Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

Personal portfolio

THE FUNCTIONAL ACTIVITY OF NEUTROPHILS AT DIABETES OF THE 1 ST TYPE 1 BY CHILDFREN

Barycheva L.Y. 1 Erdni-Goryaeva N.E. 1
1 GBOU VPO «Stavropol state medical university» Health Ministry of Russian Federation
An important role in the development of diabetes plays polymorphonuclear leukocytes. It is fixed that neutrophils participate in the destruction of β-cells of the pancreas. Patients with diabetes are identified with defective chemotaxis, low bactericidal activity of neutrophil granulocytes. Neutrophils are the basic cells of innate immunity and play the main role in the antimicrobial protection. The violation of their dynamic competence becomes the basis of the low stability of age and the child’s susceptibility to infectious diseases. The aim of this research was to investigate the functional activity of neutrophil granulocytes at diabetes of the 1st type by children. 25 children aged 7–15 years are examined. It is fixed the decrease of the bactericidal activity of neutrophils with a deficit of absorption, secretion of active oxygen radicals, functional reserve. It is shown the increase of the readness to apoptosis, that was accompanied by increasing of the expression of CD95, decreasing – Bcl2. The increase of the cytotoxic potential of neutrophils in the form of the increasing level of myeloperoxidase and lysosomal cationic proteins is revealed.
diabetes
neutrophil phagocytosis
myeloperoxidase
lysosomal cationic proteins oxidase activity
apoptosis
1. Adeghate E., Schattner P., Dunn E. An update on the etiology and epidemiology of diabetes mellitus. Ann NY Acad Sci, 2006, Vol. 1084, pp. 1–29.
2. Alba-Loureiro T.C, Munhoz C.D, Martins J.O. Neutrophil function and metabolism in individuals with diabetes mellitus. Braz J Med Biol Res, 2007, no 40, pp. 1037–1044.
3. Chanchamroen S., Kewcharoenwong C., Susaengrat W., Ato M., Lertmemongkolchai G. Human polymorphonuclear neutrophil responses to Burkholderia pseudomallei in healthy and diabetic subjects. Infect Immun, 2009, no 77, pp. 456–463.
4. Kannan Y., Tokunaga M., Moriyama M., Kinoshita H., Nakamura Y. Diabetic neutrophil dysfunction and troglitazone. Clin Exp Immunol, 2004, Vol. 137, pp. 263–271.
5. Walrand S., Guillet C., Boirie Y., Vasson M,P. In vivo evidences that insulin egulates human polymorphonuclear neutrophil functions. Journal of Leukocyte Biology, 2004, no 76, pp. 1104–1110.
6. Juliana C., Janine C., Cresio A. Infections in patients with diabetes mellitus: A review of pathogenesis. Indian J Endocrinol Metab, 2012 March, no 16 (l1), pp 27–36.
7. Hatanaka E., Monteagudo P.T., Marrocos M.S., Campa A. Neutrophils and monocytes as potentially important sources of proinflammatory cytokines in diabetes. Clin Exp Immunol, 2006, Vol. 146, pp. 443–447.
8. Nurun A.H.M., NabiLaila N., Rahman I., Mahfuzur M., Boron B. Polymorphonuclear Neutrophil Dysfunctions Streptozotocin-induced Type 1 Diabetic Rats. Journal of Biochemistry and Molecular Biology, 2005. November, no 6, pp. 661–667.
9. Rich J, Lee J.C. The pathogenesis of Staphylococcus aureus infection in the diabetic NOD mouse. Diabetes, 2005, no 54, pp. 2904–2910.
10. Rutter G.A., Wong G.A., Rutter F.S. The pancreatic beta-cell birth, life and death. Biochemical Society Transactions, 2008, no 36(3), pp. 267–271.
11. Saswata Talukdar, Da Young Oh, Gautam Bandyopadhyay, Dongmei Li, Jianfeng Xu, Joanne McNelis, Min Lu, Pingping Li, Qingyun Yan, Yimin Zhu, Jachelle Ofrecio, Michael Lin, Martin B Brenner, Jerrold M Olefsky. Neutrophils mediate insulin resistance in mice fed a high-fat diet through secreted elastase. Nature Medicine, 2012, no 10, pp. 1038–1045.
12. Shamaei-Tousi A., Stephens J.W., Bin R. Association between plasma levels of heat shock protein 60 and cardiovascular disease in patients with diabetes mellitus. Eur. Heart J., 2006, no. 27, pp. 1565–1570.
13. Sudo C., Ogawara H., Saleh A.W. Clinical significance of neutrophil apoptosis in peripheral blood of patients with type 2 diabetes mellitus. Lab Hematol, 2007, no 13(3), pp. 108–12.
14. Tong P.C, Lee K.F, So W.Y. White blood cell count is associated with macro-and microvascular complications in Chinese patients with type 1 diabetes. Diabеt, 2004, no 6, pp. 216–222.
15. Kaczmarek M., Lewandowicz-Uszyńska A., Iwanicka Z., Jankowski A. Whole blood neutrophil chemiluminescence in children with diabetes depending on their clinical condition. Centr Eur J Immunol. 2012, no 37 (4), pp. 345–349.

Сахарный диабет 1 типа является полигенным, мультифакторным заболеванием, связанным с образованием аутоантител и аутореактивных Т-лимфоцитов к β-клеткам поджелудочной железы [1].

Ведущими звеньями в патогенезе аутоиммунных поражений являются дисрегуляция иммунитета и программированной гибели клеток [10].

Важную роль в развитии сахарного диабета играют полиморфноядерные лейкоциты [2, 3, 7]. Установлено участие нейтрофилов в разрушении β-клеток поджелудочной железы, патогенезе микроваскулярных и нефротических повреждений [12], формировании инсулинорезистентности [11].

У больных сахарным диабетом выявляются дефектный хемотаксис, низкая бактерицидная активность нейтрофильных гранулоцитов, аномальная продукция супероксида, лейкотриенов, секреция лизосомальных ферментов, а также изменение базального уровня внутриклеточного кальция [4, 8].

Нейтрофилы являются основными клетками врожденного иммунитета и выполняют главенствующую роль в антибактериальной защите. Нарушение их функциональной компетенции становится основой низкой возрастной устойчивости ребенка, его подверженности инфекционным заболеваниям [2, 6, 7].

Материал и методы исследования

Обследовано 25 детей с сахарным диабетом 1 типа в возрасте 7–15 лет. В группу I вошли 12 детей с длительностью заболевания менее 3-х лет, в группу II – 13 детей со стажем заболевания более 3-х лет.

Для оценки программируемой клеточной гибели нейтрофильных гранулоцитов выявляли количество клеток, экспрессирующих маркеры апоптоза – СD95, CD 95L и Bсl 2 (Invitrogen, США) методом проточной цитометрии.

Фагоцитарный индекс определяли по способности нейтрофильных гранулоцитов поглощать частицы меламиноформальдегидных латексов. Уровень кислородзависимой бактерицидности НГ оценивали в НСТ-тесте по числу фарамазанположительных клеток. Содержание лизосомальных катионных белков определяли методом Шубича М.Г., уровень миелопероксидазы – методом Грэхема‒Кнолля. Рассчитывали средний цитохимический коэффициент по принципу Астальди.

Для статистического анализа данных использовали пакет программ «Primer of Biostat 4,0», Attestat 10.5.1.». Для оценки межгрупповых различий применяли дисперсионный анализ повторных измерений с вычислением критериев Ньюмена‒Кейлса, Данна. Количественные значения с нормальным распределением были представлены как среднее ± стандартная ошибка средней (X ± sx); признаки, характеризующиеся ненормальным распределением – в виде медианы и интерквантильного (25 и 75 процентили) размаха (Me (Q1-Q)). Достоверными считали различия при р < 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

При изучении функциональной активности полиморфноядерных лейкоцитов (ПМЯЛ) установлено снижение уровня фагоцитоза у детей со стажем заболевания более 3-х лет (72,9 ± 2,35, p < 0,05). В группе пациентов с СД1 менее 3-х лет показатели фагоцитоза не отличались от нормальных значений (табл. 1).

Таблица 1

Показатели функциональной активности нейтрофильных гранулоцитов у детей с сахарным диабетом 1 типа

Показатели

Длительность СД1 менее 3-х лет (II)

Длительность СД1 более 3-х лет (III)

Контрольная группа

P

Фагоцитоз, %

82,6 ± 2,33

72,9 ± 2,35*

81,0 ± 1,65

PII-III < 0,05

КБ (СЦК), усл. ед.

1,8 ± 0,04*

1,7 ± 0,05*

1,4 ± 0,03

 

МП (СЦК), усл. ед.

2,5 ± 0,03*

2,7 ± 0,07*

2,71 ± 0,02*

PII-III < 0,05

НСТ, %

3,0 ± 0,41*

3,6 ± 0,58*

7,7 ± 0,7

 

ИС НСТ, усл. ед.

2,5 ± 0,37

1,7 ± 0,36*

2,6 ± 0,05*

PII-III < 0,05

Примечание. * – p < 0,05 – по сравнению со здоровыми, PII-III < 0,05 – достоверность межгрупповых различий (критерий Ньюмена–Кейлса, критерий Данна).

Полученные данные согласуются с результатами большинства исследований, посвященных фагоцитарной активности при сахарном диабете [2, 4, 8].

Известно, что нарушению поглотительной и хемотаксической функции ПМЯЛ может способствовать гипергликемия и гиперкетонемия, под действием которых нейтрофилы приобретают сферическую форму и в значительной мере теряют способность образовывать псевдоподии. В результате снижаются адгезивные и эмиграционные свойства НГ, затрудняется поглощение, кэпинг [14].

У пациентов обеих групп выявлено увеличение цитоэнзимохимических показателей – уровня миелопероксидазы и лизосомальных катионных белков по сравнению со здоровыми детьми (p < 0,05) с более высокими значениями МП у детей с длительностью заболевания более 3-х лет (p < 0,05) (табл. 1).

Повышение активности миелопероксидазы и лизосомальных катионных белков свидетельствует об увеличении цитотоксического потенциала НГ, является фактором аутоантигенного эксцесса и иммунной активации у детей с сахарным диабетом.

Показатели оксидазной активности НГ по данным спонтанного НСТ-теста достоверно уменьшались (табл. 1), что согласуется с данными, представленными в литературе [8]. Уровень функционального резерва (ИС НСТ) был снижен у детей со стажем заболевания более 3-х лет.

Уменьшение показателей спонтанного и стимулированного НСТ- теста может быть связано с нарушением процесса дегрануляции – слияния специфических и азурофильных гранул ПМЯЛ с фагосомами. Известно, что дегрануляция – энергозатратный процесс. В экспериментальных условиях показано, что при сахарном диабете в ПМЯЛ значительно сокращаются запасы гликогена, тормозится его синтез, снижается активность ключевых ферментов анаэробного окисления глюкозы и пентозного цикла, что приводит к уменьшению внутриклеточных запасов АТФ [5].

При сравнительной характеристике показателей функциональной активности НГ в группе детей, страдающих СД1 более 3-х лет, установлены более низкие показатели фагоцитоза (p < 0,05) и ИС НСТ-теста (p < 0,05) (табл. 1) по сравнению с детьми, имеющими стаж заболевания менее 3-х лет, что, вероятно, связано с длительностью заболевания и функциональным истощением системы нейтрофильных гранулоцитов [15].

При исследовании маркеров апоптоза установлено увеличение экспрессии CD95, снижение – Bсl2 (табл. 2). Максимальные показатели CD95 зарегистрированы у детей со стажем заболевания более 3-х лет.

Таблица 2

Показатели апоптоза нейтрофильных гранулоцитов у детей с СД1

Показатели

Дети со стажем СД1 менее 3-х лет (II)

Дети со стажем СД1 более 3-х лет (III)

Контрольная группа

p

CD95, %

77,6 (71,15–83,99)*

87,93 (84,24–91,63)*

58,43(54,95–1,90)

PII-III < 0,05

CD95L, %

9,5 (8,14–10,92)*

12,1 (10,22–13,96)*

7,3 (6,46–8,09)

PII-III < 0,05

Bcl2, %

3,99 (2,9–5,08)

2,78 (2,36–3,19)*

5,38 (4,21–6,55)

 

Примечание. * – p < 0,05 – по сравнению со здоровыми, PII-III < 0,05 – достоверность межгрупповых различий (критерий Ньюмена–Кейлса, критерий Данна).

Выявлено увеличение процента клеток, имеющих на своей поверхности CD95L, что может способствовать усилению процессов запрограммированной клеточной гибели в островковых β-клетках поджелудочной железы, инфильтрированных иммунокомпетентными клетками. Наиболее высокие показатели отмечены у детей с длительностью заболевания более 3-х лет.

По данным литературных источников, интенсивность апоптоза нейтрофилов при СД может быть как низкой [13], так и высокой [4]. Существует мнение, что снижение апоптоза НГ у больных с СД1, вероятно, инициирует процессы хронического воспаления с повреждением тканей, а также предрасполагает к затяжным бактериальным инфекциям [9].

Полученные нами результаты позволяют считать, что у больных сахарным диабетом 1 типа отмечается повышенная предрасположенность ПМЯЛ к апоптозу, что может быть проявлением защитной реакции, направленной на устранение «излишка» активных нейтрофилов, формирование которого усиливает повреждение тканей.

Увеличение апоптотического потенциала НГ на фоне функционально-метаболических изменений является отражением активного вовлечения ПМЯЛ в иммунопатогенез заболевания.

Вместе с тем установлено снижение бактерицидной активности нейтрофилов с дефицитом поглощения, секреции активных радикалов кислорода, функционального резерва. Степень функциональной недостаточности зависит от длительности заболевания и увеличивается у детей со стажем СД1 более 3-х лет.

Известно, что ПМЯЛ являются связующим звеном между врожденным и адаптивным иммунитетом и выполняют главенствующую роль в антибактериальной защите. Нарушение их функциональной компетенции у детей с СД1 становится одним из факторов, предрасполагающих к развитию инфекционных заболеваний.

Выводы

1. Нейтрофильные гранулоциты при сахарном диабете у детей характеризуются высокой готовностью к апоптозу, низкой бактерицидной активностью с дефицитом фагоцитоза, продукции активных радикалов кислорода, функционального резерва.

2. Признаки антигенной стимуляции полиморфноядерных лейкоцитов при сахарном диабете 1 типа выявляются в виде активации метаболической активности с повышением уровня миелопероксидазы и лизосомальных катионных белков.

Рецензенты:

Голубева М.В., д.м.н., профессор, заведующая кафедрой детских инфекционных болезней, ГБО ВПО «Ставропольский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ, г. Ставрополь;

Федько Н.А., д.м.н., профессор, заведующая кафедрой поликлинической педиатрии, ГБО ВПО «Ставропольский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ, г. Ставрополь.

Работа поступила в редакцию 08.09.2013.