РОЛЬ ДИСФУНКЦИИ НЕЙТРОФИЛОВ В ПАТОГЕНЕЗЕ СИСТЕМНОЙ КРАСНОЙ ВОЛЧАНКИ Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

ОБЗОРЫ

https://doi.org/10.17116/terarkh20178912110-113 © Коллектив авторов, 2017

Роль дисфункции нейтрофилов в патогенезе системной красной волчанки

Е.В. СМИРНОВА1, Т.Н. КРАСНОВА1, Е.В. ПРОСКУРНИНА1, Н.А. МУХИН1, 2

'ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова», Москва, Россия; 2ФБГОУ ВО «Первый МГМУ им. И.М. Сеченова» (Сеченовский университет) Минздрава России, Москва, Россия

Аннотация

Нарушение функции нейтрофилов при системной красной волчанке (СКВ) играет значительную роль. Защитная функция нейтрофилов осуществляется через различные механизмы: выделение гранулярных антимикробных пептидов (ГАМП), фагоцитоз микроорганизмов с последующей деградацией с помощью активных форм кислорода внутри фаголизосом, а также осуществление бактерицидного действия за счет выброса сетей из хроматина и ГАМП, называемых также ней-трофильными внеклеточными ловушками (НВЛ). Развитие нейтропении при СКВ имеет множество причин, включающих образование антител непосредственно к лейкоцитам, образование нейтрализующих аутоантител к факторам роста нейтрофилов и клеток — предшественников миелоидного ряда, супрессию костного мозга, участие нейтрофилов в процессах апоптоза и нетоза. Для нейтрофилов при СКВ характерны сниженная фагоцитарная способность и патологическая оксидативная активность. При СКВ происходит снижение способности к удалению продуктов апоптоза нейтрофилов, коррелирующее с активностью заболевания. У больных СКВ отмечают повышение уровня экспрессии генов, специфичных для гранулоцитов низкой плотности, патологической незрелой популяции нейтрофилов. В патогенезе СКВ значительную роль играет нарушение процесса образования НВЛ, а также удаления продуктов нетоза. Показано, что патология формирования НВЛ вызывает также повреждение эндотелия и повышает вероятность тромбозов. Создание новых лекарственных препаратов, действующих на определенные звенья процесса образования НВЛ или способствующих их удалению из внеклеточной среды, может вывести терапию СКВ и других аутоиммунных заболеваний на новый уровень. Оправдано дальнейшее изучение патогенетических процессов при СКВ, опосредованных нейтрофилами, с целью поиска потенциальных терапевтических мишеней, а также понимания механизмов действия лекарственных средств, применяемых в клинической практике.

Ключевые слова: системная красная волчанка, нейтрофилы, нейтрофильные внеклеточные ловушки, нетоз. Role of neutrophil dysfunction in the pathogenesis of systemic lupus erythematosus E.V. SMIRNOVA1, T.N. KRASNOVA1, E.V. PROSKURNINA1, N.A. MUKHIN12

'M.V. Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; 2I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University), Ministry of Health of Russia, Moscow, Russia

Neutrophil dysfunction plays a considerable role.in systemic lupus erythematosus (SLE) The protective function of neutrophils is carried out through various mechanisms: isolation of granular antimicrobial peptides (gAMP), microbial phagocytosis with subsequent degradation via reactive oxygen species inside the phagolysosomes; as well as bactericidal action due to the release of networks from chromatin and gAMP, also called neutrophil extracellular traps (NECTs). The development of neutropenia in SLE has multiple causes, including the formation of antibodies directly to leukocytes; that of neutralizing autoantibodies to the growth factors of neutrophils and cells - myeloid precursors; bone marrow suppression; involvement of neutrophils in the processes of apoptosis and NETosis. Neutrophils in SLE are characterized by reduced phagocytic ability and pathological oxidative activity. In SLE, there is a decrease in the ability to remove the products of neutrophil apoptosis, which is correlated with disease activity. SLE patients are noted to have a higher expression level of the genes specific for low-density granulocytes, an abnormal immature neutrophil population. The impaired processes of formation of NECTs and removal NETosis products play a substantial role in the pathogenesis of SLE. It is shown that the abnormal formation of NECTs also causes endothelial injury and increases the risk of thromboses. The design of novel drugs that act on the specific parts of the formation of NECTs or contribute to their removal from the extracellular environment can propel therapy for SLE and other autoimmune diseases to new heights. There is evidence for further investigations of neutrophil-mediated pathogenetic processes in SLE in order to identify potential therapeutic targets and to understand the mechanisms of action of drugs used in clinical practice.

Keywords: systemic lupus erythematosus, neutrophils, neutrophil extracellular traps, NETosis.

ВН — волчаночный нефрит

ГАМП — гранулярные антимикробные

пептиды

ГНП — гранулоциты низкой плотности ДК — дендритные клетки ИК — иммунные комплексы ИЛ — интерлейкин

ММП — матриксные металлопротеиназы

НАДФН — восстановленная форма никотинамидаденинди-нуклеотидфосфата

НВЛ — нейтрофильные внеклеточные ловушки СКВ — системная красная волчанка BAFF — фактор, активирующий В-клетки PAD-4 — пептидиларгининдеиминаза-4 TLR9 — toll-подобный рецептор-9 а-ФНО — а-фактор некроза опухоли

Системная красная волчанка (СКВ) — системное аутоиммунное заболевание неустановленной этиологии, характеризующееся нарушением толерантности к широкому спектру компонентов клеточного ядра с развитием иммуновоспалительного повреждения тканей.

Нарушение функции нейтрофилов при СКВ играет значительную роль. Они являются важнейшими регуляторами врожденного и приобретенного иммунитета, а также участвуют в развитии реакций аутовоспаления и аутоиммунитета.

Нейтрофилы представляют наиболее многочисленную группу лейкоцитов, играющих главную роль на первых этапах развития воспаления в ответ на повреждение или воздействие микроорганизмов. Защитная функция нейтрофилов осуществляется посредством различных механизмов: выделение гранулярных антимикробных пептидов (ГАМП), например, миелопероксида-зы, эластазы нейтрофилов и матриксных металлопротеиназ (ММП); фагоцитоз микроорганизмов с последующей деградацией с помощью активных форм кислорода внутри фаголизосом; осуществление бактерицидного действия в ходе нетоза — одного из механизмов смерти клетки, характерного для нейтрофилов. Нетоз впервые описан в 2004 г. Он представляет процесс, при котором в нейтрофилах под воздействием эндогенных индуцирующих агентов, например интерлейкинов (ИЛ) 6, 8, а-фактора некроза опухоли (а-ФНО), или внешних стимулов, например фор-болмиристатацетата, происходит активация рецепторов на внешней мембране, запускающая каскад внутриклеточных реакций. Это вызывает выход кальция из гладкой эндоплазматической сети, активации ядерной пептидиларгининдеиминазы-4 (РЛБ-4), цитруллинированию гистонов и декондесации хроматина. В результате происходит выбрасывание во внеклеточное пространство «сетеподобных» структур, состоящих из хроматина и ГАМП и называемых также нейтрофильными внеклеточными ловушками (НВЛ). В них происходят захват и инактивация патогенных микроорганизмов.

Наблюдаемая при СКВ нейтропения имеет множество причин, включающих образование антител непосредственно к лейкоцитам, нейтрализующих аутоантитела к факторам роста ней-трофилов и клеткам — предшественникам миелоидного ряда, супрессию костного мозга, участие нейтрофилов в процессах апоптоза и нетоза.

Для СКВ описан ряд структурных и функциональных нарушений нейтрофилов.

Для фракции мононуклеарных клеток периферической крови больных СКВ характерна повышенная экспрессия мРНК генов, специфичных для субпопуляции гранулоцитов низкой плотности (ГНП) [1]. ГНП экспрессируют поверхностные антигены, аналогичные зрелым нейтрофилам, но отличаются от них морфологией ядер, соответствующих незрелому фенотипу. Представляется, что ГНП обладают провоспалительной способностью, а также повышенной способностью синтезировать провос-палительные цитокины, включая интерфероны (ИФН) 1, 2 и а-ФНО, а также непосредственно разрушать эндотелиальные клетки [2].

Генетические исследования с применением биологических микрочипов показали наличие более высокого уровня мРНК генов, кодирующих различные иммуностимулирующие бактерицидные белки и алармины азурофильных гранул, в ГНП по сравнению с нейтрофилами нормальной плотности у больных СКВ и

Сведения об авторах:

Краснова Татьяна Николаевна — к.м.н., доц. каф. внутренних болезней факультета фундаментальной медицины МГУ им. М.В. Ломоносова

Проскурнина Елена Васильевна — к.х.н., доц. каф. медицинской биофизики факультета фундаментальной медицины МГУ им. М.В. Ломоносова

Мухин Николай Алексеевич — д.м.н., проф., акад. РАН, дир.кли-ники нефрологии, внутренних и профессиональных болезней им. Е.М. Тареева, зав. каф. внутренних болезней факультета фундаментальной медицины МГУ им. М.В. Ломоносова

контрольной группы здоровых людей. С учетом того, что уровень мРНК сериновых протеаз нейтрофилов наиболее высок в проми-елоцитарную стадию их созревания в костном мозге и снижается по мере созревания клеток, предположено, что ГНП обладают менее зрелым фенотипом по сравнению с нейтрофилами нормальной плотности. Это подтверждают исследования экспрессии генов в костном мозге при СКВ, которые позволили обнаружить сходство генных сетей при активной СКВ и неходжкинской лим-фоме. В связи с этим, возможно, ГНП представляют собой патологическую незрелую популяцию нейтрофилов, берущую начало в костном мозге, способную распространяться с кровотоком в другие ткани у больных СКВ [2].

С помощью цитогенетического матричного анализа обнаружено, что ГНП обладают более высоким уровнем вариаций числа копий генов, а также потери гетерозиготности и микросателлит-ной нестабильности. В нейтрофилах нормальной плотности не обнаружены подобные изменения, что подтверждает особенность ГНП как отдельной субпопуляции гранулоцитов [3].

Ряд авторов показали, что в патогенезе СКВ значительную роль играет нарушение процесса образования НВЛ, а также удаления продуктов нетоза [4, 5]. Обнаружено, что ГНП при СКВ способны формировать НВЛ ex vivo в отсутствие дополнительной стимуляции. Уровень нетоза в периферическом кровотоке и в тканях коррелирует с титром циркулирующих антител к ДНК. В тканях кожи и почек больных СКВ обнаружена инфильтрация нейтрофилами, находящимися в процессе нетоза. Сыворотка больных СКВ содержит иммунные комплексы (ИК), состоящие из аутоантител к антибактериальным пептидам нейтрофилов, например кателицидину, а также антитела к ДНК, связанные с НВЛ. Эти ИК препятствуют деградации собственной ДНК ну-клеазами, тем самым способствуя их захвату плазмоцитоидными дендритными клетками (ДК) [5], запуская активацию рецептора toll-подобного рецептора-9 (TLR9) в плазмоцитоидных ДК и синтез ИФН-а, цитокина, способного инициировать дальнейшую продукцию НВЛ [5]. У больных СКВ после активации ней-трофилов с помощью ИФН-а антитела к рибонуклеопротеину стимулируют образование НВЛ нейтрофилами [4]. Примерно у У3 больных СКВ обнаруживают нарушение деградации НВЛ ДНКазой I, наблюдаемое в норме у здоровых людей [6], что коррелирует с высоким уровнем антинуклеарных антител и антител к НВЛ, а также наличием волчаночного нефрита (ВН) и активацией системы комплемента. Компоненты НВЛ вызывают активацию системы комплемента, что приводит к отложению C1q на НВЛ и нарушению их деградации. НВЛ и пептид кателицидин, связанный с НВЛ, также стимулируют инфламмасомы криопи-ринового типа в макрофагах у больных СКВ, что может в дальнейшем способствовать развитию провоспалительного ответа в различных органах, включая почки и сосуды, за счет повышения продукции ИЛ-18 и ИЛ-1|3, а также разрушению эндотелиальных клеток [2, 7].

Нарушения образования НВЛ также изучают на моделях животных с СКВ. На экспериментальной модели аутоиммунитета (индуцированного введением пристана крысам) обнаружена экспрессия кателицидина в селезенке и суставах, при этом уровень экспрессии кателицидина коррелировал с уровнем ГНП в крови. После инъекции пристана экспрессия кателицидина коррелировала с высоким уровнем апоптоза, продукцией ИФН-1 и аутоан-тител.

На модели мышы NZM2328 СКВ показано повышенное образование НВЛ нейтрофилами костного мозга. Кроме того, факторы, находящиеся в сыворотке мышей линии NZM2328, вызывали образование НВЛ нейтрофилами у контрольных животных, в их сыворотке обнаружены антитела к компонентам НВЛ и антитела к кателицидину. Аналогично результатам, полученным в биоптатах почек человека, для образцов ткани почек мышей ли-

Контактная информация:

Смирнова Елена Владимировна — асп. каф. внутренних болезней факультета фундаментальной медицины МГУ им. М.В. Ломоносова; e-mail: [email protected]

Е.В. Смирнова и соавт.

нии ЖМ2328 характерна инфильтрация нейтрофилами, образующими НВЛ, а также показано, что НВЛ непосредственно способны нарушать функцию эндотелия. При введении данным мышам хлорамидина (необратимого ингибитора РЛВ-4) наблюдали снижение образования НВЛ, активации комплемента и значительно меньшее отложение ИК в почках. Вместе с тем отмечали повышение уровня аутоантител в сыворотке крови, возможно, ввиду уменьшения отложения ИК в тканях. Кроме того, при подавлении нетоза у мышей отмечено улучшение функции эндотелия, репарации сосудов, снижение риска развития тромботиче-ских осложнений. Данные результаты указывают на то, что зависимое от РЛБ-4 образование НВЛ играет роль в патогенезе СКВ, а также связано с риском развития сердечно-сосудистых заболеваний.

Так как для СКВ характерно повышенное образование НВЛ, то в настоящее время особую актуальность представляет разработка методик для определения компонентов НВЛ с целью изучения влияния данного клеточного процесса на активность и прогноз заболевания. В исследовании показано, что уровень внеклеточной ДНК (вкДНК) значительно выше у больных СКВ, чем у здоровых лиц. Более того, обнаружено, что у больных с активным ВН уровень вкДНК значительно выше, чем у больных с неактивным ВН. Наблюдали прямую корреляцию концентрации вкДНК с уровнем протеинурии, количеством как нейтрофилов в целом, так и ГНП [8].

Тип посттрансляционной модификации (ацетилирование, цитруллинирование и метилирование) гистонов (Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4) может указывать на тип смерти клетки, которой подверглись нейтрофилы, и служить маркером повышенной активности нейтрофилов при СКВ [9, 10]. Обнаружено, что НВЛ при СКВ по сравнению с контрольной группой содержит значительно большее количество гистонов (Н4-К8, Н4-К12, Н4-К16, Н2В-К12) с гиперацетилированным и триметилированным (Н3-К27) лизином [9]. Кроме того, показано, что линкерный гистон Н1 подвергается цитруллинированию под действием РЛБ-4 при формировании НВЛ, модифицированный гистон является важным ауто-антигеном в патогенезе СКВ [11].

Еще одним маркером повышенной активности нейтрофи-лов при СКВ может быть наличие в сыворотке белков нейтро-фильных гранул. Так, показано, что нейтрофильные а-дефензины (НМР1-3) сыворотки являются независимыми маркерами ВН, их уровень прямо коррелирует с уровнем протеинурии и активностью заболевания.

Белок липокалин, ассоциированный с желатиназой нейтрофилов (МОЛЬ), известный также как липокалин-2 (гранулярный белок, высвобождаемый во внеклеточную среду в ходе нетоза), рассматривают на данный момент как один из наиболее перспективных биомаркеров ВН [1]. Выявлено, что его уровень коррелирует с активностью и прогрессированием заболевания, а также с ответом на лечение. Несомненно, необходимы дальнейшие исследования на больших группах больных для более точной оценки чувствительности и специфичности данных биомаркеров.

В ходе ряда исследований показано, что нейтрофилы способны не только продуцировать провоспалительные цитокины, но и участвовать в регуляции адаптивного иммунитета, что имеет

особое значение в патогенезе СКВ [12]. В исследовании у больных СКВ и мышиных моделях СКВ показано, что нейтрофилы костного мозга являются основными продуцентами ИФН-1, а также цитокинов, активирующих В-клетки: лиганда А, индуцирующего пролиферацию (APRIL), и фактора, активирующего В-клетки (BAFF). Существует также предположение, что нейтрофилы селезенки способны активировать В- и Т-клетки, так как снижение уровня нейтрофилов приводит к уменьшению количества В-клеток в герминативных центрах лимфатических узлов, уровня аутоантител, экспрессии BAFF, а также количества ИНФу+ Т-клеток [13].

В одном из исследований метилома ДНК нейтрофилов при СКВ, ГНП и нейтрофилов контрольной группы выявлено стойкое метилирование группы генов, связанных с экспрессией ИФН-1. Данный факт позволяет предположить, что высвобождение гипометилированной ДНК нейтрофилами в ходе нетоза при СКВ усиливает продукцию ИФН-1 через стимуляцию TLR-9.

Нуждаются в дальнейшем изучении механизмы, приводящие к повышенному образованию НВЛ и нарушению их деградации при СКВ. Необходимо также исследование терапевтических возможностей подавления формирования НВЛ при СКВ. Согласно упомянутым исследованиям на грызунах потенциальным терапевтическим действием с подобной направленностью могут обладать ингибиторы PAD-4, необходимого для формирования НВЛ.

Показано, что патология формирования НВЛ вызывает также повреждение эндотелия и повышает вероятность тромбозов [9, 14]. В НВЛ, которые образуют ГНП при СКВ, происходит высвобождение ММП-9, активирующей эндотелиальную ММП-2, которая запускает процесс апоптоза эндотелиальных клеток. Подавление каскада реакций, связанных с ММП-9, позволяет восстановить функцию эндотелия и ограничить негативное влияние на сосудистое русло. Кроме того, установлено, что при СКВ иммунные комплексы, содержащие ММП-9 и анти-ММП, стимулируют образование НВЛ, а также дальнейшее развитие патологического процесса в сосудистом русле [2].

Изучение НВЛ также может помочь понять более точный механизм действия препаратов, успешно применяемых в клинической практике для лечения СКВ. Так, обнаружена способность хлорохина подавлять формирование НВЛ in vitro. Показано, что аналогичное действие оказывает циклоспорин А — ингибитор кальциневрина, кальцийзависимой фосфатазы, участвующей в регуляции экспрессии оксидазы восстановленной формы нико-тинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФН-оксидазы), которая играет ключевую роль в индукции нетоза.

Создание новых лекарственных препаратов, действующих на определенные звенья процесса образования НВЛ или способствующих их удалению из внеклеточной среды, может вывести терапию СКВ и других аутоиммунных заболеваний на новый уровень. Потенциальными терапевтическими мишенями на данный момент являются ингибиторы НАДФН-оксидазы, продукции РФК митохондриями, актинового цитоскелета и ферментов PAD.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

AMTEPATYPA/REFERENCES

1. Bennett L. Interferon and Granulopoiesis Signatures in Systemic Lupus Erythematosus Blood. Journal of Experimental Medicine. 2003;15(5):711-723. https://doi.org/10.1084/jem.20021553

2. Carmona-Rivera C. Low-Density Granulocytes: A Distinct Class of Neutrophils in Systemic Autoimmunity. Seminars in Immuno-pathology. 2013;35(4):455-463. https://doi.org/10.1007/s00281-013-0375-7

3. Singh N, Traisak P, Martin K, Kaplan M, Cohen P, Denny M. Genomic Alterations in Abnormal Neutrophils Isolated from Adult Patients with Systemic Lupus Erythematosus. Arthritis research & therapy. 2014;16(4):R165. https://doi.org/10.1186/ar4681

4. Garcia-Romo G. Netting Neutrophils Are Major Inducers of Type I Ifn Production in Pediatric Systemic Lupus Erythematosus. Science TranslationalMedicine. 2011;3(73):73ra20. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3001201

5. Lande R. Neutrophils Activate Plasmacytoid Dendritic Cells by Releasing Self-DNA-Peptide Complexes in Systemic Lupus Erythematosus. Science Transltional Medicine. 2011;3(73):73ra19. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3001180

6. Hakkim A, Furnrohr B, Amann K, Laube B, Abed U, Brinkmann V, Herrmann M, Voll R, Zychlinsky A. Impairment of Neutrophil Extracellular Trap Degradation Is Associated with Lupus

Nephritis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2010;107(21):9813-9818. https://doi.org/10.1073/pnas.0909927107

7. Kahlenberg J, Carmona-Rivera C, Smith C, Kaplan M. Neutrophil Extracellular Trap-Associated Protein Activation of the Nlrp3 Inflammasome Is Enhanced in Lupus Macrophages. Journal of immunology. 2013;190(3):1217-1226. https://doi.org/10.4049/jimmunol.1202388

8. Zhang S, Lu X, Shu X, Tian X, Yang W, Zhang Y, Wang G. Elevated plasma cfDNA may be associated with active lupus nephritis and partially attributed to abnormal regulation of neutrophil extracellular traps (NETs) in patients with systemic lupus erythemato-sus. Internal Medicine 2014;53(24):2763-2771. https://doi.org/10.2169/internalmedicine.53.2570

9. Pieterse E, Hofstra J, Berden J, Herrmann M, Dieker J, van der Vlag J. Acetylated Histones Contribute to the Immunostimulatory Potential of Neutrophil Extracellular Traps in Systemic Lupus Erythematosus. Clinical and experimental immunology. 2015; 179(1):68-74. https://doi.org/10.1111/cei.12359

10. van Bavel C, Dieker J, Muller S, Briand J, Monestier M, Berden J, van der Vlag J. Apoptosis-Associated Acetylation on Histone H2b

Is an Epitope for Lupus Autoantibodies. Molecular immunology. 2009;47(2-3):511-516.

https://doi.org/10.1016/j.molimm.2009.08.009

11. Li P, Li M, Lindberg MR, Kenneth MJ, Xiong N, Wang Y. PAD4 is essential for antibacterial innate immunity mediated by neutrophil extracellular traps. The Journal of Experimental Medicine. 2010;207 (9):1853-1862. https://doi.org/10.1084/jem.20100239

12. Sang A, Zheng Y, Morel L. Contributions of B Cells to Lupus Pathogenesis. Molecular immunology. 2014;62(2):329-338. https://doi.org/10.1016/j.molimm.2013.11.013

13. Coquery C, Wade N, Loo W, Kinchen J, Cox K, Jiang C, Tung K, Erickson L. Neutrophils Contribute to Excess Serum Baff Levels and Promote Cd4+ T Cell and B Cell Responses in Lupus-Prone Mice. PloS one. 2014;9(7):e102284. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0102284

14. Mak A, Kow N. Imbalance between Endothelial Damage and Repair: A Gateway to Cardiovascular Disease in Systemic Lupus Erythematosus. BioMedresearch international. 2014;(2014):178721. https://doi.org/10.1155/2014/178721

Поступила 15.02.17