О цитокиновом шторме активно заговорили с началом пандемии Covid-19, ведь именно он повышает риск развития тяжелых осложнений и летальных исходов у многих пациентов с коронавирусной инфекцией. Однако само по себе это явление не новое и достаточно неоднозначное: оно показывает, как иммунная система вместо того, чтобы бороться со злом, примыкает к нему и помогает возбудителям болезни уничтожать макроорганизм, вверенный ей для охраны и обороны. Naked Science попробовал разобраться, что представляет собой цитокиновый шторм и какие способы его терапии существуют.
Основа основ
Прежде чем говорить о слишком мощной и явно патологической воспалительной реакции, нужно понять, как вообще работает воспаление. Это сложная биологическая реакция на любое повреждение наших клеток или вторжение инфекционных агентов. Она неспецифическая, то есть воспалительный ответ будет и на солнечный ожог, и на ушиб, и на занозу, и на вирус.
Но как тогда организм узнает, что пора реагировать? За ответ на этот вопрос шведские биохимики Суне Бергстрём и Бенгт Самуэльсон, а также британский фармаколог Джон Вейн в 1982 году получили Нобелевскую премию по физиологии или медицине.
Арахидоновая кислота. С нее все начинается. Она присутствует в клеточной мембране и высвобождается, если клетка гибнет. Причина не важна: это может быть и следствие механического воздействия, и разрыв при выходе размножившихся в клетке вирусных частиц.
Свободная арахидоновая кислота начинает окисляться, запускается знаменитый каскад, который сегодня знают все студенты-медики. При содействии ферментов-циклооксигеназ синтезируются тромбоксаны, лейкотриены и простагландины.
Эффекты именно этих медиаторов воспаления проявляются в виде классической пятерки признаков: повышение температуры (причем не только локально, в месте повреждения, но и глобально, во всем организме), боль, покраснение, отек и нарушение функции клеток. Затем к воспалению подключаются клетки иммунной системы, между собой они «переговариваются» при помощи специальных сигнальных молекул — интерлейкинов. В итоге в водоворот событий оказываются вовлечены десятки молекул и клеток.
Цель воспаления — не только устранить спровоцировавший его фактор, но и восстановить целостность клеток. Мало того, это процесс саморегулирующийся, в каскаде арахидоновой кислоты образуются как провоспалительные, так и противовоспалительные агенты.
Все прекращается, когда устанавливается динамическое равновесие: поврежденные клетки зачищены, на их месте образовались новые, патогенов в организме нет, жизнь продолжается.
Иногда воспаление может затягиваться и превращаться из блага в проблему. Что интересно, и недостаточно выраженное воспаление, и гиперреакция одинаково опасны для организма. В первом случае возбудитель будет чувствовать себя слишком вольготно, массово размножится и навредит человеку. Во втором — навредит уже иммунная система, «решившая» применить внутри собственного организма оружие массового поражения. Цитокиновый шторм — яркий пример второго сценария.
Цитокиновый шторм (cytokine storm, cytokine release syndrome) представляет собой форму системной воспалительной реакции организма, характеризующейся массовым высвобождением цитокинов.
Цитокины — низкомолекулярные белки, вырабатывающиеся преимущественно эффекторными клетками крови и осуществляющие регуляцию межклеточных и межсистемных взаимодействий.
На сегодня известно несколько десятков цитокинов. По своему действию они делятся на провоспалительные, противовоспалительные, регуляторы клеточного и гуморального иммунитета.
Развитие цитокинового шторма обусловлено неконтролируемой активацией иммунной системы и дисрегуляцией синтеза про- и противовоспалительных цитокинов и хемокинов.
В результате такого чрезмерного высвобождения цитокинов и хемокинов развивается гипервоспалительный ответ. От его выраженности зависит как тяжесть течения, так и сам исход, и долгосрочные последствия перенесенного заболевания.
Через годы, через века
Повышенный уровень цитокинов наблюдается при различных заболеваниях. Но в ряде случаев превышение их концентрации происходит в сотни и даже тысячи раз, что, в свою очередь, приводит к развитию тяжелых и жизнеугрожающих состояний.
К примеру, «цитокиновый шторм» может встречаться при таких заболеваниях и состояниях, как сепсис, рассеянный склероз, острый панкреатит, острый респираторный синдром, грипп, состояние после тяжелых травм, лихорадка Эбола и другие.
Не исключено, что именно патологический иммунный ответ стал причиной невероятно высокой смертности во время испанки — пандемии гриппа 1918-1919 годов. Реконструированный вирус H1N1, выделенный во время пандемии 1918-го, по сравнению с обычными эталонными штаммами вируса гриппа А, вызывал крайне выраженное воспаление легких у мышей.
Если заглянуть в историю, то можно обнаружить, что термин «цитокиновый шторм» встречался в медицинской литературе уже в 1993 году: Джеймс Феррара и соавторы употребили это словосочетание для описания реакции «трансплантат против хозяина» (РТПХ).
Трудности стандартизации
До сих пор нет четкого согласования ни для определения, ни для классификации цитокинового шторма. Связано это с тем, что, по данным российских и зарубежных авторов, при разных патологиях повышаются разные группы цитокинов.
Например, определение Национального института рака США, основанное на Общих терминологических критериях нежелательных явлений ( CTCAE), слишком широкое, поскольку критерии воспалительного синдрома вполне применимы и для некоторых физиологических состояний. В то время как определение Американского общества трансплантологии и клеточной терапии основывается на критериях, которые сосредотачиваются исключительно на ятрогенных (вызванных медицинским вмешательством) причинах цитокинового шторма, и, по сути, игнорирует инфекционные причины.
К тому же грань между нормальным и патологическим ответами организма весьма условна. Одни и те же цитокины могут приносить как пользу для макроорганизма, так и вред. Плюс многие из них взаимосвязаны. Так что крайне сложно сказать, где заканчивается неравная битва с возбудителем и начинается смертоносная борьба.
Симптомы и проявления
Как и в случае с определением и пониманием причин, четкой и характерной клинической картины у цитокинового шторма нет, особенно на начальных стадиях.
Симптомы могут быть вызваны как прямым повреждением клеток цитокинами, так и опосредованным — через иммунные клетки.
Следствием цитокинового шторма может стать развитие ряда серьезных патологических состояний. В их числе — острый респираторный дистресс-синдром, развитие нарушений свертывания крови, полиорганная недостаточность и прочее.
Так, например, SARS-CoV-2-индуцированный цитокиновый шторм активирует коагуляцию за счет стимуляции провоспалительными цитокинами (IL-6, IL-8), экспрессии тканевого тромбопластина и активации системы свертывания. Кроме того, происходят активация тромбоцитов и дисфункция клеток эндотелия.
Результатом таких изменений могут стать массивное тромбообразование и закупорка мелких и крупных сосудов различных органов, что вызывает нарушение циркуляции в этих органах и последующее нарушение их нормального функционирования.
Все это может привести к самому печальному исходу. Да и в случае разрешения болезни последствия могут быть крайне неблагоприятными.
Подходы к лечению
Общая стратегия заключается в борьбе с основным заболеванием, в поддержании функций организма и подавлении избыточной иммунной реакции. Конкретика зависит от причины возникновения цитокинового шторма и степени его тяжести. При этом важный нюанс — фокусное воздействие на цитокины, на которых замыкаются критически важные звенья патогенеза.
На сегодня накоплено немало исследований по медикаментозному лечению цитокинового шторма. Из лекарственных препаратов неплохо зарекомендовал себя тоцилизумаб — моноклональное антитело, антагонист рецептора интерлейкина-6 (IL-6R). При тяжелом течении возможна его комбинация с кортикостероидами — гормональными препаратами, мощно подавляющими системные воспалительные реакции.
В клинической практике успешно используют ингаляционный кортикостероид будесонид («Будостер», «Пульмикорт», «Респинид»), который угнетает высвобождение многих цитокинов непосредственно в дыхательных путях.
Существенный минус в том, что и у моноклональных антител, и глюкокортикостероидов есть ряд побочных эффектов. К ним относятся инфекции верхних дыхательных путей, нарушение функции печени, стероидный диабет, артериальная гипертензия и другие. К тому же, если говорить о некоторых моноклональных антителах, то только блокада растворимых и мембранных форм IL-6R не может выступать эффективным методом подавления цитокинового шторма, так как взаимодействие IL-6 на поверхности Т-клеток может происходить напрямую, без участия рецептора.
Заболевания, медицинские процедуры и методики лечения, которые могут осложниться цитокиновым штормом:
• CAR-T — иммунотерапия опухолей крови, когда собственные Т-клетки человека оснащают искусственным, химерным рецептором, способным распознавать антигены на поверхности атипичных клеток. Среднетяжелый или тяжелый цитокиновый шторм регистрируется от четверти до половины случаев применения CAR-T, а легкий – практически у всех. Реже «штормит» пациентов, проходящих иммунотерапию по поводу неходжкинской лимфомы, хронического лимфоцитарного лейкоза и множественной миеломы.
• Терапия биспецифическими антителами (например, блинатумомабом) — есть риск возникновения шторма при первом введении препарата. В исследовании 189 пациентов с рецидивирующим/рефрактерным острым лимфобластным лейкозом, которых лечили блинатумомабом, тяжелый шторм зарегистрировали лишь у 2% пациентов.
• Гаплоидентичная аллогенная трансплантация гематопоэтических клеток. В группе из 75 пациентов, перенесших терапию с трансплантатами периферической крови, насыщенными Т-клетками, тяжелый шторм зарегистрировали у 12%, легкий — у 75%.
• Другие виды иммунотерапии. О редких цитокиновых штормах сообщалось после применения антитимоцитарного глобулина, а также моноклональными антителами, включая ритуксимаб, обинутузумаб, брентуксимаб и некоторые другие.
• Тяжелые инфекции. В наше время цитокиновый шторм описан для гриппа и для Covid-19. Не стоит также забывать, что чем больше препаратов в составе терапии, тем выше риски развития как нежелательных явлений, так и межлекарственных взаимодействий. Поэтому предпочтение стараются отдавать монотерапии.
Но наука не стоит на месте: постоянно появляются инновационные разработки для упреждения развития гипервоспаления. Например, препарат «Атериксен», который снижает выработку провоспалительных цитокинов IL-6, IL-8 и хемокинов MIG (CXCL9) и IP-10 (CXCL10) — основных медиаторов острой фазы воспаления, лихорадки и цитокинового шторма.
Немаловажно, что этот препарат также снижает воспаление в легочной ткани и обеспечивает защитный иммунный ответ при заражении респираторными вирусами, что особенно актуально в свете Covid-индуцированного цитокинового шторма, с которым мы, к сожалению, так близко познакомились в последние несколько лет.
Учитывая, что при цитокиновом шторме организм страдает не только от основного заболевания, но и от ударов собственного иммунитета, немаловажное значение приобретают токсичность применяемых препаратов и их побочные эффекты. «Атериксен» обладает благоприятным профилем безопасности и переносимости, а иммунотоксических, мутагенных, канцерогенных или аллергизирующих свойств у него не обнаружено.
Продвижение исследований и лечения цитокинового шторма требует междисциплинарного подхода с привлечением всех достижений современной науки. Профилирование биомаркеров и конкретизация задействованных в каждом конкретном случае цитокинов позволят индивидуализировать лечение и увеличить шансы не только на выживание, но и на предупреждение тяжелых осложнений и последствий цитокинового шторма.
И это прекрасное далёко как раз не за горами: лаборатории готовы выдать в клиническую практику новые методики и препараты уже в ближайшее десятилетие.