Роль фактора роста нервов (NGF) в патогенезе лепры

Особенности иммунного ответа при поражении нервной системы возбудителем лепры Mycobacterium leprae (введение)

Лепра — хроническое инфекционное заболевание, вызываемое Mycobacterium leprae (M. leprae), характеризующееся разнообразными по клиническим проявлениям поражениями кожи, слизистых верхних дыхательных путей, периферической нервной системы, костно-мышечного аппарата и внутренних органов [1][2]. В основе современной классификации лепры, по Ридли-Джоплингу, лежит деление больных в зависимости от состояния их иммунологической реактивности по отношению к M.leprae, отражающейся в клинических проявлениях, а также в данных гистопатологических, бактериоскопических и иммунобиологических исследованиях. Лепрозный процесс рассматривается как непрерывный спектр иммунопатологических изменений между туберкулоидным и лепроматозным типами лепры, называемыми полярными типами, с выделением трёх пограничных и недифференцированной форм [3][4]. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) пришла к заключению о необходимости клинической классификации в зависимости от бактериологической нагрузки и предложила выделять многобактериальную лепру (МВ) и малобактериальную лепру (РВ) [2]. При РВ форме заболевания возникает интенсивный клеточно-опосредованный иммунный ответ, предотвращающий пролиферацию микобактерий в отличие от МВ-лепры, при которой иммунный ответ напротив способствуют диссеминации возбудителя в фагосомах макрофагов. При пограничных формах у пациентов выявляются иммунологические и гистопатологические характеристики, приближающиеся к полярным формам заболевания [5]. Одним из наиболее серьёзных и тяжёлых клинических осложнений лепрозного процесса является нарушение функции периферической нервной системы [6]. Лепра является наиболее частой причиной нетравматической невропатии и представляет классический пример инфекционного нейродегенеративного заболевания периферической нервной системы. M. leprae потенциально может инфицировать шванновские клетки в периферической нервной системе и вызывать расстройство сенсорных, моторных и вегетативных нервных функций [7]. Степень инвалидизации больного лепрой классифицируют как 0-ю степень (нарушения чувствительности не обнаруживают, деформацию стоп, кистей и глаз не видно), 1-ю степень (появляется расстройство чувствительности без деформации стоп, кистей или выраженных нарушений зрения) и 2-ю степень (с необратимыми неврологическими повреждениями) [8]. Многочисленные исследования доказывают, что более четверти пациентов с лепрой имеют ту или иную степень инвалидности, а около половины этих пациентов имеют инвалидность, связанную с серьёзными деформациями конечностей [3][6][9–11].

Поражение нервных клеток при лепре является результатом демиелинизации периферических нервных клеток. Возникшая невропатия, вызванная локализацией микобактерий лепры в нервных окончаниях и шванновских клетках, индуцирует ответ, опосредованный макрофагами и другими клетками, и в конечном итоге приводит к иммуноопосредованным поражениям [12][13]. Одной из стратегий выявления ранней дисфункции периферических нервов при лепре является распознавание поведения шванновских клеток посредством изменения маркеров синтеза миелиновой оболочки. Когда шванновские клетки сталкиваются с повреждением, в качестве автономного защитного механизма они восстанавливают состояние посредством ремиелинизации. На этот процесс, в частности, влияют такие факторы, как нейротрофины.

Биологические аспекты и механизмы действия фактора роста нервов (NGF)

Нейротрофины — группа близкородственных полипептидов, стимулирующих и контролирующих нейрогенез в центральной и периферической нервной системе [14–16]. Нейротрофины млекопитающих включают четыре основных нейротрофических фактора (фактор роста нервов (nerve growth factor, NGF), нейротрофический фактор мозга (brain-derived neurotrophic factor, BDNF), нейротрофин-3 (NT-3) и нейротрофин-4 (NT-4)), схожие по химической структуре, но различающиеся по принципу действия [17]. К настоящему моменту наиболее изученным представителем семейства нейротрофинов является фактор роста нервов (NGF). По современным представлениям, это секретируемый димерный белок с молекулярным весом 26 кДа, содержащий 118 аминокислотных остатков [17–19]. Впервые фактор роста нервов был описан R. Levi-Montalcini, а затем показана его ключевая роль в дифференцировке, созревании и сохранении целостности симпатических и сенсорных нейронов [20].

Известно, что протеолитические реакции способствуют синтезу зрелых молекул NGF из их предшественников пронейтрофинов (proNGF), также обладающих биологической активностью. В то время как зрелые нейротрофины способствуют выживанию нейронов, пронейротрофины оказывают противоположное, проапоптотическое действие [21].

Рецепторы NGF играют важную роль в модуляции болевого сигнала при различных физиологических и патологических состояниях, а генетические и метаболические особенности (например, при диабете,) способствуют специфической активности пронейтрофинов (proNGF) в эффекторных клетках или нейронах [22].

NGF играет важную роль в развитии и поддержании клеточных фенотипов в периферической нервной системе, а также в сохранении целостности холинергических нервов в центральной нервной системе [23]. NGF эндогенно продуцируется во время развития и созревания несколькими типами клеток, включая нейроны, шванновские клетки, олигодендроциты, лимфоциты, тучные клетки, макрофаги, кератиноциты и фибробласты. Его основной функцией в нервной системе является участие в воспалительных процессах и иммунных реакциях [24]. Шванновские клетки продуцируют NGF в ответ на дегенерацию аксонов. NGF препятствует поражению шванновских клеток, то есть низкий уровень данного фактора может способствовать развитию невропатии [25]. Однако в то время, как уровни NGF резко снижены в пораженных нервных стволах у больных с нейропатическими поражениями, у больных с хронической кожной гипералгезией наблюдается локальное повышение уровней NGF [25]. Концентрация NGF увеличивается во время воспалительных процессов в тканях, вызывая гипералгезию за счёт прямой активации ноцицепторов, что приводит к активации центральной нервной системы и нейрогенному воспалению [26]. В свою очередь, этот процесс приводит к высвобождению гистамина и увеличению количества тучных клеток и других клеток иммунной системы. Воспалительный отёк может вызывать дегенерацию нервных волокон. Показана положительная корреляция между уровнями NGF, NGF-R (рецептор нейротрофинов LNGFR или p75) и TGF-β (трансформирующий фактор роста). Это свидетельствует о синергических свойствах вышеперечисленных факторов, препятствующих уязвимости тканей при повреждении нервов [27]. Получены данные о том, что NGF восстанавливает чувствительность и оказывает пролиферативное и антиапоптотическое действие на кератиноциты и эндотелиальные клетки, способствует восстановлению болевой чувствительности и, соответственно, предотвращает развитие трофических язв, связанных с потерей ноцицепции [12][25]. Установлено, что NGF участвуют в регулировании формирования и заживления тканей. При заживлении тканей NGF активирует процессы, связанные с восстановлением иннервации [27][28], стимулирует миграцию фибробластов, а также оказывает пролиферативное и антиапоптотическое действие на кератиноциты и эндотелиальные клетки [29][30]. Более того, NGF играет двойную роль в выживании и гибели нейронов [31–33]. Исследования показали, что нейротрофины и их рецепторы, в том числе и NGF, широко экспрессируются в тканях скелета, участвуют в хондрогенезе, остеобластогенезе и остеокластогенезе, а также в регуляции процессов формирования и заживления тканей [34].

Повреждение периферического нерва или любое патологическое состояние, вызывающее разрыв между органом-мишенью и телом нервной клетки, действует как сигнал, побуждающий ненервные клеточные популяции (например, фибробласты) продуцировать NGF. Индукция синтеза NGF в этих клетках также модулируется цитокинами, которые проникают в место повреждения нерва, где инициируется регенерация нерва [35]. Кроме того, было показано, что NGF играет важную роль в воздействии на специфические реакции на повреждение посредством провоспалительного воздействия на нейтрофилы, эозинофилы, тучные клетки и Т-лимфоциты [36]. Взаимодействия NGF в тканевом микроокружении сложны, и его связь с TNF-α, который может индуцировать апоптоз в шванновских клетках путем связывания со специфическими рецепторами смерти, может приводить к антагонистическим эффектам. Это связано с тем, что NGF может активировать сигналы выживания в клетке-мишени. Один и тот же цитокин может оказывать антагонистическое действие в зависимости от его взаимодействия со специфическими рецепторами, а внутриклеточный каскад активируется после активации этих рецепторов [37]. Это подтверждает предположение о том, что NGF играет решающую роль в процессе миелинизации шванновских клеток в периферической нервной системе.

Взаимосвязь NGF с другими факторами роста

Фактор некроза опухоли (TNF-α) взаимодействуя с NGF индуцирует дифференцировку и созревание нейронов [38]. Была обнаружена связь между фактором роста нервов (NGF) и трансформирующим фактором роста (TGF-β) в глиальных клетках крыс и мышей с травмами позвоночника [27]. Аналогичные предположения высказаны при исследовании системных заболеваний (например, диабет и остеоартрит). В работе Facer с соавт. [39] показано, что действие фактора роста нервов связано с трансмембранным рецептором TrkA присутствующим в субэпидермальных волокнах кожи. Второй рецептор p75, названный так по молекулярной массе 75 кД, — также трансмембранный, но с другим механизмом действия. Он реагирует на гибель нейрона, то есть на нейродегенерацию. Взаимодействия NGF, как и других нейротрофинов, с этими рецепторами и определяют в значительной степени судьбу нейрона. По всей видимости, NGF действует как нейротрофный мессенджер, и его уровень регулируется иннервирующими нейронами [20]. Также установлено, что нервные окончания не затрагиваются, а присутствие NGF в кератиноцитах коррелирует с недостаточной чувствительностью к температуре. Использование антител NGF эффективно при лечении гипералгезии у пациентов с невропатией и поражениями нервных окончаний. Кроме того, физиологические комбинации NGF, NT-3 и нейротрофический фактор линии глиальных клеток могут способствовать восстановлению гомеостаза. Таким образом они могут быть использованы при лечении невропатической боли [25].

Все это доказывает, что NGF может играть ключевую роль в патогенезе поражения нервной системы при лепре. Известно, что при лепроматозной и туберкулоидной лепре регистрируются различные уровни NGF, более высокий для лепроматозной формы, а низкий — для туберкулоидной формы заболевания [40]. При лепроматозной форме лепры иммуноокрашивание образцов повреждённых тканей регистрирует значительные уровни NGF, что свидетельствует о более крупном и диффузном очаге поражения нервной системы [41][42]. Annand P et al. выяснили, что именно низкие значения NGF способствовали отсутствию NGF-зависимых ноцицептивных волокон в повреждённой коже больных лепрой [43]. Исследование Antunes et al. [9] показало, что у пациентов при туберкулоидной форме лепры уровень иммуноэкспрессии NGF-R был ниже в нервных волокнах и шванновских клетках по сравнению с контролем. Авторы выяснили, что явление гипоестезии связано с пониженной экспрессией NGF-R и гликопротеина-Р (PGP). При изучении взаимосвязи между клиническими формами лепры и эпизодами неврита было обнаружено, что у пациентов с пограничной формой лепры вероятность развития неврита в 2,69 раза выше, чем у пациентов с лепроматозной формой заболевания [44].

Местный клеточный иммунитет способен противостоять бактериальным инфекциям, однако воспаление может привести к необратимому повреждению тканей. Так, повреждение нервов происходит примерно в 10% случаев у больных малобациллярной лепрой, 40% больных с многобациллярной лепрой и особенно остро протекает у больных с реактивными состояниями [45][46].

Более высокие уровни NGF связаны с лепроматозными формами, а повышенная экспрессия NGF стимулирует экспрессию TGF-β (трансформирующий ростовый фактор), что снижает повреждение тканей в результате повреждения нервов. TGF-β является противовоспалительным агентом при восстановлении тканей при регенерации нервов и тканей [27][47]. Более высокая экспрессия TGF-β у больных лепроматозной формой заболевания связана с более высокой частотой апоптоза в очагах поражения, особенно в шванновских клетках [48][49].

Стратегия исследований для определения поражения периферических нервов на начальной стадии у больных лепрой должна заключаться в поиске маркеров, которые можно использовать в качестве диагностического инструмента для выявления раннего повреждения нерва. Таким маркером может стать определение концентрации NGF. И хотя NGF сам по себе не участвует в формировании миелина, для этого требуются другие факторы, такие как аксональные сигналы и активация TrkA. Было показано, что NGF может регулировать процесс миелинизации с противоположным эффектом между шванновскими клетками и олигодендроцитами посредством аксональных сигналов [50]. При повышении концентрации NGF в крови посылался аксональный сигнал. Аксональные сигналы, которые контролируют центральную миелинизацию, вероятно, очень похожи на те, которые контролируют периферическую миелинизацию. Кроме того, с использованием ROC анализа было определено пороговое значение NGF, с помощью которого можно выявить раннюю инвалидизацию у пациентов с MB-лепрой [51].

Заключение

Таким образом, исследования, анализирующие пациентов с различными клиническими формами лепры и различными реактивными состояниями (например, узловатая эритема), могут помочь лучше понять взаимосвязь между NGF и иммунным ответом, а также другими факторами, способствующими защите и регенерации нервов. Дальнейший анализ уровней NGF в тканях и крови между цитокинами и иммунным ответом важен для лучшего понимания участия фактора роста нервов в патофизиологии лепры и других неврологических поражениях. Определение пороговых значений NGF будет способствовать раннему выявлению процесса повреждения нервов, когда ещё возможна их регенерация.

Работа выполнена в рамках государственных заданий Министерства здравоохранения Российской Федерации «Разработка методов диагностики и лечения лепрозной инфекции на основе принципов персонифицированной медицины» и «Влияние социальной и медицинской реабилитации на повышение качества жизни больных лепрой»