Механизмы нарушения цитокинопосредованной регуляции апоптоза эозинофилов при больших эозинофилиях крови
|
|
Скачать 1.52 Mb.
|
|
1.2.2 Общие представления о цитокинопосредованной регуляции апоптоза клеток |
|
^
Цитокины – большая группа веществ полипептидной природы, обладающих широким спектром биологических свойств. В настоящее время к ним относят более 200 веществ, в том числе интерфероны, колониестимулирующие факторы, интерлейкины, хемокины, семейство фактора некроза опухолей, трансформирующие ростовые факторы и др., индуцирующие и регулирующие такие физиологические и патологические процессы, как рост, пролиферация, старение клеток, апоптоз, гемопоэз, воспаление, иммунный ответ, метаболизм, регенерация тканей и др. Цитокины могут как стимулировать, так и ингибировать указанные процессы, действовать как синергисты и антагонисты, вызывать каскад цепных реакций. Цитокины многофункциональны, универсальны, плейотропны. Плейотропность заключается в способности одних и тех же цитокинов взаимодействовать с рецепторами, экспрессированными разными клетками организма. Цитокины со сходным строением могут оказывать различное биологическое действие, а разные в структурном отношении цитокины могут вызывать близкий и даже одинаковый эффект [Луговская С.А., 1997; Кашкин К.П., 1998; Хаитов Р.М., 2000; Гольдберг Е.Д., 2001; Фрейдлин И.С., 2001; Симбирцев А.С., 2004; Ершов Ф.И., 2006]. Взаимодействуя между собой, цитокины образуют комплексную сетевую систему, в рамках которой биологические свойства отдельных цитокинов могут существенно изменяться. Цитокиновая сеть представляет собой универсальную систему, запускающую и регулирующую целый каскад воспалительных, иммунных и метаболических процессов, направленных на нейтрализацию и элиминацию патогенных агентов. Эта биологическая система обладает свойством взаимозаменяемости биологического действия, а также сочетания аутокринной и паракринной регуляции. Следует подчеркнуть, что конкретным цитокинам присущи определенные свойства, выработанные в процессе эволюции. Однако действие в отношении клетки-мишени реализуется в виде комбинаций и последовательностей эффектов цитокинов [Фрейдлин И.С., 1995, 2001; Луговская С.А., 1997; Васильева Г.И., 2000; Хаитов Р.М., 2000; Царегородцева Т.М., 2003; Ешану В.С., 2004; Иванов А.А. и соавт., 2005]. Взаимодействие цитокинов характеризуется синергизмом (например, TNFα и IFNγ) или антагонизмом (IL-4 и IFNγ). Сбалансированность цитокиновой регуляции основывается на равновесии альтернативных по биологическим свойствам пулов молекул, нарушение которого ведет к развитию патологии [Фрейдлин И.С., 2001]. В настоящее время определен ряд цитокинов, обладающих апоптоз-регулирующей функцией. К их числу прежде всего относятся IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, GM-CSF, TNFα, IFNγ (табл. 2). Известно, что провоспалительный цитокин IL-1 обладает широким спектром действия. Основным источником данного цитокина являются мононуклеары различной тканевой принадлежности. Для синтеза IL-1 необходима активация последних различными индукторами, в частности компонентами клеточной стенки бактерий [Greenbaum L.A., 1988]. IL-1 усиливает пролиферацию CD4+-клеток, рост и дифференцировку В-лимфоцитов, индуцирует продукцию IL-2 и экспрессию его рецептора, способствует активации продукции антител, обладает прямым токсическим действием на раковые клетки и клетки, инфицированные вирусами, стимулирует продукцию IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-8, RANTES, GM-CSF, IFN-γ и TNF различными клетками. Согласно современным данным, существуют три изоформы IL-1 – α, β и γ [Намазова Л.С. и соавт., 2000; Кадагидзе З.Г., 2003]. При изучении влияния IL-1 на программированную гибель клеток, была установлена его способность предотвращать апоптотическую гибель моноцитов [Mangan D. et al., 1991]. В исследовании F. Colotta et al. [1992] было установлено, что IL-1β увеличивает выживание полиморфноядерных лейкоцитов, угнетая их апоптоз. В реализации антиапоптотического эффекта этого медиатора, по-видимому, участвует ядерный фактор NF-κB, активация которого наблюдается при связывании IL-1 с соответствующим рецептором [Ковальчук Л.В. и соавт., 2001]. Активность другого фактора - AP-1 также может быть индуцирована упомянутым цитокином, вероятно, посредством активации протеинкиназы С [Muegge K. et al., 1989]. IL-2, наряду с IL-1, является важным провоспалительным цитокином, который стимулирует пролиферацию и дифференцировку активированных Т-лимфоцитов в эффекторные клетки. Он продуцируется в основном CD4+-лимфоцитами. Продукция IL-2 является индуцибельной: покоящиеся Таблица 2 Спектр цитокинов - регуляторов апоптоза
Продолжение таблицы 2
Примечание: ↓ - угнетение, ↑ - усиление, АФК – активные формы кислорода, PI3K – фосфатидилинозитол-3-киназа. лимфоциты не экспрессируют ген IL-2. Для осуществления биологического эффекта IL-2 связывается со специфическим мембранным рецептором, экспрессированным на Т- и В-лимфоцитах, NK-клетках, моноцитах и макрофагах [Симбирцев А.С., 1998; Намазова Л.С. и соавт., 2000; Кадагидзе З.Г., 2003]. Известно, что IL-2 в отношении активированных Т-клеток может выступать в качестве как проапоптотического, так и антиапоптотического фактора. Т-клетки, стимулированные антигеном или митогеном, погибают, если их лишить IL-2. M. Brunetti et al. [1995] установили, что IL-2 существенно блокирует спонтанный и глюкокортикоид-индуцированный апоптоз Т-лимфоцитов. В исследованиях J. Estaquier и C. Ameisen [1997] IL-2 ингибировал апоптотическую гибель моноцитов, вызванную разнообразными стимулами: добавлением IL-10 или IFN-γ в высокой концентрации. Примечательно, что в случае отсутствия активирующего влияния IL-2 гибель клетки может быть предотвращена добавлением любого из цитокинов, рецепторы которых имеют общую γ-цепь - IL-4, IL-7 и IL-15. Очевидно, что защитный сигнал в этом случае передается через γ-цепь [Симбирцев А.С., 1998; Ярилин А.А., 1998]. Антиапоптотический эффект реализуется несколькими механизмами, включающими действие белка Stat5a и антиапоптотических генов c-myc, Bcl-X, Bcl-2 и CIS (cytokine induced Src homology 2 protein), относящихся к группе эндогенных супрессоров цитокиновых сигналов, и активацию PI3K/Akt, блокирующей каскад каспаз разобщением каспазы-9 с APAF-1, а также стимулирующей ингибиторы апоптоза (IAPs, XIAP) и инициирующую NF-κB [Потапнев М.П., 2002; Lotem J., Sachs L., 2002; Минеев В.Н., Сорокина Л.Н., 2005]. Как проапоптотический фактор, IL-2 увеличивает образование DISC-комплекса и подавляет синтез ингибитора апоптоза c-FLIP, усиливает экспрессию рецепторов и лигандов Fas и TNFα, стимулирует вхождение Т-клеток в пролиферацию (при этом клетки наиболее чувствительны к индукции апоптоза в поздней G1- и S-фазе клеточного цикла) [Потапнев М.П., 2002]. Наличие этого цитокина обусловливает пролиферацию Т-клеток, обеспечивающих реализацию иммунного ответа. Однако в ходе иммунных реакций чувствительность Т-лимфоцитов к действию IL-2 снижается, что связано с угнетением экспрессии рецептора данного цитокина на мононуклеарах, напрямую зависящую от наличия антигенного воздействия через Т-клеточный рецептор (TCR). В этом заложен существенный биологический смысл: элиминация антигена обусловливает падение уровня секретируемого IL-2 и экспрессии его рецепторов, а, следовательно, Т-лимфоциты подвергаются апоптозу, связанному с дефицитом цитокинового сигнала, угнетается их пролиферация. Это обеспечивает своевременное ограничение иммунных реакций, связанное с гибелью патогена, а также дает возможность пролиферировать только тем клонам лимфоцитов, которые специфичны в отношении конкретного антигена без вовлечения в пролиферацию большинства других клонов [Симбирцев А.С., 1998]. IL-3 – мультиколониестимулирующий фактор, обеспечивает пролиферацию и дифференцировку всех гемопоэтических ростков. Основными продуцентами этого цитокина являются активированные Т-лимфоциты и тучные клетки. В отношении эозинофилов IL-3 не только обеспечивает ранние этапы созревания клеток, но и участвует в их активации, повышает выброс белков гранул. В исследованиях in vitro установлено, что IL-3 увеличивает выживание эозинофильных гранулоцитов [Tai P.C., et al., 1991], а также тучных клеток [Yanagida M., et al., 1995], регулируя процесс их программированной гибели. IL-3 активирует фосфатидилинозитол-3-киназу (Phosphatidylinositol-3-kinase - PI3K), принимающую участие в различных процессах: транспорт глюкозы, окислительный стресс, передача митогенных сигналов и др. [Sato N. et al., 1993; Gold M.R., 1994; Sato S. et al., 1994]. В исследовании L. del Peso [1997] было показано, что трансдукция сигнала при связывании IL-3 с родственным рецептором включает следующие этапы: PI3K → Akt → Bad. Фосфорилирование Bad после стимуляции IL-3 раскрывает механизм антиапоптотического эффекта данного медиатора [Zha J. et al., 1996]. Наряду с этим существуют данные, что IL-3 реализует антиапоптотический эффект посредством экспрессии Bcl-2 или Bcl-XL [Kinoshita T., 1995; Perkins G.R. et al., 1996; Leverrier Y. et al., 1997; Wang J.M. et al., 1999]. Помимо вышеперечисленного, в механизмы сигнальной трансдукции IL-3 вовлечен JAK-STAT путь, в котором преимущественно используются гомологи STAT5, в настоящее время известные как STAT5A и STAT5B [Mui A.L. et al., 1995]. Помимо STAT5, при связывании лиганда с рецептором активируются STAT1, STAT3 и STAT6 [Caldenhoven E. et al., 1995; Quelle F.W., 1995; Brizzi M.F., 1996; Nagata Y., 1996]. И, наконец, IL-3 активирует различные MAP-киназы, в том числе Ras, Raf и ERK [Okuda K. et al., 1992; Raines M.A., 1992; Welham M.J. et al., 1992; Nagata Y. et al., 1997; Foltz I.N., Schrader J.W., 1997]. IL-4 продуцируется субпопуляцией Th2 лимфоцитов, принимает участие в гуморальном иммунном ответе и осуществлет свое действие через специфический рецептор, выявленный на покоящихся Т- и В-лимфоцитах, базофилах, тучных клетках, нейтрофилах, а также макрофагах [Ohara J., Paul W.E., 1987; Park L.S. et al., 1987]. IL-4 повышает экспрессию молекул гистосовместимости II класса и антиген-презентирующую способность макрофагов. Наряду с этим этот интерлейкин ингибирует синтез последними провоспалительных цитокинов (IL-1β, IL-6, IL-8, IL-12, IFN-γ, THFα) и MIP-1α (macrophage inflammatory protein 1α), образование высокоактивных метаболитов кислорода, азота, в связи с чем ограничивает распространенность и интенсивность воспаления [Chung K.F, Barnes P.J., 1999; Фрейдлин И.С., 2001]. IL-4 поддерживает жизнеспособность и рост интактных Т-клеток [Paul W.E., Seder R.A., 1994], их дифференцировку в Th2-лимфоциты [Le Gros G. et al., 1990; Swain S.L. et al., 1990; Кетлинский С.А., Калинина Н.М., 1995], а также является мощным ростовым фактором для В-лимфоцитов [Медуницын Н.В., 1999; Фрейдлин И.С., 2001], обусловливая пролиферацию не только нормальных, но и злокачественно трансформированных В-клеток [Потапнев М.П., 1994]. IL-4 также обеспечивает синтез иммуноглобулинов В-лимфоцитами и играет центральную роль в переключении плазматических клеток на синтез IgG4 и IgE [Медуницын Н.В., 1999; Chung K.F, Barnes P.J., 1999]. Совместно с IL-3 этот цитокин стимулирует созревание базофильных и эозинофильных лейкоцитов [Favre C. et al., 1990]. Установлено, что клетки большинства опухолей человека продуцируют IL-4 и его рецепторы, отличающиеся высокой афинностью. Связывание IL-4 с соответствующим рецептором приводит к подавлению роста опухоли. Механизм противоопухолевого действия IL-4 недостаточно изучен. Полагают, что это может быть обусловлено прямым антипролиферативным действием, обусловленным блокадой клеточного цикла, или его способностью снижать экспрессию некоторых цитокинов. Кроме того, допускается, что под влиянием IL-4 повышение экспрессии антигенов HLA способствует развитию противоопухолевого иммунного ответа [Кадагидзе З.Г., 2003]. В отношении запуска реализации программированной гибели клеток IL-4 обладает разнонаправленными эффектами. С одной стороны, известно, что этот цитокин увеличивал число апоптотически измененных моноцитов [Estaquier J., Ameisen C., 1997], а, с другой, - рядом авторов было отмечено его антиапоптотическое действие. Так, IL-4, добавленный к клеточной культуре, пролонгировал время жизни тучных клеток [Yanagida M. et al., 1995], а также защищал CD4+- и CD8+-лимфоциты от спонтанного и вызванного кортикостероидами апоптоза [Brunetti M. et al., 1995]. Биологическое действие этот медиатор осуществляет посредством связывания с рецептором IL-4R, состоящим из двух субъединиц – α-цепи, взаимодействующей с высокой аффинностью и обеспечивающей реализацию всех функций цитокина, и общей с IL-2R γ-цепи, роль которой состоит в усилении проводимого сигнала [Kondo M. et al., 1993; Russell S.M. et al., 1993]. Вслед за связыванием лиганда с рецептором в клетке происходит активация фосфатидилинозитол-3-киназы [Imani F. et al., 1997], а также JAK-STAT пути с привлечением STAT6 [Kaplan M.H. et al., 1996; Takeda K. et al., 1996; Кетлинский С.А., 2002; Минеев В.Н., Сорокина Л.Н., 2005]. IL-5 – цитокин, обеспечивающий созревание и дифференцировку эозинофильных лейкоцитов и В-лимфоцитов. Наряду с этим, он является одним из ключевых медиаторов, способствующих активации и дегрануляции эозинофилов, обладает свойствами эозинофильного хемоаттрактанта. Основными клетками-продуцентами данного цитокина являются Th2-лимфоциты, а также сами эозинофилы. Блокируя реализацию апоптотической гибели, IL-5 увеличивает время жизни ацидофильных гранулоцитов [Tai P.C. et al., 1991; Yamaguchi Y. et al., 1991] и тучных клеток [Yanagida M. et al., 1995]. Антиапоптотический эффект IL-5 реализуется активацией ряда внутриклеточных молекул MEK-MAPK, PI3K-AKT, а также JAK-STAT5 [Gold M.R. et al., 1994; Sato S. et al., 1994; Yousefi S. et al., 1994, 1996; Alam R. et al., 1995; Mui A.L. et al., 1995; van der Bruggen T. et al., 1995; Bates M.E. et al., 1996; Ogata N. et al., 1997; Adachi T., Alam R., 1998; Caldenhoven E. et al., 1998; Coffer P.J. et al., 1998; Pazdrak K. et al., 1998; Huang H.M. et al., 2000]. TNFα является ключевым провоспалительным цитокином, обладающим широким спектром биологического действия. Основными его источниками являются макрофаги, клетки Купфера, моноциты, лимфоциты, фибробласты и др. [Кадагидзе З.Г., 2003]. Особенностью биологического действия TNFα является мощная ингибиция пролиферации Т- и В-лимфоцитов и естественных киллеров, угнетение функциональной активности макрофагов и лимфоцитов, а также стимуляция роста фибробластов и синтеза коллагена [Кетлинский С.А., Калинина Н.М., 1995; Луговская С.А., 1997; Воробьев А.И., 2002]. Известно, что одним из классических путей индукции апоптоза клетки является TNFα-зависимый путь, реализуемый при связывании лиганда со специфическим рецептором TNFα I типа (TNFR1). При этом последовательность реакций выглядит так: TNFR1 → TRADD → FADD → прокаспаза-8→ каскад каспаз или TRADD → RIP → RAIDD → прокаспаза-2 → каскад каспаз или TRADD → FADD → кислая сфингомиелиназа → церамид → JNK [Самуилов В.Д., 2000; Потапнев М.П., 2002; Москалева Е.Ю., Северин С.Е., 2006]. Наряду с классическим механизмом запуска программированной гибели клетки, сопряженным с активацией эффекторных каспаз, TNFα обладает способностью индуцировать апоптоз каспазонезависимым путем с образованием в митохондриях активных форм кислорода, известных своей способностью напрямую повреждать нуклеиновые кислоты, белки и липиды [Маянский Н.А., 2002]. В то же время в литературе существуют данные, согласно которым TNFα может выступать не только в роли индуктора апоптотической гибели, но и ингибировать этот процесс. Так, в исследовании D. Mangan et al., [1991] было установлено, что вышеуказанный цитокин предотвращает апоптоз моноцитов крови. В свою очередь, добавленный in vitro к Т-лимфоцитам TNFα является костимулирующим фактором, повышающим их жизнеспособность, пролиферацию и генерацию из клеток-предшественников. При этом антиапоптотический эффект опосредуется цепочкой: TNFR1→ TRADD → RIP → NIK-киназа → NF-κB или TNFR2 → TRAF1/2 → NIK-киназа → NF-κB. Наряду с этим, антиапоптотическое действие TNFα может не зависеть от NF-κB и быть связанным с индукцией внутрицитоплазматической молекулы SODD, взаимодействующей с «доменом смерти» TNFR1 и удерживающей рецептор в неактивной форме [Зубова С.Г., Окулов В.Б., 2001; Потапнев М.П., 2002; Мойбенко А.А. и соавт., 2005]. IFNγ - цитокин с широким диапазоном биологических свойств, оказывающий противовирусный, иммунорегуляторный и антипролиферативный эффект. Его продуцентами являются Th1-лимфоциты, цитотоксические Т-лимфоциты и NK-клетки [Хаитов Р.М., 2000]. IFNγ – активатор макрофагов и NK-клеток, стимулирует реакции клеточного иммунного ответа, фагоцитоз, адгезивную и цитокинсинтетическую функцию макрофагов [Billiau A., Dijkmans R., 1990; Кетлинский С.А., Калинина Н.М., 1995; Фрейдлин И.С., 1995, 2001; Симбирцев А.С., 2004]. Анализ сигнальной трансдукции позволил установить, что при связывании IFNγ с соответствующим рецептором происходит активация Jak1- и Jak2-киназ в области цитоплазматической части рецептора с последующим вовлечением транскрипционного фактора STAT1 [Durbin J.E. et al., 1996; Минеев В.Н., Сорокина Л.Н., 2005; Ершов Ф.И., 2006]. Известно, что IFNγ обладает способностью увеличивать выживаемость полиморфноядерных лейкоцитов, ингибируя их апоптоз [Colotta F. et al., 1992]. Но, наряду с этим, было установлено, что этот медиатор, добавленный к культуре моноцитов, увеличивал число апоптотически измененных клеток, что было связано с секрецией IL-10 и отменялось действием антител к IL-10 [Estaquier J., Ameisen C., 1997]. В отношении индукции IFNγ апоптоза в опухолевых клетках известно, что он способен усиливать цитотоксическую и апоптозиндуцирующую активность противоопухолевых лекарственных средств. Исследование было выполнено с использованием интактных и трансфецированных геном Bcl-2 клеток HeLa и MCF7, при этом добавление в культуру одновременно с противоопухолевыми препаратами IFNγ усиливало цитотоксическое и апоптозиндуцирующее действие этих лекарственных средств. Следует отметить, что указанный эффект был существенно более выраженным в отношении клеток, гиперэкспрессирующих ген bcl-2, а также различался в зависимости от дозы препаратов: усиление как цитотоксического, так и апоптозиндуцирующего действия лекарств интерфероном проявлялось лишь в отношении низких и средних их концентраций, убивающих опухолевые клетки апоптотическим путем, но не в отношении высоких доз, вызывающих некротическую гибель [Славина Е.Г., 2000; Кадагидзе З.Г., 2003]. GM-CSF продуцируется широким спектром различных клеток, включая макрофаги, эндотелиальные клетки, активированные Т-лимфоциты, эозинофилы и др. Кроме активности, связанной со стимуляцией роста различных клеток, этот цитокин также индуцирует дифференцировку гранулоцитов и макрофагов, повышает функциональную активность нейтрофилов [Ешану В.С., 2004]. GM-CSF обладает способностью ингибировать апоптотическую гибель гранулоцитов [Brach M.A. et al., 1992; Colotta F. et al., 1992; Wei S. et al., 1996]. Антиапоптотическое действие реализуется путем активации Map-киназ, а также вовлечением фактора транскрипции STAT3 [Okuda K. et al., 1992; Foltz I.N., Schrader J.W., 1997]. GM-CSF активирует PI3K [Sato N. et al., 1993; Gold M.R. et al., 1994]. Свой вклад в ингибицию апоптоза клеток вносит белок Bcl-xL. В исследовании B. Dibbert et al. [1998] экспрессия Bcl-xL повышалась в ответ на стимуляцию GM-CSF эозинофилов in vitro, но затем быстро снижалась при культивировании клеток вне цитокиновой поддержки. Таким образом, механизмы формирования эозинофилии крови могут быть обусловлены повышением продукции цитокинов, действующих специфически в отношении эозинофильных лейкоцитов, а также нарушением реализации программированной гибели последних. Следует отметить, что исследованы далеко не все аспекты нарушения цитокинопосредованного апоптоза эозинофилов. Изучение влияния эозинофилспецифичных цитокинов на реализацию программированной гибели ацидофильных гранулоцитов позволит расширить представления о сущности эозинофилии, встречающейся при широком круге заболеваний. Исходя из того факта, что при эозинофилиях нарушен цитокиновый баланс, закономерен интерес к роли нарушения цитокинопосредованной регуляции апоптоза эозинофилов в патогенезе больших эозинофилий крови при описторхозе и лимфопролиферативных гематологических заболеваниях. |
отлично
1
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям