей. У структурі хронічних захворювань органів травлення дітей переважає патологія гастродуоденальної зони. Хронічний гастрит і гастродуоденіт — найпоширеніші форми хронічної гастродуоденальної патології у дітей, які становлять в структурі захворювань шлунка і дванадцятипалої кишки 58–74 % [1]. Основна частина хронічних гастритів (80–85 %) у дітей асоційована з інфікуванням бактерією Helicobacter pylori (Нр) [2, 3].

Профілактика, своєчасне виявлення та лікування вищезазначених патологій у дітей набуває все більшої актуальності з кожним днем. Це тісно пов’язано з такими проблемами. По-перше, відсутня тенденція до зниження захворюваності, що обумовлено толерантністю бактерії Helicobacter pylori до загальноприйнятих методів ерадикаційної терапії [4–6]. Наприклад, в Європейському педіатричному реєстрі лікування повідомили результати використання 27 різних схем у 518 дітей з Hр-інфекцією. Загальний рівень ерадикації бактерії Hр становить 65,6 % [7]. По-друге, це розвиток алергічної патології, пов’язаної з інфікованістю бактеріями Hр [8]. Наукові дослідження вказують на те, що бактерія Hр підвищує парацелюлярну проникність для харчових алергенів [9] за рахунок порушення щільних контактів слизової оболонки травного каналу [10].

1. Парацелюлярна проникність слизової оболонки шлунка

Ключовим механізмом, що регулює рівень парацелюлярної проникності слизової оболонки шлунка, є щільні міжклітинні контакти [11].

1.1. Щільні міжклітинні контакти слизової оболонки шлунка

Щільні контакти (TJ — tight junctions) являють собою мультипротеїнові комплекси, які складаються з численних трансмембранних і цитоплазматичних протеїнів, що утворюють безперервну структуру навколо апікальної поверхні плазматичної мембрани епітеліальних клітин слизової оболонки шлунка [12]. TJ демонструють широку варіабельність щільності в різних органах, починаючи від майже повного затягування параклітинної щілини для розчинених речовин, наприклад в сечовому міхурі, до формування параклітинних пор для специфічних катіонів (і аніонів), наприклад специфічні сегменти ниркових канальців [13].

Щільні контакти є захоплюючими структурами з точки зору їх функції і морфології. В 1963 році, використовуючи електронну мікроскопію ультратонкого розрізу, Farquhar і Palade описали структуру TJ разом з адгезивними контактами та десмосомами найближчої до просвіту сторони латеральної мембрани. З моменту відкриття щільні контакти піддавалися інтенсивному аналізу дослідників. Об’єднання морфологічних спостережень і фізіологічних вимірювань в різних типах епітеліальних клітин дало можливість обговорювати кореляцію між структурою і бар’єрною функцією щільних контактів. Однак у деяких випадках кореляція не була ідеальною. У той час не було ніякої інформації про молекулярну природу щільних контактів, і дослідники припустили, що кожен ланцюг щільного контакту в різних типах клітин є однаковим. На даний час ми знаємо, що комбінація типів клаудинів є важливим фактором для визначення бар’єрних властивостей щільних контактів [14].

1.2. Будова щільних міжклітинних контактів слизової оболонки шлунка

TJ являють собою розгалужену сітку білкових ниток на поверхні клітини, що з’єднують між собою розташовані поруч клітини. Кожна нитка утворена рядом трансмембранних протеїнів, вбудованими у плазматичні мембрани клітин, що прилягають одна до одної. На даний час ідентифіковано щонайменше 40 білків, що входять до складу щільних контактів (рис. 1) [15].

Ці білки поділяють на 4 групи: трансмембранні, полярні, протеїни цитоскелета і сигнальні білки. Трансмембранні білки TJ — це оклюдини, клаудини, трицелюлін, marvelD3 і молекули адгезії JAM (junctional adhesion molecule). Вони з’єднуються з різними протеїнами периферичної мембрани, які розташовані на внутрішньоклітинній стороні плазматичної мембрани та фіксують нитки з актиновим компонентом цитоскелета [15]. Трансмембранні білки в щільних контактах стабілізовані за допомогою периферичних каркасних білків: zonula occludens (ZO-1, ZO-2, ZO-3), цингулін, афадин, мембранозв’язана гуанілаткіназа з інвертованою орієнтацією 1 (білки MAG) і мульти-PDZ доменний протеїн 1 (MUPP-1), який пов’язаний з актиновим цитоскелетом та мікротрубочками [12, 17, 18].

1.3. Трансмембранні протеїни

Оклюдин (молекулярна маса близько 60 кДа) був першим інтегральним мембранним білком, який ідентифікували (вперше описаний Shoichiro Tsukita в 1993 році) [19], відноситься до TJ-асоційованої родини білків Marvel. Оклюдин має 4 трансмембранних та 3 цитоплазматичних домени. Обидва кінці білка (N та C) є внутрішньоклітинними. Цей протеїн утворює дві позаклітинні, а також одну внутрішньоклітинну петлю. Ці петлі допомагають регулювати параклітинну проникність [20]. Надекспресія оклюдину знижує проникність епітелію. У мишей з нокаутом гена оклюдину (occludin^–/–) спостерігається збільшена проникність слизової оболонки і розвиток хронічного запалення [21]. Оклюдин є початковим рецептором для передачі сигналів ГТФази, а збільшення фосфорилювання оклюдину зменшує проникність TJ. Оклюдин пов’язаний з декількома клітинними білками і може модулювати активність апоптозу, зростання і проліферацію клітин [16]. На прикладі епітелію респіраторного тракту продемонстровано, що серинова протеаза Per a 10 — основний алерген тарганів — збільшує проникність епітелію за рахунок руйнування TJ-білків: ZO-1, оклюдину, що підсилює міграцію попередників дендритних клітин до епітеліального шару [22].

Клаудини належать до суперродини протеїнів, яка у людини налічує 27 невеликих трансмембранних білків з молекулярною масою від 20 до 27 кДа [23]. Молекули клаудинових протеїнів утворюють дві позаклітинних і одну внутрішньоклітинну петлю [24–26]. Перша позаклітинна петля складається в середньому з 53 амінокислот, а друга — трохи менша, з 24 амінокислот. N-кінець, як правило, дуже короткий (4–10 амінокислот), С-кінець змінюється в довжині від 21 до 63 і необхідний для локалізації цих білків у щільних контактах [27].

Вперше клаудини були названі в 1998 році японськими дослідниками M. Furuse і K. Tsukita з Кіотського університета. Назва «клаудин» походить від латинського слова claudere («закрити»), що свідчить про бар’єрну роль цих білків [28].

Клаудини зв’язуються з безліччю інших цитоплазматичних і позаклітинних протеїнів і беруть участь у регуляції параклітинної проникності, передачі клітинних сигналів, регуляції цикла клітини та підтримці полярності клітин [29].

Нещодавно було визначено кристалічну структуру клаудинів ссавців, яка виявила чотири трансмембранні спіралі, що лежать в основі та скріплюють унікальну бета-листову складку з першої та другої позаклітинних петель [30, 31].

Ці позаклітинні петлі містять 5 бета-ниток, які при правильному вирівнюванні в 2 безперервних антипаралельних ряди слугують для утворення структур «напівпари», кожна з яких містить дві варіабельні ділянки, які при вирівнюванні з сусідніми клітинами утворюють пори щільних контактів [31]. Модель, описана Suzuki і співавторами [31], передбачає, що заряди, які містяться у двох варіабельних ділянках у кожному димері клаудину, визначають характеристики селективної проникності. Функціонування клаудинів 1, 5, 3, 4, 8, 11, 14 і 19 посилює епітеліальний бар’єр, в той час як активність клаудинів 2, 7, 12 та 15 збільшує проникність епітелію, утворюючи іонні пори [29, 32].

Клаудини експресуються в усіх відомих епітеліальних тканинах. Крім того, у всіх епітеліях, імовірно, велика кількість різних клаудинів експресується одночасно. У шлунку щурів досліджували експресію клаудинів 2–5. Клаудин 3 найбільш сильно експресується в поверхневих епітеліальних клітинах шлунка, переважно вздовж базолатеральної мембрани, в той час як клаудин 4 експресується головним чином у щільних контактах в проксимальних шлункових залозах, а клаудин 5 однорідно експресується від основи залоз до їх поверхні і, подібно клаудину 3, розташовується на базолатеральной мембрані. Клаудин 2 не був виявлений у тканині шлунка. Крім того, відомо, що клаудини 12 і 23, а також клаудин 18 добре експресуються в шлунку людини [29].

На сьогодні саме клаудини домінують у наших уявленнях про регуляцію парацелюлярної проникністі [12], хоча раніше вважалося, що «герметичність» або «нещільність» щільного контакту залежить від кількості ниток у щільному контакті [26]. Хоча оклюдин експресується в епітеліальних клітинах шлунка та є трансмембранним протеїном TJ, однак він не бере участь у регуляції парацелюлярної проникності в шлунку [21].

Продемонстровано, що клаудинзалежне порушення функціонування щільних контактів призводить до транслокації алергенів, зокрема арахісу, через епітелій травного тракту [33].

Контактні адгезивні молекули (JAM) є частиною суперродини імуноглобулінів. Вони мають молекулярну масу ~ 40 кДа. Їх структура відрізняється від структури інших інтегральних білків мембрани тим, що вони мають лише один трансмембранний домен замість чотирьох. Це допомагає регулювати функцію парацелюлярного шляху щільних контактів і також бере участь у підтримці полярності клітин [34].

2. Порушення парацелюлярної проникності слизової оболонки шлунка, викликані бактеріями Helicobacter pylori

Два різні шляхи залучені до регуляції парацелюлярної проникності в щільних контактах. Перший шлях — у вигляді «пори», який дозволяє переміщення невеликих молекул, іонів і поживних речовин через щільний контакт разом з водою. «Поровий» шлях дозволяє зарядженим або незарядженим молекулам розмірами менше ніж приблизно 4 ангстреми перетинати щільні контакти, що регулюється експресією молекул клаудину. Другий шлях, або шлях «витоку», пропускає молекули розмірами понад 4 ангстреми крізь щільні контакти [15].

Доповіді, що описують бар’єрну дисфункцію при хелікобактерній інфекції, припускають, що уражені обидва шляхи. Доведено, що бактерія Helicobacter pylori:

— збільшує проникність, впливаючи таким чином на «поровий» шлях, враховуючи експресію молекул клаудину, композицію клаудинів у щільних контактах і величину парацелюлярного потоку;

— викликає невеликі розриви у нитках щільних контактів і таким чином збільшує потік сахарози (5,2 ангстрема) та інших молекул під час інфекції;

— пошкоджує епітеліальні клітини шлунка, що порушує цілісність щільних контактів [12].

Дослідники оцінили роль факторів вірулентності бактерії Hр у дисфункції щільних контактів. Так, на думку Tyler J. Caron та співавторів [12], найбільш надійні результати отримані в експерименті з уреазою та аміаком, які, як вважається, викликають перебудову цитоскелета TJ.

Крім того, дослідження Х. Song та співавторів [35] демонструє, що СagA(+) штами бактерії Hр мають більший руйнівний вплив на цілісність TJ слизової оболонки гастроінтестиналного тракту порівняно зі штамами бактерії Hр, які не мають у своєму геномі гена цитотоксина Cag A.

3. Активність щільних контактів і харчова алергія

На думку Duane R. Wesemann та Cathryn R. Nagler [36], алергічні захворювання можна розглядати як наслідок дисрегуляции епітеліального бар’єра слизової оболонки травного тракту, викликаної екзогенними факторами. Автори вважають, що підвищений вміст IgE, специфічних для харчових алергенів, виявляються у людей з атопією, що є віддзеркаленням зниження бар’єрної функції травного тракту. Підвищення проникності слизової оболонки травного тракту призводить до збільшення проникнення алергенів у системний кровообіг. Порушення бар’єрної функції в експериментальних мишей забезпечує зниження продукування IgA в слизовій оболонці і збільшенні синтезу IgE. Дефекти бар’єрної функції забезпечують посилення реакції на харчові алергени [37].

Підвищена парацелюлярна проникність корелює з тяжкістю клінічних симптомів алергічних захворювань. На моделі харчової алергії у мишей, викликаної овоальбуміном, продемонстровано, що підвищена проникність слизової оболонки травного тракту розвивається після стимуляції алергеном і супроводжується вираженою дегрануляцією тучних клітин слизової оболонки [38].

4. Медикаментозна регуляція активності щільних контактів

На сьогодні пробіотики є унікальним медикаментозним засобом, з клінічно показаним впливом на регулювання парацелюлярної проникності (табл. 1).

Останні дослідження показують, що бактерії Lactobacillus rhamnosus збільшують цілісність щільних контактів слизової оболонки органів травлення [39–45]. У сучасних роботах описується збільшення експресії протеїнів щільних контактів слизової оболонки травного каналу як результат впливу бактерій Lactobacillus rhamnosus [39].

Ми вважаємо, що існує можливість використання препаратів, які містять бактерії Lactobacillus rhamnosus, для медикаментозної регуляції парацелюлярної проникності слизової оболонки шлунка. Передбачається збільшення ефективності ерадикаційної терапії хронічної Helicobacter pylori-асоційованої інфекції у дітей, а також зменшення ефективності проявів харчової алергії.

Висновки

1. Дані сучасних досліджень свідчать, що бактерія Helicobacter pylori порушує цілісність щільних контактів. Це призводить до збільшення парацелюлярної проникності, зокрема для харчових алергенів.

2. Бактерії Lactobacillus rhamnosus збільшують щільність TJ, чим, вірогідно, зменшують парацелюлярну проникність слизової оболонки травного тракту.

3. Для медикаментозної регуляції активності парацелюлярної проникності слизової оболонки травного тракту і зниження ризику розвитку алергічних захворювань можливо клінічне використання препаратів, що містять бактерії Lactobacillus rhamnosus.

Конфлікт інтересів. Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів при підготовці даної статті.