Цитокины отвечают за повреждения в организме при сепсисе

Сепсис — системный ответ на инфекцию, который может угрожать жизни человека. Однако не до конца понятно, какое воздействие оказывает сепсис на органы на уровне клеток и молекул. Используя мышиные модели сепсиса, ученые из США и Японии охарактеризовали патогенез сепсиса, оценив изменения генной экспрессии в различных органах с течением времени. Оказалось, что почти такого же эффекта на генную экспрессию можно добиться при совместном воздействии фактора некроза опухоли (TNF) и одного из цитокинов: IL-18, IFN-γ или IL-1β. Нейтрализация этих цитокинов позволяла выжить мышам, которым ввели летальную дозу липополисахарида (ЛПС), вызывающего сепсис, и защищала их от снижения температуры тела.

Для проведения исследования авторы использовали две мышиные модели сепсиса: с введением бактериального ЛПС и с перевязкой и пункцией слепой кишки. Затем оценивали изменение экспрессии генов в 13 тканях, включая костный мозг, головной мозг, толстую кишку, сердце, паховые лимфатические узлы, почки, печень, легкие, мононуклеарные клетки периферической крови, кожу, тонкий кишечник, селезенку и тимус. Измерения проводили через 6, 12, 24 часа, а также на 2, 3 и 5 день после введения ЛПС.

В общей сложности авторы идентифицировали около 10 тысяч генов, дифференциально экспрессированных после введения ЛПС. Через 5 дней после введения нелимфоидные ткани восстанавливали свой нормальный профиль транскрипции, в то время как в лимфоидных тканях сохранялись транскрипционные изменения. В печени наблюдалась повышенная транскрипция гена Crp, кодирующего С-реактивный белок; в легких, почках и тимусе был гиперактивирован ген Calca, кодирующий кальцитонин-связанный полипептид альфа; в почках наблюдалась активация Spp1 (кодирует остеопонтин). Во всех тканях обнаруживались костимулирующие белки, связанные с иммунодефицитом.

Для более систематической оценки были выбраны 258 генов, которые, согласно литературным данным, ассоциированы с сепсисом. Самый низкий уровень экспрессии биомаркеров сепсиса наблюдался в головном мозге (25/258), а самый высокий — в легких, тимусе и мононуклеарных клетках периферической крови (96, 94 и 92 из 258 соответственно). В обеих моделях сепсиса наблюдались схожие профили транскрипции в тканях.

Чтобы изучить, насколько влияние сепсиса на ткани обусловлено цитокинами, авторы сравнили профили транскрипции у животных, которым вводили ЛПС и рекомбинантные цитокины IFN-γ, IL-1β, IL-6, IL-10, IL-18 и TNF. Цитокины вводили либо индивидуально, либо попарно в разных комбинациях (всего 15 пар). Во всех случаях возникали изменения в тканях: одиночные цитокины способствовали дифференциальной экспрессии от 14 генов (IL-10) до 431 (IL-1β), а парные комбинации — от 12 генов (IL-6 + IL-10) до 7083 (TNF + IL-18).

Было обнаружено сходство в экспрессии генов при введении ЛПС с некоторыми единичными цитокинами и комбинациями. В частности, комбинации TNF и IL-18, TNF и IFN-γ, TNF и IL-1β демонстрировали совпадение в регуляции генов (по сравнению с ЛПС) на 14,9–56,8%, 3,6–38,2% и 1,9–28,2% соответственно в зависимости от ткани. Эффекты комбинаций TNF плюс IL-18, IFN-γ или IL-1β охватывали высокую долю генов-биомаркеров сепсиса по сравнению с другими 12 протестированными парами цитокинов: 45,7% (118/258), 43,8% (113/258) или 32,6% (84/258) соответственно.

Нейтрализация TNF с помощью введения антител приводила к снижению количества генов, регулируемых ЛПС. Нейтрализующие антитела против TNF, IL-18, IFN-γ и IL-1β защищали мышей от сильного падения температуры тела при введении летальной дозы ЛПС. Кроме того, блокирование TNF или IL-1β приводило к 100%-му выживанию мышей, которым вводили летальную дозу ЛПС, тогда как блокирование IL-18 или IFN-γ позволило выжить части мышей.

На клеточном уровне введение ЛПС или парных комбинаций цитокинов способствовало снижению Т- и В-клеток в лимфоидных тканях (селезенке, тимусе и костном мозге). В тканях также наблюдалась активация макрофагов и накопление нейтрофилов.

Таким образом, исследование расширяет представление о молекулярных механизмах сепсиса, демонстрируя важную роль цитокинов и их комбинаций в развитии таких эффектов, как снижение температуры тела и повреждение тканей, а также в выживаемости. Авторы исследования показали, что относительная численность иммунных клеток регулируется парами цитокинов, а наибольшее влияние на клетки оказывает комбинация TNF и IL-18.

Применение антибиотиков способствует развитию сепсиса у недоношенных детей