Патоморфологическая характеристика легочного фиброза у работников, подвергшихся профессиональному α-облучению

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Цель настоящего исследования — поиск морфологических особенностей радиационно-индуцированного пневмофиброза при сравнении с легочным фиброзом другого генеза, используя биологические образцы ткани легкого работников, подвергшихся воздействию внутреннего α-облучения. Морфологические характеристики пневмофиброза изучены на аутопсийных биологических образцах ткани легкого 56 работников с установленным при жизни диагнозом плутониевого пневмофиброза, 34 работников с пневмофиброзом другого генеза (в исходе хронических воспалительных заболеваний легких) и 35 работников без клинической легочной патологии (контроль). При этом суммарные поглощенные в легких дозы внешнего γ-излучения статистически значимо не различались между изучаемыми группами, а суммарные поглощенные в легких дозы внутреннего α-излучения были значительно выше у работников с плутониевым пневмофиброзом. Для определения элементов внеклеточного матрикса были использованы моно- и поликлональные меченные антитела против коллагенов типов I, IV и V. Кроме того, для оценки системы регуляции метаболизма внеклеточного матрикса были использованы антитела против матриксных металлопротеиназ MMP-2, MMP-9, тканевых ингибиторов матриксных металлопротеиназ TIMP-1, TIMP-2. В результате проведенного исследования обнаружены качественные и количественные морфологические особенности плутониевого пневмофиброза при сравнении с пневмофиброзом другого генеза, позволяющие заключить, что плутониевый пневмофиброз — это особый тип пневмофиброза, при котором отмечены особенности локализации и архитектоники очагов фиброза легочной ткани, нарушения содержания коллагеновых, эластических и ретикулярных волокон легочной стромы. Анализ показал, что гиперпродукция коллагена типа V играет ключевую роль в развитии плутониевого пневмофиброза. Кроме этого, в развитии пневмофиброза важную роль играет нарушение баланса между экспрессией ММР и их ингибиторов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Глеб Вячеславович Сычугов

Южно-Уральский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: docsgv@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3251-6944
Россия, Челябинск

Тамара Васильевна Азизова

Южно-уральский институт биофизики Федерального медико-биологического агентства

Автор, ответственный за переписку.
Email: clinic@subi.su
ORCID iD: 0000-0001-6954-2674
Россия, Озёрск

Сергей Васильевич Осовец

Южно-уральский институт биофизики Федерального медико-биологического агентства

Email: osovets1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6180-2061
Россия, Озёрск

Евгений Леонидович Казачков

Южно-Уральский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: doctorkel@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4512-3421
Россия, Челябинск

Евгения Сергеевна Григорьева

Южно-уральский институт биофизики Федерального медико-биологического агентства

Email: grig@subi.su
ORCID iD: 0000-0003-1806-9922
Россия, Озёрск

Александр Глебович Сычугов

Южно-Уральский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: docsgv@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0004-4803-1022
Россия, Челябинск

Список литературы

  1. Гуськова А.К., Байсоголов Г.Д. Лучевая болезнь человека. М.: Медицина, 1971; 382 с. [Guskova A.K., Baisogolov G.D. Luchevaya bolizn cheloveka = Human Radiation Syndrome (Sketches). Moscow: Medicine, 1971. 382 p. (In Russ.)].
  2. Guskova A., Baisogolov G.D. Radiation Sickness in Man (Outlines). New York: United Nations, 1971.
  3. Плутоний. Радиационная безопасность. Под ред. Л.А. Ильина. М.: ИздАТ, 2005. 416 с. [Plutoniy. Radiationnaya bezopasnost = Plutonium. Radiation safety. Edited by Ilyin LA. Moscow: IzdAT, 2005. 416 p. (In Russ.)].
  4. Authors on behalf of ICRP; Stewart F.A., Akleyev A.V., Hauer-Jensen M., Hendry J.H., Kleiman N.J., Macvittie T.J., Aleman B.M., Edgar A.B., Mabuchi K., Muirhead C.R., Shore R.E., Wallace W.H. ICRP publication 118: ICRP statement on tissue reactions and early and late effects of radiation in normal tissues and organs–hreshold doses for tissue reactions in a radiation protection context. Ann ICRP. 2012;41 (1-2):1–322. https://doi.org/10.1016/j.icrp.2012.02.001
  5. Azizova T., Moseeva M., Grigoryeva E. et al. Registry of Plutonium-induced Lung Fibrosis in a Russian Nuclear Worker Cohort. Health Phys. 2020;118(2):185–192. https://doi.org/10.1097/HP.0000000000001131
  6. Волкова Л.Г. Пневмосклероз как исход лучевой болезни, вызванной длительной интоксикацией плутонием. Бюлл. радиац. медицины. 1961;2:82–91. [Volkova L.G. Pnevmoskleroz kak iskhod luchevoy bolezni, vyzvannoy dlitel'noy intoksikatsiyey plutoniyem. Bulletin of Radiation Medicine. 1961;2:82–91 (in Russ.)].
  7. Azizova T.V., Day R.D., Wald N. et al. N.G., Stetsenko L.A., Grigoryeva E.S., Krupenina L.N., Vlasenko E.V. The “clinic” medical-dosimetric database of Mayak production association workers: structure, characteristics and prospects of utilization. Health Phys. 2008;94(5):449–58. https://doi.org/10.1097/01.HP.0000300757.00912.a2
  8. Azizova T.V., Zhuntova G.V., Haylock R. et al. Chronic bronchitis incidence in the extended cohort of Mayak workers first employed during 1948–1982. Occup. Environ. Med. 2017;74(2):105–113. https://doi.org/10.1136/oemed-2015-103283
  9. Azizova T., Briks K., Bannikova M., Grigoryeva E. Hypertension Incidence Risk in a Cohort of Russian Workers Exposed to Radiation at the Mayak Production Association Over Prolonged Periods. Hypertension. 2019;73(6):1174–1184. https://doi.org/10.1161/HYPERTENSIONAHA.118.11719
  10. Azizova T.V., Grigoryeva E.S., Haylock R.G. et al. Ischaemic heart disease incidence and mortality in an extended cohort of Mayak workers first employed in 1948–1982. Br. J. Radiol. 2015;88(1054):20150169. https://doi.org/10.1259/bjr.20150169
  11. Azizova T.V., Bannikova M.V., Grigoryeva E.S., Rybkina V.L. Risk of malignant skin neoplasms in a cohort of workers occupationally exposed to ionizing radiation at low dose rates. PLoS One. 2018;13(10):e0205060. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0205060
  12. Loffredo C., Goerlitz D., Sokolova S. et al. The Russian Human Radiobiological Tissue Repository: A Unique Resource for Studies of Plutonium-Exposed Workers. Radiat. Prot. Dosim. 2017;173(1-3):10–15. https://doi.org/10.1093/rpd/ncw303
  13. Sokolnikov M.E., Gilbert E.S., Preston D.L. et al. Lung, liver and bone cancer mortality in Mayak workers. Int. J. Cancer. 2008;123(4):905–11. https://doi.org/10.1002/ijc.23581
  14. Gilbert E.S., Sokolnikov M.E., Preston D.L. et al. Lung cancer risks from plutonium: an updated analysis of data from the Mayak worker cohort. Radiat.Res. 2013;179(3):332–42. https://doi.org/10.1667/RR3054.1
  15. Koshurnikova N.A., Aristov V.P., Lemberg V.K. et al. Mechanism of development of plutonium-induced pulmonary sclerosis. Health Phys. 1972;22(6):753–4. https://doi.org/10.1097/00004032-197206000-00033
  16. Tokarskaya Z.B., Okladnikova N.D., Belyaeva Z.D., Drozhko E.G. The influence of radiation and nonradiation factors on the lung cancer incidence among the workers of the nuclear enterprise Mayak. Health Phys. 1995;69(3):356–66. https://doi.org/10.1097/00004032-199509000-00007
  17. Ashcroft T., Simpson J.M., Timbrell V. Simple method of estimating severity of pulmonary fibrosis on a numerical scale. J. Clin. Pathol. 1988;41(4):467–70. https://doi.org/10.1136/jcp.41.4.467
  18. Hübner R.H., Gitter W., El Mokhtari N.E. et al. Standardized quantification of pulmonary fibrosis in histological samples. Biotechniques. 2008;44(4):507–11, 514–7. https://doi.org/10.2144/000112729
  19. Есипова И.К. Патологическая анатомия легких. М.: Медицина, 1976. 183 с. [Esipova I.K. Patologocheskaya anatomiya legkih = Pathological anatomy of the lungs. Moscow: Medicine, 1976. 183 p. (in Russ.)].
  20. Allen D.C., Cameron R.I., ed. Histopathology specimens. Clinical, pathological and laboratory aspects. 2nd ed. Berlin (Germany): Springer, 2013. 512 p.
  21. Suvarna K., Layton C., Bancroft J.D. Bancroft’s theory and practice of histological techniques. 8th ed. Amsterdam (Netherlands): Elsevier, 2018. 672 p.
  22. Sychugov G., Azizova T., Osovets S. et al. Morphological features of pulmonary fibrosis in workers occupationally exposed to alpha radiation. Int. J. Radiat. Biol. 2020;96(4):448–460. https://doi.org/10.1080/09553002.2020.1721601
  23. Rydell-Törmänen K., Andréasson K., Hesselstrand R. et al. Extracellular matrix alterations and acute inflammation; developing in parallel during early induction of pulmonary fibrosis. Lab. Invest. 2012;92(6):917–25. https://doi.org/10.1038/labinvest.2012.57
  24. Gilhodes J.C., Julé Y., Kreuz S. et al. Quantification of Pulmonary Fibrosis in a Bleomycin Mouse Model Using Automated Histological Image Analysis. PLoS One. 2017;12(1):e0170561. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0170561
  25. Lawson C.L., Hanson R.J. Solving Least Squares Problems. Revised republication. Philadelphia: Society for Industrial and Applied Mathematics, 1996. 352 p.
  26. Draper N.R., Smith H. Applied Regression Analysis, 3rd edition. New York: John Wiley&Sons, 1998. 736 p.
  27. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика: монография. М.: Физматлит, 2012. 816 с. [Kobzar A.I. Prikladnaya matematicheskaya statistika = Applied Mathematical Statistics. Moscow: Fizmatlit, 2012. 816 p. (inRuss.)].
  28. Kruglov A. The History of the Soviet Atomic Industry. London: Taylor and Francis, 2002. 288 p.
  29. Дощенко Н.В., Кисловкая И.Л., Лемберг В.К., Нифатов А.П. Клинико-морфологическая характеристика плутониевого пневмосклероза различных стадий. Бюлл. радиац. медицины. 1967;3:32–46. [Doshchenko N.V., Kislovkaya I.L., Lemberg V.K., Nifatov A.P. Kliniko-morfologicheskaya kharakteristika plutoniyevogo pnevmoskleroza razlichnykh stadiy. Bulletin of Radiation Medicine. 1967;3:32–46 (in Russ.)].
  30. Hahn F.F., Romanov S.A., Guilmette R.A., Nifatov A.P., Zaytseva Y.V., Diel J.H., Allen S.W., Lyovkina Y.V. Distribution of plutonium particles in the lungs of Mayak workers. Radiat. Prot. Dosimy. 2003;105(1-4):81–4. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.rpd.a006326
  31. Age-dependent doses to members of the public from intake of radionuclides: Part 2. Ingestion dose coefficients. A report of a Task Group of Committee 2 of the International Commission on Radiological Protection. Ann. ICRP. 1993;23(3-4):1–167.
  32. Coggle J.E., Lambert B.E., Moores S.R. Radiation effects in the lung. Environ Health Perspect. 1986;70:261–91. https://doi.org/10.1289/ehp.8670261
  33. McDonald S., Rubin P., Phillips T.L., Marks L.B. Injury to the lung from cancer therapy: clinical syndromes, measurable endpoints, and potential scoring systems. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1995;31(5):1187–203. https://doi.org/10.1016/0360-3016(94)00429-O
  34. Bentzen S.M., Skoczylas J.Z., Bernier J. Quantitative clinical radiobiology of early and late lung reactions. Int. J. Radiat. Biol. 2000;76(4):453–62. https://doi.org/10.1080/095530000138448
  35. Brooks A.L., Guilmette R.A., Hahn F.F. et al. Distribution and biological effects of inhaled 239Pu(NO3)4 in cynomolgus monkeys. Radiat. Res. 1992;130(1):79–87.
  36. Park J.F., Watson C.R., Buschbom R.L. et al. Biological effects of inhaled 239PuO2 in Beagles. Radiat. Res. 2012;178(5):447–67. https://doi.org/10.1667/RR2504.1
  37. Van der Meeren A., Gremy O., Renault D. et al. Plutonium behavior after pulmonary administration according to solubility properties, and consequences on alveolar macrophage activation. J. Radiat. Res. 2012;53(2):184–94. https://doi.org/10.1269/jrr.11112
  38. Сычугов Г.В., Казачков Е.Л., Азизова Т.В. и др. Иммуноморфологические особенности пневмофиброза у работников плутониевого производства. Уральский мед. журн. 2014;8(122):71–76. [Sychugov G.V., Kazachkov E.L., Azizova T.V. et al. Immunomorphological characteristics of pneumofibrosis at workers of plutonium manufacture. Ural. Med. J. Pathomorphology. 2014;8(122):71–76 (In Russ.)].
  39. Urawa M., Kobayashi T., D'Alessandro-Gabazza C.N. et al. Protein S is protective in pulmonary fibrosis. J. Thromb. Haemost. 2016;14(8):1588–99. https://doi.org/10.1111/jth.13362
  40. Almeida C., Nagarajan D., Tian J. et al. The role of alveolar epithelium in radiation-induced lung injury. PLoS One. 2013;8(1):e53628. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0053628
  41. Tabata C., Kadokawa Y., Tabata R. et al. All-trans-retinoic acid prevents radiation- or bleomycin-induced pulmonary fibrosis. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2006;174(12):1352–60. https://doi.org/10.1164/rccm.200606-862OC
  42. Madri J.A., Furthmayr H. Collagen polymorphism in the lung. An immunochemical study of pulmonary fibrosis. Hum. Pathol. 1980;11(4):353–66. https://doi.org/10.1016/s0046-8177(80)80031-1
  43. Yoshida S., Haque A., Mizobuchi T. et al. Anti-type V collagen lymphocytes that express IL-17 and IL-23 induce rejection pathology in fresh and well-healed lung transplants. Am. J. Transplant. 2006;6(4):724–35. https://doi.org/10.1111/j.1600-6143.2006.01236.x
  44. Parra E.R., Aguiar A.C. J.r, Teodoro W.R. et al. Collagen V and vascular injury promote lung architectural changes in systemic sclerosis. Clin. Respir. J. 2009;3(3):135–42. https://doi.org/10.1111/j.1752-699X.2008.00118.x
  45. Sullivan J.A., Jankowska-Gan E., Hegde S. et al. Th17 Responses to Collagen Type V, kα1-Tubulin, and Vimentin Are Present Early in Human Development and Persist Throughout Life. Am. J. Transplant. 2017 Apr;17(4):944–956. https://doi.org/10.1111/ajt.14097
  46. Mak K.M., Png C.Y., Lee D.J. Type V Collagen in Health, Disease, and Fibrosis. Anat. Rec. (Hoboken). 2016;299(5):613–29. https://doi.org/10.1002/ar.23330
  47. Kobayashi T., Gabazza E.C., Taguchi O. et al. Type I collagen metabolites as tumor markers in patients with lung carcinoma. Cancer. 1999;85(9):1951–7.
  48. Polette M., Thiblet J., Ploton D. et al. Distribution of a1(IV) and a3(IV) chains of type IV collagen in lung tumours. J. Pathol. 1997;182(2):185–91. https://doi.org/10.1002/(SICI)1096-9896(199706) 182:2<185::AID-PATH828>3.0.CO;2-F
  49. Kim K.K., Kugler M.C., Wolters P.J. et al. Alveolar epithelial cell mesenchymal transition develops in vivo during pulmonary fibrosis and is regulated by the extracellular matrix. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006;103(35):13180–5. https://doi.org/10.1073/pnas.0605669103
  50. Dunsmore S.E. Treatment of COPD: a matrix perspective. Int. J. Chron. Obstruct. Pulmon. Dis. 2008;3(1):113–22. https://doi.org/10.2147/copd.s1119
  51. Suki B., Bates J.H. Extracellular matrix mechanics in lung parenchymal diseases. Respir. Physiol. Neurobiol. 2008;163(1-3):33–43. https://doi.org/10.1016/j.resp.2008.03.015
  52. Burgstaller G., Oehrle B., Gerckens M. et al. The instructive extracellular matrix of the lung: basic composition and alterations in chronic lung disease. Eur. Respir. J. 2017;50(1):1601805. https://doi.org/10.1183/13993003.01805-2016
  53. Désogère P., Tapias L.F., Hariri L.P. et al. Type I collagen-targeted PET probe for pulmonary fibrosis detection and staging in preclinical models. Sci. Transl. Med. 2017;9(384):eaaf4696. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aaf4696
  54. O'Dwyer D.N., Moore B.B. The role of periostin in lung fibrosis and airway remodeling. Cell Mol. Life Sci. 2017;74(23):4305–4314. https://doi.org/10.1007/s00018-017-2649-z
  55. Jones M.G., Andriotis O.G., Roberts J.J. et al. Nanoscale dysregulation of collagen structure-function disrupts mechano-homeostasis and mediates pulmonary fibrosis. Elife. 2018;7:e36354. https://doi.org/10.7554/eLife.36354
  56. Сагиндикова Г.Е., Коган Е.А., Сатбаева Э.Б., Парамонова Н.Б. Матриксные металлопротеиназы, их ингибиторы и ангиогенез при различных морфологических вариантах предрака легкого у жителей радиоактивно-загрязненных территорий семипалатинской области Казахстана. Арх. патологии. 2008;70(2):21–25. [Sagindikova G.E., Kogan E.A., Satbayeva E.B., Paramonova N.B. Matrix metalloproteinases, their inhibitors and angiogenesis in different morphological types of lung precancer in persons who have long lived in the radioactive substance-polluted area of the Semipalatinsk Region, Kazakhstan. Arkh. Patol. 2008;70(2):21–5 (In Russ.)].
  57. Vafashoar F., Mousavizadeh K., Poormoghim H. et al. Gelatinases Increase in Bleomycin-induced Systemic Sclerosis Mouse Model. Iran. J. Allergy Asthma Immunol. 2019;18(2):182–189.
  58. Summer R., Krishna R., Schriner D. et al. Matrix metalloproteinase activity in the lung is increased in Hermansky-Pudlak syndrome. Orphanet. J. Rare Dis. 2019;14(1):162. https://doi.org/10.1186/s13023-019-1143-0
  59. Adamidis K.N., Kopaka M.E., Petraki C. et al. lomerular expression of matrix metalloproteinases in systemic lupus erythematosus in association with activity index and renal function. Ren. Fail. 2019;41(1):229–237. https://doi.org/10.1080/0886022X.2019.1591998
  60. Thiele N.D., Wirth J.W., Steins D. et al. TIMP-1 is upregulated, but not essential in hepatic fibrogenesis and carcinogenesis in mice. Sci. Rep. 2017;7(1):714. https://doi.org/10.1038/s41598-017-00671-1.
  61. Song T., Dou C., Jia Y. et al. TIMP-1 activated carcinoma-associated fibroblasts inhibit tumor apoptosis by activating SDF1/CXCR4 signaling in hepatocellular carcinoma. Oncotarget. 2015;6(14):12061–79. https://doi.org/10.18632/oncotarget.3616
  62. Yoshiji H., Harris S.R., Raso E. et al. Mammary carcinoma cells over-expressing tissue inhibitor of metalloproteinases-1 show enhanced vascular endothelial growth factor expression. Int. J. Cancer. 1998;75(1):81–7. https://doi.org/10.1002/(sici)1097-0215(19980105) 75:1<81::aid-ijc13>3.0.co;2-g
  63. Кошурникова Н.А., Сокольников М.Э., Фомин Е.П. Избыточный относительный риск заболеваемости раком легкого в зависимости от гистотипа опухоли. Вопр. радиац. безопасности. 2014;4(76):62–69. [Koshurnikova N.A., Sokolnikov M.E., Fomin E.P. Excess relative lung cancer risk depending on the histological type of the tumor. J. Radiat. Saf. Issue. 2014;4(76):62–69 (In Russ.)].
  64. Flechsig P., Dadrich M., Bickelhaupt S. et al. LY2109761 attenuates radiation-induced pulmonary murine fibrosis via reversal of TGF-β and BMP-associated proinflammatory and proangiogenic signals. Clin. Cancer Res. 2012;18(13):3616–27. https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-11-2855

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Использование псевдоцветных масок над изображениями, подчеркивающими экспрессию MMP-9 в эндотелии сосудов и волокнистых элементах легочной стромы, для количественного определения содержания металлопротеиназы в срезе легочной ткани.

Скачать (611KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Экспрессия коллагенов типов I, IV и V при ЛФР и не-ЛФР. Иммуногистохимический метод с антителами против Collagen type I, Collagen type IV, Collagen type V полимерная тест-система. Увеличение ×50. Маркер 500 μm. ЛФР и ППФ — радиационный легочный фиброз, не-ЛФР — нерадиационный легочный фиброз, ГС — группа сравнения (не-ЛФР).

Скачать (445KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспрессия матриксных металлопротеиназ и их тканевых ингибиторов при ЛФР и не-ЛФР. Иммуногистохимический метод с антителами против MMP-2, MMP-9, TIMP-1, TIMP-2, полимерная тест-система. Увеличение ×400. Маркер 50 μm. ЛФР и ППФ — радиационный легочный фиброз, не-ЛФР — нерадиационный легочный фиброз, ГС — группа сравнения (не-ЛФР).

Скачать (480KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024