Провоспалительные цитокины в регуляции процессов воспаления и репарации

— [ Страница 1 ] —

На правах рукописи

ВАРЮШИНА

Елена Анатольевна

ПРОВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ ЦИТОКИНЫ В РЕГУЛЯЦИИ ПРОЦЕССОВ ВОСПАЛЕНИЯ И РЕПАРАЦИИ

03.03.03 – иммунология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Санкт-Петербург

2012

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Государственный научно-исследовательский институт особо чистых биопрепаратов» Федерального медико-биологического агентства, г. Санкт-Петербург

Научные консультанты:

доктор медицинских наук, профессор Симбирцев Андрей Семенович

доктор биологических наук Гудима Георгий Олегович

Официальные оппоненты: Ярилин Александр Александрович,

доктор медицинских наук, профессор, заведующий отделом клеточной иммунологии «ГНЦ Институт иммунологии ФМБА России;

Сапожников Александр Михайлович,

доктор биологических наук, профессор,

рук. лаборатории клеточных взаимодействий

Института биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН;

Полевщиков Александр Витальевич, доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой фундаментальной медицины Дальневосточного Федерального университета.

Ведущая организация: НИИ вакцин и сывороток им.И.И.Мечникова РАМН.

Защита диссертации состоится 27 марта 2013 г. в 14-00 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 208.017.01 в ФГБУ «ГНЦ Институт иммунологии» ФМБА России по адресу: 115478, Москва, Каширское шоссе, 24, корп. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУ «ГНЦ Институт иммунологии» ФМБА России.

Автореферат разослан «_____» ______________ 2013 года.

Ученый секретарь

Совета по защите докторских и

кандидатских диссертаций

доктор медицинских наук Сеславина Л.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Изучение роли провоспалительных цитокинов в иммунном и воспалительном ответе представляет собой важное направление современной иммунологии. Взаимодействия между различными типами клеток обеспечивают стабильность тканей организма в норме и определяют исход патологических процессов. Важную роль в поддержании нормального тканевого гомеостаза и при воспалении играют цитокины. Провоспалительные цитокины, такие как IL-1, IL-6 и TNF-, продуцируются в ответ на внедрение патогенов и повреждение тканей, и стимулируют развитие местной воспалительной реакции, которая направлена на элиминацию патогена и заживление тканей (Dinarello C.A., 2000; Werner S., Grose R., 2003). IL-8 (СХС-хемокин) является основным хемоаттрактантом для нейтрофилов, которые первыми появляются в очаге воспаления и отвечают за элиминацию микроорганизмов. В случае, когда местное воспаление неэффективно, эти медиаторы продуцируются в тканях в больших количествах, появляются в циркуляции и активируют острофазовый ответ или воспалительную реакцию. Именно поэтому пристальное внимание исследователей привлекает изучение роли провоспалительных цитокинов, прежде всего в регуляции развития местного воспалительного процесса, а затем и регенерации тканей.

Среди провоспалительных цитокинов важнейшим медиатором развития воспаления считается IL-1. Он обладает широким спектром биологической активности и стимулирует функции практически всех клеток, участвующих к защитных реакциях, включая клетки центральной нервной, эндокринной и гематопоэтической систем. Действие IL-1 может реализовываться как на системном, так и на местном уровне. Важная роль IL-1 в фазе воспаления подтверждается тем, что экспрессия мРНК и уровни продукции белков IL-1 и IL-1 повышаются на ранних стадиях заживления ран (Grellner W., 2002; Sato Y., Ohshima T., 2000). В связи с этим и первые проявления биологического действия IL-1 сводятся к активации местных защитных реакций. Экспериментальное введение IL-1 в кожу вызывает покраснение, отек и инфильтрацию тканей лейкоцитами. Поскольку практически все клетки организма имеют рецепторы к IL-1, этот цитокин очень быстро активирует практически все типы клеток, участвующих в формировании локальной воспалительной реакции.

Важные биологические функции IL-1 явились предпосылкой для его использования в качестве лекарственного препарата. Было предпринято несколько попыток использования IL-1 и IL-1 для восстановления костномозгового кроветворения у раковых больных после высоких доз химиотерапии (Гершанович М.А. с соавт., 2000). Системное применение IL-1 в этих исследованиях имело положительное клиническое действие, но было ограниченным из-за побочных эффектов введения IL-1 у человека, поскольку терапевтическая доза и токсическая были близкими. Кроме того, IL-1 может быть введен местно, непосредственно в воспалительный очаг, чтобы активировать местные защитные механизмы и избежать нежелательных проявлений острофазового ответа. Представляет большой интерес раскрытие возможных механизмов локального действия IL-1. В связи с этим, данная работа является актуальной и имеет не только теоретическое, но и практическое значение.

Цель работы:

Исследование механизмов регуляции цитокинами местных воспалительных процессов и заживления ран в экспериментальных моделях на животных и у человека.

Задачи работы:

1. Исследовать особенности продукции провоспалительных цитокинов при ряде гнойно-воспалительных процессов и их связь с функциональной активностью нейтрофилов и особенностями субпопуляционного состава лимфоцитов в периферической крови.

2. Методами иммуногистохимии исследовать продукцию провоспалительных цитокинов в слизистой оболочке желудка у детей с хроническими гастродуоденальными заболеваниями при инфекции H.pylori.

3. Исследовать ранозаживляющее действие мазевой формы рекомбинантного IL-1 человека на модели осложненных ран у мышей. Оценить параметры иммунитета животных при локальном применении мазевой формы IL-1. Провести ультраструктурный анализ формирования эпителия, оценить экспрессию белков плотных контактов окклюдина, ZO-1 и клаудина-1 иммуногистохимическими методами.

4. Изучить ранозаживляющее действие мазевой формы рекомбинантного IL-1 человека у пациентов с длительно незаживающими ранами и трофическими язвами. Исследовать изменения цитологической картины и функциональной активности нейтрофильных гранулоцитов в раневом очаге под действием IL-1.

5. Исследовать механизмы лечебного действия рекомбинантного IL-1 человека при местном применении у больных с гнойно-воспалительными процессами, оценить его влияние на содержание цитокинов в очаге воспаления, на цитологическую картину и на сравнительную динамику показателей иммунитета в очаге воспаления и в периферической крови.

Научная новизна работы

В исследовании показано наличие взаимосвязей локальной продукции цитокинов IL-1, IL-1, IL-8 и TNF- с активностью воспаления, а также тяжестью заболевания у пациентов с гнойно-воспалительными заболеваниями (абсцессами легких, эмпиемой плевры, флегмонами ЧЛЛ). Впервые установлено, что у детей с лимфопролиферативным синдромом локальная продукция IL-1, IL-1, IL-6 и IL-8 в ткани глоточной миндалины существенно различается при вирусных и бактериальных инфекциях.

В работе впервые проведена комплексная оценка иммунного статуса у лиц с ХГРС и установлено наличие изменений, выражающихся в увеличении количества HLAII+, CD16+ и CD19+ лимфоцитов, повышении спонтанной продукции IL-8 и снижении индуцированной продукции IL-1 и IL-2 в крови, появлении высоких уровней IL-1, IL-6 и IL-8 в содержимом верхнечелюстных пазух.

Установлена взаимосвязь между повышением продукции IL-1 и IL-8 в слизистой оболочке желудка и наличием инфекции H.pylori у детей с хроническими гастродуоденальными заболеваниями.

Впервые показано, что мазевая лекарственная форма для местного применения, содержащая рекомбинантный IL-1 человека, усиливает заживление ран в экспериментах на мышах, что проявляется в уменьшении размеров раны и осуществляется за счет повышения количества клеток в грануляционной ткани, усиления эпителизации, которое обусловлено, в том числе, ускорением процессов дифференцировки клеток в эпидермисе, а также образования эпидермального барьера.

В работе впервые изучены механизмы иммуностимулирующего действия рекомбинантного IL-1 человека при местном применении для терапии гнойно-воспалительных заболеваний (абсцесс легкого, хронический гнойный риносинусит, флегмоны челюстно-лицевой области), а также исследовано влияние мазевой формы IL-1 на репарацию длительно незаживающих ран и трофических язв нижних конечностей у человека.

Теоретическая и практическая значимость

Теоретическая значимость обусловлена тем, что в работе расширены представления об участии провоспалительных цитокинов в процессах местного воспаления и репарации. Описаны особенности иммунного статуса, в том числе продукции цитокинов, а также состояния фагоцитарной системы, приводящие к нарушениям в протекании воспалительного процесса и заживления ран. Предложено использовать экзогенный рекомбинантный IL-1 человека, который вносится непосредственно в очаг поражения. Выявлено, что IL-1 играет ключевую роль в процессах локального воспаления и заживления ран в экспериментах на животных и у человека.

Значение полученных результатов исследования для практики подтверждается тем, что разработаны и внедрены: способ лечения повреждений слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта (Патент на изобретение № 2355415 от 10.01.2009), композиция для лечения повреждений слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта (Патент на изобретение № 2361606 от 10.01.2009), интерлейкинсодержащая композиция (Патент на изобретение № 2432170 от 10.10.2010).

На основании полученных результатов выявлена значимость определения локальной продукции цитокинов в очаге воспаления для оценки особенностей протекания воспалительного процесса. Показана информативность метода иммуногистохимии для изучения продукции цитокинов при воспалительных процессах в ЖКТ и респираторном тракте.

В работе показано, что IL-1 обладает ранозаживляющей и местной иммуностимулирующей активностью, раскрыты возможные механизмы действия цитокина.

Внедрение результатов работы в практику

Результаты внедрены в практическое здравоохранение в ФГБУ «СПб НИИ ЛОР» МЗ России, г. Санкт-Петербург, в клинике торакальной хирургии Военно-Медицинской Академии им. С.М. Кирова, г. Санкт-Петербург; в Центре лечения хирургических инфекций, г. Санкт-Петербург, Балтийской клинической центральной бассейновой больнице им. Чудновского, г. Санкт-Петербург, в клинике челюстно-лицевой и пластической хирургии СПбГМУ им. Павлова, г. Санкт-Петербург.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы в научно-исследовательских институтах, занимающихся изучением цитокинов: ФГБУ «ГНЦ «Институт иммунологии» ФМБА России, г. Москва, Военно-Медицинской Академии им. С.М. Кирова, г. Санкт-Петербург, ФГБУ «НИИ экспериментальной медицины» СЗО РАМН, г. Санкт-Петербург и других.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Уровни провоспалительных цитокинов в очаге воспаления отражают особенности протекания воспалительных процессов (активность, распространенность процесса, наличие инфекции) у человека.
2. При гнойно-воспалительных заболеваниях у человека выявляется снижение функций нейтрофилов в очаге воспаления, эти нарушения затрудняют разрешение воспаления.
3. Применение мазевой формы, содержащей рекомбинантный IL-1 человека, усиливает заживление ран в экспериментальной модели у мышей. Под действием IL-1 происходит уменьшение размеров ран, увеличивается количество клеток в грануляционной ткани и усиливается эпителизация.
4. Местная терапия с применением мазевой формы, содержащей рекомбинантный IL-1 человека, не оказывает действия на такие параметры как лейкоцитарный состав периферической крови, размер селезенок и количество спленоцитов в экспериментах на мышах.
5. Применение мазевой формы, содержащей рекомбинантный IL-1 человека, у пациентов с длительно незаживающими ранами и трофическими язвами нижних конечностей активирует нейтрофильные гранулоциты, а также вызывает увеличение относительного количества макрофагов и клеток соединительной ткани в раневом очаге.
6. Местное применение рекомбинантного IL-1 человека приводит к усилению местных факторов защиты в очаге воспаления у пациентов с гнойно-воспалительными заболеваниями. Механизмы действия IL-1 связаны с увеличением продукции провоспалительных цитокинов и стимуляцией за их счет функций нейтрофилов. Действие IL-1 при местном применении у человека ограничивается воспалительным очагом.

Личный вклад соискателя состоит в участии во всех этапах выполнения диссертационного исследования; проведении анализа состояния вопроса по данным современной литературы; статистической обработки данных; интерпретации полученных результатов; подготовке основных публикаций по выполненной работе. Цитологические исследования, оценка бактерицидной, фагоцитарной функций нейтрофилов, иммуногистохимическое исследование продукции цитокинов, гистохимические исследования, оценка субпопуляций лимфоцитов методом проточной цитометрии при ХГРС выполнены автором. Экспериментальные исследования на животных выполнялись автором вместе с соавторами работ.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы доложены на российских и международных конференциях: Национальном конгрессе по болезням органов дыхания (6-ом, г. Новосибирск, 1996 г., 13-ом, г. Санкт-Петербург, 2003 г., 16-ом, г. Санкт-Петербург, 2006 г.), 2nd Joint Meeting of the ICS and ISICR (Иерусалим, 1998 г.), Научной конференции с международным участием им. акад. В.И.Иоффе «Дни иммунологии в Санкт-Петербурге», (г. Санкт-Петербург, 2-ой, 1998г; 3-ей, 1999 г; 5-ой, 2001 г; 6-ой, 2002; 7-ой, 2003г; 11-ой, 2007 г,), 4th World Congress on Inflammation (Рaris, France, 1999 г.), 2-ом Съезде иммунологов России (Сочи, 1999 г.), 5th World Congress on Trauma, Shock, Inflammation and Sepsis – Pathophysiology, Immune Consequences and Therapy (Munich, 2000), Euroconference on molecular aspects of the initiation and regulation of immune response “Communication within the immune system” (San Feliu de Guixoils, 2001), European Respiratory Society Annual Congress (12th, Stockholm, 2002; 17th, Stockholm, 2007; 19th,, Vienna, 2009; 21st, Amsterdam, 2011), 10-ом Всероссийском научном форуме «Санкт-Петербург – Гастро» (г. Санкт-Петербург, 2008 г), 8-ом Конгрессе «Современные проблемы аллергологии, иммунологии и иммунофармакологии» (г. Москва, 2007 г), Объединенном иммунологическом форуме (г. Санкт-Петербург, 2008г.), 1-ом съезде российского общества хирургов-гастроэнтерологов «Актуальные вопросы хирургической гастроэнтерологии», (г. Геленджик, 2008), Межрегиональном форуме «Актуальные вопросы аллергологии и иммунологии – междисциплинарные проблемы» (г. Санкт-Петербург, 2010 г.), Межрегиональном форуме «Клиническая иммунология и аллергология – междисциплинарные проблемы» (Казань, 2012).

Публикации