Использование жировых эмульсий ω-3 жирных кислот в интенсивной терапии: взгляд ученого

R. GRIMBLEР
Southampton, UK (Correspondence to: R. Grimble, School of Medicine, University of Southampton, Southampton, S016 7PX UK)

Абстракт

У пациентов в отделениях интенсивной терапии (ОИТ) часто наблюдается нарушения функции иммунной системы, в частности избыточный воспалительный ответ. ω-3 жирные кислоты (ω-ЗЖК) способны снижать интенсивность воспалительной реакции благодаря своему влиянию на продукцию цитокинов и эйкозаноидов. Парадоксально, но продукция TNF-a in vitro угнетается простагландином Е₂ (PGE₂) и стимулируется лейкотриеном В₄ (LTB₄). Около половины клинических исследований с омега-3 жирными кислотами (ω-3 ЖК) демонстрируют снижение продукции провоспалительных цитокинов в ответ на ex-vivo стимуляцию. С целью исследования этого феномена 246 здоровых добровольцев получали по 6 г рыбьего жира в день в течение 3 месяцев. При этом в среднем не было отмечено снижение продукции TNF-a. Разделение добровольцев на тертили по исходному уровню продукции TNF-a в ответ на стимуляцию выявило, что представители нижней тертили демонстрировали значительный рост продукции TNF-a (не отвечающие), в то время как представители верхней тертили исходного уровня TNF-a показали значительное снижение продукции данного цитокина после назначения рыбьего жира (отвечающие). Эти результаты коррелировали с уровнями LTB₄ и PGE₂ в мононуклеарных клетках периферической крови.

При исследовании генетических характеристик «отвечающих» и «не отвечающих» добровольцев обнаружено, что представители с HLA-DR15 имеют низкую способность отвечать снижением продукции TNF-a на назначение рыбьего жира, по сравнению с представителями с HLA-DR 3 и 4. Кроме того, на способность рыбьего жира угнетать образование TNF-a влияет полиморфизм нуклеотидов TNF-a и TNF-β генов. Лучшее понимание взаимодействия генов и нутриентов может привести к более целевому назначению ω-3 ЖК и повышению эффективности лечения.

Ключевые слова: воспаление; провоспалительные цитокины; ω-3 жирные кислоты; простагландин Е₂; лейкотриены В₄; полиморфизм генов цитокинов; главный комплекс гистосовместимости.

Введение

Пациент поступает в отделение интенсивной терапии (ОИТ) с большим количеством метаболических нарушений, многие из которых возникают из-за ненормальной активности иммунной системы, в особенности, из-за чрезмерного воспалительного ответа. Последствиями такой ситуации являются иммуносупрессия, потеря тощей массы тела, нарушение заживления ран. Таким образом, стратегии, направленные на восстановление баланса в активности иммунной системы, очень важны.

Очевидным выбором для включения в режим лечения пациентов в ОИТ являются ω-З жирные кислоты (ω-ЗЖК) благодаря своим противовоспалительным свойствам. В этом обзоре будут рассмотрены молекулярные факторы, которые являются важными детерминантами эффективности ω-ЗЖК.

Характеристика иммунного ответа у пациента в ОИТ

Иммунная система пациента в критическом состоянии активирована разными стимулами, такими как травма, инфекция или ожоги. Происходит продукция провоспалительных цитокинов, таких как интерлейкин-1β (IL-1β), интерлейкин-6 (IL-6) и фактор некроза опухоли а (TNF-а) и активация Т- и В-клеток. Немедленный ответ иммунной системы имеет огромное значение, т. к. бактерии размножаются примерно в 20 раз быстрее, чем иммунные клетки.

Метаболические эффекты воспалительного ответа целенаправленны, но в то же время могут быть вредными для пациента. Одной из целей данного ответа, в частности воспалительного ответа на повреждение и инфекцию, является создание неблагоприятной среды для патогенов путем освобождения оксидантов, таких как супероксидисмутаза, перекись водорода гипохлористая кислота. В то же время активируется антиоксидантная система для защиты здоровых тканей от оксидантного повреждения. Глюкоза и глутамин, высвобождаются из эндогенных источников для поддержки функции Т- и В-клеток.

Если ответ на инфекцию или повреждение чрезмерен или слишком продолжителен, он может нанести вред организму. Так, у пациентов с тяжелым сепсисом или тяжелой травмой это в конечном счете, может привести к смерти.

Из-за потенциальной опасности повреждения организма воспалительным ответом, существует отрицательная обратная связь для его подавления, после того как он достиг своей цели (уничтожение патогенных микроорганизмов). Ключевую роль в снижении активности воспаления играют такие молекулы, как интерлейкин-10 (IL-10) и протеины теплового шока.

Неблагоприятные эффекты воспалительного ответа

Высокоактивный воспалительный ответ может быть очень эффективен для уничтожения патогенов, но также может быть причиной высокой заболеваемости и летальности у пациентов. Многие эффекты воспалительного ответа являются факторами риска повышенной летальности при большинстве хронических болезней. На рис. 1 показаны распространенные метаболические нарушения, связанные с воспалением.

Рис. 1. Влияние воспаления на иммунитет и заболевания

Кроме того, существуют болезни и состояния, при которых чрезмерная и несвоевременная продукция провоспалительных цитокинов приводит к патологическим эффектам: считается, что провоспалительные медиаторы являются пусковым фактором в развитии ревматоидного артрита, воспалительных заболеваний кишечника, бронхиальной астмы, атеросклероза, рассеянного склероза и болезни Альцгеймера. Избыточная продукция цитокинов также лежит в основе церебральной малярии, менингита, сепсиса, раковой кахексии и СПИДа.

Иммуномодулирующие вещества

Иммуномодулирующим веществом может быть назван любой нутриент или пищевой продукт, который при потреблении в повышенных количествах вызывает модуляцию иммунной функции или влияет на результат активации иммунной системы. Эта группа веществ представлена ω-З полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК), серосодержащими аминокислотами, глутамином, нуклеотидами и аргинином. Все они разными путями улучшают и / или защищают иммунную функцию.

ω-З ПНЖК действуют как противовоспалительные вещества и предотвращают развитие иммуносупрессии, вызванной избыточным воспалением. Серосодержащие аминокислоты улучшают состояние антиоксидантной системы, в частности как компонент антиоксидантного вещества и поглотителя свободных радикалов -глутатиона. Глутамин - важный источник питания иммунных клеток, кроме того, он улучшает барьерную функцию кишечной стенки и является предшественником глутатиона.

В клиническом исследовании Gianotti показано, что введение ω-З ПНЖК снижало плазменные уровни IL-6 и повышало концентрации растворимых рецепторов к IL-2, которые являются маркерами клеточного иммунитета (1).

Продемонстрировать эффективность потенциальных иммуномодулирующих веществ в виде улучшения клинического исхода достаточно сложно. Причинами этого могут быть гетерогенность пациентов в изучаемых группах, выбор неправильных конечных точек, различная степень недостаточности питания и разное распределение генотипических характеристик внутри групп пациентов.

Демонстрация значительного влияния рыбьего жира на воспаление, иммунную функцию и продукцию цитокинов также оказалась трудновыполнимой. Причинами данной трудности могли быть: степень комплайентности субъектов, от которых требовалось принимать большое количество капсул с рыбьим жиром каждый день (при внутривенном введении ω-3 ПНЖК это не является проблемой), особенности течения самой болезни, длительность приема и доза рыбьего жира, включение в группу пациентов в очень тяжелом состоянии, вариабельность клеточного ответа, а также генотипическая вариабельность выраженности ответа на ω-3 ПНЖК.

Исследования с рыбьим жиром

Endres et al. (3) исследовали влияние энтерального введения рыбьего жира (18 г / сут.) в течение 6 недель у здоровых добровольцев на продукцию IL-1β и TNF-а мононуклеарными клетками в ответ на стимуляцию липополисахаридом (LPS) и показали снижение продукции этих цитокинов.

С тех пор было проведено много исследований по влиянию рыбьего жира в разных дозах на выделение IL-1β, IL-6 и TNF-a. Результаты данных исследований гетерогенны, но в целом эффект зависит от дозы и длительности терапии.

Мы исследовали причины вариабельности выраженности ответа на введение рыбьего жира. Здоровым молодым мужчинам назначали рыбий жир в дозе 6 г / сут. в течение 3 месяцев. Выделение TNF-a мононуклеарными клетками периферической крови (МКПК) в ответ на стимуляцию было измерено до и после назначения рыбьего жира. Почти у половины добровольцев наблюдалось снижение продукции TNF-a (4). При проверке этих данных было обнаружено, что уровень TNF-a снизился у субъектов с высоким исходным уровнем продукции цитокина и повысился у субъектов с низким исходным уровнем его продукции.

Является ли исходная интенсивность воспалительного ответа определяющим фактором того, как повлияет назначение рыбьего жира на выделение цитокинов? На основании этого предположения нами было проведено следующее исследование, в котором 246 здоровых добровольцев были разделены на 3 тертили в зависимости от исходного уровня продукции TNF-a МКПК в ответ на стимуляцию LPS. Как показано на рис. 2, у субъектов верхней тертили продукция TNF-a значительно снизилась после терапии рыбьим жиром, а у субъектов нижней тертили она значительно повысилась. Таким образом, эффект от назначения рыбьего жира в группе в целом не наблюдался, в то время как в подгруппах он был выраженным.

Рис. 2. Влияние 12-недельного энтрерального введения рыбьего жира на продукцию TNF-a мононуклеарными клетками периферической крови

Механизмы взаимодействия липидов и воспаления

Рыбий жир может иметь множество эффектов на клетки, вовлеченные в воспалительный процесс. Он может вызывать снижение уровня провоспалительных цитокинов, а также изменять структуру медиаторов липиднои природы, выделяемых клеточной мембраной при воспалении. Разные ПНЖК конкурируют за включение в фосфолипидный бислой клеточной мембраны, ω-3 ПНЖК включаются в фосфолипиды легче, чем ω-6 ПНЖК, а последние - легче, чем ω-9 ПНЖК. Последствия этого феномена могут быть как биофизическими (изменение текучести мембраны), так и биохимическими (изменение структуры медиаторов воспаления). В результате могут быть модифицированы гуморальный и клеточный иммунитет, а также интенсивность воспалительного процесса.

Конкурирующие влияния ω-3 и ω-6 ПНЖК

В общем ω-3 ПНЖК считаются противовоспалительными, а ω-6 ПНЖК - провоспалительными. ω-3 и ω-6 ПНЖК, включенные в мембранные фосфолипиды, при воспалении гидролизуются разными фосфолипазами и сфингомиелиназами, что приводит к образованию разных медиаторов, таких как простагландины, лейкотриены, диацилглицерол, фосфатидная кислота и церамид, которые могут влиять на интенсивность воспалительного ответа.

В исследованиях на животных наша группа показала, что повышенное потребление ω-6 ПНЖК связано с усилением продукции IL-1, Назначение рыбьего жира может противостоять этому эффекту путем замещения ω-6 ПНЖК в мембране на ω-3 ПНЖК, что ведет к снижению синтеза IL-1 (5, 6).

Мы исследовали концентрации разных классов фосфолипидов в гепатоцитах крыс при разном количестве потребления линолевой кислоты. Чем большее количество линолевой кислоты потребляли крысы, тем большая была потеря фосфатидилинозитола и фосфатидилхолина из мембран при стимуляции эндотоксином (Рис. 3). Отсюда можно сделать вывод, что при воспалении эти фосфолипиды были бы использованы на синтез биологически высокоактивных медиаторов, упомянутых ранее. Кроме этого, изменением диеты может быть достигнуто изменение текучести мембраны. При введении животным ω-6 ПНЖК текучесть мембраны снижается, а при введении рыбьего жира мембраны приобретают повышенную текучесть (6). Снижение текучести мембран может приводить к улучшению связывания лиганд с клетками и, следовательно, усиливать воспалительный ответ.

Рис. 3. Влияние потребления линолевой кислоты на состав гепатоцитов при стимуляции LPS

Фосфолипиды клеточной мембраны обычно содержат ω-6 ПНЖК - арахидоновую кислоту (АА) в качестве предшественника простаноидов и лейкотриенов. Потребление рыбьего жира приводит к включению эйкозапентаеновой кислоты (ЕРА) в мембранные фосфолипиды, которая метаболизируется до менее активного простагландина Е₃ (PGE₃) вместо PGE₂ и лейкотриена В₅ (LTB₅) вместо LTB₄. Результаты работ с культурами клеток показывают, что PGE₂ ингибирует, a LTB₄ стимулирует образование TNF-a и при изменении соотношения субстратов изменяется и соотношение этих двух метаболитов, которое и определяет конечный метаболический результат. Например, если при назначении рыбьего жира доминирующим эффектом является снижение продукции LTB₄, то образование TNF-a снизится. Если же основным эффектом от применения рыбьего жира будет его влияние на продукцию PGE₂, то можно ожидать рост образования TNF-a, т. к. из ЕРА образуется менее мощный ингибитор синтеза TNF-a - PGE₃.

В своем исследовании мы изучали (см. ниже) образование PGE₂ и LTB₄ стимулированными МКПК. Было обнаружено, что субъекты, у которых наблюдалось снижение продукции TNF-a, демонстрировали снижение продукции LTB₄, у лиц без снижения образования TNF-a не изменялся и уровень LTB₄. Относительно PGE₂ - в обеих группах его образование было снижено (рис. 4 и 5).

Рис. 4. Влияние 12-недельного обогащения диеты рыбьим жиром у здоровых мужчин на продукцию лейкотриена В₄ МКПК в ответ на стимуляцию LPS

Рис. 5. Влияние 12-недельного обогащения диеты рыбьим жиром у здоровых мужчин на продукцию простагландина Е₂ МКПК в ответ на стимуляцию LPS

Влияние генотипа на ответ на рыбий жир

Продукция TNF-a регулируется несколькими частями генома, из которых наиболее очевидная - сам ген TNF-a. Существует полиморфизм в области промоутера гена (замена оснований), который влияет на количество образуемого TNF-a при активации гена. Более распространенная аллель гена TNF-a-TNF1. Мутация гена приводит к замене основания в положении -308 (аденин на гуанин) и образованию гена TNF2 с более высокой способностью к образованию TNF-a. Гомозиготные по этой аллели индивидуумы составляют около 5% популяции. Рядом с геном TNF-a располагается ген TNF-β, который тоже влияет на продукцию TNF-a. Здесь также имеется полиморфизм в позиции +252 (гуанин на аденин), что образует TNF-B2 аллель, которая тоже ассоциирована с повышенной продукцией TNF-a (7). Наличие TNF-B2 в геноме имеет серьезное клиническое значение: так Schroder et al. при исследовании летальности, связанной с сепсисом, обнаружили, что у гомозиготных по TNF-B2 мужчин смертность была значительно выше, чем у гетерозиготных или гомозиготных по TNF-B1. Наличие гомозиготного по TNF-B2 генотипа у женщин также имело отрицательное влияние на летальность, которая обычно ниже, чем у мужчин (8).

По аналогии с тем, что наличие TNF2 и TNF-B2 в геноме ассоциировано с усиленным воспалительным ответом и неблагоприятным исходом, можно предположить, что каждый индивидуум обладает генетически детерминированным «воспалительным драйвом» различной силы - сильным, средним и слабым, в зависимости от соотношения сил про- и противовоспалительных аллелей в геноме индивидуума. Этот «драйв» должен определять течение сепсиса, прогрессирование симптомов ревматоидного артрита, развитие атеросклероза, а также различия в заболеваемости и смертности.

Мы исследовали одинаково ли представители с различными цитокиновыми генотипами отвечают на рыбий жир или у пациентов с некоторыми генотипами введение рыбьего жира более эффективно, чем у других. Мы генотипировали 246 субъектов и наблюдали у них продукцию TNF-a до и после назначения рыбьего жира. В частности, мы определяли аллели в TNF-a и TNF-β генах и классовые характеристики человеческого лейкоцитарного антигена (HLA), который тоже влияет на образование TNF-a.

На рис. 6 различные комбинации аллелей обозначены буквами А, В, С и т. д. В каждом случае было три возможных комбинации TNF-a гена и три TNF-β гена (гомозиготность или гетерозиготность по аллелям TNF1, TNF2, TNF-B1, TNF-B2). Таким образом, возможны девять разных комбинаций, пять из которых были распространены в исследуемой популяции. В общем 46% исследуемых показали снижение продукции TNF-a после обогащения диеты рыбьим жиром. Из них 33% было с комбинацией аллелей А и 57% с комбинацией В. Отсюда следует, что индивидуумы с комбинацией аллелей А более резистентны, а с комбинацией аллелей В более чувствительны к противовоспалительной терапии рыбьим жиром, чем группа в среднем. Если данная вариабельность ответа будет изучена детальнее, появится возможность назначать ω-3 ПНЖК прицельно.

Рис. 6. Влияние TNF-a и TNF-β генотипов на способность снижения стимулированной липопо-лисахаридом продукции TNF-a в ответ на обогащение диеты рыбьим жиром.

246 молодых мужчин получали рыбий жир в дозе 6 г / сут. в течение 12 недель
Измерена продукция TNF-a МКПК стимулированная LPS
Субъекты генотипированы на TNF-a - 308 и TNF-β + 252 полиморфизм
A=TNF11 & TNFB11
B=TNF11 & TNFB12
C=TNF11 & TNFB22
D=TNF12 & 22 & TNFB12
E=TNF12 & 22 & TNFB11

Другой областью генома человека, влияющей на продукцию TNF-a, является ген, кодирующий главный комплекс гистосовместимости, класс II, а именно область HLA-DR. Часть генома, кодирующая главный комплекс гистосовместимости, содержит области с генами протеинов теплового шока и протеинов комплемента, которые влияют на иммунную функцию. В нашем исследовании были изучены HLA-характеристики (DR15, DR3 и DR4) 158 субъектов. Как было сказано выше, у 46% представителей группы продукция TNF-a снизилась после приема рыбьего жира. Индивидуумы с DR15 оказались менее восприимчивы к назначению рыбьего жира (34%), чем индивидуумы с DR3 и DR4 (57% и 56% соответственно) (рис. 7).

Рис. 7. Влияние HLA-характеристик на способность снижения стимулированной липополисахаридом продукции TNF-a в ответ на обогащение диеты рыбьим жиром

158 молодых мужчин получали рыбий жир в дозе 6 г / сут. в течение 12 недель
Измерена продукция TNF-a МКПК в ответ на стимуляцию LPS
Определены HLA характеристики пациентов А=TNF11 &TNFB11

Каковы выводы из этих наблюдений для здравоохранения? Известно, что лица с генотипом HLA-DR4 имеют почти в 6 раз больше шансов заболеть ревматоидным артритом, у лиц с генотипом DR3 в 56 раз выше риск развития герпетиформного дерматита, а у лиц с DR15 в 12 раз выше риск развития рассеянного склероза, чем у людей, не являющихся носителями таких генотипов. Проведено множество исследований по эффективности обогащения диеты рыбьим жиром при ряде воспалительных заболеваний. Большинство из них осуществлено у людей с ревматоидным артритом. Также проведено 12 двойных слепых плацебо-конторлируемых исследований длительностью 12-52 недели, в которых назначали ЕРА и докозагексаеновую кислоту (DHA) в дозе 1-6,4 г / сут. Во всех исследованиях была подтверждена клиническая эффективность. Так как ревматоидный артрит - это заболевание, связанное с HLA-характеристикой DR4, при которой пациенты более чувствительны к назначению рыбьего жира, эти результаты были ожидаемы.

Будущие перспективы

Существует необходимость продолжения изучения определенных выше взаимодействий между генами и ω-3 ПНЖК в рандомизированных контролируемых клинических исследованиях. Пациенты могут быть подвержены влиянию множества воспалительных стимулов, которые встречаются в окружающей среде, таких как сигаретный дым, инфекции, травмы, которые могут стать причиной поступления в ОИТ. Вдобавок они могут быть следствием хронического воспалительного заболевания.

Эти стимулы приводят к продукции воспалительных цитокинов с разной интенсивностью, которая ассоциирована с разными клиническими исходами. Для повышения эффективности терапии этих заболеваний необходимо понимать, как ω-3 ПНЖК взаимодействуют с полиморфизмом некоторых генов, которые кодируют не только провоспалительные цитокины, такие как TNF-a или IL-1, но и противовоспалительные молекулы, такие как IL-10 и протеины теплового шока (HSP).

Также необходим прицельный взгляд на полиморфизм в системе передачи сигналов, которая опосредует продукцию цитокинов в воспалительный ответ. Молекулы этой категории включают Toll-подобные рецепторы (TLR), связывающие LPS и ядерный фактор-кВ (NF-KB) - важный фактор транскрипции, активирующий большое количество молекул, связанных с воспалением.

ЛИТЕРАТУРА
1. Gianotti L, Braga M, Fortis С Soldini L, Vignali A, Colombo S et al. A prospectiver, andomizedc linical trial on perioperativef eedingw ith an arginine-, omega-3 fatty acid-, and RNA-enriched enteral diet: effect on hast response and nutritional status. JPEN 1999; 23: 314-320
2. Beale RJ, Bryg Dl, Bihari Dl. Immunonutrition in the critically ill: a systematic review of clinical outcome. Crit Care Med 1999; 27: 2799-2805
3. Endres S, Ghorbani R, Kelley VB, Georgilis K, Lonnemann G, van dor Meer JW et al. The effect of dietary supplementation of interleukin-l andt umorn ecrosisf actor by mononucleacr ells. N Engl I Med 1989; 320: 265-271
4. Grimble RF, Howell WM, O'Reilly G, Turner SI, Markovic 0, Hirrell S et al. The ability of fish oil to suppresstu mor necrosisf actor-a productionb у peripheralb lood mononucleacr ells in healthy men is associatedw ith polymorphisrnsi n genes which influence TNF-a production. AJCN 2002 76: 454-459
5. Sadeghi S, Wallace FA, Calder PC. Dietary lipids modify the cytokine response to bacterial lipopolysaccharide in mice. Immunology 1999; 96: 404-410
6. Grimble R. Dietary lipids and the inflanunatory response. Proc Nutr Soc 1998; 57: 535-542
7. lacob CO, Fronek Z, Lewis GD, Koo M, Hansen IA, McDevitt HO et al. Heritable major histocompatibility complex II-associated differencesin the productiono f tumorn ecrosisf actor-a: relevancet о genetic predispositiono f systemicl upus erythematosusP. roc Natl Acad Sci USA 1990; 87: 1233-1237
8. Schroder I, Kahlke V, Book M, Stuber F. Gender differences in sepsis: genetically determined? Shock 2000;14: 307-310