ВВЕДЕНИЕ
Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) является 3-й лидирующей причиной смерти в мире. Ежегодно от нее умирает около 3 млн человек. В России, по данным Росстата, доля ХОБЛ в структуре заболеваемости составляет 14,1%, а в структуре смертности – 26% [1–4].
С учетом увеличения распространенности курения в странах с низким и средним уровнем дохода в сочетании с постарением населения в странах с высоким доходом смертность от ХОБЛ и ассоциированных с ней состояний к 2060 г. может достичь 5,4 млн ежегодно [4].
Один из важных механизмов патогенеза ХОБЛ – оксидативный стресс (ОС). Хотя утечка электронов из электрон-транспортной цепи и образование активных форм кислорода (АФК) являются естественными процессами в митохондриях, существуют различные факторы, как внутри-, так и внеклеточные, которые могут усиливать этот процесс и значительно нарушать баланс между оксидантами и антиоксидантами [5].
Легкие могут подвергаться ОС как из-за внешних (курения и загрязнения воздуха), так и внутренних факторов – АФК, высвобождаемых воспалительными клетками, особенно нейтрофилами и макрофагами в легких [6]. ОС обладает повреждающим действием на все структурные компоненты легких и приводит к необратимым изменениям легочной паренхимы, дыхательных путей, сосудов легких [7].
Наиболее изученными механизмами влияния ОС на организм больных ХОБЛ считаются избыточное образование АФК и реактивных форм азота (РФА) и снижение активности ферментов антиоксидантной системы. ОС при ХОБЛ выступает одним из факторов, поддерживающих хроническое воспаление, клеточное старение и нарушающих аутофагию АФК, что вызывает снижение репарации ДНК, усиление аутоиммунных реакций, увеличение выделения слизи и ослабление противовоспалительного ответа [8].
Установлено, что у больных с ХОБЛ в сыворотке крови происходит интенсификация свободно-радикального окисления в виде повышения содержания АФК на 30,1%, малонового диальдегида (МДА) на 125% и снижения активности супероксиддисмутазы (СОД) на 43,2% по сравнению с контрольной группой [9]. Описана прямая корреляция значений АФК с уровнем фибриногена в крови, что в конечном итоге способствует развитию эндотелиальной дисфункции и тромбоэмболических осложнений.
В одном из исследований у госпитализированных пациентов с ХОБЛ было обнаружено повышение уровня МДА, белковых продуктов повышенного окисления и общего оксидантного статуса. В то же время активность СОД была значительно ниже как во время госпитализации, так и при выписке [10].
В другом исследовании при ухудшении состояния пациентов с ХОБЛ наблюдалось увеличение уровня МДА и снижение активности каталазы (КАТ) и уровня глутатиона (ГЛТ) [11]. Индекс Тиффно (отношение объема форсированного выдоха за 1-ю секунду к форсированной жизненной емкости легких – ОФВ1/ФЖЕЛ) у пациентов положительно коррелировал с активностью КАТ и СОД и отрицательно – с уровнем МАД: это подтверждает наличие оксидантно-антиоксидантного дисбаланса у пациентов с ХОБЛ и подчеркивает важность глутатионпероксидазы в поддержании функции легких.
Отмечена значительная разница в параметрах ОС на разных стадиях развития ХОБЛ. Уровни СОД, КАТ и глутатионпероксидазы были ниже у пациентов с легкой, средней степенью тяжести заболевания по сравнению с пациентами, у которых имелась наиболее тяжелая форма ХОБЛ [12]. Полученные результаты свидетельствуют, что степень выраженности ОС у пациентов с ХОБЛ пропорциональна тяжести заболевания.
При ОС у пациентов, страдающих ХОБЛ, часто выявляется повышение уровней сурфактантного белка D (СБ-D) и насыщенных липидами пенистых макрофагов. Однако их роль в патогенезе ХОБЛ пока находится в стадии изучения. Результаты исследования Hsieh M.H. et al. подтвердили наличие повышенных уровней CБ-D в жидкости бронхоальвеолярного лаважа и сыворотках крови мышей, которые подвергались воздействию озона и сигаретного дыма [13]. Установлено, что мыши с нокаутом CБ-D характеризуются повышенным содержанием липидов и наличием воспалительных процессов в дыхательных путях, такими же, как у хронических курильщиков и пациентов с ХОБЛ. В том же исследовании была продемонстрирована большая роль СБ-D в борьбе с ОС и нарушениями обмена липидов, вызванными воздействием озона и табачного дыма. Эти результаты могут открыть новые перспективы применения СБ-D в лечении пациентов с ХОБЛ [13].
Одним из механизмов адаптации клеток к действию ОС служит активация аутофагии АФК, которая уменьшает циркуляцию поврежденных макромолекул и дисфункциональных клеточных органелл. В последние годы активно изучается роль аутофагии в патогенезе ХОБЛ как реакции на ОС [14]. Одной из особых форм аутофагии является митофагия – селективное удаление или деградация митохондрий. Различные формы клеточного стресса, такие как ОС, гипоксия и патогенные инфекции, могут влиять на аутофагию, вызывая образование свободных радикалов и активных форм кислорода, которые, в свою очередь, стимулируют антиоксидантный ответ [15].
ОС активирует различные сигнальные пути киназ, которые влияют на модификацию хроматина (ацетилирование/деацетилирование гистонов и метилирование/деметилирование гистонов) при наличии воспаления, старения и развития резистентности к стероидам. Эти изменения в метилировании хроматина отмечены в легких пациентов с ХОБЛ [16]. Снижение уровня и активности гистонов деацетилазы 2 ассоциировано с наличием резистентности к стероидам при возникновении ОС, что имеет критическое значение, так как модификации гистонов связаны с повреждением и восстановлением ДНК, а также с эпигенетической нестабильностью и преждевременным старением легких [16].
Обнаружено, что при ХОБЛ снижается активность ферментов, таких как паркин- и PTEN-индуцированная предполагаемая киназа 1, которые выполняют важную функцию в процессе митофагии (удаление дисфункциональных митохондрий). Это явление напрямую сопряжено с дефектами в механизмах регуляции качества митохондрий, которые приводят к ускоренному старению клеток при ХОБЛ [17].
В работе Sotgia S. et al. оценивалась концентрация в крови общей и редуцированной формы низкомолекулярного тиолового антиоксиданта глутатиона у пациентов с ХОБЛ в сравнении со здоровыми людьми. Согласно полученным результатам, у больных уровень тиола глутатиона оказался значительно ниже, чем в контрольной группе [18].
В последние годы были изучены механизмы, вызывающие поражение легких под действием озона. Особое внимание уделено путям, которые вызывают хроническое повреждение и гибель клеток дыхательного эпителия, разрушение альвеол и ремоделирование тканей, связанное с развитием хронического воспаления и бронхиальной гиперреактивностью [19]. Первоначально оксидантное повреждение может быть следствием прямого воздействия на целостность мембран и органелл эпителиальных клеток в дыхательных путях, что влечет за собой стрессовую реакцию и высвобождение АФК из митохондрий, а также повреждение ДНК и протеазы. Митохондриальные антиоксиданты и митохондриальная ДНК активируют инфламмасому NLRP3 и ДНК-сенсоры – циклическую GMP-AMP-синтазу (cGAS) и стимулятор генов интерферона (STING). Это ускоряет пути клеточной гибели, включая активацию каспаз, а также приводит к воспалению, усиливающему разрушение, ремоделирование и фиброз альвеолярных перегородок. Соответственно ингибиторы митохондриальных антиоксидантов, инфламмасомы NLRP3, ДНК-сенсоров и интерлейкина 1 (ИЛ-1) потенциально могут применяться в терапии хронических заболеваний дыхательных путей, связанных с ОС [19].
Определена роль гамма-рецептора, активируемого пролифератором пероксисом (PPARγ), и его эндогенного лиганда при ОС у пациентов с ХОБЛ [20]. Методом иммуноферментного анализа (ИФА) был установлен уровень сывороточного лиганда 15-дезокси-дельта-простагландина J2-15 (15d-PGJ2). С помощью вестерн-блоттинга оценивалась экспрессия индикаторов ОС, а посредством иммуногистохимического анализа – активность ядерного рецептора PPARγ в легких. Были исследованы связи между показателями сывороточного 15d-PGJ2, активностью PPARγ и уровнем ОС, а также наличием ХОБЛ. Как показали результаты, у пациентов с ХОБЛ повышение ОС было ассоциировано с уменьшением уровней сывороточного 15d-PGJ2 и легочного PPARγ. Более того, выявлена обратная связь между уровнями сывороточного 15d-PGJ2 и ОС у пациентов с ХОБЛ.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что ОС имеет существенное значение в патогенезе ХОБЛ. Соответственно необходимость исследования диагностических маркеров ОС относится к актуальным проблемам современной медицины. В качестве такового в последнее время активно изучается изопростан.
8-ИЗОПРОСТАН В ДИАГНОСТИКЕ ХОБЛ
8-изопростагландин F2α является результатом окисления липидов и широко используется как индикатор ОС. Его содержание может быть измерено в различных биоматериалах, таких как моча, плазма крови, выдыхаемый воздух, околоплодные воды, слюна, а также в тканях. Повышенные уровни 8-изопростана наблюдаются у пациентов с различными заболеваниями легких, включая бронхиальную астму, ХОБЛ и муковисцидоз. Для определения 8-изопростана применяются такие методики, как ИФА, газовая хроматографическая масс-спектрометрия (ГХ- МС) и жидкостная хроматографическая масс-спектрометрия (ЖХ-МС) [21].
Имеются данные, что 8-изопростан, лейкотриен В4 (LTB4) и простагландин Е2 (PGE2) могут быть вовлечены в воспалительные процессы в дыхательных путях у пациентов с ХОБЛ, связанные с обострением [22].
В 2005 г. была впервые изучена экскреция с мочой 8-изопростана в качестве маркера ОС in vivo и продукции LTB4 нейтрофилами у пациентов с ХОБЛ и здоровых людей [23]. Результаты этого исследования указывают на то, что усиление ОС у пациентов с ХОБЛ сопровождается повышенной способностью нейтрофилов синтезировать хемотаксический фактор LTB4. Это, в свою очередь, может способствовать активации и накоплению нейтрофилов в дыхательных путях пациентов с ХОБЛ.
Разработан специфический и чувствительный метод радиоиммунного анализа (РИА) для измерения 8-изопростана в конденсате выдыхаемого воздуха (КВВ). Полученные с помощью этой методики данные дают ценную информацию для понимания клинической фармакологии антиоксидантов и могут быть полезны для мониторинга эффектов медикаментозной терапии [24].
При ХОБЛ обнаружено повышенное содержание 8-изопростана в КВВ. Тем не менее связь между значениями 8-изопростана и параметрами, которые имеют известную прогностическую значимость при ХОБЛ, остается во многом неизвестной. Концентрации 8-изопростана были достоверно повышены в КВВ пациентов с ХОБЛ независимо от нарушения функции легких. Уровни этого маркера коррелировали с выраженностью эмфиземы легких, а также с одышкой по шкале mMRC. Следовательно, показатели 8-изопростана в крови могут отражать выраженность эмфиземы легких у пациентов с ХОБЛ [25, 26], а его определение может быть информативным при оценке тяжести симптомов и функционального статуса пациентов с ХОБЛ.
Содержание 8-изопростана в дыхательных путях также увеличивалось у курильщиков, курильщиков с ХОБЛ и бывших курильщиков. Окисленные липиды в эпителиальных клетках выраженно влияют на экспрессию трансмембранного гликопротеина (СD1b) альвеолярными макрофагами, полученными из моноцитов крови человека (MDM), вызывая токсические реакции в клетках эпителия бронхов и снижая фагоцитарную способность MDM. При этом сами модифицированные частицы липидов могут выступать в качестве аутоантигена, презентируемого на макрофагах, и способствовать прогрессированию заболевания даже после прекращения курения [27].
Установлено, что концентрации 8-изопростана и LTB4 в КВВ, а также уровни С-реактивного белка (СРБ), 8-изопростана, LTB4, ИЛ-8 в сыворотке крови значительно выше у пациентов с ХОБЛ. Уровни СРБ, 8-изопростана и LTB4 в сыворотке крови, а также концентрация ИЛ-8 в КВВ отрицательно коррелировали со значением ОФВ1 [28].
Другие авторы также подтверждают тот факт, что при ХОБЛ имеет место возрастание концентрации перекиси водорода и 8-изопростана в выдыхаемом воздухе. Эти оксиданты, изменяя уровень кальция и активируя фосфокиназу, вызывают сокращение гладкой мускулатуры бронхов. Исследование сигналов Ca2+, связанных с активацией фосфокиназы, может помочь разработке новых подходов к лечению ХОБЛ [29].
Также существуют отдельные сообщения о том, что антиоксидантная терапия у пациентов с ХОБЛ способствует уменьшению изопростана в моче, коррелирующему с тяжестью заболевания [30].
ОКСИД АЗОТА КАК БИОМАРКЕР оксидативного СТРЕССА
Оксид азота (NO) служит маркером воспаления дыхательных путей. Один из удобных, легкодоступных и неинвазивных методов оценки активного воспаления дыхательных путей, вызванного в основном Th2, – определение фракционного выдыхаемого NO (FeNO) [31].
NO производится различными клетками дыхательных путей с помощью NO-синтазы (NOS). Существует три изоформы этого фермента: нейрональная NOS (nNOS), индуцируемая NOS (iNOS) и эндотелиальная (eNOS) [32]. Выработка NO часто увеличивается при воспалительных заболеваниях дыхательных путей, включая обострения ХОБЛ [33]. Нитрозивный стресс принимает участие в патогенезе хронического воспалительного процесса в дыхательных путях, который наблюдается при ХОБЛ. Для оценки выраженности нитрозивного стресса определяют содержание NO в выдыхаемом воздухе. Было выявлено постоянное присутствие нитрозивного стресса в дыхательных путях при ХОБЛ, а также увеличении выраженности данного процесса в случае обострений [34].
По имеющимся данным [35], уровни FeNO в выдыхаемом воздухе значительно выше у пациентов с ХОБЛ степени GOLD 3–4 относительно больных со степенью GOLD 1–2. Также обнаружена слабая отрицательная корреляция между уровнями ОФВ1 и выдыхаемым NO. Определение уровня FeNO может быть использовано в качестве неинвазивной процедуры для мониторинга активности и прогрессирования заболевания у пациента с ХОБЛ.
Результаты исследования Zhou A. et al. подтверждают важность оценки уровня FeNO как прогностического маркера и индикатора эффективности лечения при обострении ХОБЛ [36]. Это позволяет более точно определить тяжесть заболевания и прогнозировать результаты лечения, что может быть полезно при планировании и разработке индивидуального подхода к лечению больных ХОБЛ. Однако для оценки значимости определения FeNO в персонализированном лечении таких пациентов необходимы дальнейшие исследования [37].
ХОБЛ, ОКСИДАТИВНЫЙ СТРЕСС И МЕЛАТОНИН
Известно, что мелатонин не только участвует в регуляции циркадного ритма, но и обладает способностью восстанавливать структурно-функциональную организацию поврежденных тканей легких посредством ряда механизмов, включая регуляцию сигнальных молекул, оксидантного статуса, липидного гомеостаза, поддержку оптимального мембранного потенциала митохондрий [38]. Интеграция эффектов мелатонина с никотиновым рецептором альфа-7 и арилуглеводородным рецептором в регуляции митохондриальной функции предлагается в качестве основы для понимания его роли при широком спектре различных заболеваний легких [38]. Механизм антиоксидантного действия этого гормона обусловлен его способностью связывать свободные радикалы и экзогенные канцерогены [39]. Одновременно через активацию ряда ферментов мелатонин может усиливать образование глутатиона, а также повышать активность СОД и КАТ. За счет этого баланс между антиоксидантными и прооксидантными ферментами в итоге смещается в сторону антиоксидантов [40].
Показано, что мелатонин обладает значительно большей активностью в отношении нейтрализации агрессивного гидроксил-радикала по сравнению с такими антиоксидантами, как глутатион и маннитол [41]. Кроме того, при нейтрализации пероксильных радикалов он оказывается в 2 раза активнее витамина Е [42].
Защитное действие мелатонина на поврежденную легочную ткань продемонстрировано как in vitro, так и in vivo [43]. Его эффект заключается в ослаблении воспалительного процесса в легких. Он активирует внутриклеточный антиоксидант тиоредоксин-1, подавляя путь тиоредоксин-взаимодействующий белок / цитозольный белок (TXNIP/NLRP1), ингибирует нарушенную митофагию, опосредованную активацией инфламмасомы. Также отмечается повышение экспрессии PTEN индуцированной киназы 1 (PINK-1), белка-регулятора аутофагии, ассоциированного с микротрубочками (LC3B-II). Наконец, мелатонин улучшает общий антиоксидантный статус легких при ХОБЛ за счет восстановления транскрипционного фактора (NRF-2-HO-1).
В исследовании, проведенном Morvaridzadeh M. et al., подтверждена взаимосвязь между приемом мелатонина и значительным увеличением общей антиоксидантной способности организма. Отмечено значительное возрастание уровня глутатиона, СОД, глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы и снижение МДА в группе пациентов с ХОБЛ [44].
Добавим, что экзогенный мелатонин способствует уменьшению интенсивности ОС и уменьшению выраженности одышки при ХОБЛ, он также ингибирует фосфорилирование киназы ERK и экспрессию Sp1, снижает уровень 8-изопростана в 1,6 раза [39].
Таким образом, определение уровня этого гормона в сыворотке крови и слюне может служить одним из индикаторов ОС.
ВОЗМОЖНОСТИ АНТИОКСИДАНТНОЙ ТЕРАПИИ ПРИ ХОБЛ
Новая концепция и алгоритм ведения пациентов с ХОБЛ в блоке «фенотип-специфическая терапия» включают применение муколитических препаратов с антиоксидантными свойствами, таких как N-ацетилцистеин, карбоцистеин и эрдостеин [45].
Назначение N-ацетилцистеина 600–1200 мг/ сут., эрдостеина 600 мг/сут. и карбоцистеина 1500 мг/ сут. обосновано у больных c частыми обострениями при бронхитическом фенотипе ХОБЛ, особенно если не проводится терапия топическими глюкокортикостероидами. При их назначении может снижаться число обострений, однако обычно улучшения легочной функции у пациентов с ХОБЛ не наблюдается [46–49].
Одновременно ведется поиск более эффективных антиоксидантов, таких как миметики СОД, ингибиторы никотинамидадениндинуклеотидфосфат-оксидазы (НАДФН-оксидазы), митохондриально-направленные антиоксиданты (МАТ) и активаторы ядерного фактора, родственного эритроидному фактору 2 (NRF2), которые могут в перспективе применяться в лечении рассматриваемого заболевания [50].
При ХОБЛ также может быть использована терапия, воздействующая на системные и местные окислительно-восстановительные процессы [51]. Некоторые малые молекулы, такие как антиоксиданты на основе тиола (например, фудостеин, эрдостеин, карбоцистеин и N-ацетил-L-цистеин), способны повышать уровень этого вещества в легких. Кроме того, синтетические молекулы, включая ингибиторы/блокаторы карбонилирования белков и перекисного окисления липидов, каталитические антиоксиданты (миметики СОД) и агенты для спин-улавливания, могут эффективно регулировать ОС, вызванный длительным курением, и связанные с ним клеточные изменения.
В последние годы разработаны антиоксидантные соединения, способные проникать через липидный биослой митохондрий и направлять свое воздействие на митохондриальные АФК. Эти соединения, известные как митохондриально-направленные антиоксиданты (МТА), открывают новые и более эффективные подходы к снижению АФК. Исследования показали, что МТА обладают более сильными защитными свойствами по сравнению с обычными клеточными антиоксидантами. Они не только снижают уровень апоптоза, но и обеспечивают бóльшую защиту митохондриальной ДНК, что делает их перспективными для лечения хронических заболеваний легких, включая ХОБЛ [52].
