CC BY
100
ОБЗОРЫ
УДК 616.248: 615.357: 612.6.05: [615.03+615.015]
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ СТЕРОИДОРЕЗИСТЕНТНОСТИ ПРИ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЕ: РОЛЬ ИНТЕРЛЕЙКИНОВ 4 И 13
Жанна Александровна Миронова Санкт-Петербургский государственный медицинский университет
Реферат
Освещены молекулярные механизмы стероидорезистентности при бронхиальной астме на основе обзора данных литературы. В настоящее время в качестве базисной терапии бронхиальной астмы считается общепризнанным использование глюкокортикостероидных гормонов. Однако 5 — 10% пациентов не отвечают на глюкокорти-коидную терапию. Актуальным представляется прогнозирование стероидорезистентности. Существенную роль в развитии этого феномена играют некоторые провоспалительные цитокины (интерлейкин 4 и интерлейкин 13), поэтому они могут обсуждаться в качестве потенциальных прогностических маркёров стероидорезистентности. Современные молекулярно-генетические технологии позволят в скором будущем провести достаточно полное выявление маркеров стероидорезистентности при бронхиальной астме, которые дадут возможность усовершенствовать молекулярную диагностику, оптимизировать подходы для прогнозирования и разработать рациональную терапию.
Ключевые слова: бронхиальная астма, глюкокортикостероиды, гормональная терапия, наследственность, клиническая фармакология, фармакодинамика, воспаление, стероидорезистентность, интерлейкины.
MOLECULAR MECHANISMS OF STEROID RESISTANCE IN BRONCHIAL ASTHMA: THE ROLE OF INTERLEUKINS 4 AND 13. Zh.A. Mironova. St. Petersburg State Medical University. Molecular mechanisms of steroid resistance in bronchial asthma are reviewed. Presented was a review of the literature devoted to Currently the usage of glucocorticosteroid hormones is generally accepted as the basic treatment for bronchial asthma. However about 5-10% of patients do not respond to glucocorticoid therapy. Thus predicting steroid resistance seems relevant. Certain proinflammatory cytokines (interleukin 4 and interleukin 13) play a significant role in the development of this phenomenon. Therefore, they can be considered as potential prognostic markers of steroid resistance. Modern molecular genetic technologies will in the near future make it possible to conduct a sufficient and full identification of the markers of steroid resistance during bronchial asthma, which will enable improvements in molecular diagnostics, optimization of the approaches for prognosing and development of a rational therapy. Key words: bronchial asthma, glucocorticosteroids, hormone therapy, heredity, clinical pharmacology, pharmacodynamics, inflammation, steroid resistance, interleukins.
В последние годы во многих странах наблюдается увеличение заболеваемости бронхиальной астмой (БА), в общей сложности этим недугом в настоящее время страдают около 300 миллионов человек. Две трети пациентов с БА не могут полностью контролировать заболевание. Данные эпидемиологических исследований, проведенных в Томской области в 2001 — 2002 гг., свидетельствуют об отсутствии контроля над симптомами БА у 86,1% пациентов. На протяжении последних 10 лет активно обсуждается вопрос о тяжелой трудно контролируемой БА. Выделяют несколько типов сложной/ терапевтичежи резистентной БА. Фатальная астма характеризуется угрожающими жизни приступами, сопровождающимися гипер-капнией и требующими искусственной вентиляции легких, несмотря на адекватную терапию ингаляционными глюкокортикостероидами (ИГКС), или повторные курсы системных глюкокортикостероидов (ГКС). При интермиттирую-щей (brittle) тяжелой БА отмечаются внезапные острые приступы в утреннее и ночное время на фоне практически нормальной функции бронхов или хорошо контролируемой БА. Гормонозависимая астма (ГЗБА) с постоянной бронхиальной обструкцией (стероидозависимая и стероидоре-
Адрес для переписки: [email protected] 880
зистентная БА) требует постоянной терапии системными ГКС [20]. К пациентам со стероидочувствительной БА относятся больные, у которых на фоне приема системных или ингаляционных ГКС ремиссия достигается быстро и поддерживается длительное время [1].
По последним данным, 25 — 35% всех пациентов с БА плохо отвечает на терапию ИГКС, а 5 — 10% не реагируют даже на высокие дозы этих препаратов [11, 15]. Стероидорезистентными (СР) считают пациентов, у которых после 7 — 14-дневного курса лечения преднизолоном в дозе 40 мг в сутки ОФВ1 увеличивается менее чем на 15%, несмотря на повышение ОФВ1 более чем на 15% в ответ на бронходилататор [2, 4].
Феномен стероидорезистентности обусловлен не только полиморфизмом гена глюкокортикоид-ного рецептора (ГР) NR3C1, но и в значительной степени активностью иммунного воспаления. Со СРБА ассоциирован кластер хромосомы 5q31-32 включающий гены интерлейкинов ГЬ4 и Ю3. Экспрессия -589Т аллеля гена ГЬ4 статистически значимо повышена в группе с СРБА по сравнению с гормоночувствительной БА [17]. Полиморфизм в области 3’-ЦШ гена ГЬ4, находящийся в сильном неравновесии по сцеплению с транзицией-589С/Т, может иметь прогностическое значение в отношении тяжести атопической БА [8]. Полиморфный
вариант 3’-UTR 717 G/G гена IL4 ассоциирован с тяжелым течением БА у якутов. В японской и европейских популяциях была выявлена ассоциация варианта A+2043G (Arg130Gln) гена IL13 с атопической БА и увеличенным уровнем сывороточного иммуноглобулина Е (IgE) [5, 9].
Одной из причин снижения чувствительности пациентов к терапии ГКС может быть дисфункция ГР. В ряде случаев в основе этого явления лежит генетический полиморфизм гена NR3C1, реализующийся в условиях цитокино-вого дисбаланса через снижение аффинности ГР, изменение количества изоформ ГР или стабильности самого белка. Известно, что цитоки-ны, особенно IL2, IL4, IL13 (экспрессия которых увеличена у больных СРБА), могут вызывать уменьшение ядерной транслокации и связывающей способности ГР в Т-лимфоцитах, вследствие этого возникает локальная резистентность к противовоспалительному действию ГКС [11, 18]. Аналогичный феномен выявлен для IL13 в моноцитах. Влияние вышеуказанных интерлейкинов опосредуется через активацию р38МАР-киназы (р38МАРК), которая фосфорилирует ГР, тем самым уменьшает ГКС-связывающую способность и ГКС-индуцированную ядерную транслокацию ГР. В настоящее время пристальное внимание уделяется ферменту МКР-1, ингибирующему р38МАР-киназу [3, 10]. IL2 и IL4, количество которых в зоне воспаления велико, могут запускать альтернативный сплайсинг пре-м-РНК ГР, что увеличивает синтез ГР бета (b), который является биологическим ингибитором ГКС за счёт конкуренции с ГР альфа (а) за связывание с гормонотвечающим элементом (ГОЭ) ДНК клеток-мишеней, а также за счет образования гетеродимеров ГКР b-а и ГКС, которые менее эффективно связываются с ГОЭ [11, 13].
Отмечено, что при ночной БА экспрессия ГРР увеличена только в ночное время и сопряжена с повышенной активностью макрофагов в бронхоальвеолярном лаваже (БАЛ). В этой же группе больных экспрессия мРНК IL13 была увеличена ночью, а нейтрализация IL13 антителами уменьшала экспрессию ГРР макрофагами БАЛ. Данный факт может быть свидетельством того, что макрофаги дыхательных путей выступают в роли «дирижера» воспалительных клеток дыхательных путей, уменьшая ответ на ГКС при ночной БА, а их функция опосредуется IL13 [13].
ГКС могут уменьшать транскрипцию генов, вовлеченных в воспалительный процесс, которые не имеют ГОЭ в промоторной области, т.е. действует и внегеномный механизм [14]. Итогом трансрепрессии является торможение транскрипции воспалительных генов, к которым относятся цитокины (IL-1, 2, 3, 4, 5, 6, 9, 11, 12, 13, 16, 17, 18, TNFa, GM - CSF), хемокины (IL8, RANTES, эотаксин, воспалительный белок макрофагов), индуцибельная синтетаза оксида азота (iNOS), оксид азота (NO, стимулирующий пролиферацию Th2 и повышающий проницаемость сосудистой стенки), индуцибельная циклооксигеназа (Сох-2,
участвующая в образовании простагландинов), эн-дотелин-1 (обладающий бронхоконстрикторным эффектом и участвующий в развитии субэпители-ального фиброза), молекулы адгезии лейкоцитов (ICAM-l; E-selectin), цитоплазматическая фосфо-липаза А2 (катализирующая синтез арахидоно-вой кислоты), рецептор субстанции Р (рецепторы Nkl, Nk2) [3].
Провоспалительный транскрипционный фактор AP-1 играет важную роль в экспрессии астма-ас-социированных Th2 цитокинов IL4, IL5 и IL13 [7]. Повышенный уровень белков c-fos и c-jun у больных СРБА объясняется усилением активности АР-1, и возможно, активацией Jun-N- терминальной киназой (JNK). Высокая активность JNK может быть критической для этого механизма, а недостаточность ингибирующего фосфорилирования JNK с помощью ГКС способна стать главной причиной отсутствия ответа на ГКС при СРБА. Кроме того, JNK, в свою очередь, может подавлять функцию ГР. Активированная JNK (активируется вместе с р38МАРК) повышает активность транскрипционных факторов АР-1, NF-kB и приводит к увеличению синтеза провоспалительных цитокинов. Помимо этого, JNK нарушает ацетилирование ги-стона-4 в ДНК, снижая синтез противоспалитель-ных факторов. До конца не выяснено, является ли усиление транскрипции c-fos и активации JNK первичным или вторичным (вызванным чрезмерной продукцией цитокинов в пораженных дыхательных путях) нарушением. В настоящее время нет убедительных данных в пользу существования генетической компоненты, приводящей к повышенной активации АР-1 при СРБА [6].
Согласно некоторым данным, 25% больных БА в развитых странах являются курильщиками, что усугубляет симптомы заболевания и ослабляет эффект ИГКС [19]. Одним из механизмов развития стероидорезистентности у курильщиков служит нарушение паттерна ацетилирования гистонов. В регуляции экспрессии и репрессии генов решающим моментом выступает изменение структуры хроматина вследствие ферментативной модификации основных гистонов. В неактивном состоянии ДНК плотно обвивает гетерооктомер, исключая закрепление фермента полимеразы РНК II, которая активирует синтез мРНК. Такая конформационная структура хроматина трактуется как «закрытая» и связана с подавлением экспрессии генов. Ацетилирование радикалов лизина гистонов промотора индуцирует переход в открытую структуру ДНК (делает хроматин менее плотным) и доступной для РНК-полимеразы II, запуская тем самым транскрипцию гена. Ацети-лирование гистонов индуцирует экспрессию гена, а деацетилирование обусловливает подавление экспрессии гена, т.е. коррелирует с «генетическим молчанием». Деацетилазы (HDAC) представляют собой семейство ферментов, которые насчитывают около 10 разновидностей. Некоторые из них (HDAC4 и HDAC8) способны «курсировать» между ядром клетки и цитоплазмой [7].
При тяжелой БА у курящих астматиков от-
мечается снижение активности и экспрессии HDAC2, что предотвращает выключение ГКС активированных воспалительных генов. Вследствие дефекта в ацетилировании остатка лизина К5 и К16 в гистоне-4 происходит подавление стероидозависимых генов, что ведет к нарушению активации некоторых противовоспалительных генов. Специфические изоформы фермента фосфатидил киназы (PI3K) могут играть важную роль в снижении эффективности действия ГКС при оксидативном стрессе [3]. Стимуляция альвеолярных макрофагов при курении посредством NF-kB и других факторов транскрипции активирует ацетилтрансферазу, обеспечивающую ацетилирование гистона и впоследствии транскрипцию генов, кодирующих воспалительные белки, фактор некроза опухоли альфа (TNF-a), IL8, и матричную металлопротеиназу-9 (MMP-9). Это усиливает воспалительный ответ на активацию посредством NF-kB, а также уменьшает противовоспалительный эффект ГКС. ГКС полностью изменяют связывание ГР, привлекая HDAC2, что делает иным ацетилирование гистона, вызванное NF-kB, и выключает активизированные воспалительные гены [2].
Ядерный эритроид 2 р45-связанный фактор (Nrf2) — транскрипционный фактор, он вовлекается в регуляцию транскрипции большинства анти-оксидантных генов. Исследование на модели БА у мышей показало, что выключение Nrf2 гена ведет к тяжелому аллергическому воспалению дыхательных путей и гиперреактивности и ассоциируется с явной гиперплазией слизистых клеток и инфильтрацией эозинофилов в легкие. Результатом эффекта срыва Nrf2 является повышенная экспрессия IL4 и IL13. Nrf2- направленный патологический путь может определять предрасположенность к тяжелой аллерген- опосредованной БА [16].
Таким образом, формирование стероидорези-стентности при БА обусловлено в значительной степени активностью иммунного воспаления. Ци-токины Th2 IL4 и IL13 играют ключевую роль в формировании тяжелой БА и обладают многосторонним воздействием на молекулярные механизмы стероидорезистентности. Современные молекулярно-генетические технологии позволят в скором будущем достаточно полно выявлять маркеры стероидорезистентности при БА, которые наряду с экзогенными факторами риска дадут возможность усовершенствовать молекулярную диагностику, оптимизировать подходы для прогнозирования и разработать рациональную терапию.
ЛИТЕРАТУРА
1. Федосеев Г.Б, Трофимов В.И.Ц Бронхиальная астма. Нордмедиздат. — 2006. — 308 с.
2. Adcock I.M., Marwick J, Casolari P. et al. Mechanisms of Corticosteroid resistance in severe asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) // Current Pharmaceutical Design 2010. — Vol. 16. — P. 3554 — 3573.
3. Barnes P. Mechanisms and resistance in glucocorticoid control of inflammation // Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology. - 2010. - P. 10.
4. Barnes P.J, Adcock I.M. Steroid resistance in asthma // Quart. J. Med. - 1995. - Vol. 88. - №7. - P. 455 - 468.
5. Brightling C.E, Saha S., Hollins F. Interleukin-13: prospects for new treatments: central mediator of allergic asthma // Clinical J Experim Allergy. - 2010. - Vol. 40 (1). -P. 42 - 49.
6. Clark A.R., Martins J.R., Tchen C.R. Role of dual specificity phosphatases in biological responses to glucocorticoids // J. Biol. Chem. - 2008. - Vol. 283. -P. 25765 - 25769.
7. Corrigan C.S., Tuck-Kay Loke. Clinical and molecular aspects of glucocorticoid resistant asthma //Therapeutics and Clinical Risk Management. - 2007. - Vol. 3(5). - P.771 - 787.
8. Freidin M.V., Kobyakova O.S., Ogorodova L.M., et al. Association of polymorphisms in the human IL4 and IL5 genes with atopic bronchial asthma and severity of the disease // Comparative Func. Genom. - 2003. - Vol. 4. -P. 346 - 350.
9. Graves P.E., Kabesch M., Halonen M. et al. A cluster of seven tightly linked polymorphisms in the Il-13 gene is associated with total serum IgE levels in three populations of white children // J. Allergy Clin. Immunol. -2000. - Vol. 105. -P. 506 - 513.
10. Irusen E., Matthews J.G., Takahashi A. et al. P38 mitogen- activated protein kinase- indused glucocorticoid receptor phosphorylation reduces its activity: role in steroid-insensitive asthma // J. Allergy Clin. Immunology. - 2002. -Vol. 109. - P. 649 - 657.
11. Ito K., Chung K.F., Adcock I.M. Update on glucocortucoid action and resistance // J. Allergy Clin. Immunol. - 2006. - P. 522 - 543.
12. Kraft M., Hamid Q., Martin R.J., Leung D.Y.N. Glucocorticoid receptor- beta is associated with reduced steroid responsiveness at night in nocturnal asthma // Am. J. Respir. Crit. Care Med. - 2001. - Vol. 163. - P. 1219 - 1225.
13. Leung D.Y.M, Chrousos G.P.Is there a role for glucocorticoid receptor beta in glucocorticoid- dependent asthmatics // Am. J.Respir.Crit.Care Med. - 2000. - Vol. 162. -№ 1. - P. 256 - 262.
14. Li B., Carey M., Workman J.L. The role of chromatin during transcription // Cell. - 2007. - Vol. 128. - P.707 - 719.
15. Newton R., Leigh R., Giembycz M.A. Pharmacological strategies for improving the efficacy and therapeutic ratio of glucocorticoids in inflammatory lung disease // Pharmacology & Therapeutics. - 2010. - Vol. 125. -P. 286 - 327.
16. Rangasamy T., Guo J, Mitzner WA., Roman J. et al. Disruption of Nrf2 enhances susceptibility to severe airway inflammation and asthma in mice // J. Exp.Med. - 2005. -Vol. 202. - P. 47 - 59.
17. Rosenwasser L., Klemn J.D., Klemn J.M., et al. Association of asthmatic steroid intensivity with an IL-4 gene promoter polymorphism // J. Allergy Clin. Immunol. - 2001. -Vol. 107. - P. 235.
18. SzeflerS.J., LeungD.Y. Glucocorticoid-resistant asthma: pathogenesis and clinical implications for management // Eur. Respir. J. - 1997. - Vol. 10. - P. 1640 - 1649.
19. Thomson N.C., Chaudhuri R., Livingston E. Asthma and cigarette smoking // Eur. Respir J. - 2004. - Vol. 24. -P. 822 - 833.
20. Wenzel S. Severe Asthma in Adults // Am. J. Respir Crit. Care Med. - 2005. - Vol. 172. - P. 149 - 160.
