Физиологическая роль клеточно-опосредованной цитотоксичности в реакциях иммунитета у лиц в экстремальных климатоэкологических условиях

Щёголева Любовь Станиславовна; Филиппова Оксана Евгеньевна; Сергеева Татьяна Борисовна; Шашкова Елизавета Юрьевна; Некрасова Мария Владимировна

УДК 612.06+612.017.1

СЕРГЕЕВА Татьяна Борисовна, аспирант, исполняющая обязанности научного сотрудника лаборатории физиологии иммуннокомпетентных клеток Института физиологии природных адаптаций Уральского отделения Российской академии наук (г. Архангельск). Автор 21 научной публикации

ШАШКОВА Елизавета Юрьевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологии имуннокомпетентных клеток Института физиологии природных адаптаций Уральского отделения Российской академии наук (г. Архангельск). Автор 38 научных публикаций, в т . ч. одной монографии

НЕКРАСОВА Мария Владимировна, аспирант, исполняющая обязанности научного сотрудника лаборатории физиологии иммуннокомпетентных клеток Института физиологии природных адаптаций Уральского отделения Российской академии наук (г. Архангельск). Автор 8 научных публикаций

ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ КЛЕТОЧНО-ОПОСРЕДОВАННОЙ ЦИТОТОКСИЧНОСТИ

В РЕАКЦИЯХ ИММУНИТЕТА У ЛИЦ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ КЛИМАТОЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ*

К настоящему времени известно, что иммунологическая реактивность северян характеризуется повышенным уровнем иммуносупрессии, что в свою очередь свидетельствует об активизации клеточных, а в конечном итоге и гуморальных механизмов иммунитета. В результате неэффективности супрессорного звена происходит появление и нарастание концентраций ЦИК, некоторых иммуноглобулинов и аутоантител. В условиях выраженного иммунодефицита Т-клеток указанные процессы в полной мере реализуют воздействие на организм клеточно-опосредованной цитотоксичности.

Ключевые слова: Заполярье, кочующие и оседлые оленеводы, клеточно-опосредованная цитотоксичность, иммунный гомеостаз.

* Работа поддержана грантами: № 12-У-4-1021 Уральского отделения РАН; № 12-4-5-025-Арктика УрО РАН; № 08-2013-03а «Молодые ученые Поморья».

ЩЁГОЛЕВА Любовь Станиславовна, доктор биологических наук, профессор, директор Института физиологии природных адаптаций Уральского отделения Российской академии наук, заведующая кафедрой экологической физиологии и биохимии института естественных наук и биомедицины Северного (Арктического) федерльного университета имени М.В. Ломоносова. Автор 187 научных публикаций, в т. ч. 10 монографий и 7 учебных пособий

ФИЛИППОВА Оксана Евгеньевна, исполняющая обязанности научного сотрудника лаборатории физиологии иммуннокомпетентных клеток Института физиологии природных адаптаций Уральского отделения Российской академии наук (г. Архангельск), ассистент кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии Северного государственного медицинского университета (г. Архангельск). Автор 35 научных публикаций

Здоровье населения Севера, как пришлого, так и коренного, находится под постоянным воздействием экстремальных природно-климатических факторов, что приводит к формированию специфического «северного типа» фунциониро-вания организма и северной патологии [1, 4].

Этнокультуральные особенности коренных северных этносов, их традиционный опыт и разумные взгляды на охрану своего здоровья, к сожалению, входят в непримиримое противоречие с основными задачами научно-технического прогресса в условиях интенсивного народохозяйственного освоения Северных регионов России. Внедрение новой техники и бесконтрольное ее использование наносит значительный ущерб экологическим системам биосферы, что прежде всего сказывается на ухудшении условий существования всех живых организмов северных территорий, в т. ч. коренных жителей. Для современного этапа интенсивного освоения Севера характерна тесная взаимосвязь и взаимообусловленность экологических, социальных и медицинских проблем. Эти проблемы возникли не сегодня, они формировались, очевидно, с момента первого контакта коренного населения и славянских переселенцев [3].

В наши дни жизнедеятельность для коренного населения Севера подвергается существенной трансформации. Причинами служат как комплекс изменений, объединяемых понятием «модернизация», так и природные факторы (загрязнение природной среды, сокращение территорий традиционного природопользования, истощение ресурсов). Среди модерниза-ционных влияний следует особо подчеркнуть социальное, экономическое и этническое расслоение «традиционных» обществ. Специфические последствия модернизации - ослабление и даже разрушение складывавшихся веками медико-биологических и культурных адаптаций. Подобная дезадаптация затрагивает самые разные аспекты бытия коренных жителей, в т. ч. здоровье [3].

К настоящему времени известно, что иммунологическая реактивность северян характери-

зуется повышенным уровнем иммуносупрессии, что в свою очередь свидетельствует об активизации клеточных, а в конечном итоге и гуморальных механизмов иммунитета [5, 7, 8]. Влияние на развитие иммунного ответа цитотоксической активности до сих пор остается спорным, а единичные сведения немногочисленны [2].

Представляло интерес выявить клеточноопосредованную цитотоксическую активность у практически здоровых людей на Европейском Севере в условиях Заполярья и Приполярья.

Материалы и методы. Проведены экспедиции в п. Несь Ненецкого автономного округа (НАО) в декабре 2009, 2010-2011 годах. Обследовано 136 чел. в возрасте от 19 до 50 лет, практически здоровых на момент обследования по заключению местного поселкового врача. Из них 72 чел. - жители Заполярья (п. Несь): в т. ч. 30 чел., ведущих кочевой образ жизни (оленеводы, чумработницы), 42 - оседлые жители; 64 - жители Приполярья (г. Архангельск).

Кровь для анализа иммунного статуса брали из локтевой вены в объеме 6 мл в 9-10 часов утра, натощак. Забор крови осуществляли в вакутайнеры с литий-гепарином фирмы «1тр1^асШ;ег».

Комплекс иммунологического обследования людей включал изучение гемограммы, фагоцитарной активности нейтрофилов, феноти-пирование лимфоцитов: с рецепторами CD3+ (зрелые лимфоидные клетки), CD4+ (хелперы/ индукторы), CD5+ (выявляются на поверхности всех зрелых Т-клеток), CD8+ (цитоток-сические Т-лимфоциты, супрессоры), CD10+ (клетки с рецепторами, отражающие лимфо-пролиферацию), CD16+ (естественные киллеры), CD25+ (Т-лимфоциты с рецепторами к интерлейкину-2), CD71+ (клетки с рецепторами к трансферрину), CD95+ (клетки с рецепторами к апоптозу), HLA-DR+ (активированные Т-, В- клетки с рецептором к главному комплексу гистосовместимости класса II), CD20+ (зрелые формы В-лимфоцитов).

Содержание лейкоцитов определяли стандартным методом подсчета клеток в камере Горяева. Содержание клеток гемограммы

изучали в мазках крови, которые вначале 20 мин фиксировали в смеси Никифорова (50 % спирта и 50 % эфира), а затем 40 мин окрашивали по Романовскому-Гимзе. Состав лейкоцитарной формулы выражался в процентах. Абсолютное содержание клеток определяли подсчетом процентного содержания от общего количества лейкоцитов.

Процентное содержание субпопуляций Т-лимфоцитов (CD3+, CD4+, CD5+, CD8+, CD10+, CD16+, CD25+, CD71+, CD95+, HLA-DR+, CD20+) определяли методом непрямой имму-нопероксидазной реакции с использованием моноклональных антител («МедБиоСпектр», «Сорбент», 2009-2012, Москва) на препаратах лимфоцитов типа «высушенная капля».

Фагоцитарную активность нейтрофилов определяли путем инкубации клеток крови с частицами латекса в течение 30 мин при температуре 37 °С. В мазках, окрашенных по Ро-мановскому-Гимзе, подсчитывали % активных фагоцитов и среднее фагоцитарное число на 100 нейтрофильных лейкоцитов.

Статистическая обработка полученных результатов проведена с использованием прикладных программах «Statistika 6.0» («StatSoft», США), «Microsoft Excel MX» (США).Шровер-ку нормальности распределения количественных показателей осуществляли при помощи критерия Шапиро-Уилка. Рассчитывались средние значения (М) и стандартная ошибка средней (m). Статистическую значимость различий между выборками выявляли при помощи t-критерия Стьюдента и с использованием непараметрических методов - Манна-Уитни и Кру-скала-Уоллиса; различия сравниваемых показателей принимались достоверными при уровне значимости р < 0,05-0,001. Корреляционный анализ проводился с определением коэффициентов линейной корреляции Пирсона (r).

Результаты и обсуждение. Анализ показал -фагоцитарное число у жителей Заполярья независимо от образа жизни (кочевой или оседлый) в среднем составляет 5,2. В то же время у жителей Приполярья фагоцитарное число почти в 2 раза выше - 8. При этом активные фагоциты у жите-

лей Заполярья в среднем составили 50 %, в то время как у жителей Приполярного региона в 1,5-2 раза выше.

Кроме того следует отметить, что снижение процента активных фагоцитов не компенсировано ростом фагоцитарного числа у жителей Заполярья в 40 % случаев, Приполярья - в 16 %.

Содержание зрелых дифференцированных Т-клеток в 90-95 % случаев у жителей Заполярья составило 0,42-0,50 кл/л, в то время как у лиц Приполярного региона указанный показатель был крайне низким и составил 0,2 кл/л у 100 % обследуемых. Представляло интерес выяснить соотношение всех Т-клеток, дифференцированных и цитотоксических клеток у жителей обследуемых групп. Уровни дефицита как всех Т-клеток, так и их дифференцированных популяций встречаются в 46-100 % случаев в зависимости от района проживания. При этом, на фоне общей Т-клеточной недостаточности во всех обследуемых группах реже всего встречались дефициты Т-хелперов у жителей Заполярья и именно у них в 11-14 % случаев в зависимости от образа жизни были отмечены крайне высокие концентрации хелперов-ин-дукторов. Важно отметить тот факт, что повышенные концентрации зрелых функционально активных Т-клеток (1,5 и выше) зафиксированы в 7-10 % случаев у кочевых жителей Заполярья.

Следует отметить, что впервые повышенные концентрации указанных клеток были выявлены в 2010 году у 30 % сельских жителей Якутии [6]. Полученные данные требуют проверки и дальнейших исследований. Все лица с высоким средним показателем CD3+ находятся в прямом контакте с животными, что требует дополнительных исследований на предмет возможных гельминтных инвазий.

Особый интерес представляло изучение содержания цитотоксических лимфоцитов Т-супрессоров (CD8+) и Т-киллеров (CD16+) у обследуемых лиц. Выявили, что у кочевых жителей Заполярья среднее содержание клеток CD8+ составило 0,51 ± 0,10109 кл/л. Повышенные значения указанного параметра встречались у 49 % обследуемых лиц. Содержание

клеток CD16+ в среднем составило 0,48 ± ± 0,06 109 кл/л. Повышенные значения данного параметра встречались в 36 % случаев.

У оседлых жителей Заполярья содержание Т-супрессоров (CD8+) в среднем составило 0,41 ± 0,05-109 кл/л, а среднее содержание Т-киллеров (CD16+) - 0,48 ± 0,05 109 кл/л. Повышенные значения вышеуказанных параметров встречались в 45,34 и 40,00 % случаев соответственно.

У жителей Приполярного региона среднее содержание клеток CD8+ составило 0,26 ± ± 0,02 1 09 кл/л. Повышенные значения указанного параметра встречались в 13 % случаев. Содержание клеток CD16+ в среднем составило 0,26 ± 0,03 109 кл/л. Повышенные значения данного параметра встречались у 8 % обследуемых лиц.

Таким образом, у жителей Заполярья средние значения всех цитотоксических клеток в 2 раза выше, чем у жителей Приполярного региона и встречаются в 6-8 раз чаще.

Обращают на себя внимание крайне высокие уровни цитотоксической активности у чум-работниц, независимо от возраста.

Высокие концентрации лимфоцитов с рецептором к трансферину CD71+ у кочевых жителей Заполярья в среднем наблюдаются в 6 % случаев, а повышенные концентрации лимфоцитов с рецептором к главному комплексу гистосовместимости класса 2 (HLA-DR) встречались в 16 % случаев.

Высокие концентрации лимфоцитов с рецептором к трансферину CD71+ у оседлых жителей Заполярья в среднем наблюдаются в 9 % случаев. Повышенные концентрации лимфоцитов с рецептором к главному комплексу гистосовместимости класса 2 (HLA-DR) встречались в 9 % случаев.

У жителей Приполярного региона высокие концентрации лимфоцитов с рецептором к трансферину CD71+ встречались у 5,00 % обследуемых лиц. Повышенных концентраций лимфоцитов с рецептором к главному комплексу гистосовместимости класса 2 (HLA-DR) выявлено не было.

Учитывая высокие сильные и жесткие прямые корреляционные взаимосвязи указанных клеток-активаторов с высокими концентрациями цитотоксических клеток у жителей Заполярья, следует признать определенную зависимость активации Т- и В-клеточных механизмов от фонового уровня цитотоксичности.

Изучая активность апоптоза и лимфопро-лиферации выяснили, что повышенные уровни лимфопролиферации и в Заполярье, и в При-полярье встречаются в 15-17 % случаев соответственно с небольшой достоверной разницей (р < 0,05) у кочевых жителей Заполярья.

Важно заметить, что уровни активизации апоптоза у жителей Заполярья в независимости от кочевого и оседлого образа жизни в 15 раз превышают таковые у жителей Приполярного региона.

У жителей Приполярья ведущую фоновую активизацию создает процесс спонтанной лим-фопролиферации (что не противоречит ранее полученным данным профессора Л.К. Добродеевой, 1995 год). В то же время у жителей Заполярья ведущим звеном является апоптоз.

Исследовали соотношение уровней содержания цитотоксических и дифференцированных Т-клеток. У жителей Приполярья крайне низкие концентрации дифференцированных СБ3+ клеток и Т-хелперов CD4+. В то время как концентрации цитотоксических лимфоцитов CD8+ и CD16+ определяются ближе к нижней границе физиологической нормы. Умеренные корреляции (г-0,55) между ЦТЛ и зрелыми Т-клетками свидетельствуют о подавленной клеточно-опосредованной цитотоксичности у жителей Приполярья.

Наиболее распространена среди населения Заполярья и Приполярья тенденция к сокращению зрелых дифференцированных Т-клеток с одновременным ростом клеточно-опосредованной цитотоксичности, особенно у жителей Заполярья. Наибольшее количество дефицитов СО3+ в 100 % случаев встречалось у жителей Приполярья, наибольшее распространение повышенных значений ЦТЛ - у жителей Заполярья.

Корреляционный анализ показал, что количество жестких взаимосвязей (г > 0,7) между ЦТЛ и другими фенотипами установлено у лиц ведущих кочевой образ жизни (31 жесткая связь). У оседлых жителей Заполярья сильные корреляционные взаимосвязи отмечены в 12 случаях.

Наибольшее количество жестких взаимосвязей в реакциях клеточного иммунитета установлено у жителей Приполярья (39 связей). Выявили, что у фенотипов с низкими концентрациями увеличивается многообразие взаимосвязей.

Таким образом, у практически здоровых людей на Севере Европейской территории РФ регистрируется повышенное содержание цито-токсических лимфоцитов, связанное с условиями труда и районом проживания (у 36-50 % оленеводов, у 40-45 % оседлых жителей Заполярья, у 7-13 % жителей Приполярья, р < 0,001).

У лиц с высоким процентом активных фагоцитов установлены самые низкие концентрации цитотоксических клеток (г = 0,87; р < 0,001): так у 49 % оленеводов и 45 % оседлых лиц аномально высокие средние значения ЦТЛ (0,51 ± 0,10109 кл/л и выше) и у 85 %

чумработниц (0,71±0,14109 кл/л и выше) выявлены в 3 раза чаще, чем у лиц Приполярья (0,26±0,10109 кл/л) на фоне крайне низкого уровня фагоцитарных реакций (до 50 %) как у оленеводов, так и у оседлых лиц Заполярья. У жителей Приполярного региона дефицит фагоцитарной активности наблюдался только в 13 % случаев. Повышенные значения ЦТЛ -ближе к верхней границе нормы - у лиц Приполярья регистрировались в 7-13 % случаев.

Клеточно-опосредованная цитотоксичность обеспечивает гомеостаз процессов активизации и подавления иммунных реакций у обследуемых лиц в зависимости от соотношения концентраций клеток-активаторов (CD71+, HLA-DR+) и дифференцированных CD3+ клеток (г = = 0,89-0,91; р < 0,001) на фоне повышенной лим-фопролиферации (CD10+) и наиболее выражена в Заполярье.

Цитотоксические клетки CD8+, CD16+ ассоциируются с повышенным уровнем активированных Т и В клеток в 9-16 % случаев у лиц Заполярья и в 5 % случаев у лиц Приполярного района.

Список литературы

1. Бойко Е.Р. Физиолого-биохимические основы жизнедеятельности человека на Севере. Екатеринбург, 2005.

2. Добродеева Л.К., Жилина Л.П. Иммунологическая реактивность, состояние здоровья населения Архангельской области. Екатеринбург, 2004.

3. Никитин Ю.П., Чухрова М.Г. Человек в экстремальных условиях: коренное население Сибири и Севера // Психолого-педагогические технологии в условиях инновационных процессов в медицине и образовании: материалы IV Междунар. междисциплинар. науч.-практ. конф. Новосибирск, 2013. С. 341-347.

4. Патология человека на Севере / А.П. Авцын, А.А. Жаворонков, А.Г. Марачев, А.П. Милован. М., 1985.

5. Реакции иммунного гомеостаза у жителей посёлка Пинега Архангельской области / Л.С. Щёголева, О.Е. Филиппова, А.Ю. Стирманова // Рос. аллергол. журнал. 2012. № 1, вып. 1. С. 354-355.

6. Фёдоров А.И., Щёголева Л.С. Иммунологическая реактивность трудоспособного населения Якутии. Saarbrucken, 2013.

7. Шашкова Е.Ю., Щёголева Л.С. Физиологические реакции иммунной системы у студентов Северных вузов. Saarbrucken, 2013.

8. Щёголева Л.С. Резервные возможности иммунного гомеостаза у человека на Севере. Екатеринбург, 2007

References

1. Boyko E.R. Fiziologo-biokhimicheskie osnovy zhiznedeyatel’nosti cheloveka na Severe [Physiological and Biochemical Bases of Human Life in the North]. Yekaterinburg, 2005.

2. Dobrodeeva L.K., Zhilina L.P. Immunologicheskayareaktivnost’, sostoyanie zdorov’yanaseleniyaArkhangel ’skoy oblasti [Immunoreactivity and the State of Health of the Population of the Arkhangelsk Region]. Yekaterinburg, 2004.

3. Nikitin Yu.P., Chukhrova M.G. Chelovek v ekstremal’nykh usloviyakh: korennoe naselenie Sibiri i Severa [The Human in Extreme Conditions: Indigenous Population of Siberia and the North]. Psikhologo-pedagogicheskie tekhnologii v usloviyakh innovatsionnykh protsessov v meditsine i obrazovanii: materialy IVMezhdunar. mezhdistsiplinar. nauch.-prakt. konf. [Psychological and Educational Technologies in Innovative Processes in Medicine and Education: Proc. 4th Int. Interdisciplinary Theoretical and Practical Conf.]. Novosibirsk, 2013, pp. 341-347.

4. Avtsyn A.P., Zhavoronkov A.A., Marachev A.G., Milovan A.P. Patologiya cheloveka na Severe [Human Pathology in the North]. Moscow, 1985.

5. Shchegoleva L.S., Filippova O.E., Stirmanova A.Yu., Shashkova E.Yu., Sergeeva T.B, Nekrasova M.V. Reaktsii immunnogo gomeostaza u zhiteley poselka Pinega Arkhangel’skoy oblasti [Reactions of Immune Homeostasis in the Inhabitants of Pinega Village, Arkhangelsk Region]. Rossiyskiy allergologicheskiy zhurnal, 2012, no. 1, вып. 1, pp. 354-355.

6. Fedorov A.I., Shchegoleva L.S. Immunologicheskaya reaktivnost’ trudosposobnogo naseleniya Yakutii [The Immunological Reactivity of the Working Population of Yakutia]. Saarbrucken, 2013.

7. Shashkova E.Yu., Shchegoleva L.S. Fiziologicheskie reaktsii immunnoy sistemy u studentov Severnykh VUZov [The Physiological Response of the Immune System in Students of Northern Universities]. Saarbrucken, 2013.

8. Shchegoleva L.S. Rezervnye vozmozhnosti immunnogo gomeostaza u cheloveka na Severe [Reserves of the Human Immune Homeostasis in the North]. Yekaterinburg, 2007.

Shchegoleva Lyubov Stanislavovna