BACTERIAL LIPOPOLYSACCHARIDES IN PATHOGENESIS OF GYNECOLOGICAL DISEASES AND OBSTETRIC COMPLICATIONS

Full Text

Развитие геномики, протеомики, метаболомики существенно расширило представления о молекулярных патогенетических механизмах, лежащих в основе многих заболеваний. Структурное исследование генома человека, изучение его полиморфизма и обнаружение специфичных молекулярных биомаркеров позволяют диагностировать некоторые заболевания на доклиническом этапе, заранее прогнозировать характер и тяжесть их течения в каждом конкретном организме. В этой связи, определение в крови высокой концентрации биомолекул липополиса-харида (ЛПС) грамотрицательных микроорганизмов может служить маркером развития различных форм хронической иммунной патологии [1, 2]. Следует отметить, что эндотоксин является одним из важных факторов патогенности комменсальной микрофлоры кишечника и урогенитального тракта, способной вызвать инфекционный процесс при микроэкологических нарушениях и иммунодефицитных состояниях организма хозяина [1 - 3, 36]. Важную роль в развитие эндогенной инфекции у женщин играют дисбиоти-ческие расстройства кишечного и вагинального биотопов [4, 6, 8, 43]. В настоящее время бактериальный ЛПС отнесен к молекулярным индикаторам эндо-токсинемии, гемоциркуляция которого в макроорганизме инициирует каскад патофизиологических и иммунопатологических реакций [2, 14, 20]. Глубокое понимание молекулярных основ патогенеза заболеваний чрезвычайно актуально, в том числе и для акушерско-гинекологической практики. В настоящее время не вызывает сомнения участие ЛПС грамотрицательных бактерий в патогенезе гинекологических заболеваний и акушерских осложнений. В частности, установлено воздействие ЛПС на течение гестационного процесса, приводящее к эмбриональной резорбции, задержке внутриутробного развития и антенатальной гибели плода, стимуляции преждевременной родовой деятельности, развитию преэклампсии, плацентарной дисфункции [9 - 11, 13, 25]. Показана также роль бактериальных ЛПС в инициации и поддержании хронических инфекционновоспалительных заболеваний яичников, матки и маточных труб, влагалища [8, 19]. Краткая характеристика ЛПС (эндотоксина) грамотрицательных бактерий. Установлено, что ЛПС локализован мозаично на поверхности бислойного пептидогликана бактериальной клетки в комплексе с белками и полисахаридами. Высвобождение ЛПС происходит в результате самообновления клеточного пула при размножении и гибели бактериальных клеток. ЛПС - это термостабильный гетерополимер с мол. массой от 200 тыс до 1 млн, включающий липид А, кетодеоксиоктанат (KDO), core-регион и боковые полисахаридные О-цепи. Полисахаридная часть ЛПС отличается значительной вариабельностью у различных видов грамотрицательных бактерий и определяет гидрофильность его молекулы. Наиболее консервативной частью молекулы ЛПС, отвечающей за биологические свойства молекулы, является липид А, в состав которого входят жирные кислоты, глюкозамин и остатки фосфорной кислоты. Жирные кислоты придают молекуле гидрофобные свойства [26]. Таким образом, особенность химической структуры ЛПС обеспечивает ему наличие как гидрофильных, так и гидрофобных свойств (амфипатичность) и обусловливает способность к взаимодействию как с растворимыми компонентами биологических жидко -стей, так и с рецепторным аппаратом клеточных мембран [14]. Необходимо отметить, что степень выраженности биологических эффектов ЛПС зависит от молекулярной массы ЛПС, степени его агрегации и пространственной структуры [2, 14, 26, 30]. Биологическая активность ЛПС связана с липидом А. Однако в системном кровотоке ЛПС находится в агрегированном состоянии, что обусловливает слабое взаимодействие с лейкоцитами и отсутствие выраженного клеточного ответа [3, 20]. Ослабление биологических эффектов ЛПС происходит при мономеризации ЛПС и переносе молекулы на клеточные мембраны и липопротеины сыворотки крови при участии белка, связывающего ЛПС (lipopo-lysaccharide-binding protein, LBP). LBP структурно близок белкам, участвующим в транспорте липидов, и бактерицидному белку гранул нейтрофилов, повышающему проницаемость бактерий (bactericidal/permeability-increasing protein, BPI). Однако биологические свойства BPI отличаются от структурного аналога тем, что комплекс ЛПС-BPI (в отличие от комплекса ЛПС-LBP) не индуцирует выработку цитокинов, эйкозаноидов, активных форм кислорода, ингибирует адгезию нейтрофилов к эндотелию сосудов. BPI, обладая высоким аффинитетом по отношению к ЛПС, конкурирует за его связывание с LBP, сродство которого к ЛПС примерно в 70 раз меньше. Таким образом, в функциональном отношении BPI и LBP рассматриваются как антагонисты [21, 32, 45 - 47]. Наряду с этими протеинами элиминация и детоксикация ЛПС осуществляется и другими белками острой фазы (С-реактивный белок, трансферрин, преальбумин и др.), которые существенно усиливают ответ организма на ЛПС [3, 14, 20]. Далее ЛПС-LBP комплекс связывается с CD14, существующем в двух формах: растворимой (s)CD14, присутствующей в плазме крови и взаимодействующей с клетками не-миелоидного ряда, и мембраносвязанной (m)CD14, экспрессируемой на плазматической мембране клеток миелоидного ряда. Клеточный ответ на ЛПС в дальнейшем зависит от взаимодействия комплекса ЛПС-LBP CD14 с трансмембранным Toll-like рецептором 4 6. ЖМЭИ 4 № 32 типа (TLR4), завершающегося освобождением и транслокацией в ядро нуклеарного фактора транкрипции NF-kB, ответственного за регуляцию более чем 150 генов цитокинов, NO-синтазы и других медиаторных белков и регуляторных молекул воспаления [3, 37, 45]. 81 Таким образом, распознавание ЛПС рецепторами TLR4, связывание с CD14, LBP, BPI, липопротеинами, активация транскрипционного фактора NF-kB являются ведущими начальными звеньями нейтрализации эффектов ЛПС, необходимыми для формирования специфического иммунного ответа, включающего синтез IL-12, IL-23, IL-27, дифферен-цировки Т-хелперов 1 типа и В-лимфоцитов, распознающих и связывающих белковые, полисахаридные и липопротеидные антигены [3, 14, 37]. Нейтрализующая активность антител к О-специфическим цепям ЛПС относительно невысока вследствие вариабельности О-антигена грамотрицательных бактерий и установлена для IgA, IgG, IgM по отношению к глубоким детерминантам core-региона ЛПС [22]. При этом специфические IgG передаются через плаценту от матери к плоду и определяются в сыворотке новорожденных, в отличие от IgM, обнаруживаемых к 1 месяцу жизни и обратно коррелирующих с высокой частотой синдрома внезапной детской смерти среди новорожденных [39]. Уровень антител к глубоким детерминантам core-региона ЛПС в сыворотке здоровых взрослых доноров варьирует в пределах от 35 MU/ml до 250 MU/ml. В связи с этим определение концентраций антител к core-региону ЛПС имеет прогностическое значение для установления вероятности благополучного исхода в тяжелых клинических ситуациях [22], что было показано, в частности, у больных перитонитами, госпитализированных в отделение детской хирургии [12]. У здоровых людей содержание антител к rare-региону ЛПС остается относительно стабильным, в случае массивной транслокации ЛПС в системный кровоток в зависимости от типа стрессорного фактора (тканевая деструкция вследствие травмы, ожога, острая бактериальная инфекция и другие) наблюдаются разнонаправленные сдвиги уровня антител к ^ге-региону ЛПС. В частности, в результате посттравмати-ческого сепсиса динамика колебаний их титров характеризуется следующими особенностями: в первые сутки наблюдается уменьшение концентрации IgG и IgM к гаге-региону ЛПС с последующим их увеличением по мере прогрессирования системной эндотокси-немии. В случаях с грамотрицательной инфекцией (менингококковой септицемией) регистрируется постепенное уменьшение содержания в сыворотке крови больных иммуноглобулинов к ^ге-региону ЛПС обоих классов [22]. Таким образом, в норме избыточное проникновение ЛПС в общий кровоток ограничено неадаптивным и адаптивным звеньями иммунной системы. При нарастании массивности эндотоксинемии системный ответ организма приобретает неконтролируемый характер и реализуется преимущественно через провоспалительные (IL1, TNF-a, IFN-y, IL-8, IL-6, IL-12) цитокины [2, 9, 14, 36]. Выявление эндотоксинемии в гинекологической и акушерской практике. В гинекологической практике повышение эндотоксиновой нагрузки на организм чаще всего наблюдается вследствие заселения биотопов репродуктивной системы преимущественно грамо-трицательными микроорганизмами как представителями оппортунистической микрофлоры женского генитального тракта, а также инфицирование такими безусловными патогенами как ^lamydia trachomatis и Neisseria gonorrhoeae. Уже при нарушении микроэкологии влагалища (вагинозе) наблюдается увеличение концентрации ЛПС в системном кровотоке в 7 раз, уровня LBP - в 2 раза и титров IgG к ^ге-региону ЛПС - в 1,7 раза по сравнению с нормомикробиоценозом вагинального биотопа [8]. Участие ЛПС в патогенезе бактериального вагиноза согласуется с тем, что указанный синдром протекает без признаков воспалительной реакции, в основе чего лежит снижение функциональной активности нейтрофилов, проявляющейся незавершенностью фагоцитоза [6, 8]. Последнее, возможно, связано с воздействием сверхвысоких концентраций ЛПС грамо-трицательных бактерий, доминирующих при вагинозе [9, 43], на лейкоциты, поскольку ранее показано их дозозависимое влияние на метаболические эффекты нейтрофилов: малые дозы стимулировали фагоцитоз, большие - снижали фагоцитарную активность и оказывали цитотоксическое действие [14, 26]. Наряду с этим, было установлено более чем 10-кратное повышение концентрации ЛПС грамотрицательных бактерий в сыворотке крови женщин с бесплодием на фоне хронических неспецифических воспалительных заболеваний органов малого таза, которое сопровождается снижением уровня антиэндо-токсиновых антител и угнетением активности гранулоцитарного звена антиэндотоксино-вого иммунитета [19]. Инициированные ЛПС иммунопатогенетические и патофизиологические изменения гомеостаза, в первую очередь, проявляющиеся эндотелиальной дисфункцией [35, 36], во многом идентичны таковым при развитии преэклампсии [15, 40], что свидетельствует об универсальности механизмов их формирования и позволяет рассматривать преэклампсию как модель системной эндотоксинемии [5, 9, 20]. Последнее является концепцией, объясняющей феномен преэклампсии с позиции реализации негативных биологических эффектов ЛПС на фоне недостаточности ЛПС связывающих и ЛПС элиминирующих систем. Так, было показано, что при тяжелой преэклампсии уровень ЛПС в сыворотке повышается многократно на фоне угнетения синтеза иммуноглобулинов к ссге-региону ЛПС [9, 15]. По-видимому, основным источником эндотоксина при преэклампсии может служить транслокация ЛПС кишечной микрофлоры из просвета кишечника в системный кровоток [14, 20]. В условиях сниженной тканевой перфузии вследствие периферического генерализованного вазоспазма при преэклампсии может происходить усиленная транслокация грамотрицательных бактерий и их структурных компонентов (ЛПС) через ишемизированную кишечную стенку [3, 18]. Интенсивность указанного процесса повышается на фоне дисбактериоза кишечника, клинически проявляющегося запорами у беременных. При этом уровень ЛПС в системном кровотоке увеличивается двукратно по сравнению со здоровыми пациентками, а концентрация антиэндотоксиновых антител, соответственно, закономерно падает. Показано, что гемоциркуляция ЛПС на фоне угнетения антиэндотоксинового иммунитета при запорах может проявляться частым развитием гестоза первой половины беременности, угрозы прерывания беременности на ранних сроках, а также аномалиями родовой деятельности [16]. Наряду с кишечным биоценозом другим резервом ЛПС является вагинальный биотоп, особенно при вагинозах, когда удельный вес грамотрицательных микроорганизмов увеличивается в тысячи раз, а атрофические изменения слизистой влагалища, обусловленные воздействием бактериальных ферментов, способствуют проникновению ЛПС в развитую венозную и лимфатическую сосудистую сеть органов репродуктивной системы в период гестации [6, 8]. Другим возможным механизмом развития преэклампсии является опосредованная ЛПС стимуляция продукции цитокинов IL-8, IL-6 и запуск сигнального каскада MAPK (mitogen-activated protein kinase), способствующего нарушению инвазии трофобласта в ранних сроках беременности, что является, как известно, патогенетическим субстратом для развития преэклампсии [40]. При этом преэклампсия в третьем триместре при нормальном морфо-функциональном состоянии плаценты может развиваться именно в ответ на экзогенное воздействие ЛПС, что связывают с повышением чувствительности в этом периоде организма беременной как к инфекционным агентам и их структурным компонентам (ЛПС), так и к фетальным триггерам родовой деятельности. Подтверждением вышесказанного является исследование образцов крови, полученных в различные сроки гестационного периода, в которые вносили ЛПС и констатировали большую интенсивность ЛПС индуцированного синтеза провоспалительных цитокинов in vitro при сроке беременности свыше 34 недель [25]. Проблема невынашивания беременности при дисбиотических состояниях генитального и кишечного трактов. Ведущую роль в невынашивании беременности играют инфекционновоспалительные заболевания матери. При нормальном течении гестации наряду с повышением уровня цитокинов в период инвазии трофобласта увеличивается экспрессия TLR-4, C-реактивного белка (СРБ), общего пула циркулирующих в кровотоке моноцитов [41]. Однако дальнейшее изменение цитокинового профиля в сторону преобладания про-воспалительных цитокинов может приводить к тромбозам и ишемическим некрозам в плаценте и запускает каскад реакций, приводящих к невынашиванию беременности [13]. Вероятно, что пусковым механизмом в патогенезе невынашивания беременности ранних сроков может служить именно массивная инвазия ЛПС условно и безусловно патогенных грамотрицательных бактерий, вызывающая изменения в системе неадаптивного иммунитета: увеличение уровня экспрессии TLR-4, стимуляция синтеза провоспалительных цитокинов и, как следствие, острофазных реактантов и др. [8, 9, 41, 44]. В 30 - 40% случаев причиной преждевременных родов является инфекционный фактор. Данное предположение подтверждается экспериментами, проведенными на животных, при которых после внутриматочного или интраперитонеального введения ЛПС в середине гестационного периода преждевременные роды у мышей развивались в течение 24 часов через активацию TLR4 типа, повышение синтеза сигнальных молекул, в т.ч. про-воспалительных цитокинов и простагландинов [24, 34, 42]. Более устойчивыми к развитию ЛПС индуцированных родов оказались мыши, которым на 10 день гестации были введены очищенные CD4 (+) Т-клетки, которые оказывали протективный эффект в отношении ЛПС [24]. Следовательно, преждевременная инициация родовой деятельности может быть связана с бактериальным ЛПС, который после распознавания TLR4 вызывает увеличение концентрации простагландинов в миометрии, плаценте, оболочках плода и других тканях за счет активации циклооксигеназы и угнетения 15-гидроксипростагландиндегидрогена-зы [44]. Показано также, что у беременных с урогенитальной инфекцией экспрессия TLR4 в цервикальном эпителии, плаценте, мононуклеарных клетках увеличивается в 2 раза по сравнению со здоровыми. При реализации внутриутробной инфекции экспрессия TLR4 в плаценте увеличивается в 7 раз. В этой связи, увеличение в плаценте уровня экспрессии TLR4, наряду с TLR2, рассматривают в качестве прогностического критерия преждевременных родов [10, 31]. Другим не менее существенным последствием инфекционно-воспалительных заболеваний матери является формирование плацентарной недостаточности, частота которой на фоне инфекции достигает 50 - 60% [17]. К одним из наиболее агрессивных инфекционных агентов, колонизирующих урогенитальный тракт, относят грамотрицательные микроорганизмы, формирующие поликомпонентные бактериальные биопленки [43], содержащие высокие концентрации ЛПС. Основным посредником повреждающего действия ЛПС на плаценту считают провоспалительный цитокин IL-1 [29], что однако признается не всеми исследователями [21, 23]. Тем не менее, в пользу данного факта свидетельствуют результаты опытов с предварительным введением рекомбинантного человеческого антагониста рецептора IL-1 Ra до инъекции ЛПС, предотвращающее впоследствии развитие плацентарных нарушений и, напротив, в группе животных, которым в период гестации был введен исключительно ЛПС, наблюдали массивное повреждение плацентарной ткани [29]. Как известно, нарушения в системе гемостаза при беременности в сторону повышения коагуляционного потенциала крови в последующем приводят к тромбозам спиральных артерий, сосудов ворсин, хориальной пластины и сосудов пуповины, что клинически проявляется развитием плацентарных нарушений, гипоксией и гипотрофией плода [17]. Возможно, именно ЛПС грамотрицательных бактерий запускает коагуляционный каскад, завершающийся тромбообразованием в маточноплодово-плацентарных сосудах, поскольку ранее установлена способность ЛПС вызывать нарушения в системе гемостаза и микроциркуляции подтверждена в экспериментах на животных [33]. Так, при введении эндотоксина Yfersinia pseudotuberculosis изменения параметров системы гемостаза характеризовались гиперкоагуляцией, депрессией фибринолиза в раннем периоде (через 4 часа) и последующей через 8 часов после введения ЛПС коагулопатией и тромбоцитопе-нией, что соответствовало стадиям развития синдрома диссеминированного внутрисосу-дистого свертывания. Кроме того, было показано, что деструкция и повышение проницаемости эндотелия сосудов микроциркуляторного русла нарастали пропорционально длительности воздействия ЛПС [7]. В ряде случаев неблагополучные исходы беременности обусловлены сопутствующими нарушениями в системе гемостаза, в том числе антифосфолипидным синдромом, характеризующимся множественными тромбозами жизненно важных органов на фоне высокого титра антифосфолипидных антител. Установлено наличие взаимосвязи между анти-фосфолипидным синдромом и инфекционным процессом, что, в первую очередь, подтверждается общностью медиаторных каскадов. Эндотелиальная дисфункция играет ключевую роль в патогенезе антифосфолипидного синдрома, в этой связи, повреждение эндотелия может быть следствием гемоциркуляции ЛПС [14]. В опытах было продемонстрировано, что интраамниотическое введение ЛПС влечет за собой тяжелые последствия как для материнского организма, способствуя развитию хорионамнионита, так и для плода, вызывая повреждения центральной нервной системы [38]. Помимо влияния ЛПС на центральную нервную систему плода, описанного в ряде работ [27], к последствиям синергического воздействия ЛПС и активных форм кислорода на развитие эмбриона на этапе органогенеза относят формирование врожденных пороков и аномалий [48]. Другие исследователи приводят данные о крайне негативном влиянии ЛПС на почечную паренхиму, что проявляется в уменьшении количества не-фронов в почках плода [28]. Таким образом, многочисленные исследования подтверждают участие бактериальных ЛПС в патогенезе отдельных гинекологических заболеваний и осложнений гестационно-го периода. Играет ли при этом ЛПС роль триггера в инициации заболеваний либо он только поддерживает патологический процесс, остается неясным. Вероятно, что ЛПС служит молекулярным субстратом, замыкающим порочный круг при развитии акушерско-гинекологической патологии.

About the authors

K. R Bondarenko

Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow, Russia

V. M Bondarenko

Gamaleya Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Moscow, Russia

References

Supplementary files