Прескочи към главното съдържание на страницата

Архив


БРОЙ 11 2020

Патофизиологична роля на промените в хемостазата при еризипел

виж като PDF
Текст A
Цв. Калинова¹, И. Юнгарева², С. Мáрина²
1Катедра по инфекциозни болести, паразитология и дерматовенерология, МУ-Варна; 2Отделение по кожни и венерически болести, МИ на МВР-София


Хемостазната и имунната система на висшите организми имат общ филогенетичен произход и развитие, поради което функционират взаимосвързано чрез хомоложни компоненти, общи сигнални пътища и регулаторни механизми. Двете системи водят началото си от т. нар „хемоцит“ (имунно-хемостазна система при безгръбначните видове), който търпи диференциация и се разделя на две подсистеми – имунна и хемостазна система. В отговор към инфекциозен агент, имунната система генерира възпалителен отговор, медииран от вещества с прокоагулантно действие. Чрез обратна връзка, хемостазната система регулира степента на имунния отговор чрез компоненти с про- и антивъзпалително действие. Ролята на хемостазната система при пациенти с еризипел се свежда до регулиране степента на възпалителния отговор към инфекцията и поддържане на баланса между про- и антикоагулантни, анти и провъзпалителни реакции, способстващи за ограничаване на инвазията и дисеминацията на етиологичния агент, поддържане виталността на тъканите, подложени на вирулентното действие на стрептокока и тяхното възстановяване.

Ключови думи: възпаление, имунна система, хемостаза, коагулация, S. pyogenes

   
Въведение

Връзка между хемостаза и възпаление

Възпалението представлява биологичен отговор на имунната система към вредни нокси с биологичен, химичен или физичен характер[1]. По време на инфекциозни заболявания, имунната система генерира каскада от имунни реакции, включващи и хемостазната система.

Възпалението има прокоагулантен ефект спрямо микроциркулацията. Основните провъзпалителни медиатори, като TNF-α, IL-1, IL-6 и IL-8, повишават експресията на тъканен фактор (ТФ) върху ендотела и моноцитите, намаляват тромбомодулина и рецепторите за протеин С, повишават инхибитора на плазминогеновия активатор (PAI-1) и освобождават инхибитора на пътя на ТФ (TFPI).

Острофазовите протеини повишават синтеза на коагулационни фактори, а намаляват синтеза на антитромбин. Ниските нива на α1-антитрипсин активират протеин С и разцепват TFPI. CRP стимулира експресията на ТФ.

Системата на комплемента снижава нивата на С1-инхибитора чрез активиране на контактните фактори. C4b-свързващият протеин на комплемента инактивира протеин S и ограничава активността на протеин C[2].

  
Роля на възпалителния процес в активността на коагулацията

Възпалителният процес може да засегне всяко едно звено от хемостазата – съдови ендотелни клетки, тромбоцити, плазмена коагулационна каскада, физиологични антикоагуланти и фибринолитична активност. В отговор на вече възникналата възпалителна реакция, проинфламаторни цитокини (TNF-α, IL-1, IL-6 и IL-8) водят до ендотелна дисфункция, повишена тромбоцитна реактивност, активиране на плазмената коагулационна каскада, нарушена функция на физиологичните антикоагуланти и потискане на фибринолитичната активност[2].

Съдов ендотел и възпаление

При физиологични условия, интактният ендотел е с антикоагулантна повърхност, обусловена от баланса между провъзпалителни, прокоагулантни и антифибринолитични вещества и такива с противоположен ефект (Фиг. 1). Увреденият и активиран ендотел отделя локално прокоагулантни и антифибринолитични вещества – фактор на Фон Вилебранд (vWF), тромбоксан A2 (TXA2) и PAI-1 за сметка на антикоагулантни и профибринолитични молекули. Посредством ендотелната експресия на ТФ и адхезионни молекули (Р- и Е-селектини, съдово-клетъчна адхезионна молекула-1 и вътреклетъчни адхезионни молекули) се осъществява взаимодействието на неутрофилите и тромбоцитите с ендотела. Настъпилите промени във функцията на ендотелните клетки се осъществяват от TNF-a, IL-1, IL-6 и IL-8. Активираният, вследствие на инфекциозен процес, ендотел води до отпадане на повърхностните гликозаминогликани (ГАГ) (молекули, ограничаващи свързването на антитромбина), намалява активността на TFPI, понижава нивото на ендотелния рецептор за протеин С, понижава нивото на тромбомодулина и увеличава нивото на ТФ. Активираният ендотел осигурява експресия на моноцит-привличащ пептид-1 (МСР-1) върху моноцитите, вследствие на което, те експресират ТФ на повърхността си[2-4].

Фигура 1: Промяна в равновесието между имунна и хемостазна система

 
Ендотелните клетки включват хемостазата във възпалителния отговор както чрез активиране на тромбоцитите и левкоцитите, така и чрез ТФ-медиирано иницииране и регулиране производството на тромбин, нарушаване функцията на физиологичните антикоагуланти и потискане на фибринолитичната активност.

Тромбоцити и възпаление

В норма, азотният оксид и простациклин на интактните ендотелни клетки поддържат тромбоцитите в неактивно състояние. При възпаление, ендотелът секретира високи нива на ТХА2 и vWF, а намалени на PGI2, чрез което активира тромбоцитите. В резултат, тромбоцитите се прикрепват към изложения на контакт матрикс на ендотелните клетки чрез адхезивни и регулаторни протеини и участват в образуването на тромби. Тромбоцитите могат да бъдат активирани директно от провъзпалителни медиатори (тромбоцит-активиращ фактор – при инфекциозно и неинфекциозно възпаление) или от ендотоксин, при инфекции и септични състояния. Тромбинът се приема за един от най-мощните активатори на тромбоцитите (Фиг. 2)[2,3].

Фигура 2: Морфологична и функционална промяна на тромбоцитите при възпаление

  
Плазмена коагулационна каскада и възпаление

При нарушена ендотелна бариера, активирането на коагулацията се осъществява чрез ТФ. ТФ е трансмембранен протеин, експресиран върху повърхността на циркулиращите кръвни и ендотелни клетки. Открива се във всички кръвно-тъканни бариери и в адвентициалния слой на кръвоносните съдове. За разлика от другите коагулационни фактори, ТФ не е в директен контакт с кръвта. Когато се наруши целостта на съдовата стена или на кръвните клетки, те експресират на повърхността си ТФ, стимулирани от провъзпалителни цитокини – TNF-α, IL-1, IL-6, ендотоксини или имунни клетки – левкоцити, моноцити, макрофаги и ендотелни клетки. При контакт с кръвта, ТФ се свързва с FVII и формирания комплекс – ТФ-FVIIa активира коагулационната каскада чрез превръщане на коагулационния FIX и FX в активните им форми (FIXa и FXa). Този процес е свързан с образуването на тромбин (FIIа), отговорен за превръщането на фибриногенa във фибрин.

Тромбинът, образуван от активирането на коагулационната каскада е мултифункционална молекула – един от най-мощните активатори на тромбоцитите, отговорен за обратната връзка в активирането на коагулационната система от FV, FVIII, FXI и FXIII. Тромбинът притежава провъзпалителна активност – активира левкоцитите и ендотелните клетки, с последващо повишаване продукцията на възпалителни медиатори и повишена левкоцитна адхезия и хемотаксис[2,3].

Физиологични антикоагуланти и възпаление

Съществуват три основни антикоагулантни механизма – антитромбин (АТ), протеин С-системата и инхибитор на ТФ-пътя[2].

  • Антитромбин и възпаление

АТ-функцията се нарушава при повишената му консумация (вследствие активиране на коагулационната каскада), намален синтез (в резултат на отрицателен острофазов отговор) или повишено разрушаване от протеолитични ензими (еластаза от активираните неутрофили).

Провъзпалителните медиатори намаляват синтеза на ГАГ (хепаран сулфат) върху клетъчната повърхност. ГАГ са отговорни за антикоагулантната активност на АТ. Свързването на АТ с тромбин намалява активирането на провъзпалителните клетки  – левкоцити, ендотелни клетки и тромбоцити. АТ притежава противовъзпалително и антикоагулантно действие[2,4].

  • Протеин С и възпаление

Протеин С има най-важна роля в регулацията на възпалителния отговор и се повлиява най-негативно от възпалението. Активираният протеин

С има профибринолитично действие, дължащо се на неутрализирания инхибитор на плазминогеновия активатор-1[2,3].

  • Инхибитор на ТФ-пътя

Инхибиторът на ТФ-пътя e антикоагулантен протеин, действащ като директен инхибитор на FXa и FXa-зависимия инхибитор на FVIIa/ ТФ. Тази субстанция се повишава в отговор на образувания комплекс между FXа и отрицателно заредените фосфолипиди на увредените клетки.

Инхибиторът на ТФ-пътя има противовъзпалителни функции, дължащи се на способността му да потиска образуването на тромбин и оттам провъзпалителната вътреклетъчна сигнализация, чрез активиране на протеазни рецептори[2,17].

Фибринолитична система и възпаление

По време на възпаление, фибринолитичната система е потисната. В началната фаза на възпалителния отговор има преходно повишаване на фибринолитичната активност, поради освобождаване на тъканен плазминогенен активатор (тРА) от съдовия ендотел. Повишената плазминогенова активация е последвана от устойчиво покачване на РАI-1 (основен инхибитор на фибринолизата) с потискане на фибринолитичната активност и неадекватно отстраняване на фибрина. Основни регулатори на РАI-1 са TNF-α и IL-1β, които индуцират продукцията на РАI-1 от съдовия ендотел.

Счита се, че α-гранулите на тромбоцитите също съдържат големи количества от РАI-1 и го освобождават при тяхната активация. Високите нива на РАI-1 потискат фибринолизата при възпаление. Дисфункцията на ендотела намалява продукцията на тРА[1-3].

  
Роля на коагулацията в активността на имунната система

Коагулационните фактори и тромбоцитите имат провъзпалителен ефект спрямо възпалителния отговор. Комплексът ТФ-FVIIa улеснява продукцията на цитокини и хемокини (IL-6, IL-8) чрез PAR-1 (протеаза-активиран рецептор-1). FXa стимулира продукцията на цитокини и хемокини (IL-6, IL-8) чрез PAR-2. Тромбинът усилва продукцията на цитокини и хемокини (IL-6, IL-8) чрез PAR-1 и -4. Р-селектин, Е-селектин и PAF (тромбоцит-активиращ фактор) стимулират както взаимодействието между неутрофилите и ендотелните клетки, така и освобождаването на хистамин и брадикинин. Активираните тромбоцити секретират хемокини, PAF и IL-1b. Секретираният от тромбоцитите Р-селектин стимулира неутрофилната адхезия. CD40-лиганд стимулира ендотелно-клетъчните хемокини и експресията на адхезионни молекули. Вътресъдовото отлагане на фибрин води до прикрепване на неутрофилите и моноцитите към ендотела, намалява капилярната перфузия и предизвиква тъканна исхемия[2,5].

Ендогенните антикоагуланти имат противовъзпалителни свойства спрямо възпалителния отговор. Протеините C и S понижават експресията на Е-селектин, ограничават образуването на цитокини и прикрепването на неутрофили, възпрепятстват апоптозата на ендотелните клетки.

Антитромбинът повишава синтеза на простациклин от ендотелните клетки, ограничава синтеза на цитокини и прикрепването на левкоцити, потиска хемотаксиса на неутрофили и моноцити. Плазминът, чрез фибринолиза, отстранява вътресъдовите тромби и повърхността за отлагане на неутрофили и моноцити. Отстраняването на запушалките предпазва от хипоперфузия и исхемия и реперфузионна увреда на тъканите.

Инхибиторът на ТФ-път активатор регулира синтеза на цитокини в микроциркулацията. Разтворимият тромбомодулин инхибира прикрепването на неутрофилно-ендотелната клетъчна увреда[2].
  

Патофизиология на коагулационните нарушения в хода на стрептококовата инфекция

S. pyogenes е облигатен патоген за човека. Инфекциите, които причинява индуцират силна възпалителна реакция. Веднъж възникнал имунният отговор активира хемостазната система по представените по-горе механизми. Патофизиологичните промени, настъпващи в хемостазната система при еризипел, следват следните принципи на възникване и развитие:

  • Патологично индуциране на про- и антивъзпалителни реакции.
  • Системно активиране на коагулацията.
  • Даунрегулация на антикоагулантни пътища.
  • Смутена фибринолиза[3,4].

S. pyogenes стимулира тромбоцитната агрегация и чрез своя М-протеин свързва плазмения фибриноген с GPIIb/IIIa тромбоцитни рецептори.

Специфични антитела от клас IgG се свързват с Fc-рецептора на тромбоцитите и ги активират. М1-разтворимият протеин на стрептокока образува комплекси с фибриногена и анти-М1 IgG антителата и те действат като тромбоцитен агонист. Активираните от М1-протеин тромбоцити, чрез образуване на комплекси, активират неутрофилите и моноцитите. Ключов момент в развитието на коагулопатия при сепсис е образуването на ТФ. Активирането на тромбоцитите от М1-протеина стимулира експресията на ТФ върху повърхността на тромбоцит-моноцит агрегатите. Това осигурява позитивна обратна връзка за образуване на тромбин и активиране на коагулацията и тромбоцитите. Стрептолизин

О стимулира образуването на левкоцит-тромбоцитен комплекс[3,4].

Стрептококи от серотип М1 и М3 активират коагулационната система, чрез експресия на ТФ върху повърхността на ендотелните клетки и моноцитите. М-протеинът стимулира освобождаването на провъзпалителни цитокини от моноцитите, чрез свързване с toll-like receptor 2 и на прокоагулантни фрагменти от моноцитите, активиращи двата пътя на коагулация.

Под действието на разтворимия М-протеин от моноцитите се освобождават прокоагулантни микропартикули, които активират двата коагулационни пътя. Външният път се включва във възпалителния отговор чрез ъпрегулация на ТФ върху повърхността на фрагментите, а вътрешния път – чрез транслокация на фосфатидилсерин, улесняващ адхезията на контактните фактори[4].

  
Коагулационната система като защитен механизъм

През 2006 г. I. M. Frick и съавт. установяват, че при контакт между коагулационните фактори с повърхността на S. pyogenes се образуват и освобождават антимикробни пептиди.

Активирането на контактната система по време на възпалителен отговор е свързано с образуването на фибринова мрежа, която ковалентно омрежва съседните фибринови вериги и превръща новообразувания съсирек в неразтворим. Този механизъм предотвратява ефлукса на плазма и кръвни клетки в увредените тъкани и възпрепятства инвазията на патогените в системната циркулация. Включването на контактната система е свързано с активиране на FXIII върху стрептококовата повърхност. FXIIIа ковалентно вплита бактериите във фибриновата мрежа, което ограничава дисеминацията на стрептокока и подпомага унищожаването му от антимикробните пептиди (Фиг. 3)[5-7].

Фигура 3: S. pyogenes, вмъкнат във фибринова запушалка. Роля на FXIII.

СЕМ на S. pyogenes, вмъкнат във фибринова запушалка, медиирана от FXIII в човешка плазма (А). Плазма на пациент с дефицит на FXIII – липсва улавяне на стрептокока във фибриновата запушалка.
(Адаптирано от Loof TG, Deicke C, Medina E. The role of coagulation/fibrinolysis during S. pyogenes infection. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2014; 11;4:128)

     
По време на стрептокова инфекция, М-протеинът на S. pyogenes стимулира неутрофилите да образуват т.нар „екстрацелуларни неутрофилни капани“ (NET) – новооткрит защитен механизъм на вродения имунитет, чрез който те „улавят“ стрептококите и не допускат тяхната дисеминация. М протеините на стрептококите са потентни индуктори за образуване на NET[8,10].

Допуска се, че контактната система участва и в ранното разпознаване и елиминиране на патогените.

S. Massberg и съавт. откриват, че неутрофилната серин-протеаза стимулира образуването на вътресъдови тромби. Образуваните тромби улавят локално бактерия и редуцират неговата инвазия. NET осигуряват матрикс за активиране на тромбоцитите и образуването на тромби[9].

D3 и Д5 домените на високомолекулния кининоген имат директна антимикробна активност срещу стрептокока[4].

Крайната цел в активирането на коагулационната система при инфекции е образуването на тромбин, превръщащ фибриногена във фибрин и активирането на коагулационен FXIII. Отлагането на фибрин намалява шанса за оцеляване и дисеминация на стрептокока, чрез ограничаване на съдовата инвазия и хематогенната му дисеминация. Капацитетът на фибриновия съсирек да имобилизира и унищожава стрептокока е установено от O. Shannon и съавт.[12].

H. Sun и съавт. доказват, че FXIII има роля във вмъкването на бактериите в съсирека, тъй като при пациенти с дефицит на FXIII, липсва такава способност за имобилизиране на стрептокока (Фиг. 3). FXIII медиира кръстосаното свързване на бактериални повърхностни структури – М1-протеина с фибрин в съсирека, където стрептококът е уловен и унищожен[11].

Фибриногенът ограничава бактериалната хематогенна дисеминация, стимулира възпалителния отговор срещу стрептокока и служи като молекула, която осъществява прикрепването на стрептокока към прокоагулантните микровезикули. Пептидният фрагмент GHR28, от β-веригата на фибриногена, упражнява антимикробно действие срещу S. рyogenes[13-16].

Фибриногенът в комплекс с М1 протеина тригерира освобождаването на NETs от неутрофилите[8].

   
Заключение

Имунната система на човека функционира свързано с хемостазната система – механизъм, допринасящ за развитието на достатъчен по степен и специфичност имуно-хемостазен отговор. Включването на хемостазната система при инфекции се осъществява от бимодалната роля на медиатори, сигнални пътища и регулаторни механизми. Компонентите на имунитета, включени във възпалителния отговор имат прокоагулантно действие. Активираната хемостазна система има провъзпалително действие, а в крайните фази на имунния отговор – антикоагулантните молекули действат противовъзпалително. Включването на хемостазната система в имунния отговор е важно, поради регулация степента на възникналия отговор, запазване баланса както между про- и антикоагулантните, така и между про- и антивъзпалителни процеси, а и заради изхода от инфекциозното заболяване.
 

 
 

 
книгопис:
1.    Chen L, Deng H, Cui H, et al. Inflammatory responses and inflammation-associated diseases in organs. Oncotarget. 2018; 9(6): 7204–7218.
2.    Opal S. Interactions between coagulation and inflammation. Scand J Infect Dis. 2003; 35: 545-554.
3.    Margetic S. Inflammation and haemostasis. Biochemia Medica 2012; 22(1): 49–62.
4.    Shannon O, Herwald H, Oehmcke SM. Modulation of coagulation system during severe streptococcal disease. Curr Top Microbiol Immunol. 2013; 368: 189-205.
5.    Frick IM, Akesson P, Herwald H, et al. The contact system – a novel branch of innate immunity generating antibacterial peptides. EMBO J. 2006; 25(23) :5569-5578.
6.    Muszbek L, Bereczky Z, Bagoly Z, et al. Factor XIII: a coagulation factor with multiple plasmatic and cellular functions. Physiol Rev. 2011; 91: 931–972.
7.    Loof TG, Mörgelin M, Johansson L, et al. Coagulation, an ancestral serine protease cascade, exerts a novel function in early immune defense. Blood. 2011; 118: 2589–2598.
8.    Oehmcke SM, Ouml rgelin M, Herwald H. Activation of the human contact system on neutrophil extracellular traps. J Innate Immun. 2009; 1: 225–230.
9.    Massberg S, Grahl L, von Bruehl M-L, et al. Reciprocal coupling of coagulation and innate immunity via neutrophil serine proteases. Nat Med. 2011; 16: 887–896.
10.    Soehnlein O, Oehmcke S, Ma X, et al. Neutrophil degranulation mediates severe lung damage triggered by streptococcal M1 protein. Eur Respir J. 2008; 32: 405–412.
11.    Sun H, Wang X, Degen JL, et al. Reduced thrombin generation increases host susceptibility to group A streptococcal infection. Blood. 2009; 113: 1358–1364.
12.    Shannon O, Rydengård V, Schmidtchen A, et al. Histidine-rich glycoprotein promotes bacterial entrapment in clots and decreases mortality in a mouse model of sepsis. Blood. 2010; 116: 2365–2372.
13.    Sun H. Plasminogen is a critical host pathogenicity factor for group A streptococcal Infection. Science. 2004; 305: 1283–1286.
14.    Oehmcke S, Shannon O, Mörgelin M, et al. Streptococcal M proteins and their role as virulence determinants. Clin Chim Acta. 2010; 411: 1172–1180.
15.    Pаhlman LI, Malmström E, Mörgelin M, et al. M protein from Streptococcus pyogenes induces tissue factor expression and pro-coagulant activity in human monocytes. Microbiology. 2011; 153: 2458–2464.
16.    Loof TG, Deicke C, Medina E. The role of coagulation/ fibrinolysis during Str. Pyogenes infection. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2014; 11; 4:128.
17.    Maroney SA, Mast AE. Tissue factor pathway inhibitor and bacterial infection. J Thromb Haemost. 2011; 9(1): 119–121.