В статье представлены клинико-функциональная характеристика, а также особенности клеточного и гуморального звеньев иммунитета у больных с легкой и тяжелой формами атопической бронхиальной астмы. Легкая форма заболевания характеризуется относительно нормальным содержанием цитотоксических клеток (CD8 Т-лимфоцитов и NK клеток), Т-хелперов и В-лимфоцитов. Содержание IgЕ, А, М и G в группе практически не отличались от здоровых. При тяжелой форме АБА установлено снижение количества цитотоксических Т-лимфоцитов и NK клеток, а также показано увеличение количества CD4 Т-лимфоцитов и уровней всех классов антител.
The structure of the main populations of lymphocytes in patients atopic asthma of varying severity
The article presents the clinical and functional characteristics and features of cellular and humoral immunity in patients with mild and severe forms of atopic asthma. Mild form of disease characterized by a relatively normal maintenance of cytotoxic cells (CD8 T cells and NK cells), T-helper cells and B-lymphocytes. The concentration of IgE, A, M and G in the group did not differ from the norm. Reduction of cytotoxic T-lymphocytes and NK cells and increase of CD4 T lymphocytes and antibodies of all classes was found for a severe asthma.
Бронхиальная астма (БА) занимает одно из ведущих мест в структуре хронической патологии органов дыхания и является важнейшей проблемой мирового здравоохранения, что в первую очередь, обусловлено ростом распространенности болезни во всех возрастных группах, увеличением числа тяжелых и резистентных к терапии форм болезни [1]. В настоящее время БА рассматривается, как хроническое воспалительное заболевание дыхательных путей, сопровождающееся гиперреактивностью бронхов, респираторными симптомами и вариабельной бронхиальной обструкцией [2, 3]. Развитие БА в большинстве случаев связано с IgE-опосредованными (атопическими) механизмами [4]. Механизм воспаления при БА чрезвычайно сложен, что обусловлено участием большого разнообразия клеток, гуморальных факторов, медиаторов. При этом ключевую роль играют иммунные механизмы повреждения бронхолегочной системы, которые определяют, как патогенетическую основу воспалительного процесса, так и атопического синдрома в целом. Взаимодействие иммунокомпетентных клеток во многом может определять как характер, так и течение воспалительного процесса [5, 6].
Исходя из вышеизложенного, актуальным является изучение клинико-функциональных характеристик, а также особенностей клеточного и гуморального звеньев иммунитета у больных с легкой и тяжелой формами атопической бронхиальной астмы (АБА).
Поэтому цель исследования: комплексное изучение некоторых звеньев клеточного и гуморального иммунитета у больных с легкой и тяжелой формами атопической бронхиальной астмы.
Материалы и методы
Под наблюдением находилось 20 человек с АБА в возрасте от 19 до 45 лет, госпитализированных в пульмонологическое отделение Республиканской клинической больницы г. Казани. У 10 пациентов установлен диагноз АБА легкого персистирующего течения (1 группа), у 10 пациентов — АБА тяжелого персистирующего течения (2 группа). Диагноз и степень тяжести БА верифицировали согласно критериям «Глобальной стратегии диагностики, профилактики и лечения астмы» (GINA, 2008). Группу контроля составили 10 практически здоровых добровольцев в возрасте от 20 до 34 лет (средний возраст 27 ± 7 лет), которые не имели отягощенного аллергологического анамнеза, с отрицательными результатами кожных аллергопроб, уровнем IgE менее 100 МЕ/мл, стандартными показателями функции внешнего дыхания.
Критерии включения в исследование:
— отсутствие базисной терапии АБА в течение последних 2 недель;
— информированное согласие на обследование;
Критерии исключения:
— наличие сопутствующей патологии со стороны других органов и систем;
— курение.
Всем больным проводилось общеклиническое обследование, включавшее общий анализ крови с подсчетом лейкоцитарной формулы, общий анализ мокроты, рентгенографию органов грудной клетки, электрокардиографию, исследование функции внешнего дыхания (ФВД) методом спирометрии (аппарат АД О3-М, г. Казань) с определением объемных (ЖЕЛ, ФЖЕЛ) и скоростных параметров (ОФВ1, ПОС, МОС25, МОС50, МОС75, СОС25-75).
Программа аллергологического обследования включала: анализ аллергологического анамнеза, кожное тестирование с набором стандартных диагностических аллергенов (производство ОАО «Биомед» им. И.И. Мечникова г. Москва, ГП «Аллерген» г. Ставрополь), определение уровня общего и специфических IgЕ в сыворотке крови методом твердофазного ИФА. Содержание иммуноглобулинов IgА, IgM, IgG в сыворотке крови оценивали методом радиальной иммунодиффузии по G. Mancini (Mancini G., Carbonara A.O., Heremans J.F.,1965 г.), IgE — иммуноферментным методом (ЗАО «ДИАплюс», Москва). Популяции лимфоцитов были проанализированы на проточном цитометре FACSCalibur (Becton Dickinson, США) с применением программного обеспечения CellQuest (Becton Dickinson). Определение фенотипов проводилось с использованием комбинаций двух-, четырехцветных моноклональных антител поставляемых в наборе MultiTEST IMK (Becton Dickinson): CD3+; CD8+; CD45+; CD4+ и CD3+; CD16 +; CD56+; CD45+; CD19+.
Статистическая обработка проводилась с помощью пакета программ STATISTICA 6.0. При анализе данных были использованы общепринятые методы параметрической и непараметрической статистики. Различия считались достоверным при значении р<0,05.
Результаты
Клинико-функциональная характеристика пациентов представлена в таблице 1.
Таблица 1.
Клиническая характеристика пациентов, включенных в исследование
Показатель | Легкая АБА | Тяжелая АБА |
(n=10) | (n=10) | |
Возраст, годы | 20,71±1,6 | 33,0±12,5 |
Стаж болезни, годы | 11,6±3,6 | 23,3±8,06 |
Частота симптомов* | 0,2± 0,09 | 6,5 ±2,6 |
ЖЕЛ, % от должного | 94,14±10,36 | 61,0±13,57** |
ФЖЕЛ, % от должного | 92,28±9,16 | 60,0±10,0** |
ОФВ1, % от должного | 89,42±9,55 | 37,33±11,0** |
ОФВ1/ЖЕЛ, % от должного | 96,28±4,02 | 62,33±20,0** |
ПОС, % от должного | 80,0±17,51 | 23,66±7,37** |
*среднее количество симптомов в сутки по данным за последнюю неделю;
** р <0,05 по сравнению с показателями при легкой АБА.
Клиническая характеристика пациентов 1 и 2 групп была аналогичной. Ведущим синдромом у всех больных был приступ экспираторного удушья и кашель сухой или с трудноотделяемой мокротой. В период обследования частота симптомов астмы была достоверно выше в группе пациентов с тяжелой БА (р<0,05). В ходе сбора аллергологического анамнеза все без исключения больные в 1 и 2 группах предъявляли жалобы на повышенную чувствительность к определенным аллергенам и провоцирующим факторам (эмоциональные, физические, химические факторы, метеофакторы).
По данным аллергологического обследования (СКП, специфические IgE), у всех пациентов была установлена специфическая гиперчувствительность к бытовым аллергенам (домашняя пыль, D.pteronyssinus), при этом в форме моносенсибилизации — у 10 пациентов (50%), сочетанная сенсибилизация к бытовым и пыльцевым аллергенам — у 6 пациентов (30%), к бытовым, эпидермальным, пыльцевым — у 4 (20%).
Более чем у 60% больных 1 и 2 групп выявлена наследственная предрасположенность к развитию IgE-опосредованных заболеваний, чаще по материнской линии (62,5% и 66,6%, соответственно). Дебют БА в обеих группах приходился на младший школьный возраст (6-12 лет). Длительность течения астмы в среднем составила 11,6±3,6 лет в 1 группе, и 23,3±8,06 лет во 2 группе (р >0,05). У 85,2% пациентов 1 группы и 89,3% пациентов 2 группы БА сочеталась с аллергическим ринитом, при этом у лиц с тяжелым течением АБА имелась тенденция к более выраженным симптомам ринита. Функциональные показатели проходимости бронхов – ЖЕЛ, ФЖЕЛ, ОФВ1, ПОС были значительно ниже у пациентов с тяжелой АБА.
Периферическая кровь здоровых доноров, а также больных бронхиальной астмой с легкой и тяжелой формой была проанализирована цитометрически на содержание лимфоцитов, экспрессирующие поверхностные маркеры: CD3, CD4, CD8, CD16, CD56.
Суммарное количество CD3 позитивных Т-лимфоцитов во всех исследуемых группах статистически не различалось (р˃0,1) (рис. 1). Исследование показателей Т-клеточного звена иммунитета (CD3+CD8+, CD3—CD16+56+) выявило различия в сравниваемых группах (рис. 2).
Рисунок 1. Содержание Т-лимфоцитов (CD3+) в периферической крови у больных с легкой и тяжелой формами атопической бронхиальной астмы и здоровых доноров. Достоверных отличий между исследуемыми группами не было выявлено.
Рисунок 2. Содержание CD3+CD8+ и CD16+56+ лимфоцитов периферической крови у больных с легкой и тяжелой атопической астмой и у здоровых доноров.
** достоверные отличия между группой больных тяжелой АБА по сравнению с двумя другими группами (р˂0,05);
* достоверные отличия между группой больных тяжелой АБА и нормой (р˂0,05);
*** достоверные отличия между группами с легкой и тяжелой АБА (р˂0,05).
Показано достоверное снижение количества цитотоксических Т-лимфоцитов у больных с тяжелой астмой по сравнению с легкой формой и группой контроля. Значимого изменения в содержании CD8+ Т-лимфоцитов в группе с легким течением астмы по сравнению со здоровыми донорами не было выявлено. Установлено достоверное повышение (р˂0,05) количества NK-клеток при легком течении по сравнению с тяжелым течением заболевания. Обнаружена тенденция к повышению содержания NKT клеток (CD3 + CD56 +) в периферической крови больных тяжелой астмой по сравнению с легкой формой и группой контроля.
Анализ содержания Т-хелперов и В-лимфоцитов в периферической крови исследуемых групп выявил наличие изменений внутри групп (рис. 3). Отмечено достоверное повышение обоих показателей у больных тяжелой формой АБА по сравнению со здоровыми донорами. В группе с легкой формой заболевания имелась тенденция к понижению количества Т-хелперов и повышению В-лимфоцитов, однако, не достигшая уровня значимости (рис. 3).
Рисунок 3. Содержание Т-хелперов (CD4+) и В-лимфоцитов (CD19+) периферической крови у больных с легкой и тяжелой формами атопической бронхиальной астмы и здоровых доноров.
* достоверные отличия между группой больных тяжелой АБА и нормой (р˂0,05)
Соотношение CD4/CD8 (иммунорегуляторный индекс, ИРИ) является весьма информативным интегральным показателем для определения клинической картины заболеваний [7]. Возрастание соотношения CD4/CD8 нередко отмечается в острой фазе различных воспалительных заболеваний за счет повышения уровня Т-хелперов и снижения цитотоксических Т-лимфоцитов [8]. Повышение соотношения CD4/CD8 до 2,5 может свидетельствовать о высоком риске возникновения или развития аутоиммунного процесса.
Анализ данного показателя выявил его достоверное (р˂0,01) повышение в группе с тяжелой формой астмы по сравнению с двумя другими группами. ИРИ у больных легкой формой астмы соответствовал уровню здоровых доноров, но разброс индивидуальных показателей выше.
Рисунок 4. Соотношение CD4/CD8 Т-лимфоцитов периферической крови у больных с легкой и тяжелой атопической астмой и у здоровых доноров
** достоверные отличия между группой больных тяжелой АБА по сравнению с двумя другими группами (р˂0,01)
Известно, что в основе развития атопической бронхиальной астмы лежит аллергическая реакция немедленного типа [9]. В свою очередь реакция немедленного типа связана с особенностями реагирования гуморального иммунитета. В приведенном исследовании активность гуморального иммунитета оценивалась по содержанию иммуноглобулинов в сыворотке крови доноров. По уровню сывороточной концентрации IgА, М, G у больных с легкой и тяжелой формой астмы практически не отличались от нормы (рис. 5). В группе с тяжелой АБА содержание этих иммуноглобулинов было незначительно выше группы контроля. Уровень IgА, IgG, и IgМ у больных с легкой формой соответствовал нормальным показателям.
Рисунок 5. Содержание сывороточных иммуноглобулинов классов A, M, G, E у больных легкой и тяжелой формами АБА и здоровых доноров
Основную роль в заболеваниях, обусловленных аллергическими реакциями немедленного типа отводят IgE. Определение уровня IgE имеет важное диагностическое значение при установлении атопических заболеваний [10]. Повышение его концентрации выше 100 МЕ/мл с высокой вероятностью может указывать на наличие аллергического процесса. По нашим данным, концентрация IgE в сыворотке крови была выше в группе с тяжелой АБА и находилась на уровне контроля в группе с легкой АБА.
Обсуждение
Астма является хроническим воспалительным заболеванием дыхательных путей, в развитии которого принимают участие лимфоциты, тучные клетки, эозинофилы, альвеолярные макрофаги [3]. В свою очередь, Т-лимфоциты играют важную роль в иммунном ответе при бронхиальной астме [11, 12] и у относительно здоровых людей, так как они в большей степени способны привлекать и активировать другие воспалительные клетки с помощью цитокинов.
Любая защитная реакция, в том числе и иммунный ответ, включает клеточные и гуморальные механизмы, направленные против определенных агентов. Антигенпредставляющие клетки обеспечивают процессинг, презентацию антигена и продукцию цитокинов, необходимых для активации регуляторных Т-клеток. В процессе иммунного ответа образуются эффекторные клетки, элиминирующие антиген.
В случае клеточно-опосредованного иммунного ответа главная роль принадлежит CD8+ Т-лимфоцитам и натуральным киллерам (NK) [13]. Изменения в содержании этих клеток в группе с легкой формой АБА были незначительными и находились на уровне контроля. Однако стоит отметить довольно большой разброс в содержании натуральных киллеров. При легкой форме АБА патологические изменения, лежащие в основе заболевания, выражены незначительно, реакция иммунной системы на антиген не носит постоянного характера, воспалительные явления минимальны. Именно этим может быть объяснен широкий разброс показателей и разнонаправленные изменения.
У больных с тяжелой формой АБА установлено достоверное снижение количества цитотоксических Т-лимфоцитов и NK клеток по сравнению с группами контроля и легкой АБА, что свидетельствует об участии клеточного звена иммунитета в патогенезе АБА. Уменьшение количества натуральных киллеров даже до 4-5% менее чем в половине случаев сопровождается угнетением функциональной (цитотоксической) активности этих клеток. Снижение количества обоих типов цитотоксических клеток — как CD8+Т-лимфоцитов, так и CD16/56+ NK-клеток при тяжелом течении атопической бронхиальной астмы связаны с заболеванием и носят устойчивый характер, поскольку обнаруживаются и при легкой, и при тяжелой АБА. В последнее время повышается интерес к изучению роли NKT-клеток при различных патологиях. Являясь продуцентами важнейших провоспалительных и противовоспалительных цитокинов, эти клетки способны оказывать влияние на течение иммунной реакции. В приведенном исследовании, содержание CD3 + CD56 + клеток было намного выше в крови больных тяжелой формой АБА, чем у пациентов с легкой астмой и здоровых доноров. Полученные результаты могут свидетельствовать о том, что NKT-клеткам принадлежит одна из ключевых ролей в патогенезе тяжелой астмы.
Таким образом, больные легкой формой АБА имеют картину иммунологической реактивности, отличающуюся от реактивности больных тяжелой АБА. Она менее всего отличается от группы контроля, но сопровождается картиной более широкого разброса исследуемых показателей.
Развитие хронических воспалительных заболеваний, включая бронхиальную астму, характеризуется адаптационной перестройкой систем реагирования [14, 15]. В системе иммунитета такие изменения, как правило, заключаются в снижении содержания Т-лимфоцитов в венозной крови, их субпопуляций, принимающих активное участие в воспалительной реакции. Кроме того, отмечается увеличение концентраций иммуноглобулинов основных трех классов (М, G, А) в сыворотке крови больных. Эти сдвиги обусловлены специфическим ответом иммунокомпетентных клеток на различные экзогенные факторы.
Основная роль в антителопродукции принадлежит В-лимфоцитам, которые при действии антигена активируются, пролиферируют, дифференцируются в плазмоциты и начинают активно синтезировать антитела различных классов (иммуноглобулины). Основными регуляторами В-клеточного ответа являются Тh2-лимфоциты, а ведущими цитокинами являются ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-13.
В нашем исследовании отмечается изменение в количестве СD4+ лимфоцитов в зависимости от степени тяжести астмы. Подсчет относительного числа Т-хелперов (СD4+) показал отсутствие изменений численности данной субпопуляции Т-лимфоцитов в группе с легкой формой астмы. Количество СD4+ лимфоцитов коррелировало с уровнем В-лимфоцитов, которое соответствовало норме, а содержание IgЕ, А, М и G в группе практически не отличалось от контроля. Несмотря на то, что активация гуморального иммунитета в группе с легкой формой заболевания выражена незначительно, имеется тенденция к повышению количества сывороточных иммуноглобулинов, на что указывает однонаправленный разброс значений, наблюдаемый в группе больных тяжелой формой АБА (рис. 5).
Увеличение количества CD4+ лимфоцитов в группе с тяжелой формой АБА свидетельствует о значительной напряженности гуморального иммунитета. В сравнительном анализе иммуноглобулинов сыворотки крови больных тяжелой формой АБА установлено увеличение всех классов иммуноглобулинов, особенно IgE. Возможно, высокий уровень CD4+ клеток за счет Th2 — субпопуляции имеет отношение к избыточной стимуляции синтеза специфических IgE-антител.
Большое значение в оценке состояния иммунной системы имеет соотношение CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов – величина иммунорегуляторного индекса [8]. В норме эффекторных факторов — цитотоксических клеток и антител — должно вырабатываться столько, сколько их необходимо для элиминации того или иного антигена. Недостаточная активность цитотоксических Т-лимфоцитов ведёт к преобладанию Т-хелперов, что способствует более сильному иммунному ответу (выраженной антителопродукции и/или длительной активации Т-эффекторов). Избыточная активность цитотоксических Т-лимфоцитов, напротив, может привести к быстрому подавлению иммунного ответа и даже индукции иммунологической толерантности (иммунологический ответ на антиген не развивается), неблагоприятно отразиться на состоянии других клеточных популяций, например, эпителиальных клеток. Создается возможность развития патологических аутоиммунных процессов.
В литературе имеется много данных относительно изменения ИРИ при астме. Однако они очень противоречивы. В работе Abdulamir и соавт. [16] приводятся результаты исследования баланса Т-лимфоцитов у больных с различной степенью тяжести. Удивительно, но не было установлено никаких существенных изменений в уровне CD4+ и CD8+ лимфоцитов, а также в соотношении CD4/CD8 между группами с астмой и здоровыми донорами. C другой стороны, Lee и соавт. приводят данные о значительном повышении ИРИ соотношения у больных астмой в отличие от контрольной группы [17].
В нашем исследовании показатель ИРИ значительнее менялся у больных с тяжелой АБА. Величина индекса у больных с легкой формой, как и предыдущие показатели, находилась на уровне контроля. Однако необходимо отметить больший разброс значений, чем в контроле, что, видимо, свидетельствует об отсутствии однозначного ответа иммунной системы на антигенную стимуляцию.
Следовательно, формирование атопического фенотипа связано с недостаточностью активности CD8+ лимфоцитов и преобладанием активации CD4+ клеток. При этом, в группе с тяжелой формой АБА это соотношение увеличивается в большей степени (2,5±0,9; р˂0,01), что свидетельствует о наличии аллергического воспаления.
Результаты проведенных иммунологических исследований свидетельствует об изменении функционального статуса Т-клеток у больных с тяжелой формой астмы. Особенность иммунологической реактивности при тяжелой форме АБА, в отличие от группы контроля и легкой формы, связана со снижением активности клеточно-опосредованного иммунного ответа с участием цитотоксических Т-лимфоцитов и натуральных киллеров. Снижение уровня CD8+ лимфоцитов сопровождается повышением другой субпопуляции Т-лимфоцитов – хелперов (CD4+). Увеличение содержания CD4+ лимфоцитов коррелирует с повышением уровня В-лимфоцитов и иммуноглобулинов класса E. По-видимому, все описанные изменения связаны с избыточной активацией Т-хелперов 2-го типа. Таким образом, установленные особенности иммунного ответа при тяжелой форме атопической бронхиальной астмы позволяют определить новые мишени для терапевтического вмешательства.
Ю.В. Скибо, Н.Ш.Курмаева, В.Н.Цибулькина, З.И.Абрамова
Казанский (Приволжский) Федеральный Университет
Казанский государственный медицинский университет
Скибо Юлия Валерьевна — аспирант кафедры биохимии КФУ
Литература:
1. Намазова-Баранова Л.С., Огородова Л.М., А.Ю. Томилова и др. Распространенность астмаподобных симптомов и диагностированной астмы в популяции подростков // Педиатрическая фармакология. — 2009. — Т. 6, № 3. — С. 59-65.
2. Buc M., Dzurilla M., Bucova M. Immunophathogenesis of bronchial asthma //Arch Immunol Ther. Exp. — 2009. — Vol. 57. — P. 331-44.
3. Глобальная стратегия лечения и профилактики бронхиальной астмы. Пер. с англ. // Под редакцией А.Г. Чучалина. — М.: Атмосфера, 2008. — 108 с.
4. Зенкина Л.В., Смирнова С.В., Кадричева С.Г. Бронхиальная астма: концентрация IL2, IL4, IL6, IFN и TFNa в сыворотке периферической крови и изменения в иммунном статусе при атопии и псевдоатопии // Вестник Клинической больницы № 51. — 2008. — Т. 3, № 2. — С. 42-47.
5. Калинина Е.П., Журавская Н.С., Виткина Т.И., Геронина С.А. Иммунные механизмы формирования бронхолегочной патологии в семье // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. — 2001. — № 9. — С. 10-14.
6. Рябова Л.В. Клинико-иммунологические особенности течения бронхиальной астмы // Вестник новых медицинских технологий. — 2009. — Т. 16, № 1. — С. 177-180.
7. Pumputiene I., Emuzyte R., Dubakiene R. et al. T cell and eosinophil activation in mild and moderate atopic and nonatopic children’s asthma in remission // Clin. Allergy. — 2006. —Vol. 61, № 1. — P. 43-48.
8. Симонова А.В., Фенотип лимфоцитов крови при воспалительных заболеваниях человека. — М.: ИНТО, 2001.
9. Ковальчук Л.В., Ганковская Л.В., Мешкова Р.Я. Клиническая иммунология и аллергология с основами общей иммунологии. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011.
10. Hannah J. Gould, Brian J. et al. The biology of IgE and the basis of allergic disease // Annual. Review of Immunology. — 2003. — Vol. 21. — P. 579-628.
11. Conrad D.H., Gibb D.R., Sturgill J. Regulation of the IgE response //Biol. Reports. — 2010. — Vol. 2. — P. 14.
12. Solarewicz-Madejek K., Basinski TM., Crameri R., Akdis M. T cells and eosinophils in bronchial smooth muscle cell death in asthma //Clinical and Experimental Allergy. — 2009. — Vol. 39. — P. 845–855.
13. Бростофор Дж., Мейл Д, Ройтт А., Рот Д.Б. Иммунология. — М.: Логосфера, 2007.
14. Tournoy K.G., Provoost S., Van Hove C., Joos G. The role of immune tolerance in asthma pathogenesis // Current Allergy and Asthma Reports. — 2006. — Vol. 6, № 5. — P. 437-443.
15. Seneviratne S.L., Jones L., King A.S. et al. Allergen-specific CD8+ T cells and atopic disease //J. Clin. Invest. — 2002. — Vol. 110. — P. 1283-1291.
16. Abdulamir, Hafidh, Abubakar and Abbas. Changing survival, memory cell compartment, and T-helper balance of lymphocytes between severe and mild asthma // BMC Immunology. — 2008. — Vol. 9, Vol. 73. — P. 1-10.
17. Lee S.Y., Kim S.J., Kwon S.S. et al. Distribution and cytokine production of CD4 and CD8 T-lymphocyte subsets in patients with acute asthma attacks // Annals of Allergy, Asthma and Immunology. — 2001. — Vol. 86, № 6. — P. 659-664.