Нейровоспаление при билирубиновой нейротоксичности

Key words: neonate, hyperbilirubinemia, neurotoxicity, neuroinflammation, microglia, astrocyte.

неонатальный гипербилирубинемия билирубиновый нейротоксичный

Билирубин избирательно поражает клетки мозга в определенных зонах, таких как базальные ганглии, ядро ствола мозга, гиппокамп и мозжечок [37]. От этого "поражения" и произошло название "керниктерус" [38]. В связи с этим представляется важным выявить механизмы, лежащие в основе регионарной нейротоксичности билирубина. Возможно, это связано с различиями в поглощении билирубина, его клиренсе или чувствительности клеток. Тем не менее требуются дополнительные исследования. В настоящем обзоре описаны полученные к настоящему времени результаты изучения местного нейровоспаления. Одноклеточный анализ выявляет регионально - зависимую гетерогенность микроглии и астроцитов [39-41]. Активация микроглии и астроцитов, индуцированная липополисахаридом, зависит от региона мозга [42,43]. Активация микроглии и повышение уровня цитокинов наблюдаются в пораженных билирубином областях мозга in vitro [44]. Активация микроглии и астроцитов избирательно локализуется в зонах, более пораженных билирубином у керниктерусных мышей [45,46]. Анализ экспрессии полногеномных генов показал, что в слуховом пути у керниктерусных мышей наблюдается значительное повышение экспрессии генов NF-kB и S100A8 [47]. Протеомный анализ мозговых оболочек мышей с желтухой Ugtl выявил восемь измененных белков, шесть из которых относятся к пути p38 митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) [48]. Этот путь участвует в регуляции биосинтеза воспалительных цитокинов [49]. Присутствие монооксигеназ цитохрома P450 (CYPs) является одним из возможных объяснений различного влияния билирубина на нижнюю (восприимчивую) и верхнюю (устойчивую) колликулу у крысы с керниктером Ганна [50]. В другом исследовании сообщается, что уровень IL-1в, индуцируемого билирубином, значительно выше в задней, чем в верхней колликуле у крысы с керниктером Ганна [44].

Интрацеребровентрикулярное введение IL-ip препятствует экспрессии CYPs (CYP1A) в мозге крыс. Таким образом, можно предположить, что IL-10 может вызывать региональнос пецифическую билирубиновую токсичность, регулируя активность CYPs в мозге. Эти данные свидетельствуют о том, что пространственная вариабельность реакции глиальных клеток может быть одним из факторов, способствующих региональной специфичности билирубиновой нейротоксичности. Однако вопрос о том, является ли нейровоспаление инициирующим или вторичным по отношению к региональному билирубиновому повреждению, а также является ли регионально-зависимая гетерогенность глиальных клеток фактором, способствующим региональной билирубиновой нейротоксичности, остается неизвестным. Влияет ли нейровоспаление на продолжительность билирубинового инсульта и как меняется нейровоспалительная реакция на разных этапах нейроразвития в конкретном регионе, требует дальнейшего изучения.

Инь-Ян свойства нейровоспаления при билирубиновой нейротоксичности

Билирубин выполняет двойную роль - токсическую и терапевтическую, так называемые инь-ян свойства. У новорожденных он считается нейротоксином, так как высокая частота тяжелой гипербилирубинемии в итоге приводит к неврологической дисфункции. С другой стороны, малое количество билирубина обладают терапевтическим потенциалом в отношении различных заболеваний, таких как аутоиммунный энцефаломиелит и ишемически-реперфузионное повреждение. Наиболее распространенная теория гласит, что умеренный уровень билирубина может быть полезен, в то время как избыточный билирубин токсичен. Однако механизмы, лежащие в основе противоположных эффектов, остаются неизвестными. В настоящее время рассматриваются две стороны нейровоспаления в патогенезе билирубиновой нейротоксичности.

Микроглия -- это подвижные клетки, исследующие среду мозга. При вторжении в мозг или инсульте микроглия быстро переходит в различные функционально перекрывающиеся фенотипы, оказывая нейропротекторное и нейротоксическое действие. Фагоцитарная микроглия является первыми клетками, активирующимися при билирубиновом инсульте, в попытке защитить нейроны от повреждения путем подавления воспалительной реакции, очистки от вредных веществ и удаления клеточного мусора. Этот тип активации является преходящим и со временем снижается. В противоположность этому на поздней стадии билирубиновой токсичности увеличивается количество провоспалительных микроглий, которые вызывают гибель нейронов за счет секреции воспалительных цитокинов, хемокинов, протеаз и других токсических веществ.

Микроглия двух типов не является категорически "плохой" или "хорошей". Провоспалительные микроглии могут предотвращать инфекцию, вырабатывая воспалительные цитокины, и разлагать отмирающие нейроны, способствуя фагоцитозу. С другой стороны, избыток фагоцитирующих микроглий может приводить к нарушению восстановления тканей. В данном случае предполагается, что баланс подтипов микроглии может быть одним из механизмов нейропротекторного действия билирубина.

В зависимости от свойств микросреды астроциты могут активироваться и проявлять различные фенотипы, оказывая либо нейротоксическое, либо нейропротекторное действие. Реактивные астроциты могут повышать секрецию провоспалительных цитокинов, таких как TNF-a, IL-1fi и IL- 18, и снижать продукцию IL-6 в ответ на билирубин in vitro.

Билирубин активирует в астроцитах in vitro домен изоляции, богатый лейциновыми повторами и пириновый домен, содержащий 3 (NLRP3) инфламмасомы, NF-kB и митоген-активированную протеинкиназу (MAPK). Билирубин вызывает гибель астроцитов в результате пироптоза - воспалительной формы запрограммированной клеточной смерти. Эти данные свидетельствуют о том, что реактивные астроциты токсичны в отношении билирубинового инсульта, поскольку продуцируют избыточное количество провоспалительных цитокинов. Имеются ограниченные сведения о том, что астроциты оказывают защитное действие при билирубиновом повреждении. В модели совместной культуры астроциты предотвращают дисфункцию и гибель нейронов, вызванную билирубином. Действительно, реактивные астроциты могут секретировать противовоспалительные цитокины и нейротрофические факторы, брать на себя фагоцитоз в отсутствие микроглии и, таким образом, оказывать благоприятное воздействие при заболеваниях ЦНС.

Билирубин также индуцирует аутофагию через рапамицин-стресс эндоплазматического ретикулума-протеинкиназу С(mTOR/ER-stress/PKC)/ кальциевую сигнализацию в астроцитах, оказывая цитопротекторное действие. Низкие дозы билирубина способствуют повышению регуляции и перераспределению ассоциированного с множественной лекарственной устойчивостью белка 1 (MRP1), защищая астроциты от цитотоксического воздействия.

Реактивные формы кислорода (ROS) выступают в качестве центральных регуляторов воспалительной сигнализации. В зависимости от концентрации РОС могут быть как защитными, так и разрушительными. Умеренное количество ROS служит физиологическим сигналом в клетках, а избыточное - разрушительным, приводящим к гибели клеток. Билирубин может оказывать как антиоксидантное, так и прооксидантное действие в зависимости от концентрации. Механизмы поглощения билирубином ROS могут включать соединение с кислородными радикалами, ингибирование активации никотинамид-аденин-динуклеотид-фосфат-оксидазы 4 (NOX4) и активацию пути ядерного фактора эритроидного 2-родственного фактора 2 (Nrf2). Для лечения ROS-опосредованных заболеваний были разработаны нанопрепараты билирубина. Кроме того, во многих работах сообщается о прооксидантных свойствах билирубина. Билирубин усиливает клеточный окислительный стресс, вызванный кислородно-глюкозной депривацией в органотипических срезах гиппокампа. Окислительный стресс, индуцированный свободным билирубином, по-видимому, вызывает повреждение ДНК in vitro. Клинические исследования у младенцев показывают противоречивые результаты. В одних исследованиях показано, что повышенный билирубин усиливает окислительный стресс, в других - что повышенный билирубин либо отрицательно влияет на окислительный стресс, либо не влияет вообще.

Таким образом, двойная роль микроглии, астроцитов и ROS может способствовать возникновению билирубинового инь-янь влияния.

Нейровоспаление на границе "кровь-мозг" при билирубиновой нейротоксичности

Под ГЭБ понимаются структурные и функциональные барьеры, отделяющие мозг и ЦСЖ от крови. Барьер служит первой линией защиты, препятствующей проникновению билирубина в мозг. Здесь рассматривается вклад нейровоспаления в повреждение ГЭБ при билирубиновой нейротоксичности.

Влияние билирубина на эндотелиальные клетки зависит от концентрации и времени. Длительное воздействие высоких уровней билирубина приводит к гибели эндотелиальных клеток, секреции матриксного металлопротеина (ММП)-9 и ММП-2 и повышению проницаемости клеток. Эти изменения еще более усиливаются в эндотелиальных клетках, совместно культивированных с астроцитами. Провоспалительные цитокины могут вызывать дисфункцию эндотелия головного мозга. Эти данные в совокупности указывают на то, что нейровоспаление, индуцированное билирубином, ускоряет разрушение эндотелиальных клеток.

Астроциты покрывают 99% нейрососудистой сети и играют важную роль в регуляции функций ГЭБ. Реакция астроцитов на билирубин была рассмотрена в предыдущих разделах. Влияние билирубина на аквапорин 4, который высоко экспрессируется в астроцитах, пока не исследовалось.

Перициты встроены в базальную пластинку и выполняют разнообразные функции в нейрососудистом аппарате. Билирубин индуцирует секрецию эндотелиальной синтазы оксида азота, IL-6 и фактора роста эндотелия сосудов перицитами и приводит к потере жизнеспособности клеток и апоптозу перицитов in vitro.

Активную роль в элиминации билирубина из мозга играют транспортеры и ферменты, связанные с ГЭБ. Транспорт и метаболизм билирубина в ГЭБ рассмотрены в работе Gazzin et al В микрососудах повышается уровень Р-гликопротеина, а в хориоидном сплетении желтушной крысы Гунна снижается уровень MRP-1. Сообщается, что в гиппокампе младенца с керниктером при вскрытии повышается уровень Р -гликопротеина и MRP-1. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что билирубин влияет на экспрессию транспортеров в ГЭБ. Провоспалительные цитокины повышают экспрессию АВС-транспортеров, Р-гликопротеина и MRP-1 и понижают экспрессию цитохром Р450-оксигеназы (CYPs) в мозге.

В совокупности активизация нейровоспаления может приводить к повреждению структурных клеток, повышению регуляции транспортеров и снижению регуляции CYPs на ВМК при билирубиновой токсичности (рис. 2). Нарушение структурных клеток ГЭБ может способствовать проникновению билирубина в мозг, а повышение уровня транспортеров в ГЭБ - его эффлюксу. Однако при достижении определенной степени повреждения ГЭБ польза от повышения уровня транспортеров становится незначительной.

Лечение билирубиновой нейротоксичности, направленное на устранение нейровоспаление

В настоящее время при билирубиновой нейротоксичности испытываются препараты, направленные на нейровоспаление. Основными мишенями этих препаратов в ослаблении билирубиновой токсичности являются провоспалительные цитокины, сигнальные пути, толл-подобные рецепторы и активированная микроглия. Противовоспалительная терапия позволила добиться частичного восстановления нейронов в клеточных культурах и на животных моделях, однако до настоящего времени ни один препарат не перешел в какую-либо фазу клинических испытаний.

Миноциклин - тетрациклин второго поколения, обладающий противовоспалительным действием в ЦНС. Миноциклин ингибирует p38MAPK и NFK в сигнальные пути, снижает уровень цитокинов, окислительного и ER-стресса, экспрессию толл-подобного рецептора 2 (TLR2), предотвращает активацию микроглии и цитокинов, тем самым защищая мозг от нейротоксичности билирубина. Помимо миноциклина, нейропротекторное действие оказывают и многие другие препараты, регулирующие нейровоспалительный ответ после билирубинового повреждения, в том числе урсодезоксихолевая кислота кислота, кофеин, дексаметазон, байкалин, мелатонин, эритропоэтин и куркумин. Среди этих препаратов куркумин, обладая плейотропным действием, предотвращает 100% повреждение мозжечка у крысы Ганна с гипербилирубинемией. В настоящее время проводится множество клинических исследований по изучению действия куркумина при заболеваниях головного мозга, и в ряде из них были получены положительные результаты. Однако для дальнейшего изучения пользы куркумина при билирубиновой нейротоксичности необходимы дополнительные исследования.

Тем не менее, нейровоспаление не всегда вредно и может играть важную защитную роль в билирубин-индуцированной патологии и запускать репаративные механизмы, что может (отчасти) объяснить неэффективность противовоспалительной терапии при нейродегенеративных заболеваниях. Таким образом, предполагается, что иммуномодулирующая терапия, направленная на поддержание равновесия в системе нейровоспаления, может привести к лучшему результату в лечении билирубиновой энцефалопатии.

Заключение и перспективы

Нейровоспалительные реакции обусловливают клинические особенности билирубиновой нейротоксичности, включая возрастную зависимость, региональную специфичность и ее "инь-ян" свойства. Чрезмерно активное нейровоспаление может ускорять повреждение ВМК и тем самым способствовать поступлению билирубина в мозг. Для прецизионного лечения билирубиновой нейротоксичности могут быть полезны стратегии, направленные на сбалансированное нейровоспаление, а не только противовоспалительная терапия.

Не получены ответы на ряд вопросов. Какова пространственно - временная гетерогенность микроглии и астроцитов в патогенезе билирубиновой нейротоксичности? Перерастет ли индуцированная билирубином нейровоспалительная реакция в хроническую или устойчивую? Как следует управлять нейровоспалением для достижения положительных результатов при билирубиновой нейротоксичности?