Журнал «Здоровье ребенка» 4(19) 2009

Інтенсивні процеси лінійного росту в дітей обумовлюють підвищену увагу до нормального формування скелета, що лежить в основі профілактики порушень опорно-рухового апарату в педіатричній практиці. Проте кісткова тканина, будучи резервуаром неорганічних іонів (зокрема, кальцію) і забезпечуючи гемопоез, важлива не лише як скелетна система [1]. Вона розглядається як багатофункціональний орган, тісно пов’язаний з імунною системою, клітини якої з’являються в кістковому мозку і надалі заповнюють його [2]. Підтвердженням тісного зв’язку кісткової й імунної систем є той факт, що на лімфоцитах пацієнтів, які одержували паратгормон, була виявлена експресія генів, типових для остеобластів — лужної фосфатази, кісткових морфогенних протеїнів, колагену 1-го типу й інсуліноподібного фактору росту [3]. Автори цього відкриття обгрунтували можливість використовування лейкоцитів для оцінки ефективності остеотропної терапії як замінників остеобластів. Ці та інші спостереження послужили передумовою розвитку такого розділу імунології, як остеоімунологія. Висвітленню деяких наукових досліджень у даній галузі в дітей присвячений цей літературний огляд.

Генез і метаболізм

Вже в походженні та взаємовідношенні клітинних елементів і механізмів міжклітинної взаємодії простежується чіткий зв’язок кісткової й імунної систем [4]. Остеобласти походять із мезенхімальних стовбурних клітин, тоді як остеокласти розвиваються з гемопоетичних гранулоцитарно-макрофагальних попередників, продукуючи ті ж цитокіни, що й моноцити. Для стимуляції активності остеокластів остеобласти продукують інтерлейкін-6 (ІЛ-6), що при деяких захворюваннях, які характеризуються підвищенням рівня цього цитокіну (множинна мієлома, ревматоїдний артрит), посилює процеси резорбції кістки [5]. У продукцію остеокластів також залучений ІЛ-1, що початково підвищуює кількість мононуклеарів у кістковому мозку [6]. У дітей з остеопорозом встановлено підвищення рівня ІЛ-6, який, як і ІЛ-1, бере участь у зниженні кісткової маси [7]. Остеокластогенез також посилюється через ефекти ІЛ-17 [8].

Диференціювання остеокластів із мієлоїдних попередників індукується активованими Т-лімфоцитами [9]. Вони ж здійснюють і подальшу активацію остеокластів [10]. Циркулюючі Т-лімфоцити продукують такі цитокіни, як остеопротегерин і інтерферон-γ (ІФН-γ), що порушує кістковий метаболізм, призводячи до зниження мінеральної щільності тканини [11]. Цьому суперечать дані інших дослідників, згідно з якими ІФН-γ пригнічує остеокластогенез [12] і має захисний ефект щодо кісткової деструкції [13]. Остеопротегерин як антиостеокластогенний фактор підвищує продукцію IgM, IgG і IgE проти Т-залежних антигенів і IgM проти Т-незалежних антигенів [14]. Отже, не викликає сумнівів, що фактори активації Т-клітин безпосередньо беруть участь у регуляції процесів резорбції й формування кістки [15] і при цьому самі залежать від обміну кальцію [16].

Цитокіни, що індукують диференціювання Т-хелперів 1-го типу, такі як ІЛ-12 [17] і ІЛ-18 [18], пригнічують остеокластогенез. Проте встановлено, що ІЛ-4 [19] і ІЛ-10 [20], хоча і є цитокінами 2-го типу, також пригнічують остеокластогенез.

Позитивний вплив Т-клітин на остеокластогенез, можливо, спостерігається в певних обмежених умовах, оскільки Т-клітинна регуляція диференціювання остеокластів залежить від експресованих цитокінів [21]. Наприклад, деякі автори вказують, що в умовах підвищеної антигенної презентації ІФН-γ, ІЛ-12 і ІЛ-18 посилюють остеокластогенез [22, 23], і поки не зрозуміло, як цей процес регулюється [24]. Висунуто припущення, що це здійснюється за рахунок придушення реакції попередників остеокластів на цитокіни (ІФН-γ, ІЛ-4) [25, 26].

Остеокластогенез пригнічується ІФН-β, що синтезується в попередниках остеокластів. Встановлено, що, хоча інтерферони 1-го типу є переважно антивірусними факторами, їх система бере участь і в остеоімунологічній регуляції [27].

Важливу роль у розвитку втрат кісткової тканини відіграє фактор некрозу пухлини α (ФНП-α) [28]. Він активує остеокласти [29], пригнічує формування кістки та сприяє кістковій резорбції через механізми, подібні до стероїдіндукованого остеопорозу [30]. Отже, активація ФНП-α асоційована з підвищенням ризику розвитку остеопорозу [31]. В умовах естрогенового дефіциту продукований Т-клітинами ФНП-α бере участь у руйнуванні кістки [32]. Показово, що зниження вмісту прозапальних Тh1-цитокінів (ІЛ-1, ІЛ-6, ФНП-α), молекул адгезії призводить до захисту від втрати кісткової маси [33].

Вищенаведені дані демонструють тісний клітинно-гуморальний зв’язок між процесами імуно- й остеогенезу. Природжений або набутий дисбаланс нейроімунно-ендокринних реакцій здатний змістити тканинний гомеостаз у цих системах, призводячи до вторинних порушень їх функціонування (пригнічення або гіперактивації).

Запальний процес

Одним з очевидних маркерів подібного неблагополуччя з боку імунної системи є наявність рецидивуючих і хронічних запальних захворювань, у тому числі автоімунних. Вже виходячи зі способу життя дітей із хронічними захворюваннями — зменшення часу знаходження на сонячному світлі, використання ліків — можна сказати, що у них є підвищений ризик розвитку остеопенії, при цьому у всіх був встановлений вірогідний дефіцит холекальциферолу — 25(ОН)D [34].

Виявлено, що в дітей із хронічним запальним процесом у кишечнику має місце зниження мінералізації кістки, яке не зменшується навіть при клінічному одужанні, що вимагає зараховувати таких пацієнтів у групу ризику з розвитку остеопорозу [35]. При цьому інфікованість дітей Helicobacter pylori не впливає на вміст маркерів кісткового метаболізму [36].

У 73,3 % дітей 4–15 років із хронічним бронхітом і у 42,9 % дітей із рецидивуючим бронхітом при денситометрії виявлено остеопенію або остеопороз при нормальних рівнях кальцію і фосфору в крові [37]. За даними І.С. Сміян і С.О. Погурської (2004), зниження мінеральної щільності кістки (МЩК) має місце у 76,6 % дітей 5–15 років із хронічним бронхітом і у 57,2 % дітей із рецидивуючим бронхітом [38].

На зв’язок остеопенічних процесів із запаленням вказує те, що остеопороз може розвиватися при порушенні імунної толерантності до вазоактивного нейропептиду — протеїну, що бере участь у нейрогенному запаленні і пов’язаному з геном кальцитоніну [39]. Більше того, ліпооксигенази, що утворюються і беруть участь у процесі запальної реакції, також призводять до остеопорозу [40].

При іншому типі запальної реакції — системному автоімунному процесі у дітей (системний червоний вовчак, ювенільний дерматоміозит, системні васкуліти, хвороби сполучної тканини) — мінеральна щільність кістки знижується, чому, поза сумнівом, разом із запальним процесом сприяє стероїдна терапія, що проводиться [41, 42]. Подібні процеси призводять до зниження росту дітей із ревматичними хворобами [43], ревматоїдним артритом [44].

Ефекти терапії

Враховуючи такі тенденції в патогенезі імунних і кісткових порушень, цілком природно, що імуно- й остеотропна терапія здатна взаємообумовлено впливати на остеоімунологічні процеси. Так, отримані непрямі дані, що використовування ІФН-β збільшує МЩК стегнової кістки, сироваткові рівні ІЛ-2, ІЛ-6, ІЛ-8, паратгормону і С-телопептидів колагену 1-го типу в дітей з гепатитом В порівняно зі здоровими [45].

У дітей 6–18 років з ідіопатичним остеопорозом, у яких були виявлені підвищені рівні ІЛ-6 і рецепторів до них, незначне підвищення ІЛ-1β і ІЛ-1α, зворотна кореляція між ІЛ-6 і МЩК хребта, пряма кореляція між ІЛ-1α і паратгормоном після проведеного лікування підвищення МЩК супроводжувалося паралельним зниженням числа рецепторів до ІЛ-6. На думку авторів, ці результати знову доводять участь ІЛ-6 в етіопатогенезі остеопорозу, при тому що участь ІЛ-1 визначається лише як часткова [7].

У пацієнтів із ревматоїдним артритом терапія антитілами анти-ФНП-α пригнічує руйнування кістки, оскільки ФНП-α (більшою мірою), ІЛ-1 і ІЛ-6 здатні посилювати деструкцію кісткової тканини при запаленні [46].

Позитивні результати, отримані в галузі імунології, коли імунотропна терапія покращує стан кісткової тканини, привертають усе більшу увагу фахівців до оцінки впливу остеотропної терапії на імунні процеси. З огляду на імунні ефекти такої терапії особливого значення набувають дані, отримані при дослідженні ролі вітаміну D, які відкривають нові горизонти нутритивної імунології і вітамінотерапії.

Вітамін D

Для нормального функціонування імунної системи потрібне адекватне надходження мікронутрієнтів. Їх дефіцит пригнічує природжену, Т-клітинну й адаптивну гуморальну імунну відповідь. Мікронутрієнти сприяють природному захисту організму на рівні трьох фізичних бар’єрів — шкіра/слизові, клітинний імунітет і продукція антитіл. Вітаміни А, С, Е і цинк допомагають підвищувати бар’єрну функцію шкіри. Вітаміни А, В₆, В₁₂, С, D, Е, фолієва кислота, залізо, цинк, мідь і селен працюють у синергізмі із захисною активністю імунних клітин. Всі ці елементи, за винятком вітаміну С і заліза, необхідні для продукції антитіл [47]. Встановлено, що дефіцит цинку, вітамінів А і D знижує функцію натуральних кілерів, а додавання цинку або вітаміну С її посилює [48].

Природжена імунна відповідь спрямована на швидке реагування проти бактерій, вірусів, грибів і паразитів. Головний компонент цієї системи представлений різними комбінаціями катіонних протимікробних пептидів, що включають дефенсини і кателіцидини. Активна форма вітаміну D — 1,25(OH)₂D₃ — індукує експресію гена кателіцидину і таким чином виступає в ролі регулятора природженого імунітету [49]. Вітамін D, що утворюється в епідермісі під дією ультрафіолетового проміння, лежить в основі імуносупресії, індукованої ультрафіолетом [50]. Відповідно, порушення сприйнятливості тканин до вітаміну D призводить до змін в імунітеті [51]. Так, останнім часом з’явилися дослідження про захисну імунорегуляторну роль вітаміну D [52–54], при цьому він сам розглядається як цитокін [55].

Вітамін D здатний справляти вплив як на природжений (макрофаги), так і на набутий (дендритні клітини) імунітет [56]. На клітинах, залучених в імунну відповідь, знайдені рецептори до вітаміну D, а активовані дендритні клітини є його продуцентами [57]. Сам вітамін D, у свою чергу, регулює проліферацію й апоптоз дендритних клітин і Т-хелперів [58].

Рецептори до вітаміну D знайдені на Т-лімфоцитах і макрофагах, а особливо високою є їх концентрація в незрілих клітинах у тимусі і зрілих CD8. За умови нормального рівня споживання кальцію вітамін D розцінюється як селективний імуносупресор. Він стимулює продукцію ІЛ-4 і пригнічує прозапальний Т-клітинний імунітет [59]. Подібну дію має й активний метаболіт 1,25-(ОН)₂D₃ [60].

У макрофагах знайдений зв’язуючий вітамін D протеїн [61]. В активованому стані дані клітини продукують 1α,25(ОН)₂D₃ і експресують рецептори до вітаміну D. Ефектом 1α,25(ОН)₂D₃ є посилення імунної відповіді, асоційованої з CD4+ Th2-типу, що може бути використано в ролі вакцинного ад’юванта для гуморальної ланки імунітету [62].

Рецептори до вітаміну D також експресують: В-лімфоцити, інфіковані вірусом Епштейна — Барр, антигенпрезентуючі клітини й активовані лімфоцити. У таких умовах імунотропність вітаміну D змінюється. Його біоактивний метаболіт починає пригнічувати продукцію антитіл і проліферацію Т-клітин із диференціюванням у Th2-фенотип [63].

Як видно з вищенаведених даних, вітамін D бере активну участь у природженій імунній відповіді й особливо інкорпорований з макрофагами, з якими він зв’язаний через Toll-like-рецептори (TLR) [64]. Макрофаги синтезують кальцитріол — 1,25(ОН)₂D₃ у відповідь на сигнали через свої TLR, забезпечуючи тісний зв’язок вітаміну D з лімфоцитами, природженим і адаптивним імунітетом [65].

Структури TLR являють собою ранню захисну систему, що здатна швидко презентувати організму мікробні компоненти. Як індуктори запалення TLR є діючими учасниками сепсису й автоімунних захворювань. Встановлено, що 1,25(OH)₂D₃ є супресором TLR у моноцитах [66]. Через TLR вітамін D здатний справляти антимікробну дію на внутрішньоклітинні бактерії [67]. Отже, 1,25(ОН)₂D₃ відіграє роль у посиленні природженого імунітету шляхом підвищення експресії антимікробних пептидів і сприяння розпізнаванню мікробних компонентів через TLR2-рецептори [68].

При дефіциті вітаміну D пригнічується макрофагальна запальна відповідь і поліморфно-нуклеарні лейкоцити в кістковому мозку, що коректується тільки використовуванням 1,25(ОН)₂D₃ [69]. У такій ситуації цілком природно, що недостатність активного вітаміну D призводить до імунних дисфункцій [70].

Так, у дітей 2–3 років, які часто хворіють на ГРВІ, спостерігаються зниження сироваткової концентрації 25(ОН)D₃ і 1,25(ОН)₂D₃, а також кальцію, фосфору й активація лужної фосфатази [71]. Пацієнти з низьким рівнем 25(ОН)D₃ у крові частіше хворіють на ГРВІ [72]. Дефіцит вітаміну D посилює схильність дітей до захворювання на респіраторні інфекції, а дія ультрафіолетової радіації може служити профілактикою ГРВІ в дітей. Кальцитріол попереджає надмірну експресію запальних цитокінів і підвищує силу оксидантного вибуху макрофагів [73]. Недостатність вітаміну D корелює з високою сприйнятливістю до інфекцій, послаблює місцевий природжений імунітет і призводить до дефектів антигенспецифічної імунної відповіді, оскільки вітамін D відіграє важливу роль у підтримці Th2-цитокінового протизапального профілю [74]. Активний метаболіт 1,25(ОН)₂D₃ посилює бар’єрні антимікробні властивості шкіри [75].

Є дані про те, що при туберкульозі, стимулюючи природжений імунітет, вітамін D здатний справляти захисну дію [76], оскільки він і його рецептор є важливими регуляторами запалення в легенях [77]. Хоча в іншому дослідженні роль вітаміну D у підвищенні протитуберкульозного імунітету не була підтверджена [78].

Участь вітаміну D в генезі запального процесу доповнюється тим, що він займає важливе місце в розвитку автоімунних захворювань. Встановлений прямий і непрямий зв’язок між регуляцією розвитку Т-клітин і функцією вітаміну D. За його відсутності разом із сигналами через рецептор вітаміну D розвиваються автореактивні Т-клітини. У присутності ж вітаміну D і функціонуючого рецептора баланс Т-клітин відновлюється [79]. Тобто низький рівень вітаміну D асоційований з розвитком Th1-обумовленого автоімунного процесу [80]. За принципом зворотного зв’язку вітамін D бере участь у паракринній регуляції запалення й посиленні диференціювання CD4, підвищенні функції Т-супресорних клітин. Активні форми вітаміну D індукують імунну толерантність [81].

З огляду на такі характеристики вітаміну D перспективним є його застосування для терапії імунообумовлених захворювань [82], надаючи особливу увагу його протизапальному ефекту [83].

Терапевтичне застосування вітаміну D пригнічує Тh-1- і індукує Тh-2-фенотип, пригнічує активність ФНП-α [84]. Поза сумнівом, важливим є те, що вітамін D інгібує ФНП-α, який є ключовим фактором запалення [85]. Активний метаболіт кальцитріол справляє на ФНП подібні ефекти [86]. Вітамін D пригнічує синтез ІЛ-12 і ІФН-γ [87], підвищує рівні ІЛ-4 і ІЛ-12 [88]. У той же час у дослідженні B.D. Mahon et al. (2003) показано, що застосування вітаміну D вірогідно не впливає на ФНП-α, ІФН-γ і ІЛ-13, підвищує сироватковий рівень трансформуючого фактора росту, а вміст ІЛ-2 знижує невірогідно [89].

Використання 1,25(OH)₂D₃ пригнічує активацію Т-клітин і індукує регуляторні Т-клітини [90], посилюючи протизапальну відповідь через систему ІЛ-10 [91].

Отже, вітамін D має як імунорегуляторний, так і модулюючий ефект [92, 93] завдяки своїй протизапальній імунній активності і частково підвищує функціональну спроможність регуляторних Т-клітин [94].

Незважаючи на здатність вітаміну D справляти ефект проти автоімунного запалення, при інших імунообумовлених захворюваннях (експериментальна астма і посилення імунітету до інфекційних збудників) він неефективний. Тобто ефект дефіциту вітаміну D на імунну функцію парадоксальний, і він є селективним регулятором імунної системи, дія якого залежить від природи захворювання. Безперечним важливим додатковим фактором, що визначає імуноактивність вітаміну D, є достатня кількість кальцію в дієті [95].

Отже, зараз стало очевидним, що кісткова й імунна системи тісно пов’язані, і нові дослідження в галузі остеоімунології дозволяють оптимізувати пошук терапії як імунних, так і кісткових порушень, що зараз складно лікуються.