Фундаментальным свойством иммунной системы является способность отличать чужое от своего. И, соответственно, эффективно нейтрализовать чуждый материал, не нанося ущерба нормальным клеткам (и макромолекулам) собственного организма. Для этого в процессе эволюции у позвоночных сформировался механизм дифференцировки клеток защиты на различные популяции, каждая из которых вносит свой специфический вклад в противодействие повреждающим факторам. Это разделение обязанностей требует и четкой межклеточной кооперации. Зачастую она реализуется путем прямых контактов между клетками защиты, отмеченных выше. Однако чрезвычайно важную роль играет еще и межклеточное общение посредством химических сигналов.
Среди сигнальных молекул наиболее многочисленна группа так называемых цитокинов. Как правило, это небольшие (5-30 кДа) глико- протеиновые молекулы, нередко димерные. К настоящему времени известны многие сотни цитокинов. Названия им давали обычно по первому обнаруженному эффекту. Так возникли наиболее распространенные термины: интерлейкины (ИЛ); интерфероны (ИФН); различные факторы роста, включая эпидермальный (ЭФР) и трансформирующие факторы роста (ТФР); факторы, стимулирующие рост колоний (колониестимулирующие факторы - КСФ); факторы некроза опухолей (ФНО). Теперь эти названия мало что говорят о характере проявляемой активности. Многие цитокины (особенно ИЛ-8, ИЛ-15, ИЛ-16) выполняют роль хемо- кинов, осуществляя избирательное привлечение (рекрутирование) клеток, обладающих соответствующими рецепторами. Часто это сочетается с влиянием на пролиферацию клеток-мишеней, а также на интенсивность их основной функции. Однако самым типичным свойством цитокинов является способность управлять дифференци- ровкой клеток-мишеней, т.е., регулировать экспрессию тех или иных генов. Направленность конкретных эффектов (стимуляция, угнетение) может изменяться в зависимости от состояния мишени, а также от сочетания разных сигнальных молекул.
Биогенез цитокинов регулируется в основном индукторами кратковременного действия, реализуемого на уровне транскрипции, и реакциями постсинтетической модификации. Эффективность цитокинов исключительно высока: свое действие на рецепторы они проявляют в чрезвычайно низких концентрациях (10 9-1СГ12 М). Однако, будучи чувствительными к протеоли- тическим ферментам, они успевают воздействовать только на клетки, расположенные неподалеку (паракринная регуляция). Многие цитокины некоторое время остаются связанными с плазматической мембраной («заякоренные» молекулы) и тогда могут связываться с рецептором только непосредственно примыкающей клетки-мишени, модулируя ее функции (юк- стакргтная регуляция). Наконец, нередко клетка способна к выработке и сигнальной молекулы, и рецептора к ней (аутокринная регуляция); как правило, этим способом реализуется эффект самоактивации (самовозбуждения) клеток.
Регуляторные функции цитокинов проявляются на всех этапах осуществления функции защиты.
Так, активацию Тх прямым контактом с ан- тиген-представляющими клетками дополняет стимулирующий эффект интерлейкина-1, который эти клетки выделяют в ходе контакта. В итоге резко ускоряется пролиферация «пробужденного» клона лимфоцитов. Кроме того, включается биосинтез хелперами ряда адгезивных молекул и цитокинов. В частности, индуцируется выработка интерлейкина-2 и - одновременно
рецептора к нему; благодаря этому усиливается клональная экспансия (эффект самоактивации Тх). Отмечается и четкая специализация Т-хелперов. Одни из них секретируют ряд интерлейкинов (ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-10 и ИЛ-15), подкрепляющих контактную активацию В-лимфо- цитов хелперами. Другие вырабатывают у-ИФН
главный из цитокинов, активирующих макрофаги (тем самым привлекается потенциал клеток неспецифической защиты). Активные макрофаги, со своей стороны, выделяют ИЛ-12, усиливающий продукцию у-интерферона Т-клет- ками, и ИЛ-10, подавляющий ее. Так достигается не только разнообразие регуляторных взаимовлияний, но и возможность направления защитных реакций по альтернативному пути.
Приведенными примерами далеко не исчерпывается богатство языка межклеточного общения посредством сигнальных молекул. Более того: оно не ограничивается только клетками защиты. Вовлекаются и клетки-строители.
Установлено, что ряд цитокинов, выделяемых клетками защиты при активации, вызывает стимуляцию фибробластов. В частности, изоформы тромбоцитарного фактора роста, продуцируемые макрофагами, действуют на фибробласты и как хемоаттрактанты, и как индукторы пролиферации. Рост фибробластов и их активность стимулируют также ИЛ-1 и трансформирующие факторы роста, синтезируемые макрофагами и Т-лимфоцитами, а еще и факторы некроза опухолей, происходящие из Т- и В-клеток.
С другой стороны, активация фибробла- стов приводит к выработке ими цитокинов, регулирующих деятельность определенных клеток защиты. Таких как ИЛ-15, являющийся хе- моаттрактантом для Т-лимфоцитов, и ИЛ-6, который стимулирует дифференциацию кле- ток-киллеров и способствует превращению В-лимфоцитов в плазматические клетки.
Наконец, фибробласты способны вырабатывать и такие цитокины, к которым сами обладают рецепторами. Особенно это относится к упоминавшемуся ИЛ-1. В данном случае эффект аутокринной самоактивации клеток дополняется еще одним регуляторным механизмом: фибробласты способны синтезировать и выделять антагонист рецептора к ИЛ-1. Все это обеспечивает структурным клеткам определенную автономию в процессах построения внеклеточного матрикса. Эта автономия не абсолютна хотя бы уже потому, что вырабатывать упомянутый антагонист способны и другие клетки (в том числе нейтрофилы и макрофаги).
Итак, в целом клетки защиты осуществляют тесную кооперацию между собой и с резидентными клетками, подвигая фибробласты на репаративную деятельность. В сущности, именно соединительная ткань, особенно рыхлая, становится главной ареной, где развертываются процессы как неспецифической, так и иммунной защиты. Максимальная выраженность этих процессов проявляется как воспаление. Его инициируют и исполняют клетки защиты. Очередность и варианты их действий, полнота и конкретные последствия очень различны. В большой степени это зависит от характера повреждающих факторов, каковыми могут быть состоявшаяся деструкция ткани (механические травмы, термические повреждения и т.д.) или потенциальная угроза (микробы, их продукты). Поэтому используют соответствующие уточнения - острое воспаление, хроническое, асептическое, инфекционное, аллергическое и т.д. При благоприятном исходе к заживлению очагов деструкции привлекаются фибробласты, обеспечиващие восстановление целости разрушенных участков межклеточного вещества. Образуемая ими грануляционная ткань, созревая, превращается в рубцовую.
Завершая характеристику клеточных элементов соединительной ткани, можно сделать следующие обобщения:
Фибробласты и родственные им клетки осуществляют построение внеклеточных структур и «оформление» ткани в целом, обеспечивая метаболическое обновление ее при сохранении постоянства состава.
Потомки стволовой клетки крови обеспечивают защиту от микробных и иных повреждений, участвуют в уничтожении (или отграничении) фактора агрессии и помогают фиб- робластам формировать грануляционную ткань и рубцы для компенсации нанесенного ущерба.
Видимые под микроскопом волокнистые образования в межклеточном веществе весьма разнообразны. Тем не менее, в подавляющем большинстве своем они построены из коллагена. Совсем иные белки входят в состав других волокон - эластических.
СТРОЕНИЕ КОЛЛАГЕНОВЫХ ВОЛОКОН
Коллаген - это общее название, большого семейства очень похожих белков. Каждая молекула такого белка состоит из трех полипептидных цепей, обозначаемых как а-цепи (не путать с а-спиралью!).
К настоящему времени у человека выявлено до 30 нормальных вариантов а-цепи, различающихся по аминокислотному составу (табл.
1) и кодируемых, соответственно, разными генами. Сочетание одинаковых или разных а- цепей позволяет формировать различные типы коллагена. Их обозначают римскими цифрами. Что же касается самих субъединиц, то их нумеруют арабскими цифрами, обычно - с добавлением в скобках римской цифры, указывающей на тип коллагена, в котором встречается данная а-цепь. Например, коллаген типа I имеет состав а1(1)2а2(1). Это значит, что его молекула построена из двух субъединиц а 1(1) и одной субъединицы а2(1).
Таблица 10-1
Процентная доля аминокислот в составе спирализованных (СУ) и неспирализованных (НСУ) участков некоторых о-цепей коллагена и в эластине
Несмотря на обилие генетически обусловленных вариантов а-цепи, все они обладают одним общим признаком. А именно: наличием протяженных участков чередования последовательности .. .-гли-про-Х-..где в качестве Xвыступает остаток какой-либо иной аминокислоты (чаще всего - аланина, нередко - лизина). Часть остатков лизина и пролина гидроксили- рована (некоторые из остатков гидроксипроли- на занимают еще и позицию X).
Как уже отмечалось, наличие «пролино- вых изломов» (см. рис. 1-13) вынуждает поли- пептидную цепь принимать форму «коллагено- вой спирали» (раздел 1.5.2, Б). При этом три левозакрученных а-цепи, обвивая друг друга, образуют тройную суперспираль, закрученную вправо (см. рис. 1-22). Шаг такой суперспирали (расстояние между соседними витками) составляет около 10 нм при толщине всего лишь
нм. Столь высокая плотность укладки обусловлена обилием остатков глицина: его радикал минимален по размерам, ибо представлен только атомом водорода, и потому легко умещается внутри суперспирали, тогда как радикалы остальных аминокислот обращены кнаружи.
Сформированная таким образом тройная суперспираль составляет главную отличительную черту молекулы тропоколлагена, который является структурной единицей всех коллаге- новых волокон внеклеточного матрикса.
Здесь важно, однако, отметить, что супер- спирализация охватывает лишь часть молекулы тропоколлагена, ибо чередование триады ...-гли~про-Х-... наблюдается не по всей длине а-цепи. Оно отсутствует на обоих концах почти любой субъединицы, а также в срединных участках определенных а-цепей. Сопоставление, приведенное в табл. 10-1, показывает, что по аминокислотному составу неспирализован- ные участки резко отличаются от спирализованных (прежде всего — отсутствием преобладания глицина и пролина над другими аминокислотами). Количественное соотношение тех и других фрагментов в разных вариантах кол- лагеновых молекул варьирует в широких пределах и играет важную роль в обеспечении их структурно-функциональной специализации.
К настоящему времени установлено строение в общей сложности 15 типов коллагена. По особенностям строения и функциональной роли их подразделяют на три группы:
фибриллярные (I, II, III, V, XI);
коллагены, формирующие сетеобразную структуру (IV, VI, VII, VIII, X);
коллагены, ассоциированные с фибриллами (IX, XII, XV, XVI и XVIII).
Главные структурные особенности наиболее изученных коллагенов перечислены в табл. 10-2. Кратко обобщая, можно отметить, что фибриллярная часть охватывает почти всю молекулу коллагенов первой группы и что именно она несет радикалы гидроксилизина (как правило, единичные). Неспирализованны- ми остаются лишь короткие концевые отрезки а-цепей. Наиболее распространенными являются коллагены типа I и типа III, на долю которых в рыхлой соединительной ткани приходится соответственно до 70% и примерно 25% всего коллагена. Им сопутствует минорный коллаген типа V. В хряще минорным спутником является коллаген типа XI. участвующий, как полагают, в регуляции латерального роста тонких волокон коллагена типа И, присущих хрящевым тканям.
Таблица 10-2
Характеристика типов коллагена и их наиболее изученных а-цепей
Окончание таблицы 10-2
Сокращения: АО - аминокислотный остаток; С - С-концевой; N - N-концевой; СУ - суперслирализован- ный участок цепи; НСУ- неспирализованный участок цепи; ПП - пропептид(ы); C1q - субкомпонент 1q комплемента; ФН - фибронвктин типа III; RGD (-арг-гли-асп-) - центр связывания с клетками; ФВА и ФВС - домены А и С фактора ФВ.
Для коллагенов, формирующих сетевидные структуры, типичным является наличие нескольких центров взаимодействия с клетками (последовательность RGD). При этом участок суперспирализации либо крупнее обычного (коллагены типа IV и типа VII), либо невелик, но сочетается с необычно длинными концевыми фрагментами, не способными к спирализации. К этой же группе относятся коллаген типа VIII (доминирующий в базальной мембране эндотелия) и коллаген типа X, вырабатываемый гипертрофированными хон- дроцитами. Оба эти варианта отличаются сравнительно небольшими размерами трехспирального стержня и наличием особого домена, который по структуре очень близок Clq- субкомпоненту комплемента и локализован в неспирализованном С-концевом участке молекулы.
Группа коллагенов, обладающих высокой склонностью к ассоциации с фибриллами, отличается разбивкой суперспиральной структуры на небольшие фрагменты, прерываемые короткими отрезками неспирализованных участков. Это придает молекулам высокую гибкость. В нековалентных взаимодействиях с другими коллагенами участвуют как трехспиральные фрагменты, так и неспирализованные участки, особенно если они содержат повторы доменов фактора ФВ или фибронектина-Ш (о нем - в разделе 10.3.1).
