Способ оценки врожденного иммунитета у пациентов с рецидивирующим экссудативным средним отитом
Владельцы патента RU 2739686:
Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы «Научно-исследовательский клинический институт оториноларингологии им. Л.И. Свержевского» Департамента здравоохранения города Москвы. (RU)
Изобретение относится к области медицины, в частности к оториноларингологии. Предложен способ оценки врожденного иммунитета у пациентов с рецидивирующим экссудативным средним отитом и непроходимостью слуховой трубы. В экссудате барабанной полости с помощью полимеразной цепной реакции в реальном времени определяют уровень экспрессии гена провоспалительного цитокина IL1β и уровень экспрессии генов противомикробных пептидов HBD1, HBD2. При одновременном выполнении следующих условий: уровень экспрессии IL1β - от 50 отн. единиц и выше, уровень экспрессии HBD1 - от 2 отн. единиц и выше, уровень экспрессии HBD2 - от 10 отн. единиц и выше - диагностируют нарушение врожденного иммунитета. Изобретение обеспечивает разработку метода диагностики для выявления дефекта врожденного иммунитета у больных с рецидивирующим экссудативным средним отитом с целью отбора пациентов для проведения иммунокоррегирующей терапии и оценки перспективности дальнейшего лечения. 3 ил., 1 табл., 2 пр.
Изобретение относится к области медицины, а именно к оториноларингологии.
Среди многих клинических форм хронических средних отитов особое место занимают экссудативный средний отит (ЭСО), который характеризуется наличием экссудата в барабанной полости и снижением слуха при отсутствии болевого синдрома и сохраненной барабанной перепонки. Синонимов ЭСО много, но наиболее распространенные из них - секреторный или негнойный средний отит (otitis media witheffusion, secrertory otitis media). ЭСО отличается длительностью течения, резистентностью к стандартному лечению среднего отита и склонностью к рецидивированию.
Распространенность ЭСО в популяции колеблется от 1 до 5% в разных возрастных группах. Отмечается устойчивая тенденция к росту заболеваемости ЭСО. По данным ВОЗ число больных ЭСО в мире в 2016 г. составило около 32 миллионов человек. По прогнозам ВОЗ к 2030 году число лиц с социально значимым дефектом слуха, в том числе в результате ЭСО, увеличится более чем на 30% (WHO, 2016).
Рост заболеваемости ЭСО обусловлен многочисленными факторами, такими снижением иммунного ответа у пациентов в связи с неадекватной терапией воспалительных процессов в полости носа, околоносовых пазухах и глотке, бесконтрольным применением антимикробных препаратов, ростом аллергических заболеваний, а также ухудшением экологической обстановки. Заболеваемость ЭСО характеризуется сезонностью: так, увеличение числа заболевших отмечается в холодное время года.
Клинически ЭСО характеризуется ухудшением слуха, ощущением заложенности, чувством распирания в ухе, аутофонией и ушным шумом вследствие скопления жидкости в полостях среднего уха. Причинами ЭСО являются хроническая патология полости носа (полипозный риносинусит, гипертрофический ринит) и глоточного устья слуховой трубы, а также образований носоглотки и основания черепа, которые ведут к обструкции слуховой трубы.
Несмотря на имеющийся широкий арсенал современных диагностических методов в некоторых случаях дифференциальная диагностика ЭСО вызывает затруднения, так как имеется патология височной кости, имитирующая клинические проявления ЭСО, особенно при его рецидивирующем течении.
ЭСО тесно связан с инфекцией верхних дыхательных путей [1, 2], что увеличивает вероятность инфицирования среднего уха за счет супрессии местных иммунных механизмов, облегчения вирусной и бактериальной адгезии в носоглотке и снижения цилиарной активности в евстахиевой трубе. Действие патогена, а также воспалительные реакции, связанные с развитием иммунного ответа на патоген, определяют течение ЭСО, особенно, при его хронических формах.
Адаптивный иммунный ответ включает в себя активацию и дифференцировку лимфоцитов, элиминацию антигена и формирование иммунной памяти. Однако, именно врожденный иммунитет является первой линией защиты организма от различных патогенов. Клетки врожденной иммунной системы экспрессируют паттерн-распознающие рецепторы (PRR), которые распознают консервативные образы или паттерны патогенности, характерные для групп патогенов, называемые PAMPs - патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (Pathogen-associated molecular pattern) или молекулы, образующиеся при повреждении собственных клеток - DAMPs (Damage-associated molecular pattern).
HBD1 и HBD2 - дефензины представляют собой группу катионных пептидов, обладающих выраженной противомикробной активностью в отношении вирусов, бактерий, дрожжей и т.д. В зависимости от строения выделяют следующие классы дефензинов: α-, β- и θ-дефензины.
Основными продуцентами β-дефензинов являются клетки врожденного иммунитета, а также эпителиальные клетки, выстилающие различные слизистые оболочки. При этом некоторые β-дефензины вырабатываются конститутивно, обеспечивая первую линию защиты от патогенов, например, HBD1, в то время как другие, такие как, HBD2, экспрессируются в ответ на стимуляцию, т.е. индуцибельно.
Антибактериальная активность дефензинов реализуется посредством их связывания с мембраной патогена. Дефензины, будучи положительно заряженными, взаимодействуют с отрицательно заряженными компонентами микробных мембран, к которым относятся липополисахариды (ЛПС) у грамотрицательных бактерий, полисахариды (тейхоевая кислота) у грамположительных бактерий и фосфолипиды (фосфотидилглицерин). В результате такого воздействия в мембране образуются поры, что приводит к осмотической гибели бактерии.
Помимо антибактериальной активности дефензины также могут активировать систему комплемента и способны влиять на развитие воспалительной реакции через регуляцию продукции цитокинов и экспрессии молекул адгезии [3]. Кроме того, HBD2 является мощным хемоаттрактантом для нейтрофилов, вовлекая их в воспалительную реакцию [4]. Все это указывает на ключевую роль дефензинов во врожденном иммунитете. При развитии отита среднего уха с непроходимостью слуховой трубы было отмечено повышение экспрессии генов HBD1 и HBD2. При этом следует отметить, что происходит гиперэкспрессия гена HBD1, который в физиологических условиях вырабатывается конститутивно, однако, в условиях воспаления и гипоксии его выработка повышается [5]. Усиление индуцибельной выработки HBD2 может быть связано с секрецией IL1β, которая также была показана в данной работе. Полученные данные согласуются с исследованием J. Shinetetal., где была выявлена подобная зависимость в клетках роговицы [6].
Интерлейкин-1β (IL1β) - мощный провоспалительный цитокин, который играет важную роль в развитии ответа организма на инфекцию и повреждение. IL1β является наиболее охарактеризованным и изученным из 11 членов семейства IL-1. Он вырабатывается и секретируется, в основном, различными типами клеток, хотя подавляющее большинство исследований было сосредоточено на экспрессии его гена клетками врожденной иммунной системы, таких как моноциты и макрофаги [7].
Несомненно, факторы врожденного иммунного ответа влияют на патогенез и течение острого и хронического среднего отита, поэтому данные иммунологических исследований могут быть использованы для уточнения патогенеза среднего отита с дисфункцией слуховой трубы и разработки своевременной диагностики, профилактики и терапии.
Диагностика ЭСО строится на анализе жалоб, анамнеза заболевания, осмотра Лор-органов, данных эндо- и отомикроскопии, исследования слуховой трубы, аудиологического, тимпанометрического и рентгенологического обследований. Общепринятый алгоритм диагностики ЭСО мы принимаем за прототип заявленного изобретения [Крюков А.И., Гаров Е.В., Зеликович Е.И., Тардов М.В., Федорова О.В., Мартиросян Т.Г. Экссудативный средний отит как проявление спонтанной отоликвореи. Вестник оториноларингологии 2020, Т. 85, №2, с.6-13] [8]. Однако этот алгоритм не позволяет в полной объеме оценить особенности и характер воспалительных изменений для решения вопроса диагностики и лечения пациентов с рецидивирующим ЭСО.
Целью настоящего изобретения является создание способа оценки врожденного иммунитета у пациентов с рецидивирующим ЭСО, который позволит расширить возможности диагностики данного заболевания и поможет оптимизировать дальнейшее лечение.
Для выполнения поставленной задачи нами разработано новое направление диагностики рецидивирующего ЭСО у пациентов с дисфункцией слуховой трубы, основанное на оценке врожденного иммунитета, которое заключается в определении уровня экспрессии генов IL1β, HBD1 и HBD2 в экссудате барабанной полости.
Техническим результатом заявленного изобретения является разработка метода диагностики для выявления дефекта врожденного иммунитета у больных с рецидивирующим экссудативным средним отитом с целью отбора пациентов для проведения иммунокоррегирующей терапии и оценки перспективности дальнейшего лечения путем использования в качестве количественного показателя уровня экспрессии гена провоспалительного цитокина IL1β, а также уровня экспрессии генов противомикробных пептидов HBD1 и HBD2 эпителиальными клетками экссудата слуховой трубы. Метод дает возможность прогнозировать развитие рецидива хронического экссудативного отита.
Материалы и методы.
Методика определения проходимости слуховой трубы.
Определение проходимости слуховой трубы проводили по способу Вальсальвы и Палитцера по пробам Тойнби.
Результаты исследования проходимости слуховых труб оценивали следующим образом:
- слуховые трубы проходимы при глотании - барофункция I степени;
- слуховые трубы проходимы при пробе Тойнби - барофункция II степени;
- слуховые трубы проходимы при пробе Вальсальвы - барофункция III степени;
- слуховые трубы проходимы только при продувании по Политцеру-барофункция IV степени.
Пациентов с I - IV степенью барофункции относили к группе 1 - пациенты с проходимостью слуховой трубы
Пациентов с полной непроходимостью слуховой трубы относили к группе 2.
Методика выделения ДНК из клинического материала
Для выделения ДНК использовали комплект реагентов для выделения ДНК/РНК из клинического материала «РИБО-сорб» (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотрбенадзора (Россия)) по протоколу производителя.
Методика постановки обратной транскрипции.
Реакцию обратной транскрипции (ОТ) проводили в объеме 25 мкл. Реакционная смесь содержала 3 мкл РНК-матрицы, 1 мкл random (шестичленные олигонуклеотиды со случайной последовательностью оснований) (Синтол, РФ) и 9 мкл ddH2O. Смесь инкубировали при плюс 75°С в течение 5 минут, далее пробирки охлаждали до плюс 4°С. После добавляли 10 мкл смеси, состоящей из 10 х ОТ буфер - 3 мкл, 100 ед. ревертазы M-MLV (Синтол, РФ). Смесь инкубировали в течение часа при 37°С. Инактивацию проводили при 92°С в течение 10 минут. Полученную кДНК хранили при минус 70°С.
Методика проведения полимеразной цепной реакции.
Реакцию ПЦР проводили в объеме 25 мкл. При приготовлении реакционной смеси использовали следующие объемы компонентов в расчете на одну пробу (Табл. 1). Использованные в реакции праймеры были подобраны в программном обеспечении Vector NTI Designer и синтезированы фирмой Синтол (РФ).
Таблица 1. Состав реакционной смеси.
| № | Наименование | Объем, мкл |
| 1 | dNTP, 2.5 mM | 2.5 |
| 2 | 10хПЦР буфер Б | 2,5 |
| 3 | MgCl2, 25 mM | 2,5 |
| 4 | Смесь праймеров 10 пкмоль/мкл каждого | 1,0 |
| 5 | SynTaq ДНК-полимераза, 5Е/мкл | 0,5 |
| 6 | ddH2O | 11 |
| 7 | Образец ДНК | 4 |
При постановке реакции использовали канал детекции FAM при следующих условиях:
95°С - 300 сек,
60-62°С (в зависимости от использованного праймера, температура отжига рассчитывалась по правилу Уоллеса) - 40 сек,
95°С - 15 сек - переход на шаг 2 (45 циклов).
Уровень экспрессии целевых генов оценивался по методу [9] в относительных единицах относительно активности гена домашнего хозяйства - β-актина.
В ходе работы использовались следующие реактивы и расходные материалы:
1. Набор для выделения РНК из клинического материала (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотрбенадзора (Россия))
2. Набор для проведения обратной транскрипции (ОТ) (Синтол, РФ),
3. Набор для проведения ПЦР в присутствии SYBRGreenI (Синтол, РФ),
4. Наконечники (Axygen, США),
5. Микропробирки 1,5 мл (Eppendorf, США).
Оборудование
В ходе работы использовалось следующее оборудование:
1. Микродозаторы автоматические CAPP переменного объема 20-200 мкл, 100-1000 мкл, 1-5 мл (CAPP, Дания),
2. Центрифуга Eppendorf Minispin Plus (США),
3. Система высокой очистки воды Merck Millipore Integral 3 (Merck Millipore, Франция),
4. Амплификатор ДНК-Технология (Россия).
Полученные данные иллюстрируются чертежами.
Фигура 1. Уровень экспрессии гена IL1β в исследуемых группах. Группа 1 - пациенты с проходимостью слуховой трубы. Группа 2 - пациенты с непроходимостью слуховой трубы.
Фигура 2. Уровень экспрессии гена HBD1 в исследуемых группах. Группа 1 - пациенты с проходимостью слуховой трубы. Группа 2 - пациенты с непроходимостью слуховой трубы.
Фигура 3. Уровень экспрессии гена HBD2 в исследуемых группах. Группа 1 - пациенты с проходимостью слуховой трубы. Группа 2 - пациенты с непроходимостью слуховой трубы.
На основе проведенных исследований было выявлено значительное усиление экспрессии гена IL-1β. В случае непроходимости слуховой трубы в ней создается пониженное давление, нарушение венозного оттока и локальная гипоксия. По данным литературы известно, что венозный стаз и нарушение газообмена способны приводить к активации инфламмосомного комплекса и усиленной секреции IL-1β [10]. Все это способствует процессингу IL-1β и выработке его активной формы. У пациентов с непроходимостью слуховой трубы уровень экспрессии гена IL1β в 11,4 раза выше, чем у пациентов с отсутствием данной дисфункции (p=0.0016), что свидетельствует о развитии воспалительной реакции (Фиг.1).
При определении уровня экспрессии генов противомикробных пептидов HBD1 и HBD2 было показано, что уровень экспрессии HBD1 и HBD2 был выше в 11 и 17 раз соответственно у пациентов с непроходимостью слуховой трубы (группа 2) (р=0,0037 и р=0,0006 соответственно) (Фиг.2, 3).
Полученные результаты доказаны статистической обработкой результатов, которая проводилась с использованием программного обеспечения Microsoft Excel 2016 и Statistica 6.1.
Полученные данные проходили проверку на нормальность распределения, по результатам которой установлено, что полученные выборки имеют отклонение от нормальности, вследствие чего целесообразно применять непараметрические критерии для сравнения групп. Сравнение между группами с проходимой и непроходимой слуховой трубой проводили с использованием критерия Манна-Уитни.
Технический результат заявленного изобретения характеризуется следующими существенными признаками:
1. У пациентов с экссудативным средним отитом и непроходимостью слуховой трубы уровень экспрессии гена IL1β - мощный провоспалительный цитокин, который играет важную роль в развитии ответа организма на инфекцию и повреждение) выше в 11,4 раза по сравнению с пациентами, у которых сохранена проходимость слуховой трубы.
2. Экспрессия генов противомикробных пептидов HBD1 и HBD2 (катионные пептиды, обладающие выраженной противомикробный активностью в отношении вирусов, бактерий, дрожжей) повышена в 11 и 17 раз соответственно у пациентов со средним отитом и непроходимостью слуховой трубы по сравнению с пациентами, у которых сохранена проходимость слуховой трубы.
Способ осуществляли следующим образом.
У пациентов с ЭСО и непроходимостью слуховой трубы, которую определяли на основании отрицательных проб по способу Вальсальвы и Палитцера, по пробам Тойнби, производили эвакуацию экссудата барабанной полости, которую проводили под местной анестезией стерильным шприцом.
Далее проводили подготовку пробы: выделяли РНК с помощью комплекта реагентов для выделения РНК из клинического материала, проводили обратную транскрипцию, проводили ПЦР в реальном времени по описанным выше методикам.
Уровень экспрессии целевых генов (IL1β, HBD1, HBD2) определяли методом [9] в относительных единицах относительно активности гена домашнего хозяйства - β-актина.
На первом этапе проводили определение уровня экспрессии гена провоспалительного цитокина IL1β. Следующим этапом определяли уровень экспрессии генов противомикробных пептидов HBD1 и HBD2.
Результаты интерпретировали следующим образом.
При одновременном повышении нижеперечисленных уровней экспрессии исследуемых генов у пациентов с непроходимостью слуховой трубы до показателей:
IL1β - 50 отн. единиц и выше, HBD1 - 2 отн. единиц и выше,
HBD2 - 10 отн. единиц и выше, - диагностировали нарушение врожденного иммунитета.
На основе полученных данных в дальнейшем отбирали пациентов для консервативного лечения рецидива ЭСО иммуномодулирующими препаратами, способными влиять на показатели врожденного иммунитета и снижать экссудацию в полость слуховой трубы.
Было обследовано 7 пациентов с проходимой слуховой трубой (группа 1) и 9 пациентов с непроходимой слуховой трубой (группа 2).
Для доказательств возможности реализации заявленного способа и достижения указанного технического результата приводим следующие данные.
Пример 1. Больная К., 32 лет. Диагноз: Рецидивирующий экссудативный средний отит справа. Предъявляла жалобы на снижение слуха на правое ухо, заложенность в ухе, аутофонию и шум в ухе. Страдает снижением слуха более 5 лет, периодически проводилось консервативное лечение - эффекта положительного не отмечала. При обследовании (отомикроскопия, ТПА, компьютерная томография (КТ) височных костей, эндоскопии носа и ОНП) выявлен экссудат в барабанной полости справа, непроходимость слуховой трубы справа. По данным ТПА - правосторонняя кондуктивная тугоухость - 20 дБ. По данным компьютерной томографии (КТ) височных костей - тотальное заполнение клеток височной кости справа. Тимпанометрия - тип В (наличие экссудата в барабанной полости). Продувание слуховой трубы по Политцеру - не проходима.
15.01.2020 г. под местной анестезией выполнена эвакуация стерильным шприцом №2 экссудата барабанной полости правого уха, далее экссудат направлен на иммунологическое исследование, проведенное по описанному выше способу. Далее пациенту проводилось консервативное лечение - катетеризация слуховой трубы №7. Через 2 дня получены результаты иммунологического исследования: высокая экспрессия гена IL1β - 109 отн. единиц, высокая экспрессия генов противомикробных пептидов HBD1 и HBD2- 2,6 отн. единиц и 24,1 отн. единиц соответственно. Больной в дальнейшем показано иммунокоррегирующее лечение для повышения уровня показателей врожденного иммунитета.
Пример 2. Больной Р., 35 лет. Диагноз: Рецидивирующий экссудативный средний отит слева. Предъявляла жалобы на снижение слуха на левое ухо, заложенность в ухе, аутофонию и шум в ухе. Страдает снижением слуха более 5 лет, периодически проводилось консервативное лечение - эффекта положительного не отмечал. В анамнезе шунтирование барабанной перепонки от 08.09.2019. В декабре 2019 года шунт выпал самостоятельно. При обследовании (отомикроскопия, ТПА, компьютерная томография (КТ) височных костей, эндоскопии носа и ОНП) выявлен экссудат в барабанной полости слева, в заднее-нижнем квандранте определяется рубец, слуховая труба слева непроходима. По данным ТПА - левосторонняя кондуктивная тугоухость - 25 дБ. По данным компьютерной томографии (КТ) височных костей - тотальное заполнение клеток височной кости слева. Тимпанометрия - тип В (наличие экссудата в барабанной полости). Продувание слуховой трубы по Политцеру - не проходима.
25.01.2020 г. под местной анестезией выполнена эвакуация стерильным шприцом №2 экссудата барабанной полости левого уха, экссудат направлен на иммунологическое исследование, проведенное по описанному выше способу. Далее пациенту проводилось консервативное лечение - катетеризация слуховой трубы №7. Через 2 дня получены результаты иммунологического исследования: высокая экспрессия гена IL1β - 95 отн. единиц, высокая экспрессия генов противомикробных пептидов HBD1 и HBD2 - 2,4 отн. единиц и 31,3 отн. единиц соотвественно. Больному в дальнейшем показано иммунокоррегирующее лечение для повышения уровня показателей врожденного иммунитета.
Предложенный способ диагностики применим в клинической практике с целью оценки врожденного иммунитета у пациентов с ЭОС. Метод дает возможность прогнозировать развитие рецидива хронического экссудативного отита.
Выявление нарушений врожденного иммунитета предлагаемым способом позволяет своевременно корригировать терапию у пациентов с данной патологией.
Список литературы.
1. Leichtle A., Lai Y., Wollenberg B., etal. Innate Signaling in Otitis Media: Pathogenesis and Recovery. Curr Allergy Asthma Rep.2011; 11(1): 78-84.
2. Alper C., Winther B., Mandel E., et al. Temporal relationships for cold-like illnesses and otitis media in sibling pairs. Pediatr Infect Dis J.2007; 26: 778-781.doi: 10.1097/INF.0b013e318124aa31
3. Naiki Y., Michelsen K., Zhang W., Chen S., Doherty T., Arditi M. Transforming growth factor-(differentially inhibits MyD88-dependent, but not TRAM- and TRIF-dependent, lipopolysaccharide-induced TLR4 signaling. J. Biol. Chem. 2005; 280: 5491-5495.
4. Chaly Y.V., Paleolog E.M., Kolesnikova T.S., Tikhonov I.I., Petratchenko E.V., Voitenok N.N. Neutrophil α-defensin human neutrophil peptide modulates cytokine production in human monocytes and adhesion molecule expression in endothelial cells. Eur. Cytokine Netw.2000; 11: 257-266.
5. Defrance T., Vanbervliet B., Briere F., Durand I., Rousset F., Banchereau J. Interleukin 10 and transforming growth factor beta cooperate to induce anti-CD40-activated naive human B cells to secrete immunoglobulin A. J Exp Med. 1992; 175: 671-682.
6. Prado-Montes de Oca E. Human β-defensin 1: f restless warrior against allergies, infections and cancer. Intern J Biochemistry Cell Biology.2010; 42: 800-804.
7. Guo H., Li M., Xu L. Apigetrin Treatment Attenuates LPS-induced Acute Otitis Media Though Suppressing Inflammation and Oxidative Stress.Biomed Pharmacother.2019; 109: 1978-1987.doi: 10.1016/j.biopha.2018.07.022
8. Крюков А.И., Гаров Е.В., Зеликович Е.И., Тардов М.В., Федорова О.В., Мартиросян Т.Г. Экссудативный средний отит как проявление спонтанной отоликвореи. Вестник оториноларингологии 2020, Т. 85, №2, с.6-13
9. Livak K.J., Schmittgen T.D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2-ΔΔCT Method // Methods.
10. Li X., Duan D., Yang J., Wang P., Han B. et al. The expression of human β-defensins (hBD-1, hBD-2, hBD-3, hBD-4) in gingival epithelia. Arch Oral Biology.2016; 66: 15-21.
Способ оценки врожденного иммунитета у пациентов с рецидивирующим экссудативным средним отитом и непроходимостью слуховой трубы, отличающийся тем, что в экссудате барабанной полости с помощью полимеразной цепной реакции в реальном времени определяют уровень экспрессии гена провоспалительного цитокина IL1β, уровень экспрессии генов противомикробных пептидов HBD1, HBD2, причем уровень экспрессии вышеуказанных генов рассчитывают с применением метода 
и выражают в относительных единицах относительно активности гена домашнего хозяйства - β-актина, и при одновременном выполнении следующих условий: уровень экспрессии IL1β - от 50 отн. единиц и выше, уровень экспрессии HBD1 - от 2 отн. единиц и выше, уровень экспрессии HBD2 - от 10 отн. единиц и выше - диагностируют нарушение врожденного иммунитета.
