Иммунозащитные пептиды и двойственность их антимикробных и иммуномодуляторных свойств
|
|
Скачать 0.88 Mb.
|
|
^ На данный момент hCAP18/LL-37 – единственный описанный человеческий кателицидин. Как отмечалось ранее, семейство кателицидинов представлено множеством вариантов, но только hCAP-18 с геном кателицидина, расположенным на третьей хромосоме, может вырабатываться как пропептид. Он накапливается как предшественник в нейтрофильных гранулах (Ganz 2004) и в таких различных клетках и тканях, как В-клетки, Т-лимфоциты, лимфоциты, моноциты, в естественных клектках-киллерах и мастоцитах. Как обнаружилось, эпителий верхних отделов желудочно-кишечного тракта и дыхательных путей, в том числе слюнные железы, тонкая кишка и некоторые части мужских (эпидидимис и яички) и женских (влагалище и шейка матки) половых путей экспрессирют LL-37 (De et al. 2000; Agerberth et al. 2000). Кроме того, LL-37 секретируется из ран человека, пота и поверхностных жидкостей дыхательных путей (Dorschner et al. 2001; Gallo et al. 2002; Ong et al. 2002; Sorensen et al. 1997) и активируется в ответ на кожные инфекции или повреждения (Dorschner et al. 2001; Turner et al. 1998). В качестве иммунных модуляторов HNP-1, -2, и -3 активируют фактор некроза опухоли альфа (TNF- α) и IL-1 в человеческих моноцитах, активированных бактериями (Braff et al. 2005a,b). Более того, HNP-1 и -2 способны напрямую уничтожать грамотрицательные и грамположительные бактерии (Lehrer et al. 1993), грибки Candida albicans (Schroder and Harder 1999), а также оболочечные вирусы, например, представителей семейства Herpes (Schroder and Harder 1999). В зависимости от концентрации, HNP-5 проявляет бактерицидную активность против кишечной палочки, бактерий Listeria monocytogenes, Salmonella typhimurium, и C. albicans (Porter et al. 1997). В 1995 году hBD-1 был выделен и очищен из плазмы крови пациентов с почечной недостаточностью (Bensch et al. 1995). hBD-1 конститутивно экспрессируется в различных тканях с первичной экспрессией в эпителиальной выстилке дыхательных и мочевых путей (Valore et al. 1998; Zhao et al. 1996). Различные исследования показали, что экспрессия hBD-1 может быть усилена липополисахаридами (ЛПС), инактивированой теплом Pseudomonas aeruginosa и интерфероном гамма (IFN-γ) (Valore et al. 1998; Duits et al. 2002). По сравнению со многими другими противомикробными пептидами, hBD-1 особых функций в заживлении кожных ран не имеет. Однако он проявляет особую активность против таких грамотрицательных бактериальных штаммов как E. coli и P. aeruginosa (Sorensen et al. 2005). hBD-2 впервые был изолирован в 1997 г. из пораженных псориазом участков кожи (Harder et al. 1997). Экспрессия hBD-2 наблюдается преимущественно в кератиноцитах, желудочно-кишечном и респираторном трактах (Bals et al. 1998; O’Neil et al. 1999). hBD-2 накапливаются в ламеллярных тельцах кератиноцитов (Oren et al. 2003) и может быть активизирован напрямую под воздействием бактериальных патогенов (Liu et al.2002) или воспалительных клеток,таких как производные клетки моноцитов, макрофагов (Fang et al. 2003; Tsutsumi-Ishii and Nagaoka 2003) и лимфоцитов (Selsted and Ouellette 2005). В экспрессии hBD-2 участвуют несколько механизмов и сигнальных путей. Обнаружение бактериальных полисахаридов (ЛПС) с помощью CD14 и TLR-2 и последующая активация каскада NF-kB индуцирует hBD-2 (Birchler et al. 2001). Кроме этого, TLR-2 человека служит посредником для индукции антимикробного пептида hBD-2 в ответ на бактериальный липопротеин (Birchler et al. 2001). Сигнальные пути HBD-2 включают в себя NF-kB (Tsutsumi-Ishii and Nagaoka, 2002) и митоген-активируемую протеинкиназу (Krisanaprakornkit et al. 2002), включая Src-зависимый Raf-MEK1/2-ERK (93). Активатор of hBD-2 обладает связывающими сайтами для NF-kB и предполагаемыми связывающими последовательностями для AP-1, NF-IL6, и STATs (Tsutsumi-Ishii and Nagaoka 2002; Wang et al. 2003). После повышения экспрессии, hBD-2 демонстрирует иммуностимулирующие свойства в качестве хемоаттрактанта для незрелых дендритных клеток и Т-клеток для того, чтобы скорректировать реакцию приобретенного иммунитета (Yang et al. 1999). Будучи индуцируемым иммунозащитным пептидом, hBD-2, вероятно, принимает участие в заживлении ран путем активации естественного иммунитета после разрушения эпидермального слоя кожи и воспаления (Schmid et al. 2001). Медиаторами, повышающими экспрессию hBD-2 в эпителиальной ткани, являются провоспалительныйе цитокины, такие как IL-1 (Liu et al. 2003), IL-22 (Wolk et al. 2006), бактериальные липополисахариды (ЛПС) (Kawai et al. 2002) и прямые контакты бактерий с клетками эпителия (Harder et al. 2000). После активации, hBD-2 действует непосредственно против таких возбудителей как P. aeruginosa, E. coli, и C. albicans (Singh et al. 1998). Кроме того, hBD-2 демонстрирует синергию с LL-37 в виде повышенной активности, направленной против S. aureus (Ong et al. 2002). Онг и др. обнаружили постоянное повышение экспрессии hBD-2 в псориатических чешуйках и низкую восприимчивость к кожным инфекциям в условиях хронического заболевания кожи (Ong et al. 2002). В ожоговых ранах была зафиксирована пониженная активность hBD-2, указывающая на то, что дефекты врожденного иммунитета способствуют риску инфицирования ран и возникновению сепсиса (Milner and Ortega 1999). hBD-3 первоначально был выявлен в пораженных псориазом участках кожи и выделен приблизительно одновременно у двух групп в 2001 г. (Garcia et al. 2001a,b; Harder et al. 2001). hBD-3 в последствии был обнаружен в тканях многих органов таких как сердце, печень, вилочковая железа эмбриона и клетки плаценты (Garcia et al. 2001a,b; Dunsche et al. 2002). В коже hBD-3 накапливается как hBD-2, в ламеллярных тельцах кератиноцитов (Sawamura et al. 2005). TNF-α, фактор видоизмененного роста альфа (TGF-β), инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF-1), TLR-5, IL-1α, IFN-γ, TGF-β, и IGF-1, а также разные бактерии играют важную роль в активации синтеза hBD-3 (Sawamura et al. 2005). После испытаний большого количества бактериальных штаммов были опубликованы данные о широком спектре бактерицидной активности hBD-3 в отношении грамположительныйх и грамотрицательных бактерий, включая активность против полирезистентных штаммов S. aureus и P. aeruginosa (Maisetta et al. 2006). (Maisetta et al. 2006). Первичная экспрессия hBD-4 происходит в яичках и эпидидимисе (Garcia et al. 2001a,b) и индуцируется в первичных кератиноцитах (Harder et al. 2004). Эти данные основаны на выявлении мРНК, и частично характеристика этого дефензина основывается на рекомбинантном препарате Гарсии и др. (Garcia et al.) (2001a,b). Активация hBD-4 подобна активации hBD-2 и hBD-3 (Harder et al. 2004). Человеческие бета-дефензины провоцируют выброс гистамина и выработку простагландина-2 в мастоцитах (Niyonsaba et al. 2002), соединяют врожденную и адаптивную иммунную систему с помощью хемоаттракции незрелых дендритных клеток и Т-лимфоцитов (Yang et al. 1999), и повышают проявление TNF-α и IL-1 в человеческих моноцитах после активации бактериальным возбудителем (Niyonsaba and Ogawa 2005). В человеческой коже первичная экспрессия ИЗП осуществляется кератиноцитами, эккринными железами и нейтрофильными гранулоцитами (Schroder and Harder 2006). К конститутивно вырабатываемым ИЗП в человеческой коже относятся дермицидин (Schittek et al. 2001), протеолитический игибитор антилейкопротеазы (Wiedow et al. 1998), РНКаза 7 (Harder and Schroder 2002), псориазин (Glaser et al. 2005), лизоцим (120), hBD-1 (69) и секреторная фосфолипаза А2 (121). К индуцируемым ИЗП человеческой кожи относятся LL- 37 (35), вырабатываемый в кератиноцитах, α-дефензины (человеческие нейтрофильные пептиды от 1 до 4), вырабатываемые нейтрофилами (Ganz 2003), и hBD-2 и -3 (Niyonsaba et al. 2005). ^ ИЗП, синтезируясь в коже в местах потенциального проникновения микробов, обеспечивают растворимый барьер, который действует как преграда для инфекций (Braff et al. 2005a,b). Если кожа не повреждена рост бактерий контролируется такими бактериостатическими и бактерицидными соединениями, как псориазин и RN-аза 7 (Schroder and Harder 2006). Однако при повреждении или инфицировании кожи экспрессия ИЗП повышается посредством увеличения синтеза кератиноцитами и отложения при дегрануляции рекрутированных нейтрофилов. В ранах инсулиноподобный фактор роста-1 (IGF-1) и трансформирующий фактор роста-β (TGF-β) являются стимуляторами выработки человеческого кателицидина hCAP18/LL-37 до уровня провоспалительного цитокина интерлейкина-1 (IL-1) (Sorensen et al. 2003). Оба данных фактора играют важную роль в заживлении ран активируя эпидермальные клетки и фибробласты, чтобы сформировать грануляционную ткань, выступают медиаторами ангиогенеза и хемоаттрактантами для макрофагов и фибробластов (Niyonsaba et al. 2006; Singer and Clark 1999). В рамках механизма обратной связи, кателицидин активированных лейкоцитов свиней (PR-39) оказывал прямое влияние на дермальные фибробласты путем увеличения синтеза протеогликанов внеклеточного матрикса, синдекана-1 и синдекана-4 (Chan and Gallo 1998), которые необходимы для активности многих факторов роста (Proudfoot et al. 2001). В экспериментах с животными описаны случаи задержки выработки синдекана и недостижения ранозаживляющего эффекта (Gallo 2000). Хэлиборн и др. описали постоянный рецептор-K67-зависимый рост LL-37, вырабатываемого кератиноцитами и гранулоцитами, который достигал максимума через 48 часов, и высокую экспрессию в раневых жидкостях и тканях заживающей кожи. Описано понижение экспрессии после затягивания ран и недостаток LL-37 при хронических ранах (Dorschner et al. 2001; Heilborn et al. 2003). Разные авторы писали о защитной функции LL-37 по отношению к инвазивным бактериальным кожным инфекциям, в частности к P. aeruginosa, S. aureus, и стрептококкам группы A (Dorschner et al. 2001; Ong et al. 2002). При сравнении нормальных и Cnlp-дефектных мышей (прицельное разрушение гена кателицидина) у Cnlp-дефектных мышей было отмечено замедленное заживление ран и повышенная бактериальная колонизация. (Braff et al. 2005a,b). Эти данные были подтверждены группой ученых во главе с Низе, которые сообщили о более благоприятном исходе для немутантных мышей по сравнению с Cnlp-дефектными после контрольного заражения некротизированными тканями кожи, инфицированными стрептококками группы A (Nizet et al. 2001). Онг и др. отметили улучшенный иммунный ответ на S. aureus у пациентов, больных псориазом, благодаря высокому уровню экспрессии LL-37 , тогда как у пациентов с локальным дерматитом была отмечена пониженная экспрессия (Ong et al. 2002; Leung et al. 2004). Эти данные могут дать объяснение повышенной восприимчивости к кожным инфекциям больных с атопическим дерматитом по сравнению с больными с псориазом (Schroder and Harder 2006). Мы доказали бактерицидный эффект LL-37 на животных моделях (крысы) после кратковременной аденовирусной генной терапии ожоговых ран, инфицированных возбудителем P. aeruginosa (Jacobsen et al. 2005a,b). LL-37 оказывает прямое воздействие при заживлении ран, так как улучшает образование новых кровеносных сосудов. Кокулла и др. в своем исследовании продемонстрировали эффект LL-37 в образовании кровеносных сосудов на анализе васкуляризации хорионаллантоисной мембраны, а также на ревакуляризационной модели животного после ишемии задней конечности. Авторы обнаружили прямое воздействие LL-37, активировав рост сосудов в культивируемых эпителиальных клетках; кроме того, было отмечено усиление кровоснабжения после инъекции LL-37 в ишемизированную конечность кролика. Ученые обнаружили непосредственное участие формильного пептидного рецептора like-1 (FPRL1) в активации hCAP-18 и последующем образовании новых сосудов. (Steinstraesser et al. 2006; Koczulla et al. 2003). Мы подтвердили ангиогенетический эффект LL-37 в эксперименте с полостью кожной складки мыши (Steinstraesser et al. 2006). В ходе еще одного исследования анализировалась визуализация и расположение LL-37, HNPs, и hBD-1, -2, и -3 в нормальной и ожоговой коже, и с помощью флуоресцентного микроскопа были определены типы клеток, в которых локализовались данные ИЗП. Ученые доказали, что в нормальной коже hBD-1 локализируются в перинуклеарной области кератиноцитов, а hBD-2 преимущественно в базальном слое; человеческий бета-дефензин-3 был обнаружен шиповидном слое, тогда как нейтрофильные пептиды человека (HNPs) были беспорядочно рапределены в сосковидном слое. LL-37 концентрировался в роговом слое вдоль протоков. В обожженной коже hBD-1 экспрессировался в кожных железах, в том числе в волосяных стержнях; hBD-2 и -3 были обнаружены в оставшихся кератиновых слоях и железах нижних слоев дермы; человеческие нейтрофильные пептиды локализировались в стержнях волос и остатках кератинового слоя. Интересно, что LL-37 был обнаружен в очень высокой концентрации в эпителии потовых каналов. Ученые пришли к выводу, что ИЗП продуцируются клетками нижней дермальной и субдермальной зон обожженной кожи, чтобы поддерживать защитный барьер против инфекций (Poindexter et al. 2006). Нейтрофильные пептиды человека способствуют заживлению ран. Ooнo и др. в ходе исследования доказали, что синтез HNP-1 повышает экспрессию про-коллагена мРНК и протеинов в культурах фибробластов дермы. В противоположность этому, экспрессия матриксметаллопротеиназы-1 снизилась. Авторы предполагают, что HNP-1 может способствовать заживлению ран, увеличивая внеклеточное депонирование матрикса (Oono et al. 2002). В ходе еще одного исследования были показаны митогенетические способности нейтрофильных пептидов в линиях клеток эпителия и фибробластов in vitro (Oono et al. 2002). Для β-дефензинов, Супп и др. установили экспрессию hBD-1, -2, и -3 в культурах кератиноцитов и расщеплённых кожных трансплантатах здоровых и обожженных доноров (Supp et al. 2004). В более поздних исследованиях отмечалось, что β-дефензины стимулируют миграцию и пролиферацию эпидермальных кератиноцитов и, таким образом, могут способствовать заживлению ран (Niyonsaba et al. 2006). Предполагается, что hBD-2 активизируется при хронических и острых язвах, поскольку в здоровой коже он не определяется (Butmarc et al. 2004). Экспрессия hBD-3 в кератиноцитах индуцируется инфекцией S. aureus посредством TLR-2 и EGFR (Sorensen et al. 2005; Menzies and Kenoyer 2006); Кизих и др. показали, что способность кератиноцитов человека бороться с инфекциями (S. aureus) зависит от экспрессии hBD-3 в организме (Kisich et al. 2007). Мы также выяснили, что трансфер гена hBD-3 в инфицированную диабетическую язву свиньи ускоряет заживление тканей на 25% (Hirsch et al. 2009). ИЗП гистон 1.2 оказался эффективным против раневых инфекций, вызванных P. Aeruginosa, в экспериментах с крысами – ожоги с трехкратным снижением бактериальной нагрузки (Jacobsen et al. 2005a,b). Концентрация LL-37 и hBD-1, -2, и -3 значительно снижается в травмированной ожогом коже. Тогда как hBD-1 демонстрируюет лишь умеренное понижение экспрессии в ожоговых ранах по сравнению со здоровой тканью, экспрессия hBD-2 изменяется кардинально: в ткани ожоговой раны определяется содержанин hBD-2, в 380 превышающее содержание hBD-2 в контрольном образце. Кроме этого, для hBD-3 было отмечено десятикратное увеличение мРНК-экспрессии. Участки ткани, взятой из центра ожоговой раны, не показывают никаких прямых изменений в экспрессии LL-37 по сравнению с соответствующими участками тканей здоровых пациентов. Однако, становится очевидным, что в пределах ожоговой раны происходит 10-кратное уменьшение экспрессии LL-37. Это может быть вызвано  G ModelIMBIO-50621; Количество страниц : 12 ^ L. Steinstraesser et al. / Immunobiology xxx (2010) xxx–xxx 7 Таблица 1. Плюрипотентная активность человеческого катилицидина. Мастоцит Хемотаксис – дегрануляция тучных клеток ^ Хемотаксис, антиэндотоксические глобальные сдвиги в генной экспрессии Нейтрофил Хемотаксис, ингибирует провоспалительные цитокины, повышенную антимикробную активность при апоптозе, зекрозе ^ Способствует дифференциации ДКsl (DCsl), производных моноцитов Плазматическая дендритическая клетка (pDC) Индуцирует IFNa ^ Ангигенез Кератиноцит ы Индукция IL8, миграция клеток и заживление ран ^ Проапоптическая активность, индукция IL8  наличием более жизнеспособных, хотя и травмированных клеток, тогда как в центре клетки уже погибли (Kaus et al. 2008). Эти объединенные данные указывают на то, что ИЗП играют главную роль в заживлении ран и раневых инфекциях. В противоположность клинически используемым антибиотикам ИЗП имеют некоторые интересные свойства, которые позволяют применять их местно для лечения раневых инфекций и ускорения заживления ран. (Таблицы 1–3). В заключение, иммуномодуляторные пептиды, которые в большей мере воздействуют на организм хозяина, нежели на патоген, предоставляют уникальную возможность минимизировать прямое селективное воздействие в отношении резистентности патогена. В недавнем времени было доказано, что такой иммуномодуляторный пептид как IDR-1 (регулятор врожденного иммунитета), защищает мышей от бактериальных инфекций, включая инфекции, вызванные мультирезистнтными штаммами, и это предоставляет собой Таблица 2 Иммуномодуляторные свойства иммунозащитных пептидов млекопитающих  
Просим давать следующую ссылку на данную статью в прессе: Steinstraesser, L., et al., Host defense peptides and their antimicrobial-immunomodulatory duality. Immuno-biology (2010), doi:10.1016/j.imbio.2010.07.003 G ModelIMBIO-50621; Количество страниц : 12 ^ 8 L. Steinstraesser et al. / Immunobiology xxx (2010) xxx–xxx Таблица 3 Иммунозащитные пептиды – коммерческие разаработки.
С изменениями по Steinstraesser et al. (2009). серьезное доказательство принципа иммуномодуляторного подхода. Оказалось, что пептид выступал в роли хемоаттрактанта нейтрофилов и впоследствии индуцировал выработку хемокина, способствовал рекрутированию клеток in vitro и in vivo; возможно, эти особенности объясняют некоторые из защитных свойств пептидов. Важно, что IDR-1, как и многие природные нейтрофильные пептиды человека, оказывает противовоспалительное и антиэндотоксиновое воздействие одновременно со своими противомикробными функциями. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
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