Введение

Согласно данным литературы, наиболее частым инфекционным осложнением у пациентов хирургического профиля, находящихся на лечении в отделении реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ), является нозокомиальная пневмония (НП), на долю которой приходится свыше 25% от общего числа инфекционных осложнений [1, 2]. Из форм НП у пациентов ОРИТ преобладает вентилятор-ассоциированная пневмония (ВАП), поскольку проведение длительной искусственной вентиляции легких (ИВЛ) — основная причина развития инфекционных осложнений со стороны легких. Частота возникновения ВАП достигает 27% у пациентов, продолжительное время получающих инвазивную респираторную поддержку [2, 3], что означает необходимость назначения длительной, часто комбинированной антибактериальной терапии. Основная проблема выбора антибактериальных препаратов — стремительно формирующаяся резистентность внутрибольничных штаммов бактерий к антибактериальным препаратам. Понимание патогенетических путей развития полирезистентности может представлять огромный научный и терапевтический интерес, а также позволит проводить целевой поиск новых подходов к профилактике и лечению инфекционных осложнений со стороны легких, особенно в условиях, когда множественная лекарственная устойчивость к широкому спектру антибиотиков с каждым годом становится все более угрожающей. В ситуации столь серьезных вызовов человечеству микромира бактерий, вирусов и грибов исследование альтернативных или дополняющих антибиотикотерапию подходов как никогда актуально. Таким образом, углубленное изучение факторов врожденного и адаптивного иммунитета позволит расширить представление о возможных путях защиты макроорганизма от инвазии патогенных микроорганизмов путем применения таких потенциальных прототипов антибиотиков широкого спектра действия, как природные антимикробные пептиды, с одновременным восстановлением гомеостаза кишечника, предотвращением бактериальной транслокации из просвета кишечника в кровь и лимфу и профилактикой развития системных осложнений.

Антимикробные пептиды

Опубликованы результаты ряда исследований, доказывающие влияние антимикробных пептидов (АМП) на защиту дыхательной системы от бактериальной и вирусной инфекции. АМП синтезируются в дыхательных путях и действуют как эффекторные вещества врожденной иммунной системы. АМП секретируют различные клетки, такие как нейтрофилы, макрофаги и NK-клетки [4, 5]. Эти пептиды являются древними эффекторами врожденного иммунитета и широко распространены в природе. АМП обычно представляют собой короткие (10—50 аминокислотных остатков) катионные амфифильные молекулы, которые проявляют активность против бактерий и вирусов за счет увеличения проницаемости их клеточной мембраны [4, 6]. Эти пептиды могут оказывать действие широкого спектра, будучи эффективными против различных бактерий, вирусов, грибов и паразитов, а также обладают противоопухолевой активностью. АМП разных семейств отличаются по размеру, аминокислотной последовательности и определенным структурным параметрам [7]. На основе структурной гомологии классифицируют семейства антимикробных пептидов. У человека идентифицированы АМП трех семейств: кателицидины, дефенсины и гистатины [8].

В легких человека бета-дефенсины синтезируются эпителиальными клетками, макрофагами и лимфоцитами, альфа-дефенсины синтезируются нейтрофилами при взаимодействии Toll-рецепторов последних с антигеном и действуют как эндогенные антибиотики путем прямого уничтожения микроорганизмов. Показано, что АМП связываются с клеточными рецепторами и активируют в дыхательных путях эндотелиальные клетки, тучные клетки, макрофаги, дендритные клетки и нейтрофилы. Концентрации АМП в легочном секрете повышаются при многих заболеваниях легких [9, 10].

Кателицидины представляют собой семейство АМП с консервативными пропептидными последовательностями, которые выявлены у нескольких видов млекопитающих. LL-37/hCAP-18 является единственным кателицидином, обнаруженным у человека, он экспрессируется в воспалительных и эпителиальных клетках. Помимо своей прямой антимикробной функции кателицидины выполняют большое количество функций медиаторов воспаления, влияя на различные процессы, такие как пролиферация и миграция клеток, иммунная модуляция, заживление ран, ангиогенез и высвобождение цитокинов и гистамина. Кателицидины можно рассматривать как новые фармакологические агенты для терапии инфекций и/или модуляции иммунного ответа [7, 8]. Дополнительным преимуществом этих пептидов является широкое терапевтическое окно, так как цитотоксические эффекты проявляются только в высоких концентрациях [11].

Гистатины представляют собой семейство богатых гистидином пептидов, присутствующих в слюне человека. Их наличие в секрете дыхательных путей не исследовалось. Определены первичные структуры основных членов семейства (гистатинов 1 и 3) и выявлены длины 38 и 32 аминокислотных остатков. Гены, кодирующие гистатины 1 и 3, состоят из нескольких экзонов и картированы на хромосоме 4q13 человека. Согласно данным литературы, гистатины обладают высокой противогрибковой активностью, в том числе против грибов, резистентных к азолам и полиеновым антимикотикам. Так, доказано, что гистатин-5 (Histatin-5, Hst-5) обладает высокой активностью в отношении дрожжевого гриба Candida albicans (C. albicans), который может вызывать поражение слизистых оболочек у пациентов с иммунодефицитом. Противогрибковая активность представленного гистатина заключается в предотвращении перехода бластоспор C. albicans в стадию псевдогиф, что защищает ткани от проникновения гриба [12, 13].

Применение АМП исследуется в качестве перспективных препаратов против биопленок. Биопленки представляют собой сложные микробные сообщества, состоящие из микроколоний бактерий, встроенных в собственный матрикс, которые могут прикрепляться к различным биотическим и абиотическим поверхностям, включая зубы, кожу, влагалище, протезы, катетеры или стенты [14]. Бактерии внутри биопленок примерно в 10 000 раз более толерантны к антибиотикотерапии, чем свободноживущие микроорганизмы, что затрудняет уничтожение этих микробов. По оценкам Национальных институтов здравоохранения США (NIH), примерно 75% микробных инфекций человека связаны с биопленками. АМП могут разрушать биопленки путем изменения pH среды и нарушения целостности клеточной мембраны [15—17].

Взаимосвязь биоценоза кишечника и легких

Известно, что микробиота кишечника влияет на метаболические функции, а также на иммунные реакции в организме человека и в большой степени зависит от питания. Продуцируемые кишечной микрофлорой метаболиты не только модулируют желудочно-кишечный иммунитет, но и воздействуют на другие органы, такие как легкие и головной мозг, способствуя или препятствуя прохождению сенсибилизированных иммунных клеток через лимфу или кровоток [18]. При большинстве заболеваний отмечены изменения структуры микробиоты, провоцирующие патофизиологические изменения в жизненно важных органах человека. Именно поэтому вопрос о причинно-следственной связи и последовательности развития процесса в настоящее время является весьма актуальным и привлекает внимание многих исследователей. Благодаря развитию технологий высокопроизводительного секвенирования такие науки, как эпигеномика и метаболомика, позволяют идентифицировать конкретные виды микробов, их метаболиты и обнаружить возможные связи между микробиомом кишечника и развитием определенных заболеваний [19]. Поэтому управление составом кишечной микрофлоры можно рассматривать как новый и эффективный способ борьбы с инфекционными процессами.

Микробиота кишечника изменяет экспрессию рецепторов интерферона I типа в респираторных эпителиальных клетках. Показано, что изменение микробиоты влияет на противовирусный иммунитет путем увеличения секреции интерферона-альфа (IFN-α) и интерферона-бета-1 (IFN-β1) в легочном эпителии [20]. Так, S.C. Ganal и соавт. в своем исследовании доказали отсутствие способности макрофагов и дендритных клеток стерильных мышей синтезировать цитокины (IFN-α, IFN-β1, интерлейкин (IL)-6, IL-12, IL-18 и фактор некроза опухоли α) в ответ на действие бактериального или вирусного патогена [20]. Механизм резкого снижения продукции цитокинов основан на нарушении прайминга естественных киллеров [21]. Пример другого механизма показан на мышах: у мышей, получавших антибактериальную терапию, снижалось общее разнообразие микрофлоры кишечника, в том числе уменьшалось содержание комменсальной микробиоты, которая регулирует местный и системный ответ на инвазию патогенов благодаря продуцированию иммунными клетками толстой кишки IFN-β1. В эксперименте доказано, что полученный из Bacteroides fragilis бактериальный капсульный полисахарид А индуцирует IFN-β1 in vitro и в дендритных клетках толстой кишки у мышей, на основании чего можно предположить, что адекватная симбиотическая нагрузка способна повышать резистентность организма к действию патогенов [22]. В исследовании, проведенном T. Ichinohe и соавт., установлено, что в результате антибиотикотерапии уменьшалось видовое разнообразие грамположительных бактерий кишечника, вследствие чего снижалась активация в дыхательных путях дендритных клеток и нарушалась их транспортировка из легких в дренирующие лимфатические узлы [21]. Микробиота кишечника также участвует в активации специфических CD4⁺ и CD8⁺ лимфоцитов. В свою очередь, Т-лимфоциты секретируют провоспалительный IL-1β и провоспалительный цитокин IL-18, а также инфламмасому NLRP3, что ведет к дальнейшему воспалительному процессу и окислительному стрессу [18, 19]. M.C. Abt и соавт. сообщили о снижении экспрессии молекул IFN-γRI, MHC-I, CD40 и CD86 в перитонеальных макрофагах мышей, получавших антибиотики, во время раннего ответа на вирусную инфекцию, предположив, что сигналы, полученные от микробиоты кишечника, модулируют врожденный иммунитет [23]. В экспериментах на животных исследователи показали способность вируса MERS-CoV вызывать снижение экспрессии MHC-I и MHC-II в макрофагах и дендритных клетках, что нарушает антигенную презентацию и приводит к дефектной активации Т-клеток [24].

В нескольких исследованиях выяснено, что сигналы комменсальной микробиоты оказывают различное воздействие на слизистую оболочку легких, например усиливают противовирусный статус эпителиальных клеток или клеток врожденного иммунитета и контролируют репликацию вируса в начале инфекции. Повышение напряженности врожденного иммунитета способствует эффективности клеточных и гуморальных адаптивных реакций на поздних стадиях инфекции [25]. Таким образом, можно сделать вывод, что поддержание адекватного баланса нормофлоры способствует эффективному ответу на инвазию вирусного агента в дыхательных путях [26, 27]. Согласно данным литературы, дисбактериоз кишечника в значительной степени ассоциирован с увеличением показателя летальности у пациентов с респираторными осложнениями, что, по-видимому, можно объяснить дисрегуляцией иммунного ответа с повышением продукции IFN-γ, IL-6, CCL2 и снижением содержания регуляторных Т-клеток в легких и кишечнике [28].

Для подтверждения и обоснования воздействия микробиоты кишечника на иммунитет слизистой оболочки дыхательных путей предложено четыре гипотезы: 1) слизистые оболочки организма взаимосвязаны, то есть локальная активация иммунных клеток в слизистой оболочке в одном месте может влиять на отдаленные участки слизистой оболочки другого органа [29]; 2) в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) в ответ на действие комменсальной микробиоты продуцируются цитокины и факторы роста, которые посредством проникновения в системный кровоток могут воздействовать на другие виды слизистой ткани [28]; 3) молекулярные паттерны, связанные с микробами, могут быть абсорбированы и транспортированы в другие ткани кишечника, что инициирует активацию рецепторов иммунных клеток и влияет на врожденные иммунные реакции [27, 29]; 4) микробиом кишечника влияет на легочный иммунитет посредством перекрестного взаимодействия, которое называется «ось кишечник — легкие». Метаболиты микробиома, особенно короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), абсорбируются слизистой оболочкой кишечника и далее связываются с рецепторами иммунных клеток дыхательных путей, повышая противовирусный ответ в легких [30].

Мукозальный иммунитет

Иммунный барьер слизистой оболочки функционирует посредством единой системы, которая называется мукозоассоциированной лимфоидной тканью (МАЛТ). Представленная система обеспечивает комплексную противомикробную защиту организма, начиная от гуморальной регуляции, которая осуществляется под действием активного антигеннеспецифического врожденного иммунитета, и заканчивая высокоэффективным адаптивным иммунитетом. Главной отличительной чертой описанной системы является закон хоминга МАЛТ, доказывающий автономность регуляторной функции данной системы. С учетом принципов, описанных в приведенном законе, в результате активации адаптивного иммунитета происходит запуск пула антигенспецифических клеток, которые остаются на «местной» слизистой оболочке, а другая часть попадает в системный кровоток и транспортируется в другие отделы МАЛТ. При условии, что патоген попал в кишечник, В-лимфоциты, которые секретируют патогенспецифические IgA, в дальнейшем могут быть обнаружены в бронхолегочных лимфатических фолликулах [31, 32]. В случае респираторных инфекций перемещение клеток иммунной системы из ЖКТ в слизистую оболочку дыхательных путей способствует повышению локальной иммунной реакции. Необходимо подчеркнуть тот факт, что метаболиты микробных клеток, такие как патогенассоциированные молекулярные структуры, могут вступать в контакт с рецепторами клеток врожденного иммунитета, в результате чего запускаются системные реакции [15, 16]. Описанные метаболиты представляют собой молекулярные фрагменты, которые способны проникать через слизистую оболочку, связываться с эпителиальными клетками, транспортироваться дендритными клетками в различные органы и системы, взаимодействовать с паттернраспознающими рецепторами на иммунных клетках. Таким образом, бактериальные метаболиты выполняют функцию иммунорегуляторов, обеспечивая поддержание иммунитета в барьерных тканях, а также осуществляют связь между клетками врожденного иммунитета и другими клетками организма, объединяя и координируя деятельность всех звеньев иммунитета [33]. Одними из наиболее изученных микробных метаболитов являются КЦЖК: уксусная, пропионовая и масляная кислоты. КЦЖК представляют собой один из наиболее важных энергетических субстратов для эпителиоцитов, продуцирующихся в анаэробных условиях в результате бактериальной ферментации неперевариваемых углеводов. В норме микробиом кишечника обеспечивает поддержание концентрации КЦЖК на уровне 50—100 ммоль/л. При этом большая часть КЦЖК уходит на покрытие энергетических затрат колоноцитов, которые используют КЦЖК в качестве субстрата для синтеза около 70% молекул аденозинтрифосфата. Известно, что КЦЖК обладают иммунорегулирующими свойствами, так как способны соединяться с поверхностными рецепторами и модулировать функцию иммунной системы. Именно на повышении количества КЦЖК основан описанный иммуномодулирующий механизм работы пробиотиков [30—33].

Продукция цитокинов приводит к развитию и прогрессированию синдрома системной воспалительной реакции с вовлечением всех имеющихся систем защиты от инфекционных агентов [34]. Важно, что индуцирование реакций цитокинового каскада происходит не в результате действия представителей микробиома кишечника, а напротив, при отсутствии адекватной симбиотической нагрузки. На сегодняшний день в литературе отсутствует объяснение данного феномена, и неизвестно, что первично в этом процессе, но проведенные клинические испытания иммуносупрессивного и толерогенного эффектов микробиоты доказали, что некоторые симбионты приводят к постоянной активации комменсалспецифических Т-регуляторных клеток (Treg и Tr1) и синтезу IL-10 — главного противовоспалительного цитокина [35]. Установлено, что цитокины и факторы роста, которые под воздействием микробиома секретируются энтероцитами, попадают в системный кровоток, в результате чего происходит активация фагоцитоза и синтез АМП, стимуляция антигенспецифических клеток адаптивного иммунитета, инициация прайминга наивных лимфоцитов и их подготовка к началу адаптивного иммунного ответа [36—38].

Перспективные методы диагностики

До сих пор продолжаются диагностические поиски специфического маркера легочного повреждения. На сегодняшний день наиболее изученным методом диагностики является определение количества альвеолярных макрофагов в бронхоальвеолярной жидкости. Альвеолярные макрофаги являются первой линией защиты от загрязняющих веществ и патогенных микроорганизмов, которые инициируют врожденный иммунный ответ в легких. Идентифицированы два фенотипа альвеолярных макрофагов: классически активированный макрофаг (макрофаг М1) и альтернативно активированный макрофаг (макрофаг М2). Макрофаги M1 реагируют на микробные факторы и провоспалительные цитокины Th1, инициируют продукцию провоспалительных цитокинов и рекрутирование иммунных клеток в паренхиме легких и альвеолах. Напротив, макрофаги М2 подвергаются окислительному метаболизму под действием цитокинов Th2, что связано с высвобождением противовоспалительных цитокинов [39, 40]. Разнообразная роль альвеолярных макрофагов в патогенезе и разрешении воспаления легких зависит от их онтогенеза и микроокружения, связанного с различными вредными стимулами. Благодаря своей выраженной пластичности альвеолярные макрофаги высокоспециализированы в реагировании на сигналы окружающей среды, что приводит к быстрым и обратимым изменениям их воспалительного фенотипа [41].

Транскриптом и эпигенетический ландшафт альвеолярных макрофагов определяются микроокружением легких. В процессе воспаления ткани легких макрофаги взаимодействуют со всеми иммунокомпетентными клетками с целью регуляции гомеостаза легких, а также врожденного и адаптивного иммунитета против патогенов [42, 43]. Состояния поляризации альвеолярных макрофагов не являются взаимоисключающими, клетки могут одновременно выполнять функцию макрофагов М1 и М2 в зависимости от сигналов окружающей среды [43—45].

В настоящее время большой интерес представляет изучение белков, связывающих жирные кислоты (fatty-acid-binding proteins — FABP). FABP представляют собой внутриклеточные белки, которые выполняют важную функцию в метаболизме и транспортировке длинноцепочечных жирных кислот. В зависимости от их тропности к тканям различают следующие виды FABP: адипоцитарный (А), эпидермальный (Е), кардиальный и мышечный (H), тонкокишечный (I), печеночный (L), толстокишечный (Il), мозговой (В) и тестикулярный (Т) белки, связывающие жирные кислоты. Среди основных характеристик представленной группы белков выделяют следующие: это высокая растворимость в цитоплазме, выраженная специфичность к ткани, из которой они происходят, содержание в клетке в высокой концентрации, низкая молекулярная масса (15 кДа), благодаря чему определение повышенного уровня данного маркера имеет важное значение в диагностике повреждения тканей [46, 47].

В ряде исследований установлено, что уровень FABP4 в дыхательных путях снижен у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), особенно у пациентов с признаками инфекции дыхательных путей, и коррелировал с количеством альвеолярных макрофагов. Поскольку альвеолярные макрофаги продуцируют FABP4 [48, 49], эти наблюдения подтверждают диагностическую пользу FABP4. Данные выводы объясняются тем, что FABP4 облегчает взаимодействие альвеолярных макрофагов и нейтрофилов посредством регуляции хемокинового лиганда 1 (C-X-C Motif Chemokine Ligand 1 — CXCL1), секретируемого альвеолярными макрофагами для привлечения нейтрофилов в место инфекции [49, 50]. У пациентов с тяжелой формой ХОБЛ наблюдались самые низкие уровни FABP4 в дыхательных путях. Обнаружено, что существует прямая связь между концентрацией FABP4 в дыхательных путях и уровнями объема форсированного выдоха за 1 с и обратная связь между первым показателем и показателем COPD Assessment Test (CAT). В соответствии с этими наблюдениями исследования показали, что у пациентов с тяжелой ХОБЛ изменен врожденный иммунитет дыхательных путей [51, 52], в результате чего развивается хроническое воспаление дыхательных путей и нарушается регуляция нормальной функции альвеолярных макрофагов. Тем не менее из-за недостаточности клинических данных остается неясным, что является причиной, а что следствием [53].

Следует отметить, что своевременная диагностика интерстициальных заболеваний легких (ИЗЛ) способна значительно улучшить исходы госпитализации, включая сроки пребывания в стационаре, снижение общего количества инфекционных осложнений в легких и летальности. Необходимо выявлять пациентов с более высоким риском прогрессирования ИЗЛ, чтобы обеспечить оптимальное лечение и мониторинг. В литературе описаны специфические маркеры ИЗЛ, такие как Кребс фон ден Лунген-6 (KL-6) и фрагмент цитокератина 19 (CYFRA 21-1) [54—56].

KL-6 — гликопротеин, впервые обнаруженный в пневмоцитах II типа, его повышенные значения в плазме крови определяются при различных интерстициальных заболеваниях легких [56].

CYFRA 21-1 экспрессируется на пневмоцитах типа I/II и эпителиальных клетках респираторных бронхиол. Протеолитические фрагменты цитокератина растворимы и высвобождаются в кровь в результате лизиса или некроза клеток. Уровень CYFRA 21-1 в сыворотке крови повышается у пациентов с идиопатическим легочным фиброзом, причем более высокие уровни связаны с повышенной смертностью [54].

В своем исследовании C.J.W. Stock и соавт. установили, что уровни описанных маркеров коррелировали как с исходным функциональным состоянием легких, так и с прогрессированием заболевания и летальностью. Однако доказано, что сывороточный KL-6 является более чувствительным биомаркером, чем CYFRA 21-1, для прогнозирования прогрессирования ИЗЛ. Так, определение уровня KL-6 дает возможность прогнозировать снижение функции легких у пациентов с менее выраженной симптоматикой ИЗЛ [55—57].

Другая причина развития неблагоприятных исходов у пациентов хирургического профиля была впервые предложена и описана L. Hagmeyer и W. Randerath в работе под названием «Интерстициальные заболевания легких, связанные с курением» (Smoking-related interstitial lung disease) [58]. Однако, несмотря на значимость данного фактора, стандартные рутинные методы диагностики не дают информативную картину поражения. Наиболее перспективным методом оценки интерстициального фиброза легких является компьютерная томография высокого разрешения, позволяющая оценить степень структурной перестройки легочной ткани и на этом основании разработать правильный терапевтический подход в лечении пациентов [59, 60].

Заключение

Несмотря на то что на сегодняшний день изучена и доказана роль АМП при развитии инфекционных осложнений, в том числе со стороны легких, определена взаимосвязь между нарушениями гомеостаза кишечника, системными метаболическими и иммунными расстройствами, диагностическая значимость АМП у пациентов, находящихся на лечении в отделении реанимации и интенсивной терапии, изучена недостаточно. Перспективные методы диагностики, в том числе с использованием специфических маркеров легочного повреждения, способны расширить горизонт знаний о процессах, происходящих при инфекционно-воспалительных заболеваниях легких, особенно у пациентов хирургического профиля, длительно находящихся на лечении в отделении реанимации и интенсивной терапии, где частота развития системных осложнений, связанных с полирезистентностью микроорганизмов, остается высокой.

Таким образом, все изложенное доказывает перспективность дальнейшего изучения данной проблематики у больных в критических состояниях, нуждающихся в длительной терапии в условиях отделения реанимации и интенсивной терапии.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.