Диагностические критерии прогрессирования хронической обструктивной болезни лёгких в условиях повышенной техногенной нагрузки

Введение. Широкая распространённость и рост заболеваемости хронической обструктивной болезнью лёгких (ХОБЛ) обусловливает необходимость поиска новых подходов к диагностике прогрессирования этого заболевания. Загрязнение воздуха вызывает дополнительную нагрузку на больных ХОБЛ, способствуя утяжелению течения патологии. Исследование механизмов его воздействия на развитие воспалительного ответа при ХОБЛ является весьма актуальной задачей.

Цель - установить динамику экспрессии интерлейкина-4 (IL-4), IL-6 и их мембранных рецепторов (IL-4R, IL-6R) на Т-хелперах крови при прогрессировании ХОБЛ у пациентов, живущих на территории с высоким техногенным прессингом.

Материал и методы. Владивосток был выбран в качестве региона со значительным техногенным загрязнением воздушной среды - количество веществ, загрязняющих воздушную среду, составляет 59,9 тыс. тонн в год, 80% из которых составляют автомобильные выбросы; приземный слой воздуха характеризуется преобладанием частиц менее 10 мкм, оказывающих наиболее патогенное воздействие на респираторную систему. Были обследованы больные ХОБЛ лёгкой (36 человек), средней (52 человека), тяжёлой (24 человека) степени тяжести стабильного течения, проживающих в г. Владивостоке не менее 5 лет. Контрольную группу составили здоровые добровольцы, проживающие на той же территории (32 человека). Уровни IL-4, IL-6 в плазме крови и количество Т-хелперов, экспрессирующих IL-4R и IL-6R, определяли методом проточной цитометрии.

Результаты. В ходе исследования было выявлено, что у больных ХОБЛ, подверженных постоянному влиянию загрязнения воздуха, происходит снижение концентрации IL-4 и повышение уровня IL-6. Установлено снижение экспрессии IL-4R на Т-хелперах крови на всех стадиях ХОБЛ и повышение экспрессии IL-6R на Т-хелперах крови по мере прогрессирования заболевания.

Заключение. Данные об экспрессии IL-6R и IL-4R на циркулирующих Т-хелперах могут быть использованы для диагностики прогрессирования ХОБЛ у пациентов, живущих в условиях урбанизированной территории.

1. Global initiative for chronic obstructive lung disease: global strategy for the diagnosis, management, and prevention of chronic obctructive pulmonary disease. 2014. [Electronic resourse]. Available at: http://www.goldcopd.org/uploads/users/files/GOLD_Report_2014_Jun11.pdf.2

2. Berend N. Contribution of air pollution to COPD and small airway dysfunction. Respirology. 2016; 21 (2): 237-44. https://doi.org/10.1111/resp.12644

3. Calderon-Garciduenas L., Mora-Tiscareno A., Francolira M., Torres-Jardon R., Pena-Cruz B., Palacios-Lopez C. et al. Exposure to Urban Air Pollution and Bone Health in Clinically Healthy Six-year-old Children. Arh Hig Rada Toksikol. 2013; 64 (1): 23-34. https://doi.org/10.2478/10004-1254-64-2013-2219

4. Gruzieva O., Merid S.K., Gref A., Gajulapuri A., Lemonnier N., Ballereau S. et al. Exposure to traffic-related air pollution and serum inflammatory cytokines in children. Environ Health Perspect. 2017; 125 (6): 067007-1-067007-8. https://doi.org/10.1289/EHP460

5. Heinrich J., Schikowski T. COPD Patients as Vulnerable Subpopulation for Exposure to Ambient Air Pollution. Curr Environ Health Rep. 2018; 5 (1): 70-6. https://doi.org/10.1007/s40572-018-0178-z

6. Khafaie M.A., Yajnik C.S., Salvi S.S., Ojha A. Critical review of air pollution health effects with special concern on respiratory health. J Air Pollut Health. 2016; 1 (2): 123-36.

7. Klumper C., Kramer U., Lehmann I., von Berg A., Berdel D., Herberth G. et al. Air pollution and cytokine responsiveness in asthmatic and non-asthmatic children. Environ Res. 2015; 138: 381-90. https://doi.org/10.1016/j.envres.2015.02.034

8. Tsai D., Amyai N., Marques-Vidal P., Wang J., Riediker M., Mooser V. et al. Effects of particulate matter on inflammatory markers in the general adult population. Part Fibre Toxicol. 2012; 9: 1-24. https://doi.org/10.1186/1743-8977-9-24

9. Barnes P.J. Cellular and molecular mechanisms of asthma and COPD. Clin Sci. 2017; 131 (13): 1541-58. https://doi.org/10.1042/CS20160487

10. Caramori G., Casolari P., Barczyk A., Durham A.L., Stefano A. et al. COPD immunopathology. Semin Immunopathol. 2016; 38 (4): 497-515. https://doi.org/10.1007/s00281-016-0561-5

11. Калинина Е.П., Виткина Т.И., Кнышова В.В., Федосеева Е.А., Новгородцева Т.П., Гвозденко Т.А. Клинико-иммунологическое сопоставление при Th-зависимых механизмах иммунного ответа у больных хронической обструктивной болезнью лёгких. Медицинская иммунология. 2018; 20 (6): 855-64. https://doi.org/10.15789/1563-0625-2018-6-855-864

12. Ardestani M.E., Zaerin O. Role of serum interleukin 6, albumin and C-reactive protein in COPD patients. Tanaffos. 2015; 14 (2): 134-40.

13. Bradford E., Jacobson S., Varasteh J., Comellas A.P., Woodruff P., O’Neal W. et al. The value of blood cytokines and chemokines in assessing COPD. Respir Res. 2017; 18 (1). https://doi.org/10.1186/s12931-017-0662-2

14. Emami A.M., Zaerin O. Role of Serum Interleukin 6, albumin and C-reactive protein in COPD patients. Tanaffos. 2015; 14 (2): 134-40.

15. Singh S., Verma S.K., Kumar S., Ahmad M.K., Nischal A., S.K. Singh et al. Correlation of severity of chronic obstructive pulmonary disease with potential biomarkers. Immunol Lett. 2018; 196: 1-10. https://doi.org/10.1016/j.imlet.2018.01.004

16. Selvarajah S., Todd I., Tighe P.J., John M., Bolton C.E., Harrison T. et al. Multiple circulating cytokines are coelevated in chronic obstructive pulmonary disease. Mediators Inflamm. 2016; 2016: 3604842. https://doi.org/10.1155/2016/3604842

17. Vitkina T.I., Denisenko Yu.K., Davydova K.A. The changes in the profile of cytokines in progressing chronic obstructive pulmonary disease. Int Res J. 2016; 49 (7-3): 6-8. https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.49.024

18. Fielding C.A., Jones G.W., McLoughlin R.M., McLeod L., Hammond V.J., Uceda J. et al. Interleukin-6 signaling drives fibrosis in unresolved inflammation. Immunity. 2014; 40 (1): 40-50. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2013.10.022

19. Robinson M.B., Deshpande D.A., Chou J., Cui W., Smith S., Langefeld C. et al. IL-6 trans-signaling increases expression of airways disease genes in airway smooth muscle. Am J Physiol - Lung Cell Mol Physiol. 2015; 309 (2): L129-L138. https://doi.org/10.1152/ajplung.00288.2014

20. Ruwanpura S.M., McLeod L., Miller A., Jones J., Bozinovski S., Vlahos R. et al. Interleukin-6 promotes pulmonary emphysema associated with apoptosis in mice. Am J Res Cell Mol Biol. 2011; 45 (4): 720-30. https://doi.org/10.1165/rcmb.2010-0462OC

21. Конопля Е.Н., Мансимова О.В., Шелухина А.Н., Дорофеева С.Г. Фармакологическая коррекция иммунных нарушений у пациентов с ХОБЛ. Научный медицинский вестник. 2015; (2): 18-24. https://doi.org/10.17117/nm.2015.02.018

22. Павленко В.И. Роль цитокинов в формировании иммунологической недостаточности у больных хронической обструктивной болезнью лёгких. International Journal of Immunorehabilitation. 2010; 12 (2): 116.

23. Wolf J., Rose-John S., Garbers C. Interleukin-6 and its receptors: a highly regulated and dynamic system. Cytokine. 2014; 70 (1): 11-20. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2014.05.024

24. Веремчук Л.В., Минеева Е.Е., Виткина Т.И., Гвозденко Т.А., Ракитский В.Н., Голохваст К.С. Методология интегральной оценки влияния факторов окружающей среды на функциональное состояние органов дыхания здоровых лиц и больных с бронхолёгочной патологией. Гигиена и санитария. 2018; 97 (3): 269-73. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-3-269-273

25. Golokhvast K., Vitkina T., Gvozdenko T., Kolosov V., Yankova V., Kondratieva E. et al. Impact of atmospheric microparticles on the development of oxidative stress in healthy city/industrial seaport residents. Oxid Med Cell Longev. 2015; 2015: 412173. https://doi.org/10.1155/2015/412173

26. Barskova L.S., Vitkina T.I., Gvozdenko T.A., Veremchuk L.V., Golokhvast K.S. Assessment of air pollution by small-sized suspended particulate matter in urbanized territories with various technogenic load (on the example of Vladivostok, Russia). Russ Open Med J. 2019; 8 (3). https://doi.org/10.15275/rusomj.2019.0304

27. Veremchuk L.V., Mineeva E.E., Vitkina T.I., Sidletskaya K.A. The impact the atmospheric air dust fractions and toxic metals on external respiratory function among chronic obstructive pulmonary disease patients. IOP Conf Ser Earth Environ Sci. 2019; 227 (5). https://doi.org/10.1088/1755-1315/227/5/052012

28. Veremchuk L.V., Tsarouhas K., Vitkina T.I., Mineeva E.E., Gvozdenko T.A., Antonyuk M.V. et al. Impact evaluation of environmental factors on respiratory function of asthma patients living in urban territory. Environ Pollut. 2018; 235: 489-96. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.12.122

29. Zheng X., Ding H., Jiang L.N., Chen S.W., Zheng J.P., Qiu M. et al. Association between air pollutants and asthma emergency room visits and hospital admissions in time series studies: a systematic review and meta-analysis. PloS One. 2015; 10 (9): e0138146. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0138146

30. Hansel N.N., Paulin L.M., Gassett A.J., Peng R.D., Neil A., Fan V.S. et al. Design of the Subpopulations and Intermediate Outcome Measures in COPD (SPIROMICS) AIR Study. BMJ Open Resp Res. 2017; 4 (1): e000186. https://doi.org/10.1136/bmjresp-2017-000186

31. Atkinson R.W., Kang S., Anderson H.R., Mills I.C., Walton H.A. Epidemiological time series studies of PM2.5 and daily mortality and hospital admissions: a systematic review and meta-analysis. Thorax. 2014; 69 (7): 660-5. https://doi.org/10.1136/thoraxjnl-2013-204492

32. Wyzga R.E., Rohr A.C. Long-term particulate matter exposure: Attributing health effects to individual PM components. J Air Waste Manag Assoc. 2015; 65 (5): 523-43. https://doi.org/10.1136/thoraxjnl-2013-204492

33. Wang J., Huang J., Wang L., Chen C., Yang D., Jin M. et al. Urban particulate matter triggers lung inflammation via the ROS-MAPK-NF-κB signaling pathway. J Thorac Dis. 2017; 9 (11): 4398-412. https://doi.org/10.21037/jtd.2017.09.135

34. Watterson T.L., Sorenson J., Martin R., Coulombe R.A.Jr. Effects of PM2.5 Collected from Cache Valley Utah in Human Bronchial Epithelial Cells. J Toxicol Environ Health A. 2007; 70 (20): 1731-44. https://doi.org/10.1080/15287390701457746

35. Vitkina T.I., Yankova V.I., Gvozdenko T.A., Nazarenko A.V., Golokhvast K.S., Kuznetsov V.L. et al. The impact of multi-walled carbon nanotubes with different amount of metallic impurities on immunometabolic parameters in healthy volunteers. Food Chem Toxicol. 2016; 87: 138-47. https://doi.org/10.1016/j.fct.2015.11.023

36. Виткина Т.И., Денисенко Ю.К., Сидлецкая К.А. Изменение экспрессии рецептора к IL-6 на поверхности иммунокомпетентных клеток при прогрессировании хронической обструктивной болезни лёгких. Медицинская иммунология. 2017; 19 (2): 191-6. https://doi.org/10.15789/1563-0625-2017-2-191-196

37. Виткина Т.И., Сидлецкая К.А. Роль интерлейкин-6 сигналинга в развитии системного воспаления при хронической обструктивной болезни лёгких. Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2018; 69: 96-106. https://doi.org/10.12737/article_5b9858ead1b5e3.93619630

38. Cosmi L., Liotta F., Annunziato F. Th17 regulating lower airway disease. Curr Opin Allergy Clin Immunol. 2016; 16 (1). https://doi.org/10.1097/ACI.0000000000000227

39. Wang H., Ying S., Wang S., Gu X., Weng Y., Peng W. et al. Imbalance of peripheral blood Th17 and Treg responses in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Clin Respir J. 2015; 9 (3): 330-41. https://doi.org/10.1111/crj.12147

40. Zhang X., Zhong W., Meng Q., Lin Q., Fang C., Huang X. et al. Ambient PM2. 5 exposure exacerbates severity of allergic asthma in previously sensitized mice. J Asthma. 2015; 52 (8): 785-94. https://doi.org/10.3109/02770903.2015.1036437

41. McCormick S.M., Heller N.M. Commentary: IL-4 and IL-13 receptors and signaling. Cytokine. 2015; 75 (1): 38-50. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2015.05.023