Microbiota-associated diseases as an endotoxin-initiated pathology or intestinal factor in the induction of systemic inflammation and progression of aging

Full Text

Столетию со дня рождения

Саркисова Доната Семёновича посвящается

Микробиота кишечника (МК) длительное время была предана практически полному забвению, что определялось, прежде всего, безрезультатностью поиска взаимосвязи между МК и продуктами ее жизнедеятельности с заболеваниями и продолжительностью жизни, постулированной И.И. Мечниковым [1]. Идея ученого была настолько заманчива, что инициировала сотни операций по удалению толстой кишки и десятки экспедиций в очаги проживания долгожителей. Но, увы, результаты были не соизмеримы ожиданиям, вызвали разочарование, а исследования были практически полностью прекращены на несколько десятилетий, пока не появились новые научные факты и методические возможности. Сначала был установлен факт присутствия кишечного эндотоксина (ЭТ), или липополисахарида (ЛПС), в общем кровотоке "здоровых людей" и постулирована его способность индуцировать системное воспаление [2], что противоречило одному из основополагающих постулатов общей патологии, рассматривающему "воспаление" как исключительно ответную реакцию на повреждение, а обратное долгое время не допускалось и блокировалось авторитетными учеными. Затем, была сформулирована эндотоксиновая теория физиологии и патологии человека [3], подтвержденная Нобелевскими достижениями (Номинация — 2008) зарубежных ученых [4–6] – открытием центрального рецептора врожденного иммунитета человека (TLR4), который взаимодействуя с ЛПС "управляет" активностью иммунной системы и интенсивностью аутоиммунных процессов в том числе [7]. И наконец, появилась технология секвенирования микробиома, используемая для поиска взаимосвязей между МК и ее метаболитов с нозологиями, что представляет собой традиционный подход фарминдустрии (прямо или косвенно финансирующей почти все крупные исследования) к научному поиску, мечтой или конечной целью которого, является создание "одной таблетки" для лечения конкретной нозологии. Увенчается ли он успехом, покажет время, но сам процесс научного поиска позволит в конечном итоге, убедиться в том, что основные усилия должны быть направлены на изучение роли МК в единых механизмах гомеостаза, воспаления и старения. Методология изучения этих процессов на уровне целого организма (в клинике), в их диалектическом единстве, была создана и реализуется отечественными учеными с начала 90-х гг. прошлого столетия [3, 7], результаты которых являются стержневым элементом систематизации научных фактов приводимых в настоящей публикации.

Микробиота

Микроорганизмы (бактерии, археи, грибы, дрожжи, вирусы) являются самыми древними и многочисленными представителями живой природы и полноправными "хозяевами планеты", благодаря которым стартовал увлекательный эволюционный процесс "сборки человека", из весьма примитивных частиц под именем "гены". Подтверждением является тот факт, что геном человека на 99% состоит из генов прокариот (бактерий и вирусов), поэтому "рассмотрение человеческого организма и микробиома раздельно не только не верно, но и не позволяет решить многие медицинские проблемы" [8], а на наш взгляд, практически все за исключением тех, которые требуют ургентного оперативного вмешательства. Осознание этого четко сформулированного посыла научным и врачебным сообществами стало приходить относительно недавно, инициировало дорогостоящие исследования глубокого секвенирования микробиома, результаты которых пока не обнаружили (и вряд ли обнаружат) "нозологическую привязку" к какому-то одному микроорганизму МК (за исключением возбудителей острых кишечных инфекций). Тем не менее, уже сегодня бесспорен факт влияния МК, опосредовано многочисленных сигнальных молекул и метаболитов, на состояние организма, его гомеостаз и поведение [9]. МК насчитывает около 1000 видов и представляет собой совокупность бактерий, архей, грибов, дрожжей и вирусов (массой в 1.5–3.0 кг), находящихся в симбионтных отношениях между собой и хозяином, численность которых в несколько раз (а по некоторым данным и на порядки) превосходит общую численность клеток организма человека. МК является самым крупным "органом" нашего организма, который на первых этапах эволюции (перехода к многоклеточной организации – эукариотов) сформировал защитную трубку, со временем превратившуюся в кишечник и обеспечило эволюцию животных.

Для "здоровой" МК характерно видовое многообразие, обеспечивающее способность организма адаптации к изменению пищевого рациона и колонизационную резистентность, которая с возрастом существенно снижается, обусловливая повышение кишечной проницаемости и провоспалительного фона. Процесс формирования состава МК индивидуален, занимает немало времени и зависит от многих факторов, среди которых ведущими являются: материнская МК и пищевой рацион. Младенец наследует материнскую МК в силу самопроизвольного акта дефекации при родах, анатомической близости родового канала и анального отверстия. Ситуация по своей логике напоминает процедуру фекальной трансплантации, что подтверждается сравнительным анализом состава МК младенцев при естественных и искусственных родах. Сходство МК матери и новорожденного при кесаревом сечении составляет всего 41% [10]. МК этих младенцев характеризуется меньшим микробным разнообразием и сниженным уровнем Bacteroides или их полным отсутствием [11]. В дальнейшем ситуация существенно изменяется и зависит от вида вскармливания: при грудном — доминируют Bifidobacteria, тогда как при искусственном — Bacteroides [12]. Процесс заселения микробами кишечника младенца имеет индивидуальные особенности и по клиническим проявлениям напоминает дисбиоз у взрослых людей, сопровождается ранними реакциями адаптации, степень выраженности которых определяется концентрацией ЛПС в общем кровотоке [13]. В первые два года жизни структура МК динамично изменяется под воздействием в первую очередь алиментарных факторов, как бы "ищет свои" оптимальные количественные параметры, наиболее адекватные окружающей среде. На третьем году жизни этот "поиск" в определенной степени завершается, — достигается относительная стабилизация структуры МК [14], которая с годами меняется и частично диверсифицируется в сторону увеличения доли Bacteroides и Clostridium [11]. Bacteroides и Firmicutes являются самыми многочисленными клеточными популяциями МК, их суммарная численность на порядок превышает таковую всех остальных микроорганизмов кишечника. Биологическая функция их различна и в определенном смысле даже диаметрально противоположная. И если Bacteroides являются главным источником ЛПС, в силу самой большой популяции среди иных грамотрицательных бактерий (Грам-), то Firmicutes (по меньшей мере в лице бифидумбактерий) являются основным препятствием поступления ЭТ из кишечника в общий кровоток, поскольку их адгезивная способность к эпителию кишечника существенно выше чем у Грам-, т.е. они создают дополнительный барьер для проникновения ЛПС в кровь [15].

Идеальным соотношением Bacteroides/ Firmicutes считается 1 : 1, что, по-видимому, создает определенный баланс между числом молекул ЛПС и их способностью преодолевать кишечный барьер. Однако с возрастом этот баланс нарушается в пользу Bacteroides. Относительный дефицит бифидумбактерий может быть одной из причин возрастного повышения кишечной проницаемости [15], которую сегодня обозначают как "синдром дырявого кишечника". Однако развитие этого синдрома может быть обусловлено и иными причинами, среди которых: инфекции (бактериальные, паразитарные, вирусные), особенности диеты, антибиотик-индуцированный дисбиоз и избыточный бактериальный рост [7, 16–18]. Как причина развития синдрома дырявого кишечника среди бактериальных инфекций наиболее ярко проявляет себя брюшной тиф, паразитарных — лямблиоз, вирусных — ротавирусная инфекция, герпес и ВИЧ-инфекция [18]. Наименее изученным является вирусный фактор повреждения кишечного барьера. Исключение составляет ВИЧ-инфекция и синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД), для которых характерна синхронность процессов альтерации эпителия кишечника, нарастания уровня виремии и концентрации ЛПС в общем кровотоке [19, 20]. Имеется и ряд косвенных признаков того, что аналогичные процессы могут быть при тяжелых и фатальных формах ковид-инфекции [7, 21]. И если это найдет прямое подтверждение (находится в фазе изучения), то перспектива существенного повышения эффективности лечения больных SARS-Cov станет реальностью.

Все вышеперечисленные причины развития синдрома "дырявого кишечника" связаны с повреждением кишечного барьера. Однако повышение кишечной проницаемости для ЭТ не всегда обусловлено только альтерацией эпителия кишечника, а может являться прямым следствием потребления избыточно жирной пищи, поскольку липиды участвуют в транспорте рециркулирующей гидрофобной формы ЛПС (лишенной в гепатоцитах полисахаридной части) по маршруту: "печень — кишечник — печень" [17]. Но и этим не ограничивается участие алиментарного фактора в развитии повышенной кишечной проницаемости. Им может быть избыточный рост той или иной бактерии. Можно полагать, что причиной избыточного бактериального роста могут быть вкусовые предпочтения хозяина, которые определяют состав потребляемой им пищи и/или излишнее ее потребление. Индивидуальный состав пищевого рациона может ингибировать рост одних бактерий и создавать благоприятные условия для избыточного роста других. Так, с незапамятных времен известна способность абрикоса подавлять рост клебсиелл, а морковного сока — синегнойной палочки, полученные при помощи "примитивных" методов исследования с использованием чашек петри и питательных сред, но требующих высокого полета мысли исследователя. Следует возобновить эти исследования, которые просты в исполнении и требуют минимальных финансовых затрат, а их результаты могут стать доступным средством повышения лечебно-профилактического процесса, поскольку потенциально способны предотвращать развитие эндотоксиновой агрессии (ЭА), являющейся предболезнью и/или универсальным фактором патогенеза заболеваний [7].

Высокий уровень ЛПС в крови больных "микробиота-ассоциированными заболеваниями" (МАЗ) трактуется исследователями всего лишь как маркёр повышенной кишечной проницаемости, что не совсем корректно, как с методической, так и методологической точек зрения, поскольку не только кишечник может быть источником избыточного поступления ЭТ в общий кровоток, но и жировая ткань (депо гидрофобной формы ЛПС), подвергающаяся липолизу при стрессе [17, 22]. Целесообразно напомнить определение ЭА, которое было сформулировано на страницах журнала "Физиология человека" [23] и уточнено спустя 20 лет [7]: "Эндотоксиновая агрессия кишечного и/или иного происхождения — патогенный процесс индукции системного воспаления, являющегося предболезнью и универсальным фактором общей патологии, который манифестируется той или иной нозологической формой заболевания в силу генетической и/или приобретенной предрасположенности". Это определение не исключает участие и иных структурных компонентов и метаболитов МК в патогенезе заболеваний, которые являются лигандами Toll-рецепторов врожденного иммунитета (рис. 1), а лишь подчеркивает центральную роль TLR4 в регуляции активности иммунной системы в силу своей уникальной способности влиять на ядро при помощи не одного, как все остальные TLR, а двух сигнальных путей. Кроме того, для взаимодействия ЛПС с TLR4 необходим целый ряд молекул и адаптерных белков, синтезируемых главным образом в печени, что обеспечивает вовлеченность этого органа в регуляцию уровня базисной активности иммунной системы, и позволяет квалифицировать ЭТ как "экзогормон". Принципиально важным для фундаментальной науки является выяснение возможной синергии и/или антагонизма между трансмембранными рецепторами семейства TLR, вполне вероятной конкуренцией за "средства доставки" лигандов к рецепторам и адаптерные белки, др.

 

Рис. 1. Семейство TOL-подобных рецепторов, их лиганды и сигнальные пути (по [6] в авторской модификации).

 

Взаимодействие МК с хозяином распространяется и на иные адаптивные системы: гемостаз, нейроэндокринную и центральную нервную систему (ЦНС) [7, 24–26], обеспечивает синтез (в т.ч. из не перерабатываемых пищевых субстратов): серотонина, бутирата и витаминов, "подпитку" генома в эволюционном процессе и изменения эпигенома, которые могут наследоваться несколькими поколениями. Важно отметить и тот факт, что взаимодействие МК с организмом является процессом с "двусторонним движением". Геном человека способен влиять на видовой состав МК [27], а это означает, что он может определять уровень кишечной проницаемости и объем поступления ЭТ в общий кровоток, т.е. задавать режим функционирования адаптивных систем и интенсивности системного воспаления, а значит, способен определять прогрессирование заболеваний и скорость старения.

МАЗ или ЛПС-инициированная патология

МАЗ можно считать многие нозологии и экспериментальные модели, к числу которых относятся: ожирение, инсулинорезистентность, сахарный диабет 1 и 2 типов, артериальная гипертензия и метаболический синдром [17, 28–34]; атеросклероз и острый инфаркт миокарда (ОИМ) [35–40]; аллергические и аутоиммунные болезни [7, 35, 41, 42]; вирусные заболевания и эндогенная воспалительная патология глаза [20, 36, 43–48]; психические и нейродегенеративные заболевания [25, 49–53], акушерская и урологическая патология [54–57]; ДВС-синдром и острая полиорганная недостаточность (синоним: эндотоксиновый шок) [7, 57]. Такой широкий спектр заболеваний подтверждает гениальное предположение И.И. Мечникова об участии кишечного фактора в механизмах развития заболеваний и старения [1], наглядно манифестирует универсальную роль хронической ЭА (ХЭА) в индукции низкоинтенсивного воспаления, которая предопределена самой природой адаптивного иммунитета [58], работающего как во благо (в т.ч. на противоопухолевую защиту), так и на самоуничтожение, что обеспечивает самообновление популяции и наряду с естественным отбором, является базисным элементом эволюции [59]. Для реализации эволюционного процесса облигатные факторы жизнеобеспечения (гомеостаза) должны быть одновременно и патогенными, т.е. жизнеуничтожающими, которых a priori не может быть много, и, по-видимому, их всего два: ЛПС и стресс [60]. Таким образом, универсальная роль ЛПС в биологии человека позволяет рассматривать его не только как "экзогормон" адаптации, но и эволюции, который является связующим звеном между внешней средой (в первую очередь опосредовано МК) и организмом в диалектическом единстве процессов гомеостаза и общей патологии. Ключевым элементом патогенеза МАЗ является повышенная кишечная проницаемости и обусловленная ей ХЭА.

Ожирение, инсулинорезистентность и сахарный диабет (СД) являются факторами риска развития многих заболеваний, характеризуются повышенным провоспалительным фоном, предрасположенностью к сезонным вирусным инфекциям и наличием ХЭА. Немногим более 10-ти лет назад стала понятна причина развития низкоинтенсивного воспаления у лиц с ожирением, — повышенный уровень содержания ЛПС в общем кровотоке (на 10–50% верхней границы возрастной нормы) при существенном снижении интегральных показателей активности антиэндотоксинового иммунитета (АЭИ). Этот факт, наряду со способностью ЭТ активировать липогенез, позволил квалифицировать жировую ткань как депо гидрофобной части молекулы ЛПС [17], приблизится к пониманию причины индукции низкоинтенсивного воспаления при ожирении, квалифицировать его как вариант эндотоксиновой толерантности (неспособности организма повышать температуру тела в ответ на избыток ЛПС в крови), природа которой фундаментальной науке в настоящее время неизвестна [7]. Правомочность квалификации жировой ткани как депо ЭТ находит свое подтверждение в динамике лечебного голодания. Уменьшение массы тела синхронизировано со снижением концентрации ЛПС и увеличением содержания антител к гидрофобной форме молекулы ЛПС на 17–20 день голодания [17]. Эти факты можно трактовать следующим образом. Снижение ЛПС-нагрузки возвращает иммунной системе способность полноценно реагировать на избыток ЭТ в кровотоке. Этот феномен подлежит тщательному изучению, поскольку может пролить свет на механизм развития эндотоксиновой толерантности, т.к. единственным в настоящее время способом устранения низкоинтенсивного воспаления является перевод его в острую фазу (с последующей реституцией) ЛПС-содержащими препаратами, который весьма успешно используется в гинекологии для лечения хронической патологии органов малого таза. Ожирение неизбежно (дело времени) приводит к развитию инсулинорезистентности и СД-2 и нередко СД-1. Являются ли все они последовательными этапами воздействия ХЭА на врожденный иммунитет с различными сроками развития и манифестации, которая реализует свой зловредный эффект активируя аутоиммунные процессы, вопрос становится риторическим при ознакомлении со следующими уже хорошо и достаточно давно известными фактами: ожирение и инсулинорезистетность может быть индуцирована при помощи парентерального введения ЛПС и повышения кишечной проницаемости любой природы; ожирение является следствием повышенного уровня ЭТ в общем кровотоке и одновременно может быть одной из причин развития и/или поддержания ХЭА, поскольку депонирует гидрофобную форму ЛПС (являющейся носителем всего спектра биологической активности полной молекулы ЭТ), которая рекрутируется в кровь при стрессе; ЭА является триггером развития СД-1, которая в условиях эксперимента на порядок снижает диабетогенную дозу стрептозоцина, обладающего селективной цитотоксичностью на гормон-продуцирующие клетки pancreas. Говоря об аутоиммунной патологии, следует отметить, что частота заболеваний этой природы увеличивается параллельно с интенсивностью ожирения и метаболического синдрома [61]. Аналогичные результаты были получены на экспериментальных моделях: аутоиммунного энцефалита (рассеянного склероза) [62], системной красной волчанки [63] и коллаген-индуцированного артрита [64], которые находят свое подтверждение в результатах клинических исследований: активность ЛПС в плазме крови ассоциирована с ожирением, инсулинорезистентностью, дислидемией и хроническим воспалением [65]; ЛПС является существенным фактором патогенеза СД-1 и СД-2, ревматоидного артрита, аканталитической пузырчатки и анкилозирующего спондилита [7, 30, 31, 41, 42]. Эти факты подтверждают участие ХЭА и жировой ткани (в т.ч. как источника ЛПС) в индукции и/или поддержании низкоинтенсивного воспаления и аутоиммунных заболеваний. P.D. Canni et al. [28] было обнаружено, что ожирение, инсулинорезистентность, СД-2, метаболический синдром и СД-1 могут быть прямым следствием ХЭА, и не совсем удачно обозначено исследователями термином "метаболическая эндотоксемия". Развитие этого синдрома с равным успехом достигалось двумя путями: непрерывным 4-недельным парентеральным введением ЭТ и аналогичной по времени диетой с высоким содержанием липидов, обеспечивающей 2–3-кратное повышение уровня ЛПС в плазме. Диета-обусловленное развитие ХЭА свидетельствует об участии липидов в транспорте ЛПС в кровь, что находит свое подтверждение в способности ингибитора желудочно-кишечных липаз снижать массу тела у пациентов с ожирением и уровень ЛПС в общем кровотоке, улучшать показатели липидного профиля [17], а значит и уменьшать риск развития заболеваний атеросклеротической природы.

Атеросклероз имеет много факторов риска своего прогрессирования, но, если посмотреть повнимательнее на эти угрозы, то становится очевидным, что все они могут быть прямым следствием ЭА кишечного и/или иного происхождения (яркий пример — перитонит, который существенно увеличивает смертность от сердечно-сосудистых заболеваний [66]). Атерогенная активность ЭА обусловливается в первую очередь его способностью (прямо или опосредовано) повреждать эндотелий, вызывать пролиферацию гладкомышечных клеток, изменять липидный профиль, активировать макрофаги и систему гемостаза, что позволило сформулировать эндотоксиновую теорию атерогенеза [36], которая по своей сути вместила в себя все имеющиеся представления о патогенезе атеросклероза. Правомочность этой теории подтверждается клиническими исследованиями, результаты которых позволяют использовать интегральные показатели СЭЕ (в т.ч. АЭИ) в определении прогноза течения патологического процесса — активности процессов атерогенеза [37, 38]. Важным для понимания патогенеза атеросклероза является представление о механизме развития гиперхолестеринемии, считавшуюся многие десятилетия основным фактором атерогенеза, одним из которых может быть успешная конкуренция ЛПС за ЛПВП, являющихся транспортером холестерина (ХС) в кору надпочечников, где они служат сырьем для синтеза кортикостероидов (КС) (рис. 2) [35].

 

Рис. 2. В условиях системной эндотоксинемии (А) иммунный статус сбалансирован, при эндотоксиновой агрессии (Б) провоспалительный преобладает, поскольку не уравновешивается противоспалительным действием коры надпочечников (по [35] в авторской модификации).

 

Связывание ЛПВП эндотоксином при ЭА может быть одной из причин снижения синтеза КС и нарушения баланса между провоспалительным эффектом ЛПС и противоположным действием гормонов коры надпочечников с развитием гиперхолестеринемии в силу уменьшения поступления ХС в кору надпочечников. Безусловно, этот механизм развития гиперхолестеринемии является весьма упрощенным и не является, вероятнее всего единственным. Следует вспомнить историю создания "статинов", которые изначально были направлены на поиск субстанций блокады синтеза ХС, а в настоящее время — на подавление ЭТ-индуцированного воспаления. ЛПС-фактор является участником патогенеза ОИМ [40] и, вероятнее всего, рестеноза стентированных коронарных артерий [39].

Аллергические заболевания в основе своей имеют генетическую и/или приобретенную предрасположенность к гиперчувствительности, которая тесно связана с МК. Впервые эта взаимосвязь была зафиксирована более 30 лет назад у детей больных ОРВИ, участием ЛПС в патогенезе бронхообструктивного синдрома (БОС) [43], являющегося "предтечей" бронхиальной астмы. Последующие исследования обнаружили наличие аналогичной взаимосвязи у больных атопическим дерматитом и что наиболее важно: нормализация показателей СЭЕ у больных в постреанимационном периоде на порядок снижала частоту аллергических кризов или полностью устраняла рецидив [35].

Психиатрическая и нейро-дегенаративная патология. ЦНС и кишечная нервная система функционально тесно взаимодействуют между собой на принципах прямой и обратной связи с участием блуждающего нерва, нейротрансмиттеров и цитокинов. Блуждающий нерв является связующим звеном между периферической нервной системой и ЦНС, функционирует как прямая связь между кишечником и мозгом [67]. МК влияет на функцию и поведение мозга, активируя нейроны блуждающего нерва [68]. Следует обратить внимание на способность ЛПС обусловливать когнитивные нарушения у мышей [69] и влиять на развитие мозга плода [70], что подтверждает правомочность рассмотрения ЭТ как обязательного фактора онтогенеза и эволюции [7]. Происходящий в последние годы бум в изучении механизмов влияния МК и ее сигнальных молекул на мозг экспериментальных животных породил термин "ось микробиота–кишечник–мозг" [25], который a priori констатирует прямую двустороннюю взаимосвязь кишечника и ЦНС. МК синтезирует нейротрансмитеры, воздействующие на мозг, которые в частности повышают секреторную функцию задней доли гипофиза, а взаимодействие ЭТ с TLR4 нейроглии задает необходимый уровень активности нейрона. Эта способность ЛПС является одним из важных факторов патогенеза (если не индукции) эндогенных психозов у больных шизофренией [53]. И, пожалуй, наиболее важным свидетельством участия МК в регуляции работы ЦНС является способность фекальной трансплантации устранять имеющиеся у животных когнитивные нарушения. Однако перенос фекалий от здорового донора реципиенту с дисбиозом для восстановления микробного многообразия в клинических условиях все еще имеет ряд ограничений, которые в первую очередь касаются потенциальных проблем с безопасностью [50]. Участвует МК и в патогенезе болезней Альцгеймера и Паркинсона. Прямая связь между МК и мозгом манифестируется невозможностью моделирования аутоиммунного энцефалита у гнотобионтных животных [71]. Имеются основания предполагать, что развитию нейродегенеративной патологии предшествует дисбактериоз кишечника [72], который является одной из частых причин повышения кишечной проницаемости и как следствие развития ЭА [7].

ЭА как результат дисбактериоза кишечника. Характерным признаком МАЗ является повышенная кишечная проницаемость, маркером которой является высокий уровень ЛПС в крови (наличие ЭА), который констатировался отечественными учеными задолго до переживаемого в настоящее время бума по изучению роли МК в патогенезе самых различных заболеваний. При всех кажущихся и очевидных различиях МАЗ имеют одну общность — ЭА. А.Д. Сперанский говорил: "До тех пор, пока природа всех без исключения патологических процессов не будет объединена каким-либо общим признаком, пока к методу разделения болезней по различию мы не добавим метод объединения их по сходству, у нас не будет теории медицины" [73]. Таким образом, МАЗ стоит квалифицировать как ЛПС-инициированные заболевания с попыткой определения источников развития ЭА. Серологическое определение ее этиологии у больных эндогенной воспалительной патологии глаза, ОИМ, женским бесплодием и детей с различной патологией, требующей хирургического вмешательства, обобщенных в обзоре литературы [74], свидетельствует о том, что одной из главных причин развития ЭА является повышенная кишечная проницаемость (рис. 3). Однако не все источники развития ЭА были учтены авторами этого обзора, их значительно больше: один источник ЭА определялся у 28% пациентов (в подавляющем большинстве ими являлись бактероиды), тогда как 2–5 – у 69.4%; а у 4.8% волонтеров этиология ЭА не была выявлена.

 

Рис. 3. Процент (А) и число бактерий (Б) формирующих эндотоксиновую агрессию (по [74] в авторской модификации).

 

Таким образом, объяснить происхождение ЭА только лишь избыточным ростом одной или нескольких бактерий не представляется возможным. Однако важная роль дисбиоза в общей патологии очевидна, что прямо или косвенно подтверждается многочисленными исследованиями и в т.ч.: дисбактериоз кишечника предшествует когнитивным нарушениям у пациентов с болезнями Паркинсона и Альцгеймера [75]; пробиотики изменяют состав КМ и уменьшают патологические изменения в гиппокампе, улучшают когнитивные способности, снижают окислительный стресс и замедляют развитие иных проявлений "болезни Альцгеймера у мышей" [76]; ЛПС вызывает когнитивные нарушения у мышей [69] и, что не менее интересно, влияет на развитие мозга плода [70]; комбинация Lactobacillushelveticus R0052 и Bifidobacteriumlongum R0175 значительно снижает ЛПС-индуцированное повышение уровней провоспалительных цитокинов в крови и гиппокампе, уменьшает апоптоз клеток гиппокампа и когнитивные нарушения [77]. МАЗ включают в себя очень большое число заболеваний, имеющих ряд общих признаков, среди которых: повышенная кишечная проницаемость, ЭА и системное воспаление. Первая является причиной развития второй, а ЭА в свою очередь индуцирует системное воспаление, которая манифестируется той или иной нозологией в силу генетической и/или приобретенной (в т. ч. эпигенетической) предрасположенности. Таким образом, дисбактериоз кишечника, как одна из наиболее частых причин развития ХЭА, является ключевой проблемой фундаментальной и клинической медицины. Верификация источников развития ХЭА (и ее устранение) представляет собой одну из первостепенных задач повышения эффективности лечебно-профилактических мероприятий и замедления скорости старения, что весьма убедительно продемонстрировал И.И. Мечников на своем личном примере. Вместе с тем, есть и иные причины повышения кишечной проницаемости, которые следует отнести к МАЗ — вирусы.

Вирусная составляющая развития МАЗ не обсуждается ни в одном из знакомых нам литературных источниках, за исключением работ отечественных авторов, которые прямо или косвенно показали ее наличие у детей с БОС при ОРВИ [43], больных хроническими гепатитами В и С [44, 45], ВИЧ-инфекцией и СПИД [19, 20]. Наиболее интересны результаты исследований Г.Р. Хасановой и др. [20], которые свидетельствуют о том, что ВИЧ-индуцированное повреждение кишечного барьера во времени синхронизировано с нарастанием виремии и развитием ЭА, которые носят циклический характер и обусловливают развитие синдрома системного воспалительного ответа (ССВО), являющегося основой патогенеза СПИД (рис. 4) [19, 76]. Таким образом, СПИД можно отнести к числу МАЗ, а поскольку численность вирусов в структуре МК ничуть не меньше бактерий, то можно предположить, что определенная их часть способна паразитировать в эпителии, вызывать их альтерацию и время от времени повреждать кишечный барьер и повышать кишечную проницаемость, что может играть и определенную позитивную роль, — подпитывать "свежими" полными (с полисахаридной частью) молекулами пул ЛПС, который способен снижать свою суммарную биологическую активность в силу возможной и вполне вероятной деградации — частичной утраты ацильных и фосфатных групп в структуре липида А.

 

Рис. 4. Периодичность синдрома системного воспалительного ответа (ССВО) при ВИЧ-инфекции, когда фаза ЛПС-индуцированной гиперактивации иммунной системы сменяется ее истощением, связана с циклами репликации вируса и обусловленной ими повреждением кишечного барьера (по [19] в авторской модификации).

 

Системное воспаление

До 1988 г. [2] воспаление квалифицировалось исключительно как защитная реакция организма в ответ на действия повреждающего агента и за исключением перитонита не ассоциировалось с МК. В настоящее время многие заболевания трактуются как МАЗ и это, действительно справедливо. Редкими исключениями являются генетические, некоторые гематологические и, казалось бы, онкологические заболевания. И действительно, первичным в онкогенезе является мутация, в результате которой приобретается новое и более жизнеспособное качество клетки, но для формирования первичной опухоли необходимы и факторы роста, основными донаторами которых являются клетки иммунной системы, поэтому воспалительный процесс и квалифицируется как "предрак", и нередко, как облигатный. Таким образом, воспаление занимает центральное место в общей патологии, но до недавнего времени этот термин не имел межотраслевого определения, т.к. объективные предпосылки для этого возникли всего 30 лет назад, когда была сформулирована эндотоксиновая теория физиологии и патологии человека [3], открыты рецепторы врожденного иммунитета и верифицированы их лиганды, выявлено верховенство врожденного звена иммунной системы над адаптивным, и определена центральная роль TLR4 в регуляции активности врожденного иммунитета (рис. 1) [58]. "Воспаление – аварийный механизм иммунной защиты, направленный на выявление, уничтожение и элиминацию чужеродных и собственных антигенов, который носит адаптивный и/или патогенный характер" [7], т.е. оно всегда зловредно, даже тогда, когда казалось бы жизненно необходимо. Интенсивность воспаления определяется: уровнем содержания (активности) ЛПС в общем кровотоке и способностью TLR4 взаимодействовать с гидрофобной частью молекулы ЭТ (липидом А) при участии целого ряда адаптерных белков и ко-факторов. Дефицит sTLR4, sCD14 и иных факторов взаимодействия ЛПС с рецептором на поверхности мембраны иммунных клеток может снижать или блокировать иммунный ответ, быть одной из причин развития эндотоксиновой толерантности, которая является абсолютным неблагоприятным прогностическим признаком течения (гипотермия) сепсиса, имеющего следующее межотраслевое определение: "Сепсис это синдром системного воспалительного ответа на эндотоксиновую агрессию кишечного и/или иного происхождения, который в отсутствии эффективной терапии сопровождается бактериемией и полиорганной недостаточностью" [7]. Правомочность этого определения подтверждается высокой эффективностью ЛПС-фильтров и концентрата антител к ЭТ в схеме лечения больных, поскольку трофические нарушения в слизистой кишечника при шоке различной этиологии являются главной причиной его неблагоприятного течения.

Взаимоотношения МК с иммунной системой определяют интенсивность аутоиммунного воспаления, в основе развития которого лежит стохастический процесс производства астрономического числа рецепторов способных ставить "метку на уничтожение" на чужеродные, собственные и даже синтетической природы антигены, обеспечивающего "чистоту клеточного пула", т.е. противоопухолевую защиту. При активации врожденного иммунитета низкоинтенсивное воспаление, сопровождающее организм на протяжении всего его периода жизни, приобретает более агрессивное течение с наиболее яркой клинической манифестацией при аутоиммунных заболеваниях, в т.ч. болезни Бехтерева и аканталитической пузырчатке, для которых характерно наличие ЭА [41, 42]. Повышенная активность врожденного иммунитета была отмечена и при иных заболеваниях c аутоиммунным компонентом патогенеза [78–80], в индукции которой участие ЭА нам представляется весьма вероятной.

В механизмах реализации воспаления принимают участие самые различные и достаточно хорошо изученные гуморальные и клеточные элементы иммунной системы, что нельзя в полной мере сказать о полиморфно-ядерных лейкоцитах (ПЯЛ), которым в последние десятилетия на наш взгляд не уделяется должного внимания. ПЯЛ самая многочисленная и быстро обновляемая популяция белой крови, которую можно назвать "пехотой иммунной системы", составляет до 70% от всех циркулирующих в общем кровотоке клеток миелоцитарного происхождения. Время их циркуляции в общем кровотоке составляет 4–8 ч (при сроке присутствия в организме: 4–5 дней), которого достаточно для активации их бактериоцидной и адгезивнной активности, формирования пристеночного пула ПЯЛ как первого этапа миграции в пограничные с окружающей средой органы и ткани со скоростью определяемой уровнем содержания хемоаттрактантов в гисторегионе. Универсальную роль этих клеток в антибактериальной защите трудно переоценить, поскольку наружная мембрана армирована Fc-рецепторами, что обеспечивает способность взаимодействия ПЯЛ со всеми (!) антигенами, антитела к которым присутствуют в гемоциркуляции (а их бесчисленное множество). ПЯЛ по своей сути являются фагоцитами-камикадзе покидающими организм в составе экскретов (моча, кал, пот, др.). В этой связи представляется крайне интересным тот факт, что, несмотря на постоянное присутствие ЭТ в крови, только 5–7% пула ПЯЛ несут на своей поверхности ЛПС и приблизительно такое же число гранулоцитов "практически здоровых" пациентов способно акцептировать ЭТ дополнительно в условиях in vitro [81]. Это свидетельствует о том, что у большей части циркулирующего пула ПЯЛ (у 80–85%) отсутствуют Fc-рецепторы, что может быть следствием "незрелости клетки", или, что более вероятно, ее активации, в результате которой гранулоциты "сбрасывают" рецепторы с наружной мембраны. Вместе с тем, ЛПС-гиперактивированные ПЯЛ повреждают сосудистую стенку, индуцируют процессы тромбообразования и могут быть причиной развития ДВС-синдрома. В реализации ПЯЛ-обусловленного патогенного эффекта ЭА принимают участие гидролазные ферменты, среди которых существенная роль принадлежит каспазам. Особенно важна способность внутриклеточного ЛПС, который может доставляться в клетку за счет эндоцитоза при помощи Fc-зависимого механизма, активировать каспазу-11 без участия TLR4, быть причиной индукции пироптоза и воспаления [82].

Старение как МК-ассоциированный процесс

Старение обеспечивает самообновление популяции и совместно с изменениями генома в условиях естественного отбора (сохраняющего полезные мутации), лежит в основе эволюции вида. Самоуничтожение организма (в т.ч. через механизмы старения) предусмотрено самой природой иммунной системы, которая "работает" как против чужеродных, так и собственных антигенов, но с различной степенью интенсивности (наиболее ярко это проявляется при аутоиммунных заболеваниях). Аутоиммунный процесс является атрибутом жизни, в его основе лежит низкоинтенсивное воспаление. Оно предопределено самой природой "работы" адаптивного звена иммунной системы, основанной на стохастическом процессе соматических мутаций лимфоцитов [58], a priori запрограммированного на вялотекущее аутоиммунное повреждение. Таким образом, скорость старения может определяться активностью адаптивного иммунитета, которая регулируется врожденным иммунитетом и зависит от концентрации в кровотоке его лигандов, центральным из которых является TLR4, что свидетельствует об участии МК и ее производных (в первую очередь ЛПС) не только в адаптации, но и самоуничтожении организма.

Вполне вероятно, что одной из причин увеличения продолжительности жизни на планете является широкое использование противовоспалительных нестероидных лекарственных препаратов, энтеросорбентов и пищевых добавок с антиоксидантной активностью. Первую успешную попытку замедления процесса старения путем воздействия на МК осуществил И.И. Мечников. Далее была постулирована способность МК в условиях стресса индуцировать воспаление [2], и наконец, выдающийся ученый Клаудио Франчески связал старение с врожденным иммунитетом и низкоинтенсивным воспалением [83, 84], сформулировал воспалительную теорию старения, которая по своей сути не противоречит ни одной ранее существовавшей и более того, их в себя вмещает. Однако введенный им в научную семантику новый термин "inflammaging" ("воспалительное старение") вряд ли можно считать удачным, поскольку не верифицированы какие-либо его отличительные особенности, а сама "воспалительная теория старения" не является завершающей (как это обычно и бывает в науке), поскольку не учитывает роль: перенесенных острых воспалительных заболеваний (наиболее яркий пример: разлитой перитонит существенно сокращает продолжительность жизни [66]) и СЭЕ, а точнее ее патогенной формы — ЭА. Игнорирование (а возможно незнание или недооценка) универсальной роли ЭА в общей патологии обусловило относительную безуспешность поиска маркеров старения, кандидатов в которые слишком велико для создания алгоритма "антивозрастных мероприятий" в клинических условиях. Вполне возможно, что основной причиной этого являлось отсутствие даже рабочей версии определения термину "старение", которому совсем недавно дано следующее определение: "Старение — генетически обусловленный процесс самоуничтожения, реализуемый иммунной системой при участии кишечного эндотоксина и стресса, который характеризуется низкоинтенсивным воспалением и хроническими заболеваниями прогрессирующего течения" [7]. Наш многолетний успешный опыт применения средств снижения концентрации ЛПС в общем кровотоке и повышения активности АЭИ в схеме лечения больных самыми различными хроническими заболеваниями свидетельствует о целесообразности использования интегральных показателей СЭЕ в качестве потенциальных маркеров старения, поиска или верификации средств обладающих геропротективной активностью. Перспективность "антиэндотоксинового направления" в гериатрии и геронтологии подтверждается возрастной динамикой изменения интегральных показателей СЭЕ (рис. 5) [7], и нарастающими проявлениями эндотоксиновой толерантности (утрата способности организма повышать температуру тела в ответ на избыток ЛПС в кровотоке). Быть может она и является патогенетической основой "inflammaging"? Если этот посыл действительно окажется правомерным, то его можно будет квалифицировать как самостоятельную разновидность воспаления, связанного с возрастным снижением способности иммунной системы реагировать на ЛПС.

 

Рис. 5. Возрастные изменения интегральных показателей системной эндотоксинемии характеризуются увеличением уровня ЛПС в крови, снижением интегральных показателей активности гуморального звена антиэндотоксинового иммунитета и способности организма к повышению температуры тела (по [7] в авторской модификации).

 

Средства профилактики и устранения ЭА

Многочисленные источники литературы и собственные научные результаты, полученные за последние 30 лет, позволяют констатировать факт участия МК (в первую очередь ЛПС) в патогенезе многих заболеваний, число которых по мере расширения секвеномных исследований микробиома будет неуклонно возрастать. Использование средств нормализации показателей СЭЕ в комплексной терапии больных целого ряда (которые, казалось бы, ничего не могут иметь между собой общего) заболеваний (приведенных по тексту ранее) существенно повышают эффективность лечебного процесса. Для планирования тактики лечебно-профилактических мероприятий необходимо знать причину развития ЭА, главными из которых являются: повышенная кишечная проницаемость, стресс и почечная недостаточность (рис. 6) [7].

 

Рис. 6. Универсальная роль эндотоксиновой агрессии общей патологии — в индукции системного воспаления (по [7] в авторской модификации).

 

Общим признаком МАЗ является повышенная (для ЛПС) кишечная проницаемость. Основными причинами ее развития являются повреждение слизистой (алиментарного, вирусного, бактериального, паразитарного, трофического и иного генеза), избыточный бактериальный рост и особенности диеты ("жирная пища" и алкоголь). Для устранения этого фактора развития ХЭА целесообразно использовать диету, лечебное голодание и обедненную животными жирами диету (или ингибиторы ЖКТ липаз), про- и пребиотики, энтеросорбенты, а в ряде случаев антибактериальную, противовирусную (в т.ч. ректального доступа) и антипаразитарную терапию [7, 18, 33, 47, 51, 54, 57, 59, 76, 85]. Особое место среди средств снижения кишечной проницаемости могут занять пробиотики на основе A. muciniphila, которые также как и бифидумбактерии "укрепляют" кишечный барьер [15], поскольку состава муцина вполне достаточно для обеспечения их жизнедеятельности. Другой очень важной причиной развития ХЭА является хронический стресс (депрессии, психо-эмоциональные перегрузки, др.), для профилактики которой достаточно умеренных физических нагрузок, медитации, водных процедур, легких седативных препаратов и др. Почечная недостаточность является абсолютно неблагоприятным прогностическим признаком при острой патологии и шоке, поскольку почки являются основным ЛПС-выделяющим органом. Избежать фатальный исход можно при помощи ЛПС-фильтров и концентрата нативных антиэндотоксиновых антител. Среди иных средств профилактики и устранения ЭА следует особо отметить желчегонные препараты (поскольку печень является важным ЛПС-выделяющим органом) и хаотропные воздействия на кровь [86]. К числу последних относится внутривенное лазерное обучение крови, повышающее активность АЭИ [15], а потенциально и иные физико-химические воздействия на кровь, в т.ч. плазмаферез и др.

Заключение

МК является органом – сателлитом (имеющий прямую и опосредованную связь с ЦНС и др. адаптивными системами организма), численность клеток которого существенно превышают таковую ее носителя, является связующим звеном с внешней средой и участвует в процессах адаптации и эволюции вида. Состав МК меняется с возрастом и является одной из причин увеличения кишечной проницаемости (развития ХЭА) – повышения активности низкоинтенсивного (в т.ч. аутоиммунного) воспаления, лежащего в основе старения. Возрастное увеличение уровня ЛПС в общем кровотоке постепенно нарастает, активность гуморального звена АЭИ снижается, а число и выраженность хронических заболеваний увеличивается, что a priori свидетельствует об участии ЛПС-фактора в механизмах старения. Секвеномные технологии изучения роли микробиома в патогенезе заболеваний обусловило появление термина "МАЗ", число которых неуклонно возрастает и недалек тот час, когда подавляющее большинство нозологий войдет в их состав. В основе развития МАЗ лежит повышенная кишечная проницаемость и увеличение уровня ЭТ в общем кровотоке. ЭА индуцирует системное воспаление, которое манифестируется той или иной нозологией в силу генетической и/или приобретенной (в т. ч. эпигенетической) предрасположенности. Универсальная роль ЭА в общей патологии подтверждается способностью средств нормализации показателей СЭЕ повышать эффективность терапии самых различных и, казалось бы, не имеющих ничего общего между собой заболеваний. "Антиэндотоксиновая составляющая" схемы лечения заболеваний нуждается в дальнейшем развитии и может стать одним из перспективных направлений антивозрастных мероприятий. Следует полагать, что появление новых средств, обладающих "антиэндотоксиновой активностью", среди которых хаотропные воздействия на кровь, будет способствовать повышению эффективности лечебно-профилактического процесса и увеличению продолжительности жизни.

Финансирование работы. Работа выполнена в рамках бюджетного финансирования ФГБНУ "Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии" (Москва).

Благодарности. Авторы выражают благодарность сотрудникам Лаборатории системной эндотоксинемии и шока ФГБНУ "НИИОПП" (Москва) и Института общей и клинической патологии РАЕН ООО "КДО" – клинической базы ФГБНУ "НИИОПП".

Конфликт интересов. Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Вклад авторов в публикацию. Вклад авторов в создание рукописи равноценный.

About the authors

S. G. Morozov

Research Institute of General Pathology and Pathophysiology

Author for correspondence.
Email: sergey_moroz@list.ru
Russian Federation, Moscow

A. S. Sozinov

Kazan State Medical University

Email: sergey_moroz@list.ru
Russian Federation, Kazan

M. Yu. Iakovlev

Research Institute of General Pathology and Pathophysiology

Email: yakovlev-lps@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files