DOI: https://doi.org/10.22263/2312-4156.2021.4.7
Ишутина О.В.
Сурфактантная система лёгких. Обзорная статья
Белорусский государственный медицинский университет, г. Минск, Республика Беларусь
Вестник ВГМУ. – 2021. – Том 20, №4. – С. 7-17.
Резюме.
Обзорная статья содержит информацию о строении, функционировании, регенерации пневмоцитов 2-го типа. Подробно описывается состав сурфактанта, процессы синтеза, формирования, секреции, распределения и перераспределения компонентов сурфактанта, а также биологическая роль сурфактанта в функционировании легких. Включает информацию о развитии сурфактантной системы легких в эмбриогенезе.
Цель работы – обзор современной литературы о структуре и функции сурфактантной системы легких, организации и строении сурфактанта. Задачи – охарактеризовать строение и процессы функционирования пневмоцитов 2-го типа, процессы синтеза и секреции сурфактанта, его биологическую роль в функционировании легких.
Актуальность выбранной темы связана с высоким уровнем патологии органов дыхательной системы, в том числе с высокой заболеваемостью в раннем детском возрасте, связанной с недостаточным уровнем зрелости сурфактанта.
Ключевые слова: пневмоциты 2-го типа, сурфактант, секреция сурфактанта, гомеостаз сурфактанта, эмбриогенез сурфактантной системы легких.
Литература
1. Анаев, Э. Х. Исследование конденсата выдыхаемого воздуха в пульмонологии : обзор лит. / Э. Х. Анаев, А. Г. Чучалин // Пульмонология. – 2002. – № 2. – С. 57–66.
2. Сурфактантная система при туберкулезе легких / В. В. Ерохин [и др.]. – Москва : ФГБУ «ЦНИИТ» РАМН, 2013. – 265 с.
3. Goerke, J. Pulmonary surfactant: functions and molecular composition / J. Goerke // Biochim. Biophys. Acta. – 1998 Nov. – Vol. 1408, N 2. – Р. 79–89.
4. Perez-Gil, J. Pulmonary surfactant pathophysiology: current models and open questions / J. Perez-Gil, T. E. Weaver // Physiology (Bethesda). – 2010 Jun. – Vol. 25, N 3. – Р. 132–141.
5. Spectral phasor analysis of LAURDAN fluorescence in live A549 lung cells to study the hydration and time evolution of intracellular lamellar body-like structures / L. Malacrida [et al.] // Biochim. Biophys. Acta. – 2016 Nov. – Vol. 1858, N 11. – Р. 2625–2635.
6. Pneumocytes assemble lung surfactant as highly packed/dehydrated states with optimal surface activity / A. Cerrada [et al.] // Biophys. J. – 2015 Dec. – Vol. 109, N 11. – Р. 2295–2306.
7. Lopez-Rodriguez, E. Structure-function rela-tionships in pulmonary surfactant membranes: from biophysics to therapy / E. Lopez-Rodriguez, J. Perez-Gil // Biochim. Biophys. Acta. – 2014 Jun. – Vol. 1838, N 6. – Р. 1568–1585.
8. Слука, Б. А. Обоснование явления гиперпродукции сурфактанта в лёгких при развитии блеомицин-индуцированного пневмофиброза / Б. А. Слука, А. Д. Таганович // Сурфактантная и антисурфактантная система лёгких : тез. докл. 3-й науч.-практ. конф., Ялта, 12-15 нояб. 1991 г. – Ялта, 1991. – С. 103–104.
9. Physiological variablesaffecting surface film formation by native lamellar body-like pulmo-nary surfactant particles / N. Hobi [et al.] // Biochim. Biophys. Acta. – 2014 Jul. – Vol. 1838, N 7. – Р. 1842–1850.
10. Exogenous pulmonary surfactant: A review focused on adjunctive therapy for severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 including SP-A and SP-D as added clinical marker / A. Ghati [et al.] // Curr. Opin. Colloid Interface Sci. – 2021 Feb. – Vol. 51. – 101413.
11. Palmitoylation as a key factor to modulate SP-C-lipid interactions inlung surfactant membrane multilayers / N. Roldan [et al.] // Biochim. Biophys. Acta. Biomembranes. – 2015 Jan. – Vol. 1848, N 1, pt. A. – Р. 184–191.
12. Beers, M. F. Surfactant protein C biosynthesis and its emerging role in conformational lung disease / M. F. Beers, S. Mulugeta // Annu. Rev. Physiol. – 2005. – Vol. 67. – Р. 663–696.
13. Gericke, A. Structure and orientation of lung surfactant SP-C and L-alpha-dipalmitoylphosphatidylcholine in aqueous monolayers / A. Gericke, C. R. Flach, R. Mendelsohn // Biophys. J. – 1997 Jul. – Vol. 73, N 1. – Р. 492–499.
14. A combined action of pulmonary surfactant proteins SP-B and SP-C modulates permeability and dynamics of phospholipid membranes / E. Parra [et al.] // Biochem. J. – 2011 Sep. – Vol. 438, N 3. – Р.555–564.
15. Reactive oxygen species inactivation of surfactant involves structural and functional alterations to surfactant proteins SP-B and SP-C / K. Rodriguez-Capote [et al.] // Biophys. J. – 2006 Apr. – Vol. 90, N 8. – Р. 2808–2821.
16. Hydrophobic surfactant proteins and their analogues / F. J. Walther [et al.] // Neonatology. – 2007 Jun. – Vol. 91, N 4. – P. 303–310.
17. ABCA3 gene mutations in newborns with fatal surfactant deficiency / S. Shulenin [et al.] // N. Engl. J. Med. – 2004 Mar. – Vol. 350, N 13. – Р. 1296–1303.
18. A first-in-human clinical study of a new SP-B and SP-C enriched synthetic surfactant (CHF5633) in preterm babies with respiratory distress syndrome / D. G. Sweet [et al.] // Arch. Dis. Child. Fetal. Neonatal. Ed. – 2017 Nov. – Vol. 102, N 6. – Р. F497–F503.
19. Caffrey, M. Crystallizing membrane proteins using lipidic mesophases / M. Caffrey, V. Cherezov // Nat. Protoc. – 2009. – Vol. 4, N 5. – Р. 706–731.
20. Olmeda, B. Pulmonary surfactant metabolism in the alveolar airspace: biogenesis, extracellular conversions, recycling / B. Olmeda, M. Martinez-Calle, J. Perez-Gil // Ann. Anat. – 2017 Jan. – Vol. 209. – Р. 78–92.
21. Pneumocytes Assemble Lung Surfactant as Highly Packed/DehydratedStates with Optimal Surface Activity / A. Cerrada [et al.] // Biophys. J. – 2015 Dec. – Vol. 109, N 11. – Р. 2295–2306.
22. Lamellar body ultrastructure revisited: high-pressure freezing and cryoelectron microscopy of vitreous sections / D. Vanhecke [et al.] // Histochem. Cell. Biol. – 2010 Oct. – Vol. 134, N 4. – Р. 319–326.
23. Morgan, A. J. Imaging approaches to measuring lysosomal calcium / A. J. Morgan, L. C. Davis, A. Galione // Methods Cell. Biol. – 2015. – Vol. 126. – Р. 159–
24. Andreeva, A. V. Regulation of surfactant secretion in alveolar type II cells / A. V. Andreeva, M. A. Kutuzov, T. A. Voyno-Yasenetskaya // Am. J. Physiol. Lung. Cell. Mol. Physiol. – 2007 Aug. – Vol. 293, N 2. – Р. L259–L271.
25. Nontoxic impact of PEG-coated gold nanospheres on functional pulmonary surfactant-secreting alveolar type II cells / V. Bouzas [et al.] // Nanotoxicology. – 2014 Dec. – Vol. 8, N 8. – Р. 813–823.
26. Altered surfactant homeostasis and alveolar epithelial cell stress in amiodarone-induced lung fibrosis / P. Mahavadi [et al.] // Toxicol. Sci. – 2014 Nov. – Vol. 142, N 1. – Р. 285–297.
27. Макрофагальный и цитокиновый спектры бронхоальвеолярного смыва при впервые выявленном и рецидивирующем саркоидозе органов дыхания / Н. Г. Демьяненко [и др.] // Туберкулез и болезни легких. – 2016. – Т. 94, № 9. – С. 59–64.
28. Das, S. C. The influence of lung surfactant liquid crystalline nanostructures on respiratory drug delivery / S. C. Das, P. J. Stewart // Int. J. Pharm. – 2016 Dec. – Vol. 514, N 2. – Р. 465–474.
29. Leslie, K. O. Idiopathic pulmonary fibrosis may be a disease of recurrent, tractional injury to the periphery of the aging lung: a unifying hypothesis regarding etiology and pathogenesis / K. O. Leslie // Arch. Pathol. Lab. Med. – 2012 Jun. – Vol. 136, N 6. – Р. 591–600.
30. Lopez-Rodriguez, E. Structure-function relationships in pulmonary surfactant membranes: from biophysics to therapy / E. Lopez-Rodriguez, J. Perez-Gil // Biochim. Biophys. Acta. – 2014 Jun. – Vol. 1838, N 6. – Р. 1568–1585.
31. Pizzirusso, A. MARTINI coarse-grained model of Triton TX-100 in pure DPPC monolayer and bilayer interfaces / A. Pizzirusso, A. De Nicola, G. Milano // J. Phys. Chem. B. – 2016 Apr. – Vol. 120, N 6. – Р. 3821–3832.
32. Amiodarone-induced pulmonary toxicity: an under-recognized and severe adverse effect? / M. Schwaiblmair [et al.] // Clin. Res. Cardiol. – 2010 Nov. – Vol. 99, N 11. – Р. 693–700.
33. Polarized light microscopy reveals physiological and drug-induced changes in surfactant membrane assembly in alveolar type II pneumocytes / T. Haller [et al.] // Biochim. Biophys. Acta. Biomembranes. – 2018 May. – Vol. 1860, N 5. – Р. 1152–1161.
34. Cell-specific modulation of surfactant proteins by ambroxol treatment / C. Seifart [et al.] // Toxicol. Appl. Pharmacol. – 2005 Feb. – Vol. 203, N 1. – Р. 27–35.
35. Linking progression of fibrotic lung remodeling and ultrastructural alterations of alveolar epithelial type II cells in the amiodarone mouse model / B. Birkelbach [et al.] // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. – 2015 Jul. – Vol. 309, N 1. – Р. L63–L75.
36. Whitsett, J. A. Diseases of pulmonary surfactant homeostasis / J. A. Whitsett, S. E. Wert, T. E. Weaver // Annu. Rev. Pathol. – 2015. – Vol. 10. – Р. 371–393.
37. Isolation and characterisation of alveolar type II pneumocytes from adult bovine lung / D. F. Lee [et al.] // Sci. Rep. – 2018. – Vol. 8. – 11927.
38. Chroneos, Z. C. Pulmonary surfactant: an immunological perspective / Z. C. Chroneos, Z. S. Chroneos, V. L. Shepherd // Cell. Physiol. Biochem. – 2010. – Vol. 25, N 1. – Р. 13–26.
39. Guzman, E. Lung surfactant-particles at fluid in terfaces for toxicity assessments / E. Guzman, E. Santini // Curr. Opin. Colloid Interface Sci. – 2019 Feb. – Vol. 39. – Р. 24–39.
40. Sosnowski, T. R. New experimental model of pulmonary surfactant for biophysical studies / T. R. Sosnowski, P. Kubski, K. Wojciechowski // Coll. Surf A. Physicochem. Eng. Asp. – 2017 Apr. – Vol. 519. – Р. 27–33.
41. Restoring pulmonary surfactant membranes and films at the respiratory surface / M. Echaide [et al.] // Biochim. Biophys. Acta. Biomembr. – 2017 Sep. – Vol. 1859, N 9, pt. B. – Р. 1725–1739.
42. Каминская, Г. О. Нереспираторные функции легких / Г. О. Каминская // Клеточная биология легких в норме и при патологии / под ред. В. В. Ерохина, Л. К. Романовой. – Москва : Медицина, 2000. – С. 57–71.
43. Serrano, A. G. Protein-lipid interactions and surface activity in the pulmonary surfactant system / A. G. Serrano, J. Pérez-Gil // Chem. Phys. Lipids. - 2006 Jun. – Vol. 141, N 1/2. – Р. 105–118.
44. Низамутдинова, Р. Р. Влияние неблагоприятных факторов окружающей среды на сурфактантную систему легких и возможности ее спонтанного восстановления / Р. Р. Низамутдинова // Вестн. новых мед. технологий. – 2008. – Т. 15, № 1. – С. 133–136.
45. Amniotic lamellar body count: predicting and distinguishing neonatal respiratory complications in twin pregnancies / H. Tsuda [et al.] // Clin. Chim. Acta. – 2015 Feb. – Vol. 441. – P. 75–78.
46. Kumarn, G. P. Nonionic surfactant vesicular systems for effective drug delivery – an overview / G. P. Kumarn, P. Rajeshwarrao // Acta Pharm. Sinica B. – 2011 Dec. – Vol. 1, N 4. – Р. 208–219.
47. Путинцева, Н. В. Перспективы использования w-3 полиненасыщенных жирных кислот для коррекции сурфактантных свойств легких у больных хроническим обструктивным бронхитом / Н. В. Путинцева // Украiн. пульмонол. журн. – 2003. – № 4. – С. 56–59.
48. Daniels, C. B. Pulmonary surfactant: the key to the evolution of air breathing / C. B. Daniels, S. Orgeig // News Physiol. Sci. – 2003 Aug. – Vol. 18. – Р. 151–157.
Сведения об авторах:
Ишутина О.В. – ассистент кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии, Белорусский государственный медицинский университет.
Адрес для корреспонденции: Республика Беларусь, 220116, г. Минск, пр. Дзержинского, 83, Белорусский госу-дарственный медицинский университет, кафедра гистологии, цитологии и эмбриологии. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. – Ольга Владимировна Ишутина.
