Дмитрий Марфунин
"Об идиопатическом легочном фиброзе"
19 июня 2017 года
Криптогенный фиброзирующий альвеолит или идиопатический легочной фиброз (IPF) является, как известно, неопухолевой легочной болезнью, характеризуемой формированием рубцовой ткани в пределах легких при отсутствии любой известной провокации [6,12]. Поражает преимущественно курящих мужчин, но для некурящих мужчины:женщины отношение приближается к 1:1 [6]. Средний возраст при представлении составляет 66 лет [12].
У IPF наблюдается картина «мозаики» формирования рубца, чередованием с зонами нормального легкого, названная временнОй гетерогенностью [10]. Гистопатология демонстрирует характерную гетерогенность: область нормальной паренхимы с вкраплениями областей парасептального и субплеврального фиброза [2], который распределен вдоль низших частей долей [18]. Пространственная гетерогенность ведет к фиброзу, который заметен на периферической части вторичной легочной дольки, и сохраняет центральную часть дольки [18].
Считается, что IPF – это эпителиально-фибробластическая болезнь, то есть фиброзно-пролиферативное нарушение, которому предшествует активация альвеолярной эпителиальной клетки. Нет никакого признака, что IPF начинается с воспалительного процесса [15].
Самыми ранними и, вероятно, единственными морфологическими изменениями, связанными с прогрессией к фиброзу, являются первичные очаги – области фибробластической пролиферации, так называемые фибробластические фокусы [15]. Фибробластические фокусы проявляются как группы активно пролиферирующих веретенообразных фибробластов/миофибробластов, часто устраиваемых параллельно альвеолярной поверхности, в пределах слегка базофильного слизеобразного фона [17, 18], обычно замечены во внутренней поверхности между хронической фиброзной и относительно нормально проявляющейся паренхимой легкого [14].
Фибробластические фокусы представляют собой зоны острого повреждения легкого, в котором альвеолярного покрова клетки разрушены и эпителиальная базальная мембрана обнажена. В более поздних стадиях IPF эпителиальные базальные мембраны часто разрушены, и фибробласты мигрируют и продолжают пролиферировать и продуцировать внеклеточный матрикс в альвеолярных пространствах, где позже покрываются реактивным эпителием [15].
Фибробластический фокус – не дискретный очаг, а связанная «ретикулярная ткань репарации» [10]. Фокусы фибробластов не моноклонны и более точно описаны как сеточки фибробластов, то есть в IPF фибробласты упорядочены в высокоорганизованную ретикулярную ткань [18]. Вокруг фибробластических фокусов описан активный ангиогенез [2, 12].
Точно такая же структура встречается в норме в лимфатических узлах. В лимфатических узлах фибробластические ретикулярные клетки (FRCs) – иммунологически специализированные миофибробласты мезенхимального происхождения, они могут быть дифференцированы от других лимфатического узла резидентских клеток. Они экспрессируют молекулы, общие многим миофибробластам, и составляют 20-50% негематопоэтического компартемента в лимфатических узлах [7].
FRCs формируют звездообразные межклеточные контакты, чтобы создать трехмерную открытую мезенхимальную сеть, по которой мигрируют лейкоциты. FRCs также производят и окружают в оболочку высокоупорядоченную, сопряженную паутину компонентов внеклеточного матрикса, создавая проводящую сеть, которая быстро транспортирует растворимые антигены и сигнальные молекулы глубоко в паренхиму лимфатического узла [7].
FRCs направляют движение Т и В клеток, используя секрецию хемокина. Наивные Т клетки и DCs находятся в постоянном контакте с FRCs, мигрируя вдоль сети. Движение Т клеток высоко коррелирует (93%) с наличием смежных FRC волокон. FRCs влияют на все аспекты адаптивного иммунитета [7].
В IPF количество и уровни активации фибробластов увеличены [6]. Предполагают три потенциальных клеточных происхождений миофибробластов: конверсия резидентских мезенхимальных клеток; дифференцирование фиброцитов; эпителиально-мезенхимальный переход [16]. Фенотипические изменения фибробластов включают устойчивость к апоптозу и приобретение инвазивного фенотипа и эти изменения сохраняются после удаления фибробластов от пациентов [18].
Фиброциты – костного мозга происхождения мезенхимальные клетки [18], которые экспрессируют гематопоэтические и мезенхимальные маркеры [11]. Высокое количество циркулирующих фиброцитов было найдено в крови пациентов IPF [2] и в паренхиме легкого пациентов IPF по сравнению с контролем [11, 18]. Миграция фиброцитов через базальной мембраны подобные белки связаны с матричными металлопротеиназами 2 и 9 (ММР2 и ММР9) [13]. Фибробласты IPF также вторгаются в искусственные базальные мембраны с большей готовностью, чем контроль [18].
Измененные фибробласты выпускают пептиды ангиотензина и другие растворимые факторы, способные к стимуляции программированной клеточной гибели и чистой потере альвеолярных эпителиальных клеток. В IPF встречается увеличенный и непрерывный апоптоз альвеолярных эпителиальных клеток и уменьшенный апоптоз фибробластов/миофибробластов [15]. В то же время у эпителиальной альвеолярной поверхности выше фибробластического фокуса часто есть кубовидное проявление, подобное гиперплазии реактивного типа 2 альвеолярных эпителиальных клеток [15, 18]. Измененный тип 2 альвеолярных эпителиальных клеток синтезирует множество ферментов, таких как матричные металлопротеиназы (MMPs), цитокины и факторы роста. Также во время развития IPF альвеолярные эпителиальные клетки ответственны за экспрессию и выпуск большинства, если не всех профиброзных цитокинов и факторов роста [15].
MMPs – одни из наиболее высоко экспрессируемых генов в легких IPF [11]. Причем увеличения коллагеназы 1 (ММР1) обычно замечается в альвеолярных эпителиальных клетках, но не в фибробластах [9, 15]. ММР7 также продуцируется альвеолярными типа 2 эпителиальными клетками и увеличена в IPF [9, 11], как и ММР19, которая увеличивается в гиперпластических эпителиальных клетках, смежных с фиброзными областями [13]. Человеческие же фиброциты строго экспрессируют MMPs 2, 7, 8, 9, где ММР8 специфично опосредует миграцию через коллаген 1, а желатиназы ММР2 и ММР9 облегчают миграцию через компоненты базальной мембраны [11, 15]. ММР9 также экспрессирована в измененных фибробластах в пределах фибробластических фокусов [11]. В легких IPF также увеличена ММР3 [1 3 ].
Одновременно с увеличением продукции MMPs в микросреде IPF демонстрируется увеличение продукции четырех тканевых ингибиторов металлопротеиназ (TIMPs). Полученные из легкого IPF фибробласты экспрессируют значительно более высокое количество TIMPs, чем фибробласты из нормального легкого. В частности, TIMP2 преобладающе экспрессирован миофибробластами в пределах фибробластических фокусов [15].
Такая на первый взгляд парадоксальная картина экспрессии MMPs и TIMPs могла бы быть объяснена тем, что в легких IPF наблюдаются два прямо противоположных процесса. Во-первых, фибробласты/миофибробласты индуцируют апоптоз альвеолярных эпителиальных клеток и продуцируют MMPs, добиваясь разрушения альвеолярной стенки и проникновения в альвеолярную полость. В то же время они продуцируют TIMPs, противодействуя тем MMPs, которые продуцируются альвеолярными эпителиальными клетками. Во-вторых, тип 2 альвеолярных эпителиальных клеток в ответ на повреждение стенки активируется и начинает, с одной стороны, продуцировать профиброзные цитокины, стремясь закрыть разрушение, а с другой стороны, продуцирует MMPs, так как при IPF фибробласты/миофибробласты продуцируют чрезмерное количество компонентов внеклеточного матрикса.
Очевидно, что центральным в патогенезе IPF является все-таки фибробласт. И учитывая то, что при IPF в легких формируется структура, подобная структуре лимфатического узла, возможно предположение, что инициатором возникновения и прогрессии IPF выступает лимфоидная ткань.
Поддержка иммунопатогенетической гипотезы – изобилие активированных антиген-примированных Т клеток памяти в интерстиции легкого, наличие лимфоидных фолликулов с герминативными центрами, увеличенные уровни серологических и бронхоальвеолярных иммуноглобулинов, увеличение количества эозинофилов и тучных клеток в интерстиции легкого в IPF [6].
Нашли анти-periplakin антитело, которое задерживало заживление раны, уменьшая миграцию эпителиальных клеток. Были найдены скопления В клеток в легких пациентов IPF и циркулирующие активированные CD4 Т клетки в сыворотке [2]. На гистологии клеточная инфильтрация в IPF состоит из минимальных очаговых лимфоцитарных и плазматических клеток инфильтратов со случайными лимфоидными скоплениями в области плотного фиброза [11]. Увеличение плотности CD8+ Т клеток в интерстиции легкого и уменьшение сывороточных CD28 CD4+ клеток коррелирует с прогрессированием болезни [9].
В ткани легкого и сыворотке пациентов IPF увеличен IL-8 (или CXCL8) [2] (хемотаксис всех мигрирующих иммунных клеток). У больных с IPF увеличен СХС хемокин 13 (CXCL13) [9] (активация и усиление хемотаксиса В клеток). CCL2/MCP-1, экспрессируясь в эпителиальных клетках, рекрутировал макрофаги к легкому в IPF [2]. Альвеолярные макрофаги, в свою очередь, показали более высокие уровни цитокинов CCL17 (аттрактант для Тн2 клеток), CCL18 (хемоаттрактант для Т клеток) и CCL22 (привлечение активных Т клеток), а также высоко экспрессировали CD206 (маннозный рецептор макрофагов) [1].
В пациентах IPF увеличены уровни лизофосфатидиловой кислоты (LPA), которая является биоактивным липидным медиатором, она хемоаттрактант для фибробластов и способствует фиброзу, индуцирует апоптоз эпителиальных клеток и стимулирует выживание фиброцита [8]. LPA продуцируется из внеклеточного лизофосфатидилхолина аутотоксина (АТХ). В мезенхимальных клетках легкого ядерный фактор активированных Т клеток 2 регулировал экспрессию АТХ [3].
Все это подтверждает иммунопатогенетическую гипотезу и позволяет предположить, что при IPF иммунная система инициирует очень специфический процесс в легких, и цель этого процесса - альвеолярная полость.
Тип 2 альвеолярных эпителиальных клеток является самым богатым типом эпителиальных клеток, чья функция поддерживает альвеолярное пространство секрецией, в том числе, нескольких типов белков сурфактанта [2]. Иммунное окрашивание ко-локализуется с типа 2 альвеолярных клеток маркером просульфактанта белком С и мезенхимальными белками N-кадгерином, αSMA и кальпонином в легких IPF, которые не ко-локализуются в нормальных легких [18]. Сурфактанта белок С (SP-C) экспрессирован исключительно в типе 2 альвеолярных эпителиальных клеток. Генетические мутации в SP-C связывают со случаями семейной интерстициальной пневмонии [19]. Серологические уровни SP-A и SP-D значительно увеличены у пациентов IPF по сравнению с контролем. Уровни сывороточного SP-D были значительно увеличены при обострениях IPF по сравнению со стабильным IPF [9, 11]. SP-A и SP-D – члены коллектина семейства белков [4] и являются молекулами врожденной иммунной системы [4, 5]. Метаболизм сурфактанта под влиянием локальной иммунной среды. SP-D-дефицитные мыши показывают увеличенное число макрофагов в альвеолярном пространстве. Курильщики уменьшали уровни SP-D. Задержанный клиренс апоптических макрофагов у курильщиков вторичен к низким уровням SP-D [5].
Таким образом, учитывая значимость белков сурфактанта для иммунной системы, можно предположить, что процесс, развернутый в легких при IPF, направлен, в конечном итоге, на увеличение продукции этих белков альвеолярными клетками и получение их иммунными клетками.
Итак, на основании вышеизложенных фактов и умозаключений складывается впечатление, что идиопатический легочной фиброз можно было бы расценить как реакцию лимфоидной ткани на снижение активности иммунной системы, в частности, возможно, при возрастной инволюции тимуса, особенно у курильщиков.
Л И Т Е Р А Т У Р А:
1. Betensley A, Sharif R, Karamichos D. J Clin Med 2017 Jan; 6(1): 2
2. Camelo A, Dunmore R, Sleeman MA, Clark DL. Front Pharmacol. 2013; 4: 173
3. Cao P , Aoki Y, Badri L, Walker NM, Manning CM, Lagstein A, Fearon ER, Lama VN. J Clin Invest. 2017; 127(4): 1517-1530
4. Chroneos ZC, Sever-Chroneos Z, Shepherd VL. Cell Physiol Biochem 2009 Dec; 25(1): 13-26
5. Clark H, Palaniyar N, Strong P, Edmondson J, Hawgood S, Reid KBM. J Immunol 2002, Sep 15, 169(6): 2892-2899
6. du Bois RM, Wells AU. European Respiratory Journal 2001 18: 43s-55s
7. Fletcher AL, Acton SE, Knoblich K. Nat Rev Immunol 2015 Jun; 15(6): 350-361
8. Funke M, Geiser T. Swiss Med Wkly 2015; 145: w14139
9. Hambly N, Shimbori C, Kolb M. Respirilogy 2015 Okt, vol 20, issue 7, p 1010-1022
10. Leslie KO. Arch Pathol Lab Med 2012; 4: 173
11. Ley B, Brown KK, Collard HR. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2014 Nov 1; 307(9): L681-L691
12. Meltzer EB, Noble PW. Orphonet J Rare Dis 2008; 3: 8
13. Pardo A, Cabrero S, Maldonado M, Selman M. Respir Res 2016; 17: 23
14. Ryu JH, Moua T, Daniels CE, Hartman TE, Yi ES, Utz JP, Limper AN. Mayo Clin Proc 2014 Aug; 89(8): 1130-42
15. Selman M, Pardo A. Respir Res. 2002; 3(1): 3
16. Spagnolo P, Rossi G, Cavazza A. Expert Rev Clin Immunol 2014, 10(8), 1005-1017
17. Spagholo P, Sverzellati N, Rossi G, Cavazza A, Tzouverlekis A, Crestani B, Vancheri C. Ann Med 2015 Feb; 47(1): 15-27
18. Wolters PJ, Collard HR, Jones KD. Annu Rev Pathol 2014; 9: 157-179
19. Zoz DF, Lowson WE, Blackwell TS. Am J Med Sci 2011 Jun; 341(6): 435-438