Роль сурфактанту в хворобі легенів та захисті господаря від легеневих інфекцій

SeungHye Han

1 Медичний факультет, Центр передового лікування гострих травм легенів та

Рама К. Маллампаллі

1 Медичний факультет, Центр передового лікування гострих травм легенів та

2 Кафедра клітинної біології та фізіології Пітсбургського університету, Пітсбург, Пенсільванія; і

3 Спеціальна медична служба, Ветерани у Пітсбурзі, система охорони здоров’я, Пітсбург, штат Пенсільванія

Анотація

Встановлено, що легенева поверхнево-активна речовина зменшує поверхневий натяг на межі повітря-вода в альвеолах, тим самим запобігаючи руйнуванню цих структур в кінці закінчення. Таким чином, ПАР зменшує роботу, пов’язану з диханням. Хоча поверхнево-активна речовина та її поверхнево-активні властивості були виявлені порівняно на початку 20-х років (1), її компоненти та механізм дії почали з'ясовувати лише в 50-х роках минулого століття Патле (2) та Клементс (3). Прорив Ейвері та Саїда допоміг визначити фундаментальне відкриття, яке пов'язує дефіцит легеневого сурфактанту з немовлятами, які померли від синдрому дихального дистрессу (РДС) (4). Дійсно, ці критичні результати допомогли забезпечити замісну терапію сурфактантом як підхід, який революціонізував лікування РДС. Однак протягом 1990-х років дослідники виявили кілька додаткових важливих біологічних властивостей цього поверхнево-активного матеріалу в області імунітету хазяїна проти мікробної інфекції та імуномодулюючої активності.

Склад і функція поверхнево-активної речовини

Склад

Легенева поверхнево-активна речовина складається переважно з фосфоліпідів та ключових білків (5). Ліпіди складають від 80 до 90% його молекулярної маси, серед яких найбільш поширеними є фосфатидилхолін, фосфатидилгліцерин та фосфатидилінозитол (рис. 1); зокрема, фосфатидилхолін становить приблизно 70% ліпідної частини ПАР, і він існує як відносно унікальна форма, відома як дипальмітоїлфосфатидилхолін (DPPC). Разом з білками ПАР DPPC забезпечує поверхневу активність ПАР (6–8). Решта типів ліпідів, включаючи фосфатидилсерин, фосфатидилетаноламін та сфінгомієлін, здається, присутні у відносно невеликих кількостях. Цей ліпідний склад добре зберігається серед хребетних (7).

легенів

Склад і функції ПАР. Поверхнево-активна речовина складається з 90% ліпідів і 10% білка. Вміст ліпідів містить переважно фосфоліпіди, зокрема дипальмітоїлфосфатидилхолін, який відповідає за біофізичну функцію ПАР. Великі гідрофільні білки, поверхнево-активні білки (SP) -A та SP-D, відіграють важливу роль у захисті господаря та імунній модуляції, тоді як SP-B та SP-C беруть участь головним чином у модулюванні біофізичних властивостей.

Поверхнево-активна речовина містить чотири асоційовані білки, білок поверхнево-активної речовини (SP) -A, SP-B, SP-C та SP-D. Два з цих білків, SP-A та SP-D, є гідрофільними, а інші - гідрофобними (9). SP-A та SP-D є членами сімейства вроджених імунних білків, які називаються колектинами (10, 11). Ці білки мають спільну NH2-кінцеву область, подібну до колагену, та С-кінцевий домен лектину, який пов'язує вуглеводи залежно від кальцію. Місця зв'язування цих доменів лектину знаходяться на бактеріальних та вірусних поверхнях (12), і це частково відповідає за роль, яку колекеїни відіграють у вродженому та адаптивному імунітеті.

Білки гідрофобних ПАР, SP-B та SP-C, зберігаються та секретуються разом з фосфоліпідами ПАР (13, 14). SP-B - незамінний білок, який відіграє роль у підвищенні поверхнево-натяжних властивостей поверхнево-активної речовини (14), а також має певну антимікробну активність (15–17). Роль SP-C, одного з найбільш відомих гідрофобних пептидів, невизначена, але його високий ступінь збереження серед видів свідчить про інтегральну функцію (17).

Компоненти ПАР синтезуються в основному клітиною альвеолярного типу II, яка продукує ліпіди ПАР та білки ПАР (5, 18), та клітиною клубових дихальних шляхів, яка синтезує білки ПАР SP-A, SP-B та SP-D (19– 21) (Малюнок 2).

Життєвий цикл ПАР - синтез, секреція та переробка. Клітини альвеолярного типу II, які покривають близько 7% поверхні альвеолярного епітелію, в основному відповідають за виробництво сурфактанту за допомогою харчових субстратів (1). Поверхнево-активна речовина синтезується в ендоплазматичному ретикулумі (ER) (2) клітин альвеолярного типу II і транспортується до Гольджі (3) для подальшої модифікації. Більшість компонентів ПАР зберігаються в пластинчастих тілах (4) доти, поки вони не виділяться в рідку гіпофазу на альвеолах шляхом екзоцитозу (5). Поверхнево-активна речовина утворює решітчасту структуру, що називається трубчастим мієліном (6), яка транспортується до межі розділу повітря - рідина, утворюючи моношар плівки ПАР (7). Фосфоліпіди або внутрішні, і деградуються макрофагами (8), або повертаються назад до клітин типу II для повторного використання (8 ′). Зверніть увагу, що поверхнево-активний білок (SP) -A, SP-B та SP-D також синтезується в клубових клітинах в термінальних бронхіолах.

Функція

Основні функції ПАР полягають у наступному: (1) зниження поверхневого натягу на межі повітря-рідина і, таким чином, запобігання альвеолярному колапсу в кінці, (2) взаємодія та подальше вбивство патогенів або запобігання їх розповсюдженню, і (3) модулюючі імунні відповіді.

Різка зміна площі поверхні альвеол протягом дихального циклу диктує, що поверхневий натяг альвеол повинен бути менше 2 мН/м на кінці видиху, щоб запобігти альвеолярному колапсу (22). Ця критична функція поверхнево-активної речовини досягається завдяки підтримці плівки, сильно збагаченої DPPC, яка виробляє надзвичайно низький поверхневий натяг (табл. 1. Раніше вважалося, що компоненти поверхнево-активної речовини існують лише в легенях. Дослідження моделей тварин та досліджень людини показали, однак, що білки ПАР просочуються в судинний простір при пошкодженні альвеолокапілярних мембран (43–46). Важливо, що рівень білка ПАР, що циркулює, може мати клінічну корисність. результати вірусних інфекцій H1N1 (47), а інший показав, що рівні SP-A та SP-D підвищені у пацієнтів із легеневим фіброзом порівняно зі здоровими добровольцями (48).

Таблиця 1.

Рівні SP-A та SP-D від бронхоальвеолярного промивання при легеневій хворобі

Рівні SP-A Рівні SP-D Ліпідні рівні Посилання
RDS у новонароджених↓Не застосовується↓140–143
PAP↑↑↑144–146
ГРДС↓Не застосовується↓40, 147
IPF↓=↓145, 148–150
Саркоїдоз↑==145, 149, 151, 152
Бактеріальна пневмонія↓Не застосовується↓153, 154
Курці↓↓=155, 156
Астма↓Не застосовується=157