Недавние исследования на мышах показали, что легкие выделяют специализированный фермент, способный разрушать хитин, без которого частицы хитина, вдыхаемые из окружающей среды, могут накапливаться в дыхательных путях и запускать воспалительные процессы в легких, вызывая такие заболевания, как фиброз. Жесткая раковина жука и крепкая броня краба обязаны своей силой соединению под названием хитин, одному из самых сложных природных материалов, а также одному из самых распространенных биологических соединений на Земле. Новое исследование, проведенное учеными Калифорнийского университета в Сан-Франциско, показывает, что легкие секретируют специализированный фермент, способный его разрушать, а его отсутствие приводит к воспалительным процессам в дыхательной системе.
Насекомые, плесень и другие распространенные источники аллергии или воспаления производят миллиарды тонн хитина в год. Ферменты, предназначенные для разрушения и удаления хитина, называемые хитиназами, эволюционно развивались очень давно и содержатся у большинства живых существ – от одноклеточных бактерий и грибов до людей. Однако функция этих ферментов у млекопитающих, которые сами не производят хитин, долгое время была загадкой для науки.
В новом исследовании ученые показали, что мыши, у которых нет хитин- разрушающих ферментов, вскоре накапливают хитин в легких даже в санитарно-лабораторных условиях. У них развиваются тяжелые воспалительные заболевания легких с возрастом, но команда также обнаружила, что они могут резко восстановить функцию легких у этих больных мышей путем замены отсутствующих ферментов хитиназы, либо генетически, либо с помощью медикаментов, что может иметь последствия для понимания и лечения возрастных заболеваний легких у людей.
Улучшение активности хитиназы быстро очистило признаки хронического воспалительного заболевания легких у этих мышее, отмечают авторы. Это первая демонстрация того, что хитиназы играют ключевую роль в сохранении функции легких у позвоночных.
Исследование подтверждает связь между хитином и связанным с возрастом фиброзом легких. Во многих тканях фиброзная рубцовая ткань развивается как часть нормального ответа на травму. Эти рубцы обычно исчезают со временем, но хроническое раздражение и воспаление могут привести к обширным рубцам органов, известным как фиброз, которые увеличиваются с возрастом. Фиброз в настоящее время рассматривается многими исследователями как центральный основной фактор риска для многих возрастных заболеваний, который может, в конечном итоге, приводить к полному отказу органов. В случае фиброзной болезни легких, которая в настоящее время отмечается у десятков тысяч американцев и, по-видимому, растет с возрастом населения, исследователи подозревают, что продолжительность негативного воздействия окружающей среды вызывает хроническое воспаление и фиброз легочной ткани. В результате повреждения тканей летальный исход часто наступает в течение 5-10 лет после постановки диагноза.
Предыдущие исследования показали, что хитин может вызвать воспаление легких у мышей, и исследователи подозревали, что хроническая ингаляция частиц хитина на протяжении всей жизни (например, через пылевые клещи или плесень) может играть важную роль с возрастным фиброзом легких у людей.
В новом исследовании обнаружилось, что специализированные клетки, выстилающие дыхательные пути мышей, производят фермент хитиназы под названием AMCase, который, по-видимому, играет ключевую роль в предотвращении накопления хитина в легких животного. У мышей, генетически модифицированных с отсутствием этого фермента, хитин спонтанно накапливался в дыхательных путях и вызывал хронический воспалительный иммунный ответ, а также выделял пути клеточного стресса, которые ранее были связаны с болезнью легких у людей.
Поскольку хитин настолько вездесущ в окружающей среде, исследователям не нужно было предпринимать каких-либо специальных шагов, чтобы подвергнуть мышей воздействию этого соединения, даже в сильно дезинфицированных лабораторных условиях.
Хитин – очень распространенная, очень жесткая экологическая частица, обнаруженная в домах и на рабочих местах. Результаты ясно показывают, что это вещество, естественно, попадает в легкие, и при отсутствии хитиназных ферментов, способных разрушать его, он накапливается. Со временем накопление хитина может ухудшить здоровье животных, что похоже на фиброзную болезнь человека.
Ученые обнаружили, что молодые мыши были способны переносить воспаление, вызванное хитином, не проявляя признаков дисфункции легких, но в случае взрослых особей наблюдалось быстрое ухудшение здоровья, в том числе с развитием фиброзных изменений в легких. В результате мыши, лишенные AMCase, умерли в значительно более молодом возрасте, чем животные из контрольной группы. Тем не менее, исследователи также обнаружили, что симптомы заболевания легких у этих мышей могут быть быстро устранены путем восстановления активности хитиназы генетически или с помощью лекарственных средств.
Команда также изучала людей с воспалительными заболеваниями легких и обнаружила повышенный уровень хитина в легких. Люди также продуцируют AMCase, хотя и на значительно более низких уровнях, чем лабораторные мыши. Исследователи не обнаружили доказательств того, что активность хитиназы была ниже нормы у пациентов с воспалительным заболеванием легких, но они выдвигают гипотезу о порочном цикле, при котором связанный со старением фиброз легких нарушает естественную способность легкого использовать AMCase и, возможно, другие хитиназы для очистки от хитина, что увеличивает количество хитина и приводит к дальнейшему обострению воспаления легких и фиброзу.
Новые исследования показывают, что повышение активности хитиназы с помощью медикаментов может быть полезным лечением для пациентов с воспалительным заболеванием легких. Авторы нашли реальную возможность применения хитиназ, для лечения обострений или у хроничечких болезней легких, связанных с фиброзными изменениями. На данный момент пока не существует альтернатив традиционным методам лечения, применение хитиназ может помочь или хотя бы уменьшить симптомы фиброза легких. Осталось только лишь сделать подобный подход доступным для клинической медицины.
Источник: Cell