Сокращения

ИЛ — интерлейкин

ИФН — интерферон

ЛПС — липополисахариды

ПРС — полипозный риносинусит

ФНО-α — фактор некроза опухолей α

ХРС — хронический риносинусит

Введение

Хронический риносинусит (ХРС) — хроническое воспалительное заболевание слизистой оболочки полости носа и околоносовых пазух, которое проявляется затруднением носового дыхания, выделениями из носа, а также наличием головных болей и снижением обоняния более чем 12 нед [1]. Распространенность ХРС составляет от 5—6% в США и Бразилии до 27—28% в Португалии и Иране [2], в России средний показатель составляет 16,4% [3].

В соответствии с фенотипическими особенностями, наличие назальных полипов определяет форму полипозного риносинусита (ПРС) и составляет до 20—30% всех пациентов с ХРС [4]. Несмотря на то что локальные проявления ХРС с назальными полипами и без таковых очень похожи, патогенетические механизмы развития ПРС обусловливают тесную взаимосвязь этого заболевания с бронхиальной астмой, аспириновой триадой и бронхоэктатической болезнью [5]. По мере прогрессирования пролиферации, полипы способны блокировать носовые ходы [6]. ПРС характеризуется высокой частотой рецидивов, что ассоциировано с повышенным риском ревизионной хирургии [7].

Знания о патогенезе ПРС лежат в основе классификации заболевания, выделяющей эндотипы ХРС и способствующей выбору рациональной фармакотерапии [8] и тактики послеоперационного периода [9]. Наряду с развитием хронического воспаления нарушение мукоцилиарного клиренса является одним из важнейших механизмов патогенеза ПРС [10]. В то же время данные об особенностях функционирования цилиарного аппарата респираторного эпителия у пациентов с хроническим ПРС и их взаимосвязи с механизмами развития заболевания недостаточны и противоречивы.

Цель исследования — анализ данных литературы о молекулярных механизмах развития нарушений мукоцилиарного клиренса у пациентов с ПРС.

Материал и методы

Был проведен анализ материалов, опубликованных до 10 марта 2023 г. в базах данных PubMed (Medline), Google Scholar и РИНЦ. Поиск осуществляли по ключевым словам «cilia», «mucociliary», «mucus», «nasal polyp», «nasal polyposis», «CRSwNP» (и их русскоязычным эквивалентам).

Результаты

Анализ результатов многочисленных исследований показал, что пациенты с ПРС характеризуются нарушениями мукоцилиарного клиренса. После функциональной эндоскопической риносинусохирургии также установлены более высокие показатели длительности сахаринового теста при ПРС по сравнению с пациентами без полипоза [11]. В.С. Козлов и соавт. (2008) [12] отметили, что наряду с увеличением длительности сахаринового теста у пациентов с ПРС наблюдались значительные различия в частоте биения цилий, причем частота биения цилий эпителия средней носовой раковины была ниже таковой в области созревания и на верхушке полипов.

Причиной упорного течения так называемого «трудноизлечимого» ХРС может являться способность микробиоты формировать биопленки, в частности Staphylococcus aureus [13]. Важно отметить, что наличие бактериальных биопленок сопровождается разрушением эпителиального слоя и отсутствием цилий как у пациентов с ПРС, так и с ХРС без полипоза [14].

Исследование с использованием сканирующей электронной микроскопии выявило выраженные нарушения структуры цилий, характеризующихся беспорядочностью, избыточной плотностью, а также удлинением, что сопровождалось снижением частоты биения цилий. Подобный характер нарушений ассоциирован с гиперплазией эпителия и обусловлен up-регуляцией центросомального белка 110 (Centrosomal protein 110, CP110), факторов транскрипции FOXJ1 (Forkhead box J1) и TAp73 (P73 isoform with an N-terminal transactivation domain) [15]. В то же время в условиях гипоксии, также играющей значительную роль в патогенезе ХРС [16], в эпителии назальных полипов имеет место нарушение цилиогенеза и функционирования цилий, о чем свидетельствует снижение экспрессии мРНК генов GMNC, MCIDAS, FOXJ1, MYB, RFX3, RFX2, TP73 и TRRAP, а также нарушение дифференцировки эпителиоцитов [17]. Таким образом, для ПРС характерно увеличение количества клеток с нарушением структуры цилий [19].

Кроме того, представляются интересными результаты исследования, продемонстрировавшие отсутствие выраженных нарушений функции цилиарного аппарата на фоне снижения мукоцилиарного клиренса, что указывает на значимую роль изменений характеристик назальной слизи [20].

Несмотря на то что патология цилиарного аппарата у пациентов с ПРС отчетливо продемонстрирована, исследования последних десятилетий направлены на изучение возможных механизмов подобных нарушений. В частности, в образцах назальных полипов выявлено выраженное снижение интенсивности ацетилхолин-индуцированного биения цилий относительно контроля, что может быть связано с торможением экспрессии в эпителии полипов M1/M3 мускариновых рецепторов, паннексина 1 и P2X7 пуринергического рецептора, обладающих стимулирующим влиянием в отношении биения цилий [21]. Также предполагается, что в дисфункцию цилиарного аппарата при назальных полипах может вносить существенный вклад снижение экспрессии гена WDPCP (Wd-repeat containing planar cell polarity effector) и последующее нарушение функции митохондрий посредством нарушений сигнального пути MAPK/ERK [22].

Дисфункция цилиарного аппарата при ХРС с назальным полипозом также может быть обусловлена активацией сигнального пути Wnt фибробластами назальных полипов [23]. В частности, роль сигнального пути Wnt/β-catenin в патогенезе назального полипоза обусловлена поддержанием воспалительной реакции и гиперпродукцией провоспалительных цитокинов, нарушением межклеточных контактов и цилиогенеза [24].

Возможным механизмом нарушения активности цилиарного аппарата при эозинофильном эндотипе может являться снижение продукции оксида азота, обладающего модулирующим влиянием на активность цилий [25].

Показано, что эпителий назальных полипов характеризуется генетическими нарушениями, ассоциированными с патологией цилиогенеза и функционирования цилий, что может быть отчасти вызвано нарушением экспрессии микроРНК, в первую очередь mir-34 и mi-449 [26].

Поскольку мукоцилиарный клиренс состоит из двух функциональных компонентов, назальной слизи и ресничек эпителия слизистой оболочки носа и околоносовых пазух, в дальнейшем будут рассмотрены механизмы развития изменений характеристик слизи, а также влияние цитокинов, вовлеченных в патогенез ПРС, на активность цилий.

Состав и, как следствие, характеристики назальной слизи, например ее вязкость, оказывают значительное влияние на эффективность мукоцилиарного транспорта [27]. В частности, гиперэкспрессия муцина MUC5AC являлась устойчивой характеристикой назальных полипов, которая не снижалась под влиянием глюкокортикоидов, уменьшающих количество эозинофилов в ткани полипов [28].

Результаты протеомного анализа отделяемого носа также продемонстрировали, что избыточная продукция MUC5A в большей степени характерна для ХРС без полипов (CRSsNP) чем для ПРС (CRSwNP) [29]. Аналогично, для ПРС, в отличие от ХРС без полипов, характерно увеличение количества бокаловидных клеток и гиперпродукция MUC5A и MUC5B, что может быть связано с активацией гипоксия-индуцибельного фактора 1 (HIF-1) [30].

Эпидермальный фактор роста, экспрессия мРНК которого существенно увеличена при ПРС [31], также способствует увеличению экспрессии мРНК и белка MUC5AC в назальных эпителиальных клетках у пациентов с ПРС посредством активации PI3K-TMEM16A [32, 33]. Также отмечается роль ФНО-α-ассоциированной экспрессии эпидермального фактора роста в гиперплазии бокаловидных клеток [34].

Результаты проведенных исследований продемонстрировали влияние различных цитокинов на качественный состав назальной слизи и гиперпродукцию MUC5AC. В частности, при эозинофильных эндотипах назальных полипов наиболее выраженный стимулирующий эффект на секрецию MUC5AC отмечался при воздействии интерлейкина (ИЛ) 13 > ИЛ-6 > ИЛ-17А, причем для эозинофильного эндотипа была характерна преимущественно экспрессия ИЛ-6 и ИЛ-13 [35].

В ходе реализации Th2-опосредованного иммунного ответа активация секреции MUC5AC и MUC5B в тканях назальных полипов может быть опосредована передачей сигналов ИЛ-4 или ИЛ-13 через IL-4Rα, который характеризуется избыточной экспрессией в тканях полипов [36]. Кроме того, Th2-индуцированная экспрессия пендрина может играть значительную роль в повышении продукции провоспалительных цитокинов, в первую очередь ИЛ-13, и секреции муцина MUC5AC [37]. ИЛ-13-индуцированная гиперсекреция муцина MUC5AC также может быть опосредована up-регуляцией TMEM16A [38].

Описана роль других цитокинов в гиперпродукции муцина MUC5AC. В частности, отдельные исследователи предполагают, что повышенная экспрессия муцина MUC5AC и гиперплазия бокаловидных клеток в большей степени характерна для ИЛ-5-зависимого эозинофильного эндотипа ПРС, что может быть связано с ингибированием фактора транскрипции NKX2-1 [39]. Одним из факторов гиперпродукции MUC5A также может являться секреция ИЛ-19, активирующего сигнальный путь STAT3 [40]. Интересно, что эластаза нейтрофилов также может индуцировать секрецию MUC5AC посредством up-регуляции экспрессии фактор некроза опухолей (ФНО)-α-превращающего фермента, однако данный механизм не является специфическим для ХРС исключительно с назальными полипами [41].

В свою очередь, активация NF-κB, характерная для пациентов с ПРС, может обусловливать гиперпродукцию ИЛ-6, ИЛ-8, эотаксина [42] и продукцию MUC5A [43]. Активация этого механизма может иметь место при избыточном воздействии ФНО-α [44] или липополисахарида (ЛПС) [45].

В то же время другие авторы при назальном полипозе отмечают гиперсекрецию MUC8, но не MUC5AC, что может быть обусловлено продукцией ИЛ-4 [46].

Таким образом, при ПРС характерным изменением назальной слизи является увеличение секреции муцина MUC5AC вследствие активации сигнальных путей при воздействии ИЛ-4/ИЛ-13, эпидермального фактора роста, ФНО-α, ИЛ-19, а также гипоксии.

В патогенетическом континууме ПРС отмечен выраженный плейоморфизм цитокинового профиля [47]. С целью оценки механизмов развития цилиарной дисфункции у пациентов с ПРС изучено влияние различных цитокинов на активность цилиарного аппарата мерцательного эпителия слизистой оболочки носа и околоносовых пазух. Наиболее изучен в этом плане ИЛ-13, являющийся одним из цитокинов, продуцируемых в том числе эозинофилами.

Продемонстрировано, что эпителий назальных полипов характеризуется повышенной экспрессией мРНК не только ИЛ-13, но и его рецепторов IL-13Rα1 и IL-13Rα2. При этом IL-13Rα2-опосредованная передача сигнала ИЛ-13 сопровождается снижением частоты биения цилий и увеличением экспрессии мРНК MUC5AC посредством активации ERK1/2-сигнального пути [48]. При этом одним из механизмов увеличения продукции ИЛ-13 может являться индукция секреции ИЛ-33 у пациентов с ПРС [49].

ИЛ-13, равно как и интерферон (ИФН)-γ, снижает дифференцировку реснитчатого эпителия и частоту биения цилий эпителия у пациентов с ПРС, причем ИЛ-13 также стимулирует гиперплазию бокаловидных клеток с гиперпродукцией MUC5AC, в то время как воздействие ИФН-γ сопровождается повышенной экспрессией MUC5B [50]. Предполагается, что одним из механизмов ИЛ-13-зависимого нарушения дифференцировки реснитчатого эпителия может являться торможение экспрессии фактора транскрипции FOXJ1, вовлеченного в регуляцию цилиогенеза, посредством активации STAT6 [51]. При этом в снижении факторов транскрипции цилиогенеза FOXJ1 и DNAI2 и гиперпродукции MUC5A и CLCA1 бокаловидными клетками в эпителии назальных полипов под влиянием ИЛ-13 могут играть значимую роль эпигенетические механизмы, в первую очередь интенсификация экспрессии H3K4me3 и метилтрансферазы MLL1 [52]. Другими установленными механизмами, обусловливающими характер влияния ИЛ-13 на цилиогенез, может являться изменение экспрессии Yes-ассоциированного белка [53] и CP110 [54], являющегося отрицательным регулятором образования цилий [55].

Важно отметить, что наряду со снижением количества клеток с подвижными цилиями и гиперсекрецией слизи, при воздействии ИЛ-13 также отмечается снижение экспрессии белков межклеточных контактов и продукции ИФН-λ1 и CXCL10 в ответ на воздействие риновируса [56].

Таким образом, учитывая роль ИЛ-13 в патогенезе ПРС, а также характер его влияний на цилиарный аппарат эпителия слизистой оболочки носовой полости и околоносовых пазух, справедливо предположить, что избыточная продукция ИЛ-13 может являться значимым механизмом развития цилиарной дисфункции.

В ряде исследований изучено влияние других цитокинов на активность цилиарного аппарата слизистой оболочки носа при ПРС. В ходе детального анализа показано, что ИЛ-4 и ИЛ-13 снижают частоту биения цилий назального эпителия, тогда как ИЛ-5 или ИЛ-9 оказывают обратный эффект. Также следует отметить, что низкие и высокие концентрации ИФН-γ достоверно снижают и повышают частоту биения цилий [57]. Различия в влиянии цитокинов на функционирование цилий могут в определенной степени обусловливать клинические различия эндотипов ПРС.

Несмотря на то что в патогенезе ПРС ведущая роль принадлежит ИЛ-4/ИЛ-13, а также ИЛ-5, в ряде исследований изучено влияние других цитокинов, экспрессия которых также имела место при ПРС [58].

В частности, метилхолин-индуцированное биение цилий, а также ЛПС-индуцированная секреция ИЛ-6 и ИЛ-8 были более выраженным в эпителии пациентов с ПРС, чем в здоровых клетках [59]. При этом ИЛ-6 способствовал активации цилий, повышая частоту биения цилий и стимулируя миграцию и пролиферацию эпителиоцитов, что может играть значительную роль в генезе назальных полипов [60].

Результаты обследования пациентов с ПРС продемонстрировали, что экспрессия рецепторов к ФНО-α и, как следствие, чувствительность назального эпителия к ФНО-α ассоциирована с наличием бактериальных биопленок, отсутствием цилий, а также плоскоклеточной метаплазией эпителия [61]. Результаты ряда других исследований также показали, что ФНО-α также обладает ингибирующим влиянием в отношении биения цилий [62]. При этом возможным механизмом нарушения цилиарного аппарата может являться ФНО-α-индуцированная экспрессия CP110 [63].

Заключение

Таким образом, имеющиеся данные свидетельствуют о выраженном нарушении мукоцилиарного клиренса у пациентов при ПРС, которое обусловлено, с одной стороны, дисфункцией цилиарного аппарата вследствие нарушений процесса цилиогенеза, тогда как с другой — изменением характеристик назальной слизи преимущественно за счет увеличения секреции муцина MUC5AC. Описанные изменения развиваются вследствие избыточной продукции провоспалительных цитокинов, характерных для ПРС, в первую очередь ИЛ-4/ИЛ-13, роль которых в дисфункции цилиарного аппарата наиболее изучена. Ряд других цитокинов, в том числе ИЛ-5, ИЛ-6, ФНО-α и ИФН-γ также оказывают значительное модулирующее влияние на мукоцилиарный транспорт при ПРС. Непосредственные молекулярные механизмы, опосредующие влияние этих цитокинов на дифференцировку эпителиальных клеток, активность цилий или секрецию слизи могут включать активацию сигнальных путей HIF-1, PI3K, TMEM16, NF-κB, STAT3/6, ERK, а также модуляцию экспрессии факторов транскрипции, вовлеченных в регуляцию цилиогенеза. Предполагается, что воздействие на молекулярные механизмы развития нарушений мукоцилиарного клиренса у пациентов с ПРС может способствовать повышению эффективности как медикаментозного, так и хирургического лечения.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — С. Алексеенко, В.В. Дворянчиков, С.А. Артюшкин, С.В. Рязанцев, А.В. Скальный, А.А. Тиньков

Сбор и обработка материала — С. Алексеенко, В.В. Тиньков, С.В. Барашкова, В.В. Туриева

Написание текста — С. Алексеенко, А.А. Тиньков, С.В. Барашкова, В.В. Туриева

Редактирование — С.В. Рязанцев, А.А. Кривопалов

Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов.