Введение
Современные эпидемиологические исследования показали, что хронический риносинусит (ХРС) поражает 3—6% населения в мире [1] и характеризуется хроническим воспалением слизистой оболочки полости носа и носовых пазух. Основными клиническими симптомы ХРС являются длительная заложенность носа, передняя и/или задняя ринорея, давление или боль в носовых пазухах и/или потеря обоняния в течение как минимум 12 нед. Кроме того, объективные признаки воспаления слизистой оболочки полости носа и придаточных пазух носа могут быть документированы при назальной эндоскопии и компьютерной томографии [2]. Хроническое воспаление слизистой оболочки полости носа и его придаточных пазух формируется посредством экзогенных и эндогенных раздражителей, но имеет под собой конституциональную предрасположенность, определяющую иммуновоспалительные особенности, что, в свою очередь, является важным для разработки новых методов лечения ХРС.
Следует отметить, что хирургический потенциал при лечении ХРС ограничен, а качество жизни у этих пациентов значительно снижено [3]. Так, по данным американских исследований, прямые и косвенные потери производительности, а также затраты на лечение этих пациентов равны $22 млрд за один год [4—6]. С этих позиций оправдан поиск современных патогенетически обоснованных методов лечение ХРС с учетом особенностей хронического воспаления, протекающего в слизистой оболочке полости носа и его придаточных пазух.
ХРС можно первично разделить на два основных клинических фенотипа на основе наличия или отсутствия полипов в носу: ХРС с полипами носа (ХРСсПН) и ХРС без полипов носа (ХРСбПН). Кроме того, ХРС формируется при муковисцидозе, при респираторном аллергозе (аллергический ринит, атопическая бронхиальная астма), при врожденных ошибках иммунитета, при неконтролируемом приеме аспирина и топических сосудосуживающих препаратов [7—10]. Но эти подтипы выходят за рамки текущего обзора. У большинства пациентов с ХРС нет полипов носа, но у 20% пациентов полипы в носу формируются, и это делает более тяжелым клиническое течение заболевания [11].
Однако характер, тяжесть и частота клинических симптомов могут значительно различаться у разных пациентов вне зависимости от наличия полипов в носу. Несмотря на клиническую гетерогенность самого ХРС и его клинических проявлений, варианты лечения ограничиваются в основном топическими и/или системными кортикостероидами, сочетающимися с хирургическими вмешательствами в полости носа и в его придаточных пазухах. В 2019 г. «стартовал» первый лекарственный препарат из таргетной терапии ХРС, это дупилумаб, моноклональное антитело, нацеленное на рецептор к интерлейкину (IL)-4, которое блокирует сигналы, опосредованные IL-4 и IL-13. Этот лекарственный препарат одобрен в США в 2019 г. как первый биологический препарат для лечения ХРСсПН [12]. Спектр таргетной биологической терапии ХРСсПН расширяется за счет других лечебных моноклональных антител (ЛМКАТ), воздействующих на ключевые молекулы хронического воспаления. Эти ЛМКАТ, направленные на растворимый IL-5 (меполизумаб, NCT03085797), на его рецептор (бенрализумаб, NCT03401229) и на иммуноглобулин Е (IgE) (омализумаб, NCT03280550 и NCT03280537) могут быть использованы для лечения ХРСсПН [13—15].
Напротив, в настоящее время не одобрен ни один биологический препарат для лечения ХРСбПН, но возможно, что некоторые пациенты с этим фенотипом ХРС нуждаются в таргетной биологической терапии, так как имеют эндотип воспаления, предрасполагающий к формированию полипов и увеличению тяжести течения основного заболевания. С появлением новых вариантов лечения ХРС формируются условия для индивидуализированного ведения пациентов. Таким образом, врачам-оториноларингологам в ближайшее время предстоит выявлять пациентов, которые могут быть лучшими кандидатами для таргетной биологической терапии. Однако не только недостаточные знания о различных вариантах патогенеза (эндотипах) хронического воспаления слизистой оболочки носа и его придаточных пазух, но и низкая доступность выявления иммуновоспалительных критериев различных эндотипов хронического воспаления являются объективными ограничениями для принятия терапевтических решений.
Цель исследования — оценить особенности эндотипов, фенотипов воспаления при ХРС с позиции новых методов иммунодиагностики и патогенетически обоснованных методов лечения этой патологии на основе критического анализа данных литературы.
Материал и методы
Для выполнения поставленной цели был проведен анализ литературы, посвященной проблеме эндотипов и фенотипов ХРС. Для поиска источников информации использованы следующие ключевые слова: chronic rhinosinusitis, inflammatory endotypes, clinical phenotypes, biomarkers, nasal polyps, а также их сочетания. Основные сайты, на которых проведен поиск: https://scholar.google.ru и https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed.
Результаты и обсуждение
Эндотипы воспаления с позиции иммунной регуляции
Основные звенья патогенеза ХРС связаны с различными видами иммунной гиперреактивности, реализующейся путем той или иной хелперной активации. Современные исследования воспаления, с одной стороны, как комплекса клеточных и гуморальных реакций, активированных патогеном и направленных на его элиминацию, а с другой стороны, как реакций врожденного и адаптивного иммунитета показали значимую роль отдельных субпопуляций естественных и Т-хелперных лимфоцитов в реализации иммунных ответов против различных по своему происхождению антигенов [16, 17]. Соответственно, хроническое воспаление — это конституционально закрепленная гиперреактивность, реализуемая с участием генов цитокинов и молекул межклеточных взаимодействий, фенотипически проявляющаяся высокой активностью тех или иных субпопуляций сочетанных естественных и Т-хелперных лимфоцитов [18]. В настоящее время можно выделить как минимум три основных эндотипа воспаления.
Показано, что 1-й эндотип воспаления связан с активацией лимфоцитарных клеток врожденного иммунитета 1-го типа (ILC1) и Т-хелперных лимфоцитов 1-го типа (Th1), которые, в свою очередь, активируют натуральные киллерные лимфоциты (NK) и цитотоксические Т-лимфоциты (CD3+/CD8+). Кроме того, между макрофагами 1-го типа (М1) и Th1, ILC1 возникает цитокиновая сеть, способствующая активации всех этих клеток. Необходимо отметить, что данный эндотип воспаления развивается при вирусных инфекциях, при ирритантной нагрузке, а также при внутриклеточных бактериальных инфекциях [18].
Для 2-го эндотипа воспаления характерна активация лимфоцитарных клеток врожденного иммунитета 2-го типа (ILC2, обозначаются как естественные хелперные лимфоциты 2-го типа) и Т-хелперных лимфоцитов 2-го типа (Th2). С участием синтезируемых цитокинов (IL-4, IL-13, IL-5) они активируют субпопуляцию В-лимфоцитов и в последующем плазматических клеток, которые синтезируют IgE, а также влияют на тучные клетки, эозинофильные и базофильные лейкоциты. По аналогии с 1-м эндотипом воспаления при данном эндотипе между макрофагами 2-го типа (М2) и Th2, ILC2 развиваются цитокиновые взаимодействия, способствующие активации всех этих клеток [19]. Активация Th2 является основой для гуморального иммунного ответа на различные растворимые антигены, прежде всего это экзогенные и эндогенные токсины, но в то же время межклеточная кооперация между Th2, плазмоцитами, синтезирующими IgE, а также ILC2, тучными клетками эозинофильными и базофильными лейкоцитами направлена на защиту от гельминтов и паразитических простейших [20].
Показано, что 3-й эндотип воспаления характеризуется высокой активностью лимфоцитов врожденного иммунитета 3-го типа (ILC3), а также Т-хелперных лимфоцитов 17-го типа (Th17) и вторично активированных нейтрофильных лейкоцитов. Этот эндотип воспаления формируется как ответ на внеклеточные бактерии, грибы, а также на клеточный мусор. Th17 участвуют в регенерации слизистых оболочек и кожи [21].
Хронизация этих трех эндотипов связана прежде всего с мутациями в генах цитокинов и молекул межклеточных взаимодействий, приводящими к их повышенному синтезу [18]. Так, при 1-м эндотипе хронического воспаления повышается синтез INF-γ и IL-12 как в эпителиальных, так и в иммунных клетках; при 2-м эндотипе в этих же клетках усиливается продукция IL-4, IL-13, IL-5, IL-33, TSLP; соответственно, при 3-м эндотипе доминируют IL-17 и IL-22 [22].
При ХРС все эндотипы воспаления по отдельности и в сочетании реализуются в полном объеме [22]. Кроме того, считается, что воспаление слизистой оболочки носа и носовых пазух частично связано с нарушениями эпителиального барьера, как правило также конституционально обусловленными. К этим нарушения относят дисфункции мерцательного эпителия, бокаловидных клеток, базальных клеток-предшественников, ионоцитов, нейроэндокринных клеток, а также одиночных хемосенсорных клеток [23]. Кроме того, в этих клетках имеет место первично высокий синтез тех или иных вышеуказанных цитокинов, что создает первичный молекулярный вектор формирования хронического воспаления в слизистой оболочке носа.
Анализ экспрессии генов в тканях носа и его придаточных пазух при ХРС в конечном итоге доказал значимость молекул, продуцируемых Т-хелперными лимфоцитами 1-го, 2-го, 17-го типов. Они продуцируют первичные цитокины, которые управляют паттернами воспаления, наблюдаемыми в тканях (называемыми в отдельных источниках Т1-, Т2-, Т3-воспалением и нетипируемым воспалением (Tun)). По данным исследования экспрессии генов, Т1-воспаление характеризуется преимущественной экспрессией гена IFN-γ, Т2-воспаление — генов IL-4, IL-5 и IL-13, а Т3-воспаление —генов IL-17A и IL-17F [24, 25].
Современные методы, включая геномику (транскриптомику), протеомику и метаболомику, обеспечивают комплексные и объективные подходы к изучению биологических систем, идентифицируют ранее не распознанные механизмы развития здоровья и болезней, а также устанавливают эндотипы внутри заболевания [26—28].
Протеомный анализ слизи и слизистой оболочки носа при ХРС позволил предположить тенденцию к увеличению присутствия иммунологических, метаболических, тканевых ремоделирующих и апоптотических путей при данном заболевании [29, 30]. Метаболомный анализ низкомолекулярных соединений (до 1500 Да) у пациентов с ХРС показал, что уровни жирных кислот (пальмитиновой, олеиновой, стеариновой и лауриновой) значительно повышены при ХРСсПН по сравнению с ХРСбПН и контрольными тканями. Обнаружено нарушение синтеза медиаторов, производных циклооксигеназы и липоксигеназы (включая простагландин D2 (PGD2), PGE2, тромбоксан B2, 15-гидроксиэйкозатетраеновую кислоту и липоксин A4), а также наличие селективной активации лейкотриена D4 в эозинофилах, полученных из назальных полипов, по сравнению со здоровыми периферическими эозинофилами [31, 32]. Анализы протеома и метаболома предоставили многообещающие результаты применительно к ХРС, но они не выявили его новые эндотипы/фенотипы. В то же время анализ транскриптома с помощью микрочипов и секвенирование РНК успешно использованы для характеристики не только фенотипспецифичных (например, ХРСбПН и ХРСсПН), но и эндотипспецифичных (например, T2- и не-T2-воспаления) профилей экспрессии генов при ХРС [24, 25].
В обзорах, посвященных причинам формирования ХРС, часто указывается на равнозначный вклад следующих факторов: ирритантов и поллютантов окружающей среды, дисфункции мукоцилиарной транспортной системы верхних дыхательных путей, генетических факторов, а также иммунодефицитных состояний [33]. В то же время следует отметить, что факторы окружающей среды равномерно воздействуют на всю популяцию, но только около 5% болеют ХРС [34]. Дисфункции мукоцилиарной транспортной системы верхних дыхательных путей, а также иммунодефицитные состояния (современное обозначение: врожденные ошибки иммунитета [35]) являются также генетически детерминированными состояниями. Можно сделать вывод, что ХРС — это генетически детерминированное заболевание, развивающееся по мультифакториальному типу с доминированием того или иного эндотипа воспаления или с их сочетанием.
Интересно, что проведенное исследование у детей раннего возраста с гипертрофией глоточной миндалины показало схожие кластеры топического воспаления в аденоидной ткани. Так, дети с аденоидными вегетациями разделены на 4 группы. В кластере 1 демонстрировались признаки, не относящиеся ко 2-му эндотипу воспаления, но в то же время выявлялись высокие уровни экспрессии цитокинов, связанных с Th1. Кластер 2 также показал эндотип, не относящийся ко 2-му типу, но с самой высокой концентрацией IL-17A и IL-22. В кластере 3 наблюдалось умеренное воспаление 2-го типа с самой высокой концентрацией нейтрофильных факторов. В кластере 4 наблюдались выраженное воспаление 2-го типа и умеренный уровень нейтрофилов. Пропорции цитокинов Th2 и уровней общего IgE в сыворотке увеличились от 1 до 4 кластера, и наблюдалось постепенное увеличение распространенности хронического синусита с мукозальной эозинофилией [36]. Эти данные подтверждают конституциональную предрасположенность к формированию ХРС с раннего возраста, а высокие степени аденоидных вегетаций являются коморбидным состоянием в этом возрастном периоде.
Эндотипы и фенотипы воспаления при хроническом риносинусите
Первоначально предполагалось, что ХРСсПН характеризуется воспалением 2-го типа, а ХРСбПН воспалением 1-го типа. Так, в полипозной ткани выявлено повышение уровней IL-4, IL-5 и IL-13, а также белков эозинофильных гранул, таких как катионный белок эозинофилов (ECP), по сравнению со здоровой тканью придаточных пазух носа [37—39].
Однако в этих исследования получены и противоречивые данные относительно уровня IFN-γ (маркер воспаления 1-го типа). Этот показатель был повышен как у пациентов с ХРСсПН, так и у пациентов с ХРСбПН [38].
Благодаря недавним достижениям в области биоинформатики проведена оценка более тысячи медиаторов воспаления с одного синоназального образца. В рамках европейского исследования этиологии ХРС проведено изучение экспрессии генов (транскриптом) на большой выборке пациентов с ХРС (более 2000 пациентов). С помощью кластерного анализа идентифицировано 10 уникальных эндотипов ХРС, которые можно отличить частично по экспрессии IL-5, основного цитокина, ответственного за выживание и миграцию эозинофилов [40]. Исследование клинических фенотипов в зависимости от уровней IL-5 показало, что у пациентов с неопределяемым уровнем IL-5 в 100% случаев был ХРСбПН, у пациентов с умеренным уровнем IL-5 были ХРСбПН и ХРСсПН, однако у людей с самым высоким уровнем IL-5 был исключительно ХРСсПН.
Эндотипы воспаления 1-го и 3-го типов обнаружены преимущественно у пациентов с ХРСбПН, но у незначительной группы пациентов с этими эндотипами воспаления выявлен ХРСсПН [41].
Отдельно выделяют эндотип ХРС, в котором доминируют цитокины как Th1, так и Th2 и Th17 (IFN-γ, IL-5, ECP и IL-17A). Для данного эндотипа большое значение имеет уровень IL-5 как прогностической молекулы в отношении формирования полипов носа.
География эндотипов воспаления при различных фенотипах хронического риносинусита
Как отмечено выше, частота ХРС в мире находится в пределах 3—6% [22] с незначительной тенденцией к увеличению. С другой стороны, исследования показали, что экологические факторы в связи с особенностями тех или иных популяций могут влиять на распространенность эндотипов воспаления и их связь с фенотипами ХРС. Масштабные исследования эндотипов ХРС в США выявили, что у пациентов с ХРСсПН в 87% случаев доминировали иммунологические характеристики 2-го эндотипа воспаления, в 17% случаев — 1-го эндотипа, в 18% случаев — 3-го эндотипа, в 9% случаев — недифференцированного эндотипа. Как видно из этих показателей, эндотипы воспаления при ХРСсПН пересекались между собой, но с доминированием одного из них. Это же касается и пациентов с ХРСбПН: 2-й эндотип воспаления доминировал у 55% этих пациентов, 1-й эндотип — у 21%, 3-й эндотип — у 27%, а недифференцированный эндотип — у 30%. Схожее распределение эндотипов ХРС с полипами носа и без них выявлено в странах Западной Европы и Австралии [22, 42]. Значимо отличались от евро-американского распределения эндотипов при ХРС с полипами носа и без них популяции Китая и Азии. В частности, в этих популяциях доминировал недифференцированный эндотип как при ХРСсПН, так и при ХРСбПН (57% и 81% соответственно). Распределение эндотипов воспаления при ХРСсПН было следующим: у 20% пациентов доминировал 2-й эндотип, у 17% — 1-й эндотип, у 14% — 3-й эндотип [43]. Авторы исследования отмечают увеличение распространенности эндотипов воспаления 2-го типа в течение последних двух десятилетий, возможно, отчасти из-за принятия более вестернизированного образа жизни в этих странах, в том числе за счет изменения микробиома и паразитома у этих людей [44]. В совокупности эти данные позволяют предположить, что эндотипы ХРС могут варьировать в зависимости от географического местоположения, особенностей уклада жизни и других факторов. Необходимо дальнейшее изучение 1-го, 2-го или 3-го эндотипов воспаления при ХРС с популяционных позиций.
Ассоциации между клиническими симптомами и эндотипами при хроническом риносинусите
Недавнее исследование, посвященное изучению фенотипов и эндотипов у пациентов с ХРС, показало значительную взаимосвязь между определенными клиническими проявлениями и специфическими признаками воспаления (профилями) [42]. Так, потеря обоняния наиболее сильно связана с воспалением 2-го типа (отношение шансов 2,80), а наличие гнойных выделений из носа — с воспалением 3-го типа (отношение шансов 5,42), даже с учетом возраста, пола, полипов в носу, астмы и атопии [42]. У ряда пациентов с ХРСбПН наблюдались гнойные выделения из носа, и это связано с воспалением 1-го и 3-го типов, тогда как потеря обоняния, головная боль или мигрень связаны с воспалением 2-го типа. У больных ХРСсНП гнойные выделения из носа коррелировали с наличием воспаления 3-го типа. Однако в отличие от пациентов с ХРСбПН у пациентов с ХРСсПН и со 2-м эндотипом воспаления реже наблюдалась головная боль или мигрень.
Значительное количество исследований посвящено эндотипам воспаления при ХРС и различным фенотипам бронхиальной астмы (БА). Так, показано, что 36% пациентов с ХРСбПН и 48% пациентов с ХРСсПН имеют сопутствующую БА [45, 46]. БА связана с более тяжелым течением заболевания придаточных пазух носа у пациентов с ХРСсПН и со 2-м эндотипом воспаления [47]. Подобно ХРС можно выделить три эндотипа БА: тип 1-й, тип 2-й и тип 3-й. Немногие исследования одновременно профилировали паттерны воспаления верхних и нижних дыхательных путей у больного с обоими заболеваниями (ХРС и БА). В небольшом исследовании схожие эндотипы воспаления (тип 1-й или тип 2-й) наблюдались в полипах носа и бронхиальной ткани [48]. С этих позиций можно говорить о солидарности слизистых оболочек верхних и нижних дыхательных путей, но точные механизмы еще должны быть изучены.
Патогенез хронического риносинусита и обоснование различных тактик его лечения
Вне зависимости от эндотипа хронического воспаления патогенез ХРС формируется по определенным стадиям. Так, в условиях хронического воспаления происходит очаговая или диффузная метаплазия многорядного цилиндрического эпителия в многослойный, лишенный ресничек, что снижает мукоцилиарный транспорт [49]. Далее происходят утолщение базальной мембраны, отек подслизистого слоя, гиперплазия бокаловидных клеток, и эти процессы имеют необратимый характер [50]. Воспалительный клеточный инфильтрат представлен в основном нейтрофильными лейкоцитами и в значительно меньшей степени эозинофилами, базофилами и тучными клетками [51]. Как отмечено выше, в ходе хронического воспаления имеют место утолщение базальной мембраны, деградация эпителия, отек и фиброз подслизистого слоя с накоплением внеклеточного матрикса (ВКМ), базальноклеточная дисплазия. Поляризованные эпителиальные клетки трансформируются в мезенхимальные формы с потерей типичной морфологии. Эти клетки отличаются резистентностью к апоптозу, повышенной инвазивностью и способностью к миграции, потерей полярности, адгезивности, уменьшением плотности межклеточных контактов, а также гиперпродукцией белков ВКМ, накопление которых является критическим параметром процесса, ведущего к патологической реконструкции слизистой оболочки придаточных пазух носа. Этот процесс называется ремоделированием слизистой оболочки полости носа, его необходимо учитывать при определении тактики лечения [52].
В настоящем исследовании наибольшее внимание уделялось перспективным тактикам таргетной биологической терапии с учетом эндотипов хронического воспаления и патогенеза ХРС. Кратко следует отметить, что диапазон хирургических вмешательств при ХРС широк — от инфундибулотомии до полисинусотомии, но с минимальной инвазивностью хирургического лечения, для этого используются тактики внутриносовой эндоскопической хирургии придаточных пазух носа (FESS) и минимальной инвазивной хирургии (MIST) [53].
В то же время для раннего назначения таргетной биологической терапии не хватает симптомов, указывающих на 1-й, 2-й или 3-й эндотип, и возможно, что в настоящее время нераспознанный симптом может быть эффективным индикатором этих воспалительных реакций (таким индикатором может быть уровень IL-5 в назальном секрете). Возможно также, что сочетание из нескольких клинических симптомов будет лучшим предиктором, чем один конкретный симптом или биологический маркер.
Еще одним ограничением использования клинических фенотипов для выбора лечения при ХРС является то, что симптомы могут быть весьма субъективными и могут изменяться с течением времени. Остается открытым вопрос, изменяются ли эндотипы воспаления вместе с клиническими симптомами или они являются постоянными.
Учитывая текущие ограничения использования эндотипов и клинических фенотипов для выбора лечения при ХРС, необходимо дополнительно использовать клинические биомаркеры эндотипов ХРС и следить за их динамикой. К этим маркерам можно отнести уровни эозинофилов в периферической крови и риноцитограммах, концентрации общего IgE в периферической крови и в назофарингеальных смывах, а также новые биомаркеры в назофарингеальных смывах (концентрации IL-4, IL-13, IL-5, INF-γ). Авторы данного обзора неоднократно использовали эти биомаркеры у детей и взрослых, а полученные результаты опубликованы в статьях, диссертационных исследованиях и патентах Российской Федерации [18]. Вполне вероятно, что дополнительные биологические маркеры эндотипов воспаления могут быть важными диагностическими критериями для назначения таргетной биологической терапии, описанной в многочисленных современных обзорах, посвященных лечению ХРС [18, 54].
Заключение
Развитие иммунологических методов исследования и OMICs-технологий в оториноларингологии позволило добиться значительных успехов в характеристике эндотипов хронического воспаления, клинических фенотипов и биомаркеров, указывающих на эндотипы воспаления, при хроническом риносинусите. Предстоит еще выполнить большое количество исследований для подтверждения полученных результатов на различных популяциях мира разных возрастных групп (дети, репродуктивный возраст, старчество), в том числе и в Российской Федерации, а также для внедрения полученных результатом в практическое здравоохранение. Основной целью этих исследований является своевременное и эффективное назначение таргетной биологической терапии при хроническом риносинусите.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.