Inflammatory diseases of the pancreas: what new do we know about the mechanisms of their development in the 21st century?

Full Text

ICAMs – молекулы межклеточной адгезии

JAMs – молекулы адгезии соединения

В последние годы отмечается тенденция к росту заболеваемости острым и хроническим панкреатитом в популяции [1]. В недавно проведенном исследовании показано, что у 1/5 больных встречается рецидивирующий острый панкреатит, в то время как развитие хронического панкреатита происходило нечасто [2]. Среди основных причин формирования как рецидивирующего острого панкреатита, так и хронического панкреатита оказалось злоупотребление алкоголем, в то время как изолированный рецидивирующий острый панкреатит связан с курением и преобладал у лиц мужского пола [2]. Аналогичные данные по частоте встречаемости рецидивирующего острого панкреатита получены в другом исследовании, показавшем, что он встречается примерно в 25% случаев, а отказ от лечения билиарной патологии связан с повышенным риском рецидива [3]. При этом в детском возрасте ключевое значение в прогрессировании панкреатита имеют генетические факторы, в частности мутация SPINK1 достоверно связана с более быстрым прогрессированием острого рецидивирующего панкреатита, а наличие варианта из мутаций CFTR, SPINK1 или PRSS1 связано с более быстрым прогрессированием заболевания и переходом острого панкреатита в хронический [4]. В проведенном отечественном исследовании показано, что наличие мутаций в генах PRSS1 и SPINK1 оказывало влияние на формирование алкогольного и идиопатического панкреатита. При этом высокая встречаемость мутаций отмечена при муцинозной цистаденоме. Кроме того, в данном исследовании показано, что наиболее частое формирование кист отмечено при мутации в гене PRSS1, а также при ее комбинации с мутацией в гене SPINK1 N34S [5]. Имеются результаты, показавшие принципиально иную возможность развития хронического панкреатита, обусловленную мутацией гена, кодирующего липазу (carboxyl-ester lipase gene – CEL). Экспрессия CEL-HYB в клеточных моделях сопровождалась снижением липолитической активности и секреции, внутриклеточной аккумуляцией липазы и запускала процесс аутофагии, что показывает возможность развития хронического панкреатита, не связанную с дефектами протеазно-антипротеазной системы или нарушением проходимости протоков [6]. Согласно результатам проведенного исследования выявлена ассоциация полиморфизма (rs55754655) гена AOX1 с повышенным риском развития хронического панкреатита. Стратифицированный анализ по полу показал, что генотип А/G связан с формированием хронического панкреатита только у женщин. Также обнаружили, что курящие пациенты с генотипом A/G имели высокий риск развития хронического панкреатита [7]. В другом исследовании авторами впервые выявлена ассоциация полиморфизма (rs1800566) генотипа Т/Т гена NQO1 с повышенным риском развития острого панкреатита у мужчин. Также установили, что риск развития заболевания повышен у пациентов с генотипом Т/Т независимо от объема употребляемого алкоголя и длительности алкогольного анамнеза, а также у курящих и пациентов с генотипом С/Т при употреблении алкоголя более 10 лет, даже пьющих менее 199 г этанола в неделю [8]. Имеются данные, показавшие, что комбинация генотипов полиморфизмов 511СТ×174GC генов IL-1 и IL-6 ассоциирована с риском развития острого панкреатита. По данным стратифицированного анализа показано, что у курящих пациентов с генотипом 511СТ риск развития острого панкреатита выше, чем у пациентов с другими генотипами. Согласно результатам анализа парных сочетаний генотипов исследуемых генов с риском развития заболевания у пациентов с комбинацией генотипов 511СT×174GС выявлен повышенный риск развития острого панкреатита при наличии алкогольного анамнеза более 10 лет [9]. Результаты другого исследования показали, что частота аллеля С и генотипа С/С PEMT C/Тrs12449964 выше в группе пациентов с острым панкреатитом, а генотипа С/Т, наоборот, – в контрольной группе. При этом авторами делается заключение, что генотипы С/Т–Т/Т обладают протективным эффектом в отношении развития инфицированного панкреонекроза, гнойно-некротического перипанкреатита и тяжелой степени тяжести острого панкреатита и что нарушение процессов метилирования фосфатидилэтаноламина повышает чувствительность клетки к окислительному стрессу, что может привести к развитию острого панкреатита [10].

В проведенном исследовании показано, что при хроническом панкреатите характерны более высокие уровни цитотоксических лимфоцитов, лимфоцитов, способные к пролиферации и апоптозу, а также провоспалительных цитокинов (интерлейкин-6, фактор некроза опухоли α). Также выявили, что высокая степень выраженности иммунной реакции при панкреатите проявляется и на уровне антителообразования с секрецией высоких концентраций секреторного иммуноглобулина (Ig) E [11].

По результатам крупного метаанализа 14 исследований за период с 1966 по ноябрь 2014 г., в которых приняли участие в общей сложности 8492 пациента, отмечали, что у 10% пациентов с первым эпизодом острого панкреатита и у 36% пациентов с рецидивирующим острым панкреатитом развивается хронический панкреатит, а риск его формирования оказался выше среди курильщиков, алкоголиков и лиц мужского пола [12]. Исходя из этого, особый интерес возникает в поиске потенциальных механизмов формирования острого, острого рецидивирующего и хронического панкреатита для того, чтобы понять, какие факторы способствуют прогрессии, а какие, наоборот, сдерживают развитие активного воспалительного процесса. В последние годы с совершенствованием лабораторной диагностики, появлением экспериментальных работ расширилось понимание тонких патогенетических механизмов, лежащих в основе воспалительных заболеваний поджелудочной железы.

Одним из компонентов, играющих роль в развитии воспалительных заболеваний поджелудочной железы, являются плотные соединения, которые представляют собой апикальные структуры соседних ячеек и представлены трансмембранными белками окклюдином, клаудином и молекулами адгезии соединения (JAMs), а также связанными с ними цитоплазматическими Zo-белками [13]. В экспериментальных исследованиях показано, что нарушение плотных соединений эпителия поджелудочной железы быстро включается в патогенез острого панкреатита, приводя к усилению отека в паренхиме [14]. Кроме того, в эксперименте показано, что системное воспаление, возникающее при остром панкреатите, сопровождается подавлением экспрессии белков плотного соединения в кишечнике, что сопровождается нарушением функционирования кишечного барьера и развитием бактериальной транслокации [15]. Одним из первых белков, подверженных деградации на самой ранней стадии развития экспериментального острого панкреатита, является окклюдин, что сопровождается нарушением герметичных соединений и увеличением парацеллюлярной проницаемости с появлением интерстициального отека [16]. Дополнительно указывают на роль окклюдина в механизмах развития экспериментального острого панкреатита результаты исследования, показавшие, что введение животным эмодина (1,3,8-тригидрокси-6-метил-антрахинона), производного антрахинона травы Radix et Rhizoma Rhei, произрастающей в Китае, сопровождалось подавлением продукции провоспалительных цитокинов, снижением экспрессии окклюдина в поджелудочной железе, тем самым способствуя снижению панкреатической парацеллюлярной проницаемости и защитным действием против экспериментального острого повреждения поджелудочной железы у крыс [17].

Определенное значение в развитии воспалительных процессов в поджелудочной железе имеют плотные контакты эпителиальных клеток, составляющие их апикальную часть (zonula occludens).

В ранее проведенных экспериментальных исследованиях показано, что у животных с церулининдуцированным панкреатитом при окраске ткани Zonula occludins 1 в панкреатических протоковых клетках подвергались выраженной дезорганизации уже через 30 мин, что сопровождалось увеличением парацеллюлярной проницаемости [18]. Аналогичные результаты получены в другом исследовании, также показавшем при окрашивании ткани, выраженную деструктуризацию Zonula occludins 1 в апикальных мембранах интралобулярных, протоковых и ацинарных клеток через 30 мин после субмаксимальной стимуляции с помощью церулина [16].

В последние годы выявлено участие в механизмах формирования воспалительных заболеваний поджелудочной железы JAM, которые представляют собой IgG-подобное семейство трансмембранных компонентов плотных соединений, состоящих из JAM типа A, B, и C, встречающихся как на плотных контактах, так и на поверхности лейкоцитов, способствуя их трансэндотелиальной миграции [19]. Относительно влияния молекул адгезии на развитие панкреатита имеются противоречивые данные. В экспериментальном исследовании показано, что JAM-C накапливается в кровеносных сосудах поджелудочной железы, при этом не увеличиваясь в ацинарных и протоковых клетках при церулининдуцированном остром панкреатите, а применение антител к JAM-C приводило к торможению инфильтрации лейкоцитами воспаленного участка поджелудочной железы, тем самым снижая выраженность острого панкреатита [20]. В то же время в другом исследовании отмечено, что при церулининдуцированном панкреатите уменьшение экспрессии JAM-C коррелировало с повреждением легких, из чего делается вывод, что дефицит JAM-C усугубляет повреждение легких и усиливает системное воспаление. Следовательно, снижение экспрессии JAM-C может способствовать развитию ассоциированного с острым панкреатитом острого повреждения легких путем стимулирования обратной трансэндотелиальной миграции нейтрофилов [21]. Таким образом, требуется проведение дополнительных исследований для оценки роли молекул адгезии соединения в механизмах формирования панкреатита.

Определенная роль в механизмах формирования острого экспериментального панкреатита отводится клаудинам, семейство которых состоит из не менее чем 24 членов трансмембранных компонентов плотных соединений [13]. В ткани здоровой поджелудочной железы в протоковых и ацинарных структурах содержатся клаудины-1, 2, 3, 4, 5, 7 [22]. На сегодняшний день в экспериментальном исследовании убедительно показано, что показатели мРНК клаудина-4 и -7 значительно повышались у мышей с церулининдуцированным острым панкреатитом, при этом ацинарные клетки демонстрировали выраженную иммунореактивность для клаудина-4, что может отражать реакцию ацинарных клеток на репарацию и восстановление плотных соединений в ответ на повреждение [23]. Защитное действие клаудинов в отношении развития острого экспериментального панкреатита также подтверждено в другом исследовании, в котором введение эмодина животным способствовало экспрессии панкреатического клаудина-5 и тем самым оказывало защитное действие в отношении развития острого воспалительного процесса в поджелудочной железе [24].

В последние годы помимо плотных соединений в механизмах формирования воспалительных заболеваний поджелудочной железы отводится место молекулам адгезии (адгезивным соединениям). Данные соединения расположены ниже плотных соединений и участвуют в процессах морфогенеза тканей, запуска и стабилизации клеточно-клеточной адгезии, гомеостазе и сигнальной трансдукции [25].

Одним из представителей молекул адгезии является α-катенин, который относится к цитоплазматическим компонентам адгезивных соединений и связывается с β-катенином. В экспериментальных исследованиях отмечено, что уровень белка α-катенина снижался у экспериментальных животных с церулининдуцированным острым панкреатитом через 4 и 12 ч после инъекции церулина [26], что указывает на возможную роль α-катенина в патогенезе панкреатита. Вместе с тем требуется проведение дополнительных исследований, чтобы прояснить точное место α-катенина в механизмах формирования воспалительных заболеваний поджелудочной железы.

Гораздо больше данных относительно участия в механизмах формирования панкреатита получены для β-катенина, который находится в связи с C-концевым цитоплазматическим доменом Е-кадгерина и α-катенином. В экспериментальных работах установлено, что блокада β-катенина в поджелудочной железе приводила к формированию ее гипоплазии, потере экзокринных клеток, обширным участкам фиброза и воспалительной клеточной инфильтрации [27]. Усиление же функциональной активности β-катенина у экспериментальных мышей в раннем эмбриональном возрасте приводило к нарушению работы поджелудочной железы и образованию множественных крупных кист. Активация β-катенина на более поздней эмбриональной стадии приводила к увеличению размеров поджелудочной железы у экспериментальных животных [28].

Одним из наиболее изученных представителей адгезивных соединений является Е-кадгерин, который представляет собой Са²-зависимый белок адгезии из семейства кадгерина. Результаты экспериментальных исследований показали, что уровень мРНК Е-кадгерина при экспериментальном церулининдуцированном панкреатите через 24 ч после инъекции препарата значительно повышался, при этом ацинарные клетки характеризовались сильной иммунореактивностью к Е-кадгерину у экспериментальных мышей [23]. В другом исследовании отмечено, что уровень Е-кадгерина значительно повышался у крыс с выраженным острым панкреатитом через 24 ч после внутрибрюшинного введения L-аргинина [29]. Предполагается, что повышение уровня Е-кадгерина является защитной реакцией, способствующей восстановлению клеточно-клеточных отношений ацинарных клеток поджелудочной железы.

Другим представителем семейства адгезивных соединений является Р120-катенин, который связывается с юкстамембранной областью цитоплазматической части Е-кадгерина [30]. Предполагается, что процесс фосфорилирования Р120-катенина связан с нарушением адгезионных соединений при панкреатите [31]. В экспериментальном исследовании, проведенном на мышах, у которых удален специфичный для поджелудочной железы Р120-катенин, показано, что условное удаление функции Р120-катенин в поджелудочной железе приводило к образованию расширенных эпителиальных канальцев на неонатальной стадии и индуцировало инфильтрацию CD45-позитивными воспалительными клетками паренхимы поджелудочной железе, которая напоминала железу при хроническом панкреатите. На этом основании сделан вывод, что Р120-катенин играет решающую роль в тубулогенезе и развитии поджелудочной железы [32].

Не менее важное значение в развитии воспалительных процессов в ткани поджелудочной железы отводится селектинам и молекулам межклеточной адгезии (ICAMs), которые экспрессируются на мембранах лейкоцитов и эндотелиальных клеток, а также играют роль в адгезии и свертывании лейкоцитов в кровеносных сосудах [33]. Данная функциональная особенность имеет важное значение для запуска воспаления не только в паренхиме поджелудочной железы, но и в отдаленных органах, запуская процесс системного воспаления и полиорганной недостаточности при тяжелом остром панкреатите. Как известно, тяжелый острый панкреатит может привести к острой дыхательной недостаточности – панкреатитассоциированному повреждению легких, и семейство селектинов, в частности Р-селектин, участвует в прогрессии данного критического состояния [34]. Антитела против Р-селектина способствуют предотвращению нейтрофильной инфильтрации в паренхиме поджелудочной железы и, как следствие, снижению воспаления и некроза тканей [35]. Как показано, не все представители семейства селектинов оказывают выраженное провоспалительное действие. Наиболее сильным провоспалительным потенциалом характеризуются Е-селектин и Р-селектин, уровни которых повышены при тяжелом остром панкреатите, и поэтому они могут служить биомаркерами тяжести заболевания, более высокой смертности, более длительных сроков госпитализации и предикторами развития панкреонекроза [36]. Что касается уровня L-селектина, то отмечено, что он не коррелировал с выраженностью острого панкреатита [37].

Биологическая роль молекул межклеточной адгезии (ICAMs) заключается в том, что, являясь важными мембранными гликопротеинами, они способствуют присоединению стимулированных цитокинами лейкоцитов к эндотелиальным клеткам и запускают процесс их трансэндотелиальной миграции [38]. В проведенном исследовании отмечали, что уровень ICAM-1 в сыворотке крови повышался при остром панкреатите, особенно при его тяжелом течении и у пациентов с некротизирующим панкреатитом [39]. Более того, повышенный сывороточный уровень ICAM-1 коррелировал с более высоким уровнем смертности и развития панкреонекроза у пациентов [40]. В экспериментальном исследовании показано, что введение анти-ICAM-1 антител крысам с острым панкреатитом сопровождалось значительным усилением кровотока в поджелудочной железе, уменьшением свертываемости лейкоцитов и стабилизацией проницаемости капилляров [41]. Более того, даже блокирование ICAM-1 у экспериментальных животных с острым панкреатитом сопровождается снижением внутрикапиллярного накопления лейкоцитов [42]. Помимо Р-селектина, ICAMs также могут участвовать в развитии острой дыхательной недостаточности – панкреатитассоциированного повреждения легких, являясь предиктором данного критического состояния [34]. Назначение антител к ICAM-1 сопровождается значительным снижением частоты повреждения легких при экспериментальном остром панкреатите [43]. При оценке экспрессии молекулы сосудистой адгезии PECAM-1 (CD31) у пациентов с острым панкреатитом различной степени тяжести в ΙА фазу развития заболевания выявлено, что процент СD31-экспрессирующих лимфоцитов зависит от тяжести острого панкреатита. При исходно тяжелой форме заболевания происходило усиление процесса трансэндотелиальной миграции лимфоцитов в очаг формирования некроза в ткани поджелудочной железы [44].

Заключение

Поражения поджелудочной железы могут варьировать от острого до острого рецидивирующего и хронического панкреатита у различных пациентов. Безусловно, представляет значимый клинический интерес поиск новых высокоинформативных маркеров, отражающих динамику воспалительных и противовоспалительных процессов, возникающих при любом конкретном случае панкреатита для прогнозирования течения заболевания, риска развития системных осложнений, статификации степени тяжести воспалительного процесса. Активно изучаемые в XXI в. маркеры плотных соединений, адгезивных соединений, молекул межклеточной адгезии могут являться после систематизации результатов исследований потенциальными кандидатами для диагностики воспалительных заболеваний поджелудочной железы и прогнозирования их течения.

About the authors

Vadim A. Akhmedov

Omsk State Medical University, Omsk, Russia

Author for correspondence.
Email: v_akhmedov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7603-8481

д.м.н., проф., зав. каф. медицинской реабилитации дополнительного профессионального образования

Russian Federation, 12, Lenin street, Omsk, 644099

Olga V. Gaus

Omsk State Medical University

Email: v_akhmedov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9370-4768

к.м.н., доц. каф. факультетской терапии, профессиональных болезней

Russian Federation, 12, Lenin street, Omsk, 644099

References

Supplementary files