Микробы, связанные с астмой - Asthma-related microbes
Хроническая микоплазменная пневмония и хламидийная пневмония связаны с началом и обострением астмы . Эти микробные инфекции приводят к хроническому воспалению нижних дыхательных путей , нарушению мукоцилиарного клиренса, увеличению слизистой и, в конечном итоге, к астме. Кроме того, дети, которые в раннем возрасте переболели тяжелыми вирусными респираторными инфекциями, имеют высокую вероятность заболеть астмой позже в детстве. Эти респираторные респираторные инфекции чаще всего вызываются респираторно-синцитиальным вирусом (RSV) и риновирусом человека (HRV). Хотя инфекции RSV повышают риск астмы в раннем детстве, связь между астмой и RSV уменьшается с возрастом. ВСР, с другой стороны, является важной причиной бронхиолита и тесно связана с развитием астмы. У детей и взрослых с установленной астмой вирусные инфекции верхних дыхательных путей (URI), особенно инфекции HRV, могут вызывать обострения астмы. Таким образом, Chlamydia pneumoniae , Mycoplasma pneumoniae и риновирусы человека представляют собой микробы, которые играют важную роль в неатопической астме.
Астма
Согласно Герцену (2002), общей характеристикой пациентов с астмой является наличие эпителиальных клеток, которые реагируют на повреждение, повышая способность продуцировать провоспалительные и профиброгенные цитокины, вместо восстановления поврежденного эпителиального слоя. В результате воспаление и связанный с ним процесс заживления приводят к образованию рубцов и ремоделированию тканей, что является симптомом, который можно обнаружить почти у всех пациентов с астмой. Таким образом, астма - это хроническое воспалительное заболевание дыхательных путей. Астма делится на две подгруппы: атопическую (внешнюю) и неатопическую (внутреннюю). Атопическая подгруппа тесно связана с семейным анамнезом заболевания, в то время как неатопическая подгруппа возникает во взрослом возрасте и не является наследственной. Известно, что неатопическая астма имеет более тяжелое клиническое течение, чем атопическая астма. Неатопическая астма может быть вызвана хроническими вирусными, бактериальными инфекциями или колонизацией патогенными бактериями.
Ассоциированные микроорганизмы
Chlamydophila pneumoniae
Общие описания
Chlamydophila pneumoniae , ранее известная как Chlamydia pneumoniae , - это бактерия, принадлежащая к типу Chlamydiae, отряду Chlamydiales и роду Chlamydophila . Он палочковидный и грамотрицательный. Он имеет характерное грушевидное элементарное тело (EB), окруженное периплазматическим пространством, что делает его морфологически отличным от круглых EB C. trachomatis и C. psittaci . C. pneumoniae неподвижна и использует аэробное дыхание. Как облигатная внутриклеточная бактерия C. pneumoniae является паразитическим и мезофильным.
Биологические взаимодействия с хозяином
C. pneumoniae способна расти в моноцитах, макрофагах, эндотелиальных и гладкомышечных клетках. Он реплицируется в цитоплазме клетки-хозяина. Из-за того, что у него нет способности синтезировать собственный АТФ, он полностью зависит от энергии, производимой их хозяином. Повторное заражение хозяина C. pneumoniae является обычным явлением, поскольку иммунитет к памяти, вызываемый C. pneumoniae , кратковременен и частичен. Кроме того, инфекция C. pneumoniae, как правило, сохраняется из-за IFN-γ, пенициллина и дефицита питательных веществ. Эти недостатки не позволяют C.pneumoniae завершить свой нормальный цикл развития, что приводит к образованию аберрантных, неинфекционных C. pneumoniae, которые сохраняются в организме человека-хозяина. Инфекция C. pneumonia может быть не только стойкой и хронической, но также иметь необратимое повреждение тканей и процессы рубцевания, которые являются симптомами у пациентов с астмой. Инфекция C. pneumoniae вызывает как гуморальный, так и клеточный иммунный ответ. Среди этих двух иммунных ответов клеточно-опосредованный иммунный ответ, который включает в себя, в частности, CD8 + Т-клетки, имеет решающее значение для искоренения C. pneumoniae , тогда как гуморальный иммунный ответ, по-видимому, довольно неэффективен для защиты от инфекции C. pneumonia. Фактически, CD8 + Т-клетки настолько важны, что, если они отсутствуют в организме хозяина, инфекция C. pneumonia будет быстро прогрессировать. Хотя клеточный иммунный ответ отвечает за выведение C. pneumoniae , этот ответ может быть вредным для хозяина, поскольку способствует развитию воспаления, которое может привести к астме.
Роли при астме
Существует сильная связь C. pneumoniae с давней астмой среди неатопической астмы по сравнению с атопической астмой. Фактически, тяжесть астмы может быть определена по повышенным титрам C. pneumoniae , но не других потенциальных патогенов, таких как Mycoplasma pneumoniae , аденовирус, грипп A и B или вирус парагриппа. Предполагается, что C. pneumoniae связана с астмой, поскольку было обнаружено, что C. pneumoniae вызывает цилиостаз в эпителиальных клетках бронхов. Между тем, сероэпидемиологические данные также подтверждают, что C. pneumoniae играет роль в развитии астмы, усиливая воспаление и провоцируя процесс заболевания. Связь C. pneumoniae и астмы начинается с того, что C. pneumoniae продуцирует белки теплового шока массой 60 кДа, которые обеспечивают длительную антигенную стимуляцию. Этот конкретный белок теплового шока известен как член семейства стрессовых белков hsp60, который можно найти как у эукариот, так и у прокариот. Производство hsp60 остается неизменным, даже когда C. pneumoniae находится в спящем состоянии и не реплицируется, поскольку этот hsp60 служит защитным антигеном. Его антигенная стимуляция сильно усиливает хроническое воспаление за счет увеличения выработки провоспалительных цитокинов, фактора некроза опухоли (TNF) -α, интерлейкина (IL) -1β, IL-6 и IFN-γ инфицированными клетками, что в конечном итоге приводит к иммунопатологическому повреждению тканей и рубцевание астматических легких. Кроме того, инфекция C. pneumonia также вызывает ответы сывороточного иммуноглобулина M (IgM), IgA и IgG, которые связаны с хронической астмой.
Mycoplasma pneumoniae
Общие описания
M. pneumoniae - это бактерия, которая принадлежит к типу Firmicutes, классу Mollicutes, отряду Mycoplasmatales и семейству Mycoplasmataceae. Он либо нитевидный, либо сферический. Отдельные веретеновидные клетки M. pneumoniae имеют длину от 1 до 2 мкм и ширину от 0,1 до 0,2 мкм. M. pneumoniae - подвижная мезофильная бактерия, которая проявляет облигатное аэробное дыхание. Это внеклеточная бактерия, ассоциированная с хозяином, у которой отсутствует клеточная стенка и которая не может выжить вне хозяина из-за осмотической нестабильности в окружающей среде.
Биологические взаимодействия с хозяином
M. pneumoniae может вызывать инфекции у людей, животных, растений и культур клеток. Это паразитарная бактерия, которая поражает слизистые оболочки верхних и нижних дыхательных путей, включая носоглотку, горло, трахею, бронхи, бронхиолы и альвеолы. Для выживания M. pneumoniae необходимы незаменимые питательные вещества и соединения, такие как аминокислоты, холестерин, предшественники синтеза нуклеиновых кислот и жирные кислоты, полученные из эпителиальных клеток слизистой оболочки хозяина. Его адгезионные белки прикрепляются к эпителиальным клеткам трахеи с помощью сиалогликопротеинов или сиалогликолипидных рецепторов, которые расположены на поверхности его клеток. Это может вызвать повреждение клетки респираторного эпителия после прикрепления. Считается, что повреждение эпителиальных клеток хозяина, вызванное адгезией M. pneumoniae, связано с образованием высокореактивных веществ: перекиси водорода (H 2 O 2 ) и супероксидных радикалов (O 2 - ). M. pneumoniae может иметь внутриклеточную локализацию. Внутриклеточное существование M. pneumoniae может способствовать установлению латентных или хронических состояний, обходить микоплазмоцидные иммунные механизмы, его способность преодолевать слизистые барьеры и получать доступ к внутренним тканям. Кроме того, слияние микоплазменной клеточной мембраны с мембраной хозяина не только приводит к высвобождению различных гидролитических ферментов, продуцируемых микоплазмой , но также приводит к встраиванию компонентов микоплазменной мембраны в мембрану клетки-хозяина, процесс, который потенциально может изменить сайты узнавания рецепторов и влияют на индукцию и экспрессию цитокинов. Как утверждают Nisar et al. (2007), M. pneumonia может сохраняться в дыхательных путях до нескольких месяцев после выздоровления от острой пневмонии. Фактически, M. pneumonia можно культивировать из респираторных секретов даже после лечения пациентов с пневмонией эффективными антибиотиками. Таким образом, инфекция M. pneumonia является хронической и стойкой. Кроме того, Nisar et al. (2007) также добавляет, что инфекция M. pneumonia вызывает структурные аномалии легких, что приводит к снижению скорости выдоха и увеличению гиперчувствительности дыхательных путей у людей, не страдающих астмой.
Роли при астме
Инфекция M. pneumonia в таких случаях вызывает обострение астмы в 3,3–50% случаев. Кроме того, M. pneumonia может предшествовать развитию астмы, поскольку у пациентов с острой инфекцией M. pneumonia , за которой следует развитие астмы, наблюдается значительное улучшение функции легких и симптомов астмы после того, как они получают антимикробное лечение против M. pneumonia. . Высвобождение провоспалительных цитокинов в ответ на инфекцию M. pneumoniae было указано как возможный механизм, приводящий к бронхиальной астме. Это связано с тем, что увеличение выработки цитокинов приводит к продолжающемуся воспалительному ответу в дыхательных путях с последующими негативными эффектами, такими как иммунопатологическое повреждение тканей и рубцевание, как описано в разделе о роли C. pneumonia в астме. Более того, у пациентов с астмой обнаружено повышенное высвобождение цитокинов типа II, особенно IL4 и IL5, но нормальный или низкий уровень продукции цитокинов типа I. Точно так же инфекция M. pneumoniae способствует ответу Т-хелперов 2 типа, поэтому у пациентов с астмой, положительных к M. pneumoniae, наблюдается повышенная экспрессия в дыхательных путях фактора некроза опухоли a, IL4 и IL5. Преобладающее заболевание дыхательных путей Т-хелперов 2 типа, вызванное инфекцией M. pneumonia, может приводить к гиперчувствительности, связанной с IgE, и к функции эозинофилов, что приводит к развитию астмы. Также существует вероятность того, что инфекция M. pneumoniae может разрушить клетки слизистой оболочки дыхательных путей и способствовать проникновению антигенов в слизистую оболочку. Исследование, проведенное Laitinen et al. (1976) предполагают, что инфекция M. pneumoniae обнажает эпителиальную поверхность и обнажает раздражающие рецепторы. Кроме того, M. pneumoniae вызывает активацию тучных клеток путем высвобождения серотонина и гексозаминидазы. Вырабатывая антиген, M. pneumonia способна инициировать ответ антител. Его антиген взаимодействует с IgE, который прикрепляется к тучным клеткам, что приводит к стимуляции высвобождения гистамина с последующей обструкцией дыхательных путей.
Риновирусы человека (ВСР)
Общие описания
Известно, что риновирусы являются наиболее важными вирусами простуды. Это вирусы с положительной цепью оцРНК, не имеющие стадии ДНК, и они относятся к семейству Picornaviridae. Риновирусы имеют небольшие размеры, около 30 нм, и не содержат оболочки. Их икосаэдрические капсиды содержат 4 белка: VP1, VP2, VP3 и VP4. VP1, VP2 и VP3 расположены на поверхности капсида и отвечают за антигенное разнообразие риновирусов. Напротив, VP4 расположен внутри вируса, и его функция заключается в закреплении ядра РНК на вирусном капсиде. Обладая общими с энтеровирусами основными свойствами, такими как размер, форма, состав нуклеиновых кислот и устойчивость к эфиру, риновирусы отличаются от энтеровирусов большей плавучестью и чувствительностью к инактивации, если они подвергаются воздействию кислой среды. Тем не менее, у них есть общий предок с энтеровирусами.
Биологические взаимодействия с хозяином
Оптимальная температура для репликации риновирусов 33-35 ° C, что соответствует температуре слизистой оболочки носа. При 37 ° C скорость репликации вируса падает до 10-50% от оптимальной. Это может быть основной причиной того, что риновирусы могут лучше размножаться в носовых проходах и верхнем трахеобронхиальном дереве, чем в нижних дыхательных путях. Большинство серотипов риновирусов связываются с молекулой межклеточной адгезии (ICAM), тогда как примерно 10% серотипов связываются с рецептором липопротеинов низкой плотности. Обычно риновирусы заражают небольшие скопления клеток в эпителиальном слое с небольшой клеточной цитотоксичностью. Хотя увеличение количества полиморфно-ядерных нейтрофилов показано в инфицированном эпителии носа, инфекция вызывает незначительное повреждение слизистой оболочки или его отсутствие. Тем не менее, риновирусная инфекция приводит к симптомам простуды, которая в первую очередь является заболеванием верхних дыхательных путей. Рецепторы риновирусов нечувствительны к нейраминидазе, но чувствительны к протеолитическим ферментам.
Роли при астме
У астматиков в возрасте от 9 до 11 лет от 80% до 85% обострений астмы, которые были связаны со снижением пиковой скорости выдоха и хрипов, были вызваны вирусными инфекциями верхних дыхательных путей (URI). Высокие показатели приступов астмы, вызванных риновирусной инфекцией, также встречаются у взрослых. Оказалось, что риновирусы способны индуцировать выработку провоспалительных цитокинов эпителиальными клетками, что приводит к гиперчувствительности дыхательных путей, нейрогенным воспалительным ответам, слизистой секреции, привлечению и активации воспалительных клеток и утечке плазмы. В подтверждение этого утверждения, астматики, инфицированные риновирусом, продемонстрировали увеличение гиперчувствительности дыхательных путей, обструкции дыхательных путей и воспаления. Точно так же риновирусная инфекция вызвала у субъектов с аллергическим ринитом, но без астмы в анамнезе значительно повышенную гиперреактивность дыхательных путей, а также значительно увеличили частоту поздних астматических реакций. Это показывает, что риновирус не только вызывает гиперреактивность дыхательных путей, но и способствует возникновению неатопической астмы. Кроме того, риновирусная инфекция также способствует рекрутированию эозинофилов в сегменты дыхательных путей после провокации антигенами и, таким образом, усиливает воспалительную реакцию дыхательных путей на антигены, что приводит к развитию астмы.