CC BY
60
УДК [612.43:612.017.1](470.1/2)
особенности иммунологической защиты и содержание кортизола у человека на севере
© 2010 г. А. В. Полетаева, О. С. Морозова
Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН, г. Архангельск
В работе исследованы особенности иммунологических показателей жителей Севера. Анализируется влияние кортизола in vitro на рецепторную активность лимфоцитов периферической крови практически здоровых людей. Установлено, что активность влияния кортизола в условиях in vitro на экспрессию молекул HLA DR класса II заметно возрастает при наличии фонового дефицита Т-хелперов и резко снижается при активизации клеточно-опосредованной цитотоксичности с увеличением концентраций в крови CD8+ и CD16+. Ключевые слова: иммунная система, цитокины, фенотипы лимфоцитов, иммунный фон, кортизол.
Иммунитет как система защиты контролирует постоянство гомеостаза, определяемое фенотипической индивидуальностью конкретного человека. Поэтому состояние иммунной системы и уровень ее реактивности интегрально отражают функциональное состояние организма, его реальные возможности адаптироваться в дискомфортных условиях жизни [3].
Территория Архангельской области расположена в разных климатогеографических зонах с различной степенью климатического и социального дискомфорта. Иммунологическое районирование территории на основе административного, географического принципов и определения степени дискомфортности способом интегральной оценки [13] дает основание считать, что степень риска формирования вторичных иммунодефицитов соизмеряется со степенью дискомфортности воздействия комплекса климатогеографических факторов. Целью данной работы является установление особенностей иммунологической реактивности и влияния кортизола in vitro на рецепторную активность лимфоцитов периферической крови у практически здоровых людей, проживающих на Европейском Севере Российской Федерации.
Методы
Обследованы 250 практически здоровых лиц в возрасте от 40 до 57 лет, 126 женщин и 124 мужчины, родившихся и проживающих в Архангельской области.
В периферической крови изучали содержание фенотипов CD3+, CD5+, CD4+, CD8+, CD16+, CD10+, CD22+, СD23+, CD25+, CD38+, CD71 + , HLA DR+, CD95+ способом иммунопероксидазной реакции с моноклональными антителами.
В процессе фенотипирования лимфоцитов параллельно с обычной схемой постановки иммунопероксидазной реакции проводили реакцию с предварительной обработкой клеточной взвеси кортизолом. Использовали две схемы контроля: с добавлением гормона в реактивную клеточную взвесь после моноклональных антител и индикаторной ферментной системы и в условиях реакции без моноклональных антител, но в присутствии индикаторной смеси. Также изучали влияние гормона на специфическое взаимодействие кластера дифференциации и антитела к нему с использованием простейшей модели гемагглютинации для определения группы крови ABO.
Длительность контакта моноклональных антител с лимфоцитами и продолжительность иммунопероксидазной реакции были одинаковыми при фенотипировании лимфоцитов в обычных условиях и после их контакта с гормоном. Гормон вводили в реактивную взвесь в объеме 0,03 мл в дозе, соответствующей верхним границам его содержания
в плазме крови человека (760 нмоль/л).
Также изучали концентрации следующих цитоки-нов: 1Ь-1, 1Ь-1Р 1Ь-4, 1Ь-6, IFN-y, TNF-a и определяли содержание сывороточных иммуноглобулинов ^А, IgE на иммуноферментном анализаторе ЕтоШ фирмы «Bю-RAD» тест-наборами «Вектор Бест» (Россия).
Статистическую обработку полученных результатов, оценку распределения показателей, определение границ нормального распределения проводили с помощью компьютерного пакета прикладных программ SPSS 13.0. В большинстве выборок выявлено нормальное распределение. В связи с этим статистическая обработка проводилась параметрическими методами. Учитывались средние значения (М) и стандартные ошибки (т). Для проверки статистической гипотезы разности средних значений использовали ^критерий для независимых выборок. Корреляционный анализ параметров сделан с учетом коэффициента корреляции Пирсона (г). Критический уровень значимости (р) при проверке статистических гипотез принимался равным 0,05.
Результаты
Иммунологическая реактивность человека на Севере отличается довольно высокой фоновой активностью лимфопролиферации, содержанием в крови провос-палительных цитокинов и аутоантителообразовани-ем. Это приводит, с одной стороны, к торможению возрастного развития иммунной системы, а с другой
— к сокращению резервных возможностей регуляции иммунного гомеостаза [8].
Общее содержание лейкоцитов в периферической крови обследованных в средних результатах составляет (6,41 ± 0,13) х109 кл/л, превышения относительно нормы не наблюдается, относительная лейкопения регистрируется у 16,5 % обследуемых лиц, нейтропения в абсолютных значениях выявлена у 2,5 %.
Лимфоцитоз в абсолютных показателях наблюдали у 7,5 %, лимфопению — у 3,0 % обследуемых. Дефицит фагоцитарной защиты выявлен у 70,7 % лиц на фоне высокой интенсивности фагоцитоза при среднем значении фагоцитарного числа (7,89 ± 0,32). Среднее содержание эозинофилов и моноцитов находится в пределах физиологических границ — в среднем (0,19 ± 0,02) и (0,41 ± 0,02) х109 кл/л, превышение физиологических пределов установлено соответственно в 5,0 и 18,5 % случаев.
У подавляющего большинства обследуемых (95,3 %) отмечается низкое содержание Т-лимфоцитов со средним уровнем (0,63 ± 0,02) х109 кл/л. Подобная закономерность установлена и для CD5+ (0,85 ± 0,05) х109 кл/л, при этом пониженные уровни встречаются гораздо реже (в 27,9 % случаев). В абсолютном значении средняя концентрация лимфоцитов с маркером CD4 равняется (0,60 ± 0,02) х109 кл/л, в 21,5 % случаев наблюдается снижение уровня данного показателя по сравнению
с нормой, у 16,10 % обследованных содержание Т-хелперов повышено. Относительный уровень цито-токсических лимфоцитов (CD8+) составляет (18,69 ± 0,39) %, средняя концентрация абсолютного их содержания равняется (0,44 ± 0,01) х109 кл/л; в 52,3 % случаев концентрации цитотоксических лимфоцитов выше физиологической границы. Концентрации циркулирующих лимфоцитов, способных к пролиферации (CD10+), составляют (18,54 ± 0,39) %, в абсолютном выражении — (0,46 ± 0,02) х109 кл/л, повышенные их уровни регистрируются в 25 % случаев.
Содержание активированных клеток с рецептором к IL-2 (CD25+) составляет (16,91 ± 0,58) %, в абсолютных величинах — (0,39 ± 0,02) х109 кл/л. Средняя концентрация клеток с маркером HLA DR (16,58 ± 0,57) % и (0,32 ± 0,02) х109 кл/л практически не отличается от таковой у популяции, активированной IL-2. Содержание лимфоцитов с рецептором к трансферрину в незначительной степени ниже (14,28 ± 0,49) % и (0,34 ± 0,01) х109 кл/л. Повышенные концентрации В-лимфоцитов (CD22+) отмечены у 30,3 % обследуемых лиц. Содержание натуральных киллеров (CD16+) в среднем составляет (17,08 ± 0,49) % и (0,42 ± 0,01) х109 кл/л, высокие значения наблюдали у 28,2 % обследуемых. Относительный уровень лимфоцитов с рецепторами к апоптозу (CD95+) равен (19,51 ± 0,49) % и (0,49 ± 0,02) х109 кл/л.
Содержание сывороточных цитокинов в основном находится в пределах нормы. Так, средняя концентрация IL-1 составляет (1,67 ± 0,12) пг/мл, IL-1 р
— (0,81 ± 0,10) пг/мл, IL-4 — (0,42 ± 0,05) пг/мл, IFN-y - (1,92 ± 0,21) пг/мл, TNF-a - (2,51 ± 0,46) пг/мл. Исключение составляет IL-6, повышенные концентрации которого наблюдаются в 8,9 % случаев при среднем содержании (13,26 ± 0,57) пг/мл.
Средние концентрации Ig A (878,22 ± 44,79) мкг/ мл и IgE (72,12 ± 14,60) МЕ/мл находятся в пределах нормы; дефицит сывороточного IgA отмечен в 25,9 % случаев, повышенные концентрации IgE — у 15,6 % обследуемых лиц.
Обсуждение результатов
Таким образом, иммунологическая реактивность обследуемых лиц характеризуется частым выявлением нейтропении и дефицитом фагоцитоза нейтрофилами, относительным лимфоцитозом, высоким уровнем лимфопролиферации и содержания цитотоксических лимфоцитов, низкими концентрациями в периферической крови Т-лимфоцитов, в том числе Т-хелперов.
Снижение содержания Т-лимфоцитов является в общем стереотипной реакцией иммунной системы в ответ на неблагоприятное воздействие на нее самых разных факторов. Так, указанный реактивный сдвиг формируется под влиянием пестицидов [2, 5], условий химического производства [7, 9], при хронизации воспалительных процессов различной этиологии [ 1, 14]. Изменения в соотношениях содержания Т- и
В-лимфоцитов в сторону увеличения последних наблюдается не только на Севере, но и в условиях высокогорной гипоксии, а также в жаркое время года в Средней Азии [6].
Многие экологически зависимые дефекты иммунной защиты объясняются действием кортикостероидов, содержание которых, как правило, в данных ситуациях повышено [11, 15]. Глюкокортикоиды обладают лимфолитическим действием, угнетают секрецию факторов роста Т-клеток, митогенез лимфоцитов и продукцию IL-1, подавляют антигенактивированную лимфопролиферацию [18]. Кортикостероиды, в частности кортизол, способны подавлять гуморальный ответ и клеточные механизмы иммунитета [4], стимулировать апоптоз лимфоцитов [20]. Установлено, что влияние стероидных гормонов на апоптоз лимфоцитов осуществляется путем ингибиции Fas-зависимого включения апоптоза. Кроме того, глюкокортикоиды, снижая секрецию провоспалительных цитокинов, опосредованно подавляют дифференцировку моноцитов и экспрессию молекул Главного комплекса гистосовместимости класса II [ 12]. Глюкокортикоиды ингибируют продукцию и экспрессию молекул СD23, индуцируемую IL-1 [19]. Существует мнение, что гормоны коры надпочечника конкурируют с другими гормонами (тиреоидного профиля), стимулирующими иммунные реакции [17].
В то же время физиологические концентрации кортикостероидов необходимы для индуктивной фазы антителообразования, реактивных сдвигов функциональной активности лимфоцитов [11, 16]. Имеются сведения об иммуномодулирующем действии кортикостероидов на функциональную активность лимфоцитов в индуцированной реакции бласттрансформации и цитолитическую способность естественных киллеров. Таким образом, влияние кортикостероидов на иммунные реакции неоднозначно, они могут и ограничивать, и стимулировать их интенсивность.
Создается впечатление, что повышенные концентрации кортизола у человека на Севере оказывают иммуносупрессивное действие преимущественно на клеточные механизмы иммунной защиты, стимулируя в определенных условиях гуморальный иммунный ответ. Представляло интерес установить механизм влияния кортизола на иммунокомпетентные клетки путем изучения рецепторной активности лимфоцитов в присутствии кортизола в условиях in vitro.
Дополнительное введение в реактивную среду аналога кортизола в концентрации, соответствующей верхней границе нормы в крови, изменяя физикохимические свойства ингредиентов реакции, снижает экспрессию всех молекул дифференциации в 1,5— 2 раза, кроме молекул Главного комплекса гистосовместимости класса II. Уровень выявления данного фенотипа клеток повышается на 70,64 % с (0,32 ±
0,03) до (0,45 ± 0,03) х 109 кл/л. Учитывая, что антиген HLA DR II определяет способность презентации антигена, можно считать, что иммуномодулирующее
влияние кортизола обеспечивается его влиянием на экспрессию именно этих молекул. Молекулы данного класса участвуют в презентации антигена, образуя комплекс с фрагментами экзогенных антигенов, расщепляемых в фагосомах, и презентируют их на клеточной поверхности. При этом в фагосомах так называемая инвариантная часть заменяется фрагментом антигена. Объективность данного заключения подтверждается отсутствием влияния кортизола при внесении его в реактивную взвесь после взаимодействия рецептора и моноклональных антител, а также в условиях реакций антиген — антитело различной специфичности (в реакциях гемагглютинации для определения групп крови АВО).
Если это предположение объективно, можно полагать, что результаты влияния кортизола при фе-нотипировании клеток in vitro зависят от исходного иммунологического фона. Нами установлено, что активность влияния кортизола в условиях in vitro на экспрессию молекул HLA DR II заметно возрастает при наличии фонового дефицита Т-хелперов и резко снижается при фоновой активизации клеточноопосредованной цитотоксичности с увеличением концентраций в крови CD8+ и CD16+. Таким образом, одним из факторов, изменяющих активность иммунных реакций у северян, может быть высокий уровень кортизола, способный изменять функциональную активность молекулы HLA DR II. Известно, что после взаимодействия рецептора кортизола клетки и гормона стабилизируется клеточная мембрана [10]. По всей вероятности, стабилизация клеточной мембраны способствует экспрессии рецептора HLA DR II путем активизации кортизолом протеинкиназ.
Список литературы
1. Абдуллаев М. Д. Влияние магнитного поля в сочетании с радиацией на кровь в эксперименте / М. Д. Абдуллаев, С. М. Жданов // Материалы Закавказской научной конференции патофизиологов. — Тбилиси, 1972.
— С. 24—25.
2. Джабаров Р. Д. Использование иммунологических методов в выявлении лиц, контактирующих с пестицидами / Р. Д. Джабаров // Методология, организация и итоги массовых иммунологических исследований : тез. докл. Всесоюз. конф. — Ангарск, 1987. — С. 92—93.
3. Добродеева Л. К. Иммунологическая реактивность, состояние здоровья населения Архангельской области / Л. К. Добродеева, Л. П. Жилина. — Екатеринбург : УрО РАН, 2004. — 228 с.
4. Калинина Н. М. Заболевания иммунной системы. Диагностика и фармакотерапия / Н. М. Калинина, С. А. Кетлинский, С. В. Оковитый и др. — М. : Эксмо, 2008. — 496 с.
5. Козлюк А. С. Характеристика иммунного статуса детей, проживащих в районах различной интенсивности применения пестицидов / А. С. Козлюк, Л. А. Анисимова, И. Г. Шройт // Методология, организация и итоги массовых иммунологических обследований : тез. докл. Всесоюз. конф. — Ангарск, 1987. — С. 97 — 98.
6. Миррахимов М. М. Иммунный гомеостаз в экстремальных природных условиях / М. М. Миррахимов,
Н. В. Васильев, М. И. Китаев. — Фрунзе, 1985. — С. 273.
7. Польченко В. И. Показатели иммунитета при эпидемическом обследовании детей, проживающих в районах с интенсивным применением пестицидов / В. И. Польченко, Д. В. Зинченко // Методология, организация и итоги массовых иммунологических обследований : тез. докл. Всесоюз. конф. — Ангарск, 1987. — С. 101 — 102.
8. Пределы физиологического колебания в периферической крови метаболитов, гормонов, лимфоцитов, цитокинов и иммуноглобулинов у жителей Архангельской области : информ. материалы / под ред. Л. К. Добродеевой. — Архангельск : Изд. центр СГМУ, 2005. — 52 с.
9. Саныбаев В. А. Оценка иммунного статуса у рабочих Кадамжайского сурьмяного комбината / В. А. Саныбаев, Р. Н. Омурзанова // Методология, организация и итоги массовых иммунологических обследований : тез. докл. Всесоюз. конф. — Ангарск, 1987. — С. 103—104.
10. Структура и функции биологических мембран / под ред. А. С. Трошина. — М. : Наука, 1975. — 345 с.
11. Типисова Е. В. Особенности иммунно-гормональных соотношений у человека при смене климатических факторов / Е. В. Типисова, Л. К. Добродеева, А. В. Ткачев и др. // Клиническая иммунология. — 1999. — Т. 1, № 3—4. — С. 88—89.
12. Фрейдлин И. С. Иммунная система и её дефекты / И. С. Фрейдлин. — СПб. : НТФФ «Полисан», 1998. — 112 с.
13. Чащин В. П. Труд и здоровье человека на Севере / В. П. Чащин. — Мурманск, 1990. — С. 104.
14. Щепеткин И. А. Регуляция функциональной активности нейтрофилов цитокинами / И. А. Щепеткин, Н. В. Чердынцева, Н. В. Васильев // Иммунология. — 1994. — № 1. — С. 4—6.
15. Юдаев Н. А. Молекулярные механизмы действия стероидных гормонов / Н. А. Юдаев // Новое о гормонах и механизме их действия. — Киев, 1977. — С. 51—65.
16. Ambrose C. T. The essential role of corticosteroids in the induction of immune response in vitro / C. T. Ambrose // Hormones and Immune Response, Cuba Study Group No 36. — N. V : Churcill livingstone, 1970. — P. 100—116.
17. Fabris N. Hormones and the immune response / N. Fabris, W Pierpaoli // Czechoslovak Academy Press, 1979. — P. 79—87.
18. Insitoura D. Modulation of signaling via the MAPK pathways alters the effects if glucocortucooids on CD4+ T-cell function / D. Insitoura, P. Rophman // 22 Congress of the
European Academy of Allergology and Clinical Immunology : Abstract Book. — Hannover, 2003. — P. 2.
19. Katira A. Inhibtionn by glucocorticoid and stauropoune of IL-4-dependent CD40 production in B-limphocytes is reversed on engaging CD40 / A. Katira, K. A. Knox, M. Finney, et al. // Clin. and Exp. Immunol. — 1993. — Vol. 92, N 2. — P. 347—352.
20. Zubiaga M. IL-4 and IL-2 selectively rescue Th cell subsets from glucocorticoid induced apoptosis / M. Zubiaga, E. Munoz, B. T. Huber // J. Immunol. — 1992. — Vol. 149.
— P. 107—112.
THE PROPERTIES OF IMMUNOLOGICAL PROTECTION AND CONTENT OF CORTISOL WITH PERSON IN THE NORTH
A. V. Poletaeva, O. S. Morozova
The Institute of Environmental Physiology of Ural Branch of Russian Academy of Science, Arkhangelsk
The characteristics of immunological activities of persons in the North has been investigated in this work. ^e influence of cortisol in vitro to the receptor activity of lymphocyte of peripheral blood of the people, which are practically healthy, has been analyzed in this work. It is fixed that activity of influence of cortisol at conditions of in vitro on exptession of molecule HLA DR II visibly is increase on availability of background deficiency of T-helper and is sharply decrease on energization of cell-mediated cytotoxicity with increase of concentrations on blood CD8+ and CD16+.
Key words: immune system, cytokins, lymphocyte of phenotype, immune background, antibodies, cortisol.
Контактная информация:
Полетаева Анна Васильевна — аспирант, младший научный сотрудник лаборатории экологической иммунологии Института физиологии природных адаптаций Уральского отделения РАН
Адрес: 163061, г. Архангельск, пр. Ломоносова, д. 249
Тел. (8182) 21-04-58
E-mail: [email protected]
Статья поступила 28.12.2009 г.
