Уже на заре гистологической эры эпителии, покрывающие кожу и слизистые оболочки, получили статус барьерных тканей, которые защищают организм от агрессивного воздействия внешней среды (включая патогенные микроорганизмы) и обеспечивают постоянство его внутренней среды [1]. Очевидность защитной роли внешнего эпителиального покрова, в первую очередь эпидермиса кожи и его производных (сальные и потовые железы, волосы, ногти, зубная эмаль), не подвергается сомнению и подтверждается эволюционным многообразием морфологических форм внешних покровов у различных представителей животного мира (хитин насекомых и ракообразных, чешуя рыб и пресмыкающихся, панцирь некоторых рептилий, кожа, волосяной покров, шерсть, рога, копыта млекопитающих и т. д.).
Защитная роль эпителиев, покрывающих слизистые оболочки, не столь очевидна в силу тонкости структуры и легкой ранимости слизистых оболочек в целом и особенно их эпителиального покрова, независимо от того, рассматриваем ли мы цилиндрический эпителий желудочно-кишечного тракта, уротелий мочевыводящих путей, многослойный неороговевающий эпителий ротовой полости или цилиндрический многорядный мерцательный эпителий респираторного типа, выстилающий дыхательные пути.
История изучения морфофункциональной организации слизистых оболочек — это история последовательных открытий тонких клеточных структур и микробоцидных факторов, позволяющих эпителиям обеспечивать функцию защитного барьера. Существенной частью этой истории явилось изучение взаимодействия эпителиев с подлежащими соединительнотканными структурами, в том числе с местной лимфоидной тканью. Итогом этого направления, как известно, явилось учение о мукозальном иммунитете, который создается лимфоидной тканью, ассоциированной со слизистыми оболочками (мукозо-ассоциированная лимфоидная ткань), так называемой системой МАЛТ. В ЛОР-области главенствующая роль в системе МАЛТ до недавнего времени отводилась лимфоидной ткани в составе лимфоэпителиальных органов глотки, образующих кольцо Вальдейера. В этих лимфоидных органах осуществляется клональная пролиферация специфически реагирующих лимфоидных клеток с последующим заселением данными эффекторными клетками близлежащих слизистых оболочек, т. е. создается «иммунное вооружение» последних для более эффективного выполнения их защитной функции [2, 3]. Эпителию как обязательному участнику комплексного иммунного ответа слизистой оболочки отводилась подчиненная роль неспецифического фактора защиты.
При рассмотрении эпителия в качестве неспецифического защитного барьера в первую очередь следует обратить внимание на то общее в структурной организации любых эпителиальных покровов (как кожи, так и слизистых оболочек), что их объединяет как пограничную ткань. Все эпителии построены в форме непрерывного пласта, где эпителиальные клетки не просто тесно прилежат друг к другу, но и имеют специальные приспособления, «сшивающие» их между собой. Например, для многослойных плоских эпителиев такими приспособлениями являются десмосомальные контакты (десмосомы), для цилиндрических эпителиев — плотные, или запирающие, контакты. Оба типа контактов образованы белковыми молекулами клеточной адгезии семейства кадгеринов, включая бета-катенины (рис. 1), и белками цитоскелета в виде промежуточных тонофиламентов. Плотные контакты предотвращают протекание тканевой жидкости через эпителий, в то же время они проницаемы для ионов, небольших гидрофильных молекул и даже некоторых макромолекул. Они регулируют параклеточную диффузию, т. е. движение тканевой жидкости по межклеточному пространству, пропускают одни вещества и задерживают другие. Плотные контакты задействованы в сигнальных путях, регулирующих пролиферацию, поляризацию и дифференцировку эпителиальных клеток. Объединение эпителиальных клеток в непрерывный пласт, его закрепление на базальной мембране с помощью полудесмосом и поляризация эпителиальных клеток с выделением базальной и апикальной области составляют основную структурную характеристику эпителиев как пограничной ткани.
Если для эпидермальных многослойных эпителиев барьерный вектор создается многослойностью и дифференцировкой клеток в стратифицированный пласт, то для однослойных эпителиев, например многорядного мерцательного эпителия слизистой оболочки верхних дыхательных путей, защитную роль играет слизистое покрытие. Слизь, продуцируемая местными слизистыми железами и бокаловидными клетками, получает направленное движение, которое обеспечивается ритмическим биением ресничек мерцательных клеток, составляющих основу эпителия респираторного типа. В апикальной части мерцательных клеток располагаются специальные структуры — базальные тельца, из которых формируются реснички (рис. 2). Биение ресничек, погруженных в перицеллюлярную слизь, заставляет ее вместе с осевшими на ней частицами, в том числе микроорганизмами, двигаться в проксимальном направлении к началу дыхательного тракта или лимфоэпителиальным органам глотки, осуществляя тем самым очищение слизистой оболочки от загрязнения. Этот физиологический феномен получил, как известно, название мукоцилиарного клиренса, а совокупность механизмов и структур, обеспечивающих его, стала именоваться мукоцилиарной транспортной системой. Структурная или функциональная недостаточность этой транспортной системы может стать основой развития хронических воспалительных заболеваний дыхательных путей. Примером может служить синдром Картагенера, характеризующийся врожденным нарушением работы ресничек — цилиарной дискинезией вследствие отсутствия или недоразвития так называемых динеиновых ручек — носителей аденозинтрифосфатазной активности, обеспечивающих движение ресничек. Аномалии мукоцилиарного клиренса при данном синдроме приводят к развитию хронического риносинусита, хронического бронхита и мужского бесплодия.
Слизь, вырабатываемая клетками эпителия, — это не только увлажнение и «смазка» для мукоцилиарного транспорта. Результаты биохимического и иммунохимического анализов слизи носового секрета показали, что она содержит разнообразные вещества антивирусного, антибактериального (бактериостатического и бактерицидного) и антигрибкового действия. Это не только сиало- и сульфомуцины, но и давно известные бактерицидные гидролитические ферменты, такие как лизоцим (мурамидаза), связывающий железо лактоферрин с выраженным бактериостатическим действием, интерфероны, секреторные антитела. Слизистое отделяемое из полости носа и околоносовых придаточных пазух содержит ряд веществ, участвующих в каталитических реакциях инактивации различных биологически активных пептидов и биогенных аминов. Так, показано, что секреция эпителиальными клетками слизи сопряжена с активностью моноаминоксидазы — фермента, инактивирующего биогенные амины, в частности гистамин [4]. В последние годы большое внимание уделяется так называемым дефенсинам (или дефензинам) — низкомолекулярным катионным пептидам (с молекулярной массой около 4 кДа), богатым цистеином, которые синтезируются многими клетками организма, включая гранулоциты и эпителиальные клетки, и обнаруживаются в слизистых секретах [5]. Бета-дефенсины слизистых оболочек обеспечивают их защиту от патогенных возбудителей, оказывая прямое антимикробное действие, ингибируют синтез провоспалительного цитокина фактора некроза опухоли-α, индуцируют дифференцировку дендритных клеток и ко-стимулирующих факторов, регулируют хемотаксис через индукцию интерлейкина-8, стимулируют ангиогенез, заживление ран, апоптоз. Наряду с другими антимикробными агентами, которые вырабатываются эпителиальными клетками слизистых оболочек и присутствуют в слизи, дефенсины входят в круг неспецифических факторов защиты, относящихся к врожденному иммунитету.
В связи с защитными свойствами слизистого отделяемого и позитивной ролью слизистой секреции для нормальной жизнедеятельности организма следует попутно заметить, что бесконтрольное смывание этой слизистой субстанции с помощью носового душа, рекомендуемого для профилактики и лечения обострений ринитов, может привести к нежелательным последствиям. Ирригационная терапия при риносинуситах должна быть дозированной и находиться под врачебным контролем, чтобы не нарушать работу мукоцилиарной транспортной системы.
Мукоцилиарный транспорт в комплексе с бактерицидными свойствами слизистого секрета позволяет эпителию контролировать микрофлору, населяющую слизистые оболочки. Мерцательный эпителий поддерживает равновесные отношения с собственной микрофлорой, сохраняя эволюционно сложившийся биоценоз, ограничивает экспансию условно-патогенной микрофлоры и противостоит экспансии патогенных микроорганизмов, осуществляет дозированный «допуск» антигенов к лимфоидным образованиям носо- и ротоглотки. Ретроназальное движение слизи в сторону глоточной миндалины, смена мерцательного эпителия, выстилающего носоглотку, на многослойный плоский эпителий ротоглотки (наблюдающаяся уже на уровне глоточной миндалины), наличие разветвленных крипт с ретикулярным эпителием — все это способствует задержке микрофлоры в криптах и создает благоприятные условия для экспонирования антигенов лимфоидным клеткам в зонах лимфоэпителиального симбиоза соответствующих лимфоэпителиальных органов (рис. 3).
Перечисленные выше защитные свойства эпителиев способствуют природной невосприимчивости организма к инфекции, т. е. являются врожденными, или генетически обусловленными, и рассматриваются в категории факторов врожденного иммунитета. Особенно важную роль они играют в детском возрасте, пока идет становление («созревание») адаптивного (приобретенного) иммунитета. С момента рождения они тем или иным образом проявляют свое участие в реакциях адаптивного иммунитета. Так, показано, что в мукозальном иммунитете индуктивная и эффекторная фазы иммунного ответа осуществляются при участии ретикулярного эпителия крипт небных и глоточной миндалин, что структурно отражается в лимфоэпителиальном симбиозе. При этом эпителиальные клетки зоны лимфоэпителиального симбиоза, судя по экспрессии молекул HLA-DR, могут участвовать в презентации антигена лимфоцитам (рис. 4). Другими словами, эпителий, будучи носителем неспецифических факторов врожденного иммунитета, как антигенпредставляющая клетка может инициировать реакции специфического адаптивного иммунитета.
Эффекторную фазу иммунного ответа по протяжению слизистой оболочки носа и придаточных пазух, проявляющуюся образованием секреторных антител, отражают межэпителиальные лимфоциты, представленные в основном T-клетками хелперного типа, и лимфоидно-плазмоцитарная инфильтрация собственной пластинки с преимущественно субэпителиальной и перигландулярной локализацией местных плазматических клеток. Секреторные антитела, составляющие прерогативу мукозального иммунитета, — димер иммуноглобулина класса A (SIgA) и пентамер иммуноглобулина класса M (SIgM), являются совокупным продуктом местных специфически реагирующих плазматических клеток и клеток секретирующего эпителия. С помощью специального рецептора путем пиноцитоза эпителиальные клетки «проводят» соответствующие иммуноглобулины через свою цитоплазму, присоединяя секреторный компонент — гликопротеин, стабилизирующий молекулу секреторного антитела. Секреторный компонент защищает молекулу иммуноглобулина от литического действия микрофлоры, сохраняя его свойства антитела [6].
За последние два десятилетия в связи с развитием методов молекулярной биологии и тонких методов исследования клеток и тканей на молекулярно-генетическом уровне (в морфологии это иммуногистохимические методы, флюоресцентная и хромогенная гибридизация in situ) в проблеме противоинфекционной защиты и участия в ней факторов врожденного и адаптивного иммунитета наблюдается смещение акцентов в сторону признания ведущей роли врожденного иммунитета как в организации немедленной воспалительной реакции, так и в инициации иммунного ответа [7]. Постепенно нарастает осознание недооценки значимости факторов естественной резистентности — природного наследия, закрепленного в геноме. В этом «прозрении» немаловажную роль играют и современные исследования барьерных тканей, т. е. эпителиев.
Способность эпителиев противостоять инфекции привлекает особое внимание исследователей в связи с открытием основного врожденного механизма распознавания клеткой возбудителя с помощью специальных детекторных молекул, играющих роль специфических рецепторов, «узнающих» комплементарные им лиганды. Имеется в виду открытие толл-подобных рецепторов (toll-like receptors, TLR) и других детекторных молекул (маннозных рецепторов, RIG-1-подобных рецепторов и проч.), составляющих группу паттернраспознающих рецепторов [8, 9]. Лигандами служат так называемые патогенассоциированные молекулярные паттерны (рathogen-associated molecular patterns,), или «образы патогенности», — особые инвариантные молекулярные структуры в составе клеточной стенки бактерий или генетического материала микроорганизма, общие и специфические для родственных классов возбудителей [10, 11]. Эти консервативные молекулы обеспечивают выживаемость и патогенность возбудителя, а для многоклеточных организмов они являются носителями чужеродной генетической информации. Так, например, лигандом для распознавания грамнегативных возбудителей является липополисахарид бактериальной стенки. Лигандами также могут служить собственные патологически измененные белки, например белки теплового шока.
Среди детекторных молекул TLR занимают особое место, так как их взаимодействие с соответствующими лигандами приводит к формированию временного сигнального пути, представляющего каскад передающих сигнал реакций фосфорилирования и дефосфорилирования различных киназ с участием адаптерных молекул [12]. Ключевым мессенджером этого каскада является нуклеарный фактор κB (nuclear factor κB), запускающий экспрессию генов, отвечающих за синтез провоспалительных и иммуномодулирующих цитокинов, хемокинов, молекул адгезии. Разные TLR специфическим образом распознают паттерны определенных групп возбудителей и передают сигналы на ядерную дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) (клеточный геном) о появлении объекта с чужеродной генетической информацией. Таким образом, специфичность распознавания и способность отличать «свое» от «чужого», т. е. основные характеристики лимфоидных клеток адаптивного иммунитета, оказываются присущими и клеткам врожденного иммунитета [13].
В настоящее время известно, что TLR широко представлены на полиморфно-ядерных лейкоцитах, клетках моноцитарно-макрофагального ряда, дендритных клетках лимфатических фолликулов лимфоидных органов и других клетках врожденного иммунитета. Поскольку именно эпителий функционирует на границе между внешней и внутренней средой («эпителиальный интерфейс»), естественно было бы ожидать наличие TLR и у эпителиальных клеток. Первые факты, указывающие на возможное участие TLR в работе покровных эпителиев, были получены методом полимеразной цепной реакции при анализе супернатанта (надосадочной жидкости) культуры эпителиальных клеток небных миндалин больных хроническим тонзиллитом. При воздействии на клетки культуры различными патогенассоциированными молекулярными паттернами, включая липополисахарид бактериальной стенки, в супернатанте была обнаружена информационная рибонуклеиновая кислота всех известных TLR [14].
Наличие TLR на эпителиоцитах слизистых оболочек ЛОР-органов впервые было показано с помощью иммуногистохимического метода в патоморфологической лаборатории ФГБУ «Научно-клинический центр оториноларингологии ФМБА России» в начале текущего столетия. Данные рецепторы были обнаружены на клетках люминального и криптального эпителия небных и глоточной миндалин при хроническом тонзиллите и аденоидите, эпителия фарингеальных гранул и боковых валиков при гипертрофическом фарингите, на многослойном плоском эпителии голосовых складок гортани в составе отечных и ангиоматозных полипов, при отечном ларингите Рейнке, а также на респираторном и железистом эпителии слизистой оболочки носа (рис. 5, 6). В эпителиях перечисленных структур были обнаружены TLR 2-го (TLR-2), 4-го (TLR-4) и 9-го (TLR-9) типов, которые выявляют грампозитивные, грамнегативные бактерии и ДНК-содержащие вирусы соответственно. В этих же исследованиях помимо эпителиальных структур указанные рецепторы были визуализированы на эндотелиальных клетках сосудов микроциркуляции, венулах с высоким эндотелием, полиморфно-ядерных лейкоцитах, дендритных клетках лимфатических фолликулов [15—17].
Выявление TLR на клетках эпителия верхних дыхательных путей и глотки имеет принципиальное значение. Оно означает, что первое распознавание возбудителя респираторной инфекции осуществляется эпителиальными клетками слизистой оболочки. Поскольку это распознавание сопровождается сигнальным каскадом мессенджеров, активирующих в конечном счете соответствующие участки генов, которые кодируют провоспалительные и иммуномодулирующие цитокины, активированная эпителиальная клетка становится первым источником соответствующих цитокинов. Посредством цитокинов эпителий инициирует развитие немедленной воспалительной реакции и активирует лимфоидные клетки, тем самым принимая участие в инициации адаптивного иммунного ответа.
При выполнении данного иммуногистохимического исследования неожиданной находкой явилось наблюдение иммунопозитивной цитоплазматический экспрессии эпителиоцитами криптального и люминального эпителия ко-стимулирующей молекулы СD80 (В7−1). Как известно, этот протеин является наиболее эффективной ко-стимулирующей молекулой при презентации антигена Т-лимфоцитам. Молекула служит лигандом для двух белков на поверхности Т-клеток: CD28 и CTLA-4. Связывание этой ко-стимулирующей молекулы с CD28 модулирует активацию Т-лимфоцитов, а взаимодействие с CTLA-4 вызывает торможение активности лимфоцита [18]. Данный протеин впервые был обнаружен на активированных В-лимфоцитах, затем было показано, что он обеспечивает ко-стимулирующий сигнал, необходимый для активации и выживания Т-лимфоцитов (рис. 7). Он конститутивно экспрессируется на интердигитирующих клетках, моноцитах, В-лимфоцитах и, вероятно, на других антигенпредставляющих клетках. Обнаружение молекулы СD80 (В7−1) на эпителиоцитах криптального и люминального эпителиев лимфоэпителиальных органов глотки, на клетках многослойного плоского эпителия голосовых складок гортани, а также респираторного эпителия позволяет предположить участие покровного эпителия верхних дыхательных путей и глотки в модуляции активности местных иммунокомпетентных клеток. Это предположение оправдано наличием интраэпителиальных лимфоцитов в зонах лимфоэпителиального симбиоза и межэпителиальных лимфоцитов в респираторном эпителии. Экспрессия TLR в сочетании с экспрессией СD80 (В7−1) — ко-стимулирующего агента, который модулирует иммунный ответ, может рассматриваться как механизм, обеспечивающий взаимодействие эпителия с лимфоидной тканью. Таким образом, покровный и железистый эпителии верхних дыхательных путей и глотки функционируют как связующее звено в структуре врожденного и адаптивного иммунитета.
В заключение следует сказать, что в эпоху высоких медицинских технологий, таких как хирургический лазер, фотодинамическая терапия, по существу агрессивных методов, но крайне необходимых при лечении онкологических заболеваний, существует соблазн их применения и при хирургическом лечении воспалительных заболеваний. К чести отечественной и зарубежной ринологии бережное отношение к слизистым оболочкам в целом с минимизацией объема хирургического вмешательства стало идеологией современной функциональной эндоскопической хирургии (Functional Endoscopic Sinus Surgery) в лечении хронических воспалительных заболеваний верхних дыхательных путей. Особое значение постулат щадящего обращения со слизистыми оболочками приобретает в детской оториноларингологии, так как до наступления взрослости идет становление местного (мукозального) и системного адаптивного иммунитета. Пока ребенок приобретает «иммунологический паспорт» [19], реактивные воспалительные и иммунные процессы осуществляются в основном врожденной иммунной системой, анатомически вписанной в слизистые оболочки с их эпителиальным покрытием и лимфоидной тканью, ассоциированной с эпителием.
Конфликт интересов отсутствует.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования, написание текста: В.Б.
Сбор и обработка материала: А.Б., В.Б.
Редактирование: А.Б.