Оценка интенсивности цитокиновых реакций фиброза у коморбидных пациентов с ХОБЛ

Пустоветова Мария Геннадьевна; Чикинев Юрий Владимирович; Пионтковская Кристина Анатольевна; Дробязгин Евгений Александрович; Самсонова Елена Николаевна; Пахомова Юлия Вячеславовна

№ 3 - 2015 г. 14.00.00 медицинские науки (14.03.00 Медико-биологические науки)

УДК 616.24-036.12-004:577.125

ОЦЕНКА ИНТЕНСИВНОСТИ ЦИТОКИНОВЫХ РЕАКЦИЙ ФИБРОЗА У КОМОРБИДНЫХ ПАЦИЕНТОВ

С ХОБЛ

М. Г. Пустоветова. Ю. В. Чикинев, К. А. Пионтковская. Е. А. Дробязгин, Е. Н. Самсонова,

Ю. В. Пахомова

ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава РФ

(г. Новосибирск)

Цель исследования: сравнить уровни интерлейкина-8 (^-8) плазмы крови и молекулы интерцеллюлярной адгезии-1 (ICAM-1) в качестве биомаркеров прогрессирующего массивного фиброза у 38-ми пациентов. Материалы и методы. Плазма пациентов была измерена на содержание межклеточной молекулы адгезии-1 и ^-8. Результаты. Высокие уровни в сыворотке ^-8 и ICAM-1 имеют важное значение, как аттрактанты нейтрофилов и молекул адгезии, которые связаны со среднетяжелой хронической обструктивной болезнью легких с сопутствующей ишемической болезнью сердца, и эти результаты могут указывать на скрытые процессы прогрессирующего массивного фиброза.

Ключевые слова: хроническая обструктивная болезнь легких, коморбидная патология сердечно-сосудистой системы, молекула интерцеллюлярной адгезии-1, интерлейкин-8, прогрессирующий массивный фиброз.

Пустоветова Мария Геннадьевна — доктор медицинских наук, профессор кафедры патологической физиологии и клинической патофизиологии, заведующий Центральной научно-исследовательской лаборатории ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: [email protected]

Чикинев Юрий Владимирович — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой госпитальной и детской хирургии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: [email protected]

Пионтковская Кристина Анатольевна — аспирант кафедры патологической физиологии и клинической патофизиологии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: [email protected]

Дробязгин Евгений Александрович — доктор медицинских наук, доцент кафедры госпитальной и детской хирургии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: [email protected]

Самсонова Елена Николаевна — доктор медицинских наук, профессор, заведующий

учебной частью кафедры патологической физиологии и клинической патофизиологии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: [email protected]

Пахомова Юлия Вячеславовна — доктор медицинских наук, профессор кафедры патологической физиологии и клинической патофизиологииГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», рабочий телефон: 8 (383) 229-10-82, e-mail: [email protected]

Введение. Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) характеризуется как прогрессирующее фибротическое заболевание легочной ткани. Вдыхание сигаретного дыма и поллютантов провоцирует развитие легочной эмфиземы. При этом фибротические процессы, протекающие в легочной ткани, характеризуются активацией макрофагов и эндотелиальных клеток в легком. Фиброз — это состояние, характеризующееся альтерацией депозиции экстрацеллюлярного матрикса с аккумуляцией мезенхимальных клеток в качестве замещения нормальной ткани. Эта патология обычно разделяется на две группы: простые фибротические изменения, при которых воспалительные реакции остаются ограниченными, и прогрессирующий массивный фиброз (ПМФ), который характеризуется течением экстенсивной фибротической реакцией в легочной ткани. При обследовании таких пациентов с помощью рентгенографии, как правило, выявляются фибротические изменения в легочной ткани. В течение прошлого десятилетия предполагалось, что радикальное окисление и циркуляция цитокинов могут играть важную роль в прогрессировании ХОБЛ. Однако точные последовательные события, происходящие в легочной ткани, до сих пор остаются неизученными до конца. Стимулирование и адгезия воспалительных клеток, включая нейтрофилы и моноциты, играет важную роль в воспалении легочной ткани. Интерлейкин-8 (IL-8) был характеризован как мощный фактор инициации воспалительных клеток. Экспозиция поллютантов приводит к увеличению молекул-1 (ICAM-1) уровней межклеточной адгезии в легочной ткани и сопровождается активной миграцией нейтрофилов в легкие [2]. Повышенная экспрессия ICAM-1 была ранее продемонстрирована в легких шахтеров, в частности, в эндотелиальных клетках, эпителии, и альвеолярных макрофагах [1].

Данные из различных исследований макрофагов и фибробластов предполагают, что увеличивается производство этих цитокинов после воздействия поллютантов, кристаллического кремния или угольной пыли. Тем не менее, было проведено только ограниченное число клинических исследований для проверки данной гипотезы [1, 8]. Эти отчеты свидетельствуют о важности понимания уровня цитокинов в плазме при фиброзных изменениях в легких, однако также в настоящий момент мы имеем немного данных о значимости и прогностической ценности определения уровня данных цитокинов в течении массивного легочного фиброза.

В этом исследовании мы изучили взаимосвязь между установленным диагнозом ХОБЛ средней и тяжелой степени (GOLD, 2014 B, C) с коморбидной патологией сердечно-сосудистой системы (ишемическая болезнь сердца, стенокардия напряжения) и уровнем IL-8, ICAM-1 плазмы крови.

Материалы и методы. Исследован уровень содержания молекулы межклеточной адгезии-1 и IL-8 у пациентов с ХОБЛ и сопутствующей сердечно-сосудистой патологией. Комитет по этике утвердил дизайн настоящего исследования. Кроме того,

информированное согласие было подписано до включения пациента в исследование. Были включены 34 пациента с ишемической болезнью сердца и ХОБЛ B (классификация GOLD, 2014). Материал был взят в асептических условиях из лучевой артерии, сразу после сбора доставлялся в лабораторию при комнатной температуре, центрифугировался при 2800 об/мин. Плазма была измерена на содержание межклеточной молекулы адгезии-1 и IL-8. Статистическая значимость результатов оценивалась с помощью двухстороннего теста критерия суммы рангов Уилкоксона для парной выборки. Пороговый уровень значимости а (альфа) был установлен на уровне 0,05. Данные представлены в виде М ± SD.

Объект исследования: плазма крови, полученная центрифугированием не менее 10 мин с ускорением 4000 G с последующим выполнением иммуноферментного анализа.

Были исключены 24 образца плазмы, так как имели более чем критичный уровень содержания цитокинов для печени или при нарушении функции почек, в том числе индексов аспартатаминотрансферазы, аланинаминотрансферазы, или гамма-глутамилтранспептидазы, азота мочевины крови или креатинина. Диагноз ХОБЛ был ранее установленным и подтвержден данными спирометрии (объем форсированного выдоха за 1 с (ОФВ1) менее 70 %, но не менее 30 % от должного).

Результаты и их обсуждение. Средние значения IL-8 (15,3 ± 4,7 пг/мл vs 0-10 пг/мл) был значительно выше, чем нормальные значения (P< 0,001). Средние значения ICAM также значительно превышали нормальные значения (286,66 ± 10,3 нг/мл vs 59-229 нг/мл, P < 0,001). Эти результаты показывают, что высокие уровни в сыворотке IL-8 и ICAM-1 имеют важное значение, как аттрактанты нейтрофилов и молекул адгезии, которые связаны со среднетяжелой ХОБЛ с сопутствующей ишемической болезнью сердца, и эти результаты могут указывать на скрытые процессы ПМФ.

ХОБЛ с коморбидной сердечно-сосудистой патологией характеризуется хроническим воспалением легочной ткани, которое ассоциировано с активацией макрофагально-эндотелиальной системы. Воздействие поллютантов и сигаретного дыма на легочную ткань приводит к активации макрофагов и воспалению легочной ткани. Индикаторы-цитокины для данного процесса в легочной ткани являются очень важным звеном в понимании механизма текущих процессов. Важно исследовать потенциальные и проспективные цитокины фибротических изменений в легочной ткани до развития в ней тяжелых необратимых изменений [4]. Легочный фиброз характеризуется необратимым накоплением соединителной ткани в интерстициальном пространстве легкого. Исследования на моделях животных и ткани человеческого легкого сформировали гипотезу о том, что инициирующей данного процесса может быть комбинация травмы легочной ткани и привлечения провоспалительных клеток [5]. Привлечение таких клеток, как моноциты, макрофаги и нейтрофилы, играет важную роль в воспалительных процессах в легком. Воспаление и его прогрессирование может зависеть от концентрации вещества-поллютанта и развиваться даже после прекращения его воздействия. Уровень цитокинов плазмы может повышаться при различных заболеваниях печени в ответ на воздействие алкоголя [6] и вируса гепатита [7]. Уровень многих воспалительных цитокинов в плазме крови может быть увеличен при этих состояниях. Таким образом, мы исключили из исследования пациентов, чьи показатели плазмы имели более высокие значения, чем референсные (почечно-печеночная дисфункция) [8].

IL-8 — это важный активатор и хемоаттрактант для нейтрофилов. Аккумуляция лейкоцитов в легочной ткани — это непосредственный индикатор легочного воспаления

ИЛ-8 является важным хемокином в воспалении легких, вызванном воздействием поллютантов [10]. Уровни IL-8 были повышены в супернатантах спонтанных или в индуцированных пылью моноцитах [11]. Ранее было установлено, что сывороточные уровни IL-8 связаны с пневмокониозом угольных рабочих [3]. В этом исследовании средний уровень IL-8 было значительно выше в у исследуемой группы пациентов (Р < 0,001). Эти результаты показывают, что в сыворотке крови уровень IL-8 может служить в качестве биомаркера для присутствия как пневмокониоза, так и прогрессирующего массивного фиброза легких.

Инициирование и распространение фиброза в легочной ткани зависят от способности воспалительных клеток «прилипать» к стенкам сосудов и мигрировать через эндотелий. После стимуляции с помощью воспалительных медиаторов эндотелиальные клетки способны к экспрессии молекул адгезии лейкоцитов, таких как ICAM-1 [11, 12]. Другие типы клеток, включая эпителиальные клетки, фибробласты и макрофаги, в легочной ткани способны секретировать эти молекулы и участвовать в воспалительном процессе [14]. Ван и др. [15] сообщили, что экспрессия ICAM-1 клетками мокроты значительно увеличивалась у пациентов с пневмокониозом, и это может быть значимым для раннего обнаружения фибротических процессов в легочной ткани. В настоящем исследовании средний уровень ICAM-1 у пациентов исследованной группы был значительно выше, чем референсные значения (P = 0,001). Хотя средние уровни ICAM-1 существенно не отличались, значит, уровень ICAM-1, как правило, выше, чем референсные значения. Эти результаты показывают, что в сыворотке крови ICAM-1 уровня может служить в качестве биомаркеров для присутствия прогрессирующего фиброза в легочной ткани.

Исследование имеет несколько ограничений. Оно не рассмотривает вопрос прогрессирования фибротических процессов с использованием продольного исследования. Существует также отсутствие данных о сопутствующих факторах, таких как нейротрофический фактор (ко-фактор для IL-8) [18]. Хотя в сыворотке уровни IL-8 и ICAM-1 имеют тенденцию к увеличению в связи с наличием фибротического поцесса в легких, IL-8 и ICAM-1 в плазме крови не являются специфическими для биомаркеров прогрессирующего легочного фиброза. Таким образом, они не являются наиболее чувствительными маркерами для раннего выявления прогрессирующего легочного фиброза.

В заключение, высокие сывороточные уровни IL-8 и ICAM-1 связаны с наличием НВП прогрессирующего легочного фиброза у пациентов с ХОБЛ и сопутствующей патологией сердечно-сосудистой системы. Будущие исследования будут необходимы, чтобы выяснить роль дополнительных цитокиновых профилей в продольных исследованиях.

Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ молодым ученым (МД-3312.2014.7).

Список литературы

1. Expression of leucocyte-endothelial adhesion molecules is limited to intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) in the lung of pneumoconiotic patients : role of tumour necrosis factor-alpha (TNF-a) / D. Vanhée [et al.] // Clin. Exp. Immunol. — 1996. — Vol. 106. — Р. 541-548.

2. Nario R. C. Silica exposure increases expression of pulmonary intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) in C57Bl/6 mice / R. C. Nario, A. K. Hubbard // J. Toxicol. Environ. Health. — 1996. — Vol. 49. — Р. 599-617.

3. Serum levels of interleukin-8 and tumor necrosis factor-alpha in coal workers' pneumoconiosis : one-year follow-up study / J. S. Lee [et al.] // Saf. Health. Work. — 2010.

— Vol. 1. — P. 69-79.

4. Mechanistically identified suitable biomarkers of exposure, effect, and susceptibility for silicosis and coal-worker's pneumoconiosis : a comprehensive review / M. Gulumian [et al.] // J. Toxicol. Environ. Health. B Crit. Rev. — 2006. — Vol. 9. — P. 357-395.

5. Increased production and immunohistochemical localization of transforming growth factor-beta in idiopathic pulmonary fibrosis / N. Khalil [et al.] // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. — 1991. — Vol. 5. — P. 155-162.

6. Alcohol (ethanol) inhibits IL-8 and TNF : role of the p38 pathway / S. Arbabi [et al.] // J. Immunol. — 1999. — Vol. 162. — P. 7441-7445.

7. Missale G. Cytokine mediators in acute inflammation and chronic course of viral hepatitis / G. Missale, C. Ferrari, F. Fiaccadori // Ann. Ital. Med. Int. — 1995. — Vol. 10. — P. 14-18.

8. Production of inflammatory cytokines by peripheral blood monocytes in chronic alcoholism : relationship with ethanol intake and liver disease / F. J. Laso [et al.] // Cytometry B Clin. Cytom. — 2007. — Vol. 72. — P. 408-415.

9. Bittleman D. B. Interleukin-8 mediates interleukin-1 alpha-induced neutrophil transcellular migration / D. B. Bittleman, T. B. Casale // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. — 1995. — Vol. 13.

— P. 323-329.

10. Human alveolar macrophage gene expression of interleukin-8 by tumor necrosis factor-a, lipopolysaccharide, and interleukin-1ß / R. M. Strieter [et al.] // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. — 1990. — Vol. 2. — P. 321-326.

11. Potential biomarker of coal workers' pneumoconiosis / K. A. Kim [et al.] // Toxicol. Lett.

— 1999. — Vol. 108. — P. 297-302.

12. Osborn L. Leukocyte adhesion to endothelium in inflammation / L. Osborn // Cell. — 1990.

— Vol. 62. — P. 3-6.

13. Endothelial leukocyte adhesion molecule 1 : an inducible receptor for neutrophils related to complement regulatory proteins and lectins / M. P. Bevilacqua [et al.] // Science. — 1989.

— Vol. 243. — P. 1160-1165.

14. ICAM-1 and integrin expression on isolated human alveolar type II pneumocytes / J. Guzman [et al.] // Eur Respir J. — 1994. — Vol. 7. — P. 736-739.

15. The surface biomarkers of sputum cells in coal mine workers and patients with pneumoconiosis / G. Z. Wang [et al.] // Zhonghua Lao Dong Wei Sheng Zhi Ye Bing Za Zhi.

— 2011. — Vol. 29. — P. 837-840.

16. Macrophage inflammatory proteins 1 and 2 : expression by rat alveolar macrophages, fibroblasts, and epithelial cells and in rat lung after mineral dust exposure / K. E. Driscoll [et al.] // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. — 1993. — Vol. 8. — P. 311-318.

17. Changes of cell factor in bronchoalveolar lavage fluid in rats exposed to silica / W. Zhang [et al.] // Zhonghua Lao Dong Wei Sheng Zhi Ye Bing Za Zhi. — 2013. — Vol. 31. — P. 801-805.

18. Langford D. Role of trophic factors on neuroimmunity in neurodegenerative infectious diseases / D. Langford, E. Masliah // J. Neurovirol. — 2002. — Vol. 8. — P. 625-638.

ASSESSMENT OF INTENSITY OF CYTOKINE REACTIONS OF FIBROSIS AT COMORBIDE PATIENTS WITH COPD

M. G. Pustovetova. Y. V. Chikinev. K. A. Piontkovskaya. E. A. Drobyazgin. E. N. Samsonova.

J. V. Pakhomova

SBEIHPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health» (Novosibirsk)

The objective of research: to compare interleukin-8 (IL-8) levels of blood plasma and molecule of intercellular adhesion-1 (ICAM-1) as biomarkers of progressing massive fibrosis at 38 patients. Materials and methods. Plasma of patients was measured on the maintenance of intercellular molecule of adhesion-1 and IL-8. Results. High levels in IL-8 and ICAM-1 serum are important as these results can indicate attractants of neutrophils and molecules of adhesion that are connected to a medium-weight chronic obstructive pulmonary disease with accompanying coronary heart disease, and hidden processes of the progressing massive fibrosis.

Keywords: chronic obstructive pulmonary disease, comorbide pathology of cardiovascular system, molecule of intercellular adhesion-1, interleukin-8, progressing massive fibrosis.

About authors:

Pustovetova Maria Gennadiyevna — doctor of medical science, professor of pathological physiology and clinical pathophysiology chair, head of Central scientific research laboratory at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: [email protected]

Chikinev Yury Vladimirovich — doctor of medical science, professor, head of chair of hospital and pedicatric surgery at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: [email protected]

Piontkovskaya Christina Anatolyevna — post-graduate student of pathological physiology and clinical pathophysiology chair at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: [email protected]

Drobyazgin Evgeny Alexandrovich — candidate of medical science, assistant of chair of hospital and pediatric surgery at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: [email protected]

Samsonova Elena Nikolaevna — doctor of medical science, professor, head of the educational work of pathological physiology and clinical physiology chair at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: [email protected]

Pakhomova Julia Vyacheslavovna — doctor of medical science, professor of pathological physiology and clinical pathophysiology chair at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», office phone: 8 (383) 229-10-82, e-mail: [email protected]

List of the Literature:

1. Expression of leucocyte-endothelial adhesion molecules is limited to intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) in the lung of pneumoconiotic patients : role of tumour necrosis factor-alpha (TNF-a) / D. Vanhee [et al.] // Clin. Exp. Immunol. — 1996. — Vol. 106. — P. 541-548.

2. Nario R. C. Silica exposure increases expression of pulmonary intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) in C57Bl/6 mice / R. C. Nario, A. K. Hubbard // J. Toxicol. Environ. Health. — 1996. — Vol. 49. — P. 599-617.