лекция толл и цитокины

До конца 80-х годов прошлого столетия предполагали, что узнавание чужого состоит в распознавании индивидуальных молекул (антигенов) рецепторами лимфоцитов. Считалось, что миелоидные клетки не отличают «свое» и «чужое» и уничтожают любые клетки, не обладающие механизмами защиты от фагоцитоза. Новые представления о распознавании в системе врожденного иммунитета были сформированы в рамках концепции Ч. Дженеуэя (Ch. Janeway) о взаимодействии врожденного и адаптивного

иммунитета. Основой этих представлений, разработанных Ч. Дженеуэем совместно с Р. Меджитовым, стало понятие «распознавания паттернов». Оно означает распознавание не индивидуальных молекул или химических групп, а общих структурных особенностей, свойственных группам молекул.

Эти особенности обозначают практически непереводимым английским словом pattern (паттерн), в качестве эквивалента которого Р. Меджитов предлагает русское слово «образ». При этом имеется в виду, что многоклеточные организмы распознают «образы» во-первых — чужеродных, во-вторых — опасных микроорганизмов-патогенов. Такие структуры можно назвать образами патогенности, или патогенассоциированными молекулярными паттернами (буквальный перевод оригинального словосочетания —

Pathogen-assосiated molecular pattern — PAMP).

В организме человека имеются особые структуры клеток и жидкостей, которые распознают ПАМП. Их называют – «паттернраспознающие рецепторы» (ПРР). Их синтез генетически детерминирован и передается по наследству через половые клетки.

ПРР подразделяются на 3 группы:

1 - Гуморальные, или растворимые,

или секреторные,

2 – Мембранные

А)- рецепторы эндоцитоза,

б) сигналпередающие,

3 - Внутриклеточные

I. Гуморальные (секреторные).

К ним относятся:

• липополисахаридсвязывающий белок (ЛПС-Б),

• маннозосвязывающий лектин (МСЛ или МСБ),

• пептидогликанраспознающие белки,

• антибиотические пептиды или белки острой фазы – СРБ и сывороточной амилоидный протеин (САП).

Липополисахаридсвязывающий белок (ЛПС-Б)

Синтезируется гепатоцитами и секретируется в кровь. Связывает ЛПС грамотрицательных бактерий, обеспечивает их фагоцитоз, а через СД14-рептор идет активация макрофагов с образованием провоспалительных цитокинов, обеспечивающих мобилизацию дополнительных факторов резистентности к инфекции.

Маннозосвязывающий лектин (МСЛ)

За распознавание углеводных компонентов микробных клеток отвечает обширная группа белков-лектинов (лектины от лат. legere – различать, выбирать).

МСЛ состоит из 4 основных доменов, обладает способностью связываться с лектиновой и коллагеновой структурами. Относится к коллектинам. Синтезируется в печени, гомологенен С1r и С1s – компонентам комплемента.

МСЛ взаимодействует с олигосахаридами клеточной стенки микробов и вирионов в присутствии ионов Ca2+ (Klebsiella pneumoniae, E.coli, Salmonella enterica, Neisseria, Staphylococcus, Streptococcus, Микобактерии, хламидии), а также грибами и простейшими.

Комплекс патоген + МСЛ эффективно

• фагоцитируется благодаря наличию рецептора у макрофагов и нейтрофилов,

• активирует систему комплемента по лектиновому пути.

При недостаточности МСЛ повышается чувст-вительность к менингококковой и вирусной инфекциям, а также к рецидивирующим абсцессам, атопическому дерматиту. При повышенном уровне МСЛ могут активироваться аутоиммунные процессы, наблюдается персистенция микобактерий.

Пептидогликанраспознающие белки

Антибиотические пептиды (СРБ) и др.

СРБ относится к семейству пентраксинов, состоит из 5 субъединиц, устойчивы к действию протеолитических ферментов. Способны к кальцийопосредованному связы-ванию полисахаридов (С-полисахарид S.pneumoniae) через остатки фосфохолина, ЛПНП и ЛПОНП, сиаловые кислоты клеток организма.

Сывороточный амилоидный протеин (САП) состоит из 10 субъединиц, связывает ДНК и фрагменты хроматина, углеводы через фосфоэтаноламин, фибропектин.

СРБ и САП активируют классический путь активации системы комплемента без участия антител благодаря взаимодействию с С1q-компонентом.

Участвуют в удалении стареющих и некротических клеток, играют роль опсонентов в удалении микробов.

Активируют систему комплемента, фагоциты, нормаль-ные киллеры.

II. Мембранные

эндоцитирующие рецепторы расположены на ЦПМ фагоцитов. Они распознают ПАМП, ликализованные на поверхности микробных клеток, вирионов, эукариотических клеток.

К ним относятся:

• CD14-рецептор макрофагов для связывания комплексов ЛПС бактерий + ЛПС-связывающий белки,

• рецептор комплемента третьего типа (CR3) для связывания ЛПС, углеводов простейших и грибов макрофагами,

• маннозный рецептор макрофагов – для связывания маннозы бактерий, микобактерий, грибов

• скавенджер-рецепторы (СР)

Лигандами для них являются химически модифицированные липопротеиды низкой плот-ности (ЛПНП), липид А липополисахаридов, липотейхоевые кислоты, полианионные соеди-нения, модифицированные белки (коллаген, тромбоспондин), длинноцепочные жирные кислоты, апонтические клетки.

Имеются на поверхности макрофагов и дендритных клетках. Осуществляют удаление из внутренней среды эндотоксинов, микробов и их компонентов, модифицированных веществ без образования провоспалительных цитоки-нов.

Сигнальные мембранные рецепторы инициируют продукцию клетками иммунной системы комплекса цитокинов и антибиотических веществ.

К ним относятся:

• Толл-подобные рецепторы

TLR — эволюционно консервативные и очень древние молекулярные структуры (модули, составляющие их основу, выявляют у растений и низших многоклеточных животных). Эти рецепторы экспрессированы на поверхности и в цитоплазматических гранулах различных клеток организма. Больше всего TLR различных типов экспрессируют миелоидные клетки, прежде всего моноциты и макрофаги.

Число вариантов TLR у представителей разных видов невелико — у человека оно составляет 10, у мышей — 11.

TLR — трансмембранные гликопротеины I типа. Внеклеточный домен TLR называют LRR-доменом. Цитоплазматическая (C-концевая) часть рецептора представлена

TIR-доменом (Toll/IL-1 receptor and resistance domain), ответственным за вза-

имодействие с адаптерными молекулами сигнальных путей. TIR-домен. Между LRR- и TIR-доменами расположен короткий трансмембранный участок, отвечающий за выбор типа мембраны (клеточная или лизосомальная) и встраивание в нее. В результате TLR, распознающие паттерны на поверхности бактерий, грибов, простейших, а также продукты

жизнедеятельности микроорганизмов (TLR-1, TLR-2, TLR-4, TLR-5, TLR-6, TLR-11), локализованы на внешней клеточной мембране. Внутри клетки (в эндосомах/лизосомах) расположены TLR, распознающие нуклеиновые кислоты (TLR-3, TLR-7, TLR-8, TLR-9), при этом их паттернраспознающая часть направлена внутрь гранулы. Важно отметить, что TLR-4 может присутствовать не только на наружной мембране, но и в эндолизосомах.

Цитокины – эндогенные пептиды, медиаторы межклеточного взаимодействия. Самая многочисленная, наиболее важная и универсальная

в функциональном отношении группа гуморальных факторов системы

иммунитета, в равной степени важная для реализации врожденного и адап-

тивного иммунитета. Цитокины участвуют во многих процессах; их нельзя

назвать факторами, относящимися исключительно к иммунной системе, поскольку они играют важную роль в кроветворении, тканевом гомеостазе,

межсистемной передаче сигналов.

Белковые продукты преимущественно активированных клеток иммунной системы, лишенные специфичности в отношении в отношении АГ и обуславливающие межклеточные коммуникации при гемопоэзе, воспалении, иммунном ответе и межсистемных взаимодействиях.

В 1979 г. на симпозиуме по лимфокинам в Интерлакене (Швейцария) установили правила идентификации факторов этой группы, которым присвоили групповое название «интерлейкины» (IL) (название не только отражает способность этих молекул опосредовать межлейкоцитарные взаимодействия, но и несет отзвук названия места, где родился этот термин). Первоначально к цитокинам относили только растворимые факторы. Однако со временем выяснилось, что некоторые из них (например IL-1α у человека) существуют в основном в связанной с мембранами форме. Затем оказалось, что целым семействам цитокинов (например, семейству TNF) больше свойственна мембранная, чем секретируемая форма.

К цитокинам относятся: ИЛ (факторы взаимодействия между лейкоцитами), интерфероны (цитокины с противовирусной активностью), ФНО (с цитототоксической активностью), факторы роста и дифферецировки кроветворных клеток, хемокины, ростовые факторы.

Их продуцируют: а) стромальные соединительнотканные клетки – за гемопоэз, б) моноциты/макрофаги – медиаторов воспаления, в) лимфоциты – антигенспециф. составляющая иммунного ответа.

Подавляющее большинство генов цитокинов индуцибельные. Это означает, что без специального стимулирующего воздействия ген не экспрессируется и белковый продукт не образуется. Действие цитокинов осуществляется через рецепторы.

Основные функции цитокинов:

1. Регуляция эмбриогенеза

2. Регуляция нормальных физиологических функций

3. Регуляция защитных сил организма на местном и системном уровнях.

4. Роль в развитии аллергических, аутоиммунных и других иммунопатологических реакций организма.

5. Участие в регуляции опухолевой трансформации клеток и прогрессировании опухолевого процесса.

6. Регуляция процессов регенерации поврежденных тканей.

Для цитокиновой сети характерны следующие свойства:

- индуцибельность синтеза цитокинов и экспрессии их рецепторов;

- локальность действия, обусловленная скоординированной экспрессией цитокинов и их рецепторов под влиянием одного и того же индуктора;

- избыточность, объясняющаяся перекрыванием спектров действия

разных цитокинов;

- взаимосвязи и взаимодействие, проявляющиеся на уровне синтеза и

реализации функций цитокинов.

Гены цитокинов расположены в самых разных хромосомах, однако в некоторых случаях выявляется определенная закономерность. Так, 6 генов — IL3, IL4, IL5, IL9, IL13, GMCSF — формируют кластер в длинном плече хромосомы 5 человека (сегмент 5q23–33). В длинном плече хромосомы 2 локализованы гены, кодирующие несколько представителей семейства IL-1. Подавляющее большинство генов цитокинов индуцибельные. Это означает, что без специального стимулирующего воздействия ген не экспрессируется и белковый продукт не образуется. Рецепторы цитокинов, передача сигнала.

В норме цитокины если и содержатся в сыворотке крови, то в концентрациях, недостаточных для проявления их биологических эффектов.

Цитокины:

1. Провоспалительные

2. Противовоспалительные

Провоспалительные цитокины Выделяют 3 основных представителя группы провоспалительных цитокинов — TNFα, IL-1 и IL-6; относительно недавно к ним были добавлены IL-17 и IL-18.

Провоспалительные цитокины выполняют многие функции. Основная их роль — «организация» воспалительной реакции. Один из наиболее важных и ранних эффектов провоспалительных цитокинов — усиление экспрессии молекул адгезии на эндотелиальных клетках, а также на самих лейкоцитах, что приводит к миграции в очаг воспаления лейкоцитов из кровяного русла. Кроме того, цитокины индуцируют усиление кислородного метаболизма клеток, экспрессии ими рецепторов для цитокинов и других факторов воспаления, стимуляцию выработки цитокинов, бактерицидных пептидов и т.д. Провоспалительные цитокины оказывают преимущественно местное действие. Попадание избыточно секретируемых провоспалительных цитокинов в циркуляцию способствует проявлению системных эффектов воспаления, а также стимулирует выработку цитокинов клетками, отдаленными от очага воспаления. На системном уровне провоспалительные цитокины стимулируют продукцию белков острой фазы, вызывают повышение температуры тела, действуют на эндокринную и нервную системы, а в высоких дозах приводят к развитию патологических эффектов (плоть до шока, подобного септическому).

IL-1 — собирательное обозначение семейства белков, включающего более 11 молекул. Функция большинства из них неизвестна, однако 5 молекул — IL-1α (по современной классификации — IL-1F1), IL-1β (IL-1F2), IL-1RA (IL-1F3), IL-18 (IL-1F4) и IL-33 (IL-1F11) — активные цитокины. т.е. в данном случае срабатывает петля положительной обратной связи.

Мишенями IL-1 потенциально могут быть любые клетки организма. В наибольшей степени его действие затрагивает эндотелиальные клетки, все виды лейкоцитов, клетки хрящевой и костной тканей, синовиальные и эпителиальные клетки, многие разновидности нервных клеток.

Рецепторный антагонист IL-1 (IL-1RA) гомологичен IL-1α и IL-1β (гомология составляет соответственно 26% и 19%). Он взаимодействует с рецепторами IL-1, но не способен передавать в клетку сигнал. В результате IL-1RA выступает в роле специфического антагониста IL-1. IL-1RA секретируют те же клетки, что и IL-1, этот процесс не требует участия каспазы 1. Выработку IL-1RA индуцируют те же факторы, что и синтез IL-1, однако некоторое его количество спонтанно продуцируют макрофаги и гепатоциты. В результате этот фактор постоянно присутствует в сыворотке крови. Вероятно, это необходимо для предотвращения негативных последствий системного действия IL-1, вырабатываемого в значительных количествах при остром воспалении. В настоящее время проводят испытания рекомбинантного IL-1RA в качестве лекарственного препарата при лечении хронических воспалительных заболеваний (ревматоидный артрит и т.д.)

IL-18 — провоспалительный цитокин, родственный IL-1β: он также синтезируется в виде предшественника, конвертируемого с участием каспазы 1; взаимодействует с рецептором, цитоплазматическая часть которого содержит домен TIR и передает сигнал, приводящий к активации NF-κB. В результате происходит активация всех провоспалительных генов, однако она выражена слабее, чем при действии IL-1. Отдельное свойство IL-18 —

индукция (особенно в сочетании с IL-12) синтеза клетками IFNγ. В отсутствие IL-12 IL-18 индуцирует синтез антагониста IFNγ — IL-4 и способствует развитию аллергических реакций. Действие IL-18 ограничивает растворимый антагонист, связывающий его в жидкой фазе.

IL-6 — основной фактор, индуцирующий в гепатоцитах экспрессию генов белков острой фазы. IL-6 влияет на различные этапы гемопоэза, в том числе на пролиферацию и дифференцировку стволовых клеток. Он служит ростовым фактором незрелых плазматических клеток, существенно усиливая гуморальный иммунный ответ. IL-6 влияет также на Т-лимфоциты, повышая активность цитотоксических Т-клеток.

Биологический смысл действия цитокинов при системном воспалении на уровне целостного организма:

1) цитокины осуществляют связь между иммунной, нервной, эндокринной, кроветворной и другими системами регуляции гомеостаза и служат для их вовлечения в организацию единой защитной реакции.

2) Цитокины обеспечивают «сигнал тревоги», означающий, что настало время включить все резервы, переключить энергетические потоки и перестроить работу всех систем для выполнения одной, но важнейшей для выживания задачи – борьбы с внедрившимся патогеном.