Газета «Новости медицины и фармации» Гастроэнтерология (527) 2015 (тематический номер)

Статья опубликована на с. 45-49

Протягом останніх років у розвинених країнах набули значного поширення алергічні захворювання дихальних шляхів, такі як астма. Причини такого поширення залишаються невідомими. Найімовірніше, це пов’язано з палінням, впливом інфекцій, що передаються фекально-оральним шляхом, типом житла, наявністю домашніх тварин, кількістю братів та сестер у родині, доходами сім’ї/освітою та наявністю твердих часточок у вихлопних газах [2, 14, 19]. Також існує широковідомий потенційний зв’язок між алергією та перенесеними в дитинстві інфекціями, особливо з інфікуванням Helicobacter pylori [7, 10, 16, 33].

До кінця 1980-х років зацікавленість роллю інфекцій у виникненні алергічних захворюваннях зосереджувалась в основному на процесі первинної алергізації. У тогочасній літературі містяться деякі спостереження, що свідчать про роль інфекцій, зокрема про здатність імуностимуляторів, що активуються бактеріями (наприклад, коклюшним антигеном), вибірково покращувати первинний контакт для утворення антитіл імуноглобуліну E (Ig E), та потенціал ліпополісахаридів долати толерантність до алергенів, що діють на слизову оболонку [14]. Інші дослідження виявили, що вірусні інфекції дихальних шляхів, зокрема грип, можуть зруйнувати захисний дихальний бар’єр «дихальної стійкості» до алергенів, які передаються повітряним шляхом [15, 21, 23]. Нещодавно було встановлено, що сигнали, а саме ентеротоксини, що виділяють бактерії шкіри, є важливими факторами у виникненні та патогенезі атопічного дерматиту [18, 24]. На відміну від цього з інших спостережень чітко видно, що сам вплив мікроорганізмів не може розглядатися в загальних вираженнях як проатопічний. Так, інші бактеріальні збудники, прикладом яких служать складники ад’ювантів Фрейнда, продемонстрували алергічну протидію, а подразники, отримані з нормальної кишкової мікрофлори, виявилися необхідними для виникнення оральної толерантності до харчових та пилкових алергенів [8, 32]. Ці спостереження показують, що бактеріальні подразники можуть змінювати етимологію та перебіг патологічного процесу алергічних захворювань у дихотомічних напрямках, проте їх остаточні результати залежать від контексту. У цьому огляді розглянуто недвозначний вплив інфекції H.pylori на астму та атопію.

Роль Helicobacter pylori у виникненні астми та алергії

H.pylori — це грамнегативна бактерія, що утворює колонії у людському шлунку та є головною причиною виникнення хронічного антрального гастриту, пептичної виразки, лімфоми та аденокарциноми шлунка. Всесвітня організація охорони здоров’я класифікує H.pylori як канцероген І класу, що є причиною виникнення дистального раку шлунка в людей. Окрім того, ерадикація бактерій у групах високого ризику знижує відсоток захворювань на рак шлунка [6]. H.pylori може також спричиняти виникнення інших захворювань, серед яких дефіцит заліза та вітаміну В₁₂, ідіопатична тромбоцитопенічна пурпура, а також затримка розвитку в дітей. Колонії H.pylori формуються в дитинстві та зберігаються протягом життя, спричиняючи захворювання переважно в дорослому віці [6].

У 1989 році D. Strachan запропонував гігієнічну гіпотезу, згідно з якою вплив інфекційних збудників та проживання в негігієнічному середовищі може «виховувати» імунну систему і таким чином забезпечувати захист від розвитку алергічних та автоімунних захворювань [31]. Ця ідея базувалася на епідеміологічних спостереженнях, що висувають загальну гіпотезу про те, що інфекції, передані від старших братів та сестер у ранньому дитинстві, можуть забезпечити захист від розвитку алергічних захворювань, таких як атопічний дерматит, алергічний ринокон’юнктивіт та бронхіальна астма [30]. Подальші дослідження зв’язку між інфекціями, перенесеними в дитинстві, підвищеною чутливістю або алергічними захворюваннями показали суперечливі результати. Насправді наші знання та розуміння виникнення, механізму та специфічності інфекцій, що мають протиалергічні можливості, поки що є недостатніми [17, 19]. Зразок адаптивних імунологічних реакцій клітин T-хелперів (Th) — Th-1/Th-2 створив початкову імунологічну основу для гігієнічної гіпотези. На основі зразка утворення цитокінів реакції Т-лімфоцитів можна поділити на протирегуляторні підтипи Th-1 та Th-2. Фенотип клітини — продуцента антитіл Th-2 пов’язаний із підвищеною чутливістю та алергічними захворюваннями. Немає сумнівів, що запалення типу Th-2 відбувається активніше на початковій стадії розвитку патологічного процесу атопічного дерматиту, алергічного ринокон’юнктивіту та астми [18].

Якщо розглядати детально, то гістопатологічні характеристики бронхіальної астми, навіть слабкої, виражаються запальними інфільтратами, що складаються з Т-лімфоцитів та накопичення активних еозинофілів, епітеліальних виділень і потовщення базальної мембрани. Імунологічні та молекулярні дослідження зразків біоптатів слизової бронхів та бронхоальвеолярних виділень, отриманих при базовому захворюванні або взятих після природного або експериментально стимульованого загострення астми, показали, що складний та цікавий механізм запалення сприяє розвитку патологічного процесу бронхіальної астми, зокрема завдяки участі різних типів клітин-хелперів, специфічних цитокінів та хемокінів [9]. У пацієнтів, які страждають від алергічної астми, вплив алергенів спричиняє домінуюче збудження лімфоцитів Тh-2 в дихальних шляхах, що здатні виробляти у великій кількості Тh-2-цитокіни, наприклад інтерлейкін (IL) 4 та 5 [9, 12]. Більше того, рівень вираження IL-5 на бронхіальному рівні пов’язаний із тяжкістю перебігу атопічної та неатопічної бронхіальної астми. IL-5 та гранулоцитарно-макрофагально-колонієстимулюючий фактор (GM-CSF) можуть вважатися найважливішими цитокінами для накопичення еозинофілів при астматичному запаленні. При бронхіальній астмі цитокіни Th-2 продукуються не лише Т-лімфоцитами CD4+, а також CD8+, що сприяють виникненню астми та клінічному прояву захворювання [5]. Після інфікування бактеріями H.pylori у шлунку експериментальних моделей на людях та тваринах відбувається домінуюче збудження клітин Th-1 разом із виділенням інтерферону гамма (IFN-гамма), IL-12, IL-18, IL-23 та фактора некрозу пухлини aльфа (TNF-альфа), а зниження алергічного запалення Th-2 реакціями Th-1 може пояснити обернений зв’язок між H.pylori та бронхіальною астмою [27].

Механізм дії бактерій Helicobacter pylori

Бактерії H.pylori заселяють шлунок людини в дитинстві та живуть там протягом усього життя [6]. Це означає, що вони прекрасно адаптуються до цієї ніші та можуть уникати реакції імунної системи людини. Їх спіральна форма та джгутики допомагають проникати через шлунковий слиз, а численні вирости сприяють вибірковому з’єднанню з епітелієм. H.pylori мають численні механізми захисту від дії кислоти шлункового соку, у першу чергу продукують уреазу, яка при рівні зовнішнього рН менше за 6,5 нейтралізує периплазму, зберігаючи властивості цитоплазматичної мембрани [20, 29].

Як і більшість людських коменсальних бактерій, H.pylori розвинули специфічні механізми, що допомагають уникати збудження імунної реакції. Наприклад, уроджене імунологічне розпізнавання бактерій H.рylori декількома Тоll-подібними рецепторами слабке [3, 20]. Незважаючи на це, колонізація пов’язана із запаленням та проникненням у слизову оболонку поліморфноядерних лейкоцитів, макрофагів та Th-1-лімфоцитів, з активним виділенням IL-12 та IFN-гамма [12]. Така імунологічна реакція відіграє певну роль у розвитку патологічного процесу захворювань, викликаних бактеріями H.pylori в людей. Встановлено, що імунологічна реакція, спричинена інфекцією H.pylori і керована Th-1, підвищує запалення шлунка та атрофію, тоді як перенаправлення на Th-2 знижує їх [12]. За домінуючу реакцію клітин слизової оболонки за типом Th-1, викликану бактеріями H.pylori, відповідають різноманітні шляхи. Збудження нейтрофілів, моноцитів та дендритних клітин білком H.pylori, що стимулює нейтрофіли (HP-NAP), значно покращує регуляцію утворення IL-12 та IL-23 за допомогою активації рецептора TLR2 [3]. У слизовій оболонці шлунка пацієнтів, інфікованих бактеріями H.pylori, міститься значна кількість клітин-хелперів, що притаманні різним антигенам H.pylori, зокрема нейтрофіл-активуючому білку HP-NAP, цитокін-асоційованому гену CagA, уреазі, вакуолізованому цитотоксину VacA та білкам теплового шоку. HP-NAP викликає утворення шлунковими клітинами-хелперами високих рівнів IFN-гамма та TNF-альфа, таким чином підвищуючи поляризовану реакцію Th-1 [1, 12].

Захисні властивості Helicobacter pylori при астмі та алергії

Астма — хронічне запальне захворювання дихальних шляхів, багатогранне порушення, що характеризується гіперчутливістю дихальних шляхів до великої кількості специфічних та неспецифічних подразників, а також підвищеною секрецією слизу келихоподібними клітинами. Протягом останніх десятиліть у розвинених країнах різко підвищилася складність перебігу та рівень захворюваності на бронхіальну астму. Незважаючи на те, що основні причини цього залишаються невідомими, клінічні, епідеміологічні та експериментальні дані показують, що інфекційні захворювання можуть впливати на розвиток алергічних захворювань [30, 31]. Відповідно, було продемонстроване обернене співвідношення між початком алергічних захворювань та рівнем інфекційних захворювань. Це може бути наслідком послаблення алергічного Th-2-запалення, спричиненого реакціями Th-1. Останні стимулюються збудниками інфекції та можуть викликати виділення IFN-гамма, IL-12, IL-18 та IL-23 [14]. На підтвердження цього свідчать дослідження, які показують, що розвитку бронхіальної астми у тварин можна запобігти, вводячи живі або мертві бактерії чи їх компоненти, що викликатимуть реакції Th-1 [36]. У деяких дослідженнях показано, що бактерії H.pylori стримують реакції Th-2 в пацієнтів, які страждають від бронхіальної астми [1]. Цікаво, що на основі недавніх масштабних епідеміологічних досліджень був встановлений послідовний негативний зв’язок між інфікуванням бактеріями H.pylori та наявністю алергічних захворювань, зокрема астми та риніту [7].

Це, безсумнівно, цікава теорія, проте на її підтримку не було запропоновано жодного переконливого молекулярного механізму. Деякі дослідження, проведені за участі бактерій H.рylori, можуть допомогти зрозуміти це складне питання. Зокрема, показано, що додавання HP-NAP до ліній Т-лімфоцитів, стимульованих алергенами, що були отримані в пацієнтів, які страждають від алергічної астми, призвело до різкого збільшення Т-лімфоцитів, що продукують інтерферон та зниження клітин, що виділяють IL-4, таким чином змінюючи напрям імунологічної реакції із фенотипу Th-2 на Th-1 [1]. Крім того, у слизовій оболонці пацієнтів, інфікованих бактеріями H.pylori, значна частина клітин-хелперів продемонструвала суттєве розростання на різні антигени H.pylori, зокрема HP-NAP; після стимуляції HP-NAP специфічні шлункові клітини-антигени виділяли велику кількість IFN-гамма та TNF-aльфа, а також показали потужну цитотоксичну дію, тим самим демонструючи поляризуючий фенотип ефектора Th-1. Так само стимуляція HP-NAP нейтрофілів, моноцитів та дендритних клітин призвела до значного покращення регуляції цитокінів, зокрема IL-12 та IL-23, сприяючи збудженню середовища, збагаченого IL-12 та IL-23, що дає можливість направити диференціацію Т-лімфоцитів, стимульованих антигенами, у бік поляризованого Th-1-фенотипу [10].

Питання, що необхідно розглянути під час досліджень, що може підтвердити негативний взаємозв’язок між бактеріями H.pylori та різноманітними атопічними та алергічними захворюваннями, пов’язане з тим, що позитивність H.pylori асоційована з густонаселеними умовами проживання та недотриманням гігієни в дитячому віці. Оскільки ці фактори також пов’язані з іншими дитячими захворюваннями, статус H.pylori може служити показником для їх позначення. Незважаючи на це, негативний зв’язок із дитячою бронхіальною астмою проявляється сильніше у штамах СagA⁺ H.pylori [10]. Ще одним гіпотетичним поясненням оберненого зв’язку між бактеріями H.pylori та бронхіальною астмою служить те, що високі рівні регуляторних Т-лімфоцитів (Tregs), пов’язаних із зараженням H.pylori, можуть сприяти запобіганню алергічним захворюванням, а особи, які не заражені бактеріями H.pylori, більше схильні до таких захворювань. На підтвердження цього особи, інфіковані бактеріями H.pylori, мають вищі рівні шлункових Т-лімфоцитів порівняно з особами, які не інфіковані ними, крім того, кількість циркулюючих Т-лімфоцитів збільшується [22, 28, 35]. Додатково у мишей, які в процесі дослідження були інфіковані бактеріями H.pylori, збільшується загальна кількість Т-лімфоцитів, що пригнічують інші імунологічні реакції, одним із наслідків чого є сприяння колонізації H.pylori. Надмірна кількість Т-лімфоцитів може також мати імунопригнічуючу дію на організм: із числа осіб, які заражені бактеріями H.pylori, ті, у яких менше Т-лімфоцитів, більше схильні до появи пептичної виразки та, ймовірно, переносять інтенсивнішу форму гастриту [26]. Насамкінець у колонізації штаму СagA⁺ H.pylori число Т-лімфоцитів слизової оболонки може бути значно більшим, а рівні імуномодулюючого цитокіну IL-10 у слизовій оболонці можуть бути вищими, аніж у колонізації СagA^– [13]. Якщо застосовувати це явище для циркулюючих Т-лімфоцитів можливо буде пояснити сильніший негативний зв’язок штамів СagA⁺ із дитячою бронхіальною астмою [10]. Загалом ці дослідження передбачають прийнятний теоретичний зв’язок між бактеріями H.pylori, Т-лімфоцитами та зменшенням ризику виникнення алергічних захворювань. Проте необхідно провести відповідні інтервенційні дослідження за участю тварин та людей із метою перевірки цієї гіпотези.

Вплив H.pylori на імунну систему та функціонування легень

На даний момент ми розглянули, що відбувається на системному рівні у шлунку після утворення колонії бактерій H.pylori. Проте найважливішим питанням залишається зв’язок між бронхіальною астмою та бактеріями H.pylori, а також те, як вони мають впливати на легені. Щоб відповісти на це питання, деякими дослідниками була створена мишача модель алергічної астми та показано, що введення в організм HP-NAP перешкоджає типовому накопиченню еозинофілів у легенях, а також підвищує рівень сироватки IgE [11]. Ці результати є свідченням, що HP-NAP може бути частиною молекулярного механізму, що становить основу негативного зв’язку між зараженням H.pylori та алергією, підтверджуючи епідеміологічні спостереження вірогідними науковими поясненнями. Для того щоб вирішити, чи HP-NAP на основі своєї імуномодулюючої дії може сприяти запобіганню бронхіальної астми та її лікуванню, його вводили внутрішньочеревним та інтраназальним шляхом за допомогою мишачої моделі алергічної астми, спричиненої вдиханням яйцевого білка (OVA). Групи з дев’яти мишей C57BL/6j дикого типу або з Toll-подібними рецептором tlr2–/– були оброблені лише овальбуміном або OVA разом із HP-NAP, які вводилися в середину живота або на слизову оболонку носа. Мишам вводили овальбумін згідно зі стандартною процедурою, що складалася з першої фази сенсибілізації за допомогою овальбуміну, введеного внутрішньочеревним способом, та другої фази викликання алергічної реакції за допомогою розпилюваного овальбуміну на 8-й день, після чого проводилось повторне введення алергенів повітряним шляхом через 15–18 днів. Контрольним тваринам вводили лише фосфатно-сольовий буферний розчин (PBS), після чого піддавали впливу розпилюваного PBS. Досліджуваним мишам вводили HP-NAP у внутрішньочеревну порожнину в 1-й день та HP-NAP інтраназальним способом на 7–8-й день. Після першого контакту та повторного застосування розпилюваної речовини овальбуміну в легенях миші були викликані реакції Th-2. Відповідно, після застосування овальбуміну збільшилась кількість еозинофілів, що активізувалися у бронхах, та підвищилися рівні сироваткового IgE. Систематичне застосування HP-NAP та введення його у слизову оболонку значно затримало розвиток еозинофілії дихальних шляхів та запалення бронхів. Так само введення HP-NAP сильно вплинуло на виділення легеневих цитокінів, зменшивши виділення IL-4, IL-5 та гранулоцитарно-макрофагально-колонієстимулюючого фактора. Систематичне введення HP-NAP також призвело до значного зниження загального рівня сироватки IgE та збільшення рівнів плазми IL-12 [11]. Проте у модифікованих мишей після введення рецептора TLR2 та HP-NAP послаблення легеневої еозинофілії та бронхіальних Th-2-цитокінів не спостерігалося. Результати, отримані на основі цих досліджень, свідчать, що HP-NAP може бути ключовим елементом, що відповідає за зменшення частоти виникнення алергії в пацієнтів, заражених бактеріями H.pylori.

Висновки

Бактерії H.pylori та люди спільно еволюціонували щонайменше 50 000 років, а можливо, й довше. Утворення колоній бактерій H.pylori як таких, по суті, стало універсальним, а шлункове запалення, найімовірніше, стало найпоширенішим зразком запалення. Бактерії H.pylori є головною причиною виникнення пептичної виразки, лімфоми шлунка та шлункової аденокарциноми. Зникнення цього древнього домінуючого та постійного елемента нормальної мікробіоти людського організму мало б певні наслідки; на даний момент існує багато інформації про корисні та шкідливі аспекти таких змін для здоров’я людини та їх вплив на виникнення хвороб шлунково-кишкового тракту. Проте все більше даних указують на позакишкові прояви ерадикації бактерій H.pylori, зокрема астми. Взаємозв’язок між бактеріями H.pylori та дитячою астмою, алергічним ринітом та атопією стає все більш помітним.

Це явище може пояснюватися за допомогою послаблення Т-лімфоцитами алергічного Th-2-запалення, що може спостерігатися під час зараження бактеріями H.pylori та може послаблювати реакцію Th-2, пов’язану з атопією. Проте реалістична гіпотеза, створена на основі клінічних та експериментальних даних, отриманих з експериментальних моделей на людях та тваринах, полягає в тому, що алергічна Th-2-реакція перенаправляється реакцією, викликаною бактеріями H.pylori, що спроможні стимулювати виділення IFN-гамма, IL-12, IL-18 та IL-23 [2, 11, 12]. Декілька досліджень були присвячені визначенню нових імуномодулюючих факторів, що можуть затримати реакції клітин-хелперів Th-2, а також були запропоновані різноманітні сполуки для лікування та профілактики  астми та алергічних захворювань, зокрема декілька лігандів TLR-рецепторів, що імітують властивості мікробних компонентів, таких як дволанцюгова РНК, CpG-олігодезоксинуклеотиди та імідазохіноліни [4, 25, 34]. Детальніше було продемонстровано, як нейтрофіл-активуючий білок, впливаючи на нейтрофіли та моноцити після введення рецептора TLR2, має значний вплив на утворення середовища, збагаченого IL-12 та IL-23, і як такий представляє ключовий бактеріальний фактор, що здатен стимулювати диференціацію антигенів, активованих Т-лімфоцитами до поляризованого Th-1-фенотипу. Встановлено, що HP-NAP може перенаправити реакцію специфічних алергенних Т-лімфоцитів, вирощених у пробірці, з домінуючої реакції Th-2 на Th-1. Крім того, введення HP-NAP в організм призвело до зниження типового запалення бронхів, спричиненого клітинами-хелперами, при алергічній бронхіальній астмі. Таким чином, ці результати загалом підтримують точку зору, що значне поширення та складність перебігу астми й алергії в західних країнах може бути пов’язане, принаймні частково, зі зниженням рівня інфекційних захворювань, викликаних H.pylori, що можуть спричиняти тривалий фон Th-1. Окрім того, це також свідчить про те, що такі сполуки, як HP-NAP, можуть бути важливими кандидатами для створення нових стратегій профілактики та лікування астми та алергічних захворювань.