Роль полиненасыщенных жирных кислот в развитии аллергических заболеваний

Введение

В последние десятилетия достигнут существенный прогресс в изучении иммунных, генетических и патофизиологических триггеров аллергических заболеваний (АЗ). Однако механизмы развития и многие факторы, участвующие в патогенезе АЗ, остаются неустановленными [1, 2]. Влияние окружающей среды на ребёнка в раннем возрасте служит одним из важнейших факторов становления его здоровья [3]. Доказано, что питание является важнейшим компонентом, влияющим на раннее развитие ребёнка и формирование его иммунной системы [4]. Развитие иммунной системы происходит внутриутробно и в течение нескольких месяцев после рождения, при этом факторы питания могут по-разному влиять на иммунитет [5].

Значительный интерес вызывает исследование роли полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) в механизмах развития АЗ [6, 7]. Для объяснения этого феномена были предложены молекулярные и клеточные механизмы, позволяющие установить причинно-следственную связь между воздействием жирных кислот и риском возникновения АЗ [8]. Этот эффект объясняется конкуренцией между метаболитами ω-6 и ω-3 ПНЖК. Омега-6 ПНЖК служат предшественниками провоспалительных эйкозаноидов (лейкотриена LTB4), усиливающих аллергическое воспаление. Омега-3 ПНЖК, напротив, метаболизируются с образованием менее активных медиаторов и специализированных веществ (резолвинов), которые подавляют воспалительный ответ и способствуют формированию иммунной толерантности, тем самым снижая риск атопии [9, 10].

Биологические эффекты полиненасыщенных жирных кислот

Основным представителем ω-6 ПНЖК является арахидоновая кислота (АрК), а ω-3 — эйкозапентаеновая (ЭПК) и докозагексаеновая (ДГК) кислоты, которые синтезируются из предшественников незаменимых жирных кислот (линолевой и α-линоленовой кислот). Незаменимые жирные кислоты содержатся в орехах, семенах и растительных маслах, в то время как АрК человек потребляет из мяса и яиц, а ЭПК и ДГК — из морепродуктов и пищевых добавок (рыбий жир). ЭПК и ДГК являются основными ПНЖК грудного молока и значимы в становлении зрительной и когнитивной систем младенцев [9].

ПНЖК модулируют внутриклеточную передачу сигналов в иммунных клетках, что влияет на активацию фактора транскрипции и экспрессию генов. ПНЖК способны регулировать функцию многих иммунных клеток, таких как нейтрофилы, макрофаги, дендритные клетки, моноциты, Т- и В-клетки. Они являются субстратами для генерации биоактивных липидных медиаторов [9]. АрК, ЭПК и ДГК расположены в различных фосфолипидах биомембран. Их мобилизация происходит преимущественно под действием фермента фосфолипазы А2, после чего они становятся субстратами для одного из трёх ключевых ферментативных путей цитохрома P450: циклооксигеназного, липоксигеназного или монооксигеназного [10], что приводит к образованию простагландинов (ПГ) 2-го типа и тромбоксанов из АрК по пути циклооксигеназы, лейкотриенов 4-го типа — по пути липооксигеназы.

Многие из ингибирующих эффектов ПГ, такие как супрессия клеточного иммунного ответа, могут быть опосредованы индукцией и усилением функции регуляторных Т-клеток [11]. Подавляя дифференцировку T-хелперов 1-го типа (Th1) и цитотоксическую активность T-лимфоцитов, ПГ способствует смещению иммунного баланса в сторону ответа Th2-типа. Данный тип ответа характеризуется увеличенной продукцией цитокинов — интерлейкинов (ИЛ) -4, -5 и -13, которые стимулируют переключение иммуноглобулинов на синтез IgE. Хотя Th2-ответ эволюционно предназначен для защиты от макропаразитов (например, гельминтов), его неадекватная активация и доминирование над Th1-ответом играют ключевую роль в патогенезе атопических заболеваний. ПГ индуцируют также дифференцировку провоспалительных Т-хелперных клеток, участвуют в воспалении, усиливают болевую реакцию, вызванную такими медиаторами, как брадикинин и гистамин [12]. Показано, что у больных с анафилаксией выявляются низкие концентрации ПГ в сыворотке крови по сравнению со здоровыми субъектами. При этом концентрации ПГ обратно пропорционально коррелируют с тяжестью анафилаксии [13]. ПГ высвобождается из тучных клеток, являясь провоспалительным и проаллергическим медиатором. Провоспалительный эффект проявляется при аллергических болезнях дыхательных путей (бронхиальная астма, БА), где он регулирует гиперреактивность дыхательных путей, выработку слизи, эозинофилию и продукцию цитокинов T2-типа. Провоспалительное действие ПГ на кожу способствует отёку, эритеме, уплотнению и инфильтрации лейкоцитов. ПГ оказывает влияние на приобретённый иммунитет, подавляя T1-опосредованный ответ [14, 15].

Лейкотриены, являющиеся метаболитами АрК, усиливают функцию T1-клеток за счёт продукции ИЛ-2 и интерферона-γ, В-клеток — за счёт дифференцировки и повышенной продукции IgE, естественных клеток-киллеров — за счёт увеличения цитотоксичности. Путь липооксигеназы генерирует цистеинил-лейкотриены из АрК, главным образом, базофилами, эозинофилами, тучными клетками и макрофагами в ответ на воздействие аллергенов, чем подчёркивает их связь с аллергическими реакциями. Цистеинил-лейкотриены способствуют привлечению эозинофилов в дыхательные пути, являясь индукторами бронхоконстрикции, играющими важную роль в патогенезе БА [16], активируя провоспалительные эффекты тучных клеток, макрофагов и нейтрофилов. Одним из значительных достижений в понимании действия ω-3 ПНЖК стало открытие нового семейства липидных медиаторов — специализированных проразрешающих медиаторов, вырабатываемых из ЭПК и ДГК в ходе ферментативных превращений, катализируемых ферментами путей циклооксигеназы и липоксигеназы и способными разрешить продолжающееся воспаление [17, 18]. Известно, что они содержатся в грудном молоке человека [19].

Таким образом, сбалансированное поступление предшественников липидных медиаторов крайне важно для достижения оптимального содержания различных ПНЖК в биомембранах иммунных клеток в целях обеспечения защиты от патогенов и избегания неблагоприятных последствий воспаления.

Полиморфизмы генов десатураз

ПНЖК, вырабатываемые из их пищевых предшественников (ω-3 и ω-6), катализируются десатуразами и элонгазами, которые кодируются генами FADS1/2 и ELOVL2/5 соответственно. Генетическая изменчивость генов десатураз жирных кислот (FADS) связана с биологическими концентрациями ПНЖК. Гены FADS1 и FADS2 находятся на хромосоме 11q12–q13.1 в ориентации «голова к голове» и вместе с FADS3 образуют кластер генов FADS. Этот кластер генов FADS участвует в метаболических превращениях ПНЖК. Ферменты-десатуразы, участвующие в этом пути, включают дельта-5-десатуразу (Д5Д) и дельта-6-десатуразу (Д6Д), которые кодируются генами FADS1 и FADS2 соответственно [20]. Активность ферментов Д5Д и Д6Д определяется соотношением продуктов — предшественников жирных кислот. Семейства ω-6 и ω-3 конкурируют за ограниченное количество ферментов десатураз и элонгаз. Десатуразы отдают предпочтение ω-3 ПНЖК; однако из-за высокого потребления линоленовой кислоты с пищей наблюдается более высокая десатурация до ω-6 ПНЖК. Генетическая вариабельность FADS за счёт более высокого поступления ПНЖК у младенцев связана со снижением продукции ИЛ-5, -10 и -17 [21, 22]. У носителей минорных аллелей генетических вариантов FADS и соответствующих им гаплотипов отмечались более низкий уровень продуктов десатураз и меньшая распространённость аллергического ринита и атопического дерматита (АД). FADS в значительной степени связан с уровнями ПНЖК в сыворотке крови, причём у лиц, гомозиготных по варианту del/del, а также с пониженным уровнем АрК и повышенным соотношением α-линоленовой кислоты и ДГК у матерей, часто употребляющих рыбу [23]. При этом носители минорных аллелей кластера генов FADS характеризуются достоверно более низкими концентрациями АрК и других ПНЖК в плазме крови и тканях [24, 25]. В связи с этим можно полагать, что минорные аллели генов FADS продуцируют меньшую долю продуктов десатураз и меньше АрК, снижая риск развития БА.

Генетические вариации в генотипе FADS обычно наблюдаются при однонуклеотидных полиморфизмах (SNP), что приводит к изменениям биологического состава и способности синтезировать ПНЖК. Беременные женщины, являющиеся носителями минорного аллеля различных SNP FADS, имеют более высокие концентрации в крови предшественников линоленовой и α-линоленовой кислот и низкие концентрации ПНЖК, в частности, АрК [26, 27]. При этом носители минорных аллелей имеют низкую активность десатураз, на что указывает пониженное соотношение их продуктов-предшественников [26]. Такое уменьшение активности ферментов может быть связано со снижением содержания функциональных ферментов, проявляющихся при наличии вариантного аллеля. Однако существуют и другие возможные механизмы действия SNP FADS на ПНЖК, которые действуют через изменения экспрессии гена FADS. Такие механизмы включают изменённые промоторную или энхансерную области гена FADS, деградацию транскрипта и низкую экспрессию белка. Повышенное метилирование ДНК (ДНК-М) в промоторных областях FADS связано с низкими уровнями экспрессии генов у минорных гомозиготных носителей [28], при этом выявлены различия в содержании ДНК-М, связанных с развитием БА в детском возрасте. Показано, что ДНК-М может регулировать FADS, а добавление жирных кислот может индуцировать изменённое метилирование специфических локусов CpG в FADS2 и ELOVL5 [29].

У беременных женщин выявлены повышенные концентрации молекул-предшественников ω-6 и ω-3 у носителей минорных аллелей различных SNP FADS. Носители минорных аллелей для rs174545, rs174537, rs174546 и rs174553 гена FADS1 имели более низкое соотношение АрК, что указывает на уменьшение функциональности десатураз [30]. Установлена также отрицательная связь между носителями минорных аллелей ряда SNP и соотношением продукта, что дополнительно указывает на снижение активности фермента в присутствии SNP генотипа FADS. Связь между FADS1 rs174533 и FADS2 rs174575 и концентрациями АрК и ДГК определялась у беременных женщин после приёма добавок ДГК. Исходно носители минорного аллеля rs174533 имели более низкий уровень АрК и ДГК; однако после добавления ДГК у гомозигот минорного аллеля концентрации ДГК увеличились по сравнению с исходным уровнем. Полученные данные свидетельствуют о том, что эффективность восполнения дефицита ПНЖК с помощью диеты или добавок модулируется генетическими вариантами кластера FADS. Это указывает на потенциальную необходимость персонализированных диетических рекомендаций для носителей разных генотипов с целью достижения целевых физиологических концентраций ПНЖК. Поэтому беременным женщинам, которые являются носителями незначительных аллелей SNP FADS, может быть полезно увеличить потребление с пищей предварительно сформированных ПНЖК для увеличения циркулирующих концентраций ПНЖК, необходимых для развития плода. Учитывая значимость оптимального состава ПНЖК у матери для гармоничного развития плода, необходимо определить влияние потребления их с пищей в период беременности на концентрации ПНЖК в зависимости от генотипа.

Показано также, что вариации генотипа FADS влияют на концентрацию ПНЖК в грудном молоке у кормящих женщин. Грудное молоко обеспечивает оптимальный питательный состав для младенцев, кроме того, оно является богатым источником ПНЖК. При анализе взаимосвязей между генотипом FADS матери и составом ПНЖК в грудном молоке были обнаружены более низкие концентрации АрК в грудном молоке у носителей минорного аллеля с rs1535, rs174547, rs174556, rs174537, rs174570, rs2072114, rs174602, rs526126, rs174626, rs174464, rs174546, rs174553, rs99780 и rs174583. Наличие минорного аллеля связано с низкими концентрациями АрК и высоким содержанием предшественников ПНЖК, а также с уменьшением соотношения продукта и субстрата в грудном молоке. При этом низкое соотношение продукта и субстрата также указывает на нарушение функциональности десатураз в результате изменения генотипа FADS. В единичных исследованиях сообщалось о влиянии диеты на содержание ПНЖК в грудном молоке в зависимости от генотипа, в которых определялось влияние потребления рыбы и рыбьего жира матерью на содержание ДГК в плазме и грудном молоке [31]. У женщин, которые были гомозиготными по минорному аллелю, наблюдались низкие уровни ДГК в молоке, концентрации которых не компенсировались увеличением потребления рыбы или рыбьего жира; однако увеличение ДГК наблюдалось у гомозигот по мажорному аллелю [32].

Изучали генотип FADS и концентрации ПНЖК у детей с рождения и до возраста 13 лет [33]. Показано, что у детей с минорным аллелем SNP FADS снижались концентрации АрК в крови. У детей в возрасте 2–13 лет с незначительной гомозиготностью по аллелям для SNP FADS наблюдались низкие концентрации АрК [34]. Имеются сообщения о связи гомозиготности по второстепенным аллелям с уровнем ДГК, в частности, об увеличении концентрации ДГК для rs1535 и снижении для rs174448 и rs174575 по сравнению с гомозиготами по основным аллелям [35]. Однако в других работах эти ассоциации с ДГК не выявлены [36].

При определении связей между генотипом FADS у детей и развитием аллергии установлено, что минорные аллели SNP FADS часто связаны с увеличением развития АД у детей в возрасте 2 лет [33]. Другие авторы не обнаружили общей связи между генотипом FADS и развитием аллергии; однако, когда принималось во внимание взаимодействие генотипа с диетой, данная связь была показана[34]. Установлено, что у носителей гомозиготного генотипа по основным аллелям повышенное потребление ω-6 ПНЖК и нарушение баланса в соотношении ω-6/ω-3 ассоциировано с повышенным риском развития аллергии , в то время как высокое потребление маргарина коррелировало с повышенным риском развития БА [35,36]. У детей с минорным аллелем SNP FADS, которые находились на исключительно грудном вскармливании, была снижена распространённость БА, тогда как у гомозигот по основному аллелю не наблюдалось никакой связи БА с грудным вскармливанием [37]. Это наблюдение показывает, что диетические факторы, такие как грудное вскармливание, являются критически важным модулятором в реализации взаимосвязи между генетической предрасположенностью, определяемой полиморфизмами кластера FADS, и риском развития АЗ.

Влияние полиненасыщенных жирных кислот на формирование аллергических болезней

Влияние раннего приёма ω-3 ПНЖК во время беременности на аллергическую сенсибилизацию и риск АЗ установлено у детей в более позднем возрасте. Годовалые дети, матери которых с 20-й недели беременности получали добавки ω-3 ПНЖК, содержащие 1,02 г ЭПК и 2,07 г ДГК, имели менее тяжёлое течение АД и низкий риск развития сенсибилизации к яйцу. Приём ω-3 ПНЖК (1,6 г ЭПК и 1,1 г ДГК) в антенатальный и лактационный периоды способствует модуляции иммунного ответа у плода и новорождённого, в частности, подавляя поляризацию T-лимфоцитов в сторону Th2-фенотипа [38–40]. Предполагаемый механизм данного эффекта включает конкурентное ингибирование синтеза провоспалительных эйкозаноидов, производных АрК, таких как ПГ E2, который способствует Th2-ответу. При этом выявлен сниженный риск формирования сенсибилизации к яичному белку, а также развитию АД и IgE-ассоциированной пищевой аллергии на 1-м году жизни у детей, матери которых получали такие добавки. В течение первых 2 лет жизни отмечался меньший риск развития любого IgE-опосредованного заболевания и сенсибилизации к яйцу или другому аллергену. При приёме ω-3 ПНЖК (1,28 г ЭПК и 0,92 г ДГК) на более поздних сроках беременности отмечалось уменьшение числа диагнозов БА у детей в возрасте 16 лет. Это предполагает долгосрочный эффект иммунных изменений, произошедших во время беременности и в раннем возрасте ребёнка.

У годовалых детей, матери которых получали масло, богатое ω-3 (0,1 г ЭПК и 0,8 г ДГК) во время беременности, отмечался низкий уровень сенсибилизации к куриному яйцу и лёгкое течение АД, чем у детей в контрольной группе [41]. Дети, матери которых получали ω-3 (1,32 г ЭПК и 0,88 г ДГК) ежедневно, начиная с 24-й недели беременности, имели меньший риск развития инфекций дыхательных путей в первые 5 лет жизни, а также низкую частоту персистирующих обструктивных бронхитов или развития БА в возрасте 3–5 лет [42]. Положительное влияние материнских ω-3 ПНЖК на течение БА отмечалось также у детей, чьи матери имели исходно низкое содержание ω-3 ПНЖК, что указывает на большую эффективность приёма ω-3 ПНЖК при низком содержании ω-3 и меньшую эффективность для тех, у кого было их достаточное содержание. Влияние приёма матерью ω-3 ПНЖК на течение БА у детей наблюдалось у матерей, которые имели полиморфизмы (аллель G в rs1535) в гене десатураз жирных кислот, который связан с низким уровнем ЭПК и ДГК в крови [42]. В связи с этим можно полагать, что генетическая предрасположенность к низкому уровню в крови ω-3 приводит к большей пользе, чем получаемой от дополнительного приёма ЭПК и ДГК. У детей, рождённых от матерей, которые получали ежедневно 0,4 г ДГК в период с 18-й недели беременности и до родов, симптомы респираторных заболеваний уменьшались в возрасте 1 мес, а также наблюдалось сокращение продолжительности эпизодов респираторных инфекций в возрасте 3 мес и снижение тяжести их течения к 6 мес жизни [43]. У детей, рождённых от матерей, страдающих атопией и получавших ДГК, отмечалась более низкая предрасположенность к респираторным заболеваниям в возрасте до 1,5 лет [44]. Помимо положительных эффектов от приёма ω-3 во время беременности, обнаружено значительное усиление проявлений АД у детей в возрасте 3 лет [45]. Таким образом, было определено влияние ω-3 ПНЖК на иммунные маркеры как у матерей, так и в пуповинной крови новорождённых детей, что сочеталось со сниженным фенотипом T2 и уменьшенной предрасположенностью к аллергическим реакциям [46].

При сравнительном анализе грудного молока со стандартной смесью и стандартной смесью, обогащённой ω-3 и ω-6 ПНЖК, отмечалось увеличение T-хелперов и B-клеток у детей, получавших грудное молоко и стандартную смесь, обогащённую ПНЖК, по сравнению со стандартной смесью. При этом продукция ИЛ-2 не отличалась у детей как в группе, получавшей грудное молоко, так и в группе со смесью с ПНЖК, но была низкой у детей, получавших стандартные смеси. И, наоборот, продукция провоспалительного фактора некроза опухоли-α не отличалась у детей в группах с грудным молоком и смесью с ПНЖК, но была ниже, чем при стандартной смеси [47]. Этот свидетельствует о том, что включение ω-3 и ω-6 в молочные смеси приближает их состав к иммунному составу грудного молока. Можно полагать, что некоторые иммунные эффекты грудного молока обусловлены входящими в его состав ПНЖК. У младенцев, которых кормили смесями, содержащими ПНЖК, распределение иммунных клеток и профиль цитокинов в крови не отличались от таковых у младенцев на грудном вскармливании, при сравнении с теми детьми, которые получали стандартную смесь. При этом не выявлено различий между группами детей в возрасте от 9 до 12 мес, получавших молочную смесь с и без ω-3 ПНЖК (0,5 г ЭПК и 0,38 г ДГК), по уровням IgE, С-реактивного белка, растворимого рецептора ИЛ-2 и фекального IgA [48].

При анализе риска развития АЗ у детей, получавших стандартную смесь, обогащённую ПНЖК (0,64–0,72% АрК и 0,32–0,36% ДГК), в течение 1 года был отмечен низкий риск развития БА, АД, других форм аллергии и инфекций верхних дыхательных путей, меньшая вероятность развития бронхита или бронхиолита в возрасте 5, 7 и 9 мес, крупа, заложенности носа, кашля или диареи, требующих медицинской помощи в течение 1 года жизни [49]. В других работах показано, что у младенцев, получавших стандартную смесь с ω-3 и ω-6 ПНЖК, отмечено меньше АЗ в течение 1 года и отсрочено время до появления первых проявлений АЗ [50].

При определении влияния ежедневного приёма ω-3 (0,11 г ЭПК и 0,28 г ДГК) детьми с высоким риском развития аллергии от рождения до 6 мес на иммунную систему и формирование АЗ показано, что иммунные Т- и В-клетки и моноциты у детей, получавших ω-3, продуцировали меньше цитокина T2 — ИЛ-13 при стимуляции ex vivo клещом домашней пыли, но больше цитокинов T1 — интерферона-γ и фактора некроза опухоли-α при стимуляции фитогемагглютинином, что указывает на благоприятный сдвиг баланса T1- и T2-воспаления и может способствовать меньшей предрасположенности к аллергии и лучшей защите от бактерий и вирусов. К возрасту 12 мес риск АД был ниже у тех детей, которые были более восприимчивы к АЗ. У детей с высоким содержанием ЭПК и ДГК в плазме крови в возрасте 6 мес вероятность развития АД к 12 мес была ниже и в возрасте 6 мес было меньше шансов на развитие рецидивирующих обструкций к 12 мес. Отмечено, что у детей в возрасте 2,5 лет, которые получали добавки ω-3 ПНЖК в младенчестве, снижалась тяжесть аллергии, реже выявлялась пищевая сенсибилизация и пищевая аллергия, а те дети, которые начинали принимать добавки ω-3 ПНЖК в первые 6 мес жизни, были лучше защищены от развития АЗ, чем те, кто начал приём позже [51].

Таким образом, иммуномодулирующие эффекты ω-3 ПНЖК, вводимых в раннем возрасте, включают благоприятное смещение баланса Th1/Th2-ответа в сторону усиления Th1-опосредованного иммунитета и подавления Th2-ассоциированного воспаления. Полученные данные свидетельствуют о наличии значимых преимуществ такой модуляции и уменьшении риска развития респираторных заболеваний и АЗ в детском возрасте.

Заключение

ПНЖК играют клинически значимую роль в модуляции иммунной системы и предотвращении АЗ у детей. Применение ω-3 во время беременности, лактации и в раннем возрасте показало их преимущества по влиянию на иммунитет, хотя длительность сохранения таких эффектов остается неясной, поскольку большинство исследований имеют ограниченную продолжительность наблюдения.