Введение к работе
Актуальность темы. Mycobacterium avium — это широко распространенные в окружающей среде микобактерии, которые становятся внутриклеточными патогенами человека в отсутствии нормального Т-клеточного иммунитета [Horsburg, 1991; Inderlied, 1993]. Они выявляются приблизительно у 70% пациентов со сформировавшимся СПИД и считаются главной причиной смерти таких больных [Nightingale, 1992]. На фоне частично ослабленного иммунитета, например, у пожилых людей и детей, М. avium может вызывать хронические заболевания легких [Benson, 1994; Griffith, 1997; Nolt, 2003]. При моделировании инфекции на мышах В6 и производных от нее линий, несущих нокаут-мутации существенных для иммунитета генов, было показано, что Т-клеточный иммунный ответ на М. avium играет как защитную, так и патогенетическую роль. Так, IFN-y, продуцируемый лимфоцитами CD4+, совершенно необходим для защиты от быстрой гибели, но одновременно вызывает дегенеративные процессы в ткани легких и некроз гранулем [Ehlers, 2001]. Аналогично, экспрессия рецепторов к TNF-a необходима для поддержания целостности гранулем, однако процесс некротизации гранулем запускается именно TNF-a [Benini, 1999; Ehlers, 2000]. Баланс между защитным иммунным ответом и патологическими процессами в легочной ткани при этой инфекции во многом напоминает патогенез туберкулеза [Rook, 1996; Schluger, 1998; Benini, 1999]. Иммунные и генетические механизмы, лежащие в основе этого баланса, требуют дальнейшего изучения.
Ранние исследования генетической чувствительности к инфекции, вызванной М. avium, основывались на традиционном сравнении бактериальной нагрузки в органах после внутривенного введения М. avium мышам различных инбредных линий [Appelberg, 1990; Orme, 1986; Stokes, 1986]. Было показано, что чувствительность или устойчивость зависит от носительства резистентного (г) или чувствительного (s) аллеля гена Beg (ранее - Nrampl, по новой номенклатуре - Slcllal,далее в тексте Nrampl) хромосомы 1. Зависимость чувствительности к инфекции от этого гена была подтверждена на конгенных по Beg линиях мышей и на модели заражения М. avium макрофагов in vitro [de Chastellier, 1993; Nakamura, 1992]. Тем не менее, остается неизвестным, представляет ли собой Nrampl «главный ген», который в основном определяет последствия инфекции, или от него зависит лишь часть фенотипа. Априори, последнее предположение кажется более реалистичным, поскольку контроль инфекции, вызванной M.tuberculosis и другими внутриклеточными паразитами, у мышей носит полигенный характер [Kramnik, 2000; Mitsos, 2000; Roberts, 1997; Roberts, 1999; Sanchez, 2003]. Однако прямой сегрегационный генетический анализ для доказательства или опровержения данной гипотезы пока не проводился. Кроме того, в генетических исследованиях до сих пор не применялась «естественная» модель заражения М. avium через респираторный тракт, хотя иммунологически она хорошо охарактеризована [Ehlers, 2001].
В данной работе мы сравнивали чувствительность нескольких инбредных линий мышей к штамму М. avium 724R. После того, как было
установлено, что мыши I/St устойчивы к инфекции по таким фенотипам как размножение бактерий в органах, степень легочной патологии и продолжительность жизни после заражения, мы провели сегрегационный генетический и сравнительный иммунологический анализ проявлений инфекции, вызванной М. avium, на мышах этой линии и чувствительной к инфекции линии В6.
Цель работы: исследование особенностей иммунного ответа и морфологических изменений в легких при развитии воспалительного процесса у мышей, отличающихся по генетической восприимчивости к Mycobacterium avium, и анализ генетического контроля данной инфекции.
Были поставлены следующие задачи:
Определить панель инбредных линий мышей с генетическими отличиями по чувствительности к Mycobacterium avium.
Охарактеризовать динамику размножения Mycobacterium avium в легких и морфологические изменения ткани легких у мышей этих линий.
Охарактеризовать характер инфильтрации легочной ткани иммунокомпетентными клетками (Т- и В-лимфоциты, макрофаги и нейтрофилы) при заражении Mycobacterium avium.
Определить в легочной ткани чувствительных и резистентных мышей профиль экспрессии генов, кодирующих основные цитокины, при ответе на инфекцию.
Провести генетический анализ возможного сцепления восприимчивости к инфекции с геном Nrampl.
Научная новизна.
Впервые проанализирована сравнительная динамика патологического процесса, сопровождающего инфекцию М. avium, у чувствительных и резистентных мышей.
Показано, что у чувствительных мышей В 6 наблюдается быстрое развитие легочной патологии, сопровождаемое массивной инфильтрацией ткани легкого лимфоидными клетками, возникновением очагов деструкции ткани и зон гипоксии, а также усиленной продукцией цитокинов воспаления. Патологический процесс у резистентных животных коренным образом отличается от фатальной патологии чувствительных животных и завершается самоизлечением.
Впервые установлено, что даже на фоне расщепления множества генов, генетический контроль инфекции, вызванной М. avium, осуществляется преимущественно геном Nrampl, что существенно отличает эту инфекцию от туберкулеза.
Практическая значимость. Хотя работа носит экспериментальный характер и посвящена выяснению фундаментальных механизмов контроля инфекции, вызванной заражением генетически чувствительных и резистентных мышей М. avium, полученные результаты могут оказаться важными для понимания легочной патологии и динамики воспаления у больных с иммунодефицитами, у которых часто развивается такая инфекция. В докладах, сделанных на научно-практических конференциях в ЦНИИТ
РАМН и Московском Центре по борьбе с туберкулезом, была подчеркнута необходимость обращать особое внимание на нейтрофильный компонент воспаления в клинических анализах. Это может помочь принятию решений по назначению местной или системной противовоспалительной терапии. Важное практическое значение имеют результаты, показывающие, что картина патологии, сходная с той, что возникает у больных, развивается у животных генетически чувствительных к конкретной микобактериальной инфекции, но не у резистентных мышей. Этот вывод диктует необходимость учитывать генетику хозяина и обращать внимание на правильный выбор объекта при разработке экспериментальных моделей заболеваний человека.
Материалы диссертации используются в курсе лекций для аспирантов, ординаторов и слушателей курсов по повышению квалификации ЦНИИТ РАМН.
Положения, выносимые на защиту.
Неблагоприятное течение заболевания, вызванного Mycobacterium avium, сопровождается характерным типом инфильтрации легочной ткани: массивным притоком нейтрофилов, образованием В-клеточных фолликулов и ранним транзиторным пиком общего лейкоцитарного воспаления.
Как при туберкулезе, так и при заболевании, вызванном Mycobacterium avium, у высоко чувствительных, но не у резистентных, мышей образуются некротические гранулемы легких, окруженные областями гипоксии.
Генетический контроль восприимчивости хозяина к Mycobacterium avium существенно отличается от контроля инфекции, вызываемой М. tuberculosis, и в большой степени определяется геном Nrampl.
Апробация работы. Апробация диссертации состоялась 10 декабря 2009 года на научной конференции отдела иммунологии ЦНИИТ РАМН. Основные положения диссертации были доложены на IX Всероссийском Форуме «Дни Иммунологии в Санкт-Петербурге» (Санкт-Петербург, 2006, 2009.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них 4 в рекомендованных ВАК РФ журналах.
Структура диссертации. Диссертация изложена на 73 страницах машинописного текста и содержит следующие разделы: введение, обзор литературы, материалы и методы, результаты и обсуждение, 15 рисунков и 1 таблицу, заключение, выводы и список цитируемой литературы, состоящий из 145 ссылок.
