МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №3

Регуляция объема слоев перицилиарной жидкости (PCL) за счет активного ионного транспорта. а) Схема, описывающая пути транспорта Na ⁺ , Cl ^– и H ₂ O и элементов транспорта ионов, которые опосредуют эти потоки. В просвете находятся эпителиальный канал Na ⁺ (ENaC) и два канала Cl ^– : трансмембранный регулятор муковисцидоза (CFTR) и активируемый Ca ²⁺ «альтернативный» канал Cl ^– (CaCC).CFTR изображается и как регулятор каналов, и как сам канал Cl ^–. На базолатеральной поверхности расположены насос Na ⁺ / K ⁺ , каналы K ⁺ и петлевой диуретик-чувствительный котранспортер Na ⁺ -K ⁺ -2Cl ^– . b) Регуляция «избыточного» объема PCL путем поглощения Na ⁺ и поддержание PCL на функционально значимой высоте (7  мкм, как определено по высоте расширенной реснички) с помощью смеси поглощения Na ⁺ и Cl ^– . секреция.c) взаимопревращение нормального эпителия дыхательных путей человека между абсорбционным и секреторным способами транспорта ионов. Когда присутствует избыток жидкости на поверхности дыхательных путей (ASL), преобладает абсорбция Na ⁺ , опосредованная через ENaC (левая панель). Предполагается, что Cl ^– пассивно поглощается парацеллюлярным путем из-за отсутствия электрохимической движущей силы (DF _a ^Cl- ), способствующей выходу Cl ^– из клетки. Напротив, как отрицательный апикальный мембранный потенциал ( V _a ), так и низкая внутриклеточная активность Na ⁺ (∼20  мМ) способствуют проникновению Na ⁺ в клетку.Когда объем ASL низкий (правая панель), ENaC ингибируется, что делает потенциал апикальной мембраны более отрицательным и создает движущую силу для секреции Cl ^–. Предполагается, что информация об объеме ASL «закодирована» в ASL.

Возможно, более ясно, какие эффекторы регулируют объем ASL в ответ на поверхностную среду. Например, процесс объемной абсорбции, удаляющий избыточную жидкость с поверхности дыхательных путей, опосредован трансэпителиальным транспортом Na ⁺ 50, 51 (рис.3с⇑). Похоже, что ENaC очень активен, когда объем ASL велик, тогда как ENaC ингибируется, когда объем ASL приближается к нормальному объему PCL. Когда ENaC ингибируется, вырабатываются электрические движущие силы для инициации секреции Cl ^–. Таким образом, стабильное состояние PCL, вероятно, поддерживается балансом между поглощением Na ⁺ и секрецией Cl ^– . Недавние исследования показали, что секреция Cl ^–, индуцированная ингибированием ENaC, опосредована CFTR, и что уровень активности CFTR регулируется сигналами в люменальной ванне, e.грамм. аденозин, взаимодействующий с компартментализованными аденозиновыми рецепторами A _2b , G-белками (G _s ), аденилатциклазой и циклическим аденозинмонофосфатом (цАМФ)-зависимыми протеинкиназами 52. Таким образом, предполагается, что пути передачи сигнала и эффекторы которые ежеминутно контролируют объем ASL, могут располагаться в апикальном домене клетки.

Муковисцидоз Нарушения жидкости на поверхности дыхательных путей: неспособность «защитить» перицилиарный слой жидкости

С момента первоначального обнаружения повышенной разности потенциалов (PD) на эпителии дыхательных путей CF in vivo 53 существовало мнение, что аномальный транспорт электролитов является ключевым компонентом патогенеза CF легких.Ранние исследования ФД выявили увеличение амилорид-чувствительного компонента ФД, что предполагает ускоренную скорость транспорта Na ⁺ . Однако измерения ФД также выявили неспособность секреции ионов Cl ^– в исходных условиях и при β-адренергической стимуляции, что предсказывало второй дефект 54.

Последующие исследования со свежеиссеченными тканями и культивированными клетками выявили дефекты транспорта Na ⁺ (усиление) и транспорта Cl ^– (снижение) в эпителии дыхательных путей при муковисцидозе по сравнению с нормой.Например, радиоизотопные исследования транспорта активных ионов выявили ускоренный транспорт Na ⁺ при коротком замыкании и более физиологических условиях разомкнутого контура 55–57. Тот же метод выявил отсутствие секреции Cl ^– в условиях, когда ENaC блокировался амилоридом в базальных условиях или при стимуляции β-агонистами. Последующие двуствольные микроэлектродные исследования свежевырезанных и культивированных нормальных клеток и клеток CF выявили повышенную проводимость апикальной мембраны Na ⁺ в клетках CF и сниженную или отсутствующую проводимость Cl ^– 58–61.В конечном счете, исследования апикальных мембранных каналов с помощью техники пэтч-клэмп выявили повышенную активность ENaC (повышенная вероятность открытия) при муковисцидозе по сравнению с нормальными клетками 62. Таким образом, эти исследования показали, что белок CFTR выполняет двойную функцию в эпителии дыхательных путей, 90–523, т.е. для проведения ионов Cl ^– и для регулирования ENaC. Таким образом, отсутствие CFTR приводит к усилению абсорбции Na ⁺ и нарушению регулируемой цАМФ секреции Cl ^– (рис.4а⇓).

Связи между аномальным эпителиальным ионным транспортом и застоем слизи при муковисцидозе (МВ) дыхательных путей. а) Схема, показывающая пути повышенного поглощения Na ⁺ , Cl ^– и H ₂ O и клеточные механизмы повышенного транспорта Na ⁺ . Отсутствие трансмембранного регулятора муковисцидоза (CFTR) в апикальной мембране одновременно ограничивает секреторную способность Cl ^– и освобождает эпителиальные каналы Na ⁺ (ENaC) от тонического ингибирования.CaCC: Ca ²⁺ – активированный «альтернативный» канал Cl ⁻ . b) Схема, изображающая отсутствие слоев перицилиарной жидкости (PCL) с образованием прилипших слизистых бляшек на эпителиальных клетках муковисцидоза. c) Объемная абсорбция, измеренная по высоте поверхности дыхательных путей (ASL) с помощью конфокальной микроскопии. Эпителий дыхательных путей при муковисцидозе (○) поглощает ASL ​​быстрее, чем нормальный эпителий дыхательных путей (•). d) Влияние избыточной абсорбции объема на вращательный транспорт слизи через 24  часа после стимуляции ASL. Нормальные клетки поддерживают транспорт слизи, тогда как в клетках CF транспорт слизи отсутствует.e) Электронная микрофотография с низким увеличением культуры CF, фиксированной осмием-перфторуглеродом, показывающая истощение PCL с «согнутыми» ресничками и утолщенной слизью, прилипшей к гликокаликсу, покрывающему цилиарные стержни. f) Световая микрофотография свежеиссеченных дыхательных путей при муковисцидозе, окрашенных альциановым синим/периодной кислотой-Шиффом для выявления муцинов. Стрелки указывают на поверхность клетки. Область над стрелками представляет собой загустевшую слизь, прилипшую к поверхности клеток. Адаптировано из 47.

Исследования, предназначенные для описания механизмов регуляторной активности CFTR, появились с появлением генов CFTR и ENaC.Таким образом, в различных гетерологичных системах удалось показать, что CFTR действует как регулятор ENaC 63–85. Однако еще не выяснено, как может происходить молекулярное взаимодействие между CFTR и ENaC. Теории варьируются от CFTR, контролирующего концентрацию Cl ^– в локальном мембранном домене, содержащем ENaC 66, до теорий, включающих серию белок-белковых взаимодействий и позиционирование различных молекул-регуляторов, т.е. Было предложено киназы.Таким образом, это остается важной и нерешенной областью исследований.

Что недавно стало более ясным, так это важность как ускоренного поглощения Na ⁺ , так и неспособности инициировать секрецию Cl ^– для аномального гомеостаза объема ASL при МВ. Как схематично показано на рисунке 4b⇑, аномалии в обоих процессах в конечном итоге приводят к истощению слоя ЗКС и образованию утолщенных («концентрированных») слизистых бляшек и пробок, прилипающих к поверхности дыхательных путей при муковисцидозе.Например, исследования хорошо дифференцированной системы клеточных культур, подключенной к конфокальному микроскопу, предоставили прямые доказательства того, что эпителий дыхательных путей при муковисцидозе чрезмерно поглощает ASL, истощает PCL и теряет цилиарно-зависимый транспорт слизи 47 (рис. 4⇑). Эти исследования были подкреплены недавними исследованиями in vivo на мышах с муковисцидозом, которые прямо продемонстрировали истощение объема ASL (но не разницу в ионном составе), что было связано со спонтанным воспалением дыхательных путей (гиперплазия бокаловидных клеток) фенотипом 32 и гистологическими исследованиями. свежеиссеченных дыхательных путей при муковисцидозе (рис.4f⇑). Таким образом, представляется, что комбинация ускоренного транспорта Na ⁺ и неспособности инициировать зависимую от цАМФ секрецию Cl ^– приводит к истощению PCL и нарушению механического клиренса слизи при муковисцидозе.

Последовательность заболевания, которая следует за истощением перицилиарной жидкости при муковисцидозе

Застой слизи

Истощение PCL препятствует нормальному расширению ресничек (рис.   5⇓), отменяя эффективность цилиарно-зависимого клиренса слизи.Уменьшение цилиарно-зависимого клиренса также может быть результатом концентрации (утолщения) слизистого слоя, что делает его вязкоупругие свойства менее благоприятными для транспорта. Однако, возможно, более проблематичным является тот факт, что истощение PCL позволяет слою слизи контактировать с гликокаликсом клеточной поверхности. Кажется весьма вероятным, но еще не доказанным, что между слоем слизи и гликокаликсом клеточной поверхности происходят адгезивные взаимодействия, которые эффективно «приклеивают» слой слизи к поверхностям дыхательных путей 47.Адгезивные взаимодействия между этими двумя слоями могут быть дополнительно усилены за счет низкого pH, который, по-видимому, характеризует эпителиальный слой дыхательных путей при муковисцидозе ASL 86. Остается выяснить, какова может быть сила этих взаимодействий, преобладают ли взаимодействия между углеводами и углеводами или белок-белковые взаимодействия и, самое главное, как «отклеить» слой слизи от поверхностей дыхательных путей. Однако функциональные последствия этого адгезивного взаимодействия легко предсказуемы, 90–523 т.е.е. значительное снижение эффективности очищения от кашля 87. Таким образом, было высказано предположение, что критически важные эффекты истощения PCL при муковисцидозе отражают тот факт, что исчезают как цилиарно-зависимый, так и откашливающий клиренс 47.

Схематическая модель патогенных событий, которые, как предполагается, приводят к хронической инфекции Pseudomonas aeruginosa в дыхательных путях пациентов с муковисцидозом (CF). а) На нормальном эпителии дыхательных путей тонкий слой слизи находится поверх слоя перицилиарной жидкости (PCL).Наличие слоев PCL с низкой вязкостью способствует эффективному мукоцилиарному клиренсу (обозначается вектором). Нормальная скорость эпителиального потребления O ₂ (Q _{O 2} ; слева) не вызывает градиентов O ₂ ( P _{O 2} ) внутри этой тонкой поверхности дыхательных путей (ASL; обозначена жидкостью). полоса со светлыми точками). б–е — эпителий дыхательных путей при муковисцидозе. б) Чрезмерное истощение объема CF (обозначено вертикальными стрелками) удаляет слои ЗКС, слизь прилипает к эпителиальным поверхностям, и транспорт слизи замедляется/останавливается (двунаправленный вектор).Повышенное потребление O ₂ (слева), связанное с ускоренным переносом ионов CF, не создает градиентов в тонких пленках ASL. c) Постоянная гиперсекреция слизи (обозначается как элементы секреторных желез/бокаловидных клеток слизи) со временем приводит к образованию слизистых масс/пробок в просвете. Приподнятый эпителий CF Q _{O 2} создает крутые гипоксические градиенты (светлые и темные штрихи на полосе) в утолщенных слизистых массах. г) бактерии P. aeruginosa , осевшие на поверхности слизи, благодаря своей жгутиковой активности проникают в зоны гипоксии внутри слизистых масс.e) P. aeruginosa приспосабливается к гипоксическим нишам внутри слизистых масс с повышенным образованием альгината и образованием макроколоний. f) Макроколонии сопротивляются вторичной защите, включая нейтрофилы, создавая основу для хронической инфекции. Наличие повышенной плотности макроколоний и, в меньшей степени, нейтрофилов делает слизисто-гнойные массы гипоксическими (темная пунктирная полоса). Адаптировано из 48.

Следует отметить, что важные измерения мукоцилиарного клиренса и клиренса от кашля не проводились у пациентов с муковисцидозом, особенно у пациентов с муковисцидозом до заражения.Частично это отсутствие данных отражает невозможность подвергнуть контрольных (нормальных) детей воздействию радиоизотопов, обычно используемых для этих измерений. Возможно, наиболее информативными из доступных исследований являются исследования Regnis et al. 88, который показал снижение мукоцилиарного клиренса у пациентов с муковисцидозом с нормальной функцией легких по сравнению с нормальными субъектами того же возраста.

Образование слизистых бляшек и гипоксия слизи

Несмотря на отсутствие транспорта слизи с поверхности дыхательных путей, по-видимому, сохраняется секреция муцина бокаловидными клетками и железами (рис.5с⇑). Продолжающаяся секреция муцинов в иммобилизованный слизистый слой в конечном итоге приводит к образованию толстых слизистых бляшек и пробок на поверхности дыхательных путей. По мере того, как эти бляшки достигают высоты ≥100  мкм, по-видимому, происходит относительное истощение O ₂ в областях этих бляшек вблизи поверхности клеток CF 48. Генерация гипоксии слизи отражает сочетание обоих утолщенных бляшек, обеспечивающих увеличенный путь диффузии для O ₂ и ускоренное потребление эпителием O ₂ , которое, по-видимому, является уникальной особенностью эпителия дыхательных путей при муковисцидозе в качестве топлива ( через O ₂ – потребление митохондриальной продукции аденозинтрифосфата (АТФ)) ускоренный транспорт Na ⁺ .

Инфекция утолщенных гипоксических слизистых бляшек

Как было рассмотрено в другом месте, когда слой слизи транспортируется нормально, внутри слоя возникает турбулентность, которая позволяет эффективно улавливать частицы материала, отложившиеся в слое слизи во время выведения из легких 29, 48. Эта турбулентность в слое слизи, по-видимому, прекращаются, когда прекращается перенос слизи (горизонтальный) 47. Однако недавние исследования показали, что подвижные бактерии, включая штаммы Pseudomonas из окружающей среды, могут проникать в утолщенные слизистые бляшки и мигрировать в гипоксические зоны слизи, которые находятся непосредственно над слоем эпителиальных клеток 48 ( инжир.5г⇑). Кроме того, эти исследования показали, что Pseudomonas при воздействии гипоксии будет расти зависимым от нитратов образом (нитрат ASL ​​= 20   мкМ), при этом скорость роста несколько ниже, чем в нормоксических условиях (рис. 5e⇑). Однако эта среда кажется стрессовой для Pseudomonas, поскольку ранним фенотипическим ответом на рост в гипоксическом ASL является образование альгината. Предполагается, что повышенное образование альгината отражает преобразование роста планктона Pseudomonas в рост биопленки в анаэробных условиях.Таким образом, гипоксия слизи может частично отбирать организмы, которые могут адаптироваться к этой среде, т.е. Pseudomonas aeruginosa и оказывают давление на бактерии, что способствует образованию биопленки.

Установление хронической инфекции

При медленном размножении бактериальных микроорганизмов и образовании макроколоний/биопленок начинается персистирующая инфекция прилипшей слизи. Рост биопленок в утолщенных слизистых бляшках дает бактериям потенциальные нишевые преимущества (рис.4f⇑). Мигрирующим нейтрофилам может быть трудно проникнуть в утолщенные слизистые бляшки, чтобы поглотить псевдомонады, и диффузия антимикробной активности в утолщенные слизистые бляшки может быть ограничена. Это уклонение от вторичных защитных механизмов в сочетании с конкурентными преимуществами бактерий в биопленочной форме роста приводит к тому, что инфекция прилипшей слизи становится персистентной. Важным предсказанием этих исследований было то, что бактериальный рост с плотностью, достаточной для образования биопленок, истощал бы слизистые бляшки практически всех O ₂ , делая инфицированный материал на поверхностях дыхательных путей анаэробным.Этот прогноз был подтвержден прямыми 90 523 измерениями in vivo 90 524 в дыхательных путях муковисцидоза 48.

Вероятность того, что инфекции дыхательных путей при МВ отражают анаэробную слизистую/слизисто-гнойную поверхностную инфекцию, имеет большое значение для терапии инфекционного заболевания легких при МВ. Например, недавно было показано, что чувствительность многих антибиотиков сильно различается при выращивании бактерий в аэробных и анаэробных условиях. Возможно, наиболее релевантными для МВ были данные de Kievit и др. .89, которые показали, что чувствительность Pseudomonas к макролидам смещается на один-два логарифма влево в анаэробных условиях по сравнению с аэробными. И наоборот, другие обычно используемые антибиотики менее эффективны в анаэробных по сравнению с аэробных условиях. Похоже, что будущие исследования должны имитировать анаэробные условия дыхательных путей при муковисцидозе для определения новых антибиотиков для лечения персистирующих легочных инфекций, а внутрибольничное тестирование на чувствительность к in vitro должно включать анаэробные условия.

Существуют ли компенсации за ускоренное поглощение поверхностного объема жидкости в дыхательных путях/истощение перицилиарной жидкости?

Ясно, что дети с муковисцидозом рождаются с относительно нормальными легкими 90, и что хронические инфекции становятся характерной чертой дыхательных путей при муковисцидозе в течение многих месяцев или лет. Если постоянное чрезмерное поглощение объема приводит к образованию слизистых бляшек с рождения, можно ожидать более быстрого начала заболевания легких при МВ. Параллельно с этим невозможность предсказать тяжесть заболевания легких на основе генотипа предполагает наличие других компенсаторных или модифицирующих функций в легких.

В настоящее время, как рассмотрено выше, ведется поиск генов-модификаторов. Что касается потенциальных компенсаторных механизмов, возможно, что высвобождение нуклеотидов (АТФ), вторичное по отношению к постоянному кашлю, может обеспечить достаточную концентрацию АТФ на поверхности дыхательных путей, чтобы изменить транспорт электролитов и биение ресничек и, таким образом, поддерживать транспорт слизи в некоторой степени 91. бляшки накапливаются на поверхностях дыхательных путей, увеличенные пути диффузии для O ₂ ограничивают доступ O ₂ к эпителиальным клеткам дыхательных путей, i.е. делают их гипоксичными и, следовательно, замедляют перенос электролита. Этот сценарий может быть маловероятным из-за большой капиллярной циркуляции под эпителиальными клетками дыхательных путей. Наконец, как только начинается ранняя инфекция, интересно предположить, что цитокины могут изменять скорость транспорта электролитов. Например, недавно было показано, что интелеукин-1β замедляет скорость всасывания Na ⁺ в нормальных тканях, инициирует секрецию Cl ^– и АСЛ, подщелачивает АСЛ для нейтрализации потенциальных кислых воспалительных продуктов на поверхности дыхательных путей и способствует секреции скорее меньшее количество муцина, что, по-видимому, является интегрированной реакцией на «вымывание» токсинов с поверхностей дыхательных путей 92.До сих пор не сообщалось, реагируют ли клетки CF на цитокины сходным образом, но механизмы изменения ускоренного транспорта Na ⁺ могут оказаться буферами для быстрого возникновения диффузного персистирующего инфекционного заболевания легких при МВ.

Новые терапевтические подходы

В настоящее время большое количество новых препаратов тестируется на эффективность при муковисцидозе. Многие из этих усилий сосредоточены на классах противоинфекционных и противовоспалительных препаратов. В этом обзоре основное внимание будет уделено лекарственным препаратам и стратегиям лечения первичного дефекта обезвоживания при муковисцидозе, а также будут изучены клинические последствия таких методов лечения.

Терапия, направленная на восстановление объема

Поскольку АСЛ является изоосмотическим/изотоническим веществом, уменьшение объема отражает удаление осмотически активной соли и, во вторую очередь, воды с поверхностей дыхательных путей. Признание того, что дефицит объема играет важную роль в патогенезе муковисцидоза, привело к стратегиям восстановления осмотически активных агентов на поверхности дыхательных путей в качестве простого прямого подхода к добавлению жидкости к поверхностям дыхательных путей при муковисцидозе. Наиболее изученным агентом этого класса был ингаляционный гипертонический раствор.Концепция заключается в том, что вдыхаемая гипертоническая/гиперосмолярная соль будет притягивать воду к поверхности дыхательных путей, увеличивая способность аэрозольных растворов, осевших на поверхности дыхательных путей, разжижать секрет на поверхности дыхательных путей при муковисцидозе. Несколько неотложных исследований гипертонического солевого раствора, протестированного с суррогатным маркером эффективности при муковисцидозе, , т.е. очищением от слизи, показали резкое ускорение очищения от слизи 93, 94. Однако особенностью этих исследований in vivo была очень короткая продолжительность Действие гипертонического раствора на клиренс слизи.Эта особенность была воспроизведена в 90 523 исследованиях in vitro 90 524, в которых гипертонический раствор добавлялся к поверхности хорошо дифференцированных культур, подключенных к конфокальному микроскопу, для измерения высоты ASL, ионного состава и реакции ФД на такие маневры 32. Эти исследования in vitro показали, что механизм короткой продолжительности действия отражает активацию механизмов переноса ионов в эпителии дыхательных путей для быстрого выведения добавленного NaCl (и H ₂ O) с поверхностей дыхательных путей.Таким образом, эти исследования позволяют предсказать, что долгосрочные хронические терапевтические исследования гипертонического солевого раствора будут иметь трудности с демонстрацией эффективности из-за короткой продолжительности активной терапии. Предварительные долгосрочные исследования подтверждают этот прогноз 95 , хотя в большинстве исследований проводится небольшое количество исследований, а самое крупное, австралийское исследование, еще не завершено.

Альтернативный подход заключается в доставке к поверхностям дыхательных путей осмолитов, которые не транспортируются активно и плохо всасываются. Неэлектролитный маннит был одним из таких агентов, опробованных ранее. Исследования in vitro продемонстрировали, что маннит (или, как альтернатива, раффиноза), добавленный к поверхностям дыхательных путей при муковисцидозе, может восстановить объем АСЛ в течение многих часов, а путем разбавления концентраций АСЛ Na ⁺ замедлить транспорт Na ⁺ 94. Тем не менее, острые исследования in vivo , отслеживающие клиренс слизи, снова выявили очень короткую продолжительность действия (20  мин) ингаляционного маннитола 96. Пока не ясно, отражает ли короткая продолжительность действия in vivo относительную неэффективность доставки большая масса маннита, необходимая для создания эффективной осмотической нагрузки на поверхности дыхательных путей, или другие факторы.Основываясь на исследованиях in vitro, другие возможные плохо поглощаемые осмолиты, которые могут быть использованы в будущем, могут состоять из ионов K ⁺ , поскольку они не поглощаются через каналы ENaC, и плохо абсорбируются анионы, например, глюконат 32. Последние данные свидетельствуют о том, что HCO ₃ ⁻ плохо всасывается через парацеллюлярный путь при муковисцидозе, и эта особенность в сочетании с возможным подкислением CF ASL может сделать этот анион привлекательным компонентом ингаляционной осмолитной терапии. 86.

Альтернативный подход заключается в восстановлении баланса патологических свойств переноса ионов эпителия дыхательных путей при муковисцидозе. Соединения, которые, по-видимому, обладают действиями, которые ингибируют чрезмерный транспорт Na ⁺ и запускают секрецию Cl ^– , представляют собой молекулы трифосфатных нуклеотидов (, например, АТФ или уридинтрифосфат). Нуклеотиды трифосфата взаимодействуют с апикальными мембранными рецепторами нуклеотидов P2Y ₂ , которые связаны с активацией фосфолипазы C-β. Различные исследования культивируемых клеток и, что наиболее убедительно, свежеиссеченного эпителия дыхательных путей человека продемонстрировали, что применяемый в просвете UTP ингибирует ENaC-опосредованное поглощение Na ⁺ и запускает Ca ²⁺ -активированную секрецию Cl ^– при муковисцидозе. а также нормальный эпителий дыхательных путей 97–102.Кроме того, исследования реакции объема ASL на UTP с помощью конфокальной микроскопии показали, что суммарный эффект ингибирования транспорта Na ⁺ и активации транспорта Cl ^– заключается в том, что объем секретируется на поверхность эпителия дыхательных путей при муковисцидозе и, как и предполагалось, Согласно предыдущим электрофизиологическим исследованиям, объемная секреторная реакция на УТФ выше при муковисцидозе, чем в нормальных культурах 32. Наконец, однократное введение УТФ восстанавливает PCL и ротационный транспорт слизи в хорошо дифференцированных культурах эпителия дыхательных путей при муковисцидозе 32.

Эти данные заложили основу для разработки агонистов пуринорецепторов для терапии муковисцидоза. Ранние кандидаты, например. UTP оказались плохими кандидатами в лекарства из-за быстрого гидролиза (период полувыведения ~45  с) на поверхности дыхательных путей 32. Эти наблюдения привели к поиску стабилизированных аналогов нуклеотидов, которые были активны в отношении люминального рецептора P2Y ₂ . INS37217 является потенциальным аналогом нуклеотида, который одновременно активен в отношении P2Y ₂ -R и устойчив к гидролизу нуклеотидазами клеточной поверхности дыхательных путей и гидролизу нуклеотидазами, содержащимися в слизи пациентов с муковисцидозом 103.Завершены первоначальные исследования безопасности фазы I INS37217 у CFadults, и было установлено, что INS37217 безопасен. в настоящее время эффективность INS37217 в улучшении функции легких и увеличении мышечного клиренса, оцениваемая с помощью компьютерной томографии, проверяется в исследованиях фазы II в рамках Сети терапевтического развития Фонда кистозного фиброза.

Дополнительный подход заключается в прямом ингибировании ENaC, который опосредует гиперабсорбцию объема. Эта концепция возникла из исследований, проведенных много лет назад, которые продемонстрировали, что повышенный назальный PD в эпителии дыхательных путей при муковисцидозе ингибируется местно применяемым амилоридом 53.Последующие исследования с использованием суррогатных маркеров, например. клиренса слизи, показало, что аэрозольный амилорид был эффективен сразу у пациентов с муковисцидозом 104. CF были устранены 105. Однако исследования, в которых оценивали амилорид в контексте обычной терапии, не выявили клинической пользы 106.

Исследования фармакодинамических свойств амилорида показали, что период полураспада амилорида на поверхностях дыхательных путей составляет ∼20–30  мин, что позволяет предположить, что продолжительность его действия недостаточна для хронического лечения муковисцидоза легких даже при введении четыре раза в день 32, 107.Поскольку амилорид обладает относительно низкой эффективностью и нерастворим в растворе, продолжительность его действия нельзя увеличить простым увеличением дозы для ингаляций. Недавние исследования у пациентов с врожденной потерей функции дыхательных путей ENaC, или псевдогипоальдостеронизма (PHA), показали, что у этих пациентов были повышенные объемы жидкости на поверхности дыхательных путей и компенсировался этот дефект Na ⁺ -зависимого всасывания жидкости за счет значительного ускорения клиренс слизи (ASL) 108. Эти наблюдения позволяют предположить, что высокоэффективные блокаторы каналов Na ⁺ длительного действия, имитирующие полноту блокады PHA ENaC, могут иметь достаточную активность для восстановления дефицита объема ASL и восстановления клиренса слизи при CF.

Клинические уроки использования средств для восстановления объема

Из исследований гипертонического солевого раствора и агонистов пуринорецепторов первого и второго поколения видно, что возникает несколько тем в отношении клинического использования агентов, которые увеличивают объем поверхности дыхательных путей. Во-первых, как показано на рисунке  6a⇓, предполагается, что увеличение объема обезвоженных слизистых пробок приведет к их «набуханию». По мере того, как эти пробки перемещаются из дистальных отделов мелких дыхательных путей в более проксимальные, увеличенный размер пробок может привести к преходящей обструкции крупных дыхательных путей с периодами преходящего несоответствия объема/перфузии и гипоксемии.Из исследований как агонистов пуринорецепторов, так и гипертонического раствора следует, что это явление имеет место, но носит временный характер, т.е. ≤30 мин 109, 110.

Потенциальные клинически значимые результаты терапии с добавлением объема. а) Сценарий, при котором обезвоженные слизистые пробки могут вызвать временное ухудшение гипоксии, поскольку они перемещаются из дистальных в проксимальные дыхательные пути после регидратации и расширения. б) Сценарий, изображающий «объемную задолженность» муковисцидозных дыхательных путей с заметно обезвоженным (15% твердых веществ) слизисто-гнойным материалом, занимающим ~50% объема просвета дыхательных путей.Быстрая нормализация гидратации слизи (приблизительно 1,5% твердых веществ) приведет к заполнению просвета дыхательных путей (утопление) плюс к большому объему (1200 мл) отхаркиваемого материала. ASL: жидкость на поверхности дыхательных путей; V / Q : объем/перфузия; P _{O 2} : давление кислорода.

Во-вторых, мобилизованную слизь необходимо откашлять из легких, чтобы очистить ее. Таким образом, использование гипертонического раствора и/или фармакологических средств класса, восстанавливающих объем, может быть связано с усилением кашля после терапии в соответствии с их отхаркивающим действием.Предположительно поэтому «продуктивный» кашель после вдыхания препарата или осмолитов является показателем эффективности, а не побочным эффектом.

В-третьих, легкое при муковисцидозе у молодых людей может содержать до 150 мл сгущенного концентрированного слизисто-гнойного материала (рис. 6b⇑). Например, если процентное содержание твердых веществ («концентрация») нормальной слизи составляет 1,5 %, а слизи при муковисцидозе — 15 %, то для «разбавления» слизи при муковисцидозе до нормального уровня, чтобы ее можно было очистить, требуется, чтобы ∼1350 мл жидкости было очищено. добавляют к поверхностям дыхательных путей.Поскольку объем проводящих дыхательных путей у молодых людей составляет ∼300 мл, если бы этот процесс истончения был выполнен остро, пациент, по сути, «утонул бы». Таким образом, поскольку у пациентов с муковисцидозом ушло много месяцев или лет на то, чтобы накопить такой объем загустевшей слизи, было бы разумно использовать подход «низкие дозы лекарств/медленное действие» для удаления этих уплотненных материалов. Это последнее предостережение может оказать влияние на клинические испытания, т. е. способность фиксировать эффективность этих соединений по сравнению с потенциальными побочными эффектами, связанными с кашлем и преходящей гипоксемией, будет лучше проявляться в испытаниях низких доз соединений в течение длительных периодов времени.

Наконец, неясно, будет ли начало восстановительной терапии с помощью аэрозоля после того, как заболевание легких, вызванное муковисцидозом, с плохим потоком воздуха и, следовательно, ограниченной доставкой в ​​области, закупоренные слизью, будет эффективно «отщеплять» закупоривающие пробки. Видно несколько решений этой проблемы. Самый простой способ — начать терапию в раннем возрасте до возникновения обструкции. Для пациентов с выраженной обструкцией рациональным является введение препаратов парентерально, но препараты, восстанавливающие объем, не доступны для использования этим путем.Последняя мысль, заимствованная из исследований рака, заключается в том, что, возможно, терапия препаратами, восстанавливающими объем, должна включать как «индукционную», так и «поддерживающую» фазы. Таким образом, может быть разумно рассмотреть возможность «устранения» мокроты у пациентов с МВ с помощью интенсивной ингаляционной терапии несколькими дополнительными агентами, например, , средства для восстановления объема, муколитики и дезоксирибонуклеаза, а также энергичная физиотерапия. За этой фазой следует поддерживающая терапия ингаляционными модуляторами транспорта ионов.

Заключение

Процессы, которые инициируют и увековечивают заболевание легких при муковисцидозе, возможно, стали более ясными. Если истощение объема на поверхностях дыхательных путей при муковисцидозе, особенно в ЗКС, является инициирующим поражением, то следует приложить все усилия для исправления этого дефекта. В здоровом состоянии PCL может составлять ∼3,5 мл, что говорит о том, что восстановление этого объема в раннем возрасте не должно быть трудным. Однако проблема заключается в постоянном достижении этого результата, , т. е. 24 ч·день ⁻¹ .Период полувыведения осмолитов с малой молекулярной массой (∼500) и гидрофильных препаратов может составлять всего ~1,5  часа на поверхности дыхательных путей, что, вероятно, является отражением относительно проницаемого парацеллюлярного пути, который характеризует поверхности дыхательных путей. Таким образом, чтобы осмолиты были эффективными, их, возможно, придется вводить постоянно. Чтобы лекарства были эффективными, их необходимо безопасно вводить в концентрациях, намного превышающих их полумаксимальный уровень активности, и/или они должны иметь расширенные фармакодинамические эффекты.

Для лечения инфекционных компонентов застоя слизи необходимо изучить ответвления муковисцидоза, анаэробного просвета дыхательных путей.Эти исследования должны быть сосредоточены на новых антимикробных мишенях, основанных на процессах, ограничивающих скорость адаптации бактерий к анаэробной среде, и оценить полезность рутинного госпитального тестирования изолятов муковисцидоза на чувствительность к противомикробным препаратам в анаэробных условиях. Несмотря на эти технические препятствия, путь к новой и специфической терапии муковисцидоза легких кажется очевидным. Цель сообщества больных муковисцидозом состоит в том, чтобы как можно быстрее и безопаснее двигаться по этому пути с помощью широкого спектра подходов.

• Получено 22 мая 2003 г.
• Принято 16 июля 2003 г.

Список литературы

1. ↵

   Керем Б-Т, Ромменс Дж.М., Бьюкенен Дж.А., и др. Идентификация гена муковисцидоза: генетический анализ. Наука 1989; 245:1073–1080.

2. Риордан Дж. Р., Ромменс Дж. М., Керем Б.-Т., и др. Идентификация гена муковисцидоза: клонирование и характеристика комплементарной ДНК.Наука 1989; 245:1066–1073.

3. ↵

   Rommens JM, Iannuzzi MC, Kerem B-T, et al. Идентификация гена муковисцидоза: хождение и скачки хромосом. Наука 1989; 245:1059–1065.

4. ↵

   ФитцСиммонс, Южная Каролина. Регистр пациентов CFF. Годовой отчет за 1997 г. Bethesda, Фонд муковисцидоза, 1998 г.

5. ↵

   Welsh MJ, Tsui LC, Boat TF, Beaudet AL.Муковисцидоз В : Scriver CR, Beaudet AL, Sly WS et al. , ред. Метаболические и молекулярные основы наследственных заболеваний. Нью-Йорк, McGraw-Hill Inc., 1995; стр.   3799–3876.

6. ↵

   Tuemmler B, Kiewitz C. Муковисцидоз: наследственная восприимчивость к бактериальным респираторным инфекциям. Mol Med Today 1999; 5: 351–358.

7. ↵

   Консорциум по анализу генов кистозного фиброза. www.Genet.sickkids.on.ca/cftr/2000. Последнее обновление: 9 сентября 1998 г. По состоянию на 31 июля 2003 г.

8. ↵

   Резка ГР. Дефект генотипа: его влияние на клеточную функцию и фенотипическое выражение. Semin Respir Crit Care Med 1994; 15: 356–363.

9. ↵

   Zielenski J, Tsui LC. Муковисцидоз: генотипические и фенотипические варианты. Annu Rev Genet 1995; 29: 777–807.

10. ↵

    Керем Э., Кори М., Керем Б.С., и др. Связь между генотипом и фенотипом при муковисцидозе – анализ наиболее часто встречающихся мутаций (DF ₅₀₈ ). N Engl J Med 1990; 323: 1517–1522.

11. ↵

    Сантис Г., Осборн Л., Найт Р.А., Ходсон М.Е. Независимые генетические детерминанты панкреатического и легочного статуса при муковисцидозе. Ланцет 1990;336:1081–1084.

12. ↵

    Махадева Р., Шарплс Л., Росс-Рассел Р.И., Уэбб А.К., Билтон Д., Ломас Д.А.Ассоциация дефицита альфа(1)-антихимотрипсина с более легким заболеванием легких у пациентов с муковисцидозом. Торакс 2001; 56: 53–58.

13. Гарред П., Пресслер Т., Мэдсен Х.О., и др. Ассоциация гетерогенности маннозо-связывающего лектинового гена с тяжестью заболевания легких и выживаемостью при муковисцидозе. J Clin Invest 1999; 104: 431–437.

14. Халл Дж., Томсон А.Х. Вклад генетических факторов, отличных от CFTR, в тяжесть заболевания при муковисцидозе.Thorax 1998; 53: 1018–1021.

15. Arkwright PD, Laurie S, Super M, и др. Генотип TGF-бета(1) и ускоренное снижение функции легких у пациентов с муковисцидозом. Торакс 2000; 55: 459–462.

16. Gabolde M, Guilloud-Bataille M, Feingold J, Besmond C. Ассоциация вариантных аллелей лектина, связывающего маннозу, с тяжестью легочного заболевания при муковисцидозе: когортное исследование.BMJ 1999; 319:1167.

17. ↵

    Махадева Р., Стюарт С., Билтон Д., Ломас Д.А. Аллели дефицита антитрипсина альфа-1 и тяжелое муковисцидозное заболевание легких. Thorax 1998; 53: 1022–1024.

18. ↵

    Fan JB, Chen X, Halushka MK, и др. Параллельное генотипирование SNP человека с использованием универсальных массивов олигонуклеотидных меток высокой плотности. Геном Res 2000; 10: 853–860.

19. ↵

    Линдблад-Тох К., Винчестер Э., Дейли М.Дж., и др. Крупномасштабное открытие и генотипирование однонуклеотидных полиморфизмов у мышей. Нат Жене 2000; 24: 381–386.

20. ↵

    Уэльс М.Дж., Смит А.Е. Молекулярные механизмы дисфункции хлоридных каналов CFTR при муковисцидозе. Ячейка 1993; 73: 1251–1254.

21. ↵

    Ченг С.Х., Грегори Р.Дж., Маршалл Дж., и др. Нарушение внутриклеточного транспорта и процессинга CFTR является молекулярной основой большинства муковисцидозов.Ячейка 1990; 63: 827–834.

22. ↵

    Картнер Н., Аугустинас О., Дженсен Т.Дж., Нейсмит А.Л., Риордан Дж.Р. Неправильная локализация CFTR DF508 в муковисцидозной потовой железе. Нат Жене 1992; 1: 321–327.

23. ↵

    Kalin N, Claabeta A, Sommer M, Puchelle E, Tummler B. Экспрессия белка DeltaF508 CFTR в тканях пациентов с муковисцидозом. J Clin Invest 1999;103:1379–1389.

24. ↵

    Бронсвельд И., Мекус Ф., Бийман Дж., и др. Проводимость хлоридов и генетический фон модулируют фенотип кистозного фиброза у гомозиготных близнецов и братьев и сестер Delta F508. J Clin Invest 2001; 108: 1705–1715.

25. ↵

    Engelhardt JF, Yankaskas JR, Ernst SA, et al. Подслизистые железы являются преобладающим местом экспрессии CFTR в бронхах человека. Нат Жене 1992; 2: 240–247.

26. ↵

    Энгельхардт Дж. Ф., Зепеда М., Кон Дж. А., Янкаскас Дж. Р., Уилсон Дж. М.Экспрессия гена муковисцидоза в легких взрослого человека. J Clin Invest 1994; 93: 737–749.

27. ↵

    Драмм М.Л., Уилкинсон Д.Дж., Смит Л.С., и др. Хлоридная проводимость, выраженная дельта-F508 и другими мутантными CFTR в ооцитах Xenopus. Наука 1991; 254:1797–1799.

28. ↵

    Li C, Ramjeesingh M, Reyes E, и др. Мутация муковисцидоза (DeltaF508) не влияет на активность хлоридного канала CFTR.Нат Жене 1993; 3:311–316.

29. ↵

    Knowles MR, Boucher RC. Очищение от слизи как первичный врожденный защитный механизм дыхательных путей млекопитающих («Перспектива»). J Clin Invest 2002; 109: 571–577.

30. ↵

    Ваннер А., Салате М., О’Риордан Т.Г. Мукоцилиарный клиренс в дыхательных путях. Am J Respir Crit Care Med 1996; 154: 1868–1902.

31. ↵

    Коул А.М., Деван П., Ганц Т.Врожденная антимикробная активность назального секрета. Infect Immun 1999;67:3267–3275.

32. ↵

    Тарран Р., Грабб Б.Р., Парсонс Д., и др. Споры о соли МВ: наблюдения in vivo и терапевтические подходы. Мол Селл 2001; 8: 149–158.

33. ↵

    Tarran R, Grubb BR, Gatzy JT, Davis CW, Boucher RC. Относительная роль пассивных поверхностных сил и активного транспорта ионов в модуляции объема и состава поверхностной жидкости дыхательных путей.J Gen Physiol 2001; 118: 223–236.

34. ↵

    Буше RC. Транспорт ионов через дыхательные пути человека (часть 1). Am J Respir Crit Care Med 1994; 150: 271–281.

35. ↵

    Джорис Л., Даб И., Куинтон П.М. Элементный состав поверхностной жидкости дыхательных путей человека в здоровых и больных дыхательных путях. Am Rev Respir Dis 1993; 148: 1633–1637.

36. Smith JJ, Travis SM, Greenberg EP, Welsh MJ.Эпителий дыхательных путей при муковисцидозе не убивает бактерии из-за аномальной жидкости на поверхности дыхательных путей. Ячейка 1996; 85: 229–236.

37. ↵

    Goldman MJ, Anderson GM, Stolzenberg ED, Kari UP, Zasloff M, Wilson JM. Человеческий бета-дефензин-1 является солечувствительным антибиотиком, который инактивируется при муковисцидозе. Ячейка 1997; 88: 553–560.

38. ↵

    Knowles MR, Robinson JM, Wood RE, et al. Ионный состав поверхностной жидкости дыхательных путей у пациентов с муковисцидозом по сравнению со здоровыми и контрольными субъектами.J Clin Invest 1997; 100: 2588–2595.

39. ↵

    Колдуэлл Р.А., Грабб Б.Р., Тарран Р., Бушер Р.К., Ноулз М.Р., Баркер П.М. In vivo жидкость на поверхности дыхательных путей Cl ⁻ анализ с твердотельными электродами. J Gen Physiol 2002; 119: 3–14.

40. ↵

    Джаяраман С., Сонг Ю., Ветривел Л., Шанкар Л., Веркман А.С. Неинвазивное флуоресцентное измерение in vivo уровня жидкости в дыхательных путях, концентрации соли и рН.J Clin Invest 2001; 107: 317–324.

41. Халл Дж., Скиннер В., Робертсон С., Фелан П. Элементный состав поверхностной жидкости дыхательных путей младенцев с муковисцидозом. Am J Respir Crit Care Med 1998; 157: 10–14.

42. ↵

    Грабб Б.Р., Чадберн Д.Л., Буше Р.К. Микродиализ in vivo для определения ионного состава жидкости на поверхности дыхательных путей. Am J Physiol 2002; 282: C1423–C1431.

43. ↵

    Вино JJ.Генез муковисцидоза легких. J Clin Invest 1999; 103: 309–312.

44. Гуджино ВБ. Кистозный фиброз и полемика о соли. Ячейка 1999; 96: 607–610.

45. ↵

    Буше RC. Молекулярное понимание физиологии «тонкой пленки» жидкости на поверхности дыхательных путей. J Physiol 1999; 516: 631–638.

46. ↵

    Мацуи Х., Рэнделл С.Х., Перетти С.В., Дэвис К.В., Буше Р.К.Координированный клиренс перицилиарной жидкости и слизи с поверхностей дыхательных путей. J Clin Invest 1998;102:1125–1131.

47. ↵

    Мацуи Х., Грабб Б.Р., Тарран Р., и др. Доказательства истощения перицилиарного жидкостного слоя, а не аномального ионного состава, в патогенезе муковисцидоза дыхательных путей. Ячейка 1998; 95: 1005–1015.

48. ↵

    Ворлицш Д., Тарран Р., Ульрих М., и др. Эффекты снижения концентрации кислорода в слизи при псевдомонадной инфекции дыхательных путей у пациентов с муковисцидозом. J Clin Invest 2002; 109: 317–325.

49. ↵

    Ламблин Г., Дегроот С., Перини Дж. М., и др. Гликозилирование муцина дыхательных путей человека: комбинация углеводных детерминант, которые различаются при муковисцидозе. БиоЛексис 2000; 1:47.

50. ↵

    Canessa CM, Schild L, Buell G, и др. Чувствительный к амилориду эпителиальный канал Na ⁺ состоит из трех гомологичных субъединиц. Природа 1994; 367: 463–467.

51. ↵

    Canessa CM, Horisberger J-D, Rossier BC. Эпителиальный натриевый канал, связанный с белками, участвующими в нейродегенерации. Природа 1993; 361: 467–470.

52. ↵

    Хуанг П., Лазаровский Э.Р., Тарран Р., Милграм С.Л., Буше Р.К., Штуттс М.Дж. Компартментализованная аутокринная передача сигналов регулятору трансмембранной проводимости муковисцидоза на апикальной мембране эпителиальных клеток дыхательных путей.Proc Natl Acad Sci USA 2001; 98:14120–14125.

53. ↵

    Knowles M, Gatzy J, Boucher R. Повышенная разность биоэлектрических потенциалов респираторного эпителия при муковисцидозе. N Engl J Med 1981; 305: 1489–1495.

54. ↵

    Knowles M, Gatzy J, Boucher R. Относительная ионная проницаемость нормального и муковисцидозного носового эпителия. J Clin Invest 1983; 71: 1410–1417.

55. ↵

    Boucher RC, Stutts MJ, Knowles MR, Cantley L, Gatzy JT.Транспорт Na ⁺ в респираторном эпителии при муковисцидозе. Аномальная базальная скорость и реакция на активацию аденилатциклазы. J Clin Invest 1986; 78: 1245–1252.

56. Хирш А.Дж., Буше Р.С. Абсорбция ингибиторов каналов Na ⁺ муковисцидозным эпителием дыхательных путей. Pediatr Pulmonol Suppl 2000;20:248.

57. ↵

    Буше RC. Транспорт ионов через дыхательные пути человека (Часть 2). Am J Respir Crit Care Med 1994; 150: 581–593.

58. ↵

    Виллумсен, штат Нью-Джерси, Дэвис, К.В., Буше, RC. Клеточный транспорт Cl ^– в культивированном эпителии дыхательных путей при муковисцидозе. Am J Physiol 1989; 256:C1045–C1053.

59. Виллумсен, штат Нью-Джерси, Дэвис, К.В., Буше, RC. Внутриклеточная активность Cl ^– и клеточные пути Cl ^– в культивируемом эпителии дыхательных путей человека. Am J Physiol 1989; 256:C1033–C1044.

60. Виллумсен, штат Нью-Джерси, Буше, округ Колумбия.Транспорт натрия и внутриклеточная активность натрия в культивируемом носовом эпителии человека. Am J Physiol 1991; 261:C319–C331.

61. ↵

    Виллумсен, штат Нью-Джерси, Буше, округ Колумбия. Трансцеллюлярный транспорт натрия в культивированном эпителии носа человека с муковисцидозом. Am J Physiol 1991; 261:C332–C341.

62. ↵

    Chinet TC, Fullton JM, Yankaskas JR, Boucher RC, Stutts MJ. Механизм гиперабсорбции натрия в культивируемом носовом эпителии при муковисцидозе: исследование с применением пластыря.Am J Physiol 1994; 266:C1061–C1068.

63. ↵

    Stutts MJ, Canessa CM, Olsen JC, et al. CFTR как цАМФ-зависимый регулятор натриевых каналов. Наука 1995;269:847–850.

64. Stutts MJ, Rossier BC, Boucher RC. Трансмембранный регулятор проводимости при муковисцидозе инвертирует опосредованную протеинкиназой А регуляцию кинетики одноканального эпителиального натриевого канала. J Biol Chem 1997; 272:14037–14040.

65. Mall M, Hipper A, Greger R, Kunzelmann K. Дикий тип, но не дельта F508 CFTR ингибирует проводимость Na ⁺ при совместной экспрессии в ооцитах Xenopus . FEBS Lett 1996; 381:47–52.

66. ↵

    Konig J, Schreiber R, Voelcker T, Mall M, Kunzelmann K. Регулятор трансмембранной проводимости при муковисцидозе (CFTR) ингибирует ENaC за счет увеличения внутриклеточной концентрации Cl-.EMBO Rep 2001; 2: 1047–1051.

67. Boucherot A, Schreiber R, Kunzelmann K. Роль PDZ1-связывающего домена CFTR, проводимости NBF1 и Cl(-) в ингибировании эпителиальных Na(+) каналов в ооцитах Xenopus. Биохим Биофиз Акта 2001;1515:64–71.

68. Kunzelmann K, Schreiber R, Boucherot A. Механизмы ингибирования эпителиальных Na(+) каналов с помощью CFTR и пуринергической стимуляции. Kidney Int 2001; 60: 455–461.

69. Кунцельманн К. CFTR: взаимодействие со всем?. Новости Physiol Sci 2001; 16: 167–170.

70. Kunzelmann K, Schreiber R, Nitschke R, Mall M. Контроль эпителиальной проводимости Na+ регулятором трансмембранной проводимости муковисцидоза. Pfluegers Arch 2000; 440: 193–201.

71. Молл М., Блайх М., Кюр Дж., Брэндис М., Грегер Р., Кунцельманн К.CFTR-опосредованное ингибирование эпителиальной проводимости Na+ в толстой кишке человека дефектно при муковисцидозе. Am J Physiol 1999; 277: G709–G716.

72. Hopf A, Schreiber R, Mall M, Greger R, Kunzelmann K. Регулятор трансмембранной проводимости муковисцидоза ингибирует эпителиальные Na+ каналы, несущие мутации синдрома Лиддла. J Biol Chem 1999; 274:13894–13899.

73. Шрайбер Р., Хопф А., Молл М., Грегер Р., Кунцельманн К.Домен связывания первого нуклеотида трансмембранного регулятора проводимости при муковисцидозе важен для ингибирования эпителиального Na+ канала. Proc Natl Acad Sci USA 1999;96:5310–5315.

74. Kunzelmann K. Регулятор трансмембранной проводимости при муковисцидозе и его функция в эпителиальном транспорте. Rev Physiol Biochem Pharmacol 1999; 137:1–70.

75. Кунцельманн К., Шрайбер Р.CFTR, регулятор каналов. J Membr Biol 1999; 168:1–8.

76. Mall M, Bleich M, Greger R, Schreiber R, Kunzelmann K. Ингибируемая амилоридом проводимость Na+ снижается трансмембранным регулятором проводимости при муковисцидозе в норме, но не при муковисцидозе дыхательных путей. J Clin Invest 1998; 102:15–21.

77. Кунцельманн К., Кисер Г.Л., Шрайбер Р., Риордан Дж.Р. Ингибирование эпителиальных Na+-токов внутриклеточными доменами регулятора трансмембранной проводимости муковисцидоза.FEBS Lett 1997; 400: 341–344.

78. Greger R, Mall M, Bleich M, и др. Регуляция эпителиальных ионных каналов регулятором трансмембранной проводимости при муковисцидозе. J Mol Med 1996; 74: 527–534.

79. Ji HL, Chalfant ML, Jovov B, и др. Цитозольные окончания субъединиц бета- и гамма-ENaC участвуют в функциональных взаимодействиях между регулятором трансмембранной проводимости муковисцидоза и эпителиальным натриевым каналом.J Biol Chem 2000; 275:27947–27956.

80. Исмаилов И.И., Авайда М.С., Джовов Б., и др. Регуляция эпителиальных натриевых каналов трансмембранным регулятором проводимости при муковисцидозе. J Biol Chem 1996; 271:4725–4732.

81. Исмаилов И.И., Бердиев Б.К., Шлёнский В.Г., и др. Роль актина в регуляции эпителиальных натриевых каналов с помощью CFTR. Am J Physiol 1997; 272: C1077–C1086.

82. Швиберт Э.М., Бенос Д.Дж., Иган М.Е., Штуттс М.Дж., Гуджино В.Б. CFTR является регулятором проводимости, а также хлоридным каналом. Physiol Rev 1999;79: Доп. 1, С145–С166.

83. Ji HL, Jovov B, Fu J, и др. Активация кислотозависимых Na(+) каналов (ASIC) за счет коэкспрессии трансмембранного регулятора проводимости муковисцидоза в ооцитах Xenopus. J Biol Chem 2002; 277:8395–8405.

84. Цзян К., Ли Дж., Дубров Р., и др. Эпителиальные натриевые каналы регулируют трансмембранный регулятор проводимости муковисцидоза хлоридные каналы в ооцитах Xenopus. J Biol Chem 2000; 275:13266–13274.

85. ↵

    Суо Л., Ли Дж., Цзян К., Рубенштейн Р.С., Клейман Т.Р. Генистеин восстанавливает функциональные взаимодействия между Delta F508-CFTR и ENaC в ооцитах Xenopus. J Biol Chem 2002; 277:8928–8933.

86. ↵

    Coakley RD, Paradiso AM, Grubb BR, Gatzy JT, Chadburn JL, Boucher RC. Аномальная регуляция pH жидкости на поверхности дыхательных путей (pH _ASL ) в культивируемом бронхиальном эпителии CF. Pediatr Pulmonol Suppl 2000;14:194.

87. ↵

    Кинг М., Зам Дж. М., Пьеро Д., Вакез-Жирод С., Пушель Э. Роль вязкости геля слизи, способности к раскручиванию и клейких свойств в клиренсе при имитации кашля.Биореология 1989;26:737–745.

88. ↵

    Регнис Дж.А., Робинсон М., Бейли Д.Л., и др. Мукоцилиарный клиренс у пациентов с муковисцидозом и у здоровых людей. Am J Respir Crit Care Med 1994; 150: 66–71.

89. ↵

    de Kievit TR, Parkins MD, Gillis RJ, et al. Мультилекарственные эффлюксные помпы: характер экспрессии и вклад в устойчивость к антибиотикам в биопленках Pseudomonas aeruginosa .Противомикробные агенты Chemother 2001;45:1761–1770.

90. ↵

    Томашевски Дж. Ф. мл., Дамс Б. Б., Абрамовский Ч. Р. Патология муковисцидоза В : Davis PB, ed. Муковисцидоз, Нью-Йорк, Marcel Dekker Inc., 1993; стр.   435–489.

91. ↵

    Лазаровский Э.Р., Хомоля Л., Буше Р.Ц., Харден Т.К. Прямая демонстрация механически индуцированного высвобождения клеточного UTP и его влияния на активацию уридиновых нуклеотидных рецепторов.J Biol Chem 1997; 272:24348–24354.

92. ↵

    Gray T, Loftin C, Tiano H, Langenbach R, Bonner J, Nettesheim P. Генерируемый циклооксигеназой-2 PGE2 опосредует индуцированную цитокинами гиперсекрецию муцина Muc5ac эпителием дыхательных путей человека. Am J Respir Crit Care Med 2002;165:A70.

93. ↵

    Робинсон М., Регнис Дж. А., Бейли Д. Л., Кинг М., Баутович Г. Дж., Пока П. Т. Влияние гипертонического раствора, амилорида и кашля на мукоцилиарный клиренс у больных муковисцидозом.Am J Respir Crit Care Med 1996; 153: 1503–1509.

94. ↵

    Робинсон М., Хемминг А.Л., Регнис Дж.А., и др. Влияние повышенных доз гипертонического раствора на мукоцилиарный клиренс у пациентов с муковисцидозом. Торакс 1997; 52: 900–903.

95. ↵

    Сури Р., Меткалф К., Лиз Б., и др. Сравнение гипертонического солевого раствора и рекомбинантной дезоксирибонуклеазы человека через день или ежедневно у детей с муковисцидозом: рандомизированное исследование.Ланцет 2001; 358: 1316–1321.

96. ↵

    Робинсон М., Дэвискас Э., Эберл С., и др. Влияние вдыхаемого маннитола на клиренс бронхиальной слизи у пациентов с муковисцидозом: пилотное исследование. Eur Respir J 1999; 14: 678–685.

97. ↵

    Молл М, Висснер А, Гонска Т, и др. Ингибирование чувствительного к амилориду эпителиального поглощения Na(+) внеклеточными нуклеотидами в нормальных дыхательных путях человека и при муковисцидозе.Am J Respir Cell Mol Biol 2000;23:755–761.

98. Девор, округ Колумбия, Бриджес Р.Дж., Пилевски Дж.М. Фармакологическая модуляция ионного транспорта через эпителий бронхов человека, экспрессирующий CFTR дикого типа и дельтаF508. Am J Physiol 2000; 279: C461–C479.

99. Девор Д.С., Пилевски Ю.М. UTP ингибирует абсорбцию Na ⁺ в нормальном эпителии дыхательных путей человека и при муковисцидозе. Pediatr Pulmonol Suppl 1997; 14:242.

100. Девор Д.С., Пилевски Ю.М. UTP ингибирует абсорбцию Na ⁺ в эпителии бронхов человека дикого типа и экспрессирующего DeltaF508 CFTR. Am J Physiol 1999; 276: C827–C837.

101. Clarke LL, Boucher RC. Хлорид-секреторный ответ на внеклеточный АТФ в нормальном и муковисцидозном эпителии носа. Am J Physiol 1992; 263:C348–C356.

102. ↵

     Knowles MR, Clarke LL, Boucher RC.Активация внеклеточными нуклеотидами секреции хлоридов в эпителии дыхательных путей больных муковисцидозом. N Engl J Med 1991; 325: 533–538.

103. ↵

     Yerxa B, Sabater JR, Davis CW, и др. Фармакология INS37217, агониста рецептора P2Y2 нового поколения для лечения кистозного фиброза. J Pharmacol Exp Ther 2002;302:871–880.

104. ↵

     Колер Д., Приложение Э., Шмитц-Шуманн М., Вюртембергер Г., Маттис Х.Ингаляции амилорида улучшают мукоцилиарный и кашлевой клиренс у больных муковисцидозом. Eur J Respir Dis 1986;69: Suppl. 146:, 319–326.

105. ↵

     Knowles MR, Church NL, Waltner WE, и др. Пилотное исследование аэрозольного амилорида для лечения заболевания легких при муковисцидозе. N Engl J Med 1990; 322: 1189–1194.

106. ↵

     Грэм А., Хасани А., Альтон EWFW, и др. Нет дополнительной пользы от распыляемого амилорида у пациентов с муковисцидозом. ЕврРеспир Дж. 1993; 6:1243–1248.

107. ↵

     Knowles MR, Church NL, Waltner WE, Gatzy JT, Boucher RC. Амилорид при муковисцидозе: безопасность, фармакокинетика и эффективность при лечении заболеваний легких В : Cragoe EJ Jr, Kleyman TR, Simchowitz L, под ред. Амилорид и его аналоги: уникальные ингибиторы переноса катионов. NewYork, VCH Publishers Inc., 1992; стр.301–316.

108. ↵

     Керем Э., Бистрицер Т., Ханукоглу А., и др. Дисфункция натриевых каналов эпителия легких и избыток жидкости в дыхательных путях при псевдогипоальдостеронизме. N Engl J Med 1999; 341: 156–162.

109. ↵

     Bennett WD, Zeman KL, Foy C, и др. Влияние аэрозольного уридин-5′-трифосфата на мукоцилиарный клиренс при легком хроническом бронхите. Am J Respir Crit Care Med 2001; 164: 302–306.

110. ↵

     Castagnaro A, Chetta A, Forest A, D’Ippoltto R, Malorgio R, Olivieri D. Влияние индукции мокроты на спирометрические измерения и насыщение артериальной крови кислородом у больных астмой, курильщиков и здоровых людей. Грудь 1999; 116: 941–945.

Границы | Кистозный фиброз Заболевание легких у стареющего населения

Введение

30 лет назад мутации в гене трансмембранного регулятора кистозного фиброза (CFTR) были охарактеризованы как единичный дефект гена, приводящий к патологии кистозного фиброза (МВ) (Kerem et al., 1989; Цуй, 1995). С тех пор наше понимание патологических процессов в значительной степени улучшилось благодаря терапии целевыми модуляторами CFTR в клинической практике (Wainwright et al., 2015; Rowe et al., 2017; Taylor-Cousar et al., 2017; Davies et al., 2018). ; Китинг и др., 2018). Тем не менее, прогрессирующее заболевание легких по-прежнему является основной причиной заболеваемости и смертности у лиц, родившихся с муковисцидозом (Elborn, 2016). Функциональная недостаточность CFTR приводит к нарушению функции ресничек, обструкции слизистой, бактериальной колонизации и хроническому воспалению (Matsui et al., 1998; Молл и др., 2004; Буше, 2007). Это создает основу для вялотекущих хронических инфекций, прерываемых эпизодическими обострениями из-за вновь приобретенных возбудителей, что приводит к прогрессирующей потере функции легких (Nichols et al., 2008; Elborn, 2016). Повышенные уровни провоспалительных медиаторов, активных форм кислорода (АФК) и протеаз, которые способствуют дальнейшему распространению воспаления дыхательных путей, могут ускорять клеточное старение (Bezzerri et al., 2019).

Значительные улучшения в поддерживающей терапии и разработка таргетной терапии CFTR увеличили ожидаемую продолжительность жизни у пациентов с муковисцидозом до медианной выживаемости 40 лет и более в промышленно развитых странах (Dodge et al., 2007; Маккензи и др., 2014). Следовательно, муковисцидоз больше не считается в первую очередь педиатрическим заболеванием. Это влечет за собой новые проблемы, в том числе лечение МВ у стареющей популяции с зависимыми от МВ и независимыми сопутствующими заболеваниями. Диабет, остеопения и остеопороз, почечные и вестибулохолеарные осложнения из-за токсичности аминогликозидов, сердечно-сосудистые заболевания и ухудшение заболевания легких являются медицинскими проблемами, часто возникающими у стареющей популяции муковисцидоза (Hodson et al., 2008; Simmonds et al., 2009). Хроническое местное и системное воспаление является ключевым патогенетическим механизмом, предположительно способствующим этим сопутствующим заболеваниям (Nichols et al., 2008; Беззерри и др., 2019). Старение ухудшает функцию легких посредством нескольких механизмов, центральным из которых является хроническое слабовыраженное воспаление, называемое «воспалением» (Franceschi and Campisi, 2014). Ускоренное старение связано с несколькими патологиями хронических воспалительных заболеваний легких. Поскольку хроническое воспаление является отличительной чертой заболевания дыхательных путей при МВ, возникает вопрос, может ли это хроническое воспаление также вызывать преждевременное старение легочной ткани при МВ; и если да, то могут ли новые методы лечения, нацеленные на «воспаление» и патомеханизмы старения в легких при муковисцидозе, оказаться полезными.

Признаки старения при МВ Болезнь легких

Физиологическое старение связано со значительными изменениями в структуре легких и функции клеток, что приводит к снижению функции легких, ремоделированию легких, снижению регенеративной способности и повышенной восприимчивости легких к повреждению и заболеваниям (Cho и Стаут-Дельгадо, 2020 г.). Учитывая увеличение продолжительности жизни больных МВ, вопрос о том, способствует ли хроническое воспаление ускоренному старению, становится все более актуальным.Интересно, что здоровые стареющие легкие демонстрируют провоспалительное состояние с повышенным содержанием нейтрофилов и IL-8 (Meyer et al., 1998), что имеет некоторое сходство с хроническим воспалением легких при МВ. В следующих параграфах мы постараемся представить обзор отличительных признаков старения и их потенциальных последствий для заболевания легких, вызванного муковисцидозом. Основные данные об ускоренном старении при муковисцидозе также представлены на рис. 1.

РИСУНОК 1 . Современное состояние данных об ускоренных процессах старения при муковисцидозе. Результаты исследований роли каждого из десяти признаков старения в заболевании муковисцидозом обобщаются и кодируются цветом в зависимости от их уровня доказательности: синий = нет доказательств вовлеченности в патологию муковисцидоза, зеленый = слабые доказательства, желтый = убедительные доказательства.

Геномная нестабильность

Пациенты с муковисцидозом без трансплантации имеют более высокий риск развития лимфолейкоза, рака яичек и рака пищеварительного тракта, чем население в целом (Maisonneuve et al., 2013). Точно так же риск рака у реципиентов трансплантата легкого с муковисцидозом выше, чем у реципиентов без муковисцидоза, особенно в отношении колоректального рака, рака пищевода и неходжкинской лимфомы (Fink et al., 2017). Дефекты CFTR сами по себе связаны с раком (Scott et al., 2020). Поразительное совпадение систем органов с повышенным риском рака и тех, которые в первую очередь страдают от гиперсекреции слизи, связанной с муковисцидозом, т.е.е., дыхательной, пищеварительной и репродуктивной систем, сильно указывает на хроническое воспаление как на потенциальный причинный фактор. При воспалении дыхательных путей при муковисцидозе большое количество активированных нейтрофилов высвобождает активные формы кислорода (АФК) и протеазы, такие как нейтрофильная эластаза, вызывая тем самым дополнительную продукцию АФК в клетках легких (Brown and Kelly, 1994; Aoshiba et al., 2001). Кроме того, у пациентов с муковисцидозом сообщалось о снижении антиоксидантной защиты при системном дефиците глутатиона, снижении уровня витамина Е в плазме и увеличении митохондриального окислительного стресса (Roum et al., 1985; Браун и др., 1995; Староста и др., 2006; Велсор и др., 2006). Неудивительно, что легкие при муковисцидозе подвергаются значительно более высокому уровню окислительного стресса (Starosta et al., 2006). Было обнаружено, что уровень 8-гидроксидеоксигуанозина (8-OHdG) в моче в качестве маркера вызванного оксидантами повреждения ДНК значительно повышен у детей с муковисцидозом (Brown and Kelly, 1994). Кроме того, эпителий дыхательных путей у пациентов с муковисцидозом демонстрирует повышенную экспрессию двух маркеров повреждения ДНК (фосфо-гистон h3A.X (γh3A.X) и киназы фосфо-контрольной точки 2 (фосфо-Chk2)) (Fischer et al., 2013). Однако было бы слишком упрощенно приписывать повышенный риск развития рака исключительно окислительному стрессу. Предполагается, что CFTR является белком-супрессором опухолей, а дефицит CFTR связан с прогрессированием рака дыхательных путей и кишечника и неблагоприятным прогнозом (Than et al., 2016; Li et al., 2015; Tu et al., 2016). Таким образом, дефицит репарации ДНК, связанный со старением, в сочетании с повышенным окислительным повреждением может привести к накоплению повреждений генома и, следовательно, к нестабильности генома (Moskalev et al., 2013).

Истощение теломер

Пролиферативная способность клеток ограничивается постепенной потерей их защитной теломерной ДНК, при этом каждое деление в конечном итоге приводит к клеточному старению (Blackburn et al., 2006). Хроническое воспаление может не только увеличить обновление клеток, но и привести к дисфункции теломер и ускоренному старению (Jurk et al., 2014; Gorenjak et al., 2020). Теломеры очень чувствительны к окислительному повреждению, поскольку они неэффективно восстанавливаются, что приводит к ускоренной потере теломер (Gorenjak et al., 2020; Хьюитт и др., 2012). Это поднимает вопрос, может ли окислительный стресс, связанный с хроническим воспалением дыхательных путей, вызывать ускоренное укорочение теломер у пациентов с муковисцидозом.

Сообщалось, что при муковисцидозе уменьшение длины теломер в лейкоцитах периферической крови связано с тяжестью заболевания (Lammertyn et al., 2017). Однако длина теломер не была уменьшена в эксплантатах легких пациентов с муковисцидозом, и не было обнаружено корреляции между длиной теломер и тяжестью заболевания в месте отбора проб (Everaerts et al., 2018). Точно так же длина теломер в эпителиальных клетках дыхательных путей при муковисцидозе существенно не отличалась от контрольных донорских легких; только у небольшой подгруппы пациентов с муковисцидозом теломеры были короче (Fischer et al., 2013). Основываясь на ограниченных научных данных, мы не можем сделать вывод, является ли истощение теломер обычным признаком легких при муковисцидозе. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить его вклад в патогенез заболевания дыхательных путей при муковисцидозе.

Эпигенетические изменения

Эпигенетические изменения — это стабильные, наследуемые изменения химической структуры ДНК, возникающие в результате изменения характера ее метилирования, посттрансляционных модификаций гистонов и ремоделирования хроматина.Они регулируют экспрессию генов без изменения последовательности ДНК (Gonzalo, 1985; Berger et al., 2009). Специфические изменения в характере модификации гистонов, такие как повышенное триметилирование h5K20 и h4K4 и снижение метилирования h4K9, а также триметилирование h4K27, представляют собой маркеры связанных с возрастом эпигенетических изменений (Gonzalo, 1985; López-Otín et al., 2013). Было показано, что метилирование ДНК играет важную роль в старении и заболеваниях. Глобальные изменения метилирования ДНК в течение жизни и метилирование специфических сайтов CpG (цитозин-гуанин) коррелируют с возрастом (Jones et al., 2015; Ашапкин и др., 2017; Левин и др., 2018). Изменения в паттернах метилирования ДНК связаны с раком, некоторыми генетическими заболеваниями и воспалительными заболеваниями легких, включая муковисцидоз (Robertson, 2005; Scott and De Sario, 2020). При муковисцидозе были обнаружены изменения метилирования нескольких динуклеотидов CpG в эпителиальных клетках носа, макрофагах цельной крови и легких. Интересно, что эти эпигенетические изменения преимущественно локализовались в генах, важных для соответствующей ткани, таких как клеточная адгезия, иммунный ответ или воспаление, и коррелировали с функцией легких (Scott and De Sario, 2020; Magalhães et al., 2018; Чен и др., 2018). Хотя конкретное исследование еще находится в зачаточном состоянии, было показано, что CFTR также эпигенетически регулируется, что может открыть новые терапевтические стратегии для восстановления дисфункции CFTR при патологии CF (Sirinupong and Yang, 2015).

Потеря протеостаза

Молекулярные шапероны и протеолитический механизм обеспечивают непрерывное обновление протеома, защищая клетки от накопления неправильно свернутых или поврежденных белков (López-Otín et al., 2013). Потеря адекватного протеостаза происходит в процессе старения и, как было показано, изменяется в эпителии муковисцидоза.Появляется все больше доказательств того, что функция CFTR может регулировать сеть протеостаза (Villella et al., 2013; Esposito et al., 2016). CFTR, несущий мутацию ∆F508, а также другие менее частые мутации, не созревает в полностью гликозилированный белок. Вместо этого неправильно свернутый белок в основном сохраняется в эндоплазматическом ретикулуме, где он изолируется для деградации (Cheng et al., 1990; Van Goor et al., 2011). Сверхэкспрессия ∆F508 вызывает стресс ER и активирует ответ развернутого белка in vitro , что приводит к снижению уровней мРНК CFTR дикого типа (Bartoszewski et al., 2008). Это означает, что дефектный CFTR приводит к подавлению экспрессии CFTR. Тяжесть клинического спектра заболевания значительно варьирует даже у пациентов с одной и той же мутацией. Предполагается, что вариации в сети протеостаза являются модифицирующими факторами, способствующими этим различиям (Balch et al., 2011). Многообещающая новая терапевтическая стратегия направлена ​​на улучшение доставки белков сетью протеостаза (Strub and McCray Jr, 2020). Регулятор протеостаза цистамин способствует доставке ∆F508-CFTR к апикальной клеточной мембране и тем самым позволяет ему реагировать на потенциаторы CFTR (Luciani et al., 2012). Цистамин в сочетании с галлатом эпигаллокатехина восстанавливал функцию CFTR, уменьшал воспаление легких и восстанавливал аутофагию в исследовании фазы 2, особенно у пациентов, несущих мутацию ∆F508 (Tosco et al., 2016).

CFTR не только подвергается деградации протеостазной сетью, но и является ключевым игроком в собственной регуляции. Ингибирование функции CFTR приводит к убиквитинированию белка CFTR и резкому снижению стабильности в плазматической мембране бронхиальных эпителиальных клеток (Esposito et al., 2016), при этом цистамин корректирует этот нарушенный протеостаз (Villella et al., 2013). Кроме того, siRNA, истощающая CFTR, препятствует эндосомальному переносу белков клеточной поверхности, что показано для рецептора трансферрина, рецептора эпидермального фактора роста и самого CFTR (Villella et al., 2013). Следовательно, недостаточная функция CFTR подрывает сеть протеостаза в петле прямой связи, способствуя ее собственной деградации. Дисфункциональная аутофагия, по-видимому, также способствует выраженному воспалению легких при муковисцидозе.Улучшение клиренса аутофагосом ослабляет гипервоспалительную реакцию (Mayer et al., 2013). Окислительный стресс из-за дефектной функции CFTR ингибирует убиквитинирование и протеасомную деградацию трансглутаминазы 2 профиброзной ткани, тем самым вызывая хроническое воспаление (Esposito et al., 2016; Luciani et al., 2009). Было показано, что восстановление аутофагии с помощью цистамина подавляет транс-глютаминазу 2 и уменьшает воспаление у мышей с CF и в клетках носового эпителия, полученных от пациентов in vitro .Таким образом, потеря протеостаза как признака старения при муковисцидозе была подтверждена текущими данными и может стать ценной целью для будущих методов лечения.

Нарушение восприятия питательных веществ

Старение регулируется путями восприятия питательных веществ, включая инсулин/инсулиноподобный фактор роста (IGF-1), mTOR, AMP киназу, сиртуины и транскрипционные факторы FOXO (Vellai, 2009; Kenyon, 2010). Провоспалительные сигналы тесно интегрированы в сигналы стресса и питательных веществ (Jurk et al., 2014). Следовательно, как воспалительные, так и хронические воспалительные состояния, такие как муковисцидоз легких, могут мешать сигнальным путям, чувствительным к питательным веществам. В исследовании in vitro была идентифицирована α1 (каталитическая) субъединица AMP-активируемой протеинкиназы (AMPK) в качестве доминирующего и нового белка, взаимодействующего с CFTR, что демонстрирует потенциальную связь между трансэпителиальным транспортом и метаболическим состоянием клетки (Hallows et al., 2000). .

Окислительный стресс, наблюдаемый при воспалении дыхательных путей при муковисцидозе, приводит к усилению сигнального пути mTOR, способствующего росту (Chen et al., 2011). До сих пор мало что известно о нарушении чувствительности к питательным веществам при муковисцидозе легких. Было обнаружено, что CFTR взаимодействует с компонентами сигнального пути mTOR, на которые могут влиять мутации CFTR, так что CFTR ∆F508 демонстрирует специфический интерактом, отличный от CFTR дикого типа (Pankow et al., 2015; Reilly et al., 2017). Активность mTOR в бронхиальных эпителиальных клетках CF повышается, а ингибирование пути PI3K/Akt/mTOR улучшает экспрессию и стабильность CFTR (Reilly et al., 2017). Факторы транскрипции FOXO, расположенные после передачи сигналов инсулина/ИФР-1 (IIS), регулируют клеточные процессы, связанные с устойчивостью к стрессу, метаболизмом, а также остановкой клеточного цикла, и играют центральную роль в опосредованном ослаблением IIS увеличении продолжительности жизни (Martins et al., 2016). Было показано, что FOXO1 и 3 регулируют врожденные иммунные механизмы в респираторном эпителии в ответ на бактериальные инфекции (Seiler et al., 2013). В линии эпителиальных клеток бронхов CF человека было обнаружено снижение FOXO1, связанное с потерей функции CFTR (Smerieri et al., 2014). Интересно, что четыре микроРНК, которые, как предполагается, являются регуляторами FOXO1, по-разному экспрессировались в сыворотке пациентов с CF (Montanini et al., 2016). Однако последствия измененной передачи сигналов фактора транскрипции FOXO с точки зрения ускоренного старения у пациентов с муковисцидозом остаются неясными и требуют дальнейшего изучения.

Митохондриальная дисфункция

Возрастная митохондриальная дисфункция чаще всего вызывается повышенным содержанием АФК, что в конечном итоге приводит к старению клеток (Chapman et al., 2019). Чрезмерные уровни оксидантов из дисфункциональных митохондрий могут вызывать высвобождение воспалительных цитокинов, вызывая хроническое воспаление и прогрессирование заболеваний дыхательных путей, таких как муковисцидоз (Prakash et al., 2017). Кроме того, по мере старения клеток происходит повреждение ДНК, которое активирует пути ответа на повреждение ДНК. Эти хронически стимулируемые пути вызывают митохондриальный стресс, приводящий к повышенному высвобождению молекулярных паттернов, связанных с повреждением митохондрий (DAMP).DAMPs вместе с продукцией ROS и/или оттоком АТФ и K ⁺ способствуют активации инфламмасомы NLRP3 (Prakash et al., 2017; dos Santos et al., 2012). Это приводит к активации каспазы-1 и высвобождению провоспалительных цитокинов IL-1β и IL-18, инициируя цикл хронического воспаления, прогрессирования заболевания и дальнейшего накопления повреждений митохондрий, что приводит к ускоренному старению (dos Santos et al., 2012). . Недавние исследования показывают, что митохондриальная дисфункция может быть связана с прогрессированием заболевания при муковисцидозе.Клетки с нарушенной функцией CFTR обнаруживают сниженную активность митохондриального комплекса I (Valdivieso et al., 2012). И повышенные уровни IL-1β очень распространены среди пациентов с муковисцидозом, что было связано с воспалением, вызванным фоновыми хроническими инфекциями Pseudomonas aeruginosa (Rimessi et al., 2015). Как уже говорилось, повышенный уровень IL-1β является не только признаком воспаления, но и признаком митохондриальной дисфункции. Эти два неразрывно связанных признака старения способствуют прогрессированию заболевания при муковисцидозе.Кроме того, будет полезно оценить, влияет ли терапия тройным модулятором CFTR благоприятно на эти патогенетические механизмы. Недавнее исследование показало, что модуляция CFTR может восстанавливать фосфорилирование Nrf2, основного регулятора окислительного баланса и передачи сигналов воспаления (Borcherding et al., 2019).

Клеточное старение

Накопление стареющих клеток наблюдается при нормальном старении и хроническом заболевании легких (Jeyapalan et al., 2007; Meiners et al., 2015). Старение вызывается рядом повреждений, таких как окислительный стресс, повреждение ДНК, укорочение теломер и воспаление, и связано с характерным секреторным профилем, называемым секреторным фенотипом, ассоциированным со старением (SASP) (Naylor et al., 2013; Юрк и др., 2014). Это включает высвобождение провоспалительных медиаторов, факторов роста и протеаз, ремоделирующих матрикс, которые могут поддерживать воспалительные процессы, приводящие к дальнейшему накоплению стареющих клеток (Naylor et al., 2013; Parikh et al., 2019). При муковисцидозе жидкий слой выстилки легких содержит большое количество нейтрофильной эластазы, которая, как было показано, вызывает остановку клеточного цикла посредством повышенной экспрессии p27 ^Kip1 , что приводит к остановке G1 в нормальных клетках бронхиального эпителия человека in vitro (Nakamura et al., 1992; Фишер и др., 2007). Остановка клеточного цикла может привести к клеточному старению (Fischer et al., 2013; Naylor et al., 2013). Действительно, исследование, проведенное Фишером и его коллегами, подтвердило, что эпителий дыхательных путей легких при МВ имеет повышенную экспрессию маркеров старения p16 ^INK4a , γh3A.X и фосфо-Chk2 (Fischer et al., 2013). Их исследование показало, что эластаза нейтрофилов увеличивает экспрессию p16, что приводит к ингибированию активности циклинзависимой киназы 4 in vitro (Fischer et al., 2007). Это предполагает, что клеточное старение из-за чрезмерного высвобождения нейтрофильной эластазы в легких при муковисцидозе может способствовать ускоренному старению. В недавнем обзоре сделан вывод о наличии согласованных данных, подтверждающих, что клеточное старение также может быть связано с заболеванием легких при МВ, но точные механизмы, ведущие от потери функции CFTR к клеточному старению, и точная роль в заболевании легких при МВ остаются неизвестными (Bezzerri et al., 2019).

Истощение стволовых клеток

Легочная ткань имеет низкий устойчивый клеточный обмен со способностью увеличивать пролиферацию стволовых клеток/клеток-предшественников в ответ на повреждение (Hogan et al., 2014). Старение связано с прогрессирующим снижением количества стволовых клеток/клеток-предшественников, которые поддерживают гомеостатическую и регенеративную способность (Oh et al., 2014). Хроническое воспаление считается основным фактором, ускоряющим ухудшение функции стволовых клеток, при этом важными патологическими факторами являются трансформирующий фактор роста (TGF)-β и накопление АФК (Oh et al., 2014). miRNA-155 активируется при старении и, как предполагается, способствует дисфункции стволовых клеток, связанной с воспалением (Teramura and Onodera, 2018).Высокая экспрессия этой специфической miRNA была обнаружена в эпителиальных клетках легкого CF и циркулирующих нейтрофилах (Bhattacharyya et al., 2011). Кроме того, хроническое воспаление дыхательных путей в сочетании с рецидивирующими обострениями вызывает рецидивирующее повреждение тканей, тем самым увеличивая потребность в пролиферации стволовых клеток. Это может превышать предложение, которое способна обеспечить ниша стволовых клеток, что приводит к их истощению в легких при CF (Mora and Rojas, 2013). На данный момент нет сообщений о точной роли истощения стволовых клеток в заболевании легких при МВ.В одном исследовании не наблюдалось укорочения теломер в эпителиальных клетках дыхательных путей при муковисцидозе, что позволило сделать вывод, что резерв эпителиального ствола/предшественника достаточен для поддержания нормальной длины теломер, несмотря на усиленный клеточный оборот (Fischer et al., 2013). Но это не исключает участия истощения стволовых клеток в ускоренном старении легких при МВ, и для определенных выводов необходимы дальнейшие исследования.

Измененная клеточная связь

Сообщалось, что помимо хронического воспаления легких дефицит CFTR вызывает аномалии в различных сигнальных путях.Сообщалось, что функциональный CFTR подавляет активность NF-κB, а связанное с МВ гипервоспаление может представлять собой следствие недостаточного ингибирования передачи сигналов NF-κB (Hunter et al., 2010). Хроническое прогрессирующее слабовыраженное воспаление, вызванное NF-kB, может вызывать преждевременное старение (Jurk et al., 2014). Воспаление дыхательных путей при муковисцидозе связано с избыточной продукцией NF-κB-зависимых медиаторов воспаления, таких как интерлейкин-1β (IL-1β), IL-6, IL-8 и TGF-β1, рекрутированием нейтрофилов и снижением ответа на интерферон (IFN). )-γ, а также дальнейшие нарушения различных сигнальных путей (Nichols et al., 2008; Харрис и др., 2009 г.; Петерсон-Кармайкл и др., 2009 г.; Лара-Рейна и др., 2020). Профибротический цитокин TGF-β считается фактором, способствующим старению, и связан с ускоренным снижением функции легких у пациентов с муковисцидозом (Arkwright et al., 2000). Несколько сообщений показывают, что TGF-β вызывает дисфункцию CFTR (Manzanares et al., 2015; Snodgrass et al., 2013; Sun et al., 2014). Хронические бактериальные инфекции стимулируют постоянное высвобождение IL-8 из эпителия дыхательных путей (McCuaig and Martin, 2013). Привлеченные нейтрофилы еще больше усиливают воспаление дыхательных путей, высвобождая высокие концентрации медиаторов воспаления, таких как TNFα и IL-8, оксиданты и протеазы (Petit-Bertron et al., 2008). Эластаза нейтрофилов способствует деградации и дисфункции CFTR кальпаинами (Le Gars et al., 2013). Недавние разработки лекарств были сосредоточены на восстановлении функции CFTR; эти методы лечения значительно улучшают функцию легких и снижают частоту обострений у пациентов с муковисцидозом (Wainwright et al., 2015; Rowe et al., 2017; Davies et al., 2018; Keating et al., 2018). Однако устойчивое воспаление дыхательных путей приводит к деградации и повышенному обороту CFTR, препятствуя полному раскрытию потенциала таргетной терапии, вызывая состояние ускоренного старения на тканевом уровне (Rowe et al., 2014). Окислительный стресс от АФК, связанный с нейтрофильным воспалением дыхательных путей, может привести к накоплению модифицированных или поврежденных биомолекул, нарушающих их функцию. Окислительно поврежденные клеточные структуры могут действовать как DAMP, распознаваемые рецепторами врожденной иммунной системы, т. е. Toll-подобными рецепторами (TLR) и инфламмасомой NLRP3 (Meiners et al., 2015). Следовательно, окислительный стресс может дополнительно усиливать выработку цитокинов при продолжающемся воспалении и поддерживать провоспалительное состояние при воспалении (Franceschi and Campisi, 2014; Meiners et al., 2015).

Нарушение регуляции внеклеточного матрикса

Ремоделирование ВКМ при заболеваниях легких является не только следствием повреждения тканей, но и способствует прогрессированию заболевания за счет нарушения механизмов репарации (Parker et al., 2014). Нейтрофильное воспаление при муковисцидозе сопровождается протеазно-антипротеазным дисбалансом с повышением нейтрофильной эластазы и матриксной металлопротеазы-9 и снижением тканевого ингибитора металлопротеазы-1 (Gaggar et al., 2007). Хотя протеолитические ферменты полезны для восстановления тканей, чрезмерное их высвобождение из-за хронического воспаления может подавлять антипротеазную активность, вызывая ремоделирование и обструкцию дыхательных путей (Gaggar et al., 2011). Протеазы нейтрофильного происхождения являются основной движущей силой повреждения легких при МВ (Elborn, 2016), а эластаза нейтрофилов мокроты коррелирует с ОФВ ₁ у детей с МВ (Sagel et al., 2002). Более того, нейтрофильная эластаза и продукты протеолитического распада коллагена и эластина играют патогенную роль в фиброзном ремоделировании легких (Chua and Laurent, 2006). Ультраструктурные признаки деградации внеклеточного матрикса включают лизис эластических и коллагеновых волокон, потерю распределения древовидной эластической сети и изменения в структуре ретикулярной базальной мембраны (RBM) (Durieu et al., 1998; Хиллиард и др., 2007 г.; Регейм и др., 2011). При CF утолщение RBM, по-видимому, связано с повышенным уровнем TGF-β1 (Hilliard et al., 2007). Уменьшение эластической сети в сочетании с повышенным отложением коллагена в бронхиальных стенках у пациентов с муковисцидозом напоминает фиброзные изменения внеклеточного матрикса в стареющих легких (Hilliard et al., 2007). В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что нарушение регуляции внеклеточного матрикса играет важную роль в ускоренном старении легких при муковисцидозе.

Терапевтическое значение

Текущие эффективные методы лечения МВ, воздействующие на хроническое воспаление

Различные препараты, воздействующие на воспаление, изучались при МВ с 1990 г., но лишь немногие из них рекомендованы для клинического применения.Из-за длины этого обзора здесь будут обсуждаться только важные из них.

Кортикостероиды были одним из первых противовоспалительных препаратов, изученных в качестве хронической терапии, уменьшающей воспаление дыхательных путей при CF (Auerbach et al., 1985; Eigen et al., 1995). Хотя были показаны положительные эффекты на функцию легких, общие побочные эффекты перевешивали преимущества, и в настоящее время не рекомендуется длительное использование системных кортикостероидов для замедления снижения функции легких (Flume et al., 2007). В нескольких исследованиях изучалось влияние ингаляционных кортикостероидов (ИКС) на ухудшение функции легких, но их противовоспалительный эффект так и не был подтвержден (Ren et al., 2008; Де Боек и др., 2011). Поэтому Фонд МВ не рекомендует использовать длительные ИГКС у пациентов с МВ старше 6 лет без сопутствующей астмы или аллергического бронхолегочного аспергиллеза (Flume et al., 2007).

Нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП) изучались в качестве терапевтических средств при муковисцидозе из-за сходных свойств с кортикостероидами, но с меньшим количеством побочных эффектов. Ибупрофен обладает специфической активностью в отношении нейтрофилов, и применение высоких доз ибупрофена два раза в день было связано с более медленным снижением функции легких, меньшей частотой обострений и меньшей потерей веса у детей с муковисцидозом (Konstan et al., 1995; Констан и др., 2003; Констан и др., 2007; Лэндс и др., 2007). Тем не менее, ибупрофен широко не используется, но группа экспертов Фонда CF рекомендует его использование у пациентов с МВ с легким заболеванием легких (Flume et al., 2007).

Терапия модуляторами CFTR продемонстрировала свою эффективность и благотворное влияние на восстановление функции CFTR примерно для 90% генотипов МВ (Wainwright et al., 2015; Rowe et al., 2017; Davies et al., 2018; Keating et al., 2018; Миддлтон и др., 2019). Интересно, что дисфункция CFTR связана с хроническим воспалением, а также с другими признаками старения, и два недавних исследования продемонстрировали противовоспалительный эффект модуляторов CFTR (Jarosz-Griffiths et al., 2020; Хисерт и др., 2017). Однако недавнее обсервационное исследование не показало каких-либо значительных изменений маркеров воспаления в мокроте, но показало изменения в ВКМ с использованием анализа всего протеома (Kopp et al., 2020). Таким образом, проверка потенциальных противовоспалительных эффектов корректоров CFTR требует дальнейшего изучения. Также было показано, что корректоры CFTR действуют как регуляторы протеостаза (Lopes-Pacheco et al., 2015; Lopes-Pacheco et al., 2016), и есть доказательства того, что модуляторы CFTR могут регулировать дисфункцию митохондрий.На рисунке 2 обобщены текущие данные о модуляторах CFTR и их связи с признаками старения.

РИСУНОК 2 . Терапия модулятором CFTR при муковисцидозе и потенциальное влияние на признаки старения. Цветовой код для текущего уровня доказательств: синий = нет доказательств участия в патологии CF, зеленый = слабое доказательство, желтый = сильное доказательство.

Потенциальные новые методы лечения CF

Модуляция ионных каналов, отличных от CFTR, оценивалась как потенциальная терапия. Совсем недавно потенцирование TMEM16A с использованием ETX001 значительно повысило активность Ca ²⁺ -активируемых каналов Cl ^– и секрецию анионов как in vitro , так и in vivo на овечьих моделях, что привело к улучшению мукоцилиарного клиренса без влияния на передачу сигналов кальция (Danahay и другие., 2020). Вопрос о том, влияет ли ETX001 на воспаление дыхательных путей, представляет большой интерес.

Противовоспалительные цитокины и антитела, нацеленные на цитокины, могут быть ценными новыми методами лечения муковисцидоза. Было показано, что IL-10 останавливает воспалительную реакцию и является дефицитным у пациентов с муковисцидозом (Bonfield et al., 1999). Его введение оказывает противовоспалительное действие на инфицированных Pseudomonas мышей (Chmiel et al., 1999; Soltys et al., 2002). Лечение противовоспалительным цитокином IFN-γ было протестировано в многоцентровом клиническом исследовании, но не показало положительного влияния на функцию легких или маркеры воспаления в мокроте (Moss et al., 2005). Это согласуется с упомянутой выше сниженной реакцией дыхательных путей при муковисцидозе на IFN-γ. В качестве альтернативы лечению противовоспалительными цитокинами были оценены различные блокирующие антитела, нацеленные на провоспалительные цитокины. Было показано, что антитела против IL-17 снижают рекрутирование нейтрофилов в дыхательных путях мышей при воздействии липополисахарида (Ferretti et al., 2003). Анти-IL-17 было протестировано клинически при ревматоидном артрите и псориазе (Ly et al., 2019; Taams, 2020) и может быть потенциально новой терапевтической стратегией при воспалении дыхательных путей, связанном с муковисцидозом.Анти-ICAM-1 и -IL-8 оценивались доклинически, но никогда не достигали клинической стадии. Из-за высоких концентраций LTB ₄ в дыхательных путях при МВ (Konstan et al., 1993) BIIL 284 BS (амелубант), специфический антагонист рецептора LTB ₄ , был протестирован при МВ. Из-за серьезных нежелательных явлений со стороны легких клиническое исследование было прекращено досрочно (Konstan MW et al., 2005).

Модуляция жирных кислот может оказаться полезной, поскольку при муковисцидозе были продемонстрированы изменения концентрации жирных кислот, способствующие воспалению дыхательных путей, такие как повышение уровня арахидоновой кислоты и снижение уровня докозагексаеновой кислоты (ДГК) (Freedman et al., 1999; Горати и др., 2020). Совокупные данные 90 523 исследований 90 524 in vitro и некоторых небольших неплацебо-контролируемых исследований с использованием пероральных добавок DHA предполагают, что это может быть полезно для сохранения функции легких (Beharry et al., 2007; Van Biervliet et al., 2008; Aldámiz-Echevarría et al. др., 2009). Для подтверждения этих результатов потребуются более крупные плацебо-контролируемые испытания. Кроме того, мириоцин, ингибитор синтеза сфинголипидов, индуцировал изменения в транскрипционной программе клеточного метаболизма in vitro в эпителиальных клетках дыхательных путей при муковисцидозе.Таким образом, авторы предположили, что синтез сфинголипида de novo может ослаблять хроническое воспаление, оптимизировать снабжение энергией и антиоксидантные реакции, что подразумевает новую будущую терапевтическую стратегию при муковисцидозе (Mingione et al., 2020)

Ингибирование NF-kB активация была продемонстрирована как ибупрофеном в высоких дозах, так и ИЛ-10. Кроме того, передача сигналов NF-κB может быть ослаблена глитазонами за счет повышения активности рецептора, активирующего пролиферацию пероксисом (PPAR) (Zingarelli et al., 2003; Ruan et al., 2003), и, по-видимому, при муковисцидозе наблюдается дефицит PPAR (Perez et al., 2008). Как тиглитазон, так и троглитазон могут активировать PPAR в эпителии муковисцидоза и ослаблять воспалительную реакцию на P. aeruginosa (Perez et al., 2008). Одно клиническое исследование с использованием глитазонов не показало положительного эффекта в отношении воспаления, но это исследование было очень небольшим и не оценивало результаты функции легких (Konstan MW et al., 2009). Было показано, что длительное применение азитромицина не только улучшает функциональные результаты, но и некоторые из основных механизмов могут быть связаны с ингибированием STAT и NF-kB (Haydar et al., 2019; Николс и др., 2020). Таким образом, нацеливание на передачу сигналов NF-κB при муковисцидозе кажется привлекательным будущим терапевтическим направлением.

Ингибирование инфламмасомы NLRP3 также обсуждалось как потенциальная противовоспалительная стратегия (Scambler et al., 2019). В недавнем отчете MCC950 использовался в качестве специфического ингибитора NLRP3 in vivo на животных моделях муковисцидоза, что привело к значительному уменьшению воспаления дыхательных путей и улучшению клиренса Pseudomonas (McElvaney et al., 2019).

Статины проявляют противовоспалительное действие посредством различных механизмов, включая ингибирование миграции нейтрофилов, RhoGTPase/увеличение продукции оксида азота (NO)/IL-8 и других провоспалительных цитокинов, а также усиление транскрипции PPAR (Dunzendorfer et al., 1997; Kraynack et al., 2002; Zelvyte et al., 2002). Агенты, которые могут повышать NO, такие как аргинин, были изучены, поскольку было показано, что в крови и мокроте больных муковисцидозом наблюдается повышенная активность аргиназы.Это приводит к деградации L-аргинина, который является субстратом для продукции NO (Gracemann et al., 2005a). В небольшом пилотном исследовании оценивалось пероральное употребление L-аргинина у пациентов с муковисцидозом, что приводило к увеличению выдыхаемого NO (Grasemann et al., 2005b). Чтобы показать эффективность, необходимы крупные проспективные клинические испытания.

Антиоксидант N-ацетилцистеин (NAC) часто используется в качестве муколитика, но в последнее время к нему резко возрос интерес в качестве антиоксиданта из-за его способности повышать уровень глутатиона и ингибировать повреждения, вызванные H ₂ O ₂ .Добавка перорального NAC была связана со значительным повышением уровня глутатиона в крови и снижением активности нейтрофилов, IL-8 и эластазы в мокроте пациентов с МВ (Tirouvanziam et al., 2006). Рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование, включающее 70 пациентов с МВ для 24 недели показали стабильность или небольшое увеличение спирометрической функции легких у участников, получавших NAC, по сравнению с контрольной группой (Conrad et al., 2015). Второе открытое рандомизированное контролируемое исследование продемонстрировало незначительное улучшение функции легких у взрослых с муковисцидозом и хронической синегнойной инфекцией (Skov et al., 2015). P3001, муколитический агент, также оценивался и напрямую сравнивался с NAC в более позднем исследовании с использованием моделей in vitro и in vivo CF. Результаты показали, что P3001 действовал быстрее и был более эффективным, чем NAC и ДНКаза, но исследователи не изучали его антиоксидантные или противовоспалительные свойства (Ehre et al., 2019). Поскольку глутатион транспортируется с помощью CFTR (Linsdell and Hanrahan, 1998), дефекты CFTR потенциально могут снижать уровни этого антиоксиданта в эпителии дыхательных путей, повышая восприимчивость к окислительному стрессу.Действительно, снижение уровня глутатиона наблюдалось у мышей и пациентов с муковисцидозом (Roum et al., 1985; Velsor et al., 2001). Небольшое пилотное исследование с использованием аэрозольного глутатиона два раза в день у пациентов с муковисцидозом привело к снижению продукции супероксида, но не изменило маркеров окислительного стресса в жидкости бронхоальвеолярного лаважа (Bishop et al., 2005; Hartl et al., 2005). В более позднем Кокрейновском мета-анализе были обобщены подходы к антиоксидантной терапии при МВ и сделан вывод о том, что антиоксидантные микронутриенты, по-видимому, не оказывают благотворного влияния на клинические исходы; но пероральные добавки с глутатионом показали некоторую пользу для функции легких, состояния питания и снижения окислительного стресса (Ciofu et al., 2019). Тем не менее, из-за одновременного лечения, включая интенсивную терапию антибиотиками, нет достаточных доказательств, оправдывающих их использование у пациентов с муковисцидозом без более крупных испытаний и более длительного наблюдения.

Терапевтическое использование ингибиторов протеазы изучалось при муковисцидозе с 1990 года. Несколько групп продемонстрировали, что α ₁ -антитрипсин, доставляемый в виде аэрозольного препарата, снижает маркеры воспаления и нейтрофилы (McElvaney et al., 1991; Griese et al., 2007). . rSLPI и EPI-hNE4 — два ингибитора эластазы нейтрофилов, которые продемонстрировали положительное действие при муковисцидозе, но крупных когортных исследований все еще не проводилось (McElvaney et al., 1993; Гримберт и др., 2003).

Другие потенциальные противовоспалительные средства также изучаются. SB-656933, антагонист CXCR2, продемонстрировал тенденцию к ослаблению воспаления дыхательных путей (Moss et al., 2013). Низкие дозы циклоспорина А были охарактеризованы как потенциальное стероидсберегающее средство в небольшой серии случаев (Bhal et al., 2001). Кроме того, метотрексат изучался как потенциальное противовоспалительное средство при муковисцидозе, но исследования не дали окончательных результатов: одно из них показало положительное влияние на функцию легких и уровни общего сывороточного иммуноглобулина, тогда как другое исследование показало меньшую переносимость и учащение обострений (Ballmann et al., 2003; Эрманн и Уилер С, 2007).

МикроРНК как потенциальное противовоспалительное средство недавно привлекли внимание. ми-РНК вовлечены в различные заболевания, включая кистозный фиброз (Bardin et al., 2019; Bartoszewska et al., 2017). Венкен и др. предложили использовать распыляемые липидно-полимерные гибридные наночастицы для доставки терапевтической противовоспалительной микроРНК, miR-17, для снижения секреции IL-8, что было успешно протестировано in vitro (Vencken et al., 2019) Кроме того, в качестве новой терапевтической стратегии было предложено воздействовать на микроРНК для восстановления активности CFTR (De Santi et al., 2020). См. в таблице 1 сводку доказательств ускоренного старения при муковисцидозе, показанных в исследованиях in vitro и in vivo.

ТАБЛИЦА 1 . Резюме исследований in vitro на животных и людях, указывающих на участие ускоренного старения в развитии муковисцидоза.

Заключение и дальнейшие указания

Все больше данных свидетельствует о том, что процессы ускоренного старения связаны с патологией легких при муковисцидозе.Основываясь на текущем состоянии исследований, обобщенном в параграфах выше, представляется достаточно установленным, что ускоренное старение у пациентов с муковисцидозом является не только следствием хронического воспаления легких, но и процессы, связанные со старением, также являются движущей силой прогрессирования заболевания. Из десяти признаков старения, согласно недавней литературе, все, кроме истощения стволовых клеток и истощения теломер, по-видимому, в той или иной степени вовлечены в заболевание легких при МВ (см. рис. 1). Для некоторых признаков уже имеется значительный объем данных о специфических механизмах их патологического вовлечения, например, в случае измененного протеостаза и межклеточной коммуникации.Было показано, что другие, такие как митохондриальная дисфункция, нарушение чувствительности к питательным веществам и клеточное старение, играют роль в патологии легких и ускоренном старении при МВ, но необходимы дальнейшие исследования для выяснения основных патомеханизмов. И хотя каждый из десяти признаков обсуждался в отдельности, их следует рассматривать как взаимозависимые процессы, влияющие друг на друга.

Растущие данные о роли процессов ускоренного старения в заболевании легких при МВ и прогресс в расшифровке задействованных механизмов также обеспечивают новые терапевтические цели для будущей стратегии лечения, дополняющей существующие методы лечения, как кратко изложено в Терапевтические последствия .Некоторые методы лечения, нацеленные на десять признаков старения, уже используются в клинической практике, и можно ожидать, что последуют и другие методы, которые могут помочь в дальнейшем снижении смертности и улучшении качества жизни у пациентов с муковисцидозом.

Вклад авторов

LK, ME, MH и SK участвовали в написании рукописи. Л.К. разработал рисунки и помог составить рукопись. LK, ME и MH внесли свой вклад в поиск литературы. С.К. критически пересмотрел рукопись. Все авторы прочитали и одобрили рукопись к публикации.

Финансирование

Эта работа была поддержана Медицинским научно-исследовательским институтом бортпроводников (YFAC152003 для SK), Фондом муковисцидоза (P30 DK072482 и Rowe19RO для SK) и Национальным институтом здравоохранения (R03AG059994 для SK).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы благодарят Еву Марию Кюнзи за помощь в создании иллюстраций.

Сокращения

БАЛ, бронхоальвеолярный лаваж; BK – Ca2+- и потенциалзависимый K+ с большой проводимостью; ECM, внеклеточный матрикс; FEV1, объем форсированного выдоха в 1 с; ФЖЕЛ, мощность принудительной вентиляции; GSH, восстановленный глутатион; HBE, бронхиальный эпителий человека; IGF-1, инсулиноподобный фактор роста 1; MAPK, митоген-активируемая протеинкиназа; NE, нейтрофильная эластаза; oh8dG, мочевой 8-гидроксидезоксигуанозин; PBMCs, мононуклеарные клетки периферической крови; PMN, полиморфноядерный лейкоцит; АФК, активные формы кислорода; TG2, тканевая трансглутаминаза 2; тканевой ингибитор металлопротеазы-1 ТИМП-1; вес, дикий тип.

Ссылки

Aldámiz-Echevarría, L., Prieto, J.A., Andrade, F., Elorz, J., Sojo, A., Lage, S., et al. (2009). Сохранение дефицита незаменимых жирных кислот при муковисцидозе, несмотря на пищевую терапию. Педиатр. Рез. 66 (5), 585–589. doi:10.1203/pdr.0b013e3181b4e8d3

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Аошиба К., Ясуда К., Ясуи С., Тамаоки Дж. и Нагаи А. (2001). Сериновые протеазы усиливают окислительный стресс в клетках легких. утра. J. Physiology-Lung Cell Mol. Физиол. 281 (3), Л556–Л564. doi:10.1152/ajplung.2001.281.3.l556

CrossRef Full Text | Google Scholar

Аркрайт П. Д., Лори С., Супер М., Правика В., Шварц М. Дж., Уэбб А. К. и др. (2000). Генотип TGF-бета 1 и ускоренное снижение функции легких у пациентов с муковисцидозом. Грудная клетка 55 (6), 459–462. doi:10.1136/thorax.55.6.459

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ауэрбах, Х., Киркпатрик Дж., Уильямс М. и Колтен Х. (1985). Преднизон через день снижает заболеваемость и улучшает функцию легких при муковисцидозе. The Lancet 326 (8457), 686–688. doi:10.1016/s0140-6736(85)-0

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Balch, WE, Roth, DM, and Hutt, DM (2011). Новые свойства протеостаза при муковисцидозе. Перспектива Колд-Спринг-Харб. биол. 3 (2). doi:10.1101/cshperspect.a004499

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Баллманн, М., Юнге С. и фон дер Хардт Х. (2003). Низкие дозы метотрексата при распространенном заболевании легких у пациентов с муковисцидозом. Респир. Мед. 97 (5), 498–500. doi:10.1053/rmed.2002.1471

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Барден П., Фусиньер Т., Русселе Н., Ребейроль К., Портер Дж. К., Корвол Х. и др. (2019). миР-636: недавно идентифицированный участник регуляции воспаления легких при муковисцидозе. Перед. Иммунол. 10, 2643. doi:10.3389/fimmu.2019.02643

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Бартошевска С., Камыш В., Якиэла Б., Санак М., Кроличевски Дж., Бебок З. и др. (2017). миР-200b подавляет CFTR во время гипоксии в эпителиальных клетках легких человека. Cell Mol Biol Lett 22, 23. doi:10.1186/s11658-017-0054-0

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Бартошевский Р., Раб А., Юркувенайте А., Мазур М., Wakefield, J., Collawn, J.F., et al. (2008). Активация ответа развернутого белка с помощью ΔF508 CFTR. утра. Дж. Дыхание. Цел Мол Биол 39 (4), 448–457. doi:10.1165/rcmb.2008-0065oc

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Бехарри С., Акерли К., Кори М., Кент Г., Хенг Ю.-М., Кристенсен Х. и др. (2007). Длительная терапия докозагексаеновой кислотой в конгенной мышиной модели кистозного фиброза. утра. J. Физиология желудочно-кишечного тракта печени Physiol. 292 (3), G839–G848.doi:10.1152/ajpgi.00582.2005

CrossRef Full Text | Google Scholar

Беззерри В., Пьяченца Ф., Капорелли Н., Малавольта М., Провинчиали М. и Чиполли М. (2019). Влияет ли клеточное старение на муковисцидоз? Респир. Рез. 20 (1), 32. doi:10.1186/s12931-019-0993-2

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Бхал Г.К., Магуайр С.А. и Боулер И.М. (2001). Использование циклоспорина А в качестве стероидсберегающего средства при муковисцидозе. Арх. Дис. Ребенок. 84 (1), 89. doi:10.1136/adc.84.1.89

CrossRef Full Text | Google Scholar

Бхаттачария С., Балакатиресан Н. С., Далгард К., Гутти У., Армистед Д., Йозвик К. и др. (2011). Повышенный уровень миР-155 способствует воспалению при муковисцидозе, вызывая гиперэкспрессию интерлейкина-8. Дж. Биол. хим. 286 (13), 11604–11615. doi:10.1074/jbc.m110.198390

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Бишоп, К., Hudson, V.M., Hilton, S.C., and Wilde, C. (2005). Пилотное исследование влияния ингаляционного забуференного восстановленного глутатиона на клиническое состояние больных муковисцидозом. Сундук 127 (1), 308–317. doi:10.1378/chest.127.1.308

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Блэкберн, Э. Х., Грейдер, К. В., и Шостак, Дж. В. (2006). Теломеры и теломераза: путь от кукурузы, Tetrahymena и дрожжей к раку человека и старению. Нац. Мед. 12 (10), 1133–1138.doi:10.1038/nm1006-1133

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Бонфилд Т.Л., Констан М.В. и Бергер М. (1999). Изменение продукции цитокинов клетками респираторного эпителия при муковисцидозе☆☆☆★. J. Аллергическая клиника. Иммунол. 104 (1), 72–78. doi:10.1016/s0091-6749(99)70116-8

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Borcherding, D.C., Siefert, M.E., Lin, S., Brewington, J., Sadek, H., Clancy, J.P., et al.(2019). Клинически одобренные модуляторы CFTR восстанавливают дисфункцию Nrf2 в эпителии дыхательных путей при муковисцидозе. Дж. Клин. Вкладывать деньги. 129 (8), 3448–3463. doi:10.1172/jci96273

Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Браун Р.К. и Келли Ф.Дж. (1994). Доказательства повышенного окислительного повреждения у пациентов с муковисцидозом. Педиатр. Рез. 36 (4), 487–492. doi:10.1203/00006450-199410000-00013

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Браун, Р.К., Макберни А., Лунек Дж. и Келли Ф.Дж. (1995). Окислительное повреждение ДНК у больных муковисцидозом. Свободный радикал. биол. Мед. 18 (4), 801–806. doi:10.1016/0891-5849(94)00172-g

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Чепмен Дж., Филдер Э. и Пассос Дж. Ф. (2019). Митохондриальная дисфункция и клеточное старение: расшифровка сложной взаимосвязи. Письмо ФЭБС. 593 (13), 1566–1579. doi:10.1002/1873-3468.13498

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Чен Т., Shen, L., Yu, J., Wan, H., Guo, A., Chen, J., et al. (2011). Рапамицин и другие соединения, способствующие долголетию, усиливают образование индуцированных мышами плюрипотентных стволовых клеток. Ячейка старения 10 (5), 908–911. doi:10.1111/j.1474-9726.2011.00722.x

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Чен Ю., Армстронг Д. А., Салас Л. А., Хазлетт Х. Ф., Наймон А. Б., Дессен Дж. А. и др. (2018). Полногеномное профилирование метилирования ДНК показывает отчетливую эпигенетическую сигнатуру, связанную с макрофагами легких при муковисцидозе. клин. Epigenetics 10 (1), 152. doi:10.1186/s13148-018-0580-2

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ченг С. Х., Грегори Р. Дж., Маршалл Дж., Пол С., Соуза Д. В., Уайт Г. А. и др. (1990). Нарушение внутриклеточного транспорта и процессинга CFTR является молекулярной основой большинства муковисцидозов. моб. 63 (4), 827–834. doi:10.1016/0092-8674(90)