Цитокины — новая система регуляции защитных реакций организма

Перечисленные цитокины синтезируются в очаге воспаления главным образом макрофагаль- ными клетками, активированными компонентами клеточной стенки патогенов, а также в ответ на повреждение тканей. Они вызывают активацию эндотелия, приводящую к увеличению проницаемости, повышению экспрессии адгезионных молекул и усилению прокоагулянтной активности [14]. При этом происходит выброс низкомолекулярных медиаторов воспаления, таких, как гистамин, про- стагландины и др., ответственных за развитие воспалительной реакции в полном объеме [4]. Хемо- кины усиливают направленную миграцию лейко
цитов в очаг воспаления и вместе с другими цито- кинами увеличивают их функциональную активность: фагоцитоз и продукцию кислородных радикалов, направленную на элиминацию патогена [3]. Одновременно провоспалительные цитокины активируют метаболизм соединительной ткани, стимулируют пролиферацию фибробластов и клеток эпителия, что чрезвычайно важно для заживления повреждения и восстановления целостности ткани. Таким образом, на местном уровне цитоки- ны ответственны за все последовательные этапы развития адекватного ответа на внедрение патогена, обеспечение его локализации и удаления, а затем восстановления поврежденной структуры тканей, где бы ни развивалась воспалительная реакция.

Рис. 2. Схема активации клеток с участием белка То11-4 и рецепторов К-1.

 

Toll-белки ответственны за активацию синтеза провоспалительных цитокинов IL-1, TNF и др. Вслед за взаимодействием со специфическим лигандом, например ЛПС, запускается программа передачи внутриклеточного сигнала активации с участием адапторного белка MyD88, ассоциированной с рецептором IL-1-киназы и транслокацией ядерного транскрипционного фактора NFkB[17]. Важно, что этот путь полностью повторяется при передаче сигнала от рецептора IL-1, более того, внутриклеточные части трансмембранных Toll- белков имеют гомологию с рецептором IL-1. По сути, семейство молекул IL-1 использует тот же путь активации клеток, который используется и при первичном распознавании патогенов Toll-белками, и это нужно для усиления сигнала к развитию защитной воспалительной реакции (рис. 2). ЛПС, пептидогликаны, зимозан и другие компоненты клеточных стенок различных микроорганизмов запускают синтез IL-1 и ряда других провоспалительных цитокинов в макрофагах. В свою очередь, IL-1 способен вызвать продукцию тех же провос- палительных цитокинов и самого себя.

Анализ строения Toll-белков и рецепторного комплекса IL-1 подтверждает, что это не случайно. IL-1 практически повторяет все биологические эффекты ЛПС как на местном, так и на системном уровне. Однако Toll-4-рецепторы экспрессируются главным образом на клетках моноцитарно-мак- рофагального ряда, тогда как рецепторы IL-1 обнаружены на многих типах клеток, находящихся в различных органах. Это подтверждается и спектром биологической активности IL-1, включающей активацию кроветворения, всех типов клеток иммунной системы, эндокринной системы и ЦНС [8]. Последние данные по изучению роли Toll-белков в развитии защитных реакций позволяют предположить, что IL-1 служит не просто медиатором действия ЛПС в организме, но является амплифи- катором развития защитных реакций, используя гомологичные рецепторы и полностью идентичные внутриклеточные сигнальные системы.

В случае несостоятельности местных защитных реакций воспалительная реакция развивается, возрастает синтез цитокинов, они попадают в циркуляцию, и их действие проявляется на системном уровне. Начинается следующий этап воспаления — системная воспалительная реакция или острофазовый ответ на уровне организма. В этом случае провоспалительные цитокины оказывают влияние практически на все органы и системы организма, участвующие в регуляции гомеостаза (табл. 1). Действие провоспалитель- ных цитокинов на ЦНС приводит к снижению аппетита и изменению всего комплекса поведенческих реакций. Временное прекращение поиска пищи и снижение сексуальной активности выгодно в плане экономии энергии для одной лишь задачи — борьбы с внедрившимся патогеном. Этот сигнал обеспечивают цитокины, так как их попадание в циркуляцию, безусловно, означает, что местная защита не справилась с патогеном и требуется включение системной воспалительной реакции. Одно из первых проявлений системной воспалительной реакции, связанное с действием цитокинов на терморегуляторный центр гипоталамуса, заключается в подъеме температуры тела. Увеличение температуры является одной из эффективных защитных реакций, так как при повышенной температуре снижается способность ряда бактерий к размножению, и, напротив, возрастает пролиферация лимфоцитов.

В печени под влиянием цитокинов увеличивается синтез острофазовых белков и компонентов системы комплемента, нужных для борьбы с патогеном, но одновременно снижается синтез альбумина. То есть на уровне регуляции экспрессии отдельных генов цитокины направляют энергетические потоки, выбирая только то, что нужно для развития защитных реакций. Видимо, такая система регуляции сформировалась эволюционно и несет безусловные выгоды для наиболее оптимального защитного ответа макроорганизма. Другим примером избирательного действия цитоки- нов служит изменение ионного состава плазмы крови при развитии системной воспалительной реакции. При этом происходит снижение уровня ионов железа, но повышение уровня ионов цинка, а ведь хорошо известно, что лишить бактериальную клетку ионов железа — значит снизить ее пролиферативный потенциал (на этом основано действие лактоферрина). С другой стороны, увеличение уровня цинка нужно для нормальной работы иммунной системы, в частности, это необходимо для образования биологически активного сывороточного фактора тимуса — одного из основных тимических гормонов, обеспечивающих диф- ференцировку лимфоцитов.

Влияние цитокинов на кроветворную систему связано с существенной активизацией гемопоэза. Увеличение числа лейкоцитов, конечно, необходимо для наращивания количества клеток, непосредственно убивающих патогены, и для восполнения потерь нейтрофильных гранулоцитов в очаге гнойного воспаления. Действие на систему свертывания крови направлено на усиление свертываемости, которое необходимо для остановки кровотечения и для прямого блокирования патогена. Наконец, в рамках иммунной системы цитокины осуществляют взаимосвязь между неспецифическими защитными реакциями и специфическим иммунитетом, действуя в обоих направлениях.

Таким образом, на уровне организма цитокины осуществляют связь между иммунной, нервной, эндокринной, кроветворной и другими системами и служат для их вовлечения в организацию и ре-

Таблица 1

Системная воспалительная реакция (острофазовый ответ)

 

гуляцию единой защитной реакции. Цитокины как раз и служат той организующей системой, которая формирует и регулирует весь комплекс защитных реакций организма при внедрении патогенов. Приведенные данные ясно указывают, что нельзя ограничить понятие защитных реакций только участием неспецифических механизмов резистентности и специфического иммунного ответа. В единой защитной реакции участвует весь организм и все системы, на первый взгляд не относящиеся к поддержанию иммунитета.

Увеличение уровней цитокинов не может продолжаться бесконтрольно, так как гиперпродукция цитокинов служит причиной развития ряда патологических состояний, в частности, септического шока. Появление цитокинов в кровотоке сразу приводит к увеличению синтеза стероидных гормонов, причем IL-1 и другие провоспалитель- ные цитокины вызывают как усиление синтеза рилизинг-факторов, так и стимуляцию продукции гормонов клетками коры надпочечников. Стероидные гормоны, известные как одни из наиболее мощных иммуносупрессоров, блокируют синтез цитокинов и не позволяют их уровню превысить предельные значения. Это является эффективным механизмом отрицательной обратной связи для контроля гиперпродукции цитокинов. Тем не менее, в ряде случаев уровни цитокинов превышают физиологические концентрации. На примере TNF очевидно, что характер действия цитокинов в организме зависит от их уровня (табл. 2). Цито- кины в низких концентрациях нужны для правильного формирования местного воспаления, более высокие дозы вызывают развитие системной воспалительной реакции, но патологически высокие концентрации приводят к состоянию септического шока и гибели организма.

Как уже отмечалось, большинство цитокинов не играет никакой роли в нормальной физиологии организма, а синтезируются лишь при развитии защитных реакций. Тем не менее, некоторые ци- токины в небольших количествах синтезируются постоянно, регулируя различные этапы нормального гемопоэза, либо только на определенных этапах развития организма. Так, в онтогенезе цито- кины группы TNF и ряд хемокинов регулируют нормальное развитие клеток, миграцию лимфоидных предшественников и закладку органов иммунной системы.

Не менее важную роль цитокины играют и в регуляции дифференцировки и функциональной активности лимфоцитов, а значит, в регуляции специфического иммунитета. В настоящее время признано, что типы иммунного ответа связаны с одним из вариантов активации лимфоцитов с преимущественным участием клонов Т-лимфо- цитов хелперов первого типа (Th1) или второго типа (Th2), которые различаются по паттернам

продуцируемых цитокинов и ролью в стимулировании развития иммунного ответа по клеточному или гуморальному типу (рис. 3). Активация Th1, секретирующих IL-2 и интерферон у, ведет к стимуляции главным образом функций Т-лим- фоцитов и макрофагов и к развитию клеточного типа ответа, тогда как синтез Т-хелперами 2 типа IL-4, IL-5, IL-10, IL-13 и IL-25 стимулирует преимущественно гуморальное звено иммунитета [16, 20]. У человека эта ситуация выглядит несколько сложнее за счет существования Т-хел- перных клонов, секретирующих одновременно IL-2, IL-4 и IFNy и некоторые другие сочетания цитокинов. Роль этих клонов в регуляции иммунитета окончательно не выяснена.

Продукты Th1 и Th2 негативно влияют на активацию противоположных клонов. IL-2 подавляет пролиферацию лимфоцитов, индуцированную IL-

и наоборот. Цитокины Th2, в основном IL-4 и IL-

прямо подавляют продукцию IL-2 Т-лимфоци- тами, экспрессию а-цепи рецептора IL-2 на Т-лим- фоцитах и ?-цепи на В-лимфоцитах и NK-клетках и активность NK-клеток. Избыточная активация какого-то из типов Т-хелперных клонов может направить иммунный ответ по одному из вариантов развития. Хроническая несбалансированность активации Т-хелперных клонов приводит к развитию иммунопатологических состояний, связанных с проявлениями аллергии или аутоиммунитета. Считается, что выраженность аллергических реакций обусловлена преимущественной активацией Th2, продуцирующих IL-4 и IL-5, которые стимулируют синтез антител класса IgG1 и особенно IgE, как известно, играющего решающую роль в развитии аллергических реакций [1].

В последние годы активно дискутируется роль цитокинов в патологии, в частности, участие хе- мокинов в патогенезе СПИДа. Оказалось, что отдельные рецепторы хемокинов могут служить кофакторами для проникновения вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) в клетки. Штаммы ВИЧ, тропные к моноцитам, используют рецепторы СС хемокинов, тогда как штаммы ВИЧ, тропные к Т-лимфоцитам и доминирующие на более поздних стадиях прогрессии СПИДа, используют рецепторы СХС хемокинов, в частности, рецептор CXCR4. Такие СС хемокины, как RANTES, MIP-1a и MIP-1?, блокируют вход некоторых штаммов ВИЧ в клетки макрофагального ряда посредством рецептора CCR5, а СХС хемокин SDF-1, взаимодействующий с рецептором CXCR4, блокирует инфицирование лимфоцитов лимфотропными штаммами ВИЧ. Лица, гомозиготные по делеции определенного участка из 32 пар оснований в аллелях гена рецептора хемокинов CCR5, оказались высокорезистентны к инфицированию ВИЧ, потому что дефектный рецептор не способен экспрессироваться на мембране клетки. Лица, гетерозиготные по данной делеции, подвержены инфицированию ВИЧ, но СПИД прогрессирует у них значительно медленнее [13].

ВИЧ использует клеточные рецепторы хемокинов для инфицирования клеток, и это лишь один из случаев приспособления микроорганизмов с целью обойти пагубное влияние иммунной системы или, более того, использовать молекулы иммунной системы для своего развития и размножения. Сейчас накоплено достаточно фактов, указывающих на активное использование микроорганизмами рецепторов цитокинов в своих целях и модификацию биологического действия цитокинов, меняющую противоинфекционную направленность их биологической активности. Ряд вирусов, в частности, вирус герпеса и цитомегаловирус, экспрессируют белки, имеющие высокую степень гомологии с рецепторами хемокинов. Вероятно, таким способом вирусы синтезируют белки, служащие ловушками для хемокинов, что ведет к снижению концентрации хемокинов и противодействию развития защитных реакций. Другое предположение заключается в том, что кодируемый вирусным геномом хемокиновый рецептор может экспрессироваться на мембране инфицированной клетки. Активация клетки через данный рецептор может служить дополнительным сигналом для усиления вирусной репликации.

Движущей силой интенсивного изучения цито- кинов всегда была многообещающая перспектива их клинического использования для лечения широко распространенных заболеваний, в том числе рака. Сейчас многие цитокины применяются в клинической практике в виде лекарственных препаратов. Существует три принципиальных варианта применения цитокинов в клинической практике:

Лечение препаратами цитокинов, а именно: усиление действия эндогенных цитокинов путем введения в организм природных или рекомбинантных молекул цитокинов (IL-1, IL-2, CSF, IFN и др.) либо заместительная терапия (эрит- ропоэтин).

Цитокиновая генотерапия рака путем введения генов цитокинов в опухолевые клетки для усиления их иммуногенности и повышения воспа-

                                                                                       Таблица 3

Цитокины	Основные направления использования
Интерлейкин 1	Восстановление кроветворения при химиотерапии опухолей, радиозащита, инфекционные болезни, заживление ран
Рецепторный антагонист К-1, анти-Т^	Ревматоидный артрит, септический шок
Интерлейкин 2	Иммунотерапия рака, инфекционные заболевания, сепсис
Интерлейкин 3	Тромбоцитопения, анемия
Интерлейкин 4	Солидные опухоли
Интерлейкин 10	Иммуносупрессия при воспалительных процессах
Интерлейкин 11	Тромбоцитопения, воспалительные заболевания кишечника
Интерлейкин 12	Рак, гепатит, вирусные заболевания
Колониестимулирующие факторы	Нейтропения, инфекционные заболевания
Интерферон а	Рак, вирусный гепатит, СПИД
Интерферон в	Множественный склероз
Интерферон у	Лейшманиаз, инфекционные болезни
Эритропоэтин	Анемия при почечной недостаточности
Тромбопоэтин	Тромбоцитопения

 

лительной реакции в области опухолевого узла и иммунного отторжения опухоли.

Антицитокиновая терапия, направленная на удаление или блокирование действия эндогенных цитокинов с использованием специфических ингибиторов (в том числе членов семейства цитокинов, например ^-Ша для блокирования действия ^-1), моноклональных антител к ци- токинам, а также растворимых рецепторов.

В табл. 3 суммированы различные подходы к клиническому использованию отдельных цитокинов. Из приведенных данных очевидно, что в настоящее время цитокины находят все более широкое применение в клинической практике для лечения различных онкологических, инфекционных и иммунодефицитных заболеваний. Этот новый класс регуляторных молекул создан природой в ходе миллионов лет эволюции и обладает неограниченными возможностями для употребления в качестве лекарственных препаратов. Нужно только научиться грамотно использовать эти мощные регуляторы на благо человека