Выброс провоспалительных белков и дисбаланс цитокинов являются наиболее важными компонентами развития системного воспалительного отве-та. При этом продуцентами цитокинов являются не только клетки иммунной системы, но и клетки других органов и тканей (эндотелиоциты, кардиомиоци-ты, макрофаги, гепатоциты и т.д.).
Таким образом, определено ведущее значение иммунной системы в формировании системного воспалительного ответа. Гиперпродукция провос-палительных цитокинов, оксидативный стресс, протеазный взрыв – важные па-тогенетические составляющие фазы первичного флогогенного удара системно-го воспаления. В этих процессах ключевую роль играет врожденная иммунная система.
Системой врожденного иммунитета распознаются высококонсервативные чужеродные структуры, называемые PAMPs (от англ. «патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (образы)») через специфические, наследственно закодированные рецепторы PRRs (паттерн-распознающие ре-цепторы).
Среди сигнальных PRRs центральное место занимают чрезвычайно чув-ствительные Toll-like рецепторы (TLR), которые управляют целым рядом эф-фекторных функций (хемотаксис, фагоцитоз, респираторный взрыв, дегрануля-ция нейтрофилов, синтез эффекторных и регуляторных молекул), а также регу-лируют адаптивный иммунный ответ. Имеется специфичность TLRs и их ли-гандов. Например, кроме липополисахарида (LPS), лигандами для TLR4 явля-ются кристаллы мочевой кислоты, HMGB-1, кальций связывающим протеином A8, сывороточным амилоидом A. Белки теплового шока 60 (Hsp 60) и Hsp 70 являются лигандами для TLR2, TLR4 и CD14 и т.д.
Окисленные фосфолипиды, являясь побочным продуктом внутриклеточ-ного окислительного взрыва, ингибируют активацию TLR и блокирует воспа-лительные реакции. Таким образом, становится все более очевидной высокая значимость рецепторов врожденного иммунитета, а именно TOLL-подобных рецепторов, не только в противоинфекционном иммунитете, но и в реализации воспаления (местного и системного) при состояниях, ассоциированных с ише-мией, реперфузией, окислительным стрессом.
Общим конечным итогом в клетке является активация фактора тран-скрипции NF-κB, его миграция в ядро и стимуляция транскрипции многих про-воспалительных генов, кодирующих синтез воспалительных регуляторных суб-станций, включая провоспалительные цитокины: IL-1β, IL-6, IL-12, IL-18, IL- 23, TNFα, хемокины и другие компоненты врожденного иммунитета. Моноци-ты и макрофаги, являясь основными носителями TLR и продуцентами цитоки-нов, вносят серьезный вклад в формирование гиперцитокинемии — важного па-тогенетического звена СВО.
Фактически DAMP являются провоспалительными медиаторами в значительной степени активируемыми в условиях клеточного стресса и по-вреждения, которые в свою очередь в конечном итоге могут приводить к клеточной гибели. Этими стимулами могут являться стерильные агенты про-дукты метаболизма собственных клеток, например кристаллы холестерина при атеросклерозе, или экзогенные токсины, например при асбестозе.
DAMP имеют решающее значение для инициации «стерильного» воспа-ления. При этом процесс ассоциируется с повышенной экспрессией эффектор-ных цитокинов, которая связана с адаптивной реакцией Т-клеток. Быстрая ре-акция клеток выбросом цитокинов в ответ на воздействие указывает на их вы-сокую значимость в патогенезе неинфекционного воспаления.
Цитокины оказывают не только локальное действие, характеризующееся активацией комплекса сосудистых и тканевых изменений в зоне воспаления, но, попадая в кровоток, обладают дистантным действием и вызывают развитие системных реакций. Системная воспалительная реакция носит, с одной сторо-ны, компенсаторно-приспособительный характер, с другой стороны, при чрез-мерной выраженности этих процессов развивается комплекс реакций повре-ждения и дезадаптации. При этом решающую роль в выраженности эффектов цитокинов и, соответственно, их направленности (протективное или поврежда-ющее) играет степень дисбаланса цитокинов и цитокинового шторма. Так, TNFα, IL-1, IL-6 воздействуют на центр терморегуляции вызывают повышение температуры тела с лихорадкой, что является протективной реакцией организ-ма. Те же цитокины могут стимулировать продукцию лейкоцитов в костном мозге. IL-1 и IL-6 являются мощными стимуляторами продукции белков острой фазы (например, С-реактивного белка) печенью. Вместе с тем, чрезмерно высо-кие уровни провоспалительных цитокинов могут вызывать неблагоприятные эффекты. Например, большие количества TNF приводят к снижению сердечно-го выброса, повышенной проницаемости сосудов, усилению тромбообразова-ния, метаболическим нарушениям, связанным с развитием резистентности к инсулину, т.е., в конечном счете, к развитию шока.
Следующим значимым фактором патогенеза системного воспаления, определяющим повреждающие эффекты, является окислительный стресс (ОС). Основными повреждающими факторами, определяющими развитие ОС, явля-ются гипоксия (ишемия), воспалительная и стрессорная реакция. Антиокси-дантный потенциал больных часто оказывается недостаточным для компенса-ции развивающихся нарушений.
Антиоксидантная система играет ключевую роль в защите тканей от ишемического повреждения (супероксиддисмутаза, гемоксигеназа, каталаза, глютатионпероксидаза, глютатионредуктаза). Одной из причин оксидативного стресса может быть снижение эффективности этой системы. Например, при ишемии-реперфузии происходит торможение активности антиоксидантной си-стемы, снижение уровня токоферола, запускается перекисное окисление липи-дов. Таким образом, в тканях отмечается резкий дефицит антиоксидантов, что служит пусковым моментом в запуске ОС. Восстановление перфузии тканей приводит к активному поступлению кислорода и глюкозы в клетки, вызывая резкую интенсификацию процессов свободнорадикального окисления и/или снижение резерва антиоксидантной защиты, результатом чего будет значитель-ное накопление активных форм кислорода (АФК). В свою очередь АФК, в частности Н2О2, индуцируют появление однонитевых разрывов ДНК, которые усиливают экспрессию главного проапоптотического белка р53, приводя к апоптотической гибели клеток. Кроме того, активные формы кислорода обу-славливают запуск программы апоптоза по митохондриальному пути с высво-бождением растворимых межмембранных белков. Среди них имеется ряд клю-чевых апоптогенных факторов: цитохром С, прокаспазы-2, -3 и -9, белок AIF и эндонуклеаза G.
Наряду с активными формами кислорода, существенную роль в патологических процессах играют активные формы азота и их метаболиты. Окись азота (NO) – внутренняя регуляторная молекула, включенная в ряд фи-зиологических процессов, как, например, регулирование тонуса сосудов и про-лиферация гладкомышечных клеток. NO синтезируется во всех типах клеток, в том числе эндотелиальных и кардиомиоцитах, из L-аргинина с помощью трех изоформ NO-синтаз (NOS). Две изоформы (eNOS и nNOS) постоянно экспрес-сируются и строго регулируются кальцием-кальмодулином и фосфорилирова-нием, в то время как третья форма (iNOS) индуцируется в процессе воспаления и производит высокие уровни NO в течение более длительного периода.
В патологических условиях происходит перегрузка клеток ионизирован-ным кальцием. Этот процесс опосредован через нарушение проводимости кальциевых каналов либо через высвобождение ионизированного кальция из эндоплазматического ретикулума в цитозоль. Повышение в цитоплазме иони-зированного кальция приводит к пермеабилизации мембраны митохондрий и запуску апоптоза по митохондриальному пути. Ионы кальция участвуют в раз-витии апоптоза путем прямой активации Са2+, Mg2+-зависимой эндонуклеазы и последующей межнуклеосомной деградации ДНК.
Было установлено, что лизосомы наравне с клеточным ядром и митохон-дрией играют важную роль в апоптотической гибели клеток. Ряд факторов (ак-тивные формы кислорода, гипоксия, перегрузка клеток кальцием, цитокины, перерастяжение кардиомиоцитов) прямо или косвенно стимулируют пермеаби-лизацию лизосомальных мембран и высвобождение в цитозоль катепсинов – цистеиновых лизосомальных протеиназ. В цитозоле катепсины могут запускать клеточную смерть различными путями, включая активацию каспаз, высвобож-дение проапоптотических факторов из митохондрий, а так же расщепление ан-тиапоптотических белков семейства Всl-2 и Вid.
Катепсины являются непосредственными исполнителями апоптоза, в основе которого лежит протеолиз, обусловленный цистеиновыми протеазами типа каспаз, катепсинов, гранзима, калпаина. В частности катепсин D является основным посредником между стимулами апоптоза и белком p53, TNF и IFNγ. Лизосомальная дезинтеграция с выходом катепсина D в цитозоль и митохон-дриальная с выходом цитохрома С считаются начальными стадиями апоптоза.
Способность макрофагов выделять эластолитические протеолитические протеазы предполагает, что они могут использовать катепсины для миграции через артериальную стенку. Адгезия и миграция моноцитов, их превращение в макрофаги играют важную роль в патогенезе воспаления, в том числе возника-ющего в поврежденных тканях. Эти клетки могут использовать внеклеточные цистеиновые протеазы в качестве вспомогательных инструментов миграции.
Известно, что недостаток катепсина S приводит к снижению количества макрофагов, Т-клеток и понижению уровня IFNγ. Кроме того, помимо непо-средственного участия катепсинов в процессе воспаления, возможно их кос-венное участие через снижение экспрессии TGFβ.
В литературе имеются данные о взаимоотношении матриксных металло-протеиназ и катепсинов. Так, известно, что макрофаги синтезируют ММР-7, ММР-9 и катепсины B, L, S. При этом только катепсины выявляются в межклеточном пространстве. Ингибирование катепсинов L и S (но не ММР) полностью блокировало макрофагальную эластолитическую активность. Таким образом, доказывается роль катепсинов как наиболее мощных макрофагальных эластаз. Матриксные металлопротеиназы вовлечены в процесс иммунного отве-та на патоген, но также они могут участвовать в неконтролируемом поврежде-нии тканей. Известно, что при сепсисе достоверно повышается уровень proMMP-1 и MMP-1, при этом повышенный уровень коррелирует со смертно-стью. В экспериментальных исследованиях установлено, что при сепсисе MMP-1 активно синтезируется эндотелиальными клетками. Блокирование MMP-1 приводит к уменьшению повреждения эндотелиального барьера, дессиминиро-ванного внутрисосудистого свертывания, проницаемости сосудов легких и ци-токинового шторма при сепсисе.
Воздействие ММР-1 и ММР-3 на макрофаги приводит к быстрому высво-бождению TNFα, который был заблокирован ингибиторами матриксных метал-лопротеиназ. Синтез и выброс ММР-9 макрофагами зависит от TNFα и проста-гландинов. Потенциальная возможность ММР-1 и ММР-3 регулировать секре-цию макрофагами простагландинов и ММР-9 указывает на их важную роль в патогенезе воспаления. Кроме того, ММР-9 участвует в слущивании ICAM-1 с поверхности клеток. Интересно участие матриксной металлопротеиназы 9 в развитии воспаления при церебральной ишемии. При этом одним из основ-ных триггеров воспалительного процесса считается выход аларминов, в первую очередь HMGB-1, в межклеточное пространство из поврежденных клеток. Установлено, что HMGB-1 вызывает активацию выброса ММР-9, причем про-исходит это через рецепторы TLR-4. Кроме того, в экспериментах in vitro было установлено, что ММР-9 ответственна за стимуляцию выброса провоспали-тельных медиаторов, а также за индукцию апоптоза эндотелиальных клеток. Таким образом, ключевую роль в развитии системного воспаления играют та-кие факторы, как протеазный взрыв, оксидативный стресс и дисбаланс цитоки-нов («цитокиновый шторм»).
Важным участником активации ранних воспалительных реакций и СВО признан триггерный рецептор, экспрессированный на миелоидных клетках-1 (TREM-1). Он впервые описан как активирующий рецептор воспалительного ответа. Отличительная особенность TREM-1, делающая его привлекательным для изучения в аспекте СВО, связана с его способностью к активации всех эф-фекторных функций врожденного иммунитета и многократному усилению про-дукции цитокинов при совместной стимуляции с главными рецепторами врож-денного иммунитета (Toll-подобные рецепторы и Nod-подобные рецепторы). До недавнего времени TREM-1 считался маркером сепсиса и инфекционного СВО. Умеренное повышение мембранной и растворимой формы TREM-1 (sTREM-1) наблюдается во время инфекций, вызванных бактериями, вирусами и грибами, а значительное увеличение – при сепсисе и септическом шоке. Од-нако за последние несколько лет появились исследования, указывающие на связь TREM-1 с СВО неинфекционного генеза.
Связывание TREM-1 с лигандом вызывает сильную и немедленную акти-вацию всех эффекторных механизмов, приводя к выраженной дегрануляции и респираторному взрыву нейтрофилов, умеренной стимуляции фагоцитоза, по-вышению продукции провоспалительных цитокинов, хемокинов и ингибирова-нию синтеза IL-10.
Растворимая форма sTREM-1 высвобождается c поверхности клеток пу-тем шеддинга (слущивания) мембранной формы матриксными металлопротеи-назами и является естественным рецептором-ловушкой, который, конкурируя за лиганд с мембранной формой TREM-1, снижает его активацию.
В патогенезе системного воспалительного ответа важно участие эндо-кринной системы, особенно в отношении взаимной регуляции с иммунной си-стемой. Активация гипаталамо-гипофизарно-надпочечниковой и симпатоадре-наловой систем с выходом большого количества кортизола и катехоламинов, по-видимому, приводит к нарушению баланса Th1/Th2 клеток. Предполагается, что ключевую роль в регуляции иммунных нарушений играет снижение экс-прессии и сигналинга IL-12 и повышение экспрессии T- регуляторных клеток (Treg). Кроме того, цитокины, продуцируемые Th2 повышают экспрессию ар-гиназы 1 в миелоидных супрессорных клетках, приводя тем самым к дефициту аргинина, что в дальнейшем снижает функциональную активность лимфоцитов.
На ранних этапах развития ССВО большое количество лейкоцитов при-крепляется к активированным эндотелиальным клеткам стенок сосудов, что может нарушать миркроциркуляцию. Отчасти адгезия лейкоцитов связана с по-вышенной экспрессией молекул адгезии на поверхности эндотелиальных кле-ток, к которой приводят высокие уровни медиаторов воспаления, таких как TNFα и IL-1. Помимо механического закупоривания микроциркуляторного русла, активированные лейкоциты могут повреждать окружающие эндотели-альные клетки и периваскулярные ткани. В результате развивается дисфункция эндотелия.
Активированные эндотелиальные клетки экспрессируют несколько фак-торов (например, тканевой фактор, молекулу адгезии тромбоцитов к эндотелиальным клеткам, тромбоксан), которые преобразуют их локальный коагулянтный статус из нейтрального в прокоагулянтный. Кроме этого, TNFα запускает каскады коагуляции путем активации внешних путей. Фактор XIIa запускает как внутренний путь свертывания крови посредством активации фак-тора XI, так и побуждает эндотелиальные клетки и макрофаги продуцировать тканевой фактор, который, в свою очередь, активирует внешний путь коагуля-ции. Возможно повышение уровней тканевого активатора плазминогена (tPA) в плазме, оно быстро уравновешивается высвобождением ингибитора активатора плазминогена (PAI). При развитии сепсиса уровни протеина C и антитромбина III в плазме снижаются, а уровень PAI-1 в плазме повышается. Тромбомодулин плазмы, который образуется в результате деградации тромбомодулина мембран эндотелиальных клеток, также увеличивается при ССВО. Процессу нарушения коагуляционного гемостаза способствует множественное действие тромбина и нарушение естественных ингибиторных механизмов, таких как антитромбин III, протеин S, протеин С и плазменные ингибиторы фибринолиза. Эта прокоа-гулянтная среда в сочетании с повреждением эндотелиальных клеток предрас-полагает к развитию чрезмерного количества микротромбов, дополнительно за-трудняя местный кровоток и усугубляя дисфункцию органов-мишеней. Потен-циально деструктивные местные и системные реакции при ССВО (повышенная периферическая вазодилатация, чрезмерная проницаемость микрососудов, ускоренное свертывание в микрососудах, активация лейкоци-тов/эндотелиальных клеток) способствуют развитию глубоких патологических изменений в различных органах и считаются основными этиологическими фак-торами при развитии септического шока, диссеминированного внутрисосуди-стого свертывания крови (ДВС), острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС) и других дисфункций органов-мишеней, приводящих к синдрому по-лиорганной недостаточности (СПОН).