Реакция нашего организма на появившуюся в кровотоке бактериальную инфекцию — комплексный ответ, в котором участвуют клетки и компоненты иммунной системы, системы свертывания крови, обязательно подключаются клетки эндотелия, выстилающие кровеносные сосуды, и все это дополняется ответами печени и эндокринной системы.
Фото: Виталий Волобуев, Коммерсантъ / купить фото
Фото: Виталий Волобуев, Коммерсантъ / купить фото
Даже реакция одной из перечисленных систем — системы свертывания крови — многосторонняя. Система свертывания крови традиционно делится на два взаимосвязанных звена — тромбоцитарное и плазменное. Тромбоцитарное свертывание — это активация, адгезия (прилипание) к поверхности и агрегация (слипание друг с другом) клеток — тромбоцитов. Плазменное свертывание — это последовательная активация белков-протеаз (ферменты, расщепляющие другие белки), приводящая к полимеризации белка плазмы крови фибриногена в длинные разветвленные нити фибрина и образованию сгустка (этот процесс напоминает образование желе).
На бактериальную инфекцию реагирует оба звена свертывания крови. Тромбоциты образуют агрегаты вокруг бактерий и могут их поглощать (фагоцитоз). Также тромбоциты «узнают» бактериальные паттерны и выпускают тромбоцитарные антимикробные вещества. Во всех перечисленных случаях тромбоциты запускают активацию иммунной системы организма. В свою очередь, бактерии образуют колонии на тромбоцитах и тромбах, таким образом закрепляясь в кровотоке. Свертывание плазмы не менее сложно взаимодействует с бактериальной инфекцией: кроме запуска от чужеродной поверхности — бактериальной стенки, образование фибринового сгустка запускается специфическими бактериальными протеазами, также подавляющими фибринолиз — физиологический процесс деградации тромбов. Причем все перечисленные ответы на молекулярном уровне специфичны для рода, а то и вида патогенных бактерий.
Наша команда, базирующаяся в Национальном медицинском исследовательском центре детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева, исследует все аспекты активации системы свертывания крови как при физиологических процессах, так и при патологии. Один из проектов, который мы вели несколько лет, был посвящен вопросам ответа системы свертывания крови на липополисахариды (ЛПС) — компоненты клеточной стенки грамотрицательных бактерий (например, кишечной палочки). Уровень этого ответа оказывается жизненно важным при острых бактериальных инфекциях, вызывающих спонтанную коагуляцию крови — диссеминированное внутрисосудистое свертывание (ДВС), когда слишком бурная реакция системы приводит к резкому снижению концентрации белков и тромбоцитов и, как следствие, геморрагии в сочетании с нарушением микроциркуляции в органах. В настоящее время в клинической практике лечение ДВС в зависимости от фазы проводится антиагрегантами (такими как аспирин), антикоагулянтами (производные гепарина), компонентами плазмы и тромбоконцентратами, то есть лечение не нормализует свертывание, а сдвигает баланс в сторону его ослабления или усиления (подробнее — «Практическая коагулология», ред. А. И. Воробьев, Москва, 2012). Понимание молекулярных механизмов реакции системы свертывания крови на бактерии позволит существенно улучшить современные подходы к терапии ДВС.
В этом проекте мы стартовали с взаимодействия плазменного звена свертывания крови с ЛПС. После нескольких серий экспериментов мы пришли к выводу, что воздействие ЛПС является достаточно слабым и сильно зависит от донора. При анализе данных с помощью компьютерного моделирования был сделан вывод, что свертывание крови может «стартовать» с образованных (в результате работы иммунной системы) агрегатов ЛПС, однако одиночные молекулы ЛПС, связываясь с белками-протеазами, скорее подавляют свертывание крови.
Отдельно рассматривались механизмы активации свертывания крови в результате вызванного бактериями воспаления, когда либо сами клетки эндотелия, либо клетки иммунной системы на своей поверхности выставляют белок — тканевый фактор, запускающий всю систему свертывания крови. С помощью компьютерного моделирования мы показали, что при гибели таких клеток, когда образуется множество мембранных везикул — «пузырьков» размером 10–100 нм, свертывание плазмы крови запускается наиболее интенсивно из-за повышенной аффинности («любви») протеаз свертывания к искривленной поверхности.
Клетки крови, тромбоциты, могут взаимодействовать с ЛПС через специальные белки-рецепторы на своей поверхности, так называемые Toll-подобные рецепторы. Кстати, такие же рецепторы отвечают за активацию ЛПС клеток иммунной системы и приводят к развитию воспаления. Однако, к нашему удивлению, для тромбоцитов прямой активации ЛПС мы не смогли идентифицировать, несмотря на наличие функциональных Toll-подобных рецепторов. После множества экспериментов в коллаборации с группой профессора С. П. Гамбаряна из Института эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова (Санкт-Петербург) мы показали, что ЛПС даже вызывают небольшое подавление активации тромбоцитов.
Таким образом, мы получили, что компоненты бактериальной клеточной стенки, липополисахариды, сами по себе либо не воздействуют на систему свертывания крови, либо вызывают подавление активации свертывания. Такое поведение — подавление свертывания крови — характерно для многих бактерий, ведь образование тромба вокруг бактерии может помешать ее распространению в организме. Описанная выше острая реакция на бактериальную инфекцию для случая кишечной палочки, скорее всего, связана с активацией системы свертывания в результате общего процесса воспаления, запущенного бактериями в организме. В настоящее время мы продолжаем изучение активации системы свертывания крови при воспалении и при других взаимодействиях с иммунной системой, по проектам, поддержанным РФФИ и РНФ, а также фонда «Врачи, инновации, наука — детям».
Результаты получены в рамках проекта «Выявление мишеней для фармакологического воздействия на свертывание крови при бактериальной инфекции», поддержанного совместно РФФИ и правительством Москвы.