Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.



СІМЕЙНІ ЛІКАРІ ТА ТЕРАПЕВТИ

НЕВРОЛОГИ, НЕЙРОХІРУРГИ, ЛІКАРІ ЗАГАЛЬНОЇ ПРАКТИКИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ

КАРДІОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, РЕВМАТОЛОГИ, НЕВРОЛОГИ, ЕНДОКРИНОЛОГИ

СТОМАТОЛОГИ

ІНФЕКЦІОНІСТИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, ГАСТРОЕНТЕРОЛОГИ, ГЕПАТОЛОГИ

ТРАВМАТОЛОГИ

ОНКОЛОГИ, (ОНКО-ГЕМАТОЛОГИ, ХІМІОТЕРАПЕВТИ, МАМОЛОГИ, ОНКО-ХІРУРГИ)

ЕНДОКРИНОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, КАРДІОЛОГИ ТА ІНШІ СПЕЦІАЛІСТИ

ПЕДІАТРИ ТА СІМЕЙНІ ЛІКАРІ

АНЕСТЕЗІОЛОГИ, ХІРУРГИ

"Child`s Health" 3(18) 2009

Back to issue

Антимикробные энзимы системы неспецифической защиты респираторного тракта

Authors: Абатуров А.Е. Днепропетровская государственная медицинская академия

Categories: Pediatrics/Neonatology

print version


Summary

В обзоре представлены современные данные о роли антимикробных энзимов — лактопероксидазы и лизоцима — в защите респираторного тракта человека от инфекционных агентов.

Введение
Молекулярными эффекторами системы неспе­цифической защиты респираторного тракта, кроме активных радикалов азота и кислорода, являются ферменты (лизоцим, лактопероксидаза (ЛПО)), металлосвязывающие белки (лактоферрин, калпротектин), ингибиторы протеаз (элафин, секреторный ингибитор лейкопротеазы — SLPI), белки семейства бактерицидного белка, увеличивающего проницаемость мембран (BPI), пентраксины, коллектины, хемокин CCL20, антимикробные пептиды, непосредственно повреждающие инфекционные агенты (дефензины, кателицидины — LL-37), адреномедуллин и другие [4, 9, 17, 30, 34, 36, 37, 49, 50, 57, 58].

Краткая характеристика
лактопероксидазы

Лактопероксидаза известна как компонент антибактериальной защиты грудной и слюнных желез [42, 48]. Относительно недавно ее присутствие было идентифицировано и в респираторном тракте млекопитающих, в том числе и человека [54]. При физиологических условиях в бронхоальвеолярном секрете человека постоянно находится в достаточно высокой концентрации ЛПО, функционирование которой предотвращает инфицирование респираторного тракта [29, 42]. ЛПО (эозинофильная пероксидаза, LPO, MGC129990, MGC129991, SPO) — металлоэнзим, относится к суперсемейству железосодержащих пероксидаз млекопитающих, в которое также входят миелопероксидаза и пероксидаза щитовидной железы [25, 26, 28].
ЛПО синтезируется клетками слюнных желез и подслизистых серозных желез бронхиального дерева [22]. Гены, кодирующие ЛПО, расположены на хромосоме 17 (17q23.1) [53]. В состоянии клинического здоровья у человека среднее содержание ЛПО в 1 мг белков бронхиального секрета составляет 0,65 ± 0,09 мкг/мг [29]. До настоящего времени у людей не выявлено генетически детерминированного дефицита ЛПО [44].
Индукция синтеза лактопероксидазы
и каталитический цикл

Продукция ЛПО может быть как конститутивной, так и индуцибельной, индуцируется бактериальной адгезией, РАМР инфекционных агентов и сигналами a-адренорецепторов. Участие перекиси водорода (H2O2) и тиоцианида в регуляции продукции ЛПО изучено недостаточно [54]. Каталитический цикл пероксидаз, в том числе и ЛПО, представляет три последовательные реакции. Первоначально ЛПО, как и другие пероксидазы, вступает в реакцию с H2O2, образуя промежуточную форму, обозначаемую как Compound I, обладающую высокой окислительной способностью. Compound I, реагируя с окисляемым молекулярным субстратом, превращается в Compound II, а при избытке перекиси водорода инактивируется, образуя интактный Compound III [14].
В надэпителиальном слизистом слое ЛПО за счет электростатических взаимодействий связывается с гиалуронаном и удерживается в непосредственной близости от апикальной поверхности наружной цитоплазматической мембраны эпителиоцитов [18].

Механизм действия
лактопероксидазы

ЛПО, используя H2O2, играет одну из основных ролей в противоинфекционной неспецифической защите респираторного тракта против бактерий, вирусов и грибов.
Во время инфекционно-воспалительного процесса респираторного тракта происходит усиление продукции активированных кислородосодержащих метаболитов, в том числе и H2O2. Перекись водорода является важным компонентом в антибиотической системе респираторного тракта [7, 19].
Образование H2O2 в эпителиоцитах связано с работой двух НАДФ-оксидаз (Duox-1, Duox-2), которые расположены в цитоплазме возле апикальной области клеточной мембраны. Основными индукторами данных оксидаз являются АТФ и тапсигаргин [3, 43, 45]. В бронхиальном секрете местные системы генерации АКМ постоянно поддерживают концентрацию H2O2 на определенном условиями уровне [7, 19].


Индукция генерации активированных кислородосодержащих метаболитов обусловлена действием патоген-ассоциированных молекулярных структур (PAMP), некоторых цитокинов (TGF-1a, TNF-a и IL-1a, пептидных факторов роста), агонистов G-протеин-связанных рецепторов. По всей вероятности, РАМР, в частности флагеллин Pseudomonasaeruginosa, взаимодействуют с рецептором P2Y эпителиоцитов, что ведет к освобождению АТФ, которая индуцирует НАДФH-оксидазу. Возбуждение рецептора P2Y также обусловливает индукцию синтеза муцина, IL-8, секреции слизи и повышение активности биения ресничек реснитчатого эпителия [16, 45]. Так, у больных бронхиальной астмой концентрация Н2О2 в конденсате выдыхаемого воздуха в 6 раз, у больных хроническими обструктивными заболеваниями легких — в 20 раз выше, чем у здоровых людей [21, 23]. Однако превышение концентрации Н2О2уровня 10 мкмоль/л токсично для эпителиоцитов [34].
В респираторном тракте ЛПО выступает основным инактиватором H2O2. В общем процессе ферментативной утилизации Н2О2на нейтрализующее действие ЛПО приходится около 60 % [20]. В процессе функционирования ЛПО, регулируя концентрацию Н2О2в надэпителиальном пространстве, защищает эпителий от токсического его воздействия [10].
Эпителиоциты активно генерируют такие анионы, как анион тиоцианита (SCN) и анион йода (J). Трасмембранный транспорт анионов SCN и J через базолатеральную поверхность мембраны эпителиоцита осуществляется Na+J симпортером (NIS), аниона SCN — через апикальную поверхность мембраны — трансмембранным регуляторным белком муковисцидоза (CFTR) [56]. Анионы SCN и J, которые образуются в результате «дыхательного взрыва» нейтрофилов в периферическом русле крови, транспортируются из сыворотки крови и накапливаются в просвете дыхательных путей. Показано, что концентрация анионов SCN и J в надэпителиальном пространстве респираторного тракта более чем в 20 раз превышает их концентрацию в сыворотке крови [54, 56].
Концентрация анионов SCN в бронхиальном секрете достигает 0,4 мкмоль/л, являясь достаточно высокой для проявления бактериостатического действия [54].
ЛПО, используя Н2О2, окисляет анионы SCN и J, что приводит к образованию аниона гипотиоцианитовой кислоты (OSCN) и OJ, которые взаимодействуют с тиоловыми группами (SH) молекул поверхности мембран инфекционных агентов. В результате данного взаимодействия бактериальные и грибковые инфекционные агенты теряют мембранный pH-градиент, что приводит к увеличению проницаемости мембраны их клетки. Также нарушается трансмембранный транспорт ионов K+, аминокислот, глюкозы. Анион OSCN– оказывает и бактерицидное действие, блокируя гликолиз и НАДФ-зависимые реакции бактерий (рис. 1) [8, 35, 38, 44, 47, 57].
Использование Н2О2миелопероксидазой в процессе окисления хлоридов ведет к образованию гипохлорной кислоты, которая обладает мощным бактерицидным действием [27, 40]. Высокая бактерицидная активность гипохлорной кислоты сочетается с выраженным эпителиотоксичным действием, которое значительно выше токсического действия гипотиоцианита [41, 51].
Подавление активности ЛПО ингаляционными ингибиторами уменьшает скорость элиминации инфекционных агентов из респираторного тракта [6].

Спектр противоинфекционного
действия системы лактопероксидазы

Система ЛПО респираторного тракта обладает выраженной антибактериальной активностью против как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий [8]. Показано, что под влиянием системы ЛПО ингибируется рост колоний Staphylococcusaureus, Streptococcus, E.coli, Pseudomonasaeruginosa, Burkholderiacepacia и Haemophilusinfluenzaе [24, 46]. Антибактериальная эффективность системы ЛПО при адекватной концентра­ции H2O2 достигает максимума при значениях pH 6,8 бронхиального секрета дыхательных путей[24, 29]. Функционирование системы ЛПО может сопровождаться бактерицидным эффектом, который обусловлен продукцией активированных кислородосодержащих метаболитов, вызывающих необратимое окисление белков бактериальных мембран [5].
Система ЛПО также обеспечивает противогрибковую [31, 39] и противовирусную защиту [1].
Показано, что у больных муковисцидозом наблюдается снижение активности системы ЛПО, что, по всей вероятности, является одной из определяющих причин хронической бактериальной колонизации респираторного тракта [55].

Краткая характеристика лизоцима
Лизоцим (Lyz) — щелочной фермент с молекулярной массой 14kDa, который находится преимущественно в неактивном состоянии в первичных и вторичных гранулах нейтрофилов. Его молекула состоит из 129 аминокислотных остатков, глобулярная конформация ее поддерживается 4 дисульфидными связями (рис. 2). Ген, контролирующий синтез лизоцима, локализован на хромосоме 12 (12q15) (gene ID: 38130) [50].
Lyz продуцируется преимущественно клетками серозных подслизистых желез и (в меньшей степени) эпителиоцитами слизистой оболочки респираторного тракта, нейтрофилами, макрофагами, моноцитами [13, 15]. Концентрация Lyz в секрете респираторного тракта колеблется от 0,1 до 1 мг/мл. Наиболее высокая концентрация лизоцима в бронхиальном секрете характерна для детей до 3-летнего возраста [13].

Механизм антибактериального
действия лизоцима

Lyz, гидролизуя b-1,4-связи между N-ацетил-­мурамовой кислотой и N-ацетилглюкозами­ном, нарушает структуру пептидогликана мембраны грамположительных бактерий [32].

Спектр противоинфекционного действия
системы лизоцима

Lyz проявляет бактериостатическую и бактерицидную активность преимущественно к грамположительной кокковой флоре. На грамотрицательную флору Lyz влияет опосредованно, в частности, как синергист лактоферрина, комплемента и SLPI [49]. Последние исследования показали, что лизоцим играет определяющую роль в предупреждении развития пневмонии [33]. Однако отмечается, что некоторые микроорганизмы в процессе эволюции выработали механизмы защиты от действия Lyz. Так, b-гемолитический стрептококк группы A продуцирует стрептококковый ингибитор комплемента (SIC), который может ингибировать протеолитический участок Lyz [11].
Lyz обладает противогрибковыми свойствами [2, 50], гидролизируя N-гликозиды поверхности мембраны грибов (рис. 3) [12].

Другие действия лизоцима
Lyz обладает иммуномодулирующим действием за счет фрагмента Thr-Leu-Lys-Arg, который индуцирует фагоцитоз и хемотаксис лейкоцитов. Лизоцим активирует репарацию слизистых оболочек и способен ингибировать лимфобластогенез [14].

Заключение
В защите бронхолегочной системы человека активную роль играют антимикробные энзимы — ЛПО и Lyz.
G.E. Conner, C. Gerson и соавт. [8, 54], основываясь на фактах, что система ЛПО имеет в респираторном тракте конститутивную активность, обладает действием на широкий спектр инфекционных агентов и менее токсична для эпителиоцитов, чем гипохлорная кислота, считают, что система ЛПО является первой линией пероксидазной противоинфекционной защиты, при преодолении которой активизируется более агрессивная миелопероксидаза нейтрофилов. Преимущественная локализация ЛПО в непосредственной близости к мембранам эпителиоцитов бронхов позволяет считать данную систему системой антимикробной защиты ­респираторного тракта, которая играет важнейшую роль в процессе элиминации «оседлых» бактериальных колоний — биопленок. Возможно, что заболевания, характеризующиеся хронической бактериальной колонизацией респираторного тракта, обусловлены нарушениями функционирования системы ЛПО [41].
Основной функцией Lyz в респираторном тракте является его санация от бактериальной кокковой флоры и грибов.


Bibliography

Список литературы находится в редакции 

Similar articles

The Antioxidant System of the Respiratory Tract Antioxidant Effectors in Supraepithelial and Extracellular Space (Part 2)
Authors: Абатуров А.Е.(1), Волосовец А.П.(2), Худяков А.Е.(1) - (1) ГУ «Днепропетровская медицинская академия Министерства здравоохранения Украины», г. Днепр, Украина; (2) Национальный медицинский университет им. А.А. Богомольца, г. Киев, Украина
"Child`s Health" 4 (72) 2016
Categories: Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual
Nosospecific features of redox processes in cystic fibrosis
Authors: Абатуров А.Е.(1), Волосовец А.П.(2), Худяков А.Е.(1)
(1) — ГУ «Днепропетровская медицинская академия Министерства здравоохранения Украины», г. Днепр, Украина
(2) — Национальный медицинский университет им. А.А. Богомольца, г. Киев, Украина

"Child`s Health" Том 12, №7, 2017
Categories: Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual

Back to issue