CC BY
15
УДК 616.34.022.7:616.017
Маслянко Р.П., д.б.н., професор, Куртяк Б.М., д.вет.н., Пундяк Т.О., астрант ([email protected]) ©
Лъв\всъкий нацюналънийутеерситет ветеринарногмедицини та бютехнологт
Iмет С.З.Гжицъкого.
РОЛЬ КИШК0В01АУТОФЛОРИ В ПАТОЛОГ11 ТВАРИН
Вробот1 представлено сучасш дат про роль умовно-патогенног кишковог аутофлори в розвитку захворюванъ тварин. Обговорюетъся мехашзм толерантност1 Iмунног системы кишечника транзиторног нормалъног мжрофлори, транслокацИ бактерш та ендотоксишв у норм1 та при патологи, можливг шляхи розповсюдження тфекцшних агент1в I ендотоксишв, як\ спричиняютърозвиток системного запалення та полюрганногпатологп.
Ключое1 слова: аутомтрофлора, ендотоксини, трансдукщя бактерш, захворювання кишечника,органна патолог1я.
Протягом останшх рок1в науков1 уявлення про патогенез захворювань значно змшилися. Це зумовлено новими вщкриттями в галуз1 молекулярно! бюлогп та кл1тинно1 мжробюлоги, тзнанням штимних мехашзм1 в розвитку запальних процеав, що призвело до очевидного висновку про спшьшсть патогенезу багатьох захворювань. Початком було намагання дослщниюв вияснити природу найбшьш вираженого стану хворого оргашзму-сепсису та зрозум1ти чому вш нерщко розвиваеться за вщсутност1 бактер1еми, при явних ознаках системно! шфекци, чому вш продовжуе вбивати людей I тварин з пщвищеною частотою, незважаючи на численш досягнення в його терапп. Вщповвдь на це непросте запитання вперше прозвучало бшьше 100 роюв тому нашим сшвв1тчизником, лауреатом Нобел1всько! преми 1.Мечшковим. Ус1 його гшотези та передбачення стали основою для численних наукових напрямюв: роль фагоцшгв у неспециф1чнш резистентност1 оргашзму, значения фактор1в господаря у вщповвд на шфекцш та розвиток органно! патологи I накшець, значения аутофлори кишечнику в патогенез! хвороби та смертг
Метою дано! статл було проанал1зувати мехашзми, що е вщповщальним за порушення бар'ерно! функци кишечника та транслокацш бактерш I продуклв 1х життед1яльност1 ¿з кишкового тракту у вщдалеш органи I тканини, визначити основш уразлив1 ланки та патолопчш процеси з метою терапевтичного впливу.
Роль позитивно? та негативно? мжрофлори на симбштичш процеси в оргашзмь Позитивну роль мжрофлори кишечника важко переоцшити: газовий обмш, його регулящя в кишечнику та шших порожнинах оргашзму, морфо-юнетичш дп (у безмжробних тварин знижена м1тотична актившсть ентероцитав, швидюсть 1х м1грацп по мжроворсинках); продукщя ензим1в, яю беруть участь у метабол1зм1 бшюв, вуглевод1в, лшвдв, нуклешових кислот; продукщя
© Маслянко Р.П., Куртяк Б.М., Пундяк Т.О., 2012
166
бюлопчно активних сполук (в1тамши, гормони, антибютики), участь у водно-сольовому обмш! та в шших життево важливих процесах [4].
В такш же Mipi, очевидна i негативна роль кишково! флори: утворення токсичних бюпол!мер!в, конкуренция з господарем за поживш речовини при масовому pocTi м1кроб1в, джерело ендогенно! шфекцл та сховище мжробних гешв. Однак ¿снуе окрема група захворювань кишечнику, при яких не завжди вдаеться виявити певний вид збудника (виразковий кол1т, ентерокол1т), що характеризуеться рецидивуючим nepeöiroM з серйозними ускладненнями - вщ артларги та мюпатп до септичного синдрому. В останш роки показана важлива роль ¿муногенетичного статусу оргашзма, фактор1в оточуючого середовища та кишково! мжрофлори в патогенез! запальних захворювань кишечника, при чому, останнш выводиться виршальна етюлопчна роль. [1, 3, 4, 24].
На тваринах - гнотобюнтах показано, що кол1ти не розвиваються у стерильних умовах; у людини запальш процеси в кишечнику спостер1гаються у бютопах з максимальною концентрацию м!крооргашзм!в. Пщвищена проникшсть слизово! кишечнику вадграе визначальну роль у тдтримщ стану хрошчного запалення в наслщок генетично! передбаченност! чи в результат! прямого контакту з бактер1ями та ix продуктами. Основними факторами, яю сприяють розвитку запальних процеав у кишечнику е вщсутшсть толерантност! до симбютично! мжрофлори, неспроможност! бар'ерно! функцп ¿мунорегуляторних кл1тин. Bei вони взаемозв'язаш i можуть бути одночасно причиною та наслщком хвороби [23].
Мехашзм запальних хвороб кишечнику. Перш за все варто коротко зупинитися на причинах порушень мжробюценозу кишечника. Як вже згадувалось, одшею з них е надлишковий picT бактерш, який може спостер1гатися в р1зних дшянках (бютопах) шлунково-кишкового тракту (ШКТ). Колошзащя шлунка та верхшх дшянок кишечника може здшснюватися за низхщним i висхщним шляхом. У першому випадку И причиною е надходження м!крооргашзм!в i3 ротово! порожнини та носоглотки - це вщбуваеться внаслщок порушення кислотного бар'еру шлунка, найчастше - в результат! шф1кування хел1кобактер1ями. У другому випадку синдром надлишкового росту м!крооргашзм!в у тонких кишках спричиняеться порушенням кишкового кл1ренсу, причиною якого можуть бути дефекта перистальтики або анатом1чна патолопя кишечника (ускладнення теля xipypri4HHx втручань, дивертикули, фктули), що викликае мехашчну затримку евакуаци та застш кишкового вмюту. Порушення перистальтики зв'язують з патолопею нервово-мя'зово! системи кишечника, включаючи мюпатш та невропатш, а також ауто1мшш, шфекцшш та ендокринш хвороби [3, 21].
Описаш змши на оргашзмшному piBHi можуть привести не лише до синдрому надлишкового росту в тонких кишках, але й до порушення толерантное^ до резидентно! нормально! мжрофлори, що тягне за собою незворотш насл!дки на кл!тинному та молекулярному р!внях - запалення слизових оболонок, порушення бар'ерно! функц!!, транслокащя бактер!й та
167
ендоксишв ¿з просвпу кишок у л1мфовузли, л1мфу, в системний кровотж з летальними наслщками за типом перитошту чи сепсису.
Мехашзми толерантное™ та бактер1ально1 толерантность Одшею з групи резидентних мжрооргашзм1в кишечника е грамнегативш бактери, ендотоксин (ЛПС), яю знаходяться на поверхневш оболонщ бактерш. У грампозитивних мжрооргашзм1в, зокрема, у б1фщобактерш \ лактобактерш, поки не вдалося виявити фактори патогенност1 [1]. Тому припускають, що мехашзм толерантное^ до умовно - патогенних ентеробактерш визначаеться толерантшетю до !х ендотоксину [2]. Цей феномен е найбшьш значущим для формування стшкого мжробюценозу а в цей же час найменш вивченим. На лабораторних тваринах толерантшеть до ендотоксину можна вщтворити щоденними ш'екщями нетоксичних доз ЛПС - у тому випадку формуеться рання, перехщна фаза толерантности Шзня фаза толерантное^ бшьш тривала \ настае через 72 години: вона специф1чна для гомолопчного ендотоксину, може бути ¿ндукована ш'екщею бактерш або ЛПС та перенесена вщ ¿мушзовано! тварини до не1мушзовано! за допомогою окремих бшкових факцш. Ця шзня толерантшеть основна на формуванш антитш до 0-специф1чних ланцюпв ЛПС. При щоденнш експозици ЛПС (цей процес вщбуваеться в кишечнику з моменту народження оргашзму), обидв1 фази толерантное^ кнують одночасно [7]. Рання фаза не залежить вщ серолопчних мехашзм1в ¿мунно! вщповвд \ е наслщком м1жкл1тинних взаемодш. Первинна ш'екщя ЛПС провокуе вившьнення цитоюшв. Ця реакщя практично вщеутня при наступних ш'екщях ЛПС чутливим лабораторним тваринам \ людиш. Встановлення толерантное^ характеризуемся пригшченням синтезу фактору некрозу пухлин (ФНП) а та штерлейюну -1 (1Л-1) - основних мед1атор1в патогенного протизапального впливу ендоотоксину [5]. На ештел1альних кл1тинах кишечника (ентероцитах) показано, що хрошчна д1я ЛПС пригшчуе продукцш 1Л-8 - основного хемоатрактанта, що ¿ндикуе запальну реакцш у вщповщь на стимуляцш ФНО \ 1Л-1, I що цей процес не вимагае учасп То11-рецептор1в, здатних розтзнавати ендотоксин [34]. Встановлено, що ЛПС не впливае на шш1 запальш шляхи, що функцюнують незалежно вщ 1Л-8, зокрема, на секрецш 1Л-6 I наступну шдукцш трансештемально! м1граци нейтрофшв у вщповщь на ш'екцш сальмонел. В дшсност1, ештел1альш кл1тини кишечнику продукують 1Л-6, але майже не синтезують 1Л-1 та ФНП. Кр1м цього, переважну дш мае трансформуючий фактор росту (ТФР), володшчий вираженими толерогенними властивостями та здатшетю регулювати продукцш IgA, який вносить свш вклад у затримку розвитку процесу запалення [4,20].
Чисельш дослщження евщчать про важливий ¿мунолопчний дисбаланс при запаленнях кишечнику - посилення продукцп прозапальних цитоюшв (ФНП-а, 1ФН-у Н), 1Л-1, 1Л-6, 1Л-12), вщеутшх в умовах природно! толерантное^, та зниження синтезу антизапальних цитоюшв (1Л-4, 1Л-10, 1Л-11), що веде до виражено! ¿мунно! вщповвд на нормальну кишкову мжрофлору [10, 16, 22].
168
Вщносно генетичних фактор1в, як1 вдаграють важливу роль при ентеропалях, то ця проблема знаходиться на початкових етапах дослщжень. G даш про те, що чутливкть оргашзму людини до хвороби Крона зв'язана з фенотипом CaRD-15 i мутащею гена NOD-2, результатом яко! е дефект синтезу 1Л-10 моноцитами кров1 у вщповщь на стимуляцш То11-рецептор1в бактер1альними ¿муномодуляторами, що опосередковуе неконтрольоване запалення [19, 29].
Найбшьш уразливою ланкою в забезпеченш ештел1ального кишкового бареру е стан кл1тинних контаклв. Це повшстю енергозалежний процес, який визначаеться структурно-функцюнальною стабшьшстю м1тохондрш, поставляючи енергш у форм1 АТФ при окисному фосфорилюванш. Препарати, що роз'еднують окислювальне фосфорилювання у м1тохондр1ях е стресовими, провокуючими факторами, здатш дестабшзувати бшки цитоскелету, що беруть участь у формуванш контакт1в. У резекцшних зразках тканин при хвороб! Крона, а також у лабораторних тварин (гризушв), що шддавалися метабол1чному стресу, було виявлено порушення м1тохондр1альних структур, зниження р1вня АТФ у запальних тканинах i пщвищення чутливост1 до роз'еднувальних агент1в у тканинах хворих з вщсутшстю пстолопчних ознак запалення [27].
У розвитку запальних реакцш на мжробш антигени беруть участь pi3Hi типи ¿мунокомпетентних кл1тин слизово! оболонки кишечника: макрофаги, Т- i B- л1мфоцити, NK-клiтини (природш кшери). NK-клiтини та макрофаги е первинними мшенями при бактер1альнш стимуляцп. 1м выводиться ведуча роль у захисш оргашзму проти кишкових мжробних антигешв [18]. 1х значения при запальних процесах у кишечнику поки що до кшця не з'ясована. Незважаючи на численну шформацш на питания: як i чому розвиваються процеси запалення в оргашзм1 до сих nip однозначно! вщповда немае. 3 одного боку - генетична схильшсть, порушення ¿мунозапально! толерантное^, незбалансована вщповщь на власш м1кробш антигени, з шшого - порушення енергозабезпечення нормальних функцш, у тому числ1 i бар'ерно!.
1снуе виражений зв'язок м1ж запальними процесами кишечнику та артропалею, яка може бути шдукована не лише патогенними мжрооргашзмами, але й симбютичною нормальною мжрофлорою, здатною пщтримувати хрошчний запальний процес в умовах втрати толерантное^ та порушень кишкового бар'еру. Припускаеться також участь кишково! мжрофлори в патогенез! системних захворювань сполучних тканин, наприклад анкшозуючого спондилоартриту, при якому не вдаеться остаточно щентиф1кувати специф1чний мжробний агент [1, 23].
Найбшьш важко може вщбуватися д1агностика полюрганно! патологи в результат! поеднано! ди р1зних вид1в м1кроб1в. Не лише патогенш бактери, в1руси, гриби та i'x токсини, але й компоненти непатогенних штам1в м1кроб1в, (наприклад, пептидоглкан Bacillus subtilis) здатний значно посилювати токсичну ефектившсть ендотоксину, виключаючи синерпчне збшьшення
169
генерацп кисневих радикал1в \ прозапальних цитоюшв з1 вЫма негативними явищами, аж до летального наслщку [5, 6].
Таким чином, запаленню завжди передуе антигенна стимулящя кл1тин мжрооргашзмами та/або продуктами !х життед1яльностг При цьому у вщповщальних кл1тинах, переважно у нейтрофшах \ макрофагах, запускаеться каскад реакцш на атомному, молекулярному та кл1тинному р1внях. Вони виражаються в активаци мембранних \ цитоплазматичних ферменив, яю продукують токсичш, киснев1 та азотов! метаболии (радикали), надходження юшв кальцш до кл1тин, посилення метабол1чних процеав, активацп ядерних фактор1в експреаею мРНК, прозапальних цитоюшв [5-18]. Наслщком такого каскаду, перв1сно нацшеного на знищення патогенного стимулу, е енергетичне виснаження (глюкоза, АТФ) \ катастроф1чне зниження антиоксидантного потенщалу кл1тин. Процес може набути генерал1зованого характеру при наявност1 ¿мунолопчного дисбалансу, зниження синтезу антизапальних цитоюшв, постшно! антигенно! стимуляцп, порушення ендотел1ального бар'еру - в результат! розвиваеться синдром системного запалення з полюрганною патолопею.
У зв'язку з вище викладеним, профшактичш процедури та антибактер1альну терашю потр1бно поеднувати з антиоксидантами, в1тамшами, ¿муноглобулшами та препаратами, що знижують р1вень прозапального цитоюну ФНП - а.
Ал1ментарне застосування кальцш зумовлено не лише необхщшстю поповнення депо, але й здатшстю зменшувати р1вень ФНП-а. Найбшьш виражений ефект в цьому аспект!, а також ослабленш штенсивност1 кол1ту у експериментальних тварин, досягаеться поеднаним застосуванням кальцш та активно! форми в1тамшу В3, що забезпечуе зниження синтезу ФНП-а [23].
У ряд1 дослвдв, проведених на експериментальних тваринах, отримано позитивш результати при використанш антагошспв То11-рецептор1в на модел1 кол1ту в оргашзм1 мишей [16, 17].
На завершения слщ вщм1тити, що не тшьки патогенна, але й умовно патогенна транзиторна нормальна мжрофлора кишечника здатна викликати розвиток тяжких форм полюрганно! патологи при порушенш ¿мунорегуляторних мехашзм1в в оргашзм1 людини { тварини.
Л1тература
1. Бондаренко В.М. Ранние этапы развития инфекционного процесса и двойственная роль нормальной микрофлоры /В.М.Бондаренко, В.Г.Петровская// Вести. РАМН.-1997.№3.-С.7-10.
2. Бондаренко В.М. Иммунорегуляция численности грамотрицательной микрофлоры кишечника /В.М.Бондаренко, В.Г. Лиходед, А.А.Воровьев// ЖМЭИ.-2004.-№4.-С.90-91.
3. Бондаренко В.М. Синдром избыточного бактериального роста в тонкой кишке в аспекте дисбактериоза кишечника /В.М.Бондаренко, Е.А.Лыкова, Т.В.Мацулевич// ЖМЭИ.-2006.-;4.-С.50-56.
170
4. Бурмистрова А.Л. Иммунной гомеостаз и микробиоценоз. Метафоры и пути развития воспалительных заболеваний кишечника /А.Л.Бурмистрова// Челябинск.-1997.-С.42-49.
5. Рябиченко Е.В. Цитокинстимулирующая активность липополисахарида грамотрицательных бактерий и его роль в противоопухолевом иммунитете /Е.В.Рябиченко, В.М.Бондаренко, ЛГ.Веткова// ЖМЭИ.-2005.-№6.-С.76-81.
6. Рябиченко Е.В. Механизмы синергического летального действия мепополисахарида энтеробактерий и стафилококкового энтеротоксина типа А /Е.В.Рябиченко, В.В.Бондаренко// ЖМЭИ.-2006.-№4.-С.97-109.
7. Рябиченко Е.В. Роль активных форм кислорода, генерирдемых фагоцитами, в патогенезе заболеваний /Е.В. Рябиченко, В.М.Бондаренко, В.В.Рябиченко// ЖМЭИ.-2001.-№4.-С.65-71.
8. Сепнаневили Р.И. Физиология естественных киллеров /Р.И.Сепнагивили//М. Медицина - Здоровье.-2005.
9. Ardizzone S. Biologic therapy for inflammatory bowel disease /S. Ardizzone, B.G.Porr// Days.-2005.-v.65.-P.2253-2286.
10. Fort M. Asynthetic TLR4 antagonist has anti-inflammatory ettects in two murine models of inflammatory bowel disease /M.Fort, A.Mozaffarian, A.G.Stover// J. Immunol.-2005.-v.174 (10). P.6416-6423.
11. Fukata M. Toll-like receptor-4 is reguired for intestinal response of epithelial injuri and limiting bacterial translocation a murine model of acute colitis /M.Fukata, K.S.Michalsen, R.Eri// Am. J. Physiol.-2005.-v.288.-G1055-G1065.
12. Halle D. Activation of human peripheral blood monomuclear cells by nonpathogenic bacteria in vitro: evidence of NK cell as primary targets /D.Haller, S.Blun// Infect. Immun.-2000.-v.68.-P.2752-2759.
13. Haime L. CAR 15 frameshift mutation in patients with cron disease is associated with immune dysregulation /L.Heime, U.Turrnen// Scand. J. Gastroenterol.-2004.-v.39.-P.1243-1249.
14. Home K.L. Transforming growth factor-b regulation of epithelial right function proteins enhances barrier function and blocks enterehemorrhagic E. coli o 157: H7-induced inereased permeability /K.L.Home, C. Reardon, A. Wang//Am. J. Pathol.-2005.-v.167.-P.1587-1597.
15. Husebye E. The pathogenesis of gastrointestinal barterial overgrowth /E.Husebye// Chemotherapy.-2005.-v.51.-P.1-22.
16. Inone S. Etiopathogenesis and aggravating factors in ulcerative colitis /S.Inone, H.Nakase, T.Chiba// Nippon Rinsho.-2005.-v.63.-P.757-762.
17. Khore C.D. HLA-B27 hery chains contribute to spontaneons inflammatory disease in B 27 /human B-2 - microglobulin double transgenic mice with disrupted mouse B-2 - m /S.D.Khare, J.Hansen, H.S.Luthra// J. Clin. Invest.-1996.-v.8.-P.2746-2755.
18. Linsrens R.K. The bacterial flora in inflammatory bovel disease: current insigbts in pathogenesis ant the influence of antibiotics and probiotics /R.K.Linskens, X.W.Huijsdens, P.H.Savelkoul// Seand. J. Gastroenterol.-2001.-v.234.-P.29-40.
171
19. McKey M.D.Good bug, bat bug: in the case of enteric inflammatory disease does the epithelium decide? /M.D. McKey// Inflam.Bowel Dis.-1999.-v.5.-P.262-270.
20. Reveille J.D. Spondyloarthritis: update on pathogehesis and management /J.D.Reveible, F.C.Arnett// Am.J.Med.-2005.-v.118.-P.592-603.
21. Savidge T.C. Lipopolysaceharide - induced human enterocyte tolerance to cytokine - mediated interleukin - 8 production may occur independently of TLR-4/MD-2 signaling /T.C.Savidge, P.G.Newman, W.H.Pan// Pediatr. Res.-2006.-v.59.-P.89-95.
22. Wrag G.M. ACell wall component from rathogenic and nonpathogenic gram-positive bacteria (peptioda-lycan) synergist with endotoxin to cause the release of tumor necrosis factor-alpha, nitric oxide production, shock, and multiple organ injury / dysfunction in the rat /G.M.Wray, S.J.Foster, C.J.Hinds// Shock.-2001.-v.15.-P.133-138.
23. Zhu Y. Calcium and 1 alpha, 25 - dihydroxy - vitamin D3 target the TNE - a pathway to suppress experimental inflammatory bowel disease /Y.Zhu, B.D.Mahon// Enr. J. Immunol.-2005.-v.35.-P.217-224.
Summary
The purpose of the review is to analyze the scientic progress to date a bout the role of opportunistic bacteria in development of diseases in animals and Dumana. Mechanisms of tolerance of local gut immune system to transitory normal microflora, translocation of bacteria and endotoxins in normal and pathology, possible routes of transmission of infections agents and endotoxins which lead to systemic inflammation syndrome and attection of various organs were discussed.
Рецензент - к.б.н., доцент Турко 1.Б.
172
