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
день перший
день другий

АКУШЕРИ ГІНЕКОЛОГИ

КАРДІОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, РЕВМАТОЛОГИ, НЕВРОЛОГИ, ЕНДОКРИНОЛОГИ

СТОМАТОЛОГИ

ІНФЕКЦІОНІСТИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, ГАСТРОЕНТЕРОЛОГИ, ГЕПАТОЛОГИ
день перший
день другий

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 


Back to issue