Цитокины и ответ иммунной системы в условиях острого нарушения мозгового кровообращения

ЦИТОКИНЫ И ОТВЕТ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ ОСТРОГО НАРУШЕНИЯ МОЗГОВОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ

СЕРГЕЕВА С.П.

ГОУ ВПО “Московский государственный медико-стоматологический

университет “

Резюме. В данной статье отражено современное научное представление об участии иммунных механизмов в развитии острого нарушения мозгового кровообращения (ОНМК). Группой авторов было проведено экспериментальное изучение структуры и клеточного состава тимуса крыс с разной прогностической устойчивостью к эмоциональному стрессу в условиях экспериментально моделируемого геморрагического инсульта, в ходе которого была разработана экспериментальная модель внутримозгового кровоизлияния (ВМК) у крыс.

Результаты исследования позволили сделать вывод, что при геморрагическом инсульте в тимусе имеют место изменения, связанные как со стереотипным ответом на эмоциональный стресс, так и с аутоиммунными механизмами. В настоящее время планируется проведение проспективного клинического исследования, в ходе которого будут определены наиболее значимые в развитии локального и системного аутоиммунного ответа гуморальные и клеточные факторы. Abstract. Modern scientific views on the role of immune mechanisms in acute stroke development are reflected in this article. Thymus structure and cell population of rats with different prognostic tolerance to emotional stress in experimental intracerebral hemorrhage (ICH) were studied. The novel model of ICH in rats was developed. The results of this study allowed us to draw a conclusion that both stereotypic and autoimmune mechanisms are involved into ICH development. At present prospective clinical study, aimed at the detection of humoral and cell factors playing the most significant role in local and systemic autoimmune response development is being planned.

Адрес для корреспонденции: Российская Федерация. 127478. г. Москва. Делегатская. д.20/1 Московский государственный медикостоматологический университет-Сергеева С.П.

Введение. Острое нарушение мозгового кровообращения

- актуальная медико-социальная проблема. Частота инсультов в разных странах мира колеблется от 150 до 740 случаев на 100 000 населения. В связи со старением населения. т.е. увеличением в популяции лиц пожилого возраста. количество больных с инсультом увеличивается год от года. Высока летальность и инвалидизация [1]. Доказано. что в патогенезе ОНМК значимое место занимают иммунные механизмы. которые все больше привлекают ученых как потенциальные мишени для терапевтического воздействия и разработки новых диагностических методов [2].

Головной мозг считается иммунологически привилегированным органом. повреждение гематоэнцефалического барьера приводит к попаданию нейроспецифических белков в кровь. В крови здоровых молодых людей свободно циркулирующие антитела к нейроантигенам выявляются сравнительно редко. частота их выявления увеличивается с возрастом. отражая появление «фоновых» деструктивных процессов гематоэнцефалического барьера и ткани мозга [3. 4]. Длительное сохранение антител к нейроантигенам в крови свидетельствует о прогредиентном развитии деструктивных изменений. Проникающие в ткань мозга антитела распространяются в межклеточном пространстве и далее транспортируются аксональным током в различные клеточные структуры. инактивируя соответствующие нейроантигены. что в конечном итоге приводит к усилению повреждения нервной ткани.

Аутоантитела оказывают влияние как на метаболизм нервных клеток. так и на формирование специфических функций нервной системы в целом [5].

В связи с вышеизложенным изучение состояния системы иммунитета при ОНМК является актуальной проблемой. что и явилось целью настоящего исследования.

Гемато-энцефалический барьер и аутоаллергические поражения

мозга

Показано. что содержание аутоантител к мембранному белку 8100^. основному белку миелина. фактору роста нервов. фенциклидин -связывающему белку КМБА в цереброспинальной жидкости и сыворотке крови больных с ишемическим инсультом коррелировало со степенью повреждения ткани головного мозга [6. 7. 8]. Изучен уровень Б100Р в крови пациентов в первые 24 часа после внутримозгового кровоизлияния: он был достоверно повышен и коррелировал с объемом гематомы. степенью неврологического дефицита. исходом. Авторы считают. что Б100Р является потенциальным маркером внутримозгового кровоизлияния. с помощью которого представляется возможным определять объем гематомы [9]. Однако известно. что уровень Б100Р повышается в периферической крови пациентов с ишемическим инсультом. черепно-мозговой травмой и прочими заболеваниями центральной нервной системы. сопровождающимися нарушением гемато-энцефалического барьера [10. 11. 12]. Таким образом. по нашему мнению. нейроспецифические белки можно рассматривать лишь как маркер нарушения гемато-энцефалического барьера. а их концентрация коррелирует лишь с объемом и длительностью существования данного дефекта.

Необходимо подчеркнуть сложность получения адекватной информации при определении аутосенсибилизации мозговыми

антигенами. так как этот процесс зависит не только от выхода антигенов в кровь или цереброспинальную жидкость. но и от иммунного статуса организма [13].

Некоторое время назад было показано. что гистогематический барьер гораздо сильнее ограничивает проникновение молекул из крови в ЦНС. чем в обратном направлении - из ЦНС в кровь [14]. В ЦНС существуют свои антигенпредставляющие и эффекторные клетки: астроциты и интратекальные лимфоциты. составляющие относительно обособленный компонент иммунной системы. Микроглия представлена клетками. близкородственными макрофагам. имеющими особый костномозговой предшественник. Они экспрессируют антигены ГКГС 1 и 2 класса. а при стимуляции цитокинами и вирусами секретируют ИЛ-

1. ИЛ-3. ИЛ-6 и ФНО-а; могут представлять антигены ЦНС местным интратекальным лимфоцитам и способствовать проникновению лимфоидных клеток в ЦНС. заставляя эндотелий

гематоэнцефалического барьера экспонировать молекулы клеточной адгезии.

Эти процессы в норме имеют умеренную интенсивность. но при их патологической активации развиваются аутоаллергические поражения мозга. Некоторые авторы высказывают мнение о том. что «забарьерность» никак не связана с наличием или срывом толерантности. а. скорее. наоборот. позволяет при нарушении толерантности к «забарьерным» антигенам не реализоваться аутоаллергическим проявлениям. но только до тех пор. пока «барьер» не нарушен [15].

Адаптивные реакции при повреждении головного мозга

В ответ на повреждение ткани головного мозга развиваются локальные и системные. специфические и неспецифические адаптивные реакции [16]. Следует отметить. что в клинической иммунологии сложилось следующее представление о проблеме специфичности: хотя

все факторы. действующие в организме. разнообразны как по своим свойствам. так и по специфичности. все они действуют коллективно. как единое целое. При этом в данной кооперации даже полностью неспецифические факторы приобретают черты высокой специфичности. Анализируя результаты исследований. Е.А. Корнева (1988) пришла к выводу. что реакции на антиген специфичны в их начале и конце. но в реализации эффекта существенная роль принадлежит неспецифическим реакциям [17].

Соотношение специфических приспособительных реакций и неспецифической общесистемной активации в каждом конкретном случае могут сильно различаться. Ш.Т. Аветикян и соавторы (1982) указывает. что они. в частности. определяются индивидуальнотипологическими особенностями адаптации [18]. Установлены основные типы индивидуально-типологических реакций: 1) адаптивный тип. для которого характерны либо эффективная реактивность специфической функциональной системы и неспецифическая ареактивность. либо. наоборот. относительная ареактивность специфической адаптивной системы с неспецифической реактивностью; 2) неадаптивный тип. для которого характерны как специфическая. так и неспецифическая ареактивность.

Основоположник учения о стрессе Г.Селье в качестве ведущего патогенетического звена рассматривал систему “гипоталамус-передняя доля гипофиза-кора надпочечников”. Под влиянием гормонов гипофиза и надпочечников. согласно Селье. формируется неспецифический адаптационный синдром. характеризующийся гипертрофией

надпочечников. инволюцией тимуса и лимфатических узлов. а также язвенными поражениями желудочно-кишечного тракта [19]. В своих работах К.В.Судаков и соавт. показали. что в однотипных условиях экспериментов. вызывающих у животных эмоциональный стресс. выявляются особи. либо устойчивые. либо предрасположенные к

нарушению различных физиологических функций [20]. Синдром-стресс

- неспецифический компонент реакции адаптации. обеспечивающий привлечение энергетических и пластических резервов для осуществления специфической адаптационной перестройки систем организма [21]. Следовательно. в ответ на ОНМК мы вправе ожидать проявления стресс-синдрома. что было показано в наших работах. Состояние системы иммунитета при ОНМК Совместно с Е.В. Коплик было проведено экспериментальное изучение структуры и клеточного состава тимуса крыс с разной прогностической устойчивостью к эмоциональному стрессу в условиях экспериментально моделируемого внутримозгового кровоизлияния (ВМК) [22]. В результате проведенных исследований разработана экспериментальная модель ВМК у крыс. При использовании этой модели показано. что индивидуальные особенности поведения. характеризующие различную прогностическую устойчивость крыс к эмоциональному стрессу. существенно влияют на выраженность неврологической симптоматики при ВМК.

Прогностически устойчивые к эмоциональному стрессу животные характеризуются. по сравнению со стресс-предрасположенными животными. более высоким уровнем восстановления неврологического статуса к 7-м суткам после ВМК.

Анализ функционального состояния центральной нервной системы. а также оценка двигательных и координаторных нарушений после ВМК у крыс. перенесших 24-х часовое стрессорное воздействие. показал. что положительная динамика этих показателей в большей степени отмечалась у устойчивых к стрессу по сравнению со стресс предрасположенными животными.

Экспериментальное ВМК. как показало исследование весовых коэффициентов органов стресс-маркеров (тимуса и надпочечников). само по себе является стрессорным воздействием. причем

прогностически устойчивые к эмоциональному стрессу (ЭС) животные реагируют с меньшим изменением весовых показателей тимуса. но не надпочечников. по сравнению с прогностически предрасположенными к ЭС крысами.

Анализ весовых коэффициентов органов стресс-маркеров у крыс. перенесших стрессорное воздействие перед ВМК. показал. что у прогностически устойчивых к ЭС животных не отмечалось достоверных изменений весовых коэффициентов надпочечников. однако достоверно снижался вес тимуса. У предрасположенных к ЭС крыс наблюдалось достоверное изменение веса надпочечников и тимуса на протяжении 7 суток эксперимента.

Изучение тимуса 80 крыс-самцов Вистар показало. что через 1. 3 и 7 суток после операции по моделированию геморрагического инсульта крысы. предрасположенные к эмоциональному стрессу. реагируют более выраженными изменениями. чем устойчивые к стрессу. Плотность расположения клеточных элементов на единице площади мозгового вещества гистологического среза тимуса достоверно уменьшается в динамике по сравнению с контрольными группами животных. тогда как коркового - увеличивается. причем не отмечено достоверных изменений в содержании соединительной ткани и тимических телец. Установлено. что на величину изменений как коркового. так и мозгового вещества достоверно влияет устойчивость к эмоциональному стрессу и время до выведения из эксперимента (р<0.05).

В мозговом веществе отмечено значительное увеличение площади. занимаемой на срезе сосудами. При изучении динамики изменений содержания клеточных элементов в мозговом. корковом веществе и подкапсулярной зоне тимуса выявлено достоверное снижение числа малых лимфоцитов наиболее выраженное в подкапсулярной зоне и корковом веществе через 72 часа у

предрасположенных к эмоциональному стрессу животных. Не прослеживается достоверно значимых изменений содержания бластов. больших лимфоцитов и клеток с картинами митоза. при этом в мозговом веществе устойчивых к эмоциональному стрессу крыс отмечается увеличение содержания деструктивно измененных клеток. При изучении характера клеточных процессов установлено. что после экспериментального геморрагического инсульта происходит подавление лимфоцитопоэза. усиление процессов распада клеток и макрофагальной реакции. нарастает число плазматических и тучных клеток. Ярко выражена сосудистая реакция в виде периваскулярного отека. набухания эндотелия стенок сосудов. Результаты исследований позволили сделать вывод. что при внутримозговом кровоизлиянии в тимусе имеют место изменения. связанные как со стереотипным ответом на эмоциональный стресс. так и с аутоиммунными механизмами.

Снижение прямой антиген-специфической супрессии аутореактивных клонов В-

лимфоцитов

V___________________________________/

Определенное место в патогенезе геморрагического инсульта занимают неспецифические адаптивные реакции, развивающиеся за

счет активации гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы -так называемый адаптационный. или стесс-синдром [19]. В частности. они выражаются в иммуносупрессии. за счет ослабления Т-клеточного звена иммунитета [23]. Можно выделить три основных механизма. Во-первых. глюкокортикоиды тормозят деление предшественников Т-лимфоцитов в профазе митоза в тимусе; во-вторых ФНО-а. уровень которого повышается после развития ОНМК. через повышение секреции адренокортикотропного гормона приводит к повышенной секреции глюкокортикоидов.

Известно также. что в зависимости от присутствия тех или иных цитокинов ФНО-а может непосредственно контролировать пролиферацию Т-лимфоцитов в тимусе [24] (рисунок). Такая

иммуносупрессия способствует развитию инфекционных осложнений. Ряд ученых после анализа результатов экспериментов на животных пришли к мысли о проведении профилактической антибиотикотерапии. что пока не нашло применения в практике [25].

Участие аутоиммунных реакций в формировании трофической дисфункции и повреждении ткани мозга при церебральной ишемии было показано в работе [26]. Авторы пришли к выводу. что ответ иммунной системы. т.е. сенситизация или толерантность. на нарушение гемато-энцефалического барьера и попадание в кровь нейроспецифических белков зависит от наличия в организме инфекционного агента. развития системного иммунного ответа. что сопровождается повышением в периферической крови пациентов. в том числе. уровня ИНФ-у. В этом случае происходят специфические изменения в микроокружении мозга. лимфоидной ткани. например. экспрессия провоспалительных цитокинов. антигенов главного комплекса гистосовместимости. что приводит к сенситизации иммунной системы к ткани мозга и развитию аутоиммунных реакций при последующих нарушениях гемато-энцефалического барьера. Вызванная

ОНМК иммуносупрессия при таком развитии событий играет положительную роль. ослабляя агрессию иммунной системы.

В исследованиях на мышах с экспериментально моделируемым ишемическим инсультом путем перевязки средней мозговой артерии в отсутствии инфекционных осложнений при введении в первые 24 часа после операции ро1у-УБ. вещества. модулирующего Т-клеточный ответ. было получено уменьшение неврологического дефицита и поведенческих нарушений. что свидетельствует в пользу участия Т-клеточного звена и в отсутствии системного иммунного ответа на инфекционный агент [27].

В тоже время. наличие неврологического дефицита влияет на функционирование иммунной системы. В результате сравнения выраженности реакции на внутрикожное введение туберкулина у пациентов в остром периоде инсульта ученые выявили так называемую «латерализацию» Т-клеточного ответа. которая зависит от локализации и размеров очага в головном мозге. моторного дефицита и нарушения симпатической активности [28].

О другом механизме развития иммунных процессов в мозге после ОНМК говорят Бе^-БШии БЫе и соавт. [29]. Авторы предположили. что оксигенированные липопротеиды низкой плотнотности (охЬБЬ). которые образуются в результате оксидантного стресса. присутствуют в глиальных клетках и влияют на развитие и исход ОНМК. Результаты исследований подтвердили их предположение. что охЬБЬ попадает в астроциты в подостром периоде ОНМК и стимулирует продукцию ИЛ-

6. таким образом активируя иммунный ответ. В другом. более раннем исследовании было показано. что продукция ИЛ-6 астроцитами способствует продукции провоспалительных цитокинов ФНО-а и ИЛ-Р [30]. Другой группой ученых на нокаутных по гену ИЛ-6 мышах было установлено. что в остром периоде ОНМК (первые 24 часа) ИЛ-6 не имеет прямой связи с объемом поврежденной ткани [31].

При исследовании содержания ФНО-a, ИЛ-6 и молекул межклеточной адгезии-1 у пациентов с лакунарным инсультом установлено. что их повышенный уровень в крови связан с ранними неврологическими осложнениями и плохим исходом.

При этом из анализа концентраций глутамата и ГАМК в крови у тех же пациентов видно. что воспалительные изменения вносят более значительный вклад в патогенез. чем эксайтотоксичность. В тоже время имеется значительная корреляция между концентрацией нейромедиаторов и провоспалительных цитокинов в крови. что может свидетельствовать в пользу их синергии [32].

Эта гипотеза подтверждается экспериментальными данными о вызываемом цитокинами. в частности ФНО-a. глутаматном эксайтотоксическом каскаде в культуре эмбриональной нервной ткани. который блокировался введением анти- ФНО-а-антител и антагонистов НМДА-рецепторов [33]. Исследования на животных также показали. что введение моноклональных антител против ФНО-a уменьшает объем поврежденной нервной ткани. в том числе за счет уменьшения отека [34].

Elisabeth Tarkowski [28]. а позднее Nicola's Vila и соавторами [35. 36] было показано. что ИЛ-6 и ИЛ-1 участвуют в локальном воспалении в ответ на повреждение ткани мозга и могут быть использованы для оценки тяжести этого повреждения и размера очага.

Заключение

Из анализа литературы следует. что нельзя недооценивать вклад иммунной системы в развитие и исход ОНМК. Выявлено множество механизмов. но не сформулировано общей концепции. которая позволит медицине. балансируя на грани между иммунодефицитом и аутоагрессией к ткани мозга. вмешаться в тонкие иммунонейрохимические процессы и остановить разрушение нервной

ткани как в остром периоде ОНМК. так и при отсроченных осложнениях. таких как постинсультные когнитивные нарушения. доходящих у многих пациентов до степени деменции. Перспективным представляется также направление диагностики ОНМК. основанной на изменении параметров иммунной системы.

Литература

1. О состоянии медицинской помощи больным с нарушениями

мозгового кровообращения / Яхно Н.Н.. Валенкова В. А. //

Неврологический журнал. - 1999. -Т. 4. N 4. - C. 44-46.

2. Immunomodulation Strategies for Preventing Vascular Disease of the Brain and Heart / Hallenbeck J. [et al.] // Stroke. - 2006. - N 37. - P. 30353042.

3. Ишемия головного мозга / Гусев Е.И.. Скворцова В.И. - М.: Медицина. 2001. - 328 с.

4. Мозг. как орган иммунитета / Малашхия Ю.А. [и др.] // Журнал неврологии и психиатрии. - 1999. - N 9. - C. 62-65.

5. Моноклональные антитела в нейробиологии / Чехонин В.П. [и др.] - Новосибирск. 1995. - C. 160-170.

6. Blood Test Detecting Autoantibodies to N-Methyl-D-aspartate Neuroreceptors for Evaluation of Patients with Transient Ischemic Attack and Stroke / Dambinova S.A.. Khounteev G.A. // Clinical Chemistry. - 2003. - N

10. - P. 1752 - 1762.

7. Novel Diagnostic Test for Acute Stroke / Lynch J. [et al.] // Stroke. -2004. - N 35. - P. 57-63.

8. Структурные нейроспецифические белки (S100B и основной белок миелина) и аутоантитела к ним как маркеры нейроиммунопатологических реакций при ишемической болезни головного мозга / Скворцова В.И. [и др.] // В кн.: Новые технологии в неврологии и нейрохирургии на рубеже тысячелетий. - Ступино. 1999. -С. 180-181.

9. Plasma S100B Level After Acute Spontaneous Intracerebral Hemorrhage / Delgado P.. Sabin J. // Stroke. - 2006. - N 37. - P. 2837-2839.

10. Glial and neuronal proteins in serum predict outcome after severe traumatic brain injury / Vos P. [et al.] // Neurology. - 2004. - N 62. - P. 1303-1310.

11. Evaluation of serum S100B as a surrogate marker for long-term outcome and infarct volume in acute middle cerebral artery infarction / Foerch C. [et al.] // Archive Neurology. - 2005. - N 62. - P. 1130 -1134.

12. Release of neurobiochemical markers of brain damage is related to the neurovascular status on admission and the site of arterial occlusion in acute ischemic stroke / Wunderlich M. [et al.] // Journal of Neurological Science. - 2004. - N 227. - P. 49-53.

13. Специфические белки нервной ткани / Березин В.Ф. - Киев. 1990. - С. 45-50.

14. Antibodies to brain antigens following stroke / Bornstein N. // Neurology. - 2001. - N 56. - P. 529 -530.

15. Иммунология и иммунопатология / Васильев А.Г., Чурилов Л.П.

- СПб. 2006. - С. 124-138.

16. Клиническая нейроиммунология хирургических заболеваний головного мозга / Старченко А.А. - СПб. 2001. - С. 14-15.

17. Иммунофизиология как новое научное направление: предпосылки и история развития / Корнева Е.А. - СПб.: Наука. 1993. -С.11-37.

18. О типологической систематизации адаптивных реакций (на примере антиортостатического воздействия) / Аветикян Ш.Т. [и др.] // Физиологиячеловека. - 1982. - Т. 8. N 1. - С. 132-137.

19. Очерки об адаптационном синдроме / Селье Г. // Пер. с англ. -М.. 1960. - 115 c.

20. Прогностические поведенческие критерии и особенности мозгового кровотока у крыс с различной устойчивостью к

эмоциональному стрессу / Коплик Е.В. // Физиологический журнал им. И.М. Сеченова. - 1995. - Т. 81. N 9. - С. 35-39.

21. Индивидуальная устойчивость к эмоциональному стрессу / Судаков К.В. - М.. 1998. - 243 с.

22. Цитоархитектоника тимуса прогностически устойчивых к эмоциональному стрессу крыс при геморрагическом инсульте в эксперименте / Ерофеева Л.М.. Сергеева С.П.. // Морфология: материалы научнопрактической конференции «Современные аспекты гистогенеза и вопросы преподавания гистологии в вузе». - 2007. - N 3. - C. 91.

23. Stroke-Induced Immunodepression / Dirnagl U. [et al.] // Stroke. -2007. - N 38. - P. 770-773.

24. TNF Regulates Thymocyte Production by Apoptosis and Proliferation of the Triple Negative (CD3-CD4-CD8-) Subset / Baseta J.. Stutman O. // The Journal of Immunology. - 2000. - N 165. - P. 5621-5630.

25. Preventive Antibacterial Treatment Improves the General Medical and Neurological Outcome in a Mouse Model of Stroke / Meisel C.. Prass K. // Stroke. - 2004. - N 35. - P. 2-6.

26. Lymphocytes. Potential Mediators of Postischemic Injury and Neuroprotection / Michael J. [et al.] // Stroke. - 2007. - N 38. - P. 783-788.

27. A Novel Immune-Based Therapy for Stroke Induces Neuroprotection and Supports Neurogenesis / Ziv Y. [et al.] // Stroke. - 2007.

- N 38. - P.774-782.

28. Lateralization of T-Lymphocyte Responses in Patients With Stroke / Tarkowski E. [et al.] // Stroke. - 1996. - N 26. - P. 57-62.

29. Oxidized Low-Density Lipoprotein Is Present in Astrocytes Surrounding Cerebral Infarcts and Stimulates Astrocyte Interleukin-6 Secretion / Shie F. [et al.] // American Journal of Pathology. - 2004. - Vol. 164. N 4. - P. 1173 - 1181.

30. Interleukin-6 (IL-6) Production by Astrocytes: Autocrine Regulation by IL-6 and the Soluble IL-6 Receptor / Nicholas J. [et al.] // The Journal of Neuroscience. - 1999. - Vol. 19. N 13. - P. 5236-5244.

31. Lack of Interleukin-6 Expression Is Not Protective Against Focal Central Nervous System Ischemia / Clark W. [et al.] // Stroke. - 2000. - N 31. - P. 1715-1720.

32. Inflammation-Mediated Damage in Progressing Lacunar Infarctions / Castellanos M. [et al.] // Stroke. - 2002. - N 33. - P. 982-987.

33. Tumor necrosis factor-alpha potentiates glutamate neurotoxicity in human fetal brain cell cultures / Chao C.. Hu S. // Development Neuroscience. - 1994. - N 16. - P. 172-179.

34. Tumor necrosis factor-alpha neutralization reduced cerebral edema through inhibition of matrix metalloproteinase production after transient focal cerebral ischemia / Hosomi N. [et al.] // Journal Cerebral Blood Flow Metabolism. - 2005. - N 25. - P. 959 -967.

35. Proinflammatory Cytokines and Early Neurological Worsening in Ischemic Stroke / Vila N.. Castillo J. // Stroke. - 2000. - N 31. - P. 23252329.

36. Levels of Anti-Inflammatory Cytokines and Neurological Worsening in Acute Ischemic Stroke / Vila N. [et al.] // Stroke. - 2003. - March. - P. 671-675.