Клеточные и молекулярные механизмы патогенеза иммуновоспалительных ревматических заболеваний

Монография утверждена и рекомендована к печати Центральной проблемной комиссией ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный медицинский университет» МЗ РФ, протокол № 3 от 18.05.2023 г.

Рецензенты:

Р. И. Атауллаханов, доктор медицинских наук, профессор, руководитель отдела иммунной биотехнологии ФГБУ “ГНЦ Институт иммунологии” ФМБА России

М. В. Пащенков, доктор медицинских наук, профессор, заведующий лабораторией клинической иммунологии ФГБУ “ГНЦ Институт иммунологии” ФМБА России

Предисловие

Изучение патогенеза иммуновоспалительных ревматических заболеваний составляет важную часть клинической медицины, поскольку механизмы возникновения, течения и исхода этой группы болезней базируются на фундаментальных закономерностях нарушений врождённого и адаптивного иммунитета. При этом состояние системы иммунитета можно трактовать не только с точки зрения изменений антиген-специфического иммунного ответа, но и с позиций изменений этой системы, как системы адаптогенеза и иммунного гомеостаза. Необходимо отметить, что известные в настоящее время механизмы аутовоспалительных и аутоиммунных процессов лежат в основе не только ревматических заболеваний, но и более широкого перечня болезней, при которых иммунопатологические процессы являются доминирующими.

В монографии указанные аспекты патогенеза иммуновоспалительных ревматических заболеваний освещаются на основании анализа последних данных, касающихся клеточных и молекулярных основ аутовоспалительных и аутоиммунных процессов при ревматических заболеваниях. Ключевыми особенностями этих процессов являются, прежде всего, продукция провоспалительных молекулярных паттернов, ассоциированных с повреждением (DAMPs), имеющих место при системной прогрессирующей дезорганизации рыхлой волокнистой неоформленной и оформленной соединительной ткани, а также при различных видах гибели клеток, таких как апоптоз, пироптоз, некроптоз, нетоз и некроз. Кроме этого, не менее патогенетически значимой является способность рецепторов врождённого иммунитета (PRR-рецепторов) взаимодействовать с провоспалительными DAMPs с последующей активацией внутриклеточных сигнальных путей, адапторных молекул, транскрипционных факторов. Есть все основания считать, что указанные процессы являются «инициальным» звеном патогенеза иммуновоспалительных ревматических заболеваний, а способность PRR-рецепторов клеток врождённого иммунитета взаимодействовать с провоспалительными соединительнотканными DAMPs является ещё одним фундаментальным качеством врождённой иммунной системы.

Представленные в монографии многочисленные результаты исследований свидетельствуют о том, что состояние эволюционно сформированной реактивности PRR-рецепторов клеток врождённого иммунитета на фоне продукции провоспалительных DAMPs является важнейшей особенностью нарушенного клеточного и тканевого гомеостаза при ревматических заболеваниях. Именно это качество лежит в основе новаторской «теории опасности» Polly Matzinger, в которой участие реактивности как врождённого, так и адаптивного иммунитета отводилась в область динамического клеточного и тканевого гомеостаза. Генерализованность патофизиологических эффектов провоспалительных DAMPs и, соответственно, системность и полиорганность поражения тканей и внутренних органов при иммуновоспалительных ревматических заболеваниях обусловлены широкой распространённостью рецепторов к «сигналам опасности».

Стерильное воспаление является многоступенчатым процессом, при котором индуцируется последовательность реакций, опосредованных лейкоцитами и резидентными клетками макрофагально-моноцитарного ряда, фибробластами и другими клетками, направленных на очищение очага воспаления от клеточного и тканевого детрита, с последующим восстановлением гомеостаза поврежденной ткани. Микроокружение клеточного воспалительного инфильтрата формирует все условия для индукции тканеспецифического иммунного ответа. Свидетельством этих процессов является появление многочисленных видов аутоантител при ревматических заболеваниях, специфичных практически ко всем тканевым и клеточным структурам. Указанные свойства аутоантител широко используются в диагностической практике.

Представленные в монографии результаты исследований молекулярно-клеточных процессов при DAMP-индуцированном стерильном воспалении свидетельствуют о вовлечении всех известных механизмов врождённого иммунитета при аутовоспалительных процессах, как следствие PRR-DAMP взаимодействий, а также индукции аутореактивного Т-клеточного иммунного ответа и продукции цитопатогенных ауто-АТ. При этом важнейшее место занимает феномен кросс-презентации и аутофагии.

Исследования в области PRR-DAMP взаимодействий позволяют определить соответствующие мишени с целью их фармакологической коррекции. В этом отношении достигнут значительный прогресс в изыскании медикаментозных средств регуляции воспаления при СКВ, РА, синдроме Шегрена, ССД и др. Не меньшее значение имеет оценка сывороточных уровней DAMPs в качестве диагностических и прогностических биомаркеров, а также оценки эффективности лечения иммуновоспалительных ревматических заболеваний.

Монографий, посвящённых научному анализу самых последних данных по клеточным и молекулярным механизмам патогенеза иммуновоспалительных ревматических заболеваний в отечественной литературе нет. Потребность в такого рода обобщающих работах, с детальным анализом текущих научных данных очевидна. Именно эти аспекты отражены в этой работе. Несомненно, настоящая монография вызовет интерес и принесёт большую пользу иммунологам, ревматологам, патологам, а также научным работникам иных специальностей.

Памяти моей матери – Намитоковой Таибат Исмаиловны

посвящаю

Введение

На протяжении всей истории изучения природы ревматических заболеваний достижения фундаментальной медицины всегда составляли основу интерпретации патогенеза этих болезней и практического применения полученных знаний. Начиная с работ основоположника клеточной иммунологии И. И. Мечникова, идея участия системы иммунитета в воспалении, связанном в т. ч. и с разрушением собственных клеток и тканей, приобрела основополагающий характер и открыла множественные перспективы исследований в этой области. Последующие достижения фундаментальной и прикладной иммунологии сформировали научно-практический базис ревматологии, а также привели к использованию широкого перечня лабораторных исследований, обладающих высокой диагностической ценностью, чувствительностью и специфичностью.

Иммуновоспалительный процесс, лежащий в основе патогенеза ревматических заболеваний, является закономерным результатом клеточно-молекулярных событий, отражающих состояние гиперреактивности системы иммунитета. Важнейшей особенностью гиперреактивности иммунной системы при ревматических заболеваниях является её направленность на собственные иммуногенные тканевые и клеточные структуры с последующим их повреждением и потерей ими функциональных свойств.

Взятые в исторической последовательности все теории иммунитета должны были иметь, в качестве своей неотъемлемой части, объяснение индукции ауто-агрессивных свойств клеток иммунной системы с возможностями контроля подобных качеств этих клеток в лечебных целях. В отношении иммуновоспалительных ревматических заболеваний важным этапом развития представлений о патогенетической уникальности и, одновременно, общности этой группы болезней стала идея о том, что плацдармом иммунопатологических процессов служит рыхлая волокнистая неоформленная и оформленная соединительная ткань. Заслуга американского патолога P. Klemperer состоит в том, что он обосновал принципиальную патогенетическую взаимосвязь процессов системной прогрессирующей дезорганизации этой ткани с гиперчувствительностью иммунной системы. Дезорганизация соединительной ткани в принципиальном плане претерпевает стадийность. Первый этап связан с признаками мукоидного набухания (слизистый отёк) основного вещества соединительной ткани, дополняющейся стадией фибриноидных изменений, формированием клеточного воспалительного инфильтрата, а также склеротическими процессами и васкулитами.

Фундаментальной особенностью указанных процессов является продукция триггеров аутовоспалительных процессов, т. н. “сигналов опасности/тревоги”, или DAMPs, являющихся молекулярно-клеточными продуктами любых форм гибели клеток и тканевой дезорганизации. Впервые идею о патогенетической значимости провоспалительных DAMPs, в индукции аутовоспалительных процессов была высказана американским исследователем Polly Matzinger в 1994 г. Предложенная Polly Matzinger “теория опасности” отводила участие реактивности системы иммунитета в область динамического тканевого гомеостаза. Нарушение тканевого гомеостаза, что имеет место при дезорганизация основного вещества соединительной ткани и гибели клеток, сопровождается продукцией провоспалительных DAMPs, их взаимодействием с PRR-рецепторами клеток врождённого иммунитета и развитием продуктивного воспаления. Подобный взгляд существенным образом изменил наши представления о функциональном предназначении рецепторов врождённого иммунитета – PRR-рецепторов, их роли в поддержании иммунного гомеостаза и участии системы иммунитета в патогенезе иммуновоспалительных ревматических заболеваний. Плодотворность подобного подхода и неоспоримая практическая значимость была доказана многочисленными исследованиями и клинической практикой.

Появление “теории опасности” Polly Matzinger было бы невозможным без революционизирующей теории С. А.Janeway, высказанной в 1989 г. и касающейся распознавания высококонсервативных молекулярных структур патогенов (PAMPs) рецепторами врождённого иммунитета – PRR-рецепторами и, как следствие, индуцирующих АГ-специфический адаптивный анти-инфекционный иммунный ответ. Согласно “теории опасности” Polly Matzinger все принципиальные молекулярно-клеточные механизмы PRR-PAMPs взаимодействий и соответствующие провоспалительные следствия этих событий могут быть задействованы и при PRR-DAMPs взаимодействиях. Открытие важнейшего качества одной из основных групп PRR-рецепторов, а именно – TLR1–10 рецепторов, взаимодействовать с DAMPs по принципу лиганд-рецепторных взаимодействий, явилось эпохой в развитии наших представлений о молекулярно-клеточных механизмах патогенеза иммуновоспалительных ревматических заболеваний.

Отметим, что, в свою очередь, теория врождённого иммунитета С. А.Janeway во многом основывалась на критике доминирующей в середине 20-го столетия клонально-селекционной теории F. M. Burnet (модель самораспознавания, или иммунного надзора). Индукция аутоиммунного ответа, или дискриминации "я/не я", при ревматических заболеваниях, согласно теории F. M. Burnet, является следствием активации “дремлющего” ауто-агрессивного клона иммунокомпетентных клеток с последующим развитием воспалительного процесса.

Формирование клеточного воспалительного инфильтрата при ревматических заболеваниях – важнейшее следствие и условие развития патологических процессов в морфо-функциональном и клиническом выражении. Очаг продуктивного воспаления является источником всех провоспалительных цитокинов, хемокинов, интерферонов, ростовых и ангиогенных факторов и др. При этом locus morbi является ареной развёртывания важнейшего патогенетического звена иммуновоспалительных ревматических заболеваний, а именно – индукции всех форм регулируемой гибели клеток, а также некроза клеток. Изучение этих процессов привело к открытию порочного круга, когда индукторами пироптоза, некроптоза, нетоза, провоспалительных апоптоза и аутофагии, а также некроза клеток являются специфические PRR-DAMPs взаимодействия и следствием этих процессов, в свою очередь, является продукция погибающими клетками провоспалительных DAMPs, способствующих прогрессированию клинического течения ревматических заболеваний.

Идентификация внутриклеточных сигнальных путей, адапторных молекул, активации транскрипционных факторов, патофизиологических взаимосвязей указанных процессов при DAMP-индуцированном стерильном воспалении в клетках врождённого и адаптивного иммунитета позволила определить наиболее перспективные клетки-мишени и молекулярные кластеры с целью модуляции их активности в лечебных целях, что подтверждается клинической практикой.

Подчеркнём важное обстоятельство. При интерпретации иммунопатогенеза ревматических заболеваний и формирования КВИ с молекулярно-клеточных позиций применяются все современные, наиболее обоснованные и разработанные модели и схемы из области фундаментальной иммунологии. Речь идёт о феномене кросс-презентации, модели МНС-рестрикции иммунного ответа, модели срыва центральной или периферической толерантности к ауто-АГ, модели ассоциаций аллелей МНС класса I и II с нозологически уникальными ревматическими заболеваниями, модели кандидатных “триггеров” аутоиммунных и аутовоспалительных процессов, участии аутофагии в презентации ауто-DAMP при стерильном воспалении, участии врожденных лимфоидных клеток в индукции врождённого и адаптивного иммунитета при стерильном воспалении. Обоснованность подобного подхода подтверждается разработкой на этой платформе многочисленных генно-инженерных иммунотропных противовоспалительных препаратов, обладающих статистически значимыми лечебными эффектами.

Работ, обобщающих обширный материал в области молекулярно-клеточных механизмов стерильного воспаления при иммуновоспалительных ревматических заболеваниях, в отечественной литературе нет. Востребованность такого обобщения неоспорима. Материал монографии основан на самых последних достижениях в области экспериментальной и клинической иммунологии, ревматологии, на строгих научных фактах и обоснованных гипотезах. Очевидно, что анализ результатов исследований, оценка научных гипотез и точек зрения расширяют горизонт научной интерпретации патогенеза иммуновоспалительных ревматических заболеваний и создают широкие возможности клинического применения полученных знаний.

Автор отчётливо осознаёт всю сложность и дискутабельность молекулярно-клеточных аспектов патогенеза иммуновоспалительных ревматических заболеваний. Исследования в этой области в ведущих мировых лабораториях и клинических центрах продолжаются. Новые данные, несомненно, поменяют наши представления о патогенезе этой уникальной группы заболеваний. Однако, фундаментальные основы теории аутоиммунитета, разработанные нашими великими предшественниками, останутся незыблемыми. Все критические замечания и пожелания по содержанию настоящей монографии будут приняты автором с искренней признательностью и благодарностью.

Глава 1. Патогенетическое значение клеточного инфильтрата при иммуновоспалительных ревматических заболеваниях

Более чем двух-тысячелетняя история изучения воспаления являет собой пример того, как углубление наших знаний об этом наиболее широко распространенном общепатологическом (типовом) процессе связано с постоянно обновляющимися теоретическими представлениями о патофизиологической сущности этой реакции. В процессе биологической эволюции сформировались уникальные качества воспаления, при которых течение и исход этого патологического процесса зависит от функциональных свойств всех гомеостатических систем организма, прежде всего, иммунной, эндокринной и нервной.

Воспаление представляет собой сосудисто-мезенхимную реакцию на повреждение, направленную на локализацию, инактивацию и ликвидацию флогогенов, а также на репарацию клеток и тканей организма. При ревматических заболеваниях неотъемлемым компонентом этих процессов является участие иммунной системы. По И. И. Мечникову “воспаление является важнейшим проявлением иммунитета организма“ [7].

Однако это участие имеет уникальные черты. Реализация основного предназначения иммунной системы, а именно – сохранения структурно-функциональной целостности внутренней среды организма, при иммуновоспалительных ревматических заболеваниях (ИВРЗ) приобретает характеристики аутоиммунного ответа на продукты дезорганизации рыхлой волокнистой соединительной ткани со всеми вытекающими из этого последствиями.

В целом, взаимоотношения и взаимовлияния воспаления и реакций гиперчувствительности, аутоиммунитета, иммунодефицитных состояний остаются предметом исследований и неослабевающих дискуссий. Совершенно очевидна и практическая значимость указанных проблем. Индукция иммунного ответа (как врожденного, так и адаптивного) является следствием функциональной активации воспалительных клеток мезенхимного гистогенеза. Отсюда и положение, ставшее аксиомой: иммунологический гомеостаз – есть гомеостаз структурный [3].

Кардинальными признаками воспаления являются формирование под воздействием флогогенов зон первичной и вторичной альтерации, реакций микроциркуляторного русла, выхода жидкой части крови, биоорганических соединений, электролитов из сосудов в ткани – экссудации, скопление эмигрирующих клеток гематогенного происхождения и активация резидентных клеток in situ и исход указанных патологических процессов в виде развития склероза и фиброза или разрешения процесса с полной или неполной регенерацией клеток и тканей. При ревматических заболеваниях все указанные процессы могут находиться на разных стадиях своего развития и эта “разностадийность” обуславливает патоморфологическую картину воспаления на светооптическом уровне.

Эволюционная древность, широкая распространенность, этиологическая и патогенетическая гетерогенность, полиморфизм клинической картины обуславливают выделение различных видов воспаления. Один из них – это хроническое продуктивное воспаление (ХПВ). Исходя из общей схемы воспалительного процесса, ХПВ является третьей стадией воспаления, начинающейся уже на фоне экссудации и эмиграции клеток гематогенного происхождения и характеризующейся ключевым признаком – формированием клеточного воспалительного инфильтрата (КВИ). КВИ является важнейшим патогенетическим звеном при ИВРЗ. Состав инфильтрата формируется из клеток гематогенного происхождения и активированных резидентных клеток in situ.

Александр Александрович Богомолец (1881–1946), советский патофизиолог и общественный деятель, академик АН СССР. Автор теории физиологической системы соединительной ткани

К ним принадлежат клетки макрофагально-моноцитарного гистогенеза (оседлые Мф, моноциты крови), дендритные клетки (плазмоцитоидные ДК, миелоидные ДК, клетки Лангерганса), Т-лимфоциты, В-лимфоциты, нейтрофилы и эозинофилы крови, фибробласты, тучные клетки. Активация этих клеток, продукция и рецепция ими спектра провоспалительных цитокинов (IL-1α, IL-1β, IL-2, IL-8, TNF-α, TNF-β, IFN-α, IFN-β, IFN-γ и др.), группы провоспалительных хемокинов (СХС-хемокины (CXCL1- CXCL8), СС-хемокины (CCL1 – CCL16), IL-8 и др., факторов ангиогенеза (ангиогенные ростовые факторы – VEGF-A, ангиопоэтины 1 и 2, TGF-β), фактора роста гепатоцитов (HGF), тромбоцитарного ростового фактора (PDGFRα), а также все типы коллагенов, фибронектин и др. являются движущей силой формирования КВИ [91].

Плацдармом ИВРЗ является рыхлая волокнистая неоформленная соединительная ткань. В понимании патогенетической значимости этой ткани при воспалении заметное место отводится работам А. А. Богомольца, в которых он предложил объединить все клетки мезенхимного гистогенеза, способные к фагоцитозу, межклеточной кооперации и имеющие определённую гомеостатическую автономию в “физиологическую систему соединительной ткани” [2]. Другие названия этой системы – “ретикуло-эндотелиальная система” по К. А. Ашоффу, “активная мезенхима” по М. Яффе, “макрофагально-эндотелиальная система”, “система мононуклеарных фагоцитов” [1].

Необходимо отметить, что впервые научное обоснование роли “активной мезенхимы” в воспалительных процессах с позиций общей патологии представил основоположник клеточной иммунологии и автор фагоцитарной теории воспаления И. И. Мечников [7].

Важным физиологическим элементом гомеостаза этой ткани являются межклеточные и коллаген-клеточные взаимодействия. Речь идёт о клетках – продуцентах всех типов коллагена, эластина и других компонентах матрикса соединительной ткани, о взаимодействии между разными типами мезенхимных клеток и, как следствие, регуляции стромально-паренхиматозных соотношений, осуществляемых посредством сети хемо- и цитокинов. Хорошо документированы, в т. ч. электронно-микроскопически, макрофагально-лимфоцитарные, макрофагально-нейтрофильные, лимфоцитарно-нейтрофильные, макрофагально-фибробластические, нейтрофильно-фибробластические межклеточные контакты, также отмечено взаимодействие тучных клеток и эозинофилов с сосудистыми элементами, прежде всего, с эндотелиоцитами и все это происходит в основном веществе рыхлой волокнистой неоформленной соединительной ткани. В подобных межклеточных контактах и соответствующих функциональных следствиях проявляется сопряжение воспаления, регенерации и фиброза [6,12].

Илья Ильич Мечников (1845–1908), русский и французский иммунолог, микробиолог, эмбриолог и патолог. Основоположник клеточной иммунологии и фагоцитарной теории воспаления. Почётный член Петербургской АН (1902). Лауреат Нобелевской премии в области физиологии и медицины (1903)

Гистогенетическая гетерогенность КВИ, множественность межклеточных контактов, активное влияние на воспалительный процесс основного вещества и волокнистых структур соединительной ткани, функциональная разнонаправленность активированного состояния каждого типа клеток в составе КВИ и, соответственно, разные патофизиологические следствия для организма в целом, подчеркивают многокомпонентность, полисистемность, полисиндромность и этапность ХПВ. Защитно-репаративная сторона ХПВ есть, по сути, функция системы иммунитета. Наличие практически всех клеток иммунной системы в очаге воспаления, их активированное состояние, межклеточные контакты, секреция и рецепция цитокинов, хемокинов являются свидетельством иммунопатогенеза заболеваний, при которых патоморфологически идентифицируется КВИ.

Уникальность реактивности рыхлой волокнистой неоформленной соединительной ткани состоит в том, что воздействие различных флогогенов сопровождается однотипной реакцией этой ткани, в каких бы органах она не располагалась. На основании патоморфологической верификации фибриноидных изменений основного вещества соединительной ткани при различных нозологиях американский патолог P. Klemperer в 1950 г. предложил объединить их в группу болезней коллагена, или коллагенозов, а поражение соединительной ткани отнести за счет состояния гиперчувствительности иммунной системы организма [81]. Последующие многочисленные работы подтвердили патогенетическую обоснованность подобного объединения и доминирующее значение иммунного воспаления как в locus morbi, так и при системных проявлениях.

Пауль Клемперер (1887–1964), американский патолог, автор теории иммуновоспалительных коллагеновых (ревматических) болезней

Наиболее обоснованную, подкрепленную собственными наблюдениями, схему патоморфологических изменений при иммуновоспалительных (коллагеновых) болезнях представили А. И. Струков и А. Г. Берларян [13]. В соответствии с таким подходом общим признаком коллагеновых болезней является системная прогрессирующая дезорганизация рыхлой волокнистой неоформленной соединительной ткани с обязательным вовлечением в патологический процесс стенок сосудов. В настоящее время эти процессы определяются как ремоделирование соединительной ткани.

В целом, ремоделирование соединительной ткани является интегративным процессом, в который вовлекаются функциональная активность клеток воспалительного инфильтрата, процессы фиброгенеза, неоангиогенеза, дезорганизации внеклеточного матрикса, заживления ран, опухолевого роста [41,70].

Патоморфологически наиболее ранним признаком дезорганизации соединительной ткани является мукоидное набухание (слизистый отёк) основного вещества соединительной ткани вследствие накопления и перераспределения гиалуроновой кислоты, хондроитнсульфатов А, В, С, гепарина и др. с признаками разволокнения коллагенового каркаса, повышения гидрофильности ткани и сосудистой проницаемости. При продолжающемся воздействии триггеров патологического процесса очаги дезорганизации обогащаются белками плазмы крови, в т. ч. фибриногеном, и в совокупности, указанные биоорганические соединения обуславливают приобретение тканью тинкториальных свойств фибрина. Эта фаза определяется как фаза фибриноидных изменений. Гистохимические исследования биопсийного и операционного материалов дали основания для выделения следующих разновидностей фибриноидных изменений – фибриноид без фибрина, фибриноид с фибрином и фибриноидный некроз. Эта фаза является необратимой и на фоне проявлений дистрофических, некробиотических и некротических изменений соединительной ткани весьма вероятно появление антигенных детерминант, индуцирующих аутоиммунный ответ. Свидетельством подобного взгляда является обязательное присутствие следующей фазы – фазы клеточных реакций, которые можно интерпретировать в т. ч. и как организацию аутоиммунного ответа на ауто-АГ [126].