Tuberkuloosin patogeneesi

Tuberkuloositulehduksen kehittyminen riippuu organismin reaktiivisuudesta ja sen puolustuskyvyn tilasta, mykobakteerien tuberkuloosin virulenssista ja niiden pysyvyydestä keuhkoissa. Tartuntaprosessin eri tekijöiden vaikutus voi selittää hengityselinten kudos- ja solureaktioiden suuren monimuotoisuuden, jossa spesifiset muutokset yhdistetään epäspesifisiin, tavalla tai toisella vaikuttaen pääprosessin ilmenemiseen ja lopputulokseen.

Jokainen vaihe on monimutkainen joukko rakenteellisia muutoksia eri kehon järjestelmissä ja hengityselimissä, joihin liittyy merkittäviä muutoksia aineenvaihduntaprosesseissa, hengityselinten aineenvaihduntareaktioiden voimakkuudessa ja heijastuu sen solu- ja ei-soluelementtien morfofunktionaalisessa tilassa. Viime vuosina vakiintuneiden tuberkuloositulehduksen kehitysmekanismien tutkiminen on erittäin tärkeää.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Mikroverenkierron häiriöt ja aerohemaattisen esteen tila

24 tunnin kuluessa Mycobacterium tuberculosis -bakteerin laskimonsisäisestä annosta hiirten keuhkoihin havaitaan tyypillisiä muutoksia mikrokiertoverenkierrossa: verisuonten kapillaariverkoston profiilit laajenevat, punasolujen muodostuminen lietemäiseksi ja polymorfonukleaariset leukosyytit päälaen alueelle muodostuvat. Keuhkokapillaarien endoteelivuorauksen elektronimikroskooppinen analyysi paljastaa solujen luminaalisen pinnan aktivoitumisen, merkkejä solunsisäisestä turvotuksesta, johon liittyy mikropinosytoottisten vesikkelien hajoamista ja niiden fuusioitumista suuriksi vakuoleiksi. Endoteliosyyttien turvonneen, puhdistetun sytoplasman alueet muodostavat paikoin purjemaisia kohoumia, jotka vaihtelevat määrältään ja kooltaan eri mikroverisuonissa. Joissakin tapauksissa havaitaan niiden sytoplasmisten prosessien paikallista irtoamista alla olevasta tyvikerroksesta, jälkimmäisen irtoamista ja paksuuntumista.

Tuberkuloosimykobakteerin sisäänvientitavasta riippumatta kaikissa mallikokeissa havaitaan ensimmäisten 3-5 päivän aikana aerohemaattisen esteen läpäisevyyden lisääntymistä, mistä on osoituksena nesteen kertyminen interstitiumiin ja solunsisäisen turvotuksen kehittyminen paitsi endoteelisyyteissä, myös 1. tyypin alveolyyteissä (A1). Muutokset vaikuttavat niiden sytoplasmisiin prosesseihin, joissa esiintyy kirkkaan, turvotetun sytoplasman alueita, jotka kykenevät pullistumaan alveolaariseen tilaan.

Mycobacterium tuberculosis -infektion yleistymis- ja keuhkokuumepesäkkeiden kehittymiskohdissa, mononukleaaristen solujen ja polymorfonukleaaristen leukosyyttien primaaristen granulomatoosisten kertymien muodostumiskohdissa A1:lle havaitaan voimakkaasti sakeutuneita, paikoin tuhoutuneita sytoplasmisia prosesseja ja paljaan tyvikalvon alueita. Monissa toisen tyypin (A2) alveolosyyteissä esiintyy apikaalisten mikrovillusten turvotusta, mitokondrioprofiilien ja sytoplasmisen retikulumin epätasaista laajenemista. Alveolaarisen epiteelin hyperhydraatioon liittyy paikoin nesteen, plasmaproteiinien ja tulehdussolujen vapautumista alveolaariseen tilaan.

Nykyaikaiset mikroverenkiertoa koskevat tutkimukset ovat osoittaneet verisuonijärjestelmän johtavan roolin tulehduksen alkuvaiheiden kehittymisessä. Sytokiinien stimuloimana endoteeli erittää biologisesti aktiivisia aineita - adheesiomolekyylejä (selektiinejä, integriinejä), erilaisia välittäjäaineita (arakidonihappometaboliitteja) ja kasvutekijöitä, happiradikaaleja, typpioksidia jne., jotka tarjoavat vuorovaikutusta endoteelin ja polymorfonukleaaristen leukosyyttien sekä muiden tulehduksen soluelementtien välillä. On osoitettu, että L-selektiini välittää niin sanottua "vierivän neutrofiilin" vaikutusta, joka on näiden solujen kiinnittymisen alkuvaihe endoteeliin. Toinen selektiinityyppi, P-selektiini, siirtyy histamiinin tai happimetaboliittien vaikutuksen jälkeen endoteelisoluihin niiden pinnalle, mikä helpottaa neutrofiilien kiinnittymistä. E-selektiiniä havaitaan myös sytokiinien aktivoimien endoteelisolujen pinnalla; Se osallistuu postkapillaaristen venulien endoteelin ja T-lymfosyyttien vuorovaikutusprosessiin.

Mono- ja polynukleaaristen solujen erittämät sytokiinit aiheuttavat endoteelisolujen sytoskeleton rakenteellista uudelleenjärjestelyä, mikä johtaa niiden supistumiseen ja lisääntyneeseen kapillaarien läpäisevyyteen. Polymorfonukleaaristen leukosyyttien kulku verisuonten seinämän läpi voi puolestaan johtaa sen vaurioitumiseen ja lisääntyneeseen läpäisevyyteen nesteille ja plasman proteiineille, ja adheesiomolekyylien koostumuksen tai aktiivisuuden muutos johtaa monosyyttien ja lymfosyyttien lisääntyneeseen migraatioon, mikä varmistaa tulehdusreaktion kehittymisen edelleen. Hengityselimissä Mycobacterium tuberculosis -bakteerin sisäänoton seurauksena syntyvä bakteeri vaikuttaa kaikkiin hengityselinten rakenteisiin.

Tuberkuloottisten granuloomien muodostumisen ja kypsymisen aikana, eli spesifisen prosessin kehitysvaiheen toisessa vaiheessa, interalveolaaristen väliseinien rakenteen häiriöt lisääntyvät. Turvotus, solujen lisääntyminen ja fibrillogeneesi interstitiumissa muuttavat merkittävästi hengitystieepiteelin morfofunktionaalista tilaa, erityisesti tulehdusreaktion pesäkkeiden lähellä. Mikroympäristön olosuhteiden ja alveolosyyttien elintärkeän toiminnan häiriöt vaikuttavat negatiivisesti aerohemaattisen esteen ja kaasujen vaihdon toiminnalliseen tilaan keuhkoissa.

Yhdessä jo havaittujen interalveolaaristen väliseinien muutosten kanssa turvotusalueella, huomiota herättävät alveolaarisen epiteelin voimakkaat tuhoisat muutokset, jotka voidaan jäljittää merkittävään osaan siitä. Ne vaikuttavat molempiin alveolosyyttityyppeihin ja niillä on yksi suunta - solunsisäisten organellien edeemaattinen turpoaminen, joka johtaa toimintahäiriöön ja sitten solukuolemaan. Tuhoutuneiden alveolosyyttien, mukaan lukien A2:n, fragmentteja voidaan havaita alveolaarisessa sisällössä. Täällä sijaitsee myös makrofagielementtejä, polymorfonukleaarisia leukosyyttejä sekä merkittävä määrä punasoluja ja eosinofiilejä, mikä heijastaa kapillaariverkoston korkeaa läpäisevyyttä. Tuhoutuneiden solujen joukosta määritetään fibriinilankoja ja niiden konglomeraatteja.

Ilmaa pidättävissä alveoleissa voidaan havaita myös merkkejä interalveolaaristen väliseinien kudos- ja solurakenteiden turvotuksesta. Lisäksi alveolaarisen epiteelin pinnalla esiintyy kuplien muodostumisprosesseja, jotka heijastavat aerohematologisen esteen tuhoutumisen ja alveolien "tulvimisen" alkuvaiheita. Tuberkuloottisen tulehduksen kehittymisen viimeisessä vaiheessa havaitaan asteittaista dystrofisten ja tuhoisien muutosten lisääntymistä keuhkojen terminaaliosien rakenteellisissa osissa, erityisesti keuhkoparenkyymin alueilla, jotka rajoittuvat kaseos-nekroottisiin pesäkkeisiin tai tuberkuloottisen keuhkokuumeen pesäkkeisiin. Mikrokiertohäiriöt ovat yleisiä.

Veren plasmaproteiinien transkapillaarinen kulku edistää kiertävien immuunikompleksien (CIC) pääsyä keuhkojen interstitiumiin, mikä edistää sekä immunologisten että sekundaaristen immunopatologisten reaktioiden kehittymistä siinä. Jälkimmäisten rooli tuberkuloosin patogeneesissä on osoitettu, ja sen aiheuttaa CIC:n keuhkojensisäinen kertymä, fagosyyttijärjestelmän häiriö ja sytokiinien tuotannon epätasapaino, jotka säätelevät solujen välisiä vuorovaikutuksia.

Ilmakeuhkokudoksen pinta-ala on pienentynyt 30 prosenttiin leikkauksen pinta-alasta, ja sen alueet vuorottelevat voimakkaan intraalveolaarisen turvotuksen, distelektaasin ja atelektaasin sekä alveolien emfyseemaattisen laajenemisen alueiden kanssa. Hoitamattoman tuberkuloositulehduksen etenemisestä huolimatta keuhkokudoksessa, jossa ei ole pesäkkeitä, tapahtuu kompensoivia ja korjaavia prosesseja. Kuten tutkimuksemme ovat osoittaneet, tulehduksen perifokaalivyöhykkeellä A2:n toiminnallinen aktiivisuus keskittyy pääasiassa alveolaarisen epiteelin eheyden ylläpitämiseen ja A1-populaation palauttamiseen, joka on herkin tuberkuloosiprosessitekijöiden vaikutukselle. A2:n osallistuminen regeneraatioprosesseihin hengitystieepiteelin solulähteenä on nykyään yleisesti tunnustettu tosiasia. A2:n proliferatiivisen aktiivisuuden huomattavaa lisääntymistä näillä alueilla osoittaa 6–10 nuoren alveolosyytin havaitseminen lähellä – "kasvusilmut", joilla on yhtenäinen ja hyvin kehittynyt ydinrakenne, merkittävä mitokondrioiden ja polyribosomien pitoisuus sytoplasmassa sekä pieni määrä erittäviä rakeita. Joskus näissä soluissa voi nähdä mitoottisia kuvioita. Samaan aikaan välityypin alveolosyytit, jotka heijastavat A2:n muuttumista A1:ksi, ovat erittäin harvinaisia. Elimen kaasunvaihtotoiminto säilyy alveolaarisen hypertrofian, kasvupisteiden muodostumisen ja A2:n muuttumisen A1:ksi keuhkojen parenkyymin syrjäisillä alueilla ansiosta. Tässä havaitaan myös A2:n aktiivisen eritystoiminnan ultrastruktuurisia merkkejä.

Nämä tiedot korreloivat kirurgisen materiaalin alveolaarisen epiteelin elektronimikroskooppisen tutkimuksen tulosten kanssa. Tuberkuloosi-infektiopesäkkeiden paranemista sairastavilla potilailla muodostuu adenomatoottisia rakenteita, jotka muistuttavat alveolaarisia tiehyitä. Niitä reunustavilla soluilla on A2-ultrastruktuuri, jossa on säilynyt yksittäisiä erittäviä jyväsiä. On tyypillistä, että A2:n muuttumista A1:ksi ei tapahdu (välituotetyyppisiä alveolosyyttejä ei havaita), minkä vuoksi näitä rakenteita ei voida luokitella vasta muodostuneiksi alveoleiksi, kuten jotkut kirjoittajat ovat todenneet.

Hengitysepiteelin palautumisprosessit, siirtymävaiheen alveolosyyttien muodostuminen, havaitaan vain kaukaisemmassa keuhkoparenkyymissä, jossa määritetään alveolosyyttien nodulaarisia kasvuja, jotka vastaavat "kasvusilmuja". Myös keuhkojen pääasiallinen kaasunvaihtotoiminto suoritetaan täällä, aerohemaattisen esteen soluilla on hyvin kehittynyt ultrastruktuuri, jossa on suuri määrä mikropinosyyttisiä vesikkeleitä.

Erilaisten tuberkuloottisen tulehduksen mallien tutkimus osoitti, että spesifisen tulehduksen kehittyminen keuhkoissa liittyy paitsi tiettyihin tuhoisiin muutoksiin hengitysteissä suoraan infektiopesäkkeissä, myös koko keuhkoparenkyymiin, jossa havaitaan merkkejä heikentyneestä mikrokiertosta. interalveolaaristen septumien verisuonten lisääntynyt läpäisevyys. Tulehdusprosessin edetessä turvotusilmiöt lisääntyvät, mikä vaikuttaa alveolosyyttien, erityisesti A1:n, tilaan. Monien alveolien lumenit ovat osittain tai kokonaan täynnä tulehduksen nestemäisiä ja solumaisia elementtejä. Hypoksia ja kuituiset muutokset interalveolaarisissa septumissa vaikuttavat aerohemaattisen esteen kaasunvaihtotoimintoon, johtavat hengitysvajauksen kehittymiseen ja koe-eläinten kuolemaan.

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ]

Keuhkomakrofagien rooli

Keuhkomakrofagit ovat osa koko keholle yhteistä mononukleaarista fagosyyttijärjestelmää, joka on peräisin luuytimen pluripotenteista kantasoluista. Kantasolujen jakautumisen aikana syntyy monosyyttien esiasteita - monoblasteja ja promonosyyttejä. Monosyytit kiertävät veressä ja osittain tunkeutuvat keuhkojen kudoskudokseen, jossa ne voivat pysyä passiivisina jonkin aikaa. Erilaistumisen indusoijien läsnä ollessa ne aktivoituvat, siirtyvät hengitysteiden ja keuhkoputkien epiteelin pinnalle, missä ne käyvät läpi useita kypsymisvaiheita ja muuttuvat vastaavasti alveolaariseksi ja keuhkoputkien makrofageiksi. Näiden solujen päätehtävä - imeytyminen - liittyy niiden kykyyn fagosytoida vieraita aineita. Yhtenä kehon luonnollisen vastustuskyvyn tekijöistä ne suojaavat niitä keuhkojen alueita, jotka joutuvat ensimmäisinä kosketuksiin mikrobien ja abiogeenisten aineiden kanssa, eli ne ylläpitävät keuhkojen epiteelin steriiliyttä koko sen pituudelta. Suurin osa vieraista aineista, samoin kuin tuhoutuneiden soluelementtien fragmentit, pilkkoutuvat lähes kokonaan makrofagin (nekrofagi, hemosiderofagi) fagosomaalisen vakuolin konjugoinnin jälkeen proteolyyttisiä entsyymejä sisältävien lysosomien kanssa. Keuhkomakrofageille on ominaista korkea happofosfataasin, epäspesifisen esteraasin, katepsiinien, fosfolipaasi A2:n ja Krebsin syklin entsyymien, erityisesti sukkinaattidehydrogenaasin, pitoisuus. Samalla tiedetään, että useiden tartuntatautien taudinaiheuttajat, ja ennen kaikkea M. tuberculosis, voivat säilyä pitkään alveolaarimakrofagien sytoplasmassa, koska niillä on erittäin resistentit soluseinät, jotka vastustavat lysosomaalisten entsyymien vaikutusta. Mallikokeissa hoitamattomilla eläimillä, huolimatta happofosfataasin ja muiden hydrolaasien voimakkaasta aktivoitumisesta, voidaan havaita tiettyä Mycobacterium tuberculosis -bakteerin proliferatiivista aktiivisuutta ja pienten pesäkemäisten klustereiden muodostumista taudinaiheuttajan toimesta alveolaarimakrofagien sytoplasmassa.

Keuhkomakrofagien alhainen mikrobisidinen aktiivisuus liittyy fagosyyttien elinkohtaisiin ominaisuuksiin, koska ne toimivat ympäristössä, jossa on korkea happipitoisuus. Niiden sytoplasmassa energiaprosesseja tukee pääasiassa lipoproteiinien oksidatiivinen fosforylaatio, jonka kataboliaan liittyy yksi näiden keuhkosurfaktanttijärjestelmään kuuluvien solujen päätoiminnoista. Energian uuttaminen ja oksidatiivisten prosessien lokalisointi vaikuttavat mitokondriojärjestelmään, jonka kehitys korreloi fagosyytin toiminnallisen tilan kanssa. Myös superoksididismutaasi lokalisoituu täällä - antioksidanttisuojaentsyymi, joka katalysoi elektronien kulkiessa hengitysketjussa muodostuneen singlettihapen dismutaatiota. Tämä erottaa keuhkomakrofagit perustavanlaatuisesti polymorfonukleaarisista leukosyyteistä, jotka saavat happea ja bioenergiaa pääasiassa glykolyysin kautta. Jälkimmäisessä tapauksessa substraatin pilkkoutuminen tapahtuu suoraan sytosolissa, ja myeloperoksidaasin avulla muodostunut aktivoitu happi ja vetyperoksidi muodostavat tärkeimmän bakterisidisen potentiaalin bakteereihin.

Keuhkomakrofagien alhaista biosidiutta voidaan pitää eräänlaisena hintana sopeutumisesta aerobisiin toimintaolosuhteisiin. Ilmeisesti ne siis taistelevat tuberkuloosimykobakteereja vastaan yhdessä polymorfonukleaaristen leukosyyttien ja eksudaattimonosyyttien kanssa (niitä kutsutaan myös tulehdusmakrofageiksi). Patogeneettisesti tärkeää on, että kaikkia tuberkuloosimykobakteereja napanneita keuhkomakrofageja ei poisteta keuhkoista pinta-aktiivisen aineen ja keuhkoputkieritteiden mukana – osa niistä kehittyy interstitiumiin, joka laukaisee tyypillisten soluryppäiden – granuloomien – muodostumisen.

Päästyään verisuonirikkaaseen interstitiumiin, epätäydellisen fagosytoosin omaavat keuhkomakrofagit alkavat tuottaa tulehdussytokiineja, jotka aktivoivat viereisen endoteelin. Jälkimmäisen kalvoilla immunoglobuliinien ilmentyminen lisääntyy, minkä avulla monosyyttejä kiinnittyy valikoivasti. Verisuonistosta poistuttuaan nämä solut muuttuvat eksudaattiseksi makrofagiksi, jotka tuottavat tulehdusvälittäjiä ja houkuttelevat kohteeksi paitsi mono-, myös polynukleaarisia soluja.

Samanaikaisesti granulomatoosisen reaktion kehittymisen signaali tulee herkistyneistä T-lymfosyyteistä - viivästyneen yliherkkyyden efektoreista. Näiden solujen tuottamista lymfokiineista monosyyttien migraatiota estävä tekijä ja IL-2 ovat erittäin tärkeitä granulomatogeneesille. Ne kiihdyttävät monosyyttien sisäänvirtausta ja kiinnittävät ne infektiokohtaan, säätelevät niiden muuttumista fagosyyttisiksi, erittäviksi ja antigeeniä esitteleviksi makrofageiksi.

On korostettava, että koska keuhkojen granulomatoottinen reaktio tuberkuloositulehduksessa on hengityselinten solusuojausmekanismi taudinaiheuttajan tunkeutumiselta, se heijastaa lopulta mononukleaaristen fagosyyttien kyvyttömyyttä taistella tuberkuloosimykobakteereja vastaan. Siksi makrofagit joutuvat jatkuvasti lisääntymään (lisäämään populaatioiden määrää) ja erilaistumaan suuremmiksi fagosyyteiksi (lisäämään proteolyysin laatua). Nämä ovat vierasesinetyyppisiä jättisoluja. Jälkimmäisten fagosomeissa elektronimikroskoopilla voidaan nähdä paitsi tuberkuloosimykobakteereja, myös suuria apoptoottisia soluja, tuhoutuneiden polymorfonukleaaristen leukosyyttien fragmentteja. Samaan aikaan tällaisten fagosyyttien proteolyyttisen aktiivisuuden ultrastruktuuriset merkit (lysosomaalisen laitteiston kehitysaste) sytoplasman pinta-alayksikköä kohti eivät eroa merkittävästi mononukleaarisista. Tässä suhteessa keuhkomakrofagit vetävät jatkuvasti leesioon polymorfonukleaarisia leukosyyttejä, joilla on suuremmat biosidiset ominaisuudet. Jälkimmäisen aktivoitumiseen liittyy merkittävän määrän hydrolaaseja ja oksidantteja vapautuminen solunulkoiseen ympäristöön, mikä johtaa kudosten hajoamiseen ja kasaumaisten massojen muodostumiseen leesion keskelle.

Selkeimmät aineenvaihduntahäiriöt havaitaan potilailla, joilla on akuutti etenevä keuhkotuberkuloosi, jossa esiintyy pääasiassa eksudatiivista ja alteratiivista tulehdusreaktiota, ja etenevien keuhkotuberkuloosimuotojen kululle on yleensä ominaista voimakas T-solujen immunosuppressio. T-solujen immuniteetin heikkeneminen ja voimakas lymfopenia johtavat solujen välisten vuorovaikutusten häiriintymiseen ja granulomatoottisen reaktion estymiseen.

Aktivoituneiden monosyyttien ja lymfosyyttien puutos yhdistettynä niiden morfofunktionaaliseen vajaatoimintaan voi olla seurausta lisääntyneestä apoptoosista. Tällaisissa tapauksissa esiintyvä sytokiinien epätasapaino voi toimia merkkinä immuunijärjestelmän viasta. Apoptoosiprosessilla on tyypillisiä morfologisia piirteitä: kromatiinin tiivistyminen tumakalvoon, tumaytimen hajoaminen, solufragmenttien (apoptoottisten kappaleiden) muodostuminen ja niiden fagosytoosi makrofagien avulla.

Keuhkomakrofagien toiminnan erityispiirteet liittyvät niiden kykyyn paitsi fagosytoosiin, myös tuottaa suuri määrä sytokiineja, jotka ovat välttämättömiä monien tuberkuloositulehduksen painopisteessä esiintyvien solunulkoisten reaktioiden ja prosessien aktivoinnille ja säätelylle. Niiden avulla suoritetaan mononukleaaristen solujen uusiutumisen ja erilaistumisen itsesäätely, solujen välisiä vuorovaikutuksia rakennetaan tietyn prosessin ja uudistumisen olosuhteissa.

Solujenvälisten vuorovaikutusten yleismaailmallinen välittäjä on IL-1, jonka kohteita ovat lymfosyytit, polymorfonukleaariset leukosyytit, fibroblastit, endoteelisyytit ja muut soluelementit. Samanaikaisesti keuhkomakrofagien eritysfunktio perustuu itsesäätelyn periaatteisiin, kun sama solu erittää paitsi solunulkoisten prosessien säätelijöitä myös niiden toimintaa estäviä inhibiittoreita. Erittävät makrofagit eroavat merkittävästi fagosyyttisistä makrofageista ultrastruktuurisessa organisaatiossaan. Ne sisältävät harvoin fagosomaalisia vakuoleja ja sekundaarisia lysosomeja, mutta niillä on kehittynyt vesikulaarinen laite ja muita ultrastruktuurisia erityksen merkkejä. Ne ilmentyvät erityisen hyvin epiteelisoluissa, jotka ovat hyperaktiivisia erittäviä makrofageja.

Keuhkomakrofagien erilaistumisen tietyt vaiheet voidaan selvästi jäljittää valomikroskoopilla ja erityisesti elektronimikroskoopilla keuhkohuuhtelunäytteessä. Tuman ja sytoplasman rakenteellisesta organisaatiosta riippuen niiden joukosta voidaan määrittää nuoria, aktivoimattomia ja biosynteettisiä mononukleaarisia soluja sekä kypsiä fagosyyttisiä ja erittäviä makrofageja. Nuoret, aktivoimattomat solut (halkaisijaltaan 15-18 μm) muodostavat yleensä noin 1/5 kaikista makrofagielementeistä. Niillä on pyöreä ja sileärakenteinen tuma: sytoplasma on heikosti basofiilinen eikä sisällä sulkeumia. Elektronimikroskoopilla näissä soluissa näkyy harvinaisia sytoplasmisen retikulumin ja mitokondrioiden profiileja, useita pieniä lysosomien kaltaisia rakeita ja vapaita ribosomeja.

Aktivoituneet, biosynteettiset makrofagit ovat kooltaan suurempia (halkaisijaltaan 18–25 μm), tumalla on aaltoilevat ääriviivat ja selkeä tumake. Niillä on basofiilinen sytoplasma, joka sisältää kehittyneitä pitkiä rakeisen sytoplasmaverkoston kanavia ja lukuisia polysomeja. Lamellikompleksin elementtejä havaitaan samanaikaisesti kahdessa tai kolmessa vyöhykkeessä, joissa primaariset lysosomit kerääntyvät. Sekundaariset lysosomit esiintyvät yksittäisinä sulkeumina; fagosomeja havaitaan harvoin, mikä heijastaa solun valmiutta fagosyyttiseen toimintaan.

Kypsien keuhkomakrofagien halkaisija vaihtelee suuresti (30-55 μm) solujen aktiivisuudesta ja toiminnallisesta suuntautumisesta riippuen. Suurimmat koot ovat tyypillisiä makrofageille, joilla on rakenteellisia merkkejä voimakkaasta fagosytoosista. Tällaisten solujen pinta muodostaa lukuisia mikrokasvustoja ja pitkiä pseudopodioita. Soikea tai pyöreä tuma sijaitsee usein asentraalisesti, siinä on aaltoilevat ääriviivat. Merkittävä määrä tiivistynyttä kromatiinia sijaitsee lähellä tumakalvoa, tumake on pieni (1-1,2 μm). Sytoplasmassa on sulkeumia, rakeisen sytoplasmisen retikulumin lyhyitä kanavia, lamellikompleksin säiliöitä ja vakuoleja sekä vapaita ribosomeja. Solut sisältävät merkittävän määrän mitokondrioita, primaarisia (0,5-1 μm) ja sekundaarisia (1,2-2 μm) lysosomeja sekä fagosomaalisia vakuoleja, jotka vaihtelevat kooltaan ja lukumäärältään. Jälkimmäiset sisältävät tuhoutuneiden soluelementtien ja tuberkuloosimykobakteerien fragmentteja (”nekrofagit”, ”hemosiderofagit”), fosfolipidiluonteisia lamellirakenteita (”fosfolipofagit”) ja/tai neutraalin rasvan jyviä (”lipofagit”), pölyhiukkasia, tupakkahartsia, kaoliinia (”koniofagit”, ”tupakoitsijan makrofagit”).

Jatkuvan fagosytoosikohteen läsnä ollessa ilmaantuu monitumaisia makrofageja (halkaisijaltaan yli 70 μm), joilla on viisi tai useampi tuma. Tyypillisiä vierasesinesoluja - fagosyyttistä toimintaa suorittavan makrofagin erilaistumisen viimeinen vaihe - määritetään tuberkuloosipesäkkeiden granuloomissa ja granulaatiokudoksessa. Keuhkomakrofageilla, joilla on voimakas eritysaktiivisuus (halkaisijaltaan 25-40 μm), ei yleensä ole tyypillisiä pseudopodioita. Pinnan luonnetta voidaan verrata ohueen pitsimaiseen syvennykseen, joka muodostuu lukuisista, suhteellisen lyhyistä mikrokasvustoista. Pyöreä tai soikea tuma sisältää pienen määrän tiivistynyttä kromatiinia, kirkkaan suuren tumakkeen (1,5-2 μm). Läpinäkyvä sytoplasma ei käytännössä sisällä suuria sulkeumia. Rakeisen sytoplasmaverkon lyhyitä kanavia edustavat yksittäiset profiilit, kun taas lamellikompleksin hyvin kehittyneitä elementtejä ovat lukuisat vakuolit ja vesikkelit, joilla on elektronin läpinäkyvä tai osmiofiilinen sisältö. Samat rakenteet havaitaan ektoplasmassa, jossa ne sulautuvat suoraan plasmalemmaan. Jopa pitkäaikaisilla tupakoitsijoilla, joilla kaikki fagosyyttisolut sisältävät tupakkatervan tyypillisiä sulkeumia, erittävillä makrofageilla on pieni määrä sekundaarisia lysosomeja ja yksittäisiä fagosomien kaltaisia muodostelmia, ts. ne eivät käytännössä ime itseensä vieraita aineita. Makrofagit, joilla on normaaleissa olosuhteissa ultrastruktuurisia eritysaktiivisuuden merkkejä, muodostavat enintään 4-8 % bronkoalveolaarisesta huuhtelunesteestä. Koska näiden solujen toiminta liittyy monien biologisesti aktiivisten aineiden aineenvaihduntaan, synteesiin ja vapautumiseen solunulkoiseen ympäristöön, spesifisen ja epäspesifisen suojan mekanismien häiriöt johtavat niiden määrän kasvuun ja lisääntyneen erityspotentiaalin omaavien makrofagien - epiteloidisolujen - muodostumiseen. Ne muodostavat symplasteja tai epätäydellisen mitoottisen jakautumisen seurauksena muuttuvat tyypillisiksi monitumaisiksi Pirogov-Langhans-soluiksi - eritysaktiivisen makrofagin lopulliseksi erilaistumiseksi.

Kehon vastustuskyvystä, toiminnan luonteesta ja mikroympäristön olosuhteista riippuen fagosyyttisen, sekretorisen tai antigeeniä esittelevän aktiivisuuden kertymisen muutosprosesseilla on omat ominaispiirteensä. On osoitettu, että morfofunktionaalisten makrofagien tyyppien suhteellisen prosenttiosuuden laskeminen bronkoalveolaarisessa huuhtelussa (makrofagien kaavan määrittäminen) auttaa tuberkuloosin ja muiden keuhkogranulomatoosien erotusdiagnoosissa ja mahdollistaa etiotrooppisen hoidon tehokkuuden arvioinnin.

Aktiivisesti fagosyyttisten ja syntetisoivien keuhkomakrofagien lukumäärän suhde ei ainoastaan heijasta kudosreaktion luonnetta tuberkuloositulehduksen alueella, vaan se voi toimia indikaattorina patologisen prosessin aktiivisuudesta. Fagosytoosin loppuun saattamisen ongelma tuberkuloosissa on myös edelleen ajankohtainen. Kokeellisen ja kliinisen aineiston tutkimuksemme tulokset osoittavat, että fagosytoosin ja patogeenin välisen vuorovaikutuksen lopputulos riippuu makrofagin toiminnallisesta tilasta ja mikro-organismin biologisista ominaisuuksista.

Pinta-aktiivisen aineen järjestelmän tila

Keuhkojen pinta-aktiivisten aineiden tutkimuksessa kokeellisen ja teoreettisen suunnan saavutukset ovat mahdollistaneet pinta-aktiivisen aineen nykyaikaisen käsitteen muotoilemisen monikomponenttiseksi solu- ja ei-soluelementtien järjestelmäksi, jonka rakenteellinen ja toiminnallinen yhtenäisyys varmistaa hengityksen normaalin biomekaniikan.

Tähän mennessä on kertynyt tietty määrä tosiasioihin perustuvaa aineistoa, joka osoittaa paitsi pinta-aktiivisen järjestelmän merkittävät sopeutumiskyvyt keuhkojen ventilaation ja hemodynamiikan syvällisen uudelleenjärjestelyn olosuhteissa, myös sen komponenttien voimakkaan herkkyyden monille tuberkuloosiprosessin epäsuotuisille tekijöille, joiden erityisluonteen määräävät taudinaiheuttajan pysyvyyden kesto, prosessin aaltomainen kulku ja mikrokiertojärjestelmän vakavat häiriöt. Tässä tapauksessa havaitut muutokset vaikuttavat paitsi infektiopesäkkeiden muodostumisalueisiin, myös keuhkoparenkyymin syrjäisiin, aktiivisesti toimiviin alueisiin. Tässä suhteessa on erittäin tärkeää arvioida pinta-aktiivisen järjestelmän eri komponenttien morfofunktionaalista hyödyllisyyttä ja korostaa niitä muutoksia, joita voidaan käyttää pinta-aktiivisista aineista riippuvien hengityselinten toiminnan häiriöiden diagnosointiin ja niiden oikea-aikaiseen korjaamiseen.

Varhaisimmat merkit keuhkosurfaktanttien tuhoutumisesta voidaan havaita mallikokeissa, joissa käytetään erityisiä keuhkofiksaatiomenetelmiä. Tuberkuloosisen tulehduksen alkuvaiheessa ne ovat luonteeltaan paikallisia ja ilmenevät pääasiassa intraalveolaarisen turvotuksen alueilla. Elektronimikroskoopilla voidaan havaita ulkokalvon - pinta-aktiivisen aineen kalvon - kuoriutumisen ja tuhoutumisen eri vaiheita turvotusnesteen vaikutuksesta. Nämä muutokset ilmenevät täysin tuberkuloosisen tulehduksen pesäkkeissä, joissa tuhoutuneen pinta-aktiivisen aineen materiaali määritetään kaikkialla intraalveolaarisen sisällön koostumuksessa.

Havaitut muutokset alveolien solunulkoisessa limakalvossa esiintyvät erilaisten bakteeriperäisten keuhkokuumeiden pesäkkeissä. Tässä tapauksessa osa A2:sta, pääasiassa perifokaalisissa alveoleissa, suorittaa pinta-aktiivisten aineiden kompensoivaa tuotantoa. Hengityselimissä havaitaan erilainen kuva tuberkuloositulehduksen kehittyessä, koska taudinaiheuttajalla on haitallinen vaikutus solunsisäisten pinta-aktiivisten aineiden synteesiin. Tuberkuloosimykobakteerien suora tuonti koirien keuhkoihin (rintapunktio) osoitti, että sytoplasmisen retikulumin ja mitokondrioiden profiilien hajoamista havaitaan A2:ssa jo ensimmäisten 15–30 minuutin aikana; useiden tuntien kuluttua alveolosyytit tuhoutuvat kokonaan infektiokohdassa. Pinta-aktiivisen aineen puutteen nopea kehittyminen johtaa alveolien romahtamiseen ja tulehdusprosessin nopeaan leviämiseen ympäröivään parenkyymiin. Pesäkkeiden vieressä olevissa alveoleissa on vallitsevina pieniä nuoria A2-soluja, joissa on yksittäisiä pieniä erittäviä rakeita, tai suuria soluja, joissa on merkkejä solunsisäisten rakenteiden vakuolisaatiosta, joskus täysin tuhoutuneella sytoplasmalla. Niissä alveolosyyteissä, joissa on kehittyneitä sytoplasmisen verkoston ja lamellikompleksin elementtejä, havaitaan jättimäisiä osmiofiilisiä lamellikappaleita (GLB), mikä osoittaa solunsisäisen pinta-aktiivisen aineen vapautumisen viivästymistä (estoa) alveolien pinnalle.

A2:n eritysfunktion matemaattinen mallinnus fokaalittomassa keuhkoparenkyymissä, jossa toiminnallinen kuormitus on lisääntynyt, osoitti, että kypsien eritysrakeiden tilavuuden ja numeerisen tiheyden kasvusta huolimatta populaation reservipotentiaali ei muuttunut merkittävästi. Havaittiin, että lisääntyneen verisuonten läpäisevyyden, hypoksian kehittymisen ja interalveolaaristen väliseinien kuituisten muutosten olosuhteissa OPT:n muodostumis- ja kypsymisprosessien tasapaino häiriintyy kohti jälkimmäisen hallitsevuutta. OPT:n kiihtynyt kypsyminen johtaa usein matriisin elektroniläpäisevän aineen lisääntymiseen eritysrakeiden koostumuksessa, kun taas osmiofiilisen pinta-aktiivisen aineen pitoisuus niissä voi olla merkityksetön; pinta-aktiivisten aineiden lamellimateriaali on löyhästi pakattu ja vie vain 1/3-1/5 eritysrakeen tilavuudesta. Merkittävän määrän A2:n esiintyminen vakuoloituneen OPT:n kanssa voidaan selittää eritteen muodostumisen alkuvaiheiden häiriintymisellä. Tällaisilla soluilla on yleensä ultrastruktuurisia tuhoutumisen merkkejä (sytoplasmisen matriisin puhdistuminen, mitokondrioiden edematoottinen turvotus, sytoplasmisen retikulumin tubulukset ja lamellikompleksi), mikä osoittaa solunsisäisen pinta-aktiivisen aineen tuotannon prosessien vähenemistä.

On tyypillistä, että pinta-aktiivisten fosfolipidien synteesin vähenemiseen liittyy neutraalien lipidirakeiden esiintyminen A2:n sytoplasmassa. Riittävä heijastus lipidiaineenvaihdunnan häiriöistä koe-eläinten ja ihmisten tuberkuloosin vaikutuksen alaisina olevissa keuhkoissa on eriasteisten makrofagien-lipofagien (vaahtosolujen) kertyminen alveoleihin ja keuhkohuuhteluaineeseen. Samanaikaisesti huuhtelunesteessä havaitaan luotettava neutraalien lipidien pitoisuuden nousu ja fosfolipidien kokonaismäärän väheneminen.

Yksi varhaisista surfaktanttien tuhoutumisen merkeistä hengityselinten tuberkuloosin kokeellisessa ja kliinisessä kuvassa on sen kalvojen kyvyn menetys muodostaa varamateriaalirakenteita. Sen sijaan alveolien pinnalla, alveolaaristen makrofagien fagosomeissa ja suoraan bronkoalveolaarisen huuhtelun materiaalissa voi nähdä palloiksi kiertyneitä kalvoja ("jättimäisiä kerrospalloja") ilman niille tyypillistä kolmiulotteista organisaatiota. Surfaktanttijärjestelmän tuhoavien muutosten syvyyttä osoittaa myös purkautuneen A2:n havaitsemistiheys huuhtelunesteessä. Nämä tiedot korreloivat keuhkosurfaktanttien biokemiallisten ja fysikaalis-kemiallisten tutkimusten tulosten kanssa.

Kaikkien tunnistettujen piirteiden perusteella pinta-aktiivisen järjestelmän tilaa kuvaavat kolme häiriöastetta: lievä, vaikea ja laajalle levinnyt. Jälkimmäinen heijastaa lisääntynyttä riskiä pinta-aktiivisesta aineesta riippuvan hengitysvajauksen kehittymiselle potilailla, joilla on laajalle levinnyt taudin tuhoisa muoto.

Tutkimusten tulokset osoittavat, että keuhkojen pinta-aktiivisessa järjestelmässä tuberkuloosin aikana esiintyvien häiriöiden perustana ovat prosessit, jotka liittyvät ilma-veriesteen läpäisevyyden lisääntymiseen:

• pinta-aktiivisen aineen vaurioituminen alveolaarisella pinnalla;
• aineenvaihdunnan muutokset ja A2:n vauriot;
• pinta-aktiivisen aineen alveoleista poistavien mekanismien häiriintyminen.

Samaan aikaan tutkimukset ovat osoittaneet, että tärkein sytologinen mekanismi, joka tukee tuberkuloottisen tulehduksen muuttaman keuhkojen pinta-aktiivisen järjestelmän toiminnallista potentiaalia, on hypertrofoituneiden A2-solujen määrän lisääntyminen, pääasiassa keuhkojen parenkyymissä, joka on kaukana spesifisestä fokuksesta.

[ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]

Tuberkuloosialttiuden geneettiset näkökohdat

Ennen kuin aloitamme tuberkuloosin vastaisen immuniteetin mekanismien ja tuberkuloosi-immunogenetiikan alan tutkimuksen nykytilan analyysin, pidämme tarpeellisena käsitellä joitakin yleisiä näkökulmia.

• Ensinnäkin mykobakteerien tiedetään lisääntyvän ja tuhoutuvan pääasiassa makrofageissa. Hyvin vähän (ja ristiriitaista) tietoa viittaa siihen, että olisi olemassa tekijöitä, jotka voisivat tuhota mykobakteereja solunulkoisesti.
• Toiseksi, ei ole olemassa vakuuttavia todisteita siitä, että neutrofiilien fagosyyttijärjestelmällä olisi merkittävä rooli tuberkuloosi-infektiota vastaan puolustuksessa.
• Kolmanneksi, ei ole olemassa vakuuttavia todisteita siitä, että tuberkuloosin vasta-aineet voisivat joko tuhota mykobakteereja solunulkoisesti tai edistää niiden solunsisäistä tuhoutumista makrofageissa tai muissa solutyypeissä.
• Neljänneksi, on olemassa suuri määrä tosiasioita, jotka tukevat kantaa, jonka mukaan tuberkuloosin vastaisen immuniteetin keskeinen lenkki on T-lymfosyytit ja että ne vaikuttavat säätelyyn fagosyyttijärjestelmän kautta.
• Viidenneksi on olemassa todisteita siitä, että perinnöllisillä tekijöillä on merkittävä rooli tuberkuloositartunnassa.

Tiedot, jotka osoittavat geneettisten tekijöiden tärkeän roolin ihmisten tuberkuloosialttiudessa, ovat varsin vakuuttavia. Ensinnäkin tästä on osoituksena se, että erittäin korkean M. tuberculosis -infektioprosentin (noin kolmasosa maapallon aikuisväestöstä) vuoksi tauti kehittyy vain pienelle osalle ihmisistä. Tähän viittaavat myös eri etnisten ryhmien erilaiset infektioalttiudet sekä tuberkuloosialttiuden ja -resistenssin periytyvyys perheissä, joissa on useita tautitapauksia. Lopuksi todisteena tästä on kliinisesti ilmentyneen tuberkuloosin esiintyvyyden merkittävästi lisääntynyt yhtäpitävyys monotsygoottisilla (identtisillä) kaksosilla verrattuna dizygoottisiin kaksosiin.

Perinteinen tuberkuloosin geneettinen testaus

Päähistoyhteensopivuuskompleksin ja NRAMP*:n rooli

Geenien ja niiden alleelien tunnistaminen, joiden ilmentyminen määrittää herkkyyden tai vastustuskyvyn tuberkuloosille, ei ainoastaan mahdollistaisi syvällistä tietoa immuniteetin perusmekanismeista ja tuberkuloosin patologisen prosessin kehityksestä, vaan myös toisi lähemmäksi todellisuutta geneettisten tyypitysmenetelmien käyttöä yksilöiden tunnistamiseksi terveiden ihmisten joukosta, joilla on geneettisesti lisääntynyt tuberkuloosiriski, mikä edellyttää ensisijaisia ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä, erityisesti erityistä lähestymistapaa rokotuksiin.

* - Luonnolliseen resistenssiin liittyvä makrofagiproteiini - luonnolliseen resistenssiin liittyvä makrofagiproteiini.

On olemassa merkittävä määrä kokeellisia tutkimuksia, jotka osoittavat useiden geneettisten järjestelmien ja yksittäisten geenien (H2, BCG1, Tbc1, xid jne.) roolin hiirten tuberkuloosiresistenssissä (herkkyydessä). Ihmisillä eniten tutkittuja geenejä ovat MHC-luokan II geenit (Major Histocompatibility complex), joista HLA-DR2-perheen alleelikompleksi (ihminen) osoittaa melko suuren yhteyden lisääntyneeseen sairastuvuuteen useissa etnisesti kaukaisissa populaatioissa, ja HLA-DQ-lokuksen alleelit vaikuttavat tuberkuloosin kliiniseen kuvaan. Viime aikoina on saavutettu ensimmäisiä onnistumisia NRAMP1-geenin ja tuberkuloosin välisen yhteyden analysoinnissa ihmisillä. Nämä tiedot ovat erityisen huomionarvoisia, koska tällä geenillä on korkea homologia-aste NRAMP1-geenin (aiemmin BCG 1, koska se säätelee herkkyyttä M. bovisBCG:lle) kanssa, jota ilmentyy selektiivisesti hiiren makrofageissa ja joka epäilemättä vaikuttaa herkkyyteen solunsisäisille patogeeneille (mukaan lukien mykobakteerit).

Toiminnan menetysmutaatiot

Useita geenejä tunnistettiin, joiden muutokset, jotka johtivat toiminnallisesti aktiivisen tuotteen koodaamiskyvyn täydelliseen menetykseen (geenin poisto), vaikuttivat erityisesti hiirten kykyyn kehittää suojaava immuunivaste mykobakteeri-infektiolle. Nämä ovat IFN-γ:tä, IL-12:ta, TNFα:aa koodaavat geenit sekä immuunijärjestelmän solujen reseptorit luetelluille sytokiineille. Toisaalta IL-4:ää ja IL-10:tä koodaavien geenien poiston myötä tuberkuloosi-infektion kulku ei käytännössä eronnut villityypin (alkuperäisten) hiirten kulkuun. Nämä tiedot vahvistivat geneettisellä tasolla immuunijärjestelmän (pääasiassa T1-lymfosyyttien) kyvyn reagoida infektioon tuottamalla tyypin 1 sytokiineja, mutta ei tyypin 2 sytokiineja, ensisijaisen suojaavan roolin tuberkuloosissa.

Näiden tietojen sovellettavuus ihmisten mykobakteeri-infektioihin on osoitettu. Hyvin harvinaisissa perheissä, joissa lapset kärsivät toistuvista mykobakteeri-infektioista ja salmonelloosista jo varhain, erittäin korkea alttius johtuu homotsygoottisista ei-konservatiivisista mutaatioista IFN-γ:n ja IL-12:n solureseptoreita koodaavissa geeneissä, jotka ovat periytyneet heterotsygoottisilta vanhemmilta näiden mutaatioiden suhteen; kuten odotettua, harvinaisten mutaatioiden periytyessä tällaisella tavalla avioliitot osoittautuivat läheisiksi sukulaisuussuhteiksi. Tällaiset räikeät rikkomukset johtavat kuitenkin niin korkeaan alttiuteen infektioille, että ne eivät käytännössä salli lapsen elää yli muutaman vuoden, ja silloinkin vain lähes steriileissä olosuhteissa.

Samat näkökohdat antavat aiheen suhtautua hieman skeptisesti infektioiden mallintamiseen eläimillä, joilla on knockout-mutaatioita geeneissä, joilla on ensisijainen rooli näiltä infektioilta suojautumisessa. Tällaiset mutaatiot johtavat sellaisten fenotyyppien ilmentymiseen, joilla ei ole selviytymismahdollisuuksia normaaleissa olosuhteissa ja jotka eliminoitaisiin nopeasti valinnalla. Siten hiiret, jotka eivät ilmennä MHC-luokan II tuotteita ja joilla näin ollen ei ole normaalia CD4-lymfosyyttien poolia, kuolevat levinneeseen infektioon lyhyessä ajassa M. tuberculosis -infektion jälkeen. Hyvin samanlainen tuberkuloosin kulku havaitaan ihmisillä, jolloin CD4-solujen määrä laskee voimakkaasti AIDS:n myöhäisissä vaiheissa. Ratkaistessaan riskiryhmien geneettisen määrityksen kysymyksiä ja yleisesti ottaen ymmärtäessään lisääntyneen alttiuden geneettisiä syitä normaalin populaatiojakauman sisällä, tutkija käsittelee yksilöitä, jotka ovat, vaikkakaan eivät optimaalisia (tämän ominaisuuden mukaan), mutta varsin elinkelpoisia. Tämä ongelman puoli puhuu perinteisempien kokeellisten mallien käytön puolesta geneettisessä analyysissä, esimerkiksi hiirten tuberkuloosin kulun interlineaaristen erojen osalta.

Genomiseulonta ja aiemmin tuntemattomat tuberkuloosille alttiusgeenit

Jo 1950- ja 1960-luvuilla osoitettiin, että tuberkuloosille alttiuden ja resistenssin piirteiden periytyminen laboratorioeläimillä on monimutkaista ja polygeenistä. Tässä tilanteessa on ensinnäkin tarpeen valita alttiiden ja resistenttien eläinten tai yksilöiden välillä selkeästi ilmentyvät, "erittäin erilaiset" fenotyypit eli taudin ominaisuudet ja sitten tutkia niiden periytymisen luonnetta. Toiseksi on tarpeen ottaa huomioon, että emme lähtökohtaisesti tiedä, kuinka monta geeniä on mukana taudin torjunnassa ja miten ne sijaitsevat genomissa. Siksi on joko vähennettävä tutkittavan populaation geneettistä monimuotoisuutta etukäteen erottamalla se tutkittavan ominaisuuden mukaan käyttämällä geneettisiä tekniikoita (mikä on mahdollista vain eläinkokeissa), tai seulottava koko genomi kvantitatiivisen genetiikan tilastollisilla menetelmillä Mendelin genetiikan sijaan tai yhdistettävä näitä tekniikoita. Mikrosatelliitti-DNA-alueiden PCR:ää käyttävien genomiskannausmenetelmien ja tulosten tilastollisen käsittelyn ja tulkinnan kehittämisen jälkeen tuberkuloosille alttiuden geneettinen analyysi alkoi uudella tasolla.

Edellä mainittuja lähestymistapoja on äskettäin sovellettu menestyksekkäästi lineaaristen hiirten geneettisissä kokeissa kahden tutkijaryhmän toimesta. Ryhmä tekijöitä Venäjän lääketieteellisen akatemian tuberkuloositutkimuslaitoksesta yhdessä McGillin yliopiston (Montreal, Kanada) isäntäresistenssin tutkimuskeskuksen ja Tukholman kuninkaallisen instituutin kollegoiden kanssa suorittivat ensimmäisinä genomisen seulonnan M. tuberculosis -kannan H37Rv laskimonsisäisen annon aiheuttaman taudin vakavuuden periytymisestä hiirillä. A/Sn (resistentti) ja I/St (herkkä) -linjoja käytettiin vanhempina, joilla oli vastakkainen alttius tuberkuloosille. Naarailla havaittiin luotettava alttiuden yhteys ainakin kolmeen eri lokukseen, jotka sijaitsevat kromosomeissa 3, 9 ja 17. Viime aikoina myös uroksilla osoitettiin yhteys kromosomin 9 proksimaaliosan ja kromosomin 17 keskiosan lokuksiin. Vahvin yhteys alttiuteen havaittiin kromosomin 9 lokuksessa. Toinen tutkijaryhmä Yhdysvalloissa seuloi hiiren genomia määrittääkseen alttiusominaisuuden periytymismallin M. tuberculosa Erdman -kannassa. C57BL/6J- (mallissaan resistentti) ja C3HeB/FeJ- (herkkä) hiirilinjojen yhdistelmässä kartoitettiin F2-hybridien ja sitten BC1-jälkeläisten analyysissä kromosomin 1 keskiosassa sijaitseva lokus, joka kontrolloi taudin vakavuutta. Alustavan kartoituksen jälkeen lokuksen tarkempi lokalisaatio saatiin aikaan rekombinaatioanalyysin avulla, ja sen vaikutus niin tärkeään fenotyyppiseen ominaisuuteen kuin granulomatoottisen keuhkokudosvaurion vakavuus määritettiin takaisinristeytetyissä hiirissä (sukupolvi BC3), eli sen jälkeen, kun tutkittavien eläinten geneettistä monimuotoisuutta oli merkittävästi vähennetty geneettisten tekniikoiden avulla. On tärkeää huomata, että kartoitettu lokus, nimeltään sst1 (herkkyys tuberkuloosille 1), vaikka se sijaitsee kromosomissa 1, ei selvästikään ole identtinen NRAMP1-lokuksen kanssa. Tämän osoittaa sekä sen lokalisaatio kromosomissa että se, että C57BL/6-hiirillä on BCG-herkkyyden alleeli NRAMP1-geenin osalta, mutta M. tuberculosis -resistenssin alleeli sst1-lokuksen osalta.

Viime vuosina julkaistut tiedot hiiren genomissa olevista lokuksista, jotka vaikuttavat perustavanlaatuisesti tuberkuloosiprosessin luonteeseen, antavat aihetta toivoa merkittävää edistystä tällä alueella ja ihmisten geneettisen alttiuden analysoinnissa. Genomisen analyysin uskomattoman nopea edistyminen mahdollistaa todennäköisesti erittäin nopean siirtymisen hiiren tuberkuloosin genetiikasta ihmisen tuberkuloosin genetiikkaan, koska sekä ihmisen että hiiren genomin täydellinen sekvenssi on käytännössä selvitetty.

Makrofagien ja mykobakteerien vuorovaikutus

Makrofageilla on erittäin tärkeä rooli tuberkuloosi-infektion torjunnassa sekä antigeenin tunnistamisessa että mykobakteerien eliminoinnissa.

Kun mykobakteerit pääsevät keuhkoihin, tilanne voi kehittyä neljän päämallin mukaisesti:

• primaarisen isännän vaste voi olla riittävä poistamaan kaikki mykobakteerit kokonaan, mikä eliminoi tuberkuloosin mahdollisuuden;
• Mikro-organismien nopean kasvun ja lisääntymisen tapauksessa kehittyy primaarinen tuberkuloosi;
• piilevässä infektiossa tauti ei kehity, mutta mykobakteerit säilyvät elimistössä niin sanotussa lepotilassa, ja niiden läsnäolo ilmenee vain positiivisena ihoreaktiona tuberkuliinille;
• Joissakin tapauksissa mykobakteerit pystyvät siirtymään lepotilasta kasvuvaiheeseen, ja piilevä infektio korvautuu tuberkuloosin uudelleenaktivoitumisella.

Ensimmäinen puolustuslinja infektioita vastaan, kun mykobakteerit ovat saavuttaneet alemmat hengitystiet, ovat alveolaariset makrofagit. Nämä solut kykenevät suoraan tukahduttamaan bakteerien kasvua fagosytoimalla niitä. Ne osallistuvat myös laajaan valikoimaan solujen tuberkuloosin vastaisia immuunireaktioita – antigeenin esittelyn, T-lymfosyyttien kertymisen stimuloinnin tulehduskohdassa jne. kautta. On tärkeää huomata, että virulenttien ja suhteellisen avirulenttien mykobakteerikantojen sitoutumismekanismit fagosyytteihin voivat vaihdella.

On riittävästi näyttöä siitä, että vakuolien tai fagosomien muodostumisprosessi M. tuberculosis -bakteerin ja mononukleaarisen fagosyytin vuorovaikutuksessa välittyy mikro-organismin kiinnittymisen kautta komplementtireseptoreihin (CR1, CR3, CR4), mannoosireseptoreihin tai muihin solun pintareseptoreihin. Fagosyyttisten solujen mannoosireseptorien ja mykobakteerien välistä vuorovaikutusta välittää ilmeisesti mykobakteerien soluseinän glykoproteiini, lipoarabinomannaani.

T-auttajasolujen tyypin 2 sytokiinit - prostaglandiini E2 ja IL-4 - stimuloivat CR:n ja MR:n ilmentymistä, ja IFN-γ päinvastoin estää näiden reseptorien ilmentymistä ja toimintaa, mikä johtaa mykobakteerien tarttumisen vähenemiseen makrofageihin. Myös tiedot pinta-aktiivisten proteiinien reseptorien osallistumisesta bakteerien kiinnittymiseen soluihin kertyvät edelleen.

CD14-molekyylin (fagosyyttimarkkerin) rooli osoitettiin käyttämällä mykobakteerien ja aivokudoksen fagosyyttien, mikroglian, välistä vuorovaikutusmallia. Havaittiin, että CD14-vasta-aineet estivät mikrogliasolujen infektion virulentilla laboratoriokannalla H37Rv. Koska CD14-molekyyli ei läpäise solukalvoa eikä siten ole suorassa kosketuksessa sytoplasmaan, se ei pysty välittämään lipoproteiinien indusoimaa signaalia itsenäisesti, vaan se tarvitsee koreseptorin aktivoimaan solunsisäiset signaalinvälitysreitit. Todennäköisimmät ehdokkaat tällaisiksi koreseptoreiksi ovat Toll-tyyppisten reseptorien perheen edustajat. Mikrobien lipoproteiinit voivat näiden reseptorien aktivoinnin kautta toisaalta voimistaa isäntäorganismin puolustusmekanismeja ja toisaalta aiheuttaa kudosvaurioita indusoimalla apoptoosia. Samalla apoptoosi pystyy estämään immuunivastetta eliminoimalla immuunireaktioihin osallistuvia soluja, mikä vähentää kudoksille aiheutuvia vaurioita.

Edellä mainittujen lisäksi vaikuttaa varsin todennäköiseltä, että merkittävä rooli mykobakteerien kiinnittymisessä fagosyyttisiin soluihin on niin sanotuilla "scavenger"-reseptoreilla, jotka sijaitsevat makrofagien pinnalla ja joilla on affiniteetti useisiin ligandeihin.

M. tuberculosis -bakteerin kohtalo fagosytoosin jälkeen on makrofagien aiheuttama sen kasvun tukahduttaminen. Fagosomiin päästyään patogeeniset bakteerit altistuvat useille tekijöille, joiden tarkoituksena on niiden tuhoaminen. Tällaisia tekijöitä ovat fagosomin fuusio lysosomien kanssa, reaktiivisten happiradikaalien synteesi ja reaktiivisten typpiradikaalien, erityisesti typpioksidin, synteesi. Mykobakteerien kuolema makrofagien sisällä voi tapahtua useiden mekanismien kautta lymfosyyttien ja fagosyyttien välisten monimutkaisten sytokiinivälitteisten vuorovaikutusten seurauksena. On mahdollista, että mykobakteerien kyky välttää reaktiivisten happi- ja typpiradikaalien myrkyllisiä vaikutuksia on avainaskel siirtymisessä infektion latenttiin vaiheeseen. Makrofagien kyky tukahduttaa M. tuberculosis -bakteerin kasvua riippuu merkittävästi solun aktivaatiovaiheesta (ainakin osittain) ja sytokiinien tasapainosta (pääasiassa, luultavasti, verihiutaleiden kasvutekijä alfa (TGF-α) ja IFN-γ).

Tärkeä osa makrofagien antimykobakteerisen aktiivisuuden mekanismia on ilmeisesti apoptoosi (ohjelmoitu solukuolema). M.bovis BCG:n viljelymallissa monosyyteissä osoitettiin, että makrofagien apoptoosiin (mutta ei nekroosiin) liittyy fagosytoitujen mykobakteerien elinkykyisyyden väheneminen.

T-lymfosyyttien rooli tuberkuloosin vastaisessa immuniteetissa

T-lymfosyyttien tiedetään olevan hankitun immuniteetin pääkomponentti tuberkuloosi-infektiossa. Koe-eläinten immunisointi mykobakteeriantigeeneillä sekä tuberkuloosi-infektion kulku liittyvät antigeenispesifisten CD4 ^+- ja CD8 ⁺ -lymfosyyttien muodostumiseen.

CD4- ja vähäisemmässä määrin CD8-lymfosyyttien puutos, jota havaitaan CD4-, CD8-, MHCII- ja MHCI-geenin poistogeenisillä hiirillä, sekä CD4- tai CD8-antigeeneille spesifisten vasta-aineiden antaminen johtaa hiirten M. tuberculosis -infektion resistenssin merkittävään vähenemiseen. Tiedetään, että AIDS-potilailla, joille on ominaista CD4 ^{+ -lymfosyyttien puutos, on erittäin korkea herkkyys tuberkuloosille. CD4+-} ja CD8 +-lymfosyyttien suhteellinen osuus ^{suojaavaan immuunivasteeseen voi muuttua infektion eri vaiheissa. Niinpä M. bovis BCG -tartunnan saaneiden hiirten keuhkogranuloomissa CD4+} T-lymfosyytit ovat vallitsevia infektion alkuvaiheessa (2-3 viikkoa), kun taas CD8 ⁺ -lymfosyyttien pitoisuus kasvaa myöhemmissä vaiheissa. Adoptiivisen siirron aikana CD8 ^{+-lymfosyyteillä, erityisesti niiden CD44hl- alapopulaatiolla, on korkea suojaava aktiivisuus. CD4+-} ja CD8 ⁺ -lymfosyyttien lisäksi muut lymfosyyttialapopulaatiot, erityisesti γδ- ja CD4 ⁺ CD8 ^{+-lymfosyytit,}, joita rajoittavat MHC-luokan CD1 ei-polymorfiset molekyylit. Ilmeisesti ne myös edistävät suojaavaa immuniteettia tuberkuloosi-infektiota vastaan. T-lymfosyyttien efektorivaikutuksen mekanismit pelkistyvät pääasiassa joko liukoisten tekijöiden (sytokiinit, kemokiinit) tuotantoon tai sytotoksisuuteen. Mykobakteeri-infektioissa tapahtuu pääasiassa T1:n muodostumista, jonka ominaispiirteitä ovat sytokiinien IFN-γ ja TNF-α tuotanto. Molemmat sytokiinit kykenevät stimuloimaan makrofagien antimykobakteerista aktiivisuutta, joka on ensisijaisesti vastuussa CD4-lymfosyyttien suojaavasta vaikutuksesta. Lisäksi IFN-γ kykenee tukahduttamaan tulehdusreaktioiden vakavuutta keuhkoissa ja siten vähentämään tuberkuloosi-infektion vakavuutta. TNF-α on välttämätön granuloomien muodostumiselle, makrofagien ja lymfosyyttien täydelliselle yhteistyölle ja kudosten suojaamiselle nekroottisilta muutoksilta. Suojaavan vaikutuksensa lisäksi TNF-α:lla on myös "patologinen" vaikutus. Sen tuotanto voi johtaa kuumeeseen, painonpudotukseen ja kudosvaurioihin - tuberkuloosi-infektiolle tyypillisiin oireisiin. T-lymfosyytit eivät ole ainoa TNF-α:n lähde. Sen pääasialliset tuottajat ovat makrofagit. TNF-α:n vaikutus määräytyy pitkälti muiden tyypin 1 ja 2 sytokiinien tuotannon tasosta tulehduspesäkkeessä. Tyypin 1 sytokiinien vallitsevan tuotannon ja tyypin 2 sytokiinien tuotannon puuttumisen olosuhteissa TNF-α:lla on suojaava vaikutus, ja tyypin 1 ja 2 sytokiinien samanaikaisen tuotannon yhteydessä sillä on tuhoisa vaikutus. Koska mykobakteerit stimuloivat pääasiassa T1-lymfosyyttejä, kuten edellä todettiin, mykobakteeri-infektioiden kulkuun ei yleensä liity IL-4:n ja IL-5:n tuotannon lisääntymistä. Samanaikaisesti vakavissa infektiomuodoissa sekä sen myöhäisissä vaiheissa IL-4:n ja IL-5:n tuotanto voi lisääntyä sekä paikallisesti että systeemisesti. On epäselvää, onko tyypin 2 sytokiinien lisääntynyt tuotanto vakavamman tuberkuloosi-infektion syy vai sen seuraus.

Sytotoksisuutta infektoituneita kohdesoluja kohtaan osoittavat CD8 ⁺ -solut sekä CDlb-molekyylien rajoittamat "ei-klassiset" CD8 ^{+ -lymfosyytit, CD4+} CD8 ⁺ -lymfosyytit ja CD4 ⁺ -lymfosyytit. Sytotoksisuuden merkitystä tuberkuloosia vastaan suojautumisessa osoittaa CD8 ⁺ -lymfosyyttien sytotoksisen aktiivisuuden ja perforiinin pitoisuuden väheneminen tuberkuloosipotilailla verrattuna terveisiin luovuttajiin. On tärkeää vastata kysymykseen, miten infektoituneiden kohdesolujen lyysi voi vaikuttaa infektioprosessin kulkuun: johtaako se mykobakteerien, jotka ovat solunsisäisiä loisia, lisääntymisen voimakkuuden vähenemiseen vai edistääkö se päinvastoin mykobakteerien vapautumista infektoituneista makrofageista ja uusien solujen infektointia. S. Strongerin (1997) tiedot näyttävät voivan auttaa ymmärtämään tätä ongelmaa. Kirjoittajat osoittivat, että sytotoksiset lymfosyytit sisältävät granulysiinimolekyylejä, joilla on bakterisidinen vaikutus mykobakteereihin. Jotta granulysiini voi tunkeutua infektoituneisiin soluihin, lymfosyyttien on eritettävä proteiineja, jotka muodostavat huokosia kohdesolujen kalvoon. Näin ollen ensimmäistä kertaa saatiin tietoja mykobakteerien (makrofageissa) suorasta tuhoutumisesta T-lymfosyyttien avulla, mikä osoitti T-lymfosyyttien mahdollisuuden osallistua suoraan suojautumiseen mykobakteeri-infektioilta.

T-solujen immuunivasteen säätely

T-lymfosyyttien vastetta ja niiden efektorisytokiinien tuotantoa säätelevät antigeeniä esittelevien solujen, mukaan lukien infektoituneiden makrofagien, tuottamat sytokiinit. IL-12 siirtää T-lymfosyyttien erilaistumista Th1-solujen muodostumiseksi ja stimuloi IFN-γ:n tuotantoa. Hiirten infektointi IL-12- ^{prosenttisella} M. bovis BCG:llä johtaa infektion etenemiseen, mykobakteerien lisääntyneeseen leviämiseen ja granuloomien muodostumisen puuttumiseen keuhkoista. 40- ^{prosenttisesti} M. tuberculosis -tartunnan saaneilla hiirillä, joilla on IL-12p, havaitaan mykobakteerien hallitsematonta kasvua, johon liittyy sekä luonnollisen että hankitun immuniteetin heikkeneminen ja joka johtuu tulehdusta edistävien sytokiinien IFN-γ:n ja TNF-β:n tuotannon merkittävästä vähenemisestä. Käänteisesti rekombinantin IL-12:n antaminen hiirille, jota seuraa M. tuberculosis Erdmann -infektio, johtaa niiden vastustuskyvyn lisääntymiseen infektiolle.

IL-10 on säätelevä sytokiini, joka stimuloi humoraalisten immuniteettireaktioiden kehittymistä ja tukahduttaa monia soluimmuniteetin reaktioita. Uskotaan, että IL-10:n vaikutus T-soluvasteeseen voi välittyä sen vaikutuksen kautta makrofaageihin: IL-10 estää makrofagien antigeenien esittelyä ja tukahduttaa makrofagien tulehdusta edistävien sytokiinien TNF-α:n, IL-1:n, IL-6:n, IL-8:n ja IL-12:n, GM-CSF:n ja G-CSF:n synteesiä. IL-10:llä on myös antiapoptoottinen vaikutus. Tällainen vaikutuskirjo näyttäisi määräävän IL-10:n merkittävän vaikutuksen tuberkuloosia estävän immuniteetin voimakkuuteen, mutta tiedot suojaavan immuniteetin riippuvuudesta IL-10:n tuotannosta ovat erittäin ristiriitaisia.

TGF-β on ainutlaatuinen soluimmuniteetin tukahduttava tekijä. Sen tuotantotaso korreloi tuberkuloosin vaikeusasteen kanssa, ja anti-TGF-β-vasta-aineiden tai luonnollisten TGF-β-estäjien antaminen M. tuberculosis -tartunnan saaneille hiirille korjaa heikentynyttä T-soluvastetta.

On huomattava, että T-lymfosyyttien efektorirooli ei rajoitu sytokiinien tuotantoon ja solusytotoksisuuteen. Muut prosessit, joita tapahtuu T-lymfosyyttien ja makrofagien välisen suoran kontaktin muodostuessa, sekä T-lymfosyyttien kemokiinien tuotanto voivat merkittävästi edistää paikallisten tulehdusreaktioiden kehittymistä. Jälkimmäiset puolestaan eivät johdu pelkästään makrofagien ja T-lymfosyyttien vasteesta. Neutrofiilit, eosinofiilit, fibroblastit, epiteelisolut ja muut solut voivat olla aktiivisia osallistujia keuhkoissa tuberkuloosi-infektion aikana tapahtuvissa prosesseissa.

Granuloomamuodostumisprosessin morfologiset tutkimukset sekä spesifisen T-soluvasteen muodostumisen dynamiikan määrittämisen tulokset mahdollistavat mielestämme mykobakteerien ja makroorganismin vuorovaikutuksen useiden vaiheiden erottamisen. Ensimmäiselle on ominaista mykobakteerien progressiivinen lisääntyminen ilman T-lymfosyyttien spesifistä vastetta ja se kestää noin 2-3 viikkoa. Toinen tapahtuu kypsien T-lymfosyyttien muodostumisen jälkeen ja sille on ominaista mykobakteerien kasvun vakiintuminen. Yleensä tätä seuraa dekompensaatiovaihe, joka osuu ajallisesti samaan aikaan imukudosmuodostelmien tuhoutumisen ja nekroottisten muutosten ilmaantumisen kanssa keuhkoissa. Rokotteen vaikutus voi johtua vasteen ensimmäisen vaiheen vähenemisestä.