Влияние бронхиальной астмы на экспрессию рецепторов TLR2 и TLR4 и функциональную активность клеток крови

Автор: Радзюкевич Ярослав Вадимович

Соавторы: Косякова Нинель Ивановна, д. м. н., Прохоренко Изабелла Рувимовна, д. б. н.

ФИЦ ПНЦБИ РАН – ИФПБ РАН, БПНЦ РАН

Россия, Пущино

Бактериальные инфекции вызывают обострение астмы, ускоряя прогрессирование болезни и снижая выживаемость пациентов. Основные компоненты грамотрицательных и грамположительных бактерий – липополисахариды (ЛПС) и липотейхоевые кислоты (ЛТА) – связываются рецепторами TLR4 и TLR2 соответственно [1]. Активация этих рецепторов может лежать в основе патофизиологии многих заболеваний человека, включая бронхиальную астму (БА) и аутоиммунные заболевания [2]. Считается, что TLR2 и TLR4 участвуют в хроническом слабом воспалении при астме, однако их экспрессия на иммунных клетках пациентов с астмой слабо изучена [3]. Можно предположить, что изменение экспрессии рецепторов на поверхности иммунных клеток может регулировать силу иммунного ответа на ЛПС и ЛТА. Цель работы – оценка уровня экспрессии и функциональной активности TLR2 и TLR4 у пациентов с бронхиальной астмой. 

Исследования проводили на периферической крови 9 пациентов с диагнозом «Бронхиальная астма» отделения иммунологии БПНЦ РАН. Кровь забирали из локтевой вены, в качестве антикоагулянта использовали гепарин. Уровень экспрессии исследуемых рецепторов определяли по изменению интенсивности флуоресценции (MnIX, усл. ед.). Значения нормировались по автофлуоресценции немеченых клеток. Функциональную активность иммунных клеток определяли методом твёрдофазного ИФА по количеству провоспалительных цитокинов (TNF-a, IL-1b, IL-6, IL-8) в сыворотке крови ответ после активации цельной крови ЛПС из E.coli или ЛТА из S.pyogenes. Контрольной группой являлись 9 условно-здоровых доноров. Достоверность отличий рассчитывалась с помощью непараметрического критерия Манна-Уитни.

Результаты исследований показали, что на поверхности иммунных клеток как условно-здоровых доноров, так и пациентов с БА, экспрессируется значительно больше TLR2, чем TLR4. Разница в уровне экспрессии этих рецепторов зависела от типа клеток. На нейтрофилах экспрессируется примерно в 2 раза больше TLR2, чем TLR4 (1,3 и 2,6 MnIX соответственно), а на моноцитах в 8 раз. Наличие в анамнезе БА достоверно не влияло на экспрессию исследуемых рецепторов на нейтрофилах. На моноцитах пациентов с БА наблюдалось усиление экспрессии TLR4 (с 1,8 MnIX до 2,3 и 1,8 MnIX соответственно). Экспрессия TLR2 на моноцитах пациентов с БА снижалась на 27% по сравнению с условно-здоровыми донорами. 

Отсутствие изменения экспрессии исследуемых рецепторов на нейтрофилах может указывать на незначительное участие этих клеток в синтезе провоспалительных цитокинов и развитии астмы. Увеличение уровня экспрессии TLR4 на моноцитах может указывать на значительную роль липополисахаридов – основных индукторов TLR4-зависимого иммунного ответа – в фоновом слабом воспалении, характерном для развития астмы.

Для оценки функциональной активности TLR2 и TLR4 нами исследовались особенности синтеза провоспалительных цитокинов TNF-α, IL-6, IL-1β и хемокина IL-8 в ответ на ЛПС E.coli или ЛТА S.pyogenes у пациентов с бронхиальной астмой и условно-здоровыми донорами. Значимых уровней провоспалительных цитокинов и хемокина не обнаружено в крови здоровых доноров и пациентов. В ответ на эндотоксин наблюдается значительное усиление синтеза TNF-α клетками крови доноров и пациентов с БА. Клетки крови пациентов продуцировали значительно больше цитокина, чем клетки крови условно-здоровых доноров. (8036 и 3556 пг/мл соответственно). Экспрессия других исследуемых цитокинов в ответ на ЛПС E.coli у пациентов и условно-здоровых доноров достоверно не различалась. В ответ на липотейхоевую кислоту клетки крови пациентов с БА экспрессировали значительно большее количество TNF-α (в 4,5 раза) и IL-6 (в 1,7 раза) по сравнению с условно-здоровыми донорами. Экспрессия IL-1β и хемокина IL-8 в ответ на ЛТА у пациентов с БА и условно-здоровых доноров достоверно не отличались. 

Моноциты пациентов с бронхиальной астмой экспрессируют значительно больше рецепторов TLR2 и TLR4. Усиление экспрессии этих рецепторов может обуславливать более чем двукратное усиление синтеза быстрого провоспалительного цитокина TNF-a в ответ на ЛПС или ЛТА. Кроме того, в ответ на ЛТА усиливается синтез IL-6. Отсутствие достоверного увеличения количества IL-1β может быть связано с более сложным и долгим путём его синтеза. Незначительное снижение экспрессии IL-8 в ответ на эндотоксин и отсутствие изменения синтеза этого хемокина в ответ на ЛТА могут быть связаны с такими же тенденциями в экспрессии соответствующих рецепторов на нейтрофилах как основных продуцентах этого хемокина. Как и в экспрессии TLR2 и TLR4, так и в синтезе IL-8, наблюдаемые различия не достигают статистической значимости.

Изменения цитокинового профиля у пациентов с астмой в стадии ремиссии при активации клеток крови эндотоксином или липотейхоевой кислотой показывают, что при наличии в анамнезе БА возрастает риск неадекватного иммунного ответа на бактериальные компоненты.

Список использованной литературы

1. Mat Z. et al. Effect of lipoteichoic acid on IL-2 and IL-5 release from T lymphocytes in asthma and COPD // International immunopharmacology. – 2012. – Т. 13. – №. 3. – С. 284-291. 

2. Lucas K., Maes M. Role of the Toll Like receptor (TLR) radical cycle in chronic inflammation: possible treatments targeting the TLR4 pathway // Molecular neurobiology. – 2013. – Т. 48. – №. 1. – С. 190-204.

3. Ferreira D. S. et al. Toll-like receptors 2, 3 and 4 and thymic stromal lymphopoietin expression in fatal asthma // Clinical & Experimental Allergy. – 2012. – Т. 42. – №. 10. – С. 1459-1471.