Радіація та імунна система — неоднозначність взаємодії

Іонізуюче випромінення, починаючи від класичного дослідження В.К.Рентгена, який вперше описав біологічний вплив відкритих ним Х-променів, продовжує залишатися об’єктом вивчення радіобіологів уже понад століття. Усі ці роки імунологія також невпинно розвивалася, часом використовуючи радіобіологічні підходи для розв’язання суто імунологічних проблем, але частіше перед нею поставали питання щодо функціонування імунної системи в цілому чи окремих її компонентів за умови радіаційного впливу різної інтенсивності.Прогрес досліджень зумовлювали практичні потреби, пов’язані з розробкою ядерної зброї та розвитком атомної енергетики, широким застосуванням іонізуючого випромінення в медицині, фармацевтичній та харчовій промисловості, у селекційній роботі, машинобудуванні тощо. З особливою гостротою поставали питання про наслідки опромінення для імунної системи у випадках аварій на ядерних об’єктах, найбільшою з яких залишається Чорнобильська катастрофа. Ще у 1906 р. французькі вчені І.Бергоньє та Л.Трибондо на основі експериментальних досліджень визначили, що радіочутливість тканини прямо пропорційна її проліферативній активності і обернено пропорційна ступеню диференціювання клітин, які входять до складу цієї тканини. Згідно з цим правилом імунна система, у функціонуванні якої процеси проліферації і диференціювання імунокомпетентних клітин відіграють провідну роль, належить до критичних систем за радіочутливістю.У 70–80-х роках минулого століття опромінення з екрануванням окремих органів імунної системи виявилося плідним методичним підходом до експериментальних досліджень головного комплексу гістосумісності, процесів міжклітинної взаємодії під час розвитку імунної відповіді на різноманітні антигени, розкриття механізмів дії природних і синтетичних речовин з імуномодулюючими властивостями. Перший підсумковий документ про вплив іонізуючого випромінення на імунну систему був опублікований Науковим комітетом по дії атомної радіації (НКДАР) ООН у 1988 р. Ґрунтуючись на результатах досліджень постраждалих від атомного бомбардування в Хіросімі та Нагасакі, які отримували радіотерапію у високих дозах, та випадків, пов’язаних з аваріями на ядерних об’єктах, експерти НКДАР дійшли висновку, що з порушенням функцій імунної системи можуть бути пов’язані підвищений ризик захворюваності та смертність, зумовлена непухлинними хворобами. Порушення можуть бути результатом радіаційно індукованої депресії чи стимуляції імунної системи. У перших дослідженнях осіб, що вижили після атомного бомбардування і зазнали опромінення в дозах понад 1,5 Гр, було виявлено зміни клітинного імунітету, особливо недостатню відповідь Т-лімфоцитів і зменшення кількості CD4+ Т-клітин. Не виявлено змін у кількості природних кілерних клітин (ПКК). Визнається можливим низький рівень запальної відповіді, яка зумовлює збільшення вмісту С-реактивного протеїну та інтерлейкіну-6. Варто зауважити, що імунологічні дослідження проводилися щонайменше через 30 років після бомбардування.Аварія на Чорнобильській АЕС (ЧАЕС) названа катастрофою, адже впливу її наслідків зазнали мільйони людей. І хоча дослідження почалися відразу після аварії, гриф секретності на публікаціях, пов’язаних із наслідками катастрофи, було знято лише у 1989 р. Протиріччя в результатах імунологічних досліджень перших післяаварійних років зумовлені кількома причинами. Насамперед, неоднорідністю досліджуваних контингентів, ступінь опромінення яких варіювала від доз, що викликають кістково-мозкову форму гострої променевої хвороби (понад 1 Гр), до кількох десятих чи навіть сотих грея — для більшості населення; різним рівнем оснащеності, а значить і методичних можливостей дослідницьких лабораторій, часовою відмінністю тощо. Так, в учасників ліквідації наслідків аварії (УЛНА) було виявлено зниження кількості лімфоцитів, а у пілотів вертольотів, які отримали значно вищі дози опромінення, так само, як і в УЛНА із м.Челябінська, такого ефекту не відмічено. Найбільш сучасною як по методичному оснащенню, так і по дизайну самого дослідження була комплексна робота науковців медичних установ Києва під керівництвом С.В.Комісаренка, результати якої свідчили про транзиторне зниження імунологічних показників під час робіт із ліквідації наслідків аварії (ЛНА), яке досить швидко нормалізувалося, за винятком ПКК, значне зниження кількості яких зберігалося протягом двох і більше років потому. Результати дослідження дитячих контингентів також були неоднозначними. Через значну розкиданість індивідуальних імунологічних показників середні по групах дані у дітей, евакуйованих із м. Прип’яті, суттєво не відрізнялися від показників контрольної групи, а у мешканців забруднених територій Житомирської та Київської областей України були дещо знижені рівні Т-лімфоцитів. Через 2 роки після аварії у дітей із Могильовської та Гомельської областей Білорусі не виявлено порушень рівня Т-лімфоцитів, проте відмічено незначне підвищення кількості В-клітин. Через таку неузгодженість даних у різних публікаціях НКДАР ООН у своїй доповіді 2000 р. наголошував на двох особливостях: 1) рівні радіації, що отримало постраждале від Чорнобиля населення, не вражають імунну систему, що підтверджено порівнянням з дочорнобильськими її оцінками; 2) результати чорнобильських досліджень не узгоджуються з відомими механізмами і часовими ефектами впливу радіації на імунну систему. Зроблено висновок, що імунологічні ефекти в загальній популяції не можуть бути пов’язані з Чорнобильською аварією, а якщо і спостерігаються, то причиною їх є інші фактори. Однак із висновком НКДАР ООН не узгоджуються дані, отримані, насамперед, в групі реконвалесцентів гострої променевої хвороби (ГПХ). Імунологічні дослідження реконвалесцентів ГПХ, з яких 107 осіб щорічно обстежувалися на етапах диспансеризації у відділі клінічної імунології Наукового центру радіаційної медицини АМН України, є унікальними як по кількості пацієнтів, опромінених у високих дозах внаслідок аварії, так і по методичних підходах до імунологічного моніторингу. Було показано, що поверхневий фенотип імунокомпетентних клітин чутливо реагував на зміну гомеостазу, причому відповідно до відомого правила І.Бергоньє та Л.Трибондо реакції були більш вираженими у постраждалих молодшого віку. Найважливіші зміни відбувалися в комплексі антигенного розпізнавання, до складу якого входять Т-клітинний рецептор, молекула CD4 Т-хелперів-індукторів і антигени II класу гістосумісності на поверхні активованих Т-лімфоцитів і моноцитів. По мірі реабілітації реконвалесцентів ГПХ визначалася ціла гама змін у локусі CD3 — від зниженої експресії антигена на більшості Т-клітин до наявності соматичних мутацій (CD3–4+ лімфоцитів).Система тимусзалежних лімфоцитів зберігала наслідки променевої травми навіть через 7–10 років після аварії, коли середні гематологічні показники (кількість лейкоцитів і лімфоцитів) уже нормалізувалися. Значне наростання числа активованих CD3+HLA-DR+ Т-лімфоцитів переважно у потерпілих з ГПХ II–III ступеня тяжкості свідчить про функціональну напругу цієї ланки, зумовлену як зовнішнім, так і ендогенним антигенним навантаженням, що призводить до більш раннього, ніж у фізіологічних умовах, вичерпання резервів і прискореного старіння імунної системи.Регуляторні субпопуляції Т-лімфоцитів — CD4+CD8– хелпери-індуктори і CD4–CD8+ супресори/цитотоксичні лімфоцити, також зазнавали найбільших змін в осіб, що перенесли ГПХ ІІ–III ступеня. Субпопуляція CD4–CD8+ лімфоцитів є більш радіочутливою, ніж CD4+CD8– хелпери-індуктори, причому попередниками як першої, так і другої є CD4+CD8+ клітини тимічного етапу дозрівання. Стійке зниження числа Т-хелперів і підвищена кількість Т-супресорів/цитотоксичних лімфоцитів зумовили знижені порівняно з нормою імунорегуляторні індекси. Отримані результати дають підставу для того, щоб вміст Т-хелперів вважати однією з ознак резистентності до впливу іонізуючого випромінення, тому що саме цей показник перебував у тісній зворотній кореляції з поглиненою дозою іонізуючого випромінення, особливо в осіб, що мали знижений імунорегуляторний коефіцієнт. А вміст аберантних CD3–CD4+ Т-лімфоцитів, що прямо корелює з дозою опромінення, може бути показником біологічної дозиметрії. Феномен виходу в циркуляцію молодих клітин із фенотипом CD4+CD8+, що відзначався в усіх потерпілих на етапах 7–10 років після аварії, був компенсаторним процесом, що заповнює дефіцит зрілих клітинних елементів Т-ланки імунної системи на периферії. Зниження до нормального рівня цього показника в наступні роки свідчило про повну реституцію в тих випадках, коли вона відбувалася, або про закріплення імунодефіцитного стану, що виявлявся, насамперед, зниженням імунорегуляторного коефіцієнта CD4+/CD8+.Віддалений період кінця другого десятиліття після аварії характеризується подальшою динамікою показників. Вона є результуючою між процесами адаптації та компенсації, з одного боку, і альтеративно-дегенеративними змінами — з іншого. Розвиток мієлодиспластичних процесів і злоякісна трансформація — найбільш загрозливі для здоров’я патологічні синдроми — вже стали причиною смерті 11 реконвалесцентів ГПХ у віддалений період. Учасники ліквідації наслідків аварії є досить гетерогенною групою як в аспекті дозових навантажень (від декількох сантигрей до 50–70 сГр), так і за часом роботи у 30-кілометровій зоні, попередньо існуючою та супутньою патологією. Водночас імунологічні показники в них змінювалися майже з тією самою закономірністю, що й у реконвалесцентів ГПХ, зокрема, у 1989–1993 рр. у них також відзначалося транзиторне збільшення вмісту в периферичній крові CD4+CD8+ Т-лимфоцитів. Погіршення здоров’я УЛНА у віддалений період після аварії констатують на рівні статистичних показників МОЗ України, за даними державних і спеціальних реєстрів, за результатами наукових досліджень. Імунологічним змінам у цьому аспекті належить не остання роль. Ще у 1987–1993 рр. нами було показано, що у ліквідаторів, які страждають на вегетосудинну дистонію чи захворювання печінки і жовчовивідних шляхів, при менших дозових навантаженнях виявляються більш глибокі імунологічні розлади. У зв’язку з гетерогенністю контингентів УЛНА і “розчиненням” реагуючих осіб у великих масивах середніх величин при порівнянні їх із показниками здорових донорів були виконані дослідження в межах однієї нозології — виразкової хвороби дванадцятипалої кишки. Ерозивно-виразкові процеси у шлунку і дванадцятипалій кишці у ліквідаторів, незважаючи на обширність і тяжкість ураження, характеризуються малосимптомністю, торпідністю перебігу, схильністю до рецидивів. У цьому зв’язку були досліджені процеси, опосередковані механізмами природної клітинної цитотоксичності.Серед практично здорових людей, що проживали у м.Києві, переважали особи з нормальним або підвищеним рівнем інтегральної активності ПКК, у них не спостерігалися істотні коливання числа кон’югатоутворюючих мононуклеарів периферичної крові (МПК) і фракції цитотоксично активних ПКК.У хворих на виразкову хворобу дванадцятипалої кишки, що не зазнали впливу факторів Чорнобильської аварії, визначалася активація розпізнавальної та кон’югатоутворюючої функцій МПК, переважно за рахунок їх цитотоксично неактивної фракції, зниження кількості активних ПКК на фоні високих показників інтегральної активності ПКК. Цей механізм реорганізації цитотоксичності ПКК сприяв ефективному цитолізу клітин-мішеней in vitro. У ліквідаторів, що страждали на виразкову хворобу дванадцятипалої кишки, характерними рисами стану цитотоксичності, опосередкованої ПКК, були: перерозподіл фракції кон’югатоутворюючих МПК із переважанням активних ПКК над МПК, які не мали літичного потенціалу стосовно клітин-мішеней, збільшення числа осіб, у яких загальна ПКК-активність була пригнічена. Статистично достовірних кореляцій між поглиненими дозами в інтервалах 0,05–0,24 Гр і 0,25–0,5 Гр і середніми величинами показників ПКК-активності, а також між основними стадіями цитотоксичного процесу та індивідуальною дозою опромінення не було виявлено, що свідчило про нелінійний характер динаміки ПКК у віддалений післячорнобильський період.Порушення цитотоксичності ПКК в УЛНА були переважно функціональні, що представляли процеси гіперактивації у вигляді перерозподілу якісного складу кон’югатоутворюючих МПК із переважанням цитотоксично активних ПКК над МПК, які не мали літичного потенціалу і були неефективними в реалізації загального рівня ПКК-активності. Індивідуальна динаміка ПКК-активності мала тримодальний характер із переважанням питомої ваги осіб із пригніченою загальною функціональною активністю ПКК. Крім природної кілерної активності, в УЛНА у віддалений післяаварійний період мають відстежуватися процеси, пов’язані з патологією гемопоезу, аутоімунними й алергійними захворюваннями, онкологічною патологією. В осіб, евакуйованих із 30-кілометрової зони, у період формування віддалених наслідків опромінення відхилення параметрів самовизначення корелювали з наявністю порушень нейроімунної регуляції. Астенічні та вегетосудинні порушення супроводжувалися дестабілізацією клітинних мембран і зниженою експресією диференційних антигенів T-лімфоцитів, змінами активації при стимуляції мітогенами. Типовим було зниження експресії пан-мітогенного рецептора CD3 і переважання Т-клітин зі зміненою презентацією антигенів CD5, СD45RA.Імунна система чутливо реагує на будь-які впливи довкілля, що порушують гомеостаз, зокрема — низький імунорегуляторний коефіцієнт CD4+/СD8+, часто характерний для персистуючих вірусних інфекцій. Серед реконвалесцентів ГПХ виявлено високий рівень інфікованості вірусом гепатиту С (19,6%), та майже всі вони (96,7%) були носіями антитіл проти цитомегаловірусу (ЦМВ). Високі рівні ЦМВ-серопозитивності виявлені й серед інших категорій постраждалих внаслідок Чорнобильської катастрофи. Проведений аналіз показав, насамперед, що могутнім фактором, який впливає на ЦМВ-серопозитивність, є наявність соматичних захворювань. Залежність між частотою виявлення анти-ЦМВ антитіл і певним колом захворювань має місце не лише у постраждалих контингентів, але й у контрольних групах осіб, що не мали безпосереднього відношення до аварії на ЧАЕС. Можливо, причини активації ЦМВ за наявності соматичних захворювань різної етіології пов’язані з тим, що вплив медіаторів запального процесу змінює спектр цитокінів у мікрооточенні вирусінфікованої клітини і призводить до підвищення транскрипційної активності фактора транскрипції NF-κB, що взаємодіє з промотором надранніх генів вірусу і викликає їхню транскрипцію. У свою чергу, реактивація ЦМВ сприяє персистенції патологічного процесу, що її викликав. Вплив ЦМВ на патогенез різних захворювань реалізується через такі основні механізми:- активація інших вірусів, персистуючих в організмі;

- зміна імунологічної реактивності організму;

- індукція вироблення аутоантитіл;

- зміна спектра цитокінів у мікрооточенні інфікованих органів і тканин;

- вплив на проліферативну активність клітин.

В осіб, що постраждали в результаті аварії на ЧАЕС, не слід виключати також прямого впливу іонізуючого випромінення на реактивацію ЦМВ, особливо при дозових навантаженнях понад 1,0 Гр. Про це свідчать виявлена дозова залежність титрів анти-ЦМВ антитіл у групі реконвалесцентів ГПХ і кореляційний аналіз із розрахунком коефіцієнтів часткової і множинної кореляції, що підтвердив вплив двох факторів (дія іонізуючого випромінення і наявність соматичної патології) на частоту виявлення в сироватці крові пацієнтів анти-ЦМВ антитіл. Хоча залежності між документованою дозою зовнішнього опромінення УЛНА, якщо вона менша 1,0 Гр, і наявністю в сироватці крові обстежених анти-ЦМВ антитіл (і їхнім титром) не виявлено, ряд непрямих фактів також свідчить про вплив іонізуючого випромінення, а саме:

- частота виявлення анти-ЦМВ антитіл у групі ліквідаторів-чоловіків істотно розрізнялася залежно від часу участі в ЛНА: 85,2% — у тих, що брали участь у 1986–1987 рр., і 74,42% — в УЛНА більш пізнього періоду;

- середня величина поглиненої дози в ЦМВ-серонегативних чоловіків — учасників ЛПА — (38,12 ± 3,56 сГр) була трохи нижчою, ніж у ЦМВ-серопозитивних (42,08 ± 2,07 сГр);

- частота виявлення анти-ЦМВ антитіл у жінок, що брали участь у ЛНА в 1986–1987 рр. (86,66%), була вищою, ніж в учасниць ЛНА більш пізнього періоду (70,21%).Таким чином, іонізуюче випромінення може бути прямим фактором, що викликає реактивацію латентного ЦМВ у постраждалих внаслідок аварії на ЧАЕС. Серед інших причин, що могли сприяти реактивації ЦМВ, слід зазначити непряму дію іонізуючого випромінення, а саме: наявність ознак вторинної імунної недостатності у вигляді зміни взаємин регуляторних субпопуляцій Т-лимфоцитів (CD4+CD8– хелперів-індукторів і CD4–CD8+ супресорів/цитотоксичних клітин), що реєструвалися у постраждалих протягом тривалого часу після аварії. Слід враховувати також додаткове інфікування окремих контингентів постраждалих осіб через трансфузії препаратів крові, що інтенсивно проводилися в перший період після аварії, оскільки обстеження донорів на носійство цитомегалії і дотепер не є обов’язковим в Україні. Проте слід зазначити, що наші спроби виявити взаємозв’язок між ЦМВ-серопозитивністю і наявністю у пацієнтів гемотрансфузій зазнали невдачі. Інші персистуючі інфекції (герпес типів 1, 2, 6, 7, 8, вірус Епштейна–Барр, токсоплазмоз) у вигляді як моно-, так і мікст-процесів потребують подальшого ґрунтовного вивчення серед осіб, що належать до різних категорій постраждалих внаслідок Чорнобильської катастрофи. Радіобіологія у ХХ сторіччі прогресувала на основі центральної догми про те, що пошкодження і репарація ДНК є інтегральним компонентом мутаційного й летального впливу радіації. Однак протягом останнього десятиліття висловлено припущення і отримано експериментальні докази щодо існування в клітинах систем сприйняття ушкодження й обміну сигналами, які здатні модулювати генотоксичні впливи і відігравати значну роль у біологічній дії радіації, особливо при низьких рівнях і потужностях дози. Це адаптивна відповідь, нестабільність генома, ефект “свідка” (bystander effect), псевдоцитокіновий вплив опромінення і апоптозу. Подальший розвиток досліджень у цьому напрямі дасть змогу пояснити ті імунологічні ефекти, які не вміщуються в прокрустове ложе даних, визнаних НКДАР ООН. Окремого обговорення заслуговує проблема застосування імуномодулюючих лікарських засобів для лікування і, особливо, самолікування постраждалого населення у зв’язку з надзвичайно потужною рекламою фармацевтичними компаніями препаратів такої спрямованості. Тенденція до переважання проліферативних реакцій у віддалений післяаварійний період несе в собі загрозу неконтрольованості за умови впливу додаткового стимулу імуномодуляторами. Окрім того, без етіотропної терапії імуномодулятори можуть сприяти прогресуванню персистуючих вірусних і деяких бактеріальних інфекцій. Таким чином, відповідь імунної системи на радіаційний вплив проявляється у вигляді комплексу реакцій, неоднозначних у часі і спрямованості, з нелінійною дозовою залежністю. Нерадіаційні фактори довкілля, насамперед персистуючі інфекції, відіграють істотну модифікуючу роль у цьому процесі.

Література

[1] Cunningham-Rundles C. immunodefi-Common variable ciency: clinical and immunological features of 248 patients// Clin. Immunol. – 1999. – V.92. – P.34–48.

[2] Gelfand E.W., Goldsmith J., Lederman H.M. Primary humeral immunodeficiency: optimizing IgG replacement therapy// IDF: Clinical focus on primary immune deficiencies. – 2003. – V.11. – P.1–15.

[3] Ochs H.D., Winkelstein J. Disorders of B-cells system. In: Immunologic Disorders in Infants and Children. 4th ed. – W.B.Saunders Company, 1996. – P.296–338.[4] Rosen F.S. Primary immunodeficiency diseases: report of WHO Scientific Group// Clin. Exp. Immunol. – 1997. – V.109. – P.1–28.

[5] Sorensen R.U., Moore C. Antibody deficiency syndromes// Pediatr. Clin. North. Am. – 2000. – V.47. – P.1224–1250.

[6] Stiem E.R. Human intravenous immunoglobulin in primary and secondary antibody deficiencies// Pediatr. Infect. Dis. J. – 1997. – V.16. – P.696–707.

[7] Wasserman R.L., Sorensen R.U. Evaluating children with respiratory tract infections: the role of immunization with bacterial polysaccharide vaccine// Pediatr. Infect. Dis. J. – 1999. – V.8. – P.157–163.