EXPERIMENTAL MODELING AND FUTURE DIRECTIONS OF HOMEOSTASIS CORRECTION IN INFLAMMATORY BOWEL DISEASES

Full Text

Проблема воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК) является актуальной в современной гастроэнтерологии в связи с высокой распространенностью, тяжестью осложнений, прогрессирующим течением и трудностями терапии [5]. Группа воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК) включает болезнь Крона (БК) и язвенный колит (ЯК), морфологическую основу которых составляют деструктивно-воспалительные процессы в кишечной стенке [9]. Заболеваемость БК и ЯК в мире составляет 3-62 и 50-230 инцидентов на 100 000 взрослого населения в год соответственно в разных регионах земного шара [11]. Смертность от ВЗК в мире составляет 6 случаев на 1 млн населения, а в России - 17 случаев на 1 млн населения. Формирование резистентности к существующей терапии, наличие широкого спектра побочных эффектов у современных лекарственных препаратов является важной проблемой в терапии ВЗК [12]. Для лечения ВЗК на сегодняшний день применяют топические ингибиторы воспаления (5-аминосалицилаты), системные ингибиторы воспаления (кортикостероиды) и иммуносупрессоры (азатио-прин, 6-меркаптопурин, метотрексат, циклоспорин и инфликсимаб) [12]. Несмотря на то, что данные лекарственные группы препаратов результативны в борьбе с процессами воспаления, их применение сопровождается нежелательными проявлениями. Таким образом, разработка новых терапевтических подходов в лечении больных ВЗК остается важной задачей. Отсутствие четких представлений об этиологии и патогенезе ЯК и БК приводит к проблемам в диагностике и лечении ВЗК, требует разработки новых терапевтических подходов [9, 29]. В связи с этим востребованным является экспериментальное моделирование ЯК и БК. Цель работы - провести критический анализ литературных источников, индексированных в Pubmed и РИНЦ, посвященных экспериментальному моделированию и перспективным направлениям коррекции гомеостаза при ВЗК. Результаты исследования Можно выделить два основных подхода при моделировании ЯК и БК. Во-первых, разработаны экспериментальные модели ВЗК, которые развиваются спонтанно у мышей с определенным генотипом или в результате воздействия на геном (нокаутные, трансгенные мыши) и ассоциированы с утратой иммунной толерантности к аутологичной кишечной микрофлоре: компонентов эпителия кишечника (кератин 8-дефицитные мыши), слизи (муцин 2-дефицитные мыши), транспортного белка (мыши с дефицитом гена 1а множественной лекарственной резистентности). Одной из таких моделей являются STAT4 трансгенные мыши. Перенос активированных бактериальными антигенами CD4+ T-клеток этих мышей иммунодефицитным реципиентам вызывал развитие колита. Другие варианты ВЗК этого типа наблюдаются при стимуляции роста незрелых и зрелых лимфоцитов, их дифференцировки c развитием патогенной эффекторной функции. Выключение сигнальных молекул и нарушение баланса между про- и противовоспалительными цитокинами (А20-дефицитные мыши, STAT73-/-дефицитные мыши) приводит к развитию различных по локализации и тяжести вариантов энтероколита или колита с инфильтрацией стенки кишечника иммунокомпетентными клетками и увеличением продукции провоспалительных цитокинов и их рецепторов [9]. К недостаткам данной группы моделей относят высокую стоимость и ограниченную доступность трансгенных животных. Вторая группа моделей включает химически индуцированные с использованием декстрана сульфата натрия (ДСН), трини-тробензолсульфоновой кислоты (ТНБС) и динитробензолсульфоновой кислоты (ДНБС), 4 и 10 % уксусной кислоты и оксазолона [8, 13, 18, 30]. Учитывая низкую стоимость и быстроту постановки, эти модели являются предпочтительными. Модель с ДСН - одна из наиболее часто используемых при моделировании ЯК у грызунов. Поглощение мышами 3-10 % ДСН, растворенного в питьевой воде, в течение 7-10 дней индуцирует клинические признаки ЯК: снижение массы животного, диарею с примесью крови, изъязвление слизистой, укорочение ободочной кишки, инфильтрацию лимфоцитами, плазмоцитами и гистиоцитами, уменьшение числа бокаловидных клеток, крипт и их глубины [8]. Модель удобна для исследования эффективности применяемых лекарственных препаратов, изучения механизмов репарации, и исследования роли ЯК в развитии интестинальной дисплазии и аденокарциномы. Модель с ДНБС подразумевает ректальное введение 100 мг/кг ДНБС, предварительно растворенного в 50 % спирте этиловом, необходимого для улучшения проникновения ДНБС через эпителий в собственную пластинку слизистой оболочки. Модель ассоциирована с такими проявлениями, как кровавая диарея, потеря веса, истончение кишечной стенки, изъязвление слизистой, уменьшение количества крипт, нейтрофильная инфильтрация. Однако морфологические изменения наблюдаются преимущественно в дистальном отделе кишечника, что характерно для БК, а не для ЯК [8, 10, 18]. Введение ТНБС очень схоже с использованием ДНБС: ректально вводится 100 мг/кг вещества, растворенного в спирте этиловом 50 %. Морфологическая картина также более характерна для БК, чем для ЯК [18]. Следующая модель связана с ректальным введением на глубину 8 см 4 % или 10 % уксусной кислоты; этот один из наиболее широко применяемых методов приводит к развитию кровавой диареи, потере веса, интенсивному воспалительному ответу, с очаговыми изъязвлениями, истончением кишечной стенки, уменьшением количества крипт, ней-трофильной инфильтрацией [32]. Еще одна модель ассоциирована с применением 4-этоксиметилен-2-фенил-2-оксазолин-5-он (оксазолон). На первом этапе проводится сенсибилизация нанесением на межлопаточную область 150 мкл 3 % раствора оксазолона, затем ректально вводят 100 мкл 1 % раствора оксазолона [16, 27, 38, 44]. Морфологические изменения в стенке кишечника на 1-7-е сутки эксперимента соответствуют таковым у человека при ЯК: расширение сосудов, экссудация подслизистого слоя, снижение количества бокаловидных клеток и крипт, нейтрофиль-ная и лимфоцитарная инфильтрация стенки кишки [16, 33]. Однако у рассмотренных нами моделей существует и ряд недостатков: широкая вариабельность концентраций при пероральном использовании ДСН приводит к невозможности контроля объема поглощенного раствора животными и массы поступившего в ЖКТ ДСН. Это приводит к разнородности дефектов слизистой стенки кишечника по углубленности и обширности распространения, что ведет к широкому разбросу результатов эксперимента. Применение ДНБС и ТНБС воспроизводит клиническую картину ЯК, однако симптомы могут варьировать в зависимости от используемых животных, частоты введения, дозы ДНБС и ТНБС. По всем признакам использование ДНБС и ТНБС лучше воспроизводит БК, а не ЯК [10]. Неоспоримым преимуществом ДНБС и ТНБС по сравнению с ДСН является низкая стоимость. Использование 4 % уксусной кислоты для моделирования ЯК не позволяет вызвать хронический процесс, а 10 % уксусной кислоты приводит к развитию выраженных деструктивных изменений слизистой стенки кишечника и к осложнениям в виде кишечных кровотечений, перфорации стенки, перитониту и летальному исходу, что ограничивает применение данной модели ЯК [42]. Полагаем, что БК целесообразно моделировать с использованием химически индуцированных моделей в связи с их доступностью и относительной простотой. Следует отметить при моделировании БК некоторые особенности. Модель с использованием 1-3 % раствора ДСН, растворенного в питьевой воде, поглощаемого животными в течение 7 дней, применима не только для постановки ЯК, но и для БК с характерными клиническими проявлениями (кровавая диарея, потеря веса); морфологическими проявлениями (эрозии слизистой оболочки, уменьшение количества крипт, присутствие большого количества лимфоцитов, нейтрофилов и макрофагов в подслизистой оболочке). Достоинством модели является возможность индуцировать поверхностные повреждения в острой, хронической стадии и в стадии ремиссии. Однако использование ДНС не позволяет в полной мере воспроизвести морфологические признаки (трансмуральное воспаление и некроз в стенке кишечника) при БК. В этом отношении предпочтительно использование ДНБС или ТНБС [43]. Использование ДНБС для моделирования БК подразумевает ректальное введение 15-30 мг вещества, предварительно растворенного в 50 % этаноле, через катетер длиной 8 см. Преимуществом является стремительное формирование уже на третьи сутки признаков воспаления, изъязвлений преимущественно в дистальном отделе кишечника. Клинические признаки включают потерю веса, кровавую диарею, а также истончение кишечной стенки, изъязвление слизистой оболочки, адгезию кишечника к близлежащим органам (мочевой пузырь), инфильтрацию лимфоцитами и нейтрофилами, уменьшение количества крипт, обширный отек в дистальной части кишечника, повышение активности миелоперокси-дазы в лейкоцитах, инфильтрирующих стенку кишечника. Применение ДНБС и ТНБС по сравнению с другими агентами более точно воспроизводит морфологическую картину БК, наблюдаемую у человека. В целом модель БК с использованием ДНБС отличается простотой и быстротой проведения эксперимента, может быть использована у разных видов животных (крысы, мыши, свиньи, кролики). Применение ДНБС позволяет более точно рассчитать массу поглощенного вещества, обеспечивает меньший разброс результатов эксперимента, уменьшает разнородность результатов проведенного эксперимента в сравнении с использованием ДНС [18]. ТНБС при моделировании БК вводится ректально в дозе 10 или 30 мг вещества, растворенного в 50 % этаноле. В течение 24, 48, 72 часов после введения вещества наблюдаются потеря веса, кровавая диарея, уменьшение аппетита. Большая потеря веса наблюдалась у животных, которым было введено 30 мг вещества, чем у животных с введением 10 мг [46]. На 10-й день эксперимента отмечены трансмуральное воспаление с макрофагальной инфильтрацией, обширными язвами по всей длине сегмента, контактирующего с веществом, разрушение тканей, увеличение экспрессии IL-6, IL-1, TNF-a. [24, 34]. Использование ТНБС в моделировании БК экономически более выгодно в сравнении с ДНБС, что является важным преимуществом при выборе экспериментальной модели [13, 33]. Преимуществом использования оксазоло-на для моделирования ЯК является простота постановки, доступность вещества, точность воспроизведения клинических (снижение массы, диарея с примесью крови) и морфологических (расширение сосудов, экссудация подслизистого слоя, уменьшение количества бокаловидных клеток и крипт, нейтрофильная и лимфоцитарная инфильтрация стенки кишки) признаков ЯК, возможность индукции хронического процесса и оценки показателей в динамике [16, 38, 42, 44]. Таким образом, несмотря на широкий спектр представленных в зарубежных и отечественных литературных источниках методов моделирования ВЗК оптимальными для индуцирования БК и ЯК являются модели с ТНБС и оксазолоном соответственно. Проблемы лечения ВЗК заключаются в формировании резистентности к существующей терапии, а также в наличии широкого спектра побочных эффектов применяемых препаратов с последующей их непереносимостью [2]. Применение иммуносупрессоров вызывает ряд осложнений, например, терапия метотрексатом может вызвать диспепсию, алопецию, миелосупрессию, боли в животе, головную боль, артралгию [20]. Инфликсимаб вызывает реактивацию латентных инфекций (туберкулез), кожные реакции, системные, гематологические осложнения, аллергические реакции, местные побочные эффекты [22, 30]. Кроме того, известно, что терапия иммуносупрессорами и/или повторное применение кортикостероидов для лечения ВЗК повышает восприимчивость пациентов к эндемическим и оппортунистическим инфекциям [21]. Поиск новых лекарственных средств с высокой терапевтической эффективностью и наименьшим количеством нежелательных эффектов при лечении ВЗК заставляет обратить внимание на растительные средства и БАВ, обладающие выраженными противовоспалительными, антиоксидантными и другими свойствами. Ранее нами успешно продемонстрировано применение БАВ эндогенного происхождения при почечной недостаточности, печеночной недостаточности, термической травме в экспериментальных и в клинических условиях [9, 10]. Применение БАВ и растительных средств в терапии ЯК ускоряет заживление эрозий, способствует восстановлению веса, снижает кровопотерю и уменьшает выраженность анемии, больные менее подвергаются депрессивным состояниям [13]. Однако лекарственные растительные средства и БАВ как монотерапия признаны малопродуктивными вследствие легкого воздействия, поэтому их применение целесообразно в сочетании с базисной терапией. Для лечения ВЗК в настоящее время применяются такие лекарственные растительные средства, как вяз желтый, куркума длинная, алоэ вера, босвеллия серрата, андрографис метельчатый, лакрица, пажитник сенной, лапчатка прямостоячая и др. [32]. Босвеллия серрата (Boswellia serrata), или ладан, является известным многолетним растением в европейских странах, используемым в терапии различных аутоиммунных заболеваний, в числе ВЗК. Составляющие смолы босвеллиевые кислоты относят к классу пентациклических тритерпе-нов, обладающих противовоспалительными, антиоксидантными, обезболивающими, антисептическими и седативными свойствами. Однако из-за отсутствия адекватной оценки действия босвеллии серраты в терапии больных с ВЗК вопрос о более глубоком изучении остается открытым. Андрографис метельчатый (Andrographis paniculata) - лекарственное растение, которое содержит дитерпены, лактоны и флаво-ноиды, обладает противовирусными, противовоспалительными, противосудорожными, антиоксидантными и др. свойствами [41]. Проведенное рандомизированное клиническое исследование пациентов, страдающих ЯК, с использованием экстракта андрографиса метельчатого, показало, что по силе терапевтического действия экстракт изучаемого растения сходен с месалазином (5-АСК). Алоэ вера (Aloe vera L.) - тропическое растение, широко используется в мировой традиционной медицине, обладает противовоспалительным, иммуностимулирующим, антисептическим, противоопухолевым, антиоксидантным свойствами [36]. При лечении ЯК применяют сок алоэ. Рандомизированное клиническое исследование продемонстрировало эффективность и безопасность сока алоэ вера, используемого для лечения острой формы ЯК [32]. Главным недостатком алоэ вера является недостаточное действие на организм и малая терапевтическая эффективность. Витамин D, коэнзим Q10, омега-3 жирные кислоты, витамин B12 и др. уменьшают выраженность симптомов при ВЗК, таких как снижение массы тела, анемия, диарея, инфекционные осложнения, проявления синдрома мальабсорбции, побочные эффекты от приема основных медикаментов [14, 19, 35, 42]. Наиболее изученными БАВ являются витамин D и коэнзим Q10, обладающие антиоксидантными свойствами. Коэнзим Q10, или уби-хинон, является эндогенно синтезируемым жирорастворимым мощным антиоксидантом, оказывающим положительное влияние при терапии сахарного диабета, заболеваний сердечно-сосудистой системы, нейродегенеративных заболеваний [28]. Однако лишь небольшое количество источников описывают его эффективность в лечении и профилактике ВЗК [28]. На сегодняшний день известен ряд положительных эффектов витамина D для людей всех возрастов. Дефицит витамина D в организме - весомый фактор риска прогрессирования и развития ВЗК [11]. В литературе представлены единичные сведения о применении витамина D при ВЗК. При ТНБС-индуцированном ЯК показано, что введение витамина D приводит к улучшению макро-микроскопических показателей в стене кишечника. При декстран сульфат-индуциро-ванном ЯК доказано, что витамин D устраняет потерю веса у экспериментальных животных и кровавую диарею, улучшает консистенцию стула [11]. Куркума длинная (лат. Curcuma longa), или турмерик, желтый имбирь - растение, первое упоминание о терапевтических свойствах которого датируется 1748 годом [31]. Основными действующими веществами корневищ куркумы являются вещества, входящие в комплекс куркуминоидов: куркумин, дезметоксикур-кумин, бимдезметоксикуркумин и др. [15]. Куркумин обладает антиоксидантными, цитопротекторными и противовоспалительными свойствами [3, 5, 15, 22, 31]. Результаты исследований последних пятидесяти лет продемонстрировали особенности его фармакокинетики, эффективности и безопасности в отношении ряда заболеваний человека. Кроме того, известно, что плейотропная активность куркумина обусловлена его способностью модулировать различные сигнальные пути: продукция провоспалительных цитокинов, циклооксигеназы-2 (ЦОГ-2), C-реактивного белка (СРБ), простагландина Е2, креатинина и пр. [5, 31]. По результатам единичных доклинических испытаний, куркумин продемонстрировал эффективность в терапии ЯК, индуцированного декстран сульфатом, ДНБС, ТНБС и уксусной кислотой [20, 24, 25, 37, 39]. Исследование эффективности куркумина проводилось также и в отношении его влияния на активность р38 митоген-активируемой протеинкиназы (р38 МАПК), концентрацию ИЛ-1р, ИЛ-10 и матриксной металлопротеиназы-3 (ММП-3) ex vivo [26]. Материалом для исследования выступали биоптаты ободочной кишки взрослых и детей, страдающих ВЗК. Участки кишки культивировали в питательной среде вместе с куркумином, в результате чего отмечали значительное уменьшение уровня активности р38 МАПК, снижение концентрации ИЛ-1Р и увеличение уровня ИЛ-10, более того, была отмечена дозозависимая супрессия активности ММП-3 [23]. В исследовании Suskind et al. куркумин продемонстрировал свое положительное действие при лечении БК у детей [41]. Несмотря на наличие сведений об эффективности применения витамина D и куркумы при ВЗК, отсутствуют лекарственные формы для изучения их эффективности при БК и ЯК. По нашему мнению, перспективным и клинически востребованным является создание новых отечественных лекарственных препаратов на основе экстракта куркумы и витамина Д3 с проведением комплекса фармакотехнологических, биофармацевтических исследований, стандартизации и определения сроков готовности и стабильности при хронизации. Полагаем, что при ВЗК оптимальными биофармацевтическими параметрами обладают ректальные суппозитории, которые по скорости наступления эффекта не уступают, а в некоторых случаях превосходят препараты для парентерального введения. На долю суппозиториев, выпускаемых отечественной промышленностью, приходится только 16 % рос- сийского рынка лекарственных средств, что составляет 2 % от общего объема продукции. Учитывая постоянное расширение ассортимента вспомогательных веществ, призванных улучшать биофармацевтические параметры, целесообразно проводить исследования по разработке технологии новых лекарственных форм. На отечественном рынке представлены суппозитории более 50 производителей из 20 стран, среди которых лидируют Германия («Berlin Chemie», «Boehringer Ingelheim», «Merckle»), Франция («UPSA»), Италия («Poli») и Швейцария («Novartis»). Тaким обpазoм, иccлeдовaния в облacти cоздaния pектaльных cуппозитоpиев c лекapcтвенными вещеcтвaми из paзличных фapмaкотеpaпевтичеcких групп c целью pacшиpения accоpтиментa cpедcтв для cиcтемной и локальной теpaпии ВЗК являются aктуaльной зaдaчей. Выводы 1. Среди широкого спектра экспериментальных моделей ВЗК с использованием трансгенных животных и химически индуцированных моделей наиболее оптимальным подходом для моделирования ЯК является ректальное введение оксазолона, для моделирования БК - ректальное введение ТНБС. 2. В отечественных и зарубежных источниках, индексированных в Pubmed и РИНЦ, представлены данные об экономической доступности, проведенных клинических и доклинических испытаниях, спектр нежелательных эффeктов срeдcтв раcтитeльнoго прoисхождeния, a тaкже БAВ эндoгенного прoисхождения пpи ЯK и БK - андрографиса метельчатого, бос-веллии серрата, алоэ вера, вяза желтого, пажитника сенного, омега-3 жирных кислот, липчатки прямостоячей, лакрицы, коэнзи-ма Q10, витамина D, витамина B12, куркумы длинной. 3. Анализ литературных данных позволил выделить куркуму длинную и витамин D, как более перспективные терапевтические агенты для создания лекарственных форм с целью терапии язвeннoго галита и бoлeзни ^om c комбиниpован ным антиоксидaнтным, противовoспали-тельным, иммуномодулирующим дейст-вгам и минимaльным спeктром побoчных эффeктoв. Среди лекарственных форм, используемых при терапии ВЗК, наиболее оптимальными являются ректальные суппозитории, которые обладают наилучшими биофармацевтическими параметрами.

About the authors

MV V Osikov

South Ural state medical University

Email: prof.osikov@yandex.ru
Doctor of Medicine, Professor, Head of Department of Pathological Physiology.

E V Simonyan

South Ural state medical University

Email: elenasimonian@yandex.ru
Candidate of Pharmaceutical Sciences, Associate Professor, head of the Department of pharmacy and chemistry, faculty of pharmacy.

A E Bakeeva

South Ural state medical University

Email: a.kurenkova01@yandex.ru
Laboratory assistant, Department of Pharmacy and Chemistry, Pharmaceutical Faculty.

M S Boyko

South Ural state medical University

Email: ri-tochka9@list.ru
Assistant of the Pathological Physiology Department.

V A Bivalkevich

South Ural state medical University

Email: bivalkevichva@gmail.com
Student of the Medical Faculty.

References

Supplementary files