Полиморфизм генов интерлейкина-4 и их связь с вентиляционной функцией легких, реактивностью бронхов и атопическим воспалением в семьях больных бронхиальной астмой

Актуальность проблемы: бронхиальная астма (БА) — хроническое воспалительное заболевание дыхательных путей, обусловленное комплексным взаимодействием клеток воспаления, медиаторов, клеток и тканей бронхов, приводящем к острой бронхоконстрикции, отеку бронхиальной стенки, гиперсекреции и перестройке бронхиального дерева. Следствием воспаления является гиперреактивность бронхов [5]. В большинстве случаев Б Асемейное заболевание, что позволяет предположить ее наследственную природу [ 76, 77, 78]. Исследование генетических основ данного страдания имеет несомненное клиническое и научное значение.

Б Афенотипически гетерогенное заболевание, что затрудняет клиническую диагностику. Много внимания уделяется «суррогатным» маркерам БА, особенно бронхиальной гиперреактивности (bronchial hyperresponsiveness — BHR) на физико-химические стимулы, предрасположенности к гиперпроизводству IgE на антигены окружающей среды (атопии). Однако BHR и атопия отмечены и у асимптоматичныхиндивидов [153]. Таким образом, не ясно, являются ли BHR и атопия различными проявлениями одного молекулярного дефекта или же они имеют разную этиологию.

1. Среди большого числа генов-кандидатов БА и атопии внимание исследователей в большой степени привлечены к гену IL4. Ил-4 часто называют «критическим цитокином воспаления» [72]. Именно Ил-4 на начальных стадиях развития воспаления, связываясь со своим рецептором на поверхности В-клеток, переключает их на производство IgE. Еще одной функцией Ил-4 является активация экспрессии высоко-аффинного рецептора к IgE на CD23+B клетках. Ил-4 также индуцирует эндотелиальные клетки на производство молекул адгезии, что приводит к селективной аккумуляции эозинофилов в очаге воспаления. Наконец, Ил-4 является сигналом дифференциации Т-клеток в СБ4+хелперы типа 2, которые затем высвобождают дополнительное количество Ил-4 [117].

2. Конечным этапом каскада иммунных реакций является увеличение образования IgE, непосредственно приводящем к бронхиальной обструкции: IgE, высвобождаемый активированными В-клетками, связывается с рецепторами мастоцитов, инициируя серию внутриклеточных событий, приводящих к высвобождению медиаторов воспаления и хемокинов: гистамина, простагландинов, лейкотриенов, фактора активации тромбоцитов, дегранулированных протеаз, эотаксина и др. [62]. Действуя в совокупности, все эти факторы приводят к микроизменениям сосудов стенок воздухоносных путей, сокращениям гладкой мускулатуры бронхов, гиперсекреции слизи.

3. При всей гетерогенности механизмов Б А, степень гиперреактивности дыхательных путей косвенно отражает выраженность патологического процесса [30, 116, 149]. Проведение ингаляционных тестов на BHR имеет диагностическое и прогностическое значение и используется как общепринятый стандарт [67, 69]. В настоящее время фармакологические провокации с гистамином и метахолином являются основными, но более предпочтителен метахолин [156]. Однако, несмотря на длительное использование этого теста в клинической практике, в настоящее время еще не изучен характер изменения BHR в семьях больных БА от поколения к поколению. Не выясненным остается вопрос о сопряженности генетического дефекта IL4 у пациентов с наличием клинических признаков BHR и атопии.

Решение этих задач имеет важное значение для первичной профилактики БА, уточнения роли атопии, вентиляционной функции легких, BHR при разных клинических вариантах заболевания.

Цель исследования: изучить связь между уровнем ИЛ-4 и IgE в крови, полиморфными вариантами генов IL4, IL4RA, вентиляционной функцией легких и реактивностью бронхов в семьях больных Б А, установить их значимость в формировании заболевания.

Задачи:

1. Охарактеризовать вентиляционную функцию легких в семьях больных БА.

2. Исследовать распределение признака BHR в семьях больных БА и степени ее выраженности.

3. Оценить вклад синтеза IgE и ИЛ-4 в формирование иммунного воспаления при БА.

4. Выявить наличие взаимосвязей между полиморфизмом генов IL4, IL4RA, уровнем IgE и ИЛ-4, вентиляцией легких, выраженностью BHR и тяжестью БА.

Научная новизна: по результатам проведенных комплексных функциональных, аллергологических, иммунологических и генетических исследований получены новые знания о вкладе полиморфизма генов IL4 и IL4RA в атопическое воспаления (IgE, ИЛ-4), изменение вентиляционной функции легких и реактивность бронхов у больных атопической БА.

Установлено, что вентиляционная функция легких у больных Б, А достоверно отличается от таковой у здоровых членов их семей. При этом рестриктивные изменения вентиляции не характерны для данного варианта астмы, а обструктивные проявляются при среднетяжелой форме, начинаясь с уровня мелких бронхов. При тяжелой БА обструкция более выражена и распространена по всему бронхиальному дереву.

Установлен вклад полиморфных вариантов генов IL4(C-589T) и IL4RA (I50V) в детерминацию изменчивости показателей проходимости бронхов. Показана взаимосвязь между реактивностью бронхов, проходимостью дыхательных путей и маркерами атопии (IgE, ИЛ-4). Установлено, что комбинации полиморфных IL4 и IL4RA сочетаются с атопией при Б А. Найдены варианты полиморфизмов, ассоциированные со степенью тяжести заболевания.

Практическая значимость: показана необходимость мониторирования вентиляционной функции легких и определение BHR для диагностики БА и контроля эффективности лечения. Обоснована необходимость определения уровня атопических триггеров в целях сохранения функциональной целостности легких. Полученные данные о сочетании полиморфных генов IL4 и IL4RA с уровнем IgE, атопией и тяжестью Б, А могут быть использованы как дополнительный критерий предиктивной диагностики данного заболевания.

Внедрение: полученные результаты используются в работе клиник Сибирского государственного медицинского университета, аллергологического отделения областной детской больницы г. Томска и Областного детского центра клинической иммунологии и аллергологии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. У больных атопической бронхиальной астмой выявляются значимые изменения вентиляционной функции легких по сравнению со здоровыми членами их семей. Показатели вентиляции легких у больных среднетяжелой и тяжелой БА достоверно ниже чем при легкой (интермиттирующей и персистирующей) из-за нарастающей обструкции, начинающейся с дистальных. отделов бронхов. Вентиляционная функция легких значимо улучшается на фоне базисной терапии. Реактивность бронхов не ассоциируется с тяжестью заболевания, но изменяется количественно в разные фазы БА, уменьшаясь в период ремиссии.

2. Для атопической бронхиальной астмы установлена гиперпродукция IgE, ИЛ-4 и их связь с вентиляционными показателями и реактивностью бронхов.

3. Полиморфизм генов IL4 и IL4RA связан с изменением проходимости бронхов, атопией и гиперпродукцией IgE. Выявлены комбинации полиморфных генов IL4, IL4RA, специфичные для легкой, среднетяжелой и тяжелой формы БА.

Апробация: основные результаты работы доложены и обсуждены на конференции кафедры пропедевтики внутренних болезней и на заседании апробационного совета СГМУ (2003г.).

По материалам диссертации опубликовано 7 работ, из них — 6 в центральной печати.

Структура и объем работы: диссертация построена по традиционному плану, состоит из введения, трех глав, обсуждения результатов исследования, выводов, практических рекомендаций, указателя литературы, который содержит 14 отечественных и 156 зарубежных источников. Работа изложена на 112 страницах машинописного текста, иллюстрирована 29 таблицами и 16 рисунками.

ВЫВОДЫ.

1. Установлено, что показатели вентиляционной функции легких у больных атопической Б, А достоверно ниже, чем у здоровых членов их семей. Рестриктивные изменения не характерны для данного варианта астмы. Обструктивные изменения проявляются при среднетяжелой Б А, начинаясь с уровня мелких бронхов, и усиливаясь при тяжелой БА, с распространением по всему бронхиальному дереву.

2. Гиперреактивность не зависит от тяжести БА, но изменяется количественно в разные фазы заболевания, снижаясь в период ремиссии.

3. При атопической БА определяется гиперпродукция IgE и ИЛ-4 с их взаимной корреляцией. Показатели IgE и ИЛ-4 ассоциируют с реактивностью бронхов и проходимостью дыхательных путей.

4. Полиморфизм генов С-589Т (IL4), I50V (IL4RA) связан с изменением показателей проходимости бронхов. При сочетании полиморфных вариантов II — СТ+ТТ определяется более низкая величина ОФВ1, по сравнению с альтернативными вариантами, а при сочетании W — СТ+ТТ — более высокая. Показатели МОСбО значимо больше при сочетании W — СТ+ТТ, чем при сочетаниях II — СТ+ТТ, W — СС, W — СС+ТТ. Величина МОС75 значимо выше у носителей W — СТ+ТТ, чем при комбинации W — СС.

5. Полиморфные варианты IL4 и IL4RA, ассоциированы с атопией и гиперпродукцией IgE при БА. Уровень IgE значимо выше при сочетании GC+CC — QQ и GG — QQ, чем при вариантах GC+CC — QR+RR, GG — QQ — для полиморфизмов G+717T (IL4), Q551R (IL4RA). Показатели IgE значимо больше при комбинациях СС — QQ, (СТ+ТТ) — (QR+RR), чем при вариантах СС — (QR+RR), CT+QQ — для сочетания полиморфизмов С-589Т (IL4), Q551R (IL4RA). При наличии атопии доминируют полиморфные варианты IL4RA (I50V, Q551R) — II — (QR+RR), IV — (QR+RR), W — QQ, W — (QR+RR), а при ее отсутствии — II — QQ, IV — QQ.

6. Установлены комбинации полиморфизмов IL4(G+717C) и IL4RA (I50V), характерные для БА легкой, средней и тяжелой формы. Для легкой БА доминирующим является сочетание IV — (GC+CC), для средне-тяжелой — IVGG, для тяжелой — II — (GC+CC). Найдены полиморфные варианты IL4RA (I50V, Q551R), связанные со степенью тяжести БА. При легкой БА преобладает комбинация IV — QQ и отсутствует W — (QR+RR), при среднетяжелой наиболее выражено сочетание IVQQ, при тяжелой БА доминирует набор IIQQ.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Определение уровня атопических триггеров (IgE, ИЛ-4) необходимо проводить лицам в семьях больных атопической БА с целью выявления факторов риска развития данного заболевания.

2. Мониторинг вентиляционной функции легких и определение BHR в семьях больных БА необходимы с целью выявления скрытых проявлений болезни, верификации диагноза и контроля эффективности лечения.

3. Исследование полиморфных вариантов генов IL4, IL4RA может быть использовано как дополнительный критерий предиктивной диагностики течения БА.