Факторы способствующие адгезии лейкоцитов к эндотелию при воспалении

При попадании микроорганизмов в ткань начинается воспалительный процесс. Одним из его следствий является элиминация лейкоцитами чужеродного патогена и поддержание таким образом тканевого гомеостаза. Чтобы это произошло, лейкоцитам нужно осуществить перемещения: сначала по сосудам, затем непосредственно в ткань, и лишь тогда расправиться с микроорганизмом. Осуществляется это с помощью разнообразных вспомогательных белковых молекул — т. н. медиаторов воспаления, а также с помощью различных адгезинов, необходимых для полноценного иммунного ответа. Врожденное отсутствие последних было названо «дефицитом адгезии лейкоцитов», и на сегодняшний день заболевание считается неизлечимым.

Дефицит адгезии лейкоцитов (ДАЛ) — редкое наследственное заболевание, крайне опасное из-за тяжелейшего врожденного иммунодефицита: фагоцитарные клетки неспособны проникнуть в ткани, оставляя таким образом клетки беззащитными перед вирусами и бактериями.

В настоящее время выделяют три формы ДАЛ: ДАЛ-1, ДАЛ-2 и ДАЛ-3 (последнюю также называют «вариантом ДАЛ-1»). Чтобы разобраться в этом, сначала следует проследить механизм перехода лейкоцитов в ткань.

Хемоаттрактанты связываются со специфическими рецепторами лейкоцитов и вызывают их перемещение по «градиенту хемоаттракции», то есть к месту очага воспаления. У человека известно около 18 хемокиновых рецепторов, все они связаны с G-белками и состоят из 7 трансмембранных доменов, что является типичным для многих рецепторов [2]. При активации этих рецепторов начинает синтезироваться группа молекул адгезии, которая необходима для последовательного каскадного перехода лейкоцитов в ткань.

Изначально лейкоциты движутся с током крови, постепенно выходя из осевого потока на периферию и приближаясь к стенке сосуда (маргинация), после чего лейкоциты прикрепляются к эндотелию и просачиваются сквозь него непосредственно к месту повреждения.

Классически выделяют три этапа в процессе достижения тканевого очага воспаления [4]: «качание», обусловленное селектинами; активация лейкоцитов под влиянием хемокинов и внедрение в ткань, опосредованное интегринами.

В настоящее время эти этапы несколько расширены (см. рис.1) [5]. Первым этапом остается «качание» или «перекатывание» лейкоцитов, обусловленное особыми белками — селектинами и интегинами.

Селектины можно назвать молекулами распознавания и прикрепления. Большинство лейкоцитов секретируют селектин P, клетки эндотелия (воспаленные) — селектины Е и L. Основной рецептор для всех них — P-селектиновый гликозилированный рецептор-1 (PSGR-1). Именно за счет него лейкоциты способны прочно прикрепиться к эндотелию; благодаря ему же лейкоциты, которые не обладают необходимым «рецепторным паспортом», не могут пройти в очаг воспаления.

Интегрины — еще одна группа белков, обладающих адгезивными свойствами. В их группе выделяют два основных подсемейства: β1- и β2-интегрины, также имеются и другие. Наиболее важными являются следующие представители:

• α4β7-интегрин — необходим для прикрепления к рецепторам клеточной адгезии слизистой сосуда MADCAM-1 (англ. mucosal vascular addressin cell-adhesion molecule-1);
• α4β1-интегин или VLA4 (англ. very late antigen-4) — необходим для прикрепления к внеклеточному рецептору адгезии VCAM-1 (англ. vascular cell-adhesion molecule-1);
• β2-интегрин — необходим для соединения с внутриклеточным рецептором адгезии ICAM-1 (англ. intracellular adhesion molecule-1).
• Также имеется αLβ2-интегрин, имеющий аббревиатуру LFA-1( lymphocyte function-associated antigen-1), который также связывается с ICAM-1 рецептором [5].

Все эти сложности нужны лейкоциту для того, чтобы перейти в фазу «медленного качания», а затем и вовсе остановиться. «Захват» лейкоцитов происходит путем прочного связывания интегринов с белками VCAM и ICAM (их относят к суперсемейству иммуноглобулинов, синтезируются эндотелиоцитами под влиянием медиаторов воспаления) [6].

Чтобы произошло прочное связывание (адгезия), также нужны молекулы-регуляторы — уже знакомые нам хемокины (основные — ИЛ-4, ФНО). Они могут содержаться в кровотоке, транспортироваться эндотелиоцитами или синтезироваться активированными тромбоцитами и тучными клетками. Также эти хемокины обладают высокой аффинностью к упомянутым рецепторам, ассоциированным с G-белком (GPCR – G-protein coupled receptor) [5].

Условно считается, что β1-интегрины — молекулы эозинофилов, моноцитов и лимфоцитов, связываются с VCAM, а β2- интегрины — белки нейтрофилов и базофилов – с ICAM [22]; с их помощью лейкоцит прочно прикрепляется к эндотелию. После этого начинается финальный этап — трансмиграция.

Проникновение через стенку сосуда — чрезвычайно сложный процесс. Начинается он с медленного перемещения или «ползания» фагоцита по эндотелию (с помощью макрофагального антигена 1 — MAC1, рис.1). Лейкоцит «ищет» удобное место для миграции в ткань. Мигрировать лейкоцит способен как через межклеточное пространство (в большинстве случаев), так и непосредственно через клетку (таков механизм трансмиграции лейкоцитов в ЦНС) [5].

Между эндотелиоцитами лейкоцит проникает благодаря крайне гибкой мембране, он буквально «просачивается» сквозь межклеточные соединения. Процесс этот довольно длителен и сложен, занимает 15–20 минут и регулируется множеством хемокинов, цитокинов и др. [5, 22].

Трансцеллюлярно (непосредственно через эндотелиоцит) фагоцит проходит с помощью недавно открытого транспортного механизма — везикуло-вакуолярных органелл (VVO) [7]. Это небольшие мембранные структуры, предположительно специализированные транспортеры лейкоцитов (а именно нейтрофилов) через тело эндотелиоцита.

Рисунок 1 | Поэтапное проникновение лейкоцита через эндотелий сосуда [5].

Наконец, преодолев эндотелий, фагоцитарная клетка оказывается в очаге воспаления, где наводит порядок и способствует восстановлению ткани.
Из описанного выше механизма активации лейкоцитов и проникновения их в очаг воспаления становится понятна важность правильной работы всех задействованных молекул. Но вследствие определенной генетической мутации адгезивная способность лейкоцитов может быть нарушена — такое состояние называется дефицитом адгезии лейкоцитов (ДАЛ).

Классифицируют ДАЛ исключительно по виду дефектных молекул (и генов, их кодирующих). Клиническая картина, подход к диагностике и возможному лечению (или купированию заболевания) одинаковы в общих чертах, хотя имеются и нюансы.

Дефицит адгезии лейкоцитов 1 типа

ДАЛ 1 типа — редкое заболевание, передающееся по аутосомно-доминатному типу наследования. Этот первичный иммунодефицит кодируется геном ITGB2, отвечающим за экспрессию β2-интегринов (CD11/CD18). Распространенность заболевания — 1:1 000 000, в литературе можно встретить всего около 300 случаев [8], [9].

Впервые о нем сообщили как о полноценном самостоятельном заболевании в 1997 году [10], хотя в литературе и ранее были описаны случаи иммунодефицитов по причине дефекта β2-интегринов. Больше всего страдают нейтрофилы, которые не способны проникнуть в ткань.

Клинически это проявляется рецидивирующими жизнеугрожающими бактериальными и грибковыми инфекциями [11], [12]. Зачастую иммунодефицит проявляет себя очень рано, причем инфекции быстро переходят в септическую форму.

Отличительная особенность любого ДАЛ — отсутствие гноя в очаге воспаления. На коже и слизистых обнаруживаются очаги некроза, в детском возрасте смертность крайне высока. В дальнейшем (если грамотно устранять все инфекции) болезнь проявляет себя не так остро, более взрослые пациенты страдают от тяжелых гингивитов и хронических периодонтитов, но вероятность летального исхода у них существенно ниже.

Диагностика может осуществляться методами генной инженерии, но для ДАЛ-1 это нецелесообразно. Гораздо чаще выявляют маркеры CD11/CD18 методом проточной цитометрии — привычный и даже рутинный анализ в иммунологии [8]. Соответственно, при отсутствии данных маркеров можно говорить о ДАЛ 1 типа.

Единственным методом лечения ДАЛ-1 на данный момент является аллогенная трансплантация гемопоэтических клеток (АТГК) [13]. На протяжении с 1993 по 2007 год АТГК была произведена 36 пациентам в возрасте от 2 мес до 14 лет (средний возраст — 9 месяцев). Выживаемость составила около 75 %. Важно отметить, что большая часть смертей произошла по причине невозможности найти HLA-совместимого донора.

Помимо этого, существует достаточно перспективная патогенетическая терапия, а именно — трансфузия гранулоцитов. Метод на сегодняшний день достаточно спорный, разумеется, устранить ДАЛ он неспособен, зато вполне может справиться с тяжелыми инфекциями, как, например, с гангренозной эктимой [14].

Наконец, ДАЛ-1 можно купировать и сдерживать с помощью грамотной антибиотикотерапии, причем это тот самый случай, когда антибиотики следует применять и в качестве профилактики [11].

Дефицит адгезии лейкоцитов 2 типа

В основе ДАЛ-2 — дефект селектинов и, как следствие, невозможность «перекатывания» лейкоцитов по эндотелию. Но, в отличие от ДАЛ-1, этиология иммунодефицита не так очевидна, хотя бы потому, что известно всего лишь около 10 случаев данного заболевания [11].

Молекулярная природа ДАЛ-2 — недостаточность белка-переносчика ГДФ-фукозы (фукозилирование — одна из необходимых модификаций трансмембранных рецепторов адгезии [15]); сам белок переносчик — GFTP (англ. GDP-fucose transport protein) кодируется геном SLC35C1, он же FUCT1 [16].

Также дефицит вышеупомянутого GFTP приводит к еще двум редким феноменам: нарушение синтеза антигенов ABO-системы (бомбейский феномен) и недостаточность антигенов системы Льюиса [17]. Таким образом, дефект одного гена FUCT1 приводит сразу к трем редчайшим патологиям, которые крайне тяжело поддаются корректировке.

Клиническая картина, как ни странно, зачастую более мягкая в сравнении с ДАЛ1. Лейкоциты, хотя и лишены правильно работающих селектинов, все же имеют абсолютно интактные интегрины, то есть, хотя бы какая-то часть фагоцитов все же способна проникает в ткань и оказывает защиту от инфекции, которые становятся менее серьезными, чем в предыдущем случае. Иммунодефицит проявляется в основном на первом году жизни, в более взрослом периоде осложнения не так выражены (хотя и остается хронический периодонтит) [11].

Однако же не все так хорошо, как хотелось бы. Недостаточность все того же транспортера GFTP может проявляться (хоть и редко) задержкой роста и умственной отсталостью [18].

Диагностировать ДАЛ-2 можно на основании сочетанного феномена бомбейской группы крови и отсутствия антигенов Льюиса; окончательным же доказательством существования патологии будет генетический анализ гена FUCT1 [11].

Лечение ДАЛ-2 обычно протекает безрезультатно. На сегодняшний день помимо симптоматического лечения антибиотиками медицине предложить, в общем-то, нечего. Единственным более-менее эффективным может быть прием L-фукозы орально. По крайней мере, в исследовании состояние пациентов кратковременно улучшилось; однако спустя месяц нейтрофилы перестали реагировать на подобную поддержку [19].

Дефицит адгезии лейкоцитов 3 типа

Часто ДАЛ-3 относят к разновидностям ДАЛ-1 типа, однако такой подход вряд ли правильный. ДАЛ-3 гораздо более агрессивное заболевание, которое практически невозможно купировать.

Этиология болезни заключается в дефекте гена FERMT3, который отвечает за синтез всех β-интегринов. Результатом становится полная неспособность лейкоцита к хоть какому-нибудь прикреплению к эндотелиоцитам, не говоря уже о проникновении через стенку сосуда [11].

Помимо обычных тяжелых инфекций больные страдают также геморрагическим синдромом (наподобие тромбастении Гланцмана — продолжительность кровотечения составляет более 15 минут при норме 2–6 мин [20]. Это вполне ожидаемо, так как тромбоциты в процессе агрегации используют β3-интегрины.

ДАЛ-3 на сегодня выявлен примерно у 20 семей во всем мире. Это крайне тяжелая форма ДАЛ с высокой летальностью, зачастую новорожденные в таких семьях очень быстро умирали, причем еще до постановки диагноза.

В дополнение к уже описанной клинической картине (рецидивирующие тяжелые инфекции, отсутствие гноя, геморрагический синдром) можно назвать дефект костной ткани наподобие остеопетроза (остеосклероз, мраморная болезнь) [21]. Выявляется не у всех пациентов, однако подобная патология может существенно помочь в постановке диагноза.

Собственно диагностика проводится с помощью генного анализа. Существует ряд тестов, в которых можно распознать дефект нейтрофилов, например, тест с неопсонизированным зимозаном [11], который поможет дифференцировать ДАЛ-3 от ДАЛ-1. Однако подобные тесты требуют времени, а заболевание зачастую не оставляет шанса на раздумья.

Лечение мало отличается от такового при других формах ДАЛ. Это трансфузии гранулоцитов и (в данном случае) тромбоцитов, причем число трансфузий может достигать 50 в год. Единственным же способом этиотропной терапии остается аллогенная трансплантация гемопоэтических клеток [11].

Источники:

1. E. Schiffmann, B. A. Corcoran, and S. M. Wahl, “N-formylmethionyl peptides as chemoattractants for leucocytes.,” Proc. Natl. Acad. Sci., vol. 72, no. 3, pp. 1059–1062, 1975.
2. C. Murdoch and A. Finn, “Chemokine receptors and their role in inflammation and infectious diseases,” Blood, vol. 95, no. 10, pp. 3032–3043, 2000.
3. M. Baggiolini, B. Dewald, and B. Moser, “Human Chemokines: An Update,” Annu. Rev. Immunol., vol. 15, no. 1, pp. 675–705, 1997.
4. E. C. Butcher, “Leukocyte-endothelial cell recognition: Three (or more) steps to specificity and diversity,” Cell, vol. 67, no. 6, pp. 1033–1036, 1991.
5. K. Ley, C. Laudanna, M. I. Cybulsky, and S. Nourshargh, “Getting to the site of inflammation: The leukocyte adhesion cascade updated,” Nat. Rev. Immunol., vol. 7, no. 9, pp. 678–689, 2007.
6. J. J. Campbell, J. Hedrick, A. Zlotnik, M. A. Siani, D. A. Thompson, and E. C. Butcher, “Chemokines and the arrest of lymphocytes rolling under flow conditions,” Science (80-. )., vol. 279, no. 5349, pp. 381–384, 1998.
7. A. M. Dvorak and D. Feng, “The vesiculo-vacuolar organelle (VVO): A new endothelial cell permeability organelle,” J. Histochem. Cytochem., vol. 49, no. 4, pp. 419–431, 2001.
8. Hamid Nawaz Tipu, “Leukocyte Adhesion Deficiency Type I: A Rare Primary Immunodeficiency Disorder,” Pediatr. Allergy Immunol., vol. 28, no. 3, pp. 303–305, 2017.
9. E. Almarza Novoa et al., “Leukocyte adhesion deficiency-I: A comprehensive review of all published cases,” J. Allergy Clin. Immunol. Pract., vol. 6, no. 4, p. 1418–1420.e10, 2018.
10. T. W. Kuijpers et al., “Leukocyte Adhesion Deficiency Type 1/Variant: Dysfunctional b 2 Integrins,” J. Clin. Invest., vol. 100, pp. 1725–1733, 1997.
11. E. van de Vijver, T. K. van den Berg, and T. W. Kuijpers, “Leukocyte Adhesion Deficiencies,” Hematol Oncol Clin N Am., vol. 27 (1), pp. 101–116, 2013.
12. M. Movahedi et al., “Clinical and laboratory findings in Iranian patients with leukocyte adhesion deficiency (study of 15 cases),” J. Clin. Immunol., vol. 27, no. 3, pp. 302–307, 2007.
13. W. Qasim et al., “Allogeneic Hematopoietic Stem-Cell Transplantation for Leukocyte Adhesion Deficiency,” Pediatrics, vol. 123, no. 3, pp. 836–840, 2009.
14. F. Mellouli et al., “Successful treatment of fusarium solani ecthyma gangrenosum in a patient affected by leukocyte adhesion deficiency type 1 with granulocytes transfusions,” BMC Dermatol., vol. 10, pp. 2–4, 2010.
15. B. Ma, J. L. Simala-Grant, and D. E. Taylor, “Fucosylation in prokaryotes and eukaryotes,” Glycobiology, vol. 16, no. 12, 2006.
16. K. Lühn, M. K. Wild, M. Eckhardt, R. Gerardy-Schahn, and D. Vestweber, “The gene defective in leukocyte adhesion deficiency II encodes a putative GDP-fucose transporter,” Nat. Genet., vol. 28, no. 1, pp. 69–72, 2001.
17. A. Hidalgo, S. Ma, A. J. Peired, L. A. Weiss, C. Cunningham-Rundles, and P. S. Frenette, “Insights into leukocyte adhesion deficiency type 2 from a novel mutation in the GDP-fucose transporter gene,” Blood, vol. 101, no. 5, pp. 1705–1712, 2003.
18. T. Marquardt et al., “Leukocyte adhesion deficiency II syndrome, a generalized defect in fucose metabolism,” J. Pediatr., vol. 134, no. 6, pp. 681–688, 1999.
19. S. Yakubenia and M. K. Wild, “Leukocyte adhesion deficiency II: Advances and open questions,” FEBS J., vol. 273, no. 19, pp. 4390–4398, 2006.
20. K. Jurk et al., “Novel integrin-dependent platelet malfunction in siblings with leukocyte adhesion deficiency-III (LAD-III) caused by a point mutation in FERMT3,” Thromb. Haemost., vol. 103, no. 5, pp. 1053–1064, 2010.
21. S. Schmidt et al., “Kindlin-3-mediated signaling from multiple integrin classes is required for osteoclast-mediated bone resorption,” J. Cell Biol., vol. 192, no. 5, pp. 883–897, 2011.
22. E.F. Goljan, “Pathology”, Chapter 3, 2012.