В 1963 г. шведские ученые С.-В. Laurel и S. Ericsson сообщили о том, что у трех из пяти больных с тяжелым дефицитом ААТ наблюдались признаки выраженной эмфиземы [12]. В дальнейшем, после экспериментальных работ по интратрахеальному введению животным сначала папаина (фермент с эластолитической активностью) [13], а позднее - панкреатической эластазы [14] с последующим быстрым развитием эмфиземы, гипотеза протеазно-антипротеазного дисбаланса стала доминирующей. Согласно ей, причиной развития эмфиземы является нарушение баланса в системе протеолиз - антипротеолиз вследствие увеличения активности протеаз и/или снижения концентрации (активности) антипротеаз.

ПРОТЕАЗЫ И АНТИПРОТЕАЗЫ

Экстрацеллюлярный матрикс легочной паренхимы состоит из длинных белковых цепей, представленных эластином, коллагеном, желатином и ламинином. Несмотря на то что эластин составляет лишь 2,5% от сухого веса легочной ткани, его роль в поддержании тонуса и предотвращении экспираторного коллапса терминальных отделов нижних дыхательных путей является первостепенной. Традиционно считается, что в результате протеазно-антипротеазного дисбаланса происходит повреждение эластического каркаса легких, которое еще в 1907 г. было описано F. Orsos [15]. Однако ремоделирование альвеолярных стенок при эмфиземе происходит не только за счет деструкции эластина, но и деградации коллагена и ламинина [16]. Увеличение протеолитической активности в легких происходит в результате хронического воспаления, миграции макрофагов и нейтрофилов с выбросом протеолитических ферментов (сериновых, цистеиновых, металлопротеиназ). Недостаток ингибиторов протеаз возникает либо вследствие генетически детерминированного дефекта синтеза или секреции (врожденный дефицит ААТ), либо из-за чрезмерной дезактивации их продуктами оксидативного стресса.

В процессе деградации элементов экстрацеллюлярного матрикса легких участвует множество протеолитических ферментов, представленных тремя группами: сериновые и цистеиновые протеазы, матриксные металлопротеиназы (ММП) (табл. 8-21).

Таблица 8-21. Протеазы - участники патогенеза эмфиземы легких

Сериновые протеазы

Цистеиновые протеазы

Матриксные металлопротеиназы

Нейтрофильная эластаза

Катепсин В

ММП1 (коллагеназа)

Катепсин G

Катепсин K

ММП2 (желатиназа А)

Протеиназа 3

Катепсин L

ММП 3 (стромелизин)

Катепсин S

ММП7 (матрилизин)

ММП9 (желатиназа В)

ММП12 (макрофагальная металлоэластаза)

Сериновые протеазы содержат в своем активном центре аминокислоту серин, цистеиновые - цистеин, а матриксные металлопротеиназы - цинк.

СЕРИНОВЫЕ ПРОТЕАЗЫ

Наиболее изучена роль сериновых протеаз, прежде всего нейтрофильной эластазы (НЭ). Этот фермент концентрируется в азурофильных цитоплазматических гранулах полиморфно-ядерных лейкоцитов. Cинтез НЭ происходит на стадии роста гранулоцита, а в кровоток поступают уже клетки с готовыми ферментами. Наибольшая концентрация НЭ содержится в нейтрофилах (1 - 2 пикограмма), которым протеаза обязана своим названием, незначительные концентрации определяются в моноцитах и Т-лимфоцитах. НЭ участвует в естественной деградации матриксных белков - эластина, коллагена, фибронектина, ламинина, протеогликанов.

Выделение НЭ из нейтрофилов в экстрацеллюлярное пространство происходит под влиянием различных субстанций: цитокинов (ФНО-альфа, ИЛ-8), липополисахаридов, фрагментов бактериальной стенки.

Избыточная продукция нейтрофильной эластазы либо невозможность ее адекватного ингибирования наблюдаются не только при эмфиземе, но и в случаях муковисцидоза и острого респираторного дистресс-синдрома.

Инактивация НЭ осуществляется ингибиторами сериновых протеаз, получивших название «серпины», к семейству которых относятся альфа₁-антитрипсин, альфа₂-макроглобулин, секреторный лейкопротеазный ингибитор, а также элафин (табл. 8-22).

Таблица 8-22. Ингибиторы протеаз в легких

Протеазный ингибитор

Источник

Физиологическая цель

α ₁Антитрипсин

Сыворотка крови (гепатоциты),

бронхиальный эпителий,

макрофаги

Нейтрофильная эластаза,

протеиназа 3, катепсин G

α ₁Антихимотрипсин

Сыворотка крови

(гепатоциты)

Катепсин G

α ₂Макроглобулин

Сыворотка крови (гепатоциты)

Цистеиновые протеиназы,

нейтрофильная эластаза

Секреторный лейкопротеазный ингибитор

Тканевые макрофаги

Сериновые протеазы

Цистатины A, C, S

Макрофаги

Цистеиновые протеазы

Тканевые ингибиторы ММП, тип 1, 2

Альвеолярные и тканевые макрофаги

Металлопротеиназы

ААТ синтезируется и секретируется эндоплазматическим ретикулумом гепатоцитов, в меньшей степени макрофагами и бронхиальным эпителием. Он имеет широкий спектр антипротеазной активности, включающий подавление протеиназы 3, катепсина G, активатора плазминогена, трипсина. Однако главной его физиологической целью является НЭ. Ген, кодирующий синтез ААТ, обладает выраженным полиморфизмом, в международной базе данных генома человека зафиксировано более 180 его мутаций. На основании анализа электрофоретической подвижности молекул аллелям гена ААТ присваивается буквенный код от А до Z. Нормальный вариант аллелей ААТ обозначается буквой М (существуют варианты М1, М2 и М3). Среди дефицитных чаще всего встречаются S- и Z-аллели. Различные комбинации существующих аллелей определяют фенотип конкретного человека, который обозначается как Pi (Proteinase inhibitor). Нормальным является PiММ-фенотип, он характеризуется уровнем ААТ в сыворотке крови более 20 мкмоль/л. При остальных вариантах происходит снижение концентрации ААТ в той или иной степени (табл. 8-23). Как видно из таблицы 8-23, наибольший вклад в дефицит ААТ вносят аллели 0 (null) и Z. В случае редкого фенотипа Pi00 ААТ в крови полностью отсутствует. Тяжелым дефицитом, определяющим высокий риск развития эмфиземы, считаются концентрации менее 11 мкмоль/л [17]. Весьма важным представляется не только абсолютный дефицит ААТ, но и потеря его антиэластазной активности при сохранении нормальной концентрации фермента. Определена главная причина функциональной недостаточности ААТ. В ее основе лежит окисление метионина (положение 351 и 358) в активном центре молекулы ААТ в результате хронического воздействия табачного дыма, содержащего оксиданты, а также избыточного образования пероксида водорода у больных ХОБЛ [18, 19]. Именно продолжающимся оксидативным стрессом объясняется сниженная активность ААТ у пациентов, прекративших курение, на поздних стадиях ХОБЛ.

Таблица 8-23. Уровень альфа₁антитрипсина в сыворотке крови и риск развития эмфиземы при различных фенотипах

Фенотип