The role of cytokines and their genetic polymorphism in the development of hypoxic-ischemic encephalopathy among full-term newborn children

Full Text

Проблема ишемического поражения головного мозга плода и новорожденного по-прежнему актуальна в неонатологии и часто ассоциируется с высокой заболеваемостью и смертностью [3, 16, 32, 31]. Частота возникновения данной патологии в США составляет 2–4 ребенка на 1000 родов [8]. Встречаемость гипоксически-ишемической энцефалопатии в России варьирует в пределах от 15,6 до 38 на 1000 доношенных новорожденных [1].

Гипоксически-ишемическая энцефалопатия (ГИЭ) представляет собой совокупность неврологических симптомов, развивающихся у новорожденных в результате внутриутробной гипоксии. Основными условиями, при которых развивается данная патология, являются перенесенная внутриутробная гипоксия, низкая оценка по шкале Апгар, метаболический ацидоз [7].

Наиболее популярная за рубежом классификация, предложенная H.B. Sarnat и M.S. Sarnat в 1976 г., отражает степень тяжести ГИЭ [40]. Ее модификация по Hill & Volpe (1994) характеризует различные степени (I, II, III), которые коррелируют с легкой, среднетяжелой и тяжелой энцефалопатией [40, 47].

На сегодняшний день изучено множество патогенетических механизмов развития ГИЭ, которые в конечном счете приводят к отеку и гибели нейронов головного мозга [6, 8, 12, 13]. Значимая роль принадлежит исследованию про- и противовоспалительных цитокинов, высвобождаемых в центральной нервной системе (ЦНС) микроглией. Они представляют собой универсальную регуляторную систему медиаторов, контролирующих процессы пролиферации и дифференцировки клеточных элементов в кроветворной, иммунной и других гомеостатических системах организма [4].

Так, согласно исследованиям многих зарубежных авторов значительное увеличение содержания некоторых интерлейкинов (ИЛ), таких как ИЛ-1β ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-8, ФНО-α, а также их дисбаланс с противовоспалительными цитокинами коррелирует с тяжестью ишемического повреждения головного мозга и предопределяет неблагоприятный неврологический исход у детей [17, 18, 24, 27, 37, 39].

Высокое содержание ИЛ-1β (по сравнению с другими цитокинами) у детей с церебральной ишемией говорит о его местном высвобождении в головном мозге после первоначального гипоксического повреждения и играет большую роль в продолжающемся нейроповреждении [20, 33]. Высвобождение и расщепление активного ИЛ-1β может быть достигнуто с помощью пуринергических Р2Х7-рецепторов и активации каспазы-1. Исследования показали, что IL-1β способен стимулировать выработку оксида азота (NO), являющегося одним из основных регуляторов тонуса мозговых сосудов, что может привести к повреждению нейронов плода (в эксперименте на животных) [8, 27]. Также этот цитокин стимулирует выработку ИЛ-8 [31, 42]. Параллельно с изучением повреждающего действия ИЛ-1β на ЦНС ведутся работы по влиянию естественного ингибитора — антагониста ИЛ-1-рецептора (ИЛ-1RА) с целью его возможного использования для лечения инсульта и других заболеваний [24, 34, 36]. Установлено, что выживаемость мышей в модели церебральной ишемии при введении ИЛ-1RА (в отличие от пирацетама) достоверно возрастает вдвое [14].

ФНО-α является ключевым провоспалительным цитокином, производство которого регулируется на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях [20]. ФНО-α стимулирует выработку ИЛ-1 и ИЛ-6, усиливая к нему чувствительность тканей [21, 35]. Повышенная продукция ФНО-α в микроглии и высокий уровень в спинномозговой жидкости ассоциируются с перивентрикулярной лейкомаляцией и постгеморрагической ветрикуломегалией, что в будущем приводит к неврологическому дефициту [37]. Однако согласно многочисленным исследованиям роль этого цитокина двояка. Одни данные демонстрируют пагубное влияние ФНО-α на головной мозг [21, 22], тогда как другие предоставляют доказательства того, что ФНО-α играет важную роль в восстановлении после поражения ЦНС [38, 43]. Таким образом, некоторые интерлейкины могут обладать нейропротективным действием и оказывать повреждающий эффект.

ИЛ-6 представляет собой провоспалительный цитокин, медиатор межклеточного взаимодействия Т- и В-лимфоцитов [17, 22]. Он состоит из двух рецепторов трансмембранных субъединиц. Одна специфически связывает ИЛ-6, а вторая, так называемая gp130, является общей для таких цитокинов, как ИЛ-10, цилиарный нейротрофический фактор. Растворимые gp130 подавляют функцию ИЛ-6. Цитокин ИЛ-6 обладает многочисленным спектром биологического действия [17]. Продуцируют его многие клетки: Т-лимфоциты, макрофаги, эндотелиальные клетки, микроглия и астроциты. Чем выше уровень ИЛ-6 у новорожденных детей после перенесенной асфиксии, тем тяжелее поражение ЦНС и выше вероятность повторных судорог [19, 29].

Согласно данным многих литературных источников уровни таких провоспалительных цитокинов, как ИЛ-1β и ИЛ-6, в мозге отражают степень гипоксически-ишемического поражения головного мозга [17, 21, 26, 45]. Однако в ходе исследования В.Р. Гараева (2012) уровня цитокинов у новорожденных связи между повышением уровня ИЛ-1β в сыворотке крови и степенью ГИЭ обнаружено не было [1].

ИЛ-10 представляет собой противовоспалительный цитокин. Продукция его осуществляется активированными Т-лимфоцитами (клонами Th0, Th1 и Th2), Т-лимфоцитами, активированными В-лимфоцитами, тучными клетками, активированными липополисахаридом моноцитами и макрофагами [28]. ИЛ-10 подавляет секрецию активированными моноцитами ИЛ-1β, ФНО-α и ИЛ-6, интерферона, пролиферативный ответ Т-клеток на антигены и митогены [18]. ИЛ-10 нельзя считать однозначно иммуносупрессивным цитокином, поскольку в определенных условиях он может стимулировать синтез иммуноглобулинов, активировать Т-клетки с цитотоксическим действием. Экспрессия рецепторов к ИЛ-10 в клетках мозга способствует выживанию нейронов и нейроглии посредством блокирования апоптоза данных клеток, снижения уровня провоспалительных цитокинов и экспрессии рецепторов к данным цитокинам, а также посредством уменьшения синтеза оксида азота. Таким образом, данный цитокин снижает деструктивные процессы в мозговой ткани при нейродегенеративных заболеваниях [28].

Кроме ИЛ-10 противовоспалительный эффект оказывают ИЛ-4 и ИЛ-13, которые являются мощными активаторами B-лимфоцитов, подавляют экспрессию провоспалительных цитокинов ИЛ-1 и ФНО-α. Баланс про- и противовоспалительных цитокинов определяет неврологические исходы у детей [39].

Недавно проведенные исследования показали, что в условиях повышенной сосудистой проницаемости при генетически опосредованном цитокиновом дисбалансе (повышение провоспалительных цитокинов ИЛ-1β, ФНО-α и снижение концентрации IL-10) увеличивается образование лимфоцитарно-тромбоцитарных агрегатов, повышается агрегационная активность тромбоцитов, что неблагоприятно влияет на дальнейшее течение цереброваскулярной патологии [5].

По данным Г.Н. Чистяковой и др. (2014), снижение уровня ИЛ-1β, ФНО-α, ИЛ-10, сопряженное с повышением содержания IFN-γ и ИЛ-6 в пуповинной крови у всех новорожденных, перенесших асфиксию при рождении, является признаком гипоксических изменений [11]. Прогностически значимым маркером перинатальной патологии как инфекционного, так и неинфекционного генеза служит достоверно высокое содержание ИЛ-8 в пуповинной и периферической крови новорожденных на протяжении первой недели жизни и повышение СРБ на 5–7-е сутки жизни, что указывает на активацию факторов врожденного иммунитета и высокую вероятность реализации неврологической патологии.

В исследованиях Г.В. Якорновой и др. (2015) у детей с выраженным нарушением раннего периода адаптации повышается содержание ИЛ-1β и ИЛ-6 в пуповинной крови при отсутствии изменений со стороны ФНО-α [15]. Концентрация ФНО-α в динамике раннего неонатального периода увеличивается, повышенная продукция ИЛ-6 сохраняется до 5–7-х суток жизни, а содержание ИЛ-1β к 5–7-м суткам жизни снижается до уровня здоровых детей.

На современном этапе развития науки все большие обороты набирает изучение генов, контролирующих активность цитокинов. Данное перспективное направление раскроет больше звеньев в патогенезе гипоксически-ишемической энцефалопатии и позволит выявить предрасположенность к заболеванию на ранних сроках, что даст возможность прогнозировать риск развития патологии или тяжесть ее течения и индивидуально подобрать специфическую терапию для конкретного пациента [9]. Гены интерлейкинов обладают чрезвычайно высокой степенью полиморфизма, причем количество полиморфных участков в одном гене может достигать нескольких десятков [9, 39]. Они локализованы как в кодирующих участках гена — экзонах, так и в некодирующих интронах и в промоторных участках гена [2, 4]. Имеющиеся на сегодняшний день данные позволяют говорить о тесной ассоциации полиморфизмов генов с разнообразной патологией (в том числе поражение ЦНС) и могут использоваться как маркеры в диагностике заболеваний [46].

При исследовании цитокиновой системы у недоношенных детей с церебральной ишемией выявлен полиморфизм аллельных вариантов генов ФНО-α — Т-1031С, С-857Т, G-308А, G-238A, провоспалительного цитокина ИЛ-1β — С-511Т, С-3954Т, а также ИЛ-6 — С-174G[25, 30, 44]. Интересно, что в группе доношенных детей с церебральной ишемией носительство аллельной частоты IL-1β — 511-Т значительно выше по сравнению с недоношенными и группой здоровых детей [48]. Отмечена взаимосвязь развития синдрома дефицита внимания в будущем с носительством генетических полиморфизмов генов ИЛ-6, ФНО-α. В исследовании M.L. Gabriel et al. (2016) выявлена определенная связь между полиморфизмом ФНО-α — 1031T/с, ИЛ-1β — 511С/Т, ИЛ-10 — 1082G/A и развитием перивентрикулярной лейкомаляции [23]. В исследовании A.Q. Wen et al. (2010) пациенты, имеющие генетический полиморфизм ИЛ-1β — 1470G/с, 511T/C, 31С/Т, более подвержены возникновению воспалительного процесса [41]. Полиморфизм гена ИЛ-6 выступает фактором риска развития ДЦП у доношенных новорожденных.

По сравнению с генотипом GG, менее распространенный генотип СС был связан с повышенным риском ишемического поражения головного мозга [46]. Ген, кодирующий ИЛ-10, расположен на хромосоме 1 (1q31–1q32). Охарактеризован ряд полиморфизмов 5-промоторного региона гена ИЛ-10. Они включают полиморфизмы микросателлитных повторов и несколько точковых мутаций (G-1082А, С-819Т, С-592А), реализация которых происходит через усиление транскрипции мРНК [10].

В исследовании А.С. Князевой (2015) у взрослого населения с хронической ишемией мозга выявлена ассоциация заболевания с носительством полиморфных локусов генов цитокинов ИЛ-1β (T-31C), ИЛ-4 (C-589T) [4]. Носительство аллельного полиморфизма цитокинов, особенно ИЛ-1β — 31C, ИЛ-2 — 330G, ИЛ-6 — 174G, ИЛ-10 — 1082A и ФНО-α — 308A, в меньшей степени у здоровых и в большей у больных влияло на концентрацию цитокинов в плазме крови, в большинстве случаев значительно увеличивая уровень ИЛ-1β, ИЛ-1RA, ФНО-α, незначительно ИЛ-10. Максимальное повышение концентрации провоспалительных и снижение противовоспалительных интерлейкинов в крови было у больных — носителей ИЛ-1β — 31C, ФНО-α — 308A, ИЛ-6 — 174G комплекса аллелей.

Таким образом, вопрос изучения молекулярно-генетических механизмов возникновения гипоксически-ишемической энцефалопатии у новорожденных детей является актуальным. Согласно современным литературным данным цитокины играют немаловажную роль в нейроповреждении, а исследование частоты аллелей и генотипов их генетического полиморфизма позволит в ближайшем будущем прогнозировать возникновение заболевания до появления его клинических симптомов.

About the authors

Marina S. Panova

Chita State Medical Academy

Author for correspondence.
Email: merik2002@mail.ru

Assistant Professor, Department of Propaedeutics of Children's Diseases

Russian Federation, Chita

Alexandra S. Panchenko

Chita State Medical Academy

Email: sashawomen@mail.ru

MD, PhD, Dr Med Sci, Associate Professor, Head, Department of Propaedeutics of Children's Diseases

Russian Federation, Chita

References

Supplementary files