Медицинские вопросы и проблемы подростков, больных муковисцидозом

1. Нормальный рост легкого

1.1. Пренатальное развитие

Пренатальное развитие сложных разветвленных дыхательных путей и альвеол, в которых происходит газообмен, традиционно делят на четыре фазы[145 - Smith LJ, McKay КО, van Asperen PR Selvadurai H, Fitzgerald DA. Normal development of the lung and premature birth. Paediatr Respir Rev 2010; 11:135-42].

1. Эмбриональная фаза (недели 0–6): в течение данного периода органогенеза легкое выглядит как вентральный зачаток пищевода. Долевые и сегментарные участки цилиндрического эпителия формируются по мере развития дыхательных путей.

2. Псевдожелезистая фаза (недели 6-16): начинается субсегментарное разветвление, направляемое мезенхимальными сигналами; все дыхательные пути, в которых не происходит газообмен, и сосудистые структуры полностью формируются к концу данного периода. В течение этой фазы эпителиальная клеточная дифференциация начинается проксимально и распространяется дистально; начинают появляться слизистые железы, и в стенках дыхательных путей закладывается хрящевая и гладкомышечная ткань.

3. Каналикулярная фаза (недели 16–24): характерным признаком данной фазы является развитие легочной паренхимы, которая будет дифференцироваться в альвеолы, и параллельное увеличение капиллярных структур. Эпителий преобразуется из кубического вида в более плоские структуры в тесном контакте с мелкими сосудами. В отличие от развития дыхательных путей, образование альвеол начинается на периферии под воздействием ростовых факторов и сигналов эпителиального происхождения и развивается проксимально; распознаваемые пневмоциты типа I и II присутствуют к 20-м неделям, хотя продуцирование сурфактанта не начинается до более поздних этапов беременности. К концу этого периода альвеолярные структуры, в которых происходит газообмен, являются тонкостенными, обеспечивая эффективную структуру газообмена крови, и сурфактант начинает продуцироваться на поверхности эпителия.

4. Мешотчатая фаза (неделя 24 – окончание срока): данный период представляет собой период, в течение которого образуются альвеолярные ходы и мешочки, число кровеносных сосудов резко увеличивается, и значительно увеличивается площадь поверхности легкого. Продуцирование сурфактанта возрастает, чтобы способствовать выживанию вне матки.

К настоящему времени большинство из имеющихся данных позволяет предположить, что эти механизмы хорошо сохраняются и являются нормальными у плода с муковисцидозом. Аутопсичные образцы, взятые несколько десятилетий назад, показали некоторую степень обструкции подслизистых желез или расширение ацинусов подслизистых желез[146 - Esterly JR, Oppenheimer EH. Observations in cystic fibrosis of the pancreas. 3. Pulmonary lesions. Johns Hopkins Med J 1968; 122:94-101][147 - Sturgess J, Imrie J. Quantitative evaluation of the development of tracheal submucosal glands in infants with cystic fibrosis and control infants. Am J Pathol 1982;106:303-11][148 - Bedrossian CW, Greenberg SD, Singer DB, Hansen JJ, Rosenberg HS. The lung in cystic fibrosis. A quantitative study including prevalence of pathologic findings among different age groups. Hum Pathol 1976; 7:195-204], но в остальном – нормальную морфологию легкого; в других исследованиях не смогли обнаружить даже эту аномалию[149 - Chow CW, Landau LI, Taussig LM. Bronchial mucous glands in the newborn with cystic fibrosis. Eur J Pediatr 1982; 139:240-3]. В исследованиях транзиторной, внутриамниотической генотерапии CF регулятора трансмембранной проводимости (CFTR; от англ. transmembrane conductance regulator) на мышах CF выдвинута гипотеза, что CFTR является важным регулятором дифференциации легкого антенатально и постепенно изменяет летальный кишечный фенотип[150 - Larson JE, Delcarpio JB, Farberman MM, Morrow SL, Cohen JC. CFTR modulates lung secretory cell proliferation and differentiation. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2000; 279:L333-41], хотя эти результаты не были повторены в последующем исследовании с использованием аналогичных методов[151 - Davies LA, Varathalingam A, Painter H et al. Adenovirus-mediated in utero expression of CFTR does not improve survival of CFTR knockout mice. Mol Ther2008; 16:812-18].

1.2. Постнатальное развитие

Число дыхательных путей и система разветвления полностью формируются к окончанию срока беременности, но периферические дыхательные пути являются короткими, и паренхима содержит многочисленные транзиторные протоки и мешочки. Теперь известно, что большая часть альвеоляризации, посредством которой эти структуры вырастают до многочисленных, полностью сформированных альвеол, происходит после рождения. Первоначально считали, что она завершается в пределах первых 2 лет жизни, хотя в некоторых работах, начиная с 1960-х годов, предположили, что она может продолжаться вплоть до примерно 8-летнего возраста[152 - Weibel ER, Gomez DM. A principle for counting tissue structures on random sections. J Appl Physiol 1962; 17:343-8]. Недавно Narayanan et al. применили метод визуализации с помощью гиперполяризационного магнитного резонанса на основе гелия, чтобы исследовать альвеоляризацию после этого возраста[153 - Narayanan M, Owers-Bradley J, Beardsmore CS et al. Alveolarization continues during childhood and adolescence: new evidence from helium-3 magnetic resonance. Am J Respir Crit Care Med 2012; 185:186-91]. В этом исследовании получено первое свидетельство того, что этот процесс не прекращается в ранний период жизни, вероятнее, он продолжается на протяжении всего подросткового периода до раннего взрослого возраста. Эти данные относятся к ранней стадии заболевания легких при CF и являются более важными, если необратимое повреждение легкого происходит в период незавершенного роста легкого.

2. Механизмы повреждения и поражения дыхательных путей при CF

2.1. Инфекция и обострения заболевания легких

Основой патофизиологии дыхательных путей при CF является аномальный ионный транспорт на поверхности эпителия, приводящий к низкому объему перицилиарной жидкости (PCL; от англ. periciliary liquid), дегидратированной вышележащей слизи и нарушенному мукоцилиарному клиренсу (МСС; от англ. mucociliary clearance)[154 - Matsui H, Grubb BR, Tarran R et al. Evidence for periciliary liquid layer depletion, not abnormal ion composition, in the pathogenesis of cystic fibrosis airways disease. Cell 1998;95:1005-15]. Тем не менее in vivo само по себе отсутствие нормального гена CFTR может быть недостаточным для снижения МСС. В модели на культуре, подвергнутой воздействию фазового движения, предназначенной для моделирования легкого in vivo, в PCL присутствовали высокие уровни аденозинтрифосфата (АТФ), которые корректировали ионный транспорт и за счет этого поддерживали высоту PCL и МСС[155 - Tarran R, Button B, Picher M et al. Normal and cystic fibrosis airway surface liquid homeostasis. The effects of phasic shear stress and viral infections. J Biol Chem 2005; 280:35751-9]. Данное исследование подразумевало необходимость «второго удара», в данном случае в форме вирусной инфекции, которая повышает АТФ-фазы и нарушает хорошо поддерживаемый баланс. Поскольку ни одному ребенку невозможно избежать таких инфекций, МСС, вероятно, становится аномальным на каком-либо этапе между рождением и полным созреванием легких. Относительная частота бактериальных инфекций и тягучая слизь, выделяющаяся у ребенка младшего возраста, несомненно, подтверждала бы это мнение.

В возрасте от младшего школьного до подросткового, несмотря на современные, агрессивные стратегии эрадикации, большинство детей с CF имеют в анамнезе перенесенные бактериальные инфекции нижних дыхательных путей, и у значительной их части инфекция становится хронической. Наиболее распространенным организмом является Pseudomonas aeruginosa, хотя нередкими являются хронические инфекции Staphylococcus aureus и новые грамотрицательные патогены, такие как Stenotrophomonas maltophilia и Achromobacter xylosoxidans[156 - de Vrankrijker AM, Wolfs TF, van der Ent CK. Challenging and emerging pathogens in cystic fibrosis. Paediatr Respir Rev 2010; 11:246-54. Zemanick ET, Sagel SD, Harris JK. The airway microbiome in cystic fibrosis and implications for treatment. Curr Opin Pediatr 2011; 23:319-24].

Если в раннем детстве атипичные микобактерии являются редкими, они становятся более частыми с увеличением возраста, причем Mycobacterium abscessus представляет собой организм, обладающий наибольшим потенциалом неблагоприятных клинических последствий и наиболее проблематичный для лечения. Отчасти возрастающая распространенность этих организмов параллельно с такими видами грибов, как Aspergillus fumigatus, по-видимому, связана с кумулятивной нагрузкой антибиотиков, которые получают эти юные пациенты, хотя, вероятно, другие факторы также являются релевантными. Возрастающая сосредоточенность на молекулярных методах для исследования всего «микробиома», вероятнее, чем только селективная культура микроорганизмов, привела к осознанию того, что в дыхательных путях при CF присутствуют многочисленные виды[157 - Zemanick ET, Sagel SD, Harris JK. The airway microbiome in cystic fibrosis and implications for treatment. Curr Opin Pediatr 2011; 23:319-24][158 - Sibley CD, Surette MG. The polymicrobial nature of airway infections in cystic fibrosis: Cangene Gold Medal Lecture. Can J Microbiol 2011;57:69-77]; остается определить, какие из них являются наиболее релевантными клинически, а какие из них могли бы быть действительно полезными.

Что касается P. aeruginosa, в частности, теперь стало понятнее, как эта бактерия приспосабливается к легкому при CF и переходит в хроническое состояние[159 - Williams HD, Davies JC. Basic science for the chest physician: Pseudomonas aeruginosa and the cystic fibrosis airway. Thorax 2012; 67:465-7]. Альгинат синтезируется в результате спонтанных мутаций в гене Мис А, приводящих к мукоидному фенотипу. Механизм бактериальной чувствительности, посредством которого растворимые молекулы, такие как ацилгомосериновые лактоны, свободно диффундируют через бактериальные клеточные стенки, работает таким образом, что их концентрация, являющаяся индикатором бактериальной плотности, запускает образование биопленок, внутри которых бактерии изолированы как от защитных механизмов хозяина, так и от антибиотиков. Бактерии внутри биопленок метаболически неактивны, делятся очень медленно, и в этом состоянии антибиотики, даже если они присутствуют в окружающем пространстве, будут неэффективными. На пике данного хронического состояния инфекции пациенты испытывают обострения ее симптомов (усиленный кашель, выделение мокроты, изменение консистенции или цвета мокроты, одышка, сухие свистящие хрипы и реже лихорадка) при сопутствующем снижении функции легких[160 - Stenbit AE, Flume PA. Pulmonary exacerbations in cystic fibrosis. Curr Opin Pulm Med 2011; 17:442-7]. Причина (причины) этих обострений не полностью понятна. Вирусы вовлечены[161 - Asner S, Waters V, Solomon M et al. Role of respiratory viruses in pulmonary exacerbations in children with cystic fibrosis. J Cyst Fibros 2012; 11:433-9] и могут быть важнее в детстве, чем во взрослом возрасте. Большинство данных свидетельствует против нового патогена или массового увеличения бактериальной нагрузки в большинстве случаев. Возможные альтернативные объяснения включают незаметное изменение в относительных пропорциях количеств бактерий в пределах микробиома, изменения в фенотипе и секреции экзопродукта основными бактериями или даже изменение воспалительной реакции. Какой бы ни была лежащая в основе причина, такие обострения далеки от доброкачественных, поскольку сопровождаются длительным ухудшением функции легких[162 - Waters V, Stanojevic S, Atenafu EG et al. Effect of pulmonary exacerbations on long-term lung function decline in cystic fibrosis. Eur Respir J 2012;40:61-6], и действительно, приблизительно у 25 % пациентов они приводят к резкому падению функции легких, не способной вернуться к базовому уровню[163 - Sanders DB, Hoffman LR, Emerson J et al. Return of FEV1 after pulmonary exacerbation in children with cystic fibrosis. Pediatr Pulmonol 2010; 45:127-34][164 - Parkins MD, Rendall JC, Elborn JS. Incidence and risk factors for pulmonary exacerbation treatment failures in patients with cystic fibrosis chronically infected with Pseudomonas aeruginosa. Chest 2012;141:485-93].

2.2. Воспаление дыхательных путей

На воспаление при CF преобладающее влияние оказывает увеличение количества нейтрофилов, проходящих в просвет дыхательных путей. Хотя в моделях ксенотрансплантатов получены некоторые данные о том, что сами по себе мутации в гене CFTR могут быть провоспалительными, большинство данных клинических исследований[165 - Armstrong DS, Grimwood K, Carlin JB et al. Lower airway inflammation in infants and young children with cystic fibrosis. Am J Respir Crit Care Med 1997; 156:1197-204] и более недавние данные, полученные на модели CF у свиней[166 - Stoltz DA, Meyerholz DK, Pezzulo AA et al. Cystic fibrosis pigs develop lung disease and exhibit defective bacterial eradication at birth. Sci Transl Med 2010;2:29-31], указывают, по мнению автора, на воспаление как на вторичное явление. Пусковым механизмом могут быть вирусные, бактериальные или грибковые инфекции или, возможно, даже вдыхание вещества в виде частиц в загрязненном воздухе. Эпителий и резидентные макрофаги продуцируют ряд провоспалительных медиаторов, являющихся хемоаттрактантами для нейтрофилов. Интересно, что, даже скорректированные по числу патогенов, уровни нейтрофилов и соответствующих медиаторов являются более высокими в нижних дыхательных путях пациентов с CF, чем у детей с бактериальной инфекцией нижних дыхательных путей, не страдающих CF[167 - Muhlebach MS, Stewart PW, Leigh MW, Noah TL. Quantitation of inflammatory responses to bacteria in young cystic fibrosis and control patients. Am J Respir Crit Care Med 1999;160:186-91]. Предложено несколько механизмов, включающих повышенное связывание патоген-ассоциированных молекулярных паттернов с их паттерн-распознающими рецепторами[168 - Saiman L, Prince A. Pseudomonas aeruginosa pili bind to asialo GM1 which is increased on the surface of cystic fibrosis epithelial cells. J Clin Invest 1993;92:1875-80], более высокие уровни активации кальций-зависимой передачи сигнала[169 - RatnerAJ, Bryan R, Weber A et al. Cystic fibrosis pathogens activate Ca2+-dependent mitogen-activated protein kinase signaling pathways in airway epithelial cells. J Biol Chem 2001;276:19267-75] и перегруз эндоплазматического ретикулума неправильно процессированным белком CFTR[170 - Knorre A, Wagner M, Schaefer HE, Colledge WH, Pahl HL. DeltaF508-CFTR causes constitutive NF-kappaB activation through an ER-overload response in cystic fibrosis lungs. Biol Chem 2002;383:271-82].

Чтобы воспалительный ответ был наиболее полезным для хозяина, необходимо, чтобы он был и инициирован и остановлен правильно. Что касается последнего, ответ при CF оказывается недостаточным. Интерлейкин (ИЛ) – Ю, один из основных противовоспалительных цитокинов, снижен в дыхательных путях при CF[171 - Bonfield TL, Konstan MW, Burfeind P Panuska JR, Hilliard JB, Berger M. Normal bronchial epithelial cells constitutively produce the antiinflammatory cytokine interleukin-10, which is downregulated in cystic fibrosis. Am J Respir Cell Mol Biol 1995;13:257-61], и показано, что уровни липоксинов, являющихся основными медиаторами разрешения воспаления, также являются низкими[172 - Karp CL, Flick LM, Park KW et al. Defective lipoxin-mediated antiinflammatory activity in the cystic fibrosis airway. Nat Immunol 2004; 5:388-92]. Несколько исследований подтверждает концепцию замедленного апоптоза в нейтрофилах при CF[173 - Moriceau S, Lenoir G, Witko-Sarsat V. In cystic fibrosis homozygotes and heterozygotes, neutrophil apoptosis is delayed and modulated by diamide or roscovitine: evidence for an innate neutrophil disturbance. J Innate Immun 2010; 2:260-6]. Эти и другие механизмы могут объяснить трудноизлечимое воспаление, наблюдаемое в дыхательных путях в случаях CF при отсутствии явной инфицированности. Хотя некоторые интерпретируют эти данные как подтверждающие гипотезу первичного воспаления, автор предположил бы, что посредством этих механизмов равновероятно достигается цитолиз бактерий, но их нормальное удаление из дыхательных путей замедлено в результате нарушенного апоптоза или недостаточности противовоспалительных механизмов переключения.

Как только нейтрофилы попадают в дыхательные пути, их деятельность состоит в том, чтобы способствовать устранению инфицирующих организмов, и данный механизм хорошо действует у хозяев, не страдающих CF, при инфекциях нижних дыхательных путей. Он может быть полностью эффективным на ранней стадии CF и успешно устранять микроорганизмы, в частности при помощи правильного распознавания инфекции и направленного введения антибиотиков. Тем не менее на более поздних стадиях заболевания и конкретно к подростковому возрасту присутствие хронической инфекции, несмотря на значительную нейтрофилию, подразумевает, что защитные механизмы хозяина теперь не полностью эффективны. Существуют некоторые данные, позволяющие предположить, что, поскольку лейкоциты экспрессируют CFTR, их функция при CF является наследственно аномальной; это подтверждает работа на мышиных моделях, перенесших трансплантацию костного мозга (как и ряд клинических исследований)[174 - Hayes E, Pohl K, McElvaney NG, Reeves EF1 The cystic fibrosis neutrophil: a specialized yet potentially defective cell. Arch Immunol Ther Exp 2011; 59:97-112]. Кроме того, как только присутствует значительное воспаление, протеазы нейтрофильного происхождения расщепляют рецепторы, вовлеченные в клиренс бактерий с поверхности соседних нейтрофилов, что делает их неактивными[175 - Hartl D, Latzin P Hordijk P et al. Cleavage of CXCR1 on neutrophils disables bacterial killing in cystic fibrosis lung disease. Nat Med 2007; 13:1423-30]. Таким образом, на ранних стадиях заболевания защитные механизмы хозяина/воспалительный ответ могут достаточно хорошо сохраняться, но на поздних стадиях, в подростковом и более старшем возрасте, они могут начать страдать в результате их собственной избыточности. Это является клинически значимым, поскольку, помимо неспособности осуществлять свою основную функцию, воспалительный ответ приводит к высоким локальным уровням ферментов, таких как нейтрофил-эластаза, матриксные металлопротеиназы и катепсины[176 - Griese M, Kappler M, Gaggar A, Hartl D. Inhibition of airway proteases in cystic fibrosis lung disease. Eur Respir J 2008;32:783-95]. Эти ферменты нарушают функцию вновь вовлеченных воспалительных клеток, но также, вероятно, являются основной причиной деструкции стенок дыхательных путей, которая переходит в рентгенологически видимый бронхоэктаз и в конечном счете ведет к сокращенной продолжительности жизни.

2.3. Ремоделирование и деструкция стенки дыхательных путей

Легкие от пациентов, умерших от CF, или удаленные перед трансплантацией (в наши дни, к счастью, лишь немногие из них от подростков), характеризуются массивной бронхиальной дилатацией, утолщением стенок дыхательных путей, обструкцией слизистых желез и нижележащим фиброзом. Относительно длительный период времени, в течение которого происходит это преобразование здоровых дыхательных путей, каковыми они были при рождении, и ограниченное число доступных методов делает затруднительным исследование этого процесса. С использованием бронхоскопического лаважа и эндобронхиальной биопсии показано, что ремоделирование начинается уже в детстве: утолщение ретикулярной пластинки базальной мембраны, увеличенное количество гладкомышечной ткани и повышенные уровни гликозаминогликанов являются показателями разрушения ткани[177 - Hilliard TN, Regamey N, Shute JK et al. Airway remodelling in children with cystic fibrosis. Thorax 2007; 62:1074-80][178 - Regamey N, Ochs M, Hilliard TN et al. Increased airway smooth muscle mass in children with asthma, cystic fibrosis, and non-cystic fibrosis bronchiectasis. Am J Respir Crit Care Med 2008; 177:837-13]. Другие группы исследователей сообщили о повышенном уровне таких продуктов разрушения, как десмозин, в моче[179 - Laguna ТА, Wagner BD, Starcher В et al. Urinary desmosine: a biomarker of structural lung injury during CF pulmonary exacerbation. Pediatr Pulmonol 2012;47:856-63]. Некоторые из этих процессов, по-видимому, непосредственно связаны с воспалением в дыхательных путях, но другие кажутся не связанными с ним, что позволяет предположить параллельный процесс; тот факт, что воспалительный инфильтрат в самой стенке дыхательных путей в значительной степени состоит из Т-клеток[180 - Regamey N, Tsartsali L, Hilliard TN et al. Distinct patterns of inflammation in the airway lumen and bronchial mucosa of children with cystic fibrosis. Thorax 2012; 67:164-70], включающих вновь описанный фенотип Th17[181 - Tan HL, Regamey N, Brown S, Bush A, Lloyd CM, Davies JC. The Th17 pathway in cystic fibrosis lung disease. Am J Respir Crit Care Med 2011; 184:252-8], может быть связан с этим и требует дальнейшего исследования.

3. Нормальные механизмы репарации легких

Поскольку подавляющее большинство патологических процессов CF встречается вероятнее в дыхательных путях, чем в альвеолярной области, этот раздел описывает механизмы репарации.

3.1. Миграция клеток

После повреждения дыхательных путей, приводящего в результате к образованию бреши в целостности эпителия, сочетание распространения и миграции клеток инициирует процесс репарации. Миграция клеток представляет собой комплексный процесс, который можно разделить на пять этапов[182 - Xiao H, Li DX, Liu M. Knowledge translation: airway epithelial cell migration and respiratory diseases. Cell Mol Life Sci 2012. (In press) DOI: 10.1007/s00018-012-1044-z][183 - Crosby LM, Waters CM. Epithelial repair mechanisms in the lung. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2010;298:L715-31].

1. Морфологическая поляризация: клетки-предшественники, расположенные близко к краю раны, приобретают ориентацию в направлении раны; это важно при образовании клеточных выпячиваний, ламеллиподий и филоподий. Этот процесс, вероятно, запускается в результате отсутствия контакта между клетками или между клеткой и внеклеточным матриксом по краю раны и отчасти наличия широкого ряда секретируемых сигнальных молекул и факторов роста.

2. Расширение мембраны: полимеризация актина приводит в результате к клеточным выпячиваниям на крае клетки, обращенным в просвет дыхательных путей. В этих процессах тесно задействовано семейство сигнальных молекул Rho/Rac.

3. Образование адгезии: плазматическая мембрана этих выпячиваний прочно прикрепляется к субстрату посредством транзиторных комплексов адгезии, содержащих рецепторы, киназы и структурные молекулы.

4. Вытягивание и сократительная способность: вытягивание на этих выпячиваниях и сокращение миозина дает возможность клетке двигаться вперед. Вовлеченные сигнальные молекулы, вероятно, перекрещиваются с молекулами, вовлеченными в расширение мембраны, посредством регуляции фосфорилирования легкой цепи миозина.

5. Разрушение адгезии: разрушение адгезии в части клетки, которая обращена к мембране, дает возможность завершения движения вперед; это происходит посредством ряда протеолитических ферментов.

Эпителиальные клетки могут проходить эти процессы массово, сохраняя контакт с соседними клетками посредством комплексов межклеточных контактов, и, следовательно, вероятнее движутся в виде пласта, чем в виде изолированных клеток. Таким образом, их распространение до покрытия пораженной области происходит эффективно и быстро.

3.2. Пролиферация

Как только произошла миграция клеток (первые 12–24 часа), эти клетки пролиферируют и дифференцируются с восстановлением структуры и функции дыхательных путей; этот процесс может занимать от суток до недель, но полное восстановление не всегда возможно, если повреждение персистирует. Базальные клетки в проксимальных дыхательных путях и клетки Клара в дистальных отделах обладают способностью к дифференциации в поверхностные цилиарные эпителиальные клетки и повторно заселяют поврежденные или полностью обнаженные области[184 - Rock JR, Hogan BL. Epithelial progenitor cells in lung development, maintenance, repair, and disease. Annu Rev Cell Dev Biol 2011; 27:493-512]. Недавно получены данные, позволяющие предположить, что, в противоположность всем предшествующим наблюдениям, сами цилиарные эпителиальные клетки могут действовать как предшественники, вероятно, за счет дедифференциации в клетки, подобные базальным клеткам. Предполагаемые клетки-предшественники также идентифицированы в проксимальных подслизистых железах[185 - Hegab AE, Ha VL, Gilbert JL et al. Novel stem/progenitor cell population from murine tracheal submucosal gland ducts with multipotent regenerative potential. Stem Cells 2011; 29:1283-93] и в нейроэпителиальных тельцах на бронхиолярном уровне[186 - Hong KU, Reynolds SD, Giangreco A, Hurley CM, Stripp BR. Clara cell secretory protein-expressing cells of the airway neuroepithelial body microenvironment include a label-retaining subset and are critical for epithelial renewal after progenitor cell depletion. Am J Respir Cell Mol Biol 2001; 24:671-81]. В альвеолах клетки типа II являются предшественниками клеток типа I[187 - Fujino N, Kubo H, Suzuki T et al. Isolation of alveolar epithelial type II progenitor cells from adult human lungs. Lab Invest 2011; 91:363-78]. Описана миграция в легкие и последующая дифференциация в альвеолярные клетки стволовых клеток костного мозга[188 - Krause DS. Bone marrow-derived lung epithelial cells. Proc Am Thorac Soc 2008; 5:699-702], хотя менее ясно, происходит ли это в сколь-нибудь значительной степени в дыхательных путях, в которых не происходит газообмен, то есть в основном аспекте патологии при CF.

3.3. Роль внеклеточного матрикса и факторов роста и репарации

Внеклеточный матрикс принципиально важен при миграции клеток, секретирующих молекулы, такие как фибронектин. Они являются хемо-таксическими факторами для бронхиальных эпителиальных клеток. Матриксная металлопротеиназа-9 накапливается на крае мигрирующего эпителия, обращенного в просвет проводных дыхательных путей[189 - Legrand C, Gilles C, Zahm JM et al. Airway epithelial cell migration dynamics. MMP-9 role in cell-extracellular matrix remodeling. J Cell Biol 1999;146:517-29], и ее активация внеклеточным матриксом существенна для эффективной репарации раны, как и молекула активатора плазминогена урокиназного типа[190 - Legrand C, Polette M, Tournier JM et al. uPA/plasmin system-mediated MMP-9 activation is implicated in bronchial epithelial cell migration. Exp Cell Res 2001; 264:326-36]. Также вовлечено большое число растворимых факторов эпителиального происхождения, включающих эпителиальный фактор роста, фактор роста кератиноцитов, фактор роста гепатоцитов, семейство пептидов фактора «трилистника», инсулиноподобный фактор роста, трансформирующий фактор роста р, цитокины и воспалительные медиаторы[191 - Xiao H, Li DX, Liu M. Knowledge translation: airway epithelial cell migration and respiratory diseases. Cell Mol Life Sci 2012. (In press) DOI: 10.1007/s00018-012-1044-z].

4. Влияние дисфункции CFTR на репарацию легкого

Существуют некоторые данные в подтверждение того, что CFTR вовлечен в репарацию ран эпителия дыхательных путей, и что эти механизмы могут быть, следовательно, нарушены при CF. Hajj et al. использовали модель ксенотрансплантата иммунодефицитных мышей для исследования процессов репарации в трахеальных имплантатах и наблюдали значительные различия между эпителиями дикого типа и CF; последний пролиферировал с более высокой скоростью, но затем дифференцировался медленнее, что приводило к аномально глубокому гиперплазированию эпителия[192 - Hajj R, Lesimple P Nawrocki-Raby B, Birembaut P Puchelle E, Coraux С Human airway surface epithelial regeneration is delayed and abnormal in cystic fibrosis. J Pathol 2007;211:340-50]. Данные, приведенные в этой статье, параллельно с другими данными этой группы исследователей показали, что экспрессия воспалительных цитокинов и матриксных металлопротеиназ была также повышена в дыхательных путях, претерпевающих репарацию, при CF. В некотором противоречии с этими данными, Trinh et al. сообщили о нормальных скоростях пролиферации, но сниженной миграции в эпителии при CF; эти авторы определили, что это связано с дефектами в передаче сигнала между эпителиальным фактором роста и его рецептором, сопряженными со сниженной функцией калиевого канала[193 - Trinh NT, Prive A, Maille E, Noel J, Brochiero E. EGF and K+ channel activity control normal and cystic fibrosis bronchial epithelia repair. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2008; 295:L866-80]. Schiller et al. сообщили, что клетки CF, либо клетки, обработанные химическим ингибитором CFTR, CFTRinh-172, либо клетки с супрессированной экспрессией CFTR посредством сайленсинга РНК, проявляли значительно замедленную репарацию раны в модели клеточной культуры.

Данный механизм осуществлялся посредством пониженного выпячивания ламеллоподий на крае мигрирующих клеток, обращенных в просвет проводящих дыхательных путей, и был связан с транспортом хлоридного иона. Недавно подобные результаты описаны Trinh et al. Репарация раны клеток Phe508del CF может быть значительно улучшена корректирующим средством фармацевтической компании Вертекс, VRT-325[194 - Trinh NT Bardou O, Prive A et al. Improvement of defective cystic fibrosis airway epithelial wound repair after CFTR rescue. Eur Respir J 2012. (In press) DOI: 10.1183/09031936.00221711]. Взятые вместе, эти результаты подтверждают первичный дефект в репарации эпителия дыхательных путей при CF, который, вероятно, дополнительно осложняется воспалением, присутствующим in vivo.

5. Действие бактериальной суперинфекции на заживление эпителия

Обнаженный эпителий может представлять собой благоприятную среду для микроорганизмов; в таких областях отсутствуют нормальные механизмы мукоцилиарного клиренса, и они богаты молекулами, такими как фибронектин, с которыми могут связываться бактерии. Кроме того, показано, что репарирующие, мигрирующие эпителиальные клетки имеют повышенное количество асиалилированных гликолипидов, являющихся рецепторами для ряда бактерий, таких как S. aureus и P. aeruginosa[195 - Saiman L, Prince A. Pseudomonas aeruginosa pili bind to asialo GM1 which is increased on the surface of cystic fibrosis epithelial cells. J Clin Invest 1993;92:1875-80]. Это может объяснять частое обнаружение положительной бактериальной культуры после тяжелой вирусной инфекции и постгриппозных бактериальных пневмоний. Репарация может замедляться некоторыми экзопродуктами бактерий, такими как протеазы, которые нарушают тесно сбалансированные механизмы адгезии/высвобождения при репарации раны.

6. Почему подростки являются проблемой?

Подростковый возраст является уникальным периодом в развитии: быстрое увеличение линейного роста, пубертатные гормональные изменения, психологическое регулирование и потенциально разрушительные модели поведения присущи практически всем подросткам. В ситуации CF такие модели могут оказывать особенно тяжелое воздействие на здоровье (например, курение или несоблюдение режима лечения). Кроме того, существует повышенный риск новых осложнений, таких как сахарный диабет, который дополнительно влияет на состояние здоровья дыхательных путей.

6.1. Физиологические проблемы

В течение нескольких десятилетий врачи и исследователи CF наблюдают, что взрослые женщины оказываются в клинически неблагоприятном состоянии по сравнению с их сверстниками-мужчинами в отношении распространенности хронической инфекции, функции легких и выживаемости[196 - Rosenfeld M, Davis R, FitzSimmons S, Pepe M, Ramsey B. Gender gap in cystic fibrosis mortality. Am J Epidemiol 1997; 145:794-803][197 - Davis PB. The gender gap in cystic fibrosis survival. J Gend Specif Med 1999;2:47-51]. Это явление менее очевидно или отсутствует в детстве[198 - Verma N, Bush A, Buchdahl R. Is there still a gender gap in cystic fibrosis? Chest 2005; 128:2824-34], хотя педиатры знают, что нужно опасаться, когда девочке-подростку становится «хуже», поскольку часто это предшествует стремительному ухудшению. Недавно полученные данные, связывающие женский половой гормон эстроген с системами роста бактерий и обострением, могут пролить некоторый свет на основу этого явления. Chotirmall et al. продемонстрировали, что мукоидное переключение в P. aeruginosa может запускаться ростом в среде с добавлением эстрогенов, но этого не происходит в среде с тестостероном.

Пациенты женского пола более подвержены хроническому инфицированию мукоидным штаммом организма, чем пациенты мужского пола, и степень вероятности заражения инфекцией значительно повышается во время фолликулярной фазы их менструального цикла, когда уровни эстрогена являются самыми высокими. Это наблюдали у женщин при приеме пероральных контрацептивных таблеток, и эти открытия могут привести к разработке дальнейших клинических испытаниний.

Сахарный диабет является относительно редким у детей младшего школьного возраста, но к взрослому возрасту он поражает приблизительно треть пациентов с CF[199 - Moran A, Becker D, Casella SJ et al. Epidemiology, pathophysiology, and prognostic implications of cystic fibrosis-related diabetes: a technical review. Diabetes Care 2010; 33:2677-83]. Многие из этих новых случаев возникают в течение подросткового периода по причинам, которые неясны, но, по-видимому, связаны с пороговым значением, которого достигает число бета-клеток, обеспечивающих достаточное количество инсулина для адекватного гликемического контроля. Глюкоза секретируется на дыхательные пути при наличии гипергликемии и может быть субстратом для бактериального роста[200 - Brennan AL, Gyi KM, Wood DM et al. Airway glucose concentrations and effect on growth of respiratory pathogens in cystic fibrosis. J Cyst Fibros 2007; 6:101-9], что может стать причиной тяжелых пневмоний и гриппа у пациентов с диабетом. В течение лет, прошедших до постановки окончательного диагноза диабета, у пациентов обычно проявляется не только слабый рост и снижение аппетита, но также серьезное ухудшение функции легких. Наличие диабета, обусловленного CF, даже при адекватном лечении, дает неблагоприятный прогноз.

6.2. Проблемы, связанные с поведением и соблюдением режима лечения

Нормальный подростковый возраст является для молодого человека периодом становления независимости, для которого характерно отрицание ограничений и принятие собственных решений. Молодые люди, прошедшие через детство с CF, с его психологическими (в отличие от ровесников, они осознают хрупкость и скоротечность жизни) и практическими нагрузками (лечением, посещениями клиники, госпитализациями), рискуют стать слишком агрессивными по отношению к другим. К сожалению, для этих пациентов влияние «обычного» подросткового поведения может быть значительно сильнее. Несоблюдение режимов лечения, требующих затрат времени, весьма неблагоприятно, и возможно, еще более неблагоприятное влияние оказывает курение. У девочек-подростков, в частности, желание быть стройными[201 - Walters S. Sex differences in weight perception and nutritional behaviour in adults with cystic fibrosis. J Hum Nutr Diet 2001; 14:83-91] в некоторых случаях может приводить к несоблюдению приема препаратов панкреатических ферментов и игнорированию рекомендаций по режиму питания; поскольку существует тесная связь между питанием и состоянием здоровья легких, это может иметь значительные отрицательные последствия.

Переход к взрослому медицинскому обслуживанию может быть стрессовым периодом, как для молодого человека, так и для его родителей; тщательно структурированные программы, вероятно, позволят снизить стресс и приведут к повышению уровней удовлетворенности[202 - Towns SJ, Bell SC. Transition of adolescents with cystic fibrosis from paediatric to adult care. Clin Respir J 2011;5:64-75]; во многих случаях, если подросток наблюдается взрослой бригадой и лечится как независимый взрослый человек, для него это часто является стимулом к формированию более ответственного отношения к соблюдению режима лечения.