Актуальность проблемы изучения бронхиальной астмы (БА) продиктована колоссальным социально-экономическим бременем данного заболевания. В настоящее время астмой страдают около 300 млн человек на Земле, и прогнозируется увеличение их числа к 2025 году еще на 100 млн[1].
Основной причиной тяжелого и плохо поддающегося коррекции течения астмы является сложное необратимое изменение дыхательных путей. Ремоделирование представляет собой высокоорганизованный динамичный процесс, характеризующийся дисбалансом физиологических и патологических механизмов[2, 3].
Широкое обсуждение разных уровней развития данного процесса происходит в зарубежном и отечественном научном мире. Некоторыми исследователями выдвигаются предположения о первоначальной «дефектности» эпителия дыхательных путей, что ведет к быстрой инициации изменения их архитектуры[4]. В целом в настоящий период научных изысканий объем информации о данном процессе настолько велик, что представить даже ключевые моменты в рамках одной публикации не представляется возможным.
Наиболее проблемными, по нашему мнению, являются вопросы, сосредоточенные вокруг механизмов развития фиброза в стенке бронха при БА, а также достоверных биохимических биомаркеров указанного процесса[5].
ВНЕКЛЕТОЧНЫЙ МАТРИКС
Экстрацеллюлярный, или внеклеточный, матрикс (ЭЦМ) — это комплекс внеклеточных структур, отвечающих за механическую поддержку клеток; экстрацеллюлярные структуры выполняют сигнальные функции, участвуют в транспорте химических веществ, в реализации межклеточных контактов и передвижении клеток[6]. Перестройка ЭЦМ представляет собой ремоделирование и подразумевает любое изменение состава, распределения, толщины, массы или объема и/или количества структурных компонентов стенки дыхательных путей и их организации[7].
Традиционно выделяют физиологическое и патологическое ремоделирование. Физиологическое ремоделирование дыхательных путей включает регулярные структурные изменения в ходе нормального развития и роста легких, в результате формируется зрелая стенка дыхательных путей; также подобные изменения могут возникать как острая и преходящая реакция на травму или воспаление, но в итоге происходит восстановление физиологической структуры дыхательных путей. При длительном хроническом травмировании и/или воспалении развивается патологическое ремоделирование со стойкими структурными и функциональными изменениями органа[6].
Внеклеточный матрикс представляет собой ячеистую сеть, в которую погружены различные клетки, работающие в непрерывном режиме. Более 300 молекул внеклеточного матрикса управляют процессами локомоции, дифференцировки, пролиферации и сигнального взаимодействия клеток[8].
Выделяют два типа ЭЦМ. Первый тип — это базальные мембраны, являющиеся основой эпителиальных и эндотелиальных клеток, второй — интерстициальный ацеллюлярный матрикс соединительной ткани, окружающий клетки. Базальная мембрана представлена в основном гликопротеинами, протеогликанами и нефибриллярным коллагеном и обеспечивает барьерную функцию. В ацеллюлярной части матрикса максимально сосредоточены структурные белки — коллаген, эластин и неколлагеновые белки, основными производителями которых являются фибробласты.
Интерстициальный компонент способен самоупорядочиваться, создавая сложные фибриллярные конструкции для поддержания устойчивости тканей. При этом соотношение компонентов межклеточного матрикса таково, что в проксимальных отделах расположено больше коллагена (I, III и IV типов), регулирующего воздушный поток, а на уровне дистальных отделов — ультратонкого эластина[9].
В норме равновесие матрикса характеризуется саморегулирующимся оптимальным балансом между деградацией «старых» или поврежденных белков матрикса матриксными металлопротеиназами (ММП) и продукцией матриксных белков, таких как фибулин 1, фибронектин, периостин[10, 11].
Ремоделирование дыхательных путей при БА можно определить как прогрессирующую патологическую реконструкцию их клеточного и молекулярного строения[12]. Данный процесс сопровождается разносторонними взаимосвязанными изменениями: морфологически отмечаются утолщение стенки бронхов за счет субэпителиального фиброза, гиперплазия и гипертрофия гладкой мускулатуры бронхов, отек стенки, снижение барьерной функции базальной мембраны, накопление иммунных клеток и фибробластов, новообразование сосудов, метаплазия эпителия, ассоциированная с гиперплазией бокаловидных клеток, гиперсекреция слизи и потеря цилиарного аппарата.
Характер преобразований в ходе ремоделирования обусловливает прогрессирующую потерю функции легких вследствие необратимых фиброзных изменений, связанных с многоуровневой активацией трансформирующего фактора роста β1 (TGF-β1)[13].
TGF-β1 является центральным цитокином в дерегуляции эпителиально-мезенхимального перехода. В процессе эпителиально-мезенхимального перехода происходят потеря эпителиальными клетками их плотных соединений и дальнейшая трансформация в мезенхимальные с высокой способностью к миграции, далее переход фибробластов в миофибробласты, что в итоге приводит к субэпителиальному фиброзу, поддерживаемому нейтрофилами[14, 15].
В то же время миофибробласты продуцируют ММП, их ингибиторы (тканевые ингибиторы металлопротеиназы, TIMP). Кроме того, они вторично запускают процесс синтеза ростовых факторов, интерлейкинов — TGF-β1, VEGF-A, ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, оказывая влияние на клетки гладкомышечной ткани, процессы миграции и пролиферации[16–18].
При анализе биоптатов дыхательных путей пациентов с БА выявлено повышенное отложение коллагена I, III и V типов, фибронектина, тенасцина, гиалуроновой кислоты, люмикана и бигликана, тогда как уровни коллагена IV типа и эластина были снижены по сравнению с таковыми у здоровых людей[19].
Последние исследования показали, что существенным для манифестации эпителиально-мезенхимальной трансформации является факт выявления фенотипически «незрелого» эпителия дыхательных путей еще на первоначальном этапе, что свидетельствует о наличии эпигенетических изменений, предрасполагающих к более «легкому» переходу одних клеточных линий в другие[4]. Предполагается, что данный процесс дополнительно инициируется за счет дедифференциации или недостаточности стимулов дифференцировки эпителия вследствие длительного воспаления и повреждения аллергенами[20]. Существенное значение в реализацию эпителиально-мезенхимального дисбаланса и в ремоделирование бронхов вносит экспрессия фактора роста фибробластов (FGF), а именно повышение экспрессии FGFR1 и снижение таковой FGFR2[21].
Замечено, что выраженный вклад в процесс нарушения эпителиального гомеостаза вносит целый ряд генов. Отмечается вовлеченность гена фактора роста эндотелия сосудов, генов рецептора инсулина (INSR, IRS2), а также гена β-катенина (CTNNB1) и рецептора нейротрофной тирозинкиназы (NTRK2). В работе S. Brecht (2020) показано, что экспрессия данных генов связана с утяжелением БА, однако для установления точного механизма их влияния необходимо проведение дополнительных исследований[4].
Таким образом, нам становятся понятны следующие ключевые моменты:
- ремоделирование определяется дисбалансом базального и ацеллюлярного компонентов внеклеточного матрикса с повышенным отложением коллагена в дыхательных путях;
- предполагается, что основой эпителиальной дедифференцировки может стать наличие изначально фенотипически «незрелого» эпителия;
- эпителиально-мезенхимальная трансформация может быть генетически запрограммирована.
БИОМАРКЕРЫ РЕМОДЕЛИРОВАНИЯ
Для клинической практики актуально определение «клинически применимый биомаркер», включающий в себя такие характеристики, как «превосходящий» — превосходящий по диагностической ценности имеющиеся биомаркеры; «действенный» — позволяющий эффективно изменить тактику диагностики или лечения; «экономичный» — экономически выгодный; «клинически развертываемый» — доступный для использования в клинической лаборатории[22, 23]. Поиск биомаркеров продиктован необходимостью оценки эффективности таргетной терапии, они могли бы помочь в выборе препарата, прогнозе и контроле терапии[24].
Применение биомаркеров можно разделить на несколько классов: диагностика, стадирование/классификация, предикторы, прогнозирование и мониторинг. В связи с этим ведется очень серьезный отбор потенциальных биомаркеров[25, 26].
Обсуждая клинические исследования, посвященные поиску биомаркеров, необходимо сказать, что основной акцент при поиске критерия ремоделирования сделан на состояние ретикулярной базальной мембраны. Доказано, что утолщение базальной мембраны — один из самых ранних предикторов развития астмы у детей из групп риска[27]. Однако в настоящий момент методы, которые мы имеем для оценки ее состояния, являются либо инвазивными, либо пока недоступными для широкого использования[28].
Разными исследователями предложены следующие биомаркеры: ММП, FGF, галектин 3, периостин, дипептидилпептидаза, хитиназаподобный белок YKL-40[25, 29].
В качестве биомаркеров ремоделирования также могут выступать белковые фрагменты, характеризующие определенный этап реконструкции дыхательных путей. С этих позиций в качестве потенциальных кандидатов на роль биомаркеров наиболее показательными признаны вещества, связанные с синтезом или деградацией коллагена. Например, α-3-цепь коллагена IV типа освобождается в результате протеолиза ММП, а PRO-С3 — маркер, позволяющий количественно оценить пропептид коллагена III типа, высвобождающийся в процессе синтеза коллагена III типа[30]. Однако следует отметить, что пока эти маркеры широко изучены у больных ХОБЛ[31].
Фактор роста фибробластов
FGF-2 статистически значимо коррелирует с ОФВ1/ФЖЕЛ и тяжестью течения астмы. Очевидно, это связано с TGF-β — фактором ремоделирования ткани, который индуцируется FGF-2[21]. Интересно, что воспаление и ремоделирование дистальных отделов связаны с более легкой пролиферацией фибробластов в ответ на выработку TGF-β по сравнению с таковой фибробластов из проксимальных дыхательных путей; данный факт особенно значим для группы пациентов с фенотипом «малых дыхательных путей»[32].
Матриксные металлопротеиназы
ММП представляют собой семейство ферментов, участвующих в деградации белков внеклеточного матрикса. Ингибирование активности металлопротеиназ осуществляется их тканевыми ингибиторами (TIMP), причем соотношение ММП-9/TIMP, как и уровень ММП-9, значимо увеличиваются у пациентов с прогрессирующим снижением ОФВ1 и при тяжелом течении заболевания[33]. Исследование биоптатов бронхов показывает высокую корреляцию содержания ММП-9 с тяжестью астмы и толщиной базальной мембраны, что позволяет считать ее индикатором ремоделирования дыхательных путей[34].
В ходе исследования установлено, что обработка металлопротеиназы TGF-β1 в разной концентрации вызывала ее накопление в месте эпителиально-мезенхимального перехода и трансформацию эпителиальных клеток в фибробластоподобные, что также свидетельствует о вовлеченности ММП в процесс ремоделирования[16].
Тем не менее существуют работы, показывающие отсутствие динамики содержания ММП-9 при терапии БА ингаляционными ГКС, они ставят под сомнение возможность использования данного показателя в качестве биомаркера[35].
Периостин
Периостин — белок внеклеточного матрикса, секретируемый эпителиальными клетками дыхательных путей в ответ на выработку ИЛ-13 и ИЛ-4, расценивается как профибротический фактор за счет регуляции эпителиально-мезенхимальных взаимодействий[36, 37]. Экспрессия периостина повышена при эозинофильной БА как в мокроте, так и в сыворотке крови, и нарастает в ассоциации с увеличением продукции TGF-β у пациентов с персистирующей обструкцией, неконтролируемой астмой. Выявлена обратная корреляция данного маркера с ОФВ1, что позволило расценить его как индикатор фиксированной обструкции дыхательных путей и даже как биомаркер оценки терапии БА, резистентной к лечению ингаляционными ГКС[38–40].
Галектин 3
Галектин 3 — IgE-связывающий белок; позиционируется как надежный, стабильный биомаркер ремоделирования дыхательных путей, имеющий прогностическое значение; был исследован на биоптатах бронхов у пациентов с тяжелой БА, получавших омализумаб[41]. Приводятся данные о параллельном повышении уровней галектина 3, ИЛ-17 и TGF-β1, что свидетельствует о роли галектина 3 в регуляции оси ИЛ-17A при экспериментальной аллергической астме, но, к сожалению, имеющиеся данные немногочисленны и требуют дальнейшего изучения[42].
Хитиназаподобный белок YKL-40
YKL-40 — это хитиназаподобный белок, регулирующий образование коллагеновых фибрилл и увеличение пролиферации гладкой мускулатуры. Циркулирующие уровни YKL-40 коррелируют с тяжестью астмы, толщиной субэпителиальной базальной мембраны, обострениями и функцией легких, что указывает на то, что YKL-40 является перспективным биомаркером тяжелых обострений БА[43, 44]. Тем не менее есть данные о более значительном повышении уровня YKL-40 при сочетании ХОБЛ и БА, чем при изолированной БА, что согласуется с преимущественно нейтрофильным воспалением и вызывает вопрос о специфичности данного маркера при атопической астме[45].
Дипептидилпептидаза 4
Дипептидилпептидаза 4 — сериновая протеаза, уровень которой повышается при активации ИЛ-13. Дипептидилпептидаза 4 была предложена в качестве маркера эффективности таргетной антиИЛ-13 терапии; для возможности оценки эффективности терапии с помощью ИФА установлены референсные уровни дипептидилпептидазы при неконтролируемой астме[46, 47]. Важную роль данный маркер играет в контроле уровня глюкозы в крови, что определяет неоднозначное отношение к нему при астме.
Тенасцин
Тенасцин — маркер миофибробластов, содержание которого повышается при тяжелом течении астмы[48]. Пролиферация фибробластов, синтез коллагена и одновременно отложение тенасцина и периостина в матриксе базальной мембраны могут происходить в ответ на вызов аллергена у больных астмой. Степень отложения тенасцина коррелирует с количеством эозинофилов, Т-лимфоцитов и ИЛ-4-позитивных клеток в слизистой оболочке бронхов у больных БА и значительно снижается при терапии меполизумабом, что позволяет считать его перспективным биомаркером для оценки эффективности терапии астмы[49].
МикроРНК
В качестве отдельной, новой, еще малоизученной группы веществ, отражающих этапы ремоделирования, приводятся микроРНК. МикроРНК — это группа регуляторных РНК, среди которых выделяют влияющие на эпителиально-мезенхимальный переход (микроРНК-498, 187, 143, 874), на отек и гиперсекрецию вязкой слизи (микроРНК-126), на гипертрофию гладкомышечных элементов (микроРНК 26а), участвующие в пролиферации миофибробластов и индукции субэпителиального фиброза, продукции ИЛ-5 и ИЛ-13 (микроРНК-18а)[50]. Однако измерение уровня микроРНК достаточно проблематично, и в настоящий период продолжается активное изучение перечисленных видов микроРНК.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время достаточно четко определены индикаторы, позволяющие диагностировать бронхиальную астму (БА) и характер воспаления дыхательных путей. Тем не менее, несмотря на активное изучение маркеров в разных биологических средах, на сегодняшний день нет показателей, полностью удовлетворяющих критериям «клинически применимого биомаркера», отражающего реальную картину ремоделирования. Это значит, что мы не имеем адекватного показателя, позволившего бы нам оценить, спрогнозировать дальнейшее течение БА и подобрать эффективную терапию.
Потенциально важными вопросами также остаются сроки развития реконструкции бронхов, в том числе у детей раннего возраста; специфичность биомаркеров в отношении эозинофильного или нейтрофильного характера воспаления дыхательных путей; выбор 2–3 биомаркеров, в оптимальном варианте — неинвазивных и доступных для использования в системе национального здравоохранения в условиях как специализированного, так и первичного звена.
Нам кажется, что в рамках решения данных вопросов повышение чувствительности и специфичности ряда предлагаемых биомаркеров могло бы быть достигнуто в результате использования некоторых методов статистической обработки (ROC-анализа, кластерного анализа) или статистической программы, что позволило бы создать комбинированный индекс.
Поступила: 28.01.2020
Принята к публикации: 20.02.2020
