Cytokine markers of clinical variants of infective endocarditis

Full Text

Введение

Инфекционный эндокардит (ИЭ) — заболевание бактериальной природы с преимущественной локализацией возбудителей на поверхности эндокарда, клапанах сердца, эндотелия начальных отделов крупных сосудов, характеризующееся быстрым развитием клапанной недостаточности и системными эмболическими осложнениями. Частота эндокардита в общей популяции колеблется в диапазоне 1,5–11,6 случаев на 100 тыс. населения [14, 18, 21]. Внутригоспитальная летальность при этом составляет 6,9–20%, а годичная смертность достигает 40% [7, 12, 15]. Причинами смерти пациентов с инфекционным эндокардитом часто являются тромбоэмболические осложнения (ТЭО). Это инфаркты, инсульты, тромбоэмболии артерий и другие состояния, выраженность которых зависит от клинического варианта ИЭ [1, 12].

Современные теоретические знания и опыт клиницистов указывают на то, что скорость, с которой инфекционный процесс будет распространяться, зависит и от бактериального агента, и от состояния организма индивидуума — от комплекса реакций их взаимодействия, а особенности формирования и течения инфекционного процесса определены, с одной стороны, чужеродностью самого возбудителя, а с другой — состоянием иммунной системы (ИС) человека [4]. ИЭ часто сопровождается генерализацией септического процесса и иммунопатологическими проявлениями. Важную роль в нарушении баланса ИС при инфекционном заболевании отводят нарушениям межклеточного взаимодействия, реализуемого посредством цитокин-рецепторной сети [5]. Активированные клетки иммунной системы выделяют цитокины, изучение которых важно с точки зрения интерпретации нарушений функциональной жизнеспособности иммунной системы организма, оценки степени тяжести, контроля эффективности проводимой терапии, прогнозирования течения и исхода заболеваний. Цитокины участвуют в различных воспалительных процессах, провоцируя изменения в гемодинамике, нарушения микроциркуляции, образование отеков, развитие гипоксии и нарушение метаболизма тканей, а баланс про- и противовоспалительных цитокинов при воспалении во многом определяет направленность, тяжесть и исход заболеваний [4, 16]. В условиях постоянной бактериемии происходит непрерывная стимуляция иммунитета с увеличением концентрации в крови цитокинов, играющих важную роль в координации и поддержании воспаления на всех его стадиях, что обосновывает целесообразность исследования их для выявления основ патогенеза различных заболеваний [3].

Целью настоящего исследования была сравнительная оценка значимости некоторых цитокинов периферической крови пациентов с неосложненным течением ИЭ, а также при его ТЭО с определением цитокиновых маркеров вариантов течения ИЭ.

Материалы и методы

Проведено иммунологическое обследование 119 пациентов, поступивших в ГБУЗ «НИИ–ККБ № 1» г. Краснодара по поводу ИЭ. В зависимости от клинико-морфологической формы и отсутствия/наличия ТЭО, все пациенты были разделены на 4 группы: 1 группа — первичный ИЭ с ТЭО (n = 24), 2 — первичный ИЭ без ТЭО (n = 34), 3 — вторичный ИЭ с ТЭО (n = 27), 4 — вторичный ИЭ без ТЭО (n = 34). В группу контроля вошли 20 условно здоровых субъектов. Работа выполнена с соблюдением принципов добровольности и конфиденциальности, получено разрешение Независимого этического комитета ФГБОУ ВО КубГМУ Минздрава России. Все участники были ознакомлены с целью и содержанием исследования и дали письменное информированное согласие. Все группы обследуемых были сопоставимы по возрасту (медиана возраста пациентов — 52±11 лет, группы контроля — 53±10 лет), по клапанной локализации возбудителя, по сопутствующей патологии и этиологическому инфекционному фактору. Критериями исключения из исследования являлись хронические инфекционно-воспалительные состояния, аутоиммунные заболевания, сопутствующая острая патология, аллергические заболевания в стадии обострения, беременность, отсутствие письменного информированного согласия, возраст < 18 лет или > 70 лет.

Лабораторное исследование цитокинов венозной крови было проведено во всех группах, в том числе у пациентов основной клинической группы. Цитокины периферической крови определяли в первый день их поступления в стационар. Сывороточную концентрацию интерлейкина-8 (IL-8), интерлейкина-17А (IL-17A), фактора некроза опухоли-альфа (TNFα), интерлейкина-4 (IL-4), интерферона-гамма (IFNγ), антагониста рецептора интерлейкина-1 (IL-1Ra), интерлейкина-1β (IL-1β), интерлейкина-18 (IL-18), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF-А), интерлейкина-6 (IL-6) и интерлейкина-10 (IL-10) оценивали методом иммуноферментного анализа с использованием следующего оборудования: Thermo Scientific Multiscan FC (Финляндия), ELMI Shaker-Thermostat ST-3L (Латвия), Tecan HydroFlex (Австрия), а также наборов соответствующих моноклональных антител к IL-10, IL-18, VEGF, IL-1β (ООО «Вектор-Бест», Россия) и к IL-8, IL-17A, TNFα, IL-4, IFNγ, IL-1Ra, IL-6 (ООО «Цитокин», Россия).

Статистический анализ полученных данных проводили с помощью программы IBM SPSS Statistics, версия 26. Проверка на нормальность распределения признаков осуществлялась посредством критерия Шапиро–Уилка. Описательная статистика представлена в виде медианы (Me) и интерквартильного размаха (C₂₅ и C₇₅) — Me (C₂₅–C₇₅). Независимые группы сравнивали попарно с помощью непараметрического критерия Манна–Уитни (U). Корреляционную связь между цитокинами оценивали с помощью теста ранговой корреляции Спирмена. Критическое значение вероятности (p) < 0,05 являлось пороговым уровнем статистической значимости.

Результаты

Исследование уровней сывороточных цитокинов проводилось в первый день поступления пациентов, после верификации диагноза (инфекционный эндокардит) в соответствии с разработанными для ИЭ диагностическими критериями Duke [13]. Целесообразность исследования концентрации цитокинов до начала лечения пациентов с различными клиническими вариантами течения ИЭ обусловлена их дальнейшей продолжительной антибиотикотерапией (табл. 1).

 

Таблица 1. Исходный цитокиновый профиль периферической крови пациентов с различными клиническими вариантами ИЭ [Мe (C₂₅–C₇₅)]

Table 1. Baseline cytokine profile of peripheral blood of patients with different clinical IE variants [Мe (C₂₅–C₇₅)]

Группы/цитокины Groups/cytokines	Основная клиническая группа (ИЭ, n = 119) Main clinical group (IE, n = 119)				Группа контроля Control group n = 20
	1 группа 1 group	2 группа 2 group	3 группа 3 group	4 группа 4 group
	Первичный ИЭ с ТЭО Primary IE with TEC n = 24	Первичный ИЭ без ТЭО Primary IE without TEC n = 34	Вторичный ИЭ с ТЭО Secondary IE with TEC n = 27	Вторичный ИЭ без ТЭО Secondary IE without TEC n = 34
IL-8, pg/mL	190,49 (121,52–292,1)	87,87 (46,54–284,57)	157,30 (86,16–256,52)	227,0 (87,44–262,30)	42,37 (5,62–54,88)
	p0 < 0,01 p1 = 0,039	p0 < 0,01	p0 < 0,01	p0 < 0,01
IL-17A, pg/mL	0,00 (0,00–3,22)	0,00 (0,00–1,17)	0,00 (0,00–1,18)	0,00 (0,00–1,17)	0,00 (0,00–0,00)
TNFα, pg/mL	0,00 (0,00–0,21)	0,00 (0,00–0,36)	0,07 (0,00–0,15)	0,00 (0,00–0,72)	0,00 (0,00–0,13)
IL-4, pg/mL	6,40 (5,24–19,66)	7,15 (3,62–15,31)	8,18 (3,81–9,37)	7,80 (4,70–15,32)	5,56 (2,53–12,66)
IFNγ, pg/mL	7,96 (0,90–38,24)	19,06 (3,89–40,32)	15,33 (8,69–21,20)	24,88 (16,76–39,13)	7,55 (0,00–12,40)
			p0 = 0,014 p6 = 0,001	p0 < 0,01 p3 = 0,032
IL-1Ra, pg/mL	2002,10 (1170,35–4462,14)	915,22 (394,77–4189,44)	1129,45 (829,03–1841,32)	2173,55 (721,55–4752,10)	326,15 (300,13–420,07)
	p0 < 0,01 p1 = 0,048	p0 < 0,01	p0 < 0,01 p2 = 0,027	p0 < 0,01
IL-1β, pg/mL	1,55 (0,83–2,57)	1,99 (1,42–3,21)	3,13 (2,40–5,11)	1,81 (1,56–4,45)	2,05 (1,77–2,44)
	p2 = 0,001	p4 = 0,004	p0 < 0,01	p3 = 0,022
IL-18, pg/mL	596,90 (314,59–865,06)	655,49 (429,10–1026,34)	759,33 (445,75–988,08)	357,65 (261,00–751,85)	293,91 (234,10–341,93)
	p0 = 0,001	p0 = 0,001	p0 < 0,01 p6 = 0,035	p0 = 0,049
VEGF-А, pg/mL	558,40 (268,74–1032,06)	648,60 (249,94–985,39)	1010,08 (333,40–1226,66)	226,00 (112,04–612,50)	166,05 (68,68–203,55)
	p0 < 0,01 p2 = 0,018	p0 < 0,01 p4 = 0,039 p5 = 0,002	p0 < 0,01 p6 < 0,01	p0 = 0,014 p3 = 0,014
IL-6, pg/mL	10,58 (6,86–32,91)	3,35 (2,03–20,04)	14,97 (7,77–33,60)	6,42 (1,50–12,32)	0,00 (0,00–1,35)
	p0 < 0,01 p1 = 0,048	p0 < 0,01 p4 = 0,006	p0 < 0,01 p6 = 0,001	p0 < 0,01 p3 = 0,013
IL-10, pg/mL	12,56 (8,28–15,37	12,60 (7,37–19,50)	12,47 (11,01–20,8)	11,08 (8,50–23,63)	4,53 (3,77–5,11)
	p0 < 0,01	p0 < 0,01	p0 < 0,01	p0 < 0,01

Примечание. В таблице представлены только статистически значимые различия между группами (p < 0,05); p₀ — статистически значимые различия с контрольными значениями; p₁ — статистически значимые различия между 1 и 2 группами; p₂ — между 1 и 3 группами; p₃ — между 1 и 4 группами; p₄ — между 2 и 3 группами; p₅ — между 2 и 4 группами; p₆ — между 3 и 4 группами.

Note. Only statistically significant differences between groups (p < 0.05) are shown; p₀ — a significant difference from the control values; p₁ — significant differences between groups 1 and 2; p₂ — between groups 1 and 3; p₃ — between groups 1 and 4; p₄ — between 2 and 3 groups; p₅ — between 2 and 4 groups; p₆ — between 3 and 4 groups.

 

Анализ полученных данных позволил выявить статистически значимое увеличение сывороточной концентрации IL-10, IL-6, VEGF-А, IL-18, IL-1Ra и IL-8 во всех группах пациентов с ИЭ от таковой в контрольной группе (p < 0,05), тогда как уровень содержания IFNγ достоверно превышал контрольные значения лишь у пациентов со вторичным ИЭ, причем наиболее выраженно — при отсутствии ТЭО. Сравнительная оценка межгрупповых различий в основной клинической группе выявила статистически значимое увеличение уровня содержания IL-1β и VEGF-A в 3 группе и содержания IFNγ в 4 группе по сравнению с таковыми у пациентов 1 группы. Также при анализе 1 группы обнаружены значимое увеличение концентраций IL-8, IL-1Ra и IL-6 относительно 2 группы; IL-1Ra — относительно 3 группы и IL-6 — относительно четвертой. Кроме того, было выявлено увеличение концентрации IL-1β, VEGF-A и IL-6 у пациентов 3 группы (вторичный ИЭ с ТЭО) относительно таковой при первичном ИЭ без ТЭО (2 группа); увеличения концентрации VEGF-А — при первичном неосложненном ИЭ (2 группа) относительно вторичного неосложненного ИЭ (4 группа). В то же время наличие ТЭО у пациентов со вторичным ИЭ сопровождается статистически значимым увеличением IL-18, VEGF-A и IL-6, а также снижением IFNγ относительно аналогичных показателей в 4 группе.

При анализе диаграмм (рис. 1–4) («ящиков с усами», наглядно демонстрирующих различия между медианами различных групп и расположение квартилей 25 и 75), обращают на себя внимание значения IL-6, VEGF-A и IL-18, которые при ИЭ отличаются не только от контрольных, но и имеют отчетливые межгрупповые различия. В частности, распределение медиан фактора роста эндотелия сосудов (рис. 2) показало статистически значимую разницу между всеми группами сравнения (p < 0,05).

 

Рисунок 1. Распределение концентрации IL-18

Figure 1. Distribution of IL-18 concentration

Примечание. 0 — группа контроля, 1 — первичный ИЭ с ТЭО, 2 — первичный ИЭ без ТЭО, 3 — вторичный ИЭ с ТЭО, 4 — вторичный ИЭ без ТЭО.

Note. 0 — control group, 1 — primary IE with TEC, 2 — primary IE with TEC, 3 — secondary IE with TEC, 4 — secondary IE without TEC.

 

Рисунок 2. Распределение концентрации VEGF-A

Figure 2. Distribution of VEGF-A concentration

Примечание. 0 — группа контроля, 1 — первичный ИЭ с ТЭО, 2 — первичный ИЭ без ТЭО, 3 — вторичный ИЭ с ТЭО, 4 — вторичный ИЭ без ТЭО.

Note. 0 — control group, 1 — primary IE with TEC, 2 — primary IE with TEC, 3 — secondary IE with TEC, 4 — secondary IE without TEC.

 

Рисунок 3. Распределение концентрации IL-6

Figure 3. Distribution of IL-6 concentration

Примечание. 0 — группа контроля, 1 — первичный ИЭ с ТЭО, 2 — первичный ИЭ без ТЭО, 3 — вторичный ИЭ с ТЭО, 4 — вторичный ИЭ без ТЭО.

Note. 0 — control group, 1 — primary IE with TEC, 2 — primary IE with TEC, 3 — secondary IE with TEC, 4 — secondary IE without TEC.

 

Рисунок 4. Распределение концентрации IL-10

Figure 4. Distribution of IL-10 concentration

Примечание. 0 — группа контроля, 1 — первичный ИЭ с ТЭО, 2 — первичный ИЭ без ТЭО, 3 — вторичный ИЭ с ТЭО, 4 — вторичный ИЭ без ТЭО.

Note. 0 — control group, 1 — primary IE with TEC, 2 — primary IE with TEC, 3 — secondary IE with TEC, 4 — secondary IE without TEC.

Таблица 2. Тест ранговой корреляции Спирмена

Для оценки корреляционной связи между различным цитокинами был проведен тест ранговой корреляции Спирмена (табл. 2).

 

Таблица 2. Тест ранговой корреляции Спирмена

Table 2. Spearman rank correlation test

Цитокины Cytokines		IL-8	IL-10	IL-18	VEGF-A	IL-6	IL-1Ra
IL-8	rS	—	0,544*	0,297*	0,049	0,426*	0,404*
IL-10	rS	0,544*	—	0,657*	0,244*	0,571*	0,346*
IL-18	rS	0,297*	0,657*	—	0,262*	0,498*	0,134
VEGF-A	rS	0,049	0,244*	0,262*	—	0,547*	0,065
IL-6	rS	0,426*	0,571*	0,498*	0,547*	—	0,356*
IL-1Ra	rS	0,404*	0,346*	0,134	0,065	0,356*	—

Примечания: r_S — коэффициент корреляции Спирмена; * — корреляция значима на уровне p < 0,01.

Note: r_S — Spearman correlation coefficient; * — correlation is significant at p < 0.01.

 

Несмотря на то, что по уровню значимости (p < 0,01) корреляция обнаружена для многих пар тестов, это вовсе не указывает на ее выраженность: наиболее сильная связь выявлена для пары «IL-18–IL-10» (коэффициент корреляции 0,657), а более умеренная — для пары «IL-6–IL-10» (коэффициент корреляции 0,571). В обоих случаях связь положительная, то есть с ростом одного показателя увеличивается значение другого. Наглядно эта связь прослеживается на диаграммах рассеяния с линией регрессии (рис. 5, 6).

 

Рисунок 5. Диаграмма рассеяния IL-18–IL-10

Figure 5. Scattering diagram IL-18–IL-10

 

Рисунок 6. Диаграмма рассеяния IL-6–IL-10

Figure 6. Scattering diagram IL-6–IL-10

 

Обсуждение

Среди исследуемых сывороточных цитокинов у пациентов с различными клиническими вариантами ИЭ привлекает внимание VEGF-А, показавший значительные отличия от показателей контрольной группы, а также статистически значимые межгрупповые различия. Уровни его концентрации варьировали от 166,05 (68,68–203,55) пг/мл в контрольной группе до 1010,08 (333,40–1226,66) пг/мл — при вторичном ИЭ с ТЭО, что было статистически значимо выше показателей у пациентов 1, 2 и 4 группы. Потребность дополнительной выработки VEGF-А клетками организма необходима для усиления ангиогенеза [9] и, как следствие, питания уже и без того поврежденных тканей не только эндокарда, но и других систем, затронутых ТЭО [19]. С другой стороны, именно в эндотелиальных клетках, контролирующих гомеостаз и сосудисто-тканевую проницаемость, развертываются типичные патогистологические изменения — деструктивные и некробиотические, приводящие к плазморее, гиповолемии и прогрессирующему расстройству гемодинамики [6, 10].

Согласно результатам проведенного исследования медиана, IL-8 (провоспалительного хемокина CXCL8) была статистически выше физиологической у пациентов с ИЭ, однако наибольшее увеличение его концентрации наблюдалось при вторичном ИЭ — до 5 раз. Наряду с моноцитами/макрофагами и эпителиоцитами, продуцентами IL-8 являются эндотелиальные клетки, активируемые как прямыми контактами с патогенами, так и с провоспалительными цитокинами — IL-1, TNFα, IL-6, IL-17А и др. [8]. Известная способность отдельных цитокинов контролировать синтез других подтверждается, в частности, эффектами моноцитарных TNFα и IL-1β, способных индуцировать синтез моноцитами IL-10, который, в свою очередь, угнетает выработку провоспалительных цитокинов [17].

Между тем проведенное нами исследование сывороточной концентрации TNFα у пациентов с ИЭ различных клинических форм не выявило значимых межгрупповых различий и отличий от контроля, что может быть обусловлено существенным повышением уровня противовоспалительного IL-10 (в среднем в 3 раза) у пациентов с различными вариантами течения ИЭ. Что также касается провоспалительного IL-1β, его уровень оказался выше контрольного лишь в группе пациентов со вторичным ИЭ с ТЭО, тогда как в других клинических подгруппах при общей тенденции к снижению уровня IL-1β относительно возрастной нормы, имели место некоторые межгрупповые различия.

Кроме того, проведенный корреляционный анализ позволил обнаружить положительную корреляцию IL-10 с IL-6 и IL-18, выражающуюся в том, что увеличение концентрации IL-10 приводит к соответствующему увеличению уровня содержания в сыворотке провоспалительных IL-6 и IL-18. При этом важно отметить, что эффекты IL-10 могут быть существенно усилены за счет другого противовоспалительного цитокина — IL-1Ra, уровень которого был более высоким у пациентов как с первичным (в 6,1 раза), так и со вторичным (в 6,6 раз) ИЭ.

Сывороточная концентрация таких провоспалительных цитокинов, как IFNγ, IL-6 у пациентов с ИЭ наиболее выраженно отличалась от таковой у практически здоровых лиц и имела существенные межгрупповые различия. При этом наиболее высокий уровень содержания IL-6 отмечен в группе пациентов с осложненным вариантом течения ИЭ (1 и 3 группы), а IFNγ — у пациентов с ИЭ без тромбоэмболических осложнений. Тем не менее, адекватный иммунный ответ, обеспечивающий благоприятное течение ИЭ, сопровождается повышением уровней как провоспалительных, так и противовоспалительных цитокинов, которые благодаря своему взаимодействию способны изменять базальные уровни концентраций в разные периоды воспаления, но при осложненном течении ИЭ наблюдается усиление стимуляции и секреции цитокинов [2].

Заключение

Несмотря на использование новейших диагностических технологий, даже в странах с высокоразвитой экономикой, в 38,2% случаев ИЭ обнаруживается только на этапе аутопсии [11, 20]. Высокий уровень осложнений при ИЭ во многом обусловлен недостаточностью ранней диагностики заболевания, изменениями возрастного состава контингента пациентов, растущей устойчивостью возбудителей к антибиотикам [22]. Это обусловливает необходимость совершенствования диагностики различных клинических вариантов течения ИЭ с учетом патогенетически значимых цитокинов. Индивидуальная оценка риска, основанная не только на клинических характеристиках, но и на цитокиновых маркерах, является примером нового подхода к диагностике и ведению больных с ИЭ, позволяющего оптимизировать своевременный прогноз неблагоприятных вариантов его течения. Анализ полученных в исследовании результатов позволяет заключить, что статистически значимое увеличение сывороточной концентрации IL-8, IL-18, IL-1Ra, VEGF-А, IL-6 и IL-10 подтверждает диагноз «инфекционный эндокардит», маркерами вторичного ИЭ является увеличение уровня содержания IFNγ. Наряду с этим характерной особенностью осложненного (ТЭО) течения первичного ИЭ можно считать значительное возрастание сывороточной концентрации IL-8, IL-1Ra и IL-6 не только относительно контроля, но и в сравнении с группой пациентов с первичным неосложненным течением (2 группа), а маркерами вторичного осложненного ИЭ — увеличение концентрации IL-6, VEGF-А и IL-18. Таким образом, оценку сывороточной концентрации IL-8, IL-18, VEGF-А, IL-6, IL-10, IL-1Ra и IFNγ можно считать целесообразной при лабораторном обследовании пациентов с ИЭ и использовать эти показатели для дифференциальной диагностики клинических вариантов его течения.

About the authors

Ekaterina S. Samoylenko

Kuban State Medical University; Scientific Research Institute – Ochapovsky Regional Clinical Hospital №1

Email: kondrenko.ekaterina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3147-0286

PhD student, Department of Clinical Immunology, Allergology and Laboratory Diagnostics of FPS and PPS, Pathologist

Russian Federation, 350063, Krasnodar, Mitrofana Sedina str., 4; Krasnodar

N. V. Kolesnikova

Kuban State Medical University

Email: nvk24071954@mail.com
ORCID iD: 0000-0002-9773-3408

PhD, MD (Biology), Professor, Professor of the Department of Clinical Immunology, Allergology and Laboratory Diagnostics of FPS and PPS

Russian Federation, 350063, Krasnodar, Mitrofana Sedina str., 4

A. A. Podsadnyaya

Specialized Clinical Infectious Diseases Hospital

Email: Podsadnyaya.lina@mail.ru

Infectiologist

Russian Federation, 350063, Krasnodar, Mitrofana Sedina str., 4

A. V. Bratova

Scientific Research Institute – Ochapovsky Regional Clinical Hospital №1

Author for correspondence.
Email: brat_alla@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0711-7653

Head of Clinical Diagnostic Laboratory

Russian Federation, 350063, Krasnodar, Mitrofana Sedina str., 4

References

Supplementary files