Влияние табачного дыма и никотина на иммунный ответ при туберкулезе и других заболеваниях легких

Проблема курения, как и заболеваемость туберкулезом, существует уже длительное время. Последние данные ВОЗ указывают на гибель 1,3 миллионов человек от туберкулеза и 7 миллионов от курения ежегодно. Табачный дым содержит множество вредных химических веществ, включая окись углерода, никотин, оксиды азота и кадмий. Ряд исследований свидетельствуют о высокой распространенности курения среди больных туберкулезом. В большинстве случаев заражение микобактериями туберкулеза не приводит к развитию активного заболевания вследствие развития сбалансированного, гомеостатического иммунного ответа. Ключевыми компонентами защиты служат воспалительные реакции, направленные на сдерживание роста патогена, его секвестрацию и окончательную элиминацию. В то же время избыточный или неадекватный иммунный ответ способен приводить к расплавлению гранулемы, повреждению тканей и, как следствие, увеличению сроков излечения и инвалидизации перенесших туберкулез ввиду снижения дыхательной функции легких. Наряду с провоспалительными, в организме хозяина синтезируются антивоспалительные медиаторы, которые способны положительно или отрицательно влиять на течение заболевания в зависимости от места и времени их появления. Баланс между про- и антивоспалительными медиаторами по времени и уровню экспрессии играет важнейшую роль в определении исхода инфекции. В нашем обзоре мы рассматриваем влияние табачного дыма на различные составляющие иммунной системы человека, а также на течение и исход туберкулеза и других заболеваний легких. Кроме того, мы хотели бы заострить внимание читателя на необходимости корректировки патогенетической терапии бронхолегочных заболеваний с учетом курительных привычек больного. Курение табака является одной из главных причин тяжелого течения многих инфекционных и неинфекционных заболеваний, в том числе бронхолегочной системы. Продукты распада сигаретного дыма нарушают работу мерцательного эпителия дыхательных путей, продукцию слизистого компонента в бронхах и снижают эффективность системы сурфактанта. Это негативно сказывается на работе защитных механизмов дыхательной системы человека. Стоит отметить, что табачный дым оказывает и системное воздействие на иммунную систему. Накапливаются данные об ассоциации продолжительности воздействия табачного дыма с рядом неблагоприятных клинических характеристик туберкулеза, такими как массивность инфицирования, тяжесть течения, время абацилирования, реактивация, исход лечения и смертность. В то же время эпидемиологические исследования способны выявить ассоциации, но не позволяют определить причинно-следственные связи.

1. Arcavi L., Benowitz N.L. Cigarette smoking and infection. Arch. Intern. Med., 2004, Vol. 164, no. 20, pp. 2206-2216.

2. Aryanpur M., Mortaz E., Masjedi M.R., Tabarsi P., Garssen J., Adcock I.M., Mozafarian A., Sharifi H. Reduced phagocytic capacity of blood monocyte/macrophages in tuberculosis patients is further reduced by smoking. Iran J. Allergy Asthma Immunol., 2016, Vol. 15, no. 3, pp. 174-182.

3. Bai X., Stitzel J.A., Bai A., Zambrano C.A., Phillips M., Marrack P., Chan E.D. Nicotine impairs macrophage control of Mycobacterium tuberculosis. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol., 2017, Vol. 57, no. 3, pp. 324-333.

4. Barceló B., Pons J., Ferrer J.M., Sauleda J., Fuster A., Agusti A.G. Phenotypic characterisation of T-lymphocytes in COPD: abnormal CD4+CD25+ regulatory T-lymphocyte response to tobacco smoking. Eur. Respir. J., 2008, Vol. 31, no. 3, pp. 555-562.

5. Barrera G. Oxidative stress and lipid peroxidation products in cancer progression and therapy. ISRN Oncol., 2012, Vol. 2012, 137289. doi: 10.5402/2012/137289.

6. Bates M.N., Khalakdina A., Pai M., Chang L., Lessa F., Smith K.R. Risk of tuberculosis from exposure to tobacco smoke: a systematic review and meta-analysis. Arch. Intern. Med., 2007, Vol. 167, no. 4, pp. 335-342.

7. Brandsma C.A., Hylkema M.N., Geerlings M., van Geffen W.H., Postma D.S., Timens W., Kerstjens H.A. Increased levels of (class switched) memory B cells in peripheral blood of current smokers. Respir. Res. 2009, Vol. 10, no. 1, 108. doi: 10.1186/1465-9921-10-108.

8. Brandsma C.A., Kerstjens H.A.M., van Geffen W.H., Geerlings M., Postma D.S., Hylkema M.N., Timens W. Differential switching to IgG and IgA in active smoking COPD patients and healthy controls. Eur. Respir J., 2012, Vol. 40, no. 2, pp. 313-321.

9. Brindicci C., Ito K., Resta O., Pride N.B., Barnes P.J., Kharitonov S.A. Exhaled nitric oxide from lung periphery is increased in COPD. Eur. Respir. J., 2005, Vol. 26, no. 1, pp. 52-59.

10. Brunet L., Pai M., Davids V., Ling D., Paradis G., Lenders L., Meldau R., van Zyl Smit R., Calligaro G., Allwood B., Dawson R., Dheda K. High prevalence of smoking among patients with suspected tuberculosis in South Africa. Eur. Respir J., 2011, Vol. 38, no. 1, pp. 139-146.

11. Burusie A., Enquesilassie F., Addissie A., Dessalegn B., Lamaro T. Effect of smoking on tuberculosis treatment outcomes: A systematic review and meta-analysis. PLoS One, 2020, Vol. 15, no. 9, e0239333. doi: 10.1371/journal.pone.0239333.

12. César-Neto J.B., Duarte P.M., de Oliveira M.C., Casati M.Z., Tambeli C.H., Parada C.A., Sallum E.A., Nociti F.H. Jr. Smoking modulates interferon-gamma expression in the gingival tissue of patients with chronic periodontitis. Eur. J. Oral Sci., 2006, Vol. 114, no. 5, pp. 403-408.

13. Chavance M., Perrot J.Y., Annesi I. Smoking, CD45R0+(memory), and CD45RA+ (naive) CD4+ T cells. Am. Rev. Respir. Dis., 1993, Vol. 148, no. 1, pp. 237-240.

14. Duan M.C., Huang Y., Zhong X.N., Tang H.J. Th17 cell enhances CD8 T-cell cytotoxicity via IL-21 production in emphysema mice. Mediators Inflamm., 2012, Vol. 2012, 898053. doi: 10.1155/2012/898053.

15. Flesch I.E., Kaufmann S.H. Role of cytokines in tuberculosis. Immunobiology, 1993, Vol. 189, no. 3-4, pp. 316-339.

16. Flynn J.L., Goldstein M.M., Chan J., Triebold K.J., Pfeffer K., Lowenstein C.J., Schreiber R., Mak T.W., Bloom B.R. Tumor necrosis factor-alpha is required in the protective immune response against Mycobacterium tuberculosis in mice. Immunity, 1995, Vol. 2, pp. 561-572.

17. Forsslund H., Mikko M., Karimi R., Grunewald J., Wheelock A.M., Wahlstrom J., Skold C.M. Distribution of T-cell subsets in BAL fluid of patients with mild to moderate COPD depends on current smoking status and not airway obstruction. Chest, 2014, Vol. 145, no. 4, pp. 711-722.

18. Friedrichs B., Neumann U., Schuller J., Peck M.J. Cigarettesmoke-induced priming of neutrophils from smokers and non-smokers for increased oxidative burst response is mediated by TNF-alpha. Toxicol. In Vitro, 2014, Vol. 28, no. 7, pp. 1249-1258.

19. Gegia M., Magee M.J., Kempker R.R., Kalandadze I., Chakhaia T., Golub J.E., Blumberg H.M. Tobacco smoking and tuberculosis treatment outcomes: a prospective cohort study in Georgia. Bull. World Health Organ., 2015, Vol. 93, no. 6, pp. 390-399.

20. Gilman S.L., Xun Z. Smoke: A global history of smoking. London: Reaktion Books, 2004.

21. Global tuberculosis report, 2019. Available at: https://www.who.int/publications/i/item/9789241565714.

22. Gonçalves R.B., Coletta R.D., Silverio K.G., Benevides L., Casati M.Z., da Silva J.S., Nociti F.H. Jr. Impact of smoking on inflammation: overview of molecular mechanisms. Inflamm. Res., 2011, Vol. 60, no. 5, pp. 409-424.

23. Graff J.W., Powers L.S., Dickson A.M., Kim J., Reisetter A.C., Hassan I.H., Kremens K., Gross T.J., Wilson M.E., Monick M.M. Cigarette smoking decreases global MicroRNA expression in human alveolar macrophages. PLoS One, 2012, Vol. 7, no. 8, e44066. doi: 10.1371/journal.pone.0044066.

24. Hagiwara E., Takahashi K.I., Okubo T., Ohno S., Ueda A., Aoki A., Odagiri S., Ishigatsubo Y. Cigarette smoking depletes cells spontaneously secreting Th(1) cytokines in the human airway. Cytokine, 2001, Vol. 14, no. 2, pp. 121-126.

25. Harrison O.J., Foley J., Bolognese B.J., Long E. 3rd, Podolin P.L., Walsh P.T. Airway infiltration of CD4+ CCR6+ Th17 type cells associated with chronic cigarette smoke induced airspace enlargement. Immunol. Lett., 2008, Vol. 121, no. 1, pp. 13-21.

26. Hersey P., Prendergast D., Edwards A. Effects of cigarette smoking on the immune system. Follow-up studies in normal subjects after cessation of smoking. Med. J. Aust., 1983, Vol. 2, no. 9, pp. 425-429.

27. Ho E., Galougahi K.K., Liu C.C., Bhindi R., Figtree G.A. Biological markers of oxidative stress: applications to cardiovascular research and practice. Redox Biol., 2013, Vol. 1, no. 1, pp. 483-491.

28. Hocking W.G., Golde D.W. The pulmonary-alveolar macrophage (first of two parts). N. Engl. J. Med., 1979, Vol. 301, no. 11, pp. 580-587.

29. Hodge S., Hodge G., Ahern J., Jersmann H., Holmes M., Reynolds P.N. Smoking alters alveolar macrophage recognition and phagocytic ability: implications in chronic obstructive pulmonary disease. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol., 2007, Vol. 37, no. 6, pp. 748-755.

30. Hou J., Sun Y.C., Hao Y., Zhuo J., Liu X.F., Bai P., Han J.Y., Zheng X.W., Zeng H. Imbalance between subpopulations of regulatory T cells in COPD. Thorax, 2013, Vol. 68, no. 12, pp. 1131-1139.

31. Janssen L.J. Isoprostanes: an overview and putative roles in pulmonary pathophysiology. American journal of physiology. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol., 2001, Vol. 280, no. 6, pp. 1067-1082.

32. Keatings V.M., Collins P.D., Scott D.M., Barnes P.J. Differences in interleukin-8 and tumor necrosis factoralpha in induced sputum from patients with chronic obstructive pulmonary disease or asthma. Am. J. Respir. Crit. Care Med., 1996, Vol. 153, no. 2, pp. 530-534.

33. Lin H.H., Ezzati M., Murray M. Tobacco smoke, indoor air pollution and tuberculosis: a systematic review and meta-analysis. PLoS Med., 2007, Vol. 4, no. 1, e20. doi: 10.1371/journal.pmed.0040020.

34. Maeno T., Houghton A.M., Quintero P.A., Grumelli S., Owen C.A., Shapiro S.D. CD8(+) T cells are required for inflammation and destruction in cigarette smoke-induced emphysema in mice. J. Immunol., 2007, Vol. 178, no. 12, pp. 8090-8096.

35. Maier L.A. Is smoking beneficial for granulomatous lung diseases? (editorial). Am. J. Respir. Crit. Care Med., 2004, Vol. 169, no. 8, pp. 893-895.

36. Meuronen A., Majuri M.L., Alenius H., Mantyla T., Wolff H., Piirila P., Laitinen A. Decreased cytokine and chemokine mRNA expression in bronchoalveolar lavage in asymptomatic smoking subjects. Respiration, 2008, Vol. 75, pp. 450-458.

37. Morrow J.D. Quantification of isoprostanes as indices of oxidant stress and the risk of atherosclerosis in humans. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 2005, Vol. 25, no. 2, pp. 279-286.

38. Nadigel J., Prefontaine D., Baglole C.J., Maltais F., Bourbeau J., Eidelman D.H., Hamid Q. Cigarette smoke increases TLR4 and TLR9 expression and induces cytokine production from CD8(+) T cells in chronic obstructive pulmonary disease. Respir. Res., 2011, Vol. 12, no. 1, 149. doi: 10.1186/1465-9921-12-149.

39. Nakata A., Takahashi M., Irie M., Fujioka Y., Haratani T., Araki S. Relationship between cumulative effects of smoking. Oncotarget and memory CD4+ T lymphocyte subpopulations. Addict. Behav., 2007, Vol. 32, no. 7, pp. 1526-1531.

40. O’Leary S.M., Coleman M.M., Chew W.M., Morrow C., McLaughlin A.M., Gleeson L.E., O’Sullivan M.P., Keane J. Cigarette smoking impairs human pulmonary immunity to Mycobacterium tuberculosis. Am. J. Respir. Crit. Care Med., 2014, Vol. 190, no. 12, pp. 1430-1436.

41. Ohta T., Yamashita N., Maruyama M., Sugiyama E., Kobayashi M. Cigarette smoking decreases interleukin-8 secretion by human alveolar macrophages. Respir. Med., 1998, Vol. 92, no. 7, pp. 922-927.

42. Ouyang Y., Virasch N., Hao P., Aubrey M.T., Mukerjee N., Bierer B.E., Freed B.M. Suppression of human IL-1beta, IL-2, IFN-gamma, and TNF-alpha production by cigarette smoke extracts. J. Allergy Clin. Immunol., 2000, Vol. 106, no. 2, 280-287.

43. Petrescu F., Voican S.C., Silosi I. Tumor necrosis factor-alpha serum levels in healthy smokers and nonsmokers. Int. J. Chron. Obstruct. Pulmon. Dis., 2010, Vol. 5, pp. 217-222.

44. Plumb J., Smyth L.J.C., Adams H.R., Vestbo J., Bentley A., Singh S.D. Increased T-regulatory cells within lymphocyte follicles in moderate COPD. Eur. Respir. J., 2009, Vol. 34, no. 1, pp. 89-94.

45. Qiu F., Liang C.L., Liu H., Zeng Y.Q., Hou S., Huang S., Lai X., Dai Z. Impacts of cigarette smoking on immune responsiveness: Up and down or upside down? Oncotarget, 2017, Vol. 8, no. 1, pp. 268-284.

46. Radek K.A., Elias P.M., Taupenot L., Mahata S.K., O’Connor D.T., Gallo R.L. Neuroendocrine nicotinic receptor activation increases susceptibility to bacterial infections by suppressing antimicrobial peptide production. Cell Host Microbe 2010, Vol. 7, no. 4, pp. 277-289.

47. Rennard S.I. Cigarette smoke in research. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol., 2004, Vol. 31, no. 5, pp. 479-480.

48. Roos-Engstrand E., Ekstrand-Hammarstrom B., Pourazar J., Behndig A.F., Bucht A., Blomberg A. Influence of smoking cessation on airway T lymphocyte subsets in COPD. COPD, 2009, Vol. 6, no. 2, pp. 112-120.

49. Roos-Engstrand E., Pourazar J., Behndig A.F., Bucht A., Blomberg A. Expansion of CD4(+) CD25(+) helper T cells without regulatory function in smoking and COPD. Respir. Res., 2011, Vol. 12, no. 1, 74. doi: 10.1186/14659921-12-74.

50. Rosenberg S.R., Kalhan, R. Biomarkers in chronic obstructive pulmonary disease. Transl. Res., 2012, Vol. 159, no. 4, pp. 228-237.

51. Safa M., Tabarsi P., Sharifi H. Pattern of tobacco consumption among TB patients in a Tuberculosis Referral Center. Tanaffos, 2011, Vol. 10, no. 2, pp. 50-55.

52. Shang S., Ordway D., Henao-Tamayo M., Bai X., Oberley-Deegan R., Shanley C. Cigarette smoke increases susceptibility to tuberculosis – evidence from in vivo and in vitro models. J. Infect. Dis., 2011, Vol. 203, no. 9, pp. 1240-1248.

53. Sitas F., Urban M., Bradshaw D., Kielkowski D., Bah S., Peto R. Tobacco attributable deaths in South Africa. Tob. Control., 2004, Vol. 13, no. 4, pp. 396-399.

54. Skoog T., Dichtl W., Boquist S., Skoglund-Andersson C., Karpe F., Tang R., Bond M.G., de Faire U., Nilsson J., Eriksson P., Hamsten A. Plasma tumour necrosis factor-alpha and early carotid atherosclerosis in healthy middleaged men. Eur. Heart J., 2002, Vol. 23, no. 5, pp. 376-383.

55. Smyth L.J., Starkey C., Vestbo J., Singh D. CD4-regulatory cells in COPD patients. Chest, 2007, 132, no. 1, pp. 156-163.

56. Sopori M.L., Kozak W., Savage S.M., Geng Y., Soszynski D., Kluger M.J., Perryman E.K., Snow G.E. Effect of nicotine on the immune system: possible regulation of immune responses by central and peripheral mechanisms. Psychoneuroendocrinology, 1998, Vol. 23, no. 2, pp. 189-204.

57. Sopori M.L., Kozak W. Immunomodulatory effects of cigarette smoke. J. Neuroimmunol., 1998, Vol. 83, no. 1-2, pp. 148-156.

58. Thanan R., Oikawa S., Hiraku Y., Ohnishi S., Ma N., Pinlaor S., Yongvanit P., Kawanishi S., Murata M. Oxidative stress and its significant roles in neurodegenerative diseases and cancer. Int. J. Mol. Sci., 2014. Vol. 16, no. 1, pp. 193-217.

59. Tsoumakidou M., Tzanakis N., Siafakas N.M. Induced sputum in the investigation of airway inflammation of COPD. Respir. Med., 2003, Vol. 97, no. 8, pp. 863-871.

60. US Department of Health and Human Services. 2014. The health consequences of smoking-50 years of progress: a report of the surgeon general. Atlanta (GA): US Department of Health and Human Services.

61. van’t Erve T.J., Kadiiska M.B., London S.J., Mason R.P. Classifying oxidative stress by F2-isoprostane levels across human diseases: a meta-analysis. Redox Biol., 2017, Vol. 12, pp. 582-599.

62. Vardavas C.I., Plada M., Tzatzarakis M., Marcos A., Warnberg J., Gomez-Martinez S., Breidenassel C., Gonzalez-Gross M., Tsatsakis A.M., Saris W.H., Moreno L.A., Kafatos A.G., Group H.H.S. Passive smoking alters circulating naive/memory lymphocyte T-cell subpopulations in children. Pediatr. Allergy Immunol., 2010, Vol. 21, no. 8, pp. 1171-1178.

63. Vargas-Rojas M.I., Ramirez-Venegas A., Limon-Camacho L., Ochoa L., Hernandez-Zenteno R., Sansores R.H. Increase of Th17 cells in peripheral blood of patients with chronic obstructive pulmonary disease. Respir. Med., 2011, Vol. 105, no. 11, pp. 1648-1654.

64. Wang D.W., Zhou R.B., Yao Y.M., Zhu X.M., Yin Y.M., Zhao G.J., Dong N., Sheng Z.Y. Stimulation of α7 nicotinic acetylcholine receptor by nicotine increases suppressive capacity of naturally occurring CD4+CD25+ regulatory T cells in mice in vitro. J. Pharmacol. Exp. Ther., 2010, Vol. 335, no. 3, pp. 553-561.

65. Wang E.Y., Arrazola R.A., Mathema B., Ahluwalia I.B., Mase S.R. The impact of smoking on tuberculosis treatment outcomes: a meta-analysis. Int. J. Tuberc. Lung Dis., 2020, Vol. 24, no. 2, pp. 170-175.

66. Wang H., Peng W., Weng Y., Ying H., Li H., Xia D., Yu W. Imbalance of Th17/Treg cells in mice with chronic cigarette smoke exposure. Int. Immunopharmacol., 2012, Vol. 14, no. 4, pp. 504-512.

67. Wang M.-G, Huang W.-W., Wang Y., Zhang Y.-X., Zhang M.-M., Wu S.-Q., Sandford A.J., He J.-Q. Association between tobacco smoking and drug-resistant tuberculosis. Infect. Drug Resist., 2018, Vol. 11, pp. 873-887.

68. WHO Global Tuberculosis Report 2018 Geneva. Available at: https://www.hst.org.za/publications/NonHST%20Publications/Global%20Tuberculosis%20Act%202018.pdf.

69. WHO Report on the global tobacco epidemic 2017. Available at: http://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/255874/9789241512824-eng.pdf?sequence=1.

70. Willemse B.W., ten Hacken N.H.T., Rutgers B., Lesman-Leegte I.G.A.T., Postma D.S., Timens W. Effect of 1-year smoking cessation on airway inflammation in COPD and asymptomatic smokers. Eur. Respir. J., 2005, Vol. 26, no. 5, pp. 835-845.

71. Wu Y., Shen Y., Zhang J., Wan C., Wang T., Xu D., Yang T., Wen F. Increased serum TRAIL and DR5 levels correlated with lung function and inflammation in stable COPD patients. Int. J. Chron. Obstruct. Pulmon. Dis., 2015, Vol. 10, pp. 2405-2412.

72. Zeidler R., Albermann K., Lang S. Nicotine and apoptosis. Apoptosis, 2007, Vol. 12, no. 11, pp. 1927-1943.

73. Zhang M.Q., Wan Y., Jin Y., Xin J.B., Zhang J.C., Xiong X.Z., Chen L., Chen G. Cigarette smoking promotes inflammation in patients with COPD by affecting the polarization and survival of Th/Tregs through up-regulation of muscarinic receptor 3 and 5 expression. PLoS One, 2014, Vol. 9, no. 11, e112350. doi: 10.1371/journal.pone.0112350.