CC BY
67
№ 5 - 2014 г.
14.00.00 медицинские и фармацевтические науки УДК 616.24-002-092:616.24-007.63
ОСОБЕННОСТИ ПАТОГЕНЕЗА ФИБРОЗИРОВАНИЯ ПРИ БУЛЛЕЗНОЙ
БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ
М. Г. Пустоветова. Ю. В. Чикинев, К. А. Пионтковская. Е. А. Дробязгин, Е. Н. Самсонова
ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава
России (г. Новосибирск)
Цель: определить патогенез фиброза легочной ткани у пациентов с буллезной болезнью легких. Материалы и методы. Исследована плазма и бронхоальвеолярная жидкость 38-ми оперированных пациентов с буллезной болезнью легких (VEGF и TGF-|31). Результаты. VEGF и TGF-|31 во 2-й группе обратно пропорциональны (г = 0,522) и прямо пропорционально (г = 0,722) на 3-и сутки после операции. В 1-й группе содержание TGF-|31 плазмы обратно пропорционально содержанию TGF-|31 БАЛЖ (г = —0,516, р = 0,18), корреляций во 2-й группе в содержании TGF-|31 не выявлено. Заключение. Механизм фиброзирования у пациентов группы торакотомии протекает более активно. Механизмы требуют дальнейшего тщательного анализа и изучения.
Ключевые слова: фиброз легких, трансформирующий фактор роста |31 (TGF-|31), эндотелиальный фактор роста (VEGF), торакоскопия, торакотомия, плеврэктомия.
Пустоветова Мария Геннадьевна — доктор медицинских наук, профессор кафедры патологической физиологии и клинической патофизиологии, заведующий Центральной научно-исследовательской лаборатории ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: patophisiolog@mail.ru
Чикинев Юрий Владимирович — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой госпитальной и детской хирургии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: chikinev@inbox.ru
Пионтковская Кристина Анатольевна — аспирант кафедры патологической физиологии и клинической патофизиологии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: kristinapiontkovskaya@gmail.com
Дробязгин Евгений Александрович — доктор медицинских наук, доцент кафедры госпитальной и детской хирургии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: evgenyidrob@yandex.ru
Самсонова Елена Николаевна — доктор медицинских наук, профессор, заведующий учебной частью кафедры патологической физиологии и клинической патофизиологии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: elena-samsonova@mail.ru
Введение. Легочный фиброз — прогрессирующее заболевание, патоморфологическим исходом которого является рубцевание легочной ткани, при этом в настоящий момент отсутствует эффективное предотвращение и лечение легочного фиброза [5]. Патоморфологическим результатом процессов фиброзирования в легких является буллезная эмфизема [2]. Фиброзирование легочной ткани — процесс необратимый, который можно только предупреждать или приостанавливать на ранних стадиях [5, 7, 8]. Специфического лечения легочного фиброза не существует. Методом выбора оперативного лечения буллезной трансформации легких являются операции типа «volume reduction» или в качестве паллиативных мер используется химический плевродез [1, 2], а в случаях, когда фибротически трансформируется вся легочная ткань обоих легких, необходима трансплантация легочно-сердечного комплекса.
Учитывая то, что молекулярно-биологические основы развития легочного фиброза изучены недостаточно [6, 8], существует большая вероятность, что трансплантация легочно-сердечного комплекса не сможет решить проблемы необратимой трансформации ткани легких.
Фибробласты — это наиболее многочисленные клетки соединительной ткани, являющиеся основным источником экстрацеллюлярного матрикса (ЭЦМ), который, в свою очередь, и является основной характеристикой этой ткани. Путь трансформации фибробласта включает классические сигнальные пути развития и удивительное множество клеток-предшественников — и наиболее примечательные из них — это миофибробласты, которые являются вершиной фибротического фенотипа. Миофибробласты обеспечивают повышенную продукцию ЭЦМ, производя по причине конституциональных особенностей, и являются очень чувствительными к действию цитокинов, хемокинов и факторов роста, а также обладают сократительным аппаратом, позволяющим им манипулировать волокнами ЭЦМ с целью закрытия открытых ран. В добавление к функции продукции ЭЦМ фибробласты имеют множество сопутствующих биологических ролей, таких как восстановление ран, воспаление и ангиогенез, которые, в свою очередь, очень тесно связаны с процессами фиброзирования. И хотя превалирующие методы современного лечения фиброза включают неспецифическую иммуносупрессивную и антипролиферативную терапию, множество вариантов потенциальных методов терапии фиброза преследуют таргетную фибробластическую терапию [4].
Эндотелиальный фактор сосудистого роста (VEGF)-D, один из членов VEGF-семьи, индуцирует как ангиогенез, так и лимфангиогенез посредством активирования VEGF рецептора-2 (VEGFR-2) и VEGFR-3 на поверхности эндотелиальных клеток. Трансформирующий фактор роста TGF-1 показал свое стимулирующее действие на экспрессию VEGF-A в фибробластах человеческого легкого через Smad3 сигнальный путь и индуцирующее действие на VEGFC в человеческих проксимальных тубулярных эпителиальных клетках. Однако воздействие TGF-1 на VEGF-D регуляцию остаются неизвестными [3]. С целью исследования регуляции VEGF-D человеческие легочные фибробласты подвергались изучению в профибротических условиях in vitro и легочная ткань — в условиях идиопатического легочного фиброза (ИЛФ). Было установлено, что TGF-1 подавляет экпрессию VEGF-D с дозо- и времязависимым эффектом в легочных фибробластах человека. Этот эффект TGF-1 может быть блокирован ингибиторами TGF-типа I рецептора киназы и Jun NH2-терминальной киназой (JNK), но не Smad3 блокированием. В добавление, VEGF-D блокирование в легочных
фибробластах человека индуцирует G1/S переход и промотирует пролиферацию клеток. Важно отметить, что экспрессия протеина VEGF-D снижается в гомогенатах легких от пациентов с идиопатическим фиброзом легких в сравнении с контрольным легким. В секционных материалах легких, пораженных ИЛФ, локусы с фибробластами показывают очень слабую VEGF-D иммунореактивность, в то время как VEGF-D выражено экспрессирован в альвеолярных интерстициальных клетках контрольного легкого. Таким образом, приведенные данные указывают на совершенно новый механизм в понимании ремоделирования легочной ткани [3].
Материалы и методы. Дизайн исследования — поперечное нерандомизированное, когортное уницентровое контролируемое исследование. Основные критерии включения в настоящие исследование: наличие данных компьютерной томографии органов грудной клетки с характерной рентгенологической картиной поражения легких и плевры и/или наличие спонтанного пневмоторакса в анамнезе и/или рецидивирующих пневмотораксов; выполненное оперативное лечение в объеме торакоскопии или торакотомии; плеврэктомии и иссечения булл в отделении торакальной хирургии. В исследование не включались пациенты с тяжелой сопутствующей патологией. Способ оперативного лечения выбирался на основании проводимого дообследования и возможности проведения однолегочной вентиляции (торакоскопия) и технической доступности булл для деструкции и резекции. Все пациенты не имели каких-либо сопутствующих заболеваний, требовавших диспансерного наблюдение.
Объект исследования: плазма 38-ми оперированных пациентов и бронхоальвеолярная жидкость, полученные центрифугированием не менее 10 мин с ускорением 4000 G. Проведение исследования было одобрено на базе ГБУЗ НСО «Государственная Новосибирская областная клиническая больница» решением Этического комитета от 04 июня 2012 года, протокол № 5. При оперативном лечении способ анестезии был одинаковым у всех пациентов — тотальная внутривенная анестезия в сочетании с однолегочной искусственной вентиляцией. Все пациенты по способу оперативного лечения были разделены на 2 группы: 1-я группа — торакоскопия с плеврэктомией, 28 пациентов, 2-я группа — торакотомия с плеврэктомией, 10 пациентов. В группу контроля вошли 32 здоровых волонтера (доноры). Средний возраст в контрольной группе составил 54,2 ± 4,3 года. Каждый из волонтеров не состоял на диспансерном учете по поводу какого-либо хронического заболевания, проходил каждые полгода диспансеризацию, у волонтеров отсутствовали хронические и острые воспалительные процессы, каждый из волонтеров являлся донором.
Были исследованы концентрации VEGF и TGF-ß1 до и после проведения оперативного лечения. Определялось содержание фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) и трансформирующего фактора роста ß1 (TGF-ß1). Для определения содержания VEGF была использована тест-система «ИФА-Бест», Россия, нормальные значения — 10-246 пг/мл. Для определения содержания TGF-ß1 был использован набор «Bender MedSystems», нормальные значения — 154,6-491,9 пг/мл.
Результаты исследования регистрировали на планшетном спектрофотометре Multiskan Spectrum в единицах оптической плотности. Забор образцов крови производился до оперативного лечения, на 1-е и 5-е сутки после оперативного лечения. Помимо крови забиралась бронхоальвеолярная жидкость в день проведения оперативного лечения. Сбор происходил на операционном столе, когда пациент уже находился в состоянии седации. Образцы бронхоальвеолярной лаважной жидкости (БАЛЖ) также подвергались центрифугированию с целью седиментации клеточных элементов и исследования
цитокинового спектра БАЛЖ.
Для обработки полученных результатов применялись непараметрические критерии. Статистическая значимость результатов оценивалась с помощью двухвыборочного знаково-рангового критерия Уилкинсона для парных выборок. С целью выявления наиболее информативного комплекса признаков осуществлялся корреляционный анализ, при этом достоверность всех указанных корреляционных связей оценена p < 0,05. Коэффициенты корреляции проверялись непараметрическим критерием Спирмена.
Собственно статистическая обработка полученных в ходе исследования данных проводилась с использованием программного пакета для статистической обработки SPSS v15.0.
Результаты и их обсуждение. В группе пациентов с торакоскопией наиболее интересным оказался тот факт, что содержание TGF-ß1 плазмы обратно пропорционально содержанию TGF-ß1 БАЛЖ (г = —0,516, p = 0,18), при этом никаких корреляций в группе с торакотомией в содержании TGF-ß1 не выявлено. Вероятно, данный феномен может быть связан с определенной декомпенсаций молекулярных механизмов регуляции процессов фиброзирования — в группе с торакотомией фиброз легких, как правило, являлся более выраженным, что приводило к необходимости расширенного оперативного доступа к зонам поражения легких.
После оперативного лечения на 3-и сутки в группе пациентов, которым выполнялась торакотомия, уровень VEGF в плазме крови был статистически выше контрольных значений — в 1,6 раза выше нормы (р < 0,05), но в 1,5 раза меньше, чем в группе пациентов, которым выполнялась торакоскопия (р < 0,05). Повышение содержания VEGF в 1-й группе с 1-х на 3-и сутки было достоверным (p = 0,018), как и во 2-й группе (p = 0,01). Следовательно, у пациентов, вошедших в 1-ю группу настоящего исследования, наблюдается более интенсивное течение фибротических процессов после оперативного лечения.
По результатам настоящего исследования выявлено, что способ хирургического лечения пациентов достоверно влияет (p = 0,02 в группе торакотомии, p = 0,04 в группе торакоскопии) на содержание в плазме TGF-ß1. При изучении патогенеза любого патологического процесса необходимо выявление «причинно-следственных» связей. Проведенный корреляционный анализ исследуемых показателей позволил выявить дополнительные критерии формирования фиброза легочной ткани. Корреляционный анализ содержания VEGF и TGF-ß1 в группе пациентов с торакотомией выявил наличие обратно пропорциональной взаимосвязи со значением г = 0,522, меняющей свою силу до прямо пропорциональной связи со значением г = 0,722 на 3-и сутки после операции.
В группе пациентов с использованием основного метода оперативного лечения — торакоскопии — до начала лечения наблюдается достоверная прямо пропорциональная корреляционная взаимосвязь VEGF и TGF-ß1 со значением г = 0,467. В этой группе после проведенного лечения на 3-и сутки корреляционная взаимосвязь остается прямой, но увеличивается ее сила до значения г = 0,864. Таким образом, повышение концентрации TGF-ß1 в данной группе не вызывает снижения концентрации VEGF. Увеличение TGF-ß1 плазмы у этих пациентов приводило к снижению TGF-ß1 БАЛЖ. Это, вероятно, является показателем того, что процесс фиброзирования легочной ткани можно считать приостанавливаемым в данной группе пациентов.
Приняв модель ИЛФ как фундаментальную в трактовании буллезной болезни легких, можно предположить, что до начала оперативного лечения у пациентов с торакотомией
имелось характерное для идиопатического фиброза легких отсутствие супрессии VEGF, формирующейся высокими концентрациями TGF-ß1 в плазме крови. Следовательно, down-регуляция у этой группы пациентов была недостаточной.
Интересным оказался тот факт, что в группе торакоскопии содержание плазмы VEGF также было высоким, однако при этом существовала слабая прямо пропорциональная связь с содержанием TGF-ß1, что несколько противоречит современным представлениям о развитии ИЛФ. Более того, снижение содержания TGF-ß1 после оперативного лечения было связано с повышением содержания VEGF. Механизм данного явления подлежит дальнейшему изучению. Используя современную модель ИЛФ, мы можем предположить, что в послеоперационном периоде фибротическая трансформация легочной ткани у этих пациентов протекает более активно.
Выводы
1. Уровень сосудистого эндотелиального фактора плазмы крови пациентов с буллезной болезнью легких достоверно выше, чем в группе контроля, что может указывать
на активно протекающий процесс ремоделирования легочной ткани, связанный с активно текущими процессами хронического воспаления у этих пациентов.
2. У пациентов, которым выполнялась торакотомия с плеврэктомией, показатели сосудистого эндотелиального фактора были выше до и после оперативного лечения
по сравнению с группой пациентов, которым выполнялась торакоскопия, что указывает на вероятно более активно протекающий процесс ремоделирования легочной ткани в послеоперационном периоде.
3. Увеличение TGF-ß1 плазмы в группе торакоскопии приводило к снижению
TGF-ß1 БАЛЖ; это, вероятно, является показателем того, что процесс фиброзирования легочной ткани можно считать приостанавливаемым в данной группе пациентов.
4. Корреляций в группе торакотомии между TGF-ß1 плазмы и БАЛЖ не выявлено, что может быть связано с определенной декомпенсацией молекулярных механизмов регуляции процессов фиброзирования — в группе с торакотомией фиброз легких, как правило, является более выраженным, что приводит к необходимости расширенного оперативного доступа к зонам поражения легких.
5. Дальнейшее уточнение механизмов, с помощью которых VEGF проявляет свои интрацеллюлярные функции, а также взаимосвязь содержания TGF-ß1 плазмы и БАЛЖ, может способствовать разработке новой таргетной терапии заболеваний легких.
Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ молодым ученым МД-3312.2014.7.
Список литературы
1. Акопов А. Л. Спонтанный пневмоторакс (хирургические аспекты) / А. Л. Акопов,
B. В. Варламов ; под ред. акад. РАМН проф. Н. А. Яицкого. — СПб. : Изд-во СПбГМУ, 2009. — 20 с.
2. Варламов В. В. Хирургическое лечение эмфиземы легких / В. В. Варламов, А. Л. Акопов ; под ред. акад. РАМН проф. Н. А. Яицкого. — СПб. : Изд-во СПбГМУ, 2009. — 24 с.
3. Transforming Growth Factor-ß1 Downregulates Vascular Endothelial Growth Factor-D Expression in Human Lung Fibroblasts via the Jun NH2-Terminal Kinase Signaling Pathway / Y. Cui [et al.] // Mol. Med. — 2014, Mar. 20. — Vol. 20 (1). — Р. 120-34.
4. Kendall R. T. Fibroblasts in fibrosis : novel roles and mediators / R. T. Kendall,
C. A. Feghali-Bostwick // Front Pharmacol. — 2014, May 27. — Vol. 5. — Р. 123.
5. Meltzer E. B. Idiopathic pulmonary fibrosis / E. В. Meltzer, P. W. Noble // Orphanet J. Rare
Dis. [serial on the Internet]. — 2008. — Vol. 3. — P. 8.
6. Phan S. H. The myofibroblast in pulmonary fibrosis / S. H. Phan // Chest. — 2002. — Vol. 122.
— P. 286S—289S.
7. Adenovector-mediated gene transfer of active transforming growth factor-betal induces prolonged severe fibrosis in rat lung / P. J. Sime, Z. Xing, F. L. Graham [et al.] // J. Clin. Invest. — 1997. — Vol. 100. — P. 768-776.
8. The Endothelial Cell Research Series. A series of significant reviews of basic and clinical research related to the endothelium / J. M. Tschopp [et al.] ; Edited by Gabor M. Rubanyi.
— Berlex, 2004. — 293 p.
FEATURES OF PATHOGENESIS OF FIBROSIS AT BULLOUS LUNG
DISEASE
M. G. Pustovetova. Y. V. Chikinev. K. A. Piontkovskaya. E. A. Drobyazgin. E. N. Samsonova
SBEIHPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health» (Novosibirsk c.)
Purpose: to determine pathogenesis of fibrosis of pulmonary tissue at patients with bullous lung disease. Materials and methods. Plasma and bronchoalveolar liquid of 38 operated patients with bullous lung disease (VEGF and TGF-|1) is researched. Results. VEGF and TGF-|1 in the 2nd group are inversely proportional (r = 0,522) and in direct ratio (r = 0,722) on the 3rd day after surgery. In the 1st group the TGF-|1 of plasma level was in inverse proportion to the level of TGF-|1 BAL (r = -0,516, p = 0,18), correlations in the 2nd group in TGF-|1 level wasn't revealed. Conclusion. The fibrosis mechanism at patients of thoracotomy group proceeds more actively. Mechanisms require the further careful analysis and studying.
Keywords: fibrosis of lungs, transforming growth factor |1 (TGF-|1), vascular endothelial growth factor (VEGF), thoracoscopy, thoracotomy, pleurectomy.
About authors:
Pustovetova Maria Gennadiyevna — doctor of medical science, professor of pathological physiology and clinical pathophysiology chair, head of Central research laboratory SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: patophisiolog@mail.ru
Chikinev Yury Vladimirovich — doctor of medical science, professor, head of chair of hospital and children's surgery at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: chikinev@inbox.ru
Piontkovskaya Christina Anatolyevna — post-graduate student of pathological physiology and clinical pathophysiology chair at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: kristinapiontkovskaya@gmail.com
Drobyazgin Evgeny Alexandrovich — candidate of medical science, assistant of chair of hospital and children's surgery at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: evgenyidrob@inbox.ru
Samsonova Elena Nikolaevna — doctor of medical science, professor, head of the educational work of pathological physiology and clinical physiology chair at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: Elena-samsonova@mail.ru
List of the Literature:
1. Akopov A. L. Spontaneous pheumothorax (surgical aspects) / A. L. Akopov, V. V. Varlamov; under the editorship of acad. of RAMS n. a. prof. N. A. Yaitsky. — SPb.: Publishing house SPbSMU, 2009. — 20 P.
2. Varlamov V. V. Surgical treatment of emphysema of lungs / V. V. Varlamov, A. L. Akopov; under the editorship of acad. of RAMS n. a. prof. N. A. Yaitsky. — SPb.: Publishing house SPbSMU, 2009. — 24 P.
3. Transforming Growth Factor-ß1 Downregulates Vascular Endothelial Growth Factor-D Expression in Human Lung Fibroblasts via the Jun NH2-Terminal Kinase Signaling Pathway / Y. Cui [et al.] // Mol. Med. — 2014, Mar. 20. — Vol. 20 (1). — P. 120-34.
4. Kendall R. T. Fibroblasts in fibrosis : novel roles and mediators / R. T. Kendall, C. A. Feghali-Bostwick // Front Pharmacol. — 2014, May 27. — Vol. 5. — P. 123.
5. Meltzer E. B. Idiopathic pulmonary fibrosis / E. B. Meltzer, P. W. Noble // Orphanet J. Rare Dis. [serial on the Internet]. — 2008. — Vol. 3. — P. 8.
6. Phan S. H. The myofibroblast in pulmonary fibrosis / S. H. Phan // Chest. — 2002. — Vol. 122.
— P. 286S—289S.
7. Adenovector-mediated gene transfer of active transforming growth factor-beta1 induces prolonged severe fibrosis in rat lung / P. J. Sime, Z. Xing, F. L. Graham [et al.] // J. Clin. Invest. — 1997. — Vol. 100. — P. 768-776.
8. The Endothelial Cell Research Series. A series of significant reviews of basic and clinical research related to the endothelium / J. M. Tschopp [et al.] ; Edited by Gabor M. Rubanyi.
— Berlex, 2004. — 293 p.
