Иммунологические аспекты патогенеза развития стриктуры трахеи

Рубцовый стеноз трахеи довольно частое осложнение, возникающее после интубации трахеи или наложения трахеостомы. Однако критический стеноз трахеи наблюдается редко, иногда не связан с травмой и, вероятно, обусловлен особенностями иммунного ответа пациента при развитии стеноза. В связи с этим изучение иммунных механизмов развития процессов воспаления верхних дыхательных путей является весьма актуальным и перспективным направлением. Данный обзор посвящен анализу иммунологических механизмов формирования стриктуры трахеи, в котором представлены современные данные об иммунопатогенезе заболевания. Прояснение некоторых патогенетических механизмов иммунного ответа при формировании стриктуры трахеи различного генеза может помочь в выявлении лабораторных маркеров как факторов риска стриктуры трахеи и своевременно предупреждать подобные осложнения.

1. Streitz JM Jr, Shapshay SM. Airway injury after tracheotomy and endotracheal intubation. Surg Clin North Am. 1991;71(6):1211–1230. https://doi.org/10.1016/s0039-6109(16)45586-6 PMID: 1948570

2. Fernandez-Bussy S, Mahajan B, Folch E, Caviedes I, Guerrero J, Majid A. Tracheostomy Tube Placement: Early and Late Complications. J Bronchology Interv Pulmonol. 2015;22(4):357–364. https://doi.org/10.1097/LBR.0000000000000177 PMID: 26348694

3. Norwood S, Vallina VL, Short K, Saigusa M, Fernandez LG, McLarty JW. Incidence of tracheal stenosis and other late complications after percutaneous tracheostomy. Ann Surg. 2000;232(2):233–241. https://doi.org/10.1097/00000658-200008000-00014 PMID: 10903603

4. Kim SS, Khalpey Z, Hsu C, Little AG. Changes in tracheostomyand intubation-related tracheal stenosis: implications for surgery. Ann Thorac Surg. 2017;104(3):964–970. https://doi.org/10.1016/j.athoracsur.2017.03.063 PMID: 28619544

5. Паршин В.Д., Порханов В.А. Хирургия трахеи с атласом оперативной хирургии. Москва: Альди-Принт; 2010.

6. Паршин В.Д., Королева И.М., Мищенко М.А., Паршин В.В. Диагностика и лечение приобретенной трахеомаляции у пациентов с рубцовым стенозом трахеи. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2016;(8):73–82. https://doi.org/10.17116/hirurgia2016873-82

7. Mark EJ, Meng F, Kradin RL, Mathisen DJ, Matsubara O. Idiopathic tracheal stenosis: a clinicopathologic study of 63 cases and comparison of the pathology with chondromalacia. Am J Surg Pathol. 2008;32(8):1138– 1143. https://doi.org/10.1097/PAS.0b013e3181648d4a PMID: 18545144

8. Maldonado F, Loiselle A, Depew ZS, Edell ES, Ekbom DC, Malinchoc M, et al. Idiopathic subglottic stenosis: an evolving therapeutic algorithm. Laryngoscope. 2014;124(2):498-503. https://doi.org/10.1002/lary.24287 PMID: 23818139

9. Nakagishi Y, Morimoto Y, Fujita M, Ozeki Y, Maehara T, Kikuchi M. Rabbit model of airway stenosis induced by scraping of the tracheal mucosa. Laryngoscope. 2005;115(6):1087–1092. https://doi.org/10.1097/01.MLG.0000163105.86513.6D PMID: 15933527

10. Eyre D. Collagen of articular cartilage. Arthritis Res. 2002;4(1):30–35. https://doi.org/10.1186/ar380 PMID: 11879535

11. Божокин М.С., Божкова С.А., Нетылько Г.И. Возможности современных клеточных технологий для восстановления повреждённого суставного хряща (аналитический обзор литературы). Травматология и ортопедия России. 2016;22(3):122–134. https://doi.org/10.21823/2311-2905-2016-22-3-122-134

12. Божокин М.С., Божкова С.А., Нетылько Г.И., Румакин В.П., Наконечный Д.Г., Чепурненко М.Н. Морфофункциональная характеристика хондрорегенераторного процесса в экспериментальном локальном дефекте поверхности суставного хряща. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2017;(8-2):302–306.

13. Eyre DR, Weis MA, Wu J-J. Articular cartilage collagen: an irreplaceable framework? Eur Cells Mater. 2006;12:57–63. PMID: 17083085 https://doi.org/10.22203/ecm.v012a07

14. Krishnan Y, Grodzinsky AJ. Cartilage diseases. Matrix Biol. 2018;71– 72:51–69. https://doi.org/10.1016/j.matbio.2018.05.005 PMID: 29803938

15. Курганский И.С., Махутов В.Н., Лепехова С.А. Способы лечения и профилактики рубцовых стенозов трахеи. Вестник оториноларингологии. 2016;(1):66–71. https://doi.org/10.17116/otorino201681166-71

16. Недзьведь М.К., Татур А.А., Леонович С.И., Неровня А.М. Морфологические изменения в трахее при постинтубационном рубцовом стенозе. Медицинский журнал. 2008;(1):43–46.

17. Sime PJ, O’Reilly KM. Fibrosis of the lung and other tissues: new concepts in pathogenesis and treatment. Clin Immunol. 2001;99(3):308– 319. https://doi.org/10.1006/clim.2001.5008 PMID: 11358425

18. Fajgenbaum DC, June CH. Cytokine Storm. N Engl J Med. 2020;383(23):2255–2273. https://doi.org/10.1056/NEJMra2026131 PMID: 33264547

19. Wei P, Huang Z, Gan L, Li Y, Qin C, Liu G. Nintedanib ameliorates tracheal stenosis by activating HDAC2 and suppressing IL-8 and VEGF in rabbit. Am J Transl Res. 2020;12(8):4739–4748. eCollection 2020. PMID: 32913546

20. Chousterman BG, Swirski FK, Weber GF. Cytokine storm and sepsis disease pathogenesis. Semin Immunopathol. 2017;39(5):517–528. https://doi.org/10.1007/s00281-017-0639-8 PMID: 28555385

21. Lin JX, Leonard WJ. Fine-Tuning Cytokine Signals. Annu Rev Immunol. 2019;37:295–324. https://doi.org/10.1146/annurev-immunol-042718041447 PMID: 30649989

22. Oppenheim JJ. The Future of the Cytokine Discipline. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2018;10(9):a028498. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a028498 PMID: 28847901

23. Weledji EP. Citocynes and metabolic response to surgery. J Clin Cell Immunol. 2014;5(2). https://doi.org/10.4172/2155-9899.1000197 Available at: https://www.researchgate.net/publication/341265387_Cytokines_and_the_Metabolic_Response_to_Surgery [Accessed 04.10. 2021]

24. Ильина А.Е., Станислав М.Л., Денисов Л.Н., Насонов Е.Л. Интерлейкин-1 как медиатор воспаления и терапевтическая мишень. Научно-практическая ревматология. 2011;(3):62–71.

25. Thielen NGM, van der Kraan PM, van Caam APM. TGFβ/BMP Signaling Pathway in Cartilage Homeostasis. Cells. 2019;8(9):969. https://doi.org/10.3390/cells8090969 PMID: 31450621

26. Blaney Davidson EN, Remst DF, Vitters EL, van Beuningen HM, Blom AB, Goumans MJ, et al. Increase in ALK1/ALK5 ratio as a cause for elevated MMP-13 expression in osteoarthritis in humans and mice. J Immunol. 2009;182(12):7937–7945. https://doi.org/10.4049/jimmunol.0803991 PMID: 19494318

27. Витковский Ю.А. Влияние интерлейкинов 4 и 10 на систему гемостаза in vitro. Иммунология. 2004;(1):43–46.

28. Li M, Jia J, Li S, Cui B, Huang J, Guo Z, et al. Exosomes derived from tendon stem cells promote cell proliferation and migration through the TGF β signal pathway. Biochem Biophys Res Commun. 2021;536:88–94. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2020.12.057 PMID: 33370718

29. Vander Ark A, Cao J, Li X. TGF-β receptors: In and beyond TGFβ signaling. Cell Signal. 2018;52:112–120. https://doi.org/10.1016/j.cellsig.2018.09.002 PMID: 30184463

30. Ge Y, Huang M, Yao YM. Autophagy and proinflammatory cytokines: Interactions and clinical implications. Cytokine Growth Factor Rev. 2018;43:38–46. https://doi.org/10.1016/j.cytogfr.2018.07.001 PMID: 30031632

31. Garcia-Rendueles AR, Rodrigues JS, Garcia-Rendueles ME, SuarezFariña M, Perez-Romero S, Barreiro F, et al. Rewiring of the apoptotic TGF-β-SMAD/NFκB pathway through an oncogenic function of p27 in human papillary thyroid cancer. Oncogene. 2017;36(5):652–666. https://doi.org/10.1038/onc.2016.233 PMID: 27452523

32. Симбирцев А.С., Тотолян А.А. Цитокины в лабораторной диагностике. Инфекционные болезни: Новости. Мнения. Обучение. 2015;2 (11):82–98.

33. Crecente-Campo J, Borrajo E, Vidal A, Garcia-Fuentes M. New scaffolds encapsulating TGF-β3/BMP-7 combinations driving strong chondrogenic differentiation. Eur J Pharm Biopharm. 2017;114:69–78. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2016.12.021 PMID: 28087378

34. Kronenberg HM. Developmental regulation of the growth plate. Nature. 2003;423(6937):332–336. https://doi.org/10.1038/nature01657 PMID: 12748651

35. Huang Z, Wei P, Gan L, Li W, Zeng T, Qin C, et al. Protective effects of different anti-inflammatory drugs on tracheal stenosis following injury and potential mechanisms. Mol Med Rep. 2021;23(5):314. https://doi.org/10.3892/mmr.2021.11953 PMID: 34240225

36. Greaves NS, Asheroft KJ, Baguneid M, Bayat A. Current understanding of molecular and cellular mechanisms in fibroplasia and angiogenesis during acute wound healing. J Dermatal Sci. 2013;72(3):206–217. https://doi.org/10.1016/j.jdermsci.2013.07.008 PMID: 23958517

37. Maher TM. Pirfenidone in idiopathic pulmonary fibrosis. Drugs Today (Barc). 2010;46(7):473–482. https://doi.org/10.1358/dot.2010.46.7.1488336 PMID: 20683502

38. Есаков Ю.С., Дубова Е.А., Жестков К.Г., Щеголев А.И. Морфологические изменения при постинтубационном стенозе трахеи. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2010;(2):60–63.

39. Yanagawa Y, Hiraide S, Iizuka K. Isoform-specific regulation of transforming growth factor-β mRNA expression in macrophages in response to adrenoceptor stimulation. Microbiol Immunol. 2016;60(1):56–63. https://doi.org/10.1111/1348-0421.12344 PMID: 26612065

40. Li LH, Xu MP, Gan LM, Li Y, Liang YL, Li WT, et al. Effect of low dose erythromycin on the proliferation of granulation tissue after tracheal injury. Zhonghua Yi Xue Za Zhi. 2017;97(10):777–781. (In Chinese) https://doi.org/10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2017.10.012 PMID: 28316160

41. Zhang J, Li Q, Bai C, Han Y, Huang Y. Inhalation of TGF-beta1 antibody: A new method to inhibit the airway stenosis induced by the endobronchial tuberculosis. Med Hypotheses. 2009;73(6):1065–1066. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2009.04.037 PMID: 19819641

42. Lee YC, Hung MH, Liu LY, Chang KT, Chou TY, Wang YC, et al. The roles of transforming growth factor-beta (1) and vascular endothelial growth factor in the tracheal granulation formation. Pulm Pharmacol Ther. 2011;24(1):23–31. https://doi.org/10.1016/j.pupt.2010.10.016 PMID: 21056681

43. Morikawa M, Derynck R, Miyazono K. TGF-β and the TGF-β family: context-dependent roles in cell and tissue physiology. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2016;8(5):a021873. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a021873 PMID: 27141051

44. Derynck R, Budi E. Specificity, versatility, and control of TGF-β family signaling. Sci Signal. 2019;12(570):eaav5183. https://doi.org/10.1126/scisignal.aav5183 PMID: 30808818

45. Shao T, Song P, Hua H, Zhang H, Sun X, Kong Q, et al. Gamma synuclein is a novel Twist1 target that promotes TGF-β-induced cancer cell migration and invasion. Cell Death Dis. 2018;9(6):625. https://doi.org/10.1038/s41419-018-0657-z PMID: 29795373

46. Rockey DC, Bell PD, Hill JA. Fibrosis-a common pathway to organ injury and failure. N Engl J Med. 2015;372(12):1138–1149. PMID: 25785971 https://doi.org/10.1056/NEJMra1300575

47. Shiromizu CM, Jancic CC. Review. gammadelta T Lymphocytes: An Effector Cell in Autoimmunity and Infection. Front Immunol. 2018;9:2389. https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.02389 eCollection 2018. PMID: 30386339

48. Lamouille S, Xu J, Derynck R. Molecular mechanisms of epithelialmesenchymal transition of epithelial-mesenchymal transition. Nat Rev Mol Cell Biol. 2014;15(3):178–196. https://doi.org/10.1038/nrm3758 PMID: 24556840

49. Wynn TA. Cellular and molecular mechanisms of fibrosis. J Pathol. 2008;214(2):199–210. https://doi.org/10.1002/path.2277 PMID: 18161745

50. Yang J, Weinberg RA. Epitelial-Mesenchymal Transition: at the Crossroads of Development and Tumor Metastasis. Dev Cell. 2002;14(6):818–829. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2008.05.009 PMID: 18539112

51. Xu J, Lamouille S, Derynck R. TGF –induced epithelial to mesenchymal Transition. Сell Res. 2009;19(2):156–172. https://doi.org/10.1038/cr.2009.5 PMID: 19153598

52. Datta A, Scotton CJ, Chambers RC. Novel therapeutic approaches for pulmonary fibrosis. Br J Phamacol. 2011;163(1):141–172. https://doi.org/10.1111/j.1476-5381.2011.01247 PMID: 21265830

53. Motz KM, Gelbard A. The role of inflammatory cytokines in the development of idiopathic subglottic stenosis. Transl Cancer Res. 2020;9(3):2102–2107. https://doi.org/10.21037/tcr.2019.12.37 PMID: 35117565

54. Griffits M, Ojeh N, Livingstone R, Price R, Navsaria H. Survival of Apligraf in acute human wounds. Tissuee Engl. 2004;10(7–8):1180– 1195. https://doi.org/10.1089/ten.2004.10.1180 PMID: 15363174

55. Zhao J, Shi W, Wang YL, Chen H, Bringas P Jr, Datto MB, et al. Smad3 deficiency attenuates bleomycin-induced pulmonary fibrosis in mice. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2002;282(3):L585–593. https://doi.org/10.1152/ajplung.00151.2001 PMID: 11839555

56. Roberts AB, Russo A, Felici A, Flanders KC. Smad3: a key player in pathogenetic mechanisms dependent on TGF-beta. Ann N Y Acad Sci. 2003;995:1–10. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.2003.tb03205.x PMID: 12814934

57. Elmallah RK, Cherian JJ, Jauregui JJ, Pierce TP, Beaver WB, Mont MA. Genetically modified chondrocytes expressing TGF-β1: a revolutionary treatment for articular cartilage damage? Expert Opin Biol Ther. 2015;15(3):455–464. https://doi.org/10.1517/14712598.2015.1009886 PMID: 25645308

58. Gaffen SL, Jain R, Garg AV, Cua DJ. The IL-23-IL-17 immune axis: from mechanisms to therapeutic testing. Nat Rev Immunol. 2014;14(9):585– 600. https://doi.org/10.1038/nri3707 PMID: 25145755

59. Zhang Y, Alexander PB, Wang XF. TGF-β Family Signaling in the Control of Cell Proliferation and Survival. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2017;9(4):a022145. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a022145 PMID: 27920038

60. Morrison RJ, Katsantonis NG, Motz KM, Hillel AT, Garrett CG, Netterville JL, et al. Pathologic fibroblasts in idiopathic subglottic stenosis amplify local inflammatory signals. Otolaryngol Head Neck Surg. 2019;160(1):107–115. https://doi.org/10.1177/0194599818803584 PMID: 30322354

61. Hillel AT, Namba D, Ding D, Pandian V, Elisseeff JH, Horton MR. An in situ, in vivo murine model for the study of laryngotracheal stenosis. JAMA Otolaryngol Head Neck Surg. 2014;140(10):961–966. https://doi.org/10.1001/jamaoto.2014.1663 PMID: 25144860