Rolul surfactantului în bolile pulmonare și apărarea gazdei împotriva infecțiilor pulmonare
SeungHye Han
1 Departamentul de Medicină, Centrul de excelență pentru leziuni pulmonare acute și
Rama K. Mallampalli
1 Departamentul de Medicină, Centrul de excelență pentru leziuni pulmonare acute și
2 Departamentul de biologie celulară și fiziologie, Universitatea din Pittsburgh, Pittsburgh, Pennsylvania; și
3 Linii de servicii de specialitate medicală, Veterans Affairs Pittsburgh Healthcare System, Pittsburgh, Pennsylvania
Abstract
S-a stabilit că surfactantul pulmonar reduce tensiunea superficială la interfața aer - apă din alveole, prevenind astfel colapsul acestor structuri la expirarea finală. În acest mod, agentul tensioactiv reduce activitatea asociată cu respirația. Deși surfactantul și proprietățile sale active de suprafață au fost descoperite relativ devreme în anii 1920 (1), componentele și mecanismul său de acțiune au început să fie elucidate abia în anii 1950 de Pattle (2) și Clements (3). Descoperirea realizată de Avery și Said a ajutat la identificarea unei descoperiri fundamentale care leagă deficitul de surfactant pulmonar de sugarii care au murit din cauza sindromului de detresă respiratorie (RDS) (4). Într-adevăr, aceste descoperiri critice au ajutat la propulsia terapiei de înlocuire a surfactanților ca o abordare care a revoluționat tratamentul RDS. Cu toate acestea, în timpul anilor 1990, anchetatorii au descoperit câteva proprietăți biologice importante suplimentare ale acestui material activ de suprafață în zona imunității gazdei împotriva infecției microbiene și a activității imunomodulatoare.
Compoziția și funcția surfactantului
Compoziţie
Surfactantul pulmonar este compus în principal din fosfolipide și proteine cheie (5). Lipidele compun 80-90% din greutatea sa moleculară, dintre care cele mai abundente specii sunt fosfatidilcolină, fosfatidilglicerol și fosfatidilinozitol (Figura 1); în mod specific, fosfatidilcolina constituie aproximativ 70% din porțiunea lipidică a agentului tensioactiv și există ca o formă relativ unică, cunoscută sub numele de dipalmitoilfosfatidilcolină (DPPC). Împreună cu proteinele surfactant, DPPC asigură activitatea de suprafață a surfactantului (6-8). Celelalte tipuri de lipide, inclusiv fosfatidilserină, fosfatidiletanolamină și sfingomielină, par a fi prezente în cantități relativ mici. Această compoziție lipidică este bine conservată în rândul vertebratelor (7).
Compoziția și funcția surfactantului. Surfactantul este compus din 90% lipide și 10% proteine. Conținutul de lipide conține în principal fosfolipide, în special dipalmitilfosfatidilcolină, care este responsabilă pentru funcția biofizică a surfactantului. Proteinele hidrofile mari, proteinele surfactante (SP) -A și SP-D, joacă un rol important în apărarea gazdei și modularea imunitară, în timp ce SP-B și SP-C participă în principal la modularea proprietăților biofizice.
Surfactantul conține patru proteine asociate, proteina surfactantă (SP) -A, SP-B, SP-C și SP-D. Două dintre aceste proteine, SP-A și SP-D, sunt hidrofile, iar celelalte sunt hidrofobe (9). SP-A și SP-D sunt membri ai unei familii de proteine imune înnăscute, denumite colectine (10, 11). Aceste proteine au în comun o regiune asemănătoare colagenului NH2-terminal și un domeniu de lectină C-terminal care leagă carbohidrații într-o manieră dependentă de calciu. Siturile de legare pentru aceste domenii de lectină se găsesc pe suprafețe bacteriene și virale (12), iar acest lucru este parțial responsabil pentru rolul pe care îl joacă colectinele în imunitatea înnăscută și adaptativă.
Proteinele hidrofobe surfactante, SP-B și SP-C, sunt stocate și secretate împreună cu fosfolipide surfactante (13, 14). SP-B este o proteină indispensabilă care joacă un rol în creșterea tensiunii superficiale - reducând proprietățile surfactantului (14) și, de asemenea, pare să aibă o anumită activitate antimicrobiană (15-17). Rolul SP-C, una dintre cele mai hidrofobe peptide cunoscute, este incert, dar gradul său ridicat de conservare în rândul speciilor sugerează o funcție integrală (17).
Componentele surfactantului sunt sintetizate în principal de celula alveolară de tip II, care produce lipide surfactante și proteine surfactante (5, 18), și celula clubului căilor respiratorii, care sintetizează proteinele surfactante SP-A, SP-B și SP-D (19- 21) (Figura 2).
Ciclul de viață al surfactanților - sinteză, secreție și reciclare. Celulele alveolare de tip II, care acoperă aproximativ 7% din suprafața epitelială alveolară, sunt în principal responsabile de producerea surfactantului folosind substraturi dietetice (1). Surfactantul este sintetizat în reticulul endoplasmatic (ER) (2) al celulelor alveolare de tip II și transportat la Golgi (3) pentru modificări ulterioare. Majoritatea componentelor surfactantului sunt depozitate în corpurile lamelare (4) până când sunt secretate în hipofază lichidă pe alveole prin exocitoză (5). Surfactantul formează o structură asemănătoare rețelei, numită mielină tubulară (6), care este transportată către interfața aer - lichid pentru a forma un monostrat de film surfactant (7). Fosfolipidele sunt fie internalizate și degradate de macrofage (8), fie reciclate înapoi în celulele de tip II pentru reutilizare (8 ′). Rețineți că proteina surfactantă (SP) -A, SP-B și SP-D sunt, de asemenea, sintetizate în celulele club în bronhiolii terminali.
Funcţie
Funcțiile principale ale agentului tensioactiv sunt următoarele: (1) scăderea tensiunii superficiale la interfața aer - lichid și astfel prevenirea colapsului alveolar la expirarea finală, (2) interacțiunea cu și ulterior uciderea agenților patogeni sau prevenirea diseminării acestora și modulând răspunsurile imune.
Schimbarea drastică a suprafeței alveolelor de-a lungul ciclului respirator dictează faptul că tensiunea superficială alveolară trebuie să fie mai mică de 2 mN/m la expirarea finală pentru a preveni colapsul alveolar (22). Această funcție critică a agentului tensioactiv se realizează prin menținerea unui film extrem de îmbogățit în DPPC, care produce tensiune superficială extrem de scăzută (Tabelul 1. Se credea anterior că componentele tensioactivelor existau doar în plămâni. Modelele animale și studiile de observare umană au arătat, cu toate acestea, proteinele surfactante se scurg în spațiul vascular atunci când membranele alveolocapilare sunt rănite (43-46). Important, nivelurile circulante ale proteinelor surfactante pot avea utilitate clinică. Rezultatele infecțiilor virale H1N1 (47) Nivelurile -D sunt crescute la cei cu fibroză pulmonară comparativ cu voluntarii sănătoși (48).
tabelul 1.
Nivelurile de SP-A și SP-D din spălarea bronhoalveolară în boala pulmonară
| RDS la nou-născuți | ↓ | n/A | ↓ | 140–143 |
| PAP | ↑ | ↑ | ↑ | 144–146 |
| SDRA | ↓ | n/A | ↓ | 40, 147 |
| IPF | ↓ | = | ↓ | 145, 148-150 |
| Sarcoidoză | ↑ | = | = | 145, 149, 151, 152 |
| Pneumonie bacteriană | ↓ | n/A | ↓ | 153, 154 |
| Fumători | ↓ | ↓ | = | 155, 156 |
| Astm | ↓ | n/A | = | 157 |