В течение последнего десятилетия новое научное направление — остеоиммунология — получило свое активное развитие [1]. Остеоиммунология — интердисциплина, которая фокусирует свое внимание на взаимоотношениях между костной и иммунной системами. В 2000 году Arron J. and Choi Y. впервые предложили термин «остеоиммунология» [2]. В течение последних 20 лет накоплены доказательства, демонстрирующие, что костная система вовлечена в процессы гемопоэза и влияет на состояние иммунной системы.

Одновременно многочисленные клетки иммунной системы и продуцируемые ими цитокины участвуют в гомеостазе костной ткани. Сложные взаимодействия, взаимные влияния, возникающие между костной и иммунной системами, имеют место при различных заболеваниях, таких как остеопороз, ревматоидный артрит, анкилозирующий спондилит, ВИЧ-инфекция, болезнь Крона, системная красная волчанка [3–6].

Клетки иммунной системы, продуцируя различные цитокины и молекулы, регулируют клетки костной ткани. Известно, что IL1β, IL6, IL17, TNFα, TNFβ, RANKL и M-CSF запускают остеокластогенез. При этом IL23, IL6, IL12, IL18, IL4, IFNγ, TGFβ угнетают остеокластогенез. IL17A and BMP-2 повышают образование остеобластов [1].

Из всех Т-клеток наиболее активно стимулируют остеогенез провоспалительные Т-клетки, включая Т-хелперы 17, секретирующие IL17 [7].

IL17А стимулирует остеокластогенез через индуцию синтеза простагландинов и RANKL [8]. IL4 подавляет синовиальный IL17 и остеопротегрин, что предотвращает повреждение костей при артритах. При этом IL4 также способен последовательно подавлять расщепление коллагена и увеличивать синтез проколлагена, что способствует восстановлению поврежденной ткани [9].

В настоящее время детально описаны периоды активного роста костной ткани у условно здоровых детей разного возраста. На первом году жизни ребенка (от 1 дня жизни до 12 месяцев) наблюдается активный рост и ремоделирование 50–70% костной ткани. С 3 до 4 и 5 лет, а далее с 6 до 9 лет вновь наблюдаются периоды активного роста костной ткани.

В период пубертатного скачка роста с 10 до 15 лет наблюдается следующий активный период роста костной ткани, который у некоторых подростков может длиться до 16–18 лет. Остеокальцин (osteocalcin) — это основной витамин К — зависимый неколлагеновый белок костного матрикса, связывающий кальций и гидроксиапатиты, что является основополагающим процессом в формировании и метаболизме костной ткани. Он синтезируется остеобластами и одонтобластами костной ткани. Основная часть синтезированного белка входит в состав внеклеточного матрикса костной ткани, который затем минерализуется с образованием новой кости, а оставшаяся часть попадает в кровоток. Остеокальцин полагают маркером костного ремоделирования. Уровень остеокальцина отражает степень активности остеобластов и характер метаболизма костной ткани [10].

В иммуноостеогенезе система цитокинов играет ведущую роль, активно участвуя в процессе остеогенеза, активируя и при необходимости супрессируя выработку остеокальцина. Особая роль принадлежит провоспалительным (IL17, IL1β, IL6) регуляторным (IFNy) цитокинам, стимулирующим процесс остеогенеза, а также противовоспалительному цитокину IL4, негативно регулирующему этот процесс.

Несмотря на то, что в научной литературе достаточно полно освещены процессы иммуноостеогенеза при воспалительных и аутоиммунных заболеваниях костной системы, работы, посвященные формированию костной системы в процессе иммуноостеогенеза в постнатальном онтогенезе у детей с врожденной расщелиной губы и неба (ВРГН) и взаимообусловленным влияниям системы цитокинов и важнейшего фактора, влияющего на рост и восстановление костной ткани, — остеокальцина, практически отсутствуют. При этом четко, но без особенностей возрастной детализации в детстве освещены особенности продукции остеокальцина в различные временные периоды жизни человека.

В то же время можно предположить, что у детей с ВРГН имеются нарушения процессов иммуноостеогенеза и синтеза остеокальцина, которые возникают в процессе эмбриогенеза и частично обуславливают возникновение ВРГН, а после рождения эти нарушения отражаются на особенностях течения болезни и создают определенные трудности в реабилитации детей с этими врожденными пороками.

В связи с изложенным весьма актуальной проблемой является одномоментное изучение особенностей цитокинового профиля с параллельным исследованием уровня остеокальцина периферической крови у здоровых детей и детей с ВРГН в процессе постнатального онтогенеза.

Целью исследования явилось проведение комплексной оценки состояния системы цитокинов и уровня остеокальцина периферической крови с установлением особенностей их взаимосвязей, выявлением различий их состояния у здоровых детей и детей с ВРГН в разные возрастные периоды, в том числе в периоды активного роста костной ткани.

Материалы и методы

В исследовании использована периферическая кровь, полученная от 80 детей с врожденной расщелиной губы и неба (ВРГН) и 40 условно здоровых детей. Дети с ВРГН подразделялись на группы в соответствии с возрастом и находящихся на разных этапах медицинской реабилитации: группу 1 составили 20 детей от 0 до 12 месяцев; группу 2 — 20 детей от 1 года до 3 лет; в группу 3 вошли 20 детей от 4 до 9 лет, в группу 4 — 20 детей от 10 до 15 лет.

Группы контроля составили условно здоровые дети соответствующих возрастных диапазонов (по 10 человек в каждой группе). Концентрацию цитокинов IL1β, IL6, IL17, IFNγ, IL4 и остеокальцина определяли методом иммуноферментного анализа (ИФА) на анализаторе ASCENT (Финляндия). IL1β, IL6, IL17, IFNγ, IL4 определяли при помощи тест-системы ЗАО ВЕКТОР-БЕСТ, Россия. Остеокальцин определяли с использованием тест-системы «N-MID^® Osteocalcin ELISA», IMMUNODIAGNOSTIC SYSTEMS (Великобритания).

Статистическую обработку полученных результатов проводили с помощью компьютерных программ Microsoft Exel, StatPlus 2009 с применением непараметрических тестов Вилкоксона и Манна–Уитни. Результаты представляли в виде медианы (верхний и нижний квартиль) (Me [Q1;Q3]). Достоверность различия определяли при p<0,05.

Результаты и обсуждение

У детей с ВРГН в первом периоде активного роста костной ткани имеется дефицит остеокальцина, уровень которого в периферической крови в 2 раза ниже, чем у условно здоровых детей того же возраста, соответственно 25,0 [37,98; 51,02] против 49,94 [37,98; 51,02] (p<0,001).

Следует подчеркнуть, что у детей с ВРГН уровень остеокальцина достигает значений 49,85 [45,47; 57,02] только в возрастном периоде 1–3 года, в то время как у условно здоровых детей в этом периоде наблюдается значительное снижение уровня остеокальцина, достигающее 23,25 [15,93; 33,30] (p<0,001).

В следующих периодах активного роста кости (4–9 лет и 9–15 лет) уровень остеокальцина при ВРГН плавно возрастает и достигает максимума в периоде полового созревания — 57,28 [41,32; 78,4] (p<0,001). В то время как у условно здоровых детей уровень остеокальцина испытывает значительные колебания в процессе постнатального становления: резко снижается в 2,2 раза с 49,94 [ 37,98; 51,02] до 23,25 [15,93; 33,30 ] (p<0,001) в периоде 1–3 года, а далее в период активного роста 4–9 лет его уровень повышается более чем в 3 раза, достигая 71,11 [58,16; 82,24] (p<0,001), вновь снижаясь в периоде полового созревания до 34,82[26,59; 47,56] (p<0,001).

Сопоставительный анализ возрастной динамики цитокинового профиля у детей с ВРГН и условно здоровых детей продемонстрировал значительные различия. Так, у условно здоровых детей в разные возрастные периоды достоверно не изменяются уровни провоспалительных цитокинов IL1β, IL6, IL17 и регуляторного IFNγ, но при этом наблюдается 10-кратное увеличение IL4 в возрастном периоде 1–3 года, что обратно пропорционально уровню остеокальцина, который резко снижается в этом периоде более чем в 2 раза, достигая 23,25 [15,93; 33,30] (p<0,001).

Далее в возрастном периоде 4–9 лет вновь повышается уровень остеокальцина до 71,11 [58,16; 82,24] (p<0,001) на фоне снижения IL4 до 2,29 [1,91; 3,79] (p<0,001). В следующем периоде активного роста костной ткани — периоде полового созревания (10–15 лет) — имеет место снижение уровня остеокальцина до 34,82 [26,59; 47,56] (p<0,001) с параллельным возрастанием уровня IL4 с 2,29 [1,91; 3,79] до 4,22 [2,69; 4,62] (p<0,05).

У детей с ВРГН в постнатальном онтогенезе выявлены значительные различия в динамике взаимоотношений провоспалительных (IL1β, IL-6, IL17), регуляторного (IFNγ), противовоспалительного (IL4) цитокинов и остеокальцина по сравнению с условно здоровыми детьми. Так, на первом году жизни и в периоде от 1 года до 3 лет уровень IL17 у детей с ВРГН значительно выше, чем у условно здоровых детей, соответственно, 17,44 [15,25; 20,08] против 8,44 [5,97; 10,01] (p<0,001) и 17,48 [11,97; 18,04] против 10,31 [9,18, 12,27] (p<0,001), что, по-видимому, необходимо для усиления синтеза остеокальцина у детей с ВРГН, который повышается к возрасту 1–3 года до 49,85 [45,47; 57,02], далее в возрасте 4–9 лет до 51,63 [43,58; 62,93] и достигает уровня 57,28 [41,32; 78,4] в период полового созревания.

Уровень IL17 продолжает постепенно снижаться, достигая наименьших значений в период полового созревания — 5,14 [3,63; 6,32] (p<0,05). Уровень регуляторного цитокина IFNγ был достоверно повышен у детей с ВРГН по сравнению с условно здоровыми детьми в ранние возрастные периоды — на первом году жизни и в возрасте от 1 до 3 лет соответственно 16,46 [12,82; 18,32] против 8,81 [8,67; 9,01] (p<0,001) и 14,47 [11,25; 19,78] против 8,35 [7,81; 8,93] (p<0,001).

В последующие возрастные периоды уровень IFNγ постепенно снижался и не отличался от уровня такового у условно здоровых детей, достигнув 11,47 [4,95; 18,00] в периоде полового созревания. Следует подчеркнуть, что сывороточные IL1β, IL-6 у детей с ВРГН в различные возрастные периоды сохранялись на одинаковом уровне и не отличались от уровней таковых у условно здоровых детей (таблица, рисунок).

Возрастная динамика уровня IL4, негативно влияющего на синтез остеокальцина, у детей с ВРГН значительно отличается от таковой у условно здоровых детей. Так, у детей с ВРГН уровни IL4 в различные возрастные периоды практически не отличаются на 1 году жизни, в периоды 1–3 года и 10–15 лет: 7,13 [4,91; 18,34], 6,13 [3,07;17,85], 7,32 [2,71; 17,11] (достоверности различий не выявлено). И только в периоде активного роста костной ткани (4–9 лет) имеет место достоверное падение уровня IL4 до 1,21 [0,41; 3,02] по сравнению с другими возрастными периодами (p31<0,001, р32<0,001, р34<0,001) (см. таблицу,

рисунок).

Выводы

1. Установлены закономерности изменений и взаимообусловленные влияния провоспалительного цитокина IL17, регуляторного цитокина IFNγ, противовоспалительного цитокина IL4 и остеокальцина у условно здоровых детей и у детей с ВРГН в постнатальном онтогенезе.

2. Выявлена цитокиновая дисрегуляция иммуноостеогенеза в постнатальном онтогенезе у детей с ВРГН, ведущая к значительному дефициту остеокальцина на первом году жизни и обусловленная нарушением баланса цитокинового профиля — дискордантность IL17, IFNγ и IL4.

3. Полученные данные важны для разработки новых стратегий таргетной терапии цитокинами, направленной на нормализацию уровней остеокальцина в разные возрастные периоды у детей с ВРГН.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflict of interests.

Сведения об авторах

Нестерова И.В. — https://orcid.org/0000-0002-5339-4504

Митропанова М.Н. — https://orcid.org/0000-0001-8222-7679

Чудилова Г.А. — https://orcid.org/0000-0001-8005-9325

Ломтатидзе Л. В. — https://orcid.org/ 0000-0002-7041-7106

Гайворонская Т.В. — https://orcid.org/0000-0002-8509-2156

Автор, ответственный за переписку: Митропанова Марина Николаевна — e-mail: mmitropanova@mail.ru