Цитокины в системе иммунитета

ЦИТОКИНЫ

ИНТЕРЛЕЙКИНЫ, ИНТЕРФЕРОНЫ, ХЕМОКИНЫ, ФАКТОРЫ РОСТА И НЕКРОЗА ОПУХОЛЕЙ

СОДЕРЖАНИЕ:

ЧТО ТАКОЕ ЦИТОКИНЫ? Провоспалительные цитокины Общие понятия, история изучения Классификация и общие свойства цитокинов Цитокины и местный иммунный ответ Цитокиновые рецепторы Системная воспалительная реакция Концентрация цитокинов Цитокины в стимуляции иммунного ответа по клеточному или гуморальному типу ЦИТОКИНЫ Характеристика, механизмы действия и функции Регуляция Т-хелперов. Цитокины субпопуляций CD4+ Т-клеток Рис. 4. Субпопуляции Th1-Th2 Рис. 5. Дифференцировка Th17 клеток человека Рис. 6. Типы Th и их эффекторные функции Интерлейкин-12 / Интерлейкин-23 Рис. 7. Воздействие IL-17 на функции клеток Интерлейкин-17A (IL-17A) Цитокины и иммунный ответ при инфекционных заболеваниях Цитокины и приобретенный иммунитет Цитокины и воспаление Цитокины и сердечно-сосудистые заболевания Цитокины и аутоиммунные заболевания Цитокины и трансплантация Цитокины и онкология Цитокины и аллергические заболевания

ИНТЕРЛЕЙКИНЫ Характеристики основных IL в системе иммунитета (Таблица: Воспалительная природа цитокинов) Интерлейкин 1 (IL-1α, IL-1β) Интерлейкин 2 (IL-2) Интерлейкин 3 (IL-3) Интерлейкин 4 (IL-4) Интерлейкин 5 (IL-5) Интерлейкин 6 (IL-6) Интерлейкин 7 (IL-7) Интерлейкин 8 (IL-8) Интерлейкин 10 (IL-10) Интерлейкин 11 (IL-11) Интерлейкин 12 (IL-12) Интерлейкин 13 (IL-13) Интерлейкин 15 (IL-15) Интерлейкин 16 (IL-16) Интерлейкин 17 (IL-17) Интерлейкин 18 (IL-18) Интерлейкин 20 (IL-20) Интерлейкин 22 (IL-22) Интерлейкин 23 (IL-23) Интерлейнин 31 (IL-31) Интерлейкин 33 (IL-33) ОСОБЫЕ ГРУППЫ ЦИТОКИНОВ Колониестимулирующие факторы (CSF)/ Эритропоэтин и другие факторы роста Фактор некроза опухолей (ФНО или англ. TNF) Фактор активации B-клеток семейства TNF (BAFF) Интерфероны (IFN) Интерферон-гамма (IFN-γ) Интерферон-альфа (IFN-α) Интерферон-бета (IFN-ß). Хемокины ЦИТОКИНЫ и ЗДОРОВЬЕ

ЧТО ТАКОЕ ЦИТОКИНЫ?

Цитокины - это малые растворимые белковые молекулы (с молекулярной массой не > 30 кДа), секретируемые лимфоцитами, а также макрофагами, гранулоцитами, дендритными и некоторыми другими клетками в экстрацеллюлярное пространство, осуществляющие коммуникацию между клетками, деление и дифференцировку клеток, а также привлечение иммунных клеток в очаг воспаления. Цитокины, выделяясь на поверхности условной клетки А, взаимодействует с рецептором клетки В, и, таким образом, от клетки А к клетке В передаётся сигнал, который запускает в клетке В дальнейшие реакции. В целом, цитокины регулируют как межклеточные, так и межсистемные взаимодействия, определяют стимуляцию или подавление роста клеток, их дифференцировку, функциональную активность и апоптоз. Цитокины по их функции можно разделить на две основные подгруппы - провоспалительные и противовоспалительные. Деление может быть и более дробным.

Цитокины находятся на перекрестке, соединяющем связь между врожденными и адаптивными иммунными реакциями. Это связано с тем, что количество и тип цитокинов, которые выделяют клетки, различаются в зависимости от типа патогена, и эти различия помогают иммунной системе соответствующим образом адаптировать свой ответ, чтобы он был врожденным или адаптивным. Определенные цитокины могут стимулировать, например, адаптивную иммунную систему, либо врожденную (либо сочетание врожденной и адаптивной систем) в зависимости от инфекции.

ЧТО ТАКОЕ ПРОВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ ЦИТОКИНЫ?

Цитокин - это общий термин, используемый для обозначения небольших секретируемых белков, которые являются ключевыми модуляторами воспаления. Цитокины вырабатываются в ответ на вторжение патогенов, стимулируя, рекрутируя и размножая иммунные клетки. Цитокины включают интерлейкины (IL), хемокины, интерфероны и факторы некроза опухоли (TNF). Цитокины подразделяются в зависимости от характера иммунного ответа и источника их выработки (таблица 1) [1].

Существуют как провоспалительные, так и противовоспалительные цитокины. Провоспалительные цитокины секретируются клетками CD4⁺ Т-клетками, макрофагами и дендритными клетками. Они характеризуются выработкой нескольких интерлейкинов (IL), IL-1, IL-2, IL-12, IL-17, IL-18, IFNγ и TNF-α. Ключевыми провоспалительными цитокинами являются IL-1, IL-6 и TNF-α. Эти цитокины сигнализируют через рецепторы цитокинов I типа (CCR1), которые структурно отличаются от других типов рецепторов цитокинов. Они имеют решающее значение для координации клеточно-опосредованного иммунного ответа и играют решающую роль в модуляции иммунной системы. Провоспалительные цитокины обычно регулируют рост, активацию и дифференцировку иммунных клеток, а также направление иммунных клеток к очагам инфекции с целью контроля и уничтожения внутриклеточных патогенов, включая вирусы [1].

КЛЮЧЕВЫЕ ПРОВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ ЦИТОКИНЫ

IL-1

IL-1 подразделяется на IL-1α и IL-1β. IL-1β является мощным провоспалительным цитокином, индуцируемым главным образом лимфоцитами, макрофагами и моноцитами в ответ на микробные молекулы. При вирусной инфекции экспрессируются рецепторы распознавания образов (PRR) и toll-подобные рецепторы (TLR), которые, в свою очередь, приводят к усилению экспрессии IL-1β. IL-1β стимулирует CD4⁺ Т-клетки, а также дифференцирует их в клетки Th17. В дополнение к стимулирующему эффекту семейства IL-1, существуют также члены (IL-1RA и IL-1R2), которые могут ингибировать или подавлять экспрессию цитокинов IL-1. IL-1RA секретируется нейтрофилами, макрофагами, моноцитами и гепатоцитами с целью уменьшения воспаления. Однако экспрессия IL-1RA должна быть выражена (увеличена) в 1000 раз, чтобы эффективно ингибировать или подавлять экспрессию IL-1β [1].

IL-6

IL-6 является плейотропным цитокином, который не только влияет на иммунную систему, но также действует в других биологических системах и многих физиологических процессах, таких как регуляция роста клеток, а также активация генов, пролиферация, выживание и дифференцировка. IL-6 вырабатывается различными типами клеток, включая моноциты, фибробласты и эндотелиальные клетки. При стимуляции IL-6 секретируется многими дополнительными типами клеток, включая макрофаги, Т-клетки, В-клетки, тучные клетки, глиальные клетки, эозинофилы, кератиноциты и гранулоциты. IL-6 стимулирует несколько типов лейкоцитов и выработку белков острой фазы в печени. Это особенно важно для индуцирования дифференцировки В-клеток в антителообразующие клетки (плазматические клетки). Связывание IL-6 с его рецептором инициирует клеточные события, включая активацию JAK (Янус-киназы) и активацию Ras-опосредованной передачи сигналов.

TNF-α

Как и другие провоспалительные Th1-цитокины, TNF-α играет важную роль в воспалительной реакции как локально, так и в кровообращении. TNF-α запускает экспрессию эндотелиальных клеток сосудов, а также усиливает молекулы адгезии лейкоцитов (L-селектины), которые стимулируют инфильтрацию иммунных клеток. Он играет решающую роль в раннем реагировании на вирусную инфекцию, усиливая инфильтрацию лимфоцитов в очаг инфекции [3, 4].

Хемокины

Хемокины - это цитокины, обладающие хемотаксической активностью. Они подразделяются на четыре основных подсемейства, включая хемокины CXC, CC, CX₃C и C, имеющие как структурные, так и функциональные различия. Они играют решающую роль в регулировании движения и локализации лимфоцитов и подмножества дендритных клеток. Хемокины CXC в основном участвуют в рекрутировании иммунных клеток в очаг воспаления, а гомеостатические хемокины опосредуют гомеостатическую миграцию и возвращение лимфоцитов. Однако некоторые хемокины также имеют двойную функцию и могут быть воспалительными и/или противовоспалительными в зависимости от места экспрессии и концентрации [3].

Рисунок 1. Цитокиновая сеть. Иммунные клетки взаимодействуют с другими иммунными клетками с помощью цитокинов, которые контролируют пролиферацию, дифференцировку и функцию. Кроме того, они участвуют в процессах воспаления, кроветворения, нейрогенеза, эмбриогенеза и онкогенеза. В отличие от гормонов, цитокины не накапливаются в железах в виде заранее сформированных молекул, а быстро синтезируются и секретируются в основном после стимуляции. Цитокины часто влияют на действие других цитокинов аддитивным, синергическим или антагонистическим образом.

Таблица 1. Краткое описание выбранных цитокинов и их функций.

Цитокин	Классификация	Основные источники	Рецептор	Клетки-мишени	Основная функция
Эритропоэтин		Эндотелий	EpoR	Стволовые клетки	Производство эритроцитов
G-CSF	Про-воспалительный	Фибробласты, эндотелий	CD114	Стволовые клетки в костном мозге	Производство гранулоцитов
GM-CSF	Адаптивный иммунитет	Т-клетки, макрофаги, фибробласты	CD116, CDw131	Стволовые клетки	Рост и дифференцировка моноцитов и эозинофилов, продукция гранулоцитов
IL-1	Про-воспалительный	Макрофаги, В-клетки, дендритные клетки	CD121a	В-клетки, NK-клетки, Т-клетки	Пирогенная, провоспалительная, пролиферация и дифференцировка, пролиферация клеток костного мозга
IL-2	Адаптивный иммунитет	Клетки Th1	CD25	Активированные Т- и В-клетки, NK-клетки	Пролиферация В-клеток, Т-клеток, функция NK-клеток
IL-3	Адаптивный иммунитет	Т-клетки	CD123, CDw131	Стволовые клетки	Пролиферация и дифференцировка гемопоэтических предшественников
IL-4	Адаптивный иммунитет	CD4+ T-клетки	CD124	В-клетки, Т-клетки, макрофаги	Пролиферация В- и цитотоксических Т-клеток, усиление экспрессии МНС класса II, стимуляция продукции IgG и IgE
IL-5	Адаптивный иммунитет	Th2-клетки и тучные клетки	CDw125, 131	Эозинофилы, В-клетки	Пролиферация и созревание В-клеток, стимуляция продукции IgA и IgM
IL-6	Про-воспалительный	CD4+ T-клетки, макрофаги, фибробласты	CD126, 130	В-клетки, плазматические клетки	В-клеточная дифференцировка
IL-7	Адаптивный иммунитет	Стромальные клетки костного мозга, эпителиальные клетки	CD127	Стволовые клетки	Фактор роста В- и Т-клеток
IL-8	Про-воспалительный	Макрофаги	IL-8R	Нейтрофилы	Хемотаксис для нейтрофилов и Т-клеток
IL-9	Адаптивный иммунитет	Т-клетки	IL-9R, CD132	Т-клетки	Рост и размножение
IL-10	Противо-воспалительный	Т-клетки, В-клетки, макрофаги	CDw210	В-клетки, макрофаги	Ингибирует продукцию цитокинов и функцию мононуклеарных клеток.
IL-11	Про-воспалительный	Стромальные клетки костного мозга	IL-11Ra, CD130	В-клетки	Дифференцировка, индуцирует белки острой фазы
IL-12	Противо-воспалительный	Т-клетки, макрофаги, моноциты	CD212	NK-клетки, макрофаги, опухолевые клетки	Активирует NK-клетки, активация клеток фагоцитов, эндотоксический шок, цитотоксичность опухоли, кахексия
IL-17	Про-воспалительный	Клетки Th17	IL-17R	Моноциты, нейтрофилы	Привлекает моноциты и нейтрофилы к месту инфекции. Активация IL-17, в свою очередь, активирует нисходящий поток многих цитокинов и хемокинов, таких как IL‐1, IL‐6, IL‐8, IL‐21, TNF‐β и MCP‐1
IL-18	Про-воспалительный	Макрофаги, дендритные клетки и эпителиальные клетки	CD218a (IL-18Ra)	Моноциты и Т-клетки	Рекрутирует моноциты и Т-лимфоциты. Синергист с IL-12 в индукции продукции IFNγ и ингибировании ангиогенеза.
IL-22	Противо-воспалительный	Активированные Т-клетки и NK-клетки	IL-22R	Стромальные и эпителиальные клетки	Стимуляция выживания клеток, пролиферации
IL-37 (1L-1F7)	Противо-воспалительный	В-клетки, NK-клетки и моноциты	CD218a (IL-18Ra) и потенц. sIgG-рецептор		Считается, что он действует как отрицательный регулятор внутри клетки, где он взаимодействует с SMAD3, который активируется после активности TGFβ.
IL-38 (IL-1F10)	Противо-воспалительный	В-клетки и макрофаги	IL-1R1		Неизвестно
IFN-α	Про-воспалительный	Макрофаги, нейтрофилы и некоторые соматические клетки	CD118 (IFNAR1, IFNAR2)	Разные	Противовирусное действие
IFN-β	Про-воспалительный	Фибробласты	CD118 (IFNAR1, IFNAR2)	Разные	Противовирусное, антипролиферативное действие
IFN-γ	Про-воспалительный	Т-клетки и NK-клетки	CDw119 (IFNG R1)	Разные	Противовирусное действие, активация макрофагов, усиление функции нейтрофилов и моноцитов, экспрессия MHC-I и MHC-II на клетках
M-CSF	Адаптивный иммунитет	Фибробласты, эндотелий	CD115	Стволовые клетки	Производство и активация моноцитов
TGF-β	Противо-воспалительный	Т-клетки и В-клетки	TGF-βR1, 2, 3	Активированные Т- и В-клетки	Ингибирует пролиферацию Т- и В-клеток, ингибирует кроветворение, способствует заживлению ран
TNF-α	Про-воспалительный	Макрофаги	CD120a, b	Макрофаги	Активация клеток-фагоцитов, эндотоксический шок
TNF-β	Про-воспалительный	Т-клетки	CD120a, b	Фагоциты, опухолевые клетки	Хемотаксический, фагоцитозный, онкостатический эффект, индуцирует другие цитокины
Обозначения: IL; интерлейкин, TNF; фактор некроза опухоли, IFN; интерферон, G-CSF; гранулоцитарный колониестимулирующий фактор, GM-CSF; гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор, M-CSF; макрофагальный колониестимулирующий фактор, TGF; трансформирующий фактор роста, CD; кластер дифференцировки; CDw; кластер дифференцировки, выявляемый только одним моноклональным антителом (mAb)

РОЛЬ ПРОВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ ЦИТОКИНОВ В ПАТОГЕНЕЗЕ ВИРУСНОЙ ИНФЕКЦИИ

При вирусных инфекциях, таких как SARS-CoV-2, RSV, парвовирус B19 и грипп, уровень провоспалительных цитокинов повышается и снижается при элиминации вируса [1, 5]. Вирусные инфекции гриппа А и SARS-CoV-2 приводят к высокой репликации вируса в клетках респираторного эпителия. Кроме того, сама инфекция опосредует агрессивную воспалительную реакцию, которая сама по себе может вызывать повреждение клеток легких. Это способствует большому количеству апоптотических клеток, которые фагоцитируются резидентными макрофагами. При фагоцитозе макрофаги выделяют провоспалительные цитокины, которые привлекают другие иммунные клетки и вызывают острое воспаление в тканях легких, провоцируя лихорадку и усиление фиброза.

Также известно, что апоптотические клетки высвобождают ассоциированные с патогенами молекулярные паттерны (PAMPs) и связывают рецепторы распознавания паттернов (PRRs), что приводит к активации TLR2, TLR3 или TLR4 [7, 8]. Это связывание увеличивает уровни местных IL-1β и IL-8 и привлекает макрофаги и моноциты для удаления оставшихся фрагментов апоптотических клеток, но одновременно это будет привлекать другие иммунные клетки к месту инфекции. Макрофаги будут презентовать вирусные пептиды Т-хелперным клеткам, которые будут активироваться и дифференцироваться с образованием провоспалительных цитокинов Th1-типа, связанных с субпопуляциями клеток Th17. Это, в свою очередь, высвобождает в кровоток волну местных IL-6, IFNγ, MCP-1 и IP-10 (CXCL10).

IL-12 и IL-8 — это другие цитокины, которые вырабатываются для усиления продукции IFNγ, который привлекает моноциты и Т-лимфоциты, но не нейтрофилы (при SARS-CoV-2), чтобы вызвать апоптоз и уничтожить инфицированные клетки. Привлеченные цитотоксические Т-лимфоциты (CTL) очищают инфекцию, и иммунный ответ отступает к состоянию гемостаза [2].

Регуляторные Т-клетки (CD4⁺CD25⁺Foxp3⁺Treg) входят в число Т-клеток, рекрутируемых в очаг инфекции. Они являются важными медиаторами иммунной регуляции и контролируют уровень клеточного иммунного ответа на вирусные инфекции. Treg-клетки секретируют IL-10, важный регуляторный цитокин, который ингибирует чрезмерный ответ Т-клеток и уравновешивает иммунную реакцию [8].

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ ЦИТОКИНОВ

Как описано выше, первичная вирусная инфекция связана с повышенным уровнем провоспалительных цитокинов, хемокинов и интерферонов Th1-типа. Однако регуляция секреции цитокинов имеет решающее значение для поддержания гемостаза иммунной системы. Неправильное регулирование продукции цитокинов может привести к тяжелому воспалению. Было высказано предположение, что аномальный профиль провоспалительных цитокинов или сдвиг баланса иммунного ответа Th1/Th2 играют роль в контроле вирусной инфекции и приводят к персистенции вируса [парвовирус]. Не только экспрессия, но и баланс кинетики провоспалительного и Th1/Th2 цитокинового паттерна является ключом к элиминации вируса и гемостазу иммунной системы.

Некоторые интерлейкины участвуют в регуляции воспаления путем подавления врожденного и приобретенного иммунитета. IL-10, IL-37 и IL-38 входят в число тех, которые регулируют активацию и пролиферацию Т-клеток путем связывания с ингибирующими рецепторами, такими как IL-18Rα и IL-1RL2. IL-38 продуцируется В-клетками и макрофагами и ингибирует IL-1, IL-6, IL-17, IL-22 и TNF [1, 11].

Неправильная регуляция иммунного ответа может привести к резкому увеличению уровней цитокинов и хемокинов, что называется цитокиновым штормом. Это явление характеризуется агрессивной провоспалительной реакцией в сочетании с недостаточной противовоспалительной реакцией, что приводит к потере гомеостаза иммунного ответа [11].

Несколько причин могут привести к цитокиновому шторму, который недавно привлек внимание в медицинских исследованиях, поскольку считается, что он является основной причиной смертности при инфекциях SARS-CoV-2. Вирус SARS-CoV-2 может привести к серьезному повреждению легких, которое вызвано не только распространением вируса, но и чрезмерной стимуляцией иммунной системы, приводящей к массивному и неконтролируемому воспалению [12].

Описано несколько патологий, связанных с цитокиновым штормом, таких как сепсис, синдром токсического шока (TSS), синдром активации макрофагов (MAS), гемофагоцитарный лимфогистиоцитоз (HLH) и синдром гипервоспаления, ассоциированный со злокачественными новообразованиями (MASH) [14]. Ключевыми факторами, идентифицированными при патологиях, сопровождающихся цитокиновым штормом, являются TNF-α, интерфероны, IL-1β, MCP-1 (CCL2) и, что наиболее важно, IL-6 [15]. Многие другие цитокины и хемокины также играют важную роль в цитокиновом шторме.

В предполагаемом патогенезе цитокинового шторма активация главным образом Т-клеток или лизис иммунных клеток вызывает высвобождение IFNγ или TNF-α. Это приводит к активации макрофагов, дендритных клеток, других иммунных клеток и эндотелиальных клеток. После активации эти клетки дополнительно выделяют провоспалительные цитокины. Большие количества IL-6 продуцируются макрофагами и эндотелиальными клетками, активируя Т-клетки и другие иммунные клетки и тем самым создавая петлю положительной обратной связи, которая приводит к цитокиновому шторму, вызывая высвобождение многих других цитокинов и хемокинов, а также повышение концентрации белков острой фазы.

1. Turner MD (2014) Cytokines and chemokines: At the crossroads of cell signalling and inflammatory disease. Biochimica et Biophysica Acta 1843:2563–2582.
2. Russell CD, Unger SA, Walton M, et. al. (2017) The Human Immune Response to Respiratory Syncytial Virus Infection. Clin Microbiol Rev, 30:481-502.
3. Zlotnik A, Yoshie O (2012) The Chemokine Superfamily Revisited. Immunity, 36:705-16.
4. Tay MZ, Poh CM, Renia L, et. al. (2020) The trinity of COVID-19: immunity, inflammation and intervention. Nat Rev Immunol, 28:1-12.
5. Isa A (2006) Cytokine responses in acute and persistent human parvovirus B19 infection. Clin and Exp Immunol, 147: 419–425
6. Skinner D, Marro BS, Lane TE (2019) Chemokine CXCL10 and Coronavirus-Induced Neurologic Disease. Viral Immunol. 32.
7. Merad M (2020) Pathological inflammation in patients with COVID-19: a key role for monocytes and macrophages, Nat Rev Immunol, 6:1-8.
8. Nelemans T, Kikkert M (2019) Viral Innate Immune Evasion and the Pathogenesis of Emerging RNA Virus Infections. Viruses, 11:961.
9. D’Elia RV, Harrison K, Oyston PC, et. al. (2013) Targeting the “Cytokine Storm” for Therapeutic Benefit. Clin Vaccine Immunol, 20:319–327.
10. Conti P, Ronconi G, Caraffa A, et. al. (2020) Induction of Pro-Inflammatory Cytokines (IL-1 and IL-6) and Lung Inflammation by Coronavirus-19 (COVI-19 or SARS-CoV-2): Anti-Inflammatory Strategies. J Biol Regul Homeost Agents, 34:327-331.
11. Tisoncik JR, Korth MJ, Simmons CP, et. al. (2012) Into the Eye of the Cytokine Storm. Microbiol Mol Biol Rev, 76:16-32.
12. Mehta P, McAuley DF, Brown M, Sanchez E, Tattersall RS, Manson JJ (2020) COVID-19: consider cytokine storm syndromes and immunosuppression. Lancet, 395:1033-1034.
13. Shimabukuro-Vornhagen A, Gödel P, Subklewe M, et. al. (2018) Cytokine release syndrome. J Immunother Cancer, 6:56.
14. Weaver LK, Behrens EM (2017) Weathering the storm: Improving therapeutic interventions for cytokine storm syndromes by targeting disease pathogenesis. Curr Treatm Opt Rheumatol, 3:33-48.
15. Yiu HH, Graham AL, Stengel RF (2012) Dynamics of a cytokine storm. PLoS On,. 7:e45027.

СИСТЕМА ЦИТОКИНОВ

Общие понятия и история изучения.

Цитокины являются биологически активными факторами, продуктами очень многих клеток различных тканей и органов, они вырабатываются клетками в процессе их жизнедеятельности в ответ на внешние воздействия [1–2]. Только у отдельных цитокинов синтез носит конститутивный характер. Являясь ответом на различного рода воздействия, продуцируемые клетками цитокины выступают в роли регуляторов всех основных этапов жизнедеятельности, очевидно, любой клетки организма, модулируя процессы пролиферации, дифференцировки, миграции, специализированного функционирования, апоптоза.

Пролиферация - разрастание ткани организма путём размножения клеток делением.

Дифференцировка - процесс реализации генетически обусловленной программы формирования специализированного фенотипа клеток, отражающего их способность к тем или иным профильным функциям. Дифференцировка меняет функцию клетки, её размер, форму и метаболическую активность. В процессе дифференцировки менее специализированная клетка становится более специализированной. Например, моноцит развивается в макрофаг.

Рисунок 1. (a) экспрессия цитокинов и их рецепторов строго регулируется; (b) цитокины могут действовать аутокринным (та же клетка), паракринным (близость) и эндокринным (большое расстояние) способами.

Цитокины - это низкомолекулярные регуляторные белки или гликопротеины, секретируемые иммунными клетками (моноцитами, макрофагами, Т-лимфоцитами, В-лимфоцитами, клетками-киллерами и т.д.) и различными другими клетками (эндотелиоцитами, эпителиальными клетками, фибробластами и т.д.) в организме в ответ на ряд стимулов. Эти белки помогают регулировать развитие иммунных эффекторных клеток, а некоторые цитокины обладают своими собственными эффекторными функциями (Рис. 1а). Определенный цитокин может связываться с рецепторами на мембране той же самой клетки, которая его секретировала, оказывая аутокринное действие; он может связываться с рецепторами на клетке-мишени в непосредственной близости от клетки-продуцента, оказывая паракринное действие; в некоторых случаях он может связываться с клетками-мишенями в отдаленных частях тела, оказывая эндокринное действие (Рис. 1b).

---

По структурным особенностям и биологическому действию все цитокины делятся на несколько самостоятельных групп: гемопоэтины, цитокины семейства фактора некроза опухолей (TNF, ФНО), хемокины. Изученность цитокинов, составляющих различные группы, неодинакова. Наиболее полная информация получена для цитокинов трех групп – гемопоэтинов, интерферонов и цитокинов TNF-семейства.

Изучение цитокинов началось в 40-е годы ХХ века. Именно тогда были описаны первые эффекты кахектина – фактора, присутствовавшего в сыворотке крови и способного вызывать кахексию или снижение веса тела. В дальнейшем данный медиатор удалось выделить и показать его идентичность фактору некроза опухолей (ФНО) (Tumor Necrosis Factor, TNF). В то время изучение цитокинов проходило по принципу обнаружении какого-либо одного биологического эффекта, служившего отправной точкой для названия соответствующего медиатора. Интерлейкин 1 (IL-1) вследствие своей способности повышать температуру тела вначале назывался эндогенным пирогеном в противовес бактериальным липополисахаридам (ЛПС), считавшимся экзогенными пирогенами [3].

Следующий этап изучения цитокинов, относящийся к 60–70-м годам, связан с очисткой природных молекул и всесторонней характеристикой их биологического действия. К этому времени относится открытие Т-клеточного ростового фактора (T-cell growth factors, TCGF), известного теперь как интерлейкин 2 (IL-2), и целого ряда других молекул, стимулирующих рост и функциональную активность Т-лимфоцитов, В-лимфоцитов и других типов лейкоцитов.

В 1979 г. для их обозначения и систематизации был предложен термин «интерлейкины», то есть медиаторы, осуществляющие связь между лейкоцитами. Однако очень скоро выяснилось, что биологические эффекты цитокинов распространяются далеко за пределы иммунной системы, и поэтому более приемлемым стал ранее предложенный термин «цитокины» [3], сохранившийся и по сей день. Революционный поворот в изучении цитокинов произошел в начале 80-х годов после получения рекомбинантных молекул, полностью повторявших биологические свойства природных цитокинов. Важной вехой в истории цитокинов стало клиническое применение рекомбинантных интерферонов (IFN, ИФН) и особенно рекомбинантного IL-2 для лечения рака. 90-е годы ознаменовались открытием субъединичного строения рецепторов цитокинов и формированием понятия «цитокиновая сеть», а также открытием новых цитокинов путем генетического анализа.

Классификация и общие свойства цитокинов

Классификация цитокинов в основном проводится по их биологическим свойствам. К цитокинам относятся интерфероны ИФН (англ. IFN), колониестимулирующие факторы, хемокины, трансформирующие ростовые факторы; группа фактора некроза опухолей ФНО (англ. TNF); IL (интерлейкины) со сложившимися историческими порядковыми номерами и некоторые другие [3]. Все IL могут быть разделены на про- и противоспалительные цитокины, ростовые и дифференцировочные факторы лимфоцитов, отдельные регуляторные цитокины.

Общие свойства цитокинов, объединяющие их в самостоятельную систему регуляции, следующие:

1. цитокины являются полипептидами или белками, часто гликозилированными, с молекулярной массой (м.м.) от 5 до 50 кДа (kilodalton - kDa). Для сравнения м.м. иммуноглобулина G (IgG) равна 160 кДа;
2. цитокины не имеют антигенной специфичности биологического действия. Они влияют на функциональную активность клеток, принимающих участие в реакциях врожденного и приобретенного иммунитета. Тем не менее, воздействуя на Т- и В-лимфоциты, цитокины способны стимулировать антигензависимые процессы в иммунной системе;
3. синтез цитокинов является индуцибельным процессом. Большинство цитокинов не синтезируется клетками вне воспалительной реакции и иммунного ответа. Экспрессия генов цитокинов начинается в ответ на проникновение в организм патогенов, антигенное раздражение или повреждение тканей. Наиболее сильными индукторами синтеза цитокинов служат компоненты клеточных стенок бактерий: липополисахариды (ЛПС), пептидогликаны и мурамилдипептиды;
4. цитокины синтезируются в ответ на стимуляцию через короткий промежуток времени. Синтез прекращается за счет разнообразных механизмов ауторегуляции, включая повышенную нестабильность РНК, и существования отрицательных обратных связей, опосредуемых простагландинами, кортикостероидными гормонами и другими факторами;
5. один и тот же цитокин может вырабатываться различными по гистогенетическому происхождению типами клеток организма в разных органах;
6. цитокины обладают плейотропностью биологического действия. Один и тот же цитокин может действовать на многие типы клеток, вызывая различные эффекты в зависимости от вида клеток-мишеней [4, 5];
7. для цитокинов характерна взаимозаменяемость биологического действия. Несколько разных цитокинов могут вызывать один и тот же биологический эффект либо обладать похожей активностью;
8. биологические эффекты цитокинов опосредуются через специфические клеточные рецепторные комплексы, связывающие цитокины с очень высокой аффинностью, причем отдельные цитокины могут использовать общие субъединицы рецепторов [6–11]. Каждый цитокин связывается со своим специфическим рецепторным комплексом. Рецепторы цитокинов могут существовать в растворимой форме, сохраняя способность связывать лиганды;
9. цитокины индуцируют либо подавляют синтез самих себя, других цитокинов и их рецепторов, участвуя в формировании цитокиновой сети [5, 12–14];
10. цитокины могут быть ассоциированными с мембранами синтезирующих их клеток, обладая в виде мембранной формы полным спектром биологической активности.

Цитокины могут влиять на пролиферацию, дифференцировку и функциональную активность клеток-мишеней. Существует несколько вариантов проявления биологической активности в зависимости от участия различных внутриклеточных систем в передаче сигнала от рецептора, что связано с особенностями конкретных клеток-мишеней [3, 15]. Цитокины могут оказывать антиапоптотическое действие посредством проведения сигнала с участием bcl2 и связанных с ним белков. Митогенное действие с активацией синтеза ДНК осуществляется с участием c-Myc, mTOR, CdK. Оба описанных сигнала приводят к поддержанию жизнеспособности и длительному росту клеток. Напротив, сигнал к апоптозу проводится с участием специфического участка рецепторов группы ФНО, так называемого домена смерти (death domain). Дифференцировочный сигнал, приводящий к выбору пути развития либо терминальной дифференцировке клеток, осуществляется с участием внутриклеточных белков – сигнальных трансдукторов и активаторов транскрипции. G-белки участвуют в передаче сигнала от хемокинов, что приводит к усилению миграции и адгезии клеток.

Цитокины действуют на клетки различными путями: аутокринно – на клетку, синтезирующую и секретирующую данный цитокин; паракринно – на клетки, расположенные вблизи клетки-продуцента, например, в очаге воспаления или лимфоидном органе; эндокринно – дистантно на клетки любых органов и тканей после попадания цитокина в циркуляцию. В последнем случае действие цитокинов напоминает действие гормонов.

Цитокины и иммунный ответ на местном уровне

Цитокины, в первую очередь, регулируют развитие местных защитных реакций в тканях с участием различных типов клеток крови, эндотелия, соединительной ткани и эпителия. Защита на местном уровне развивается путем формирования типичной воспалительной реакции с ее классическими проявлениями – развитием отека, покраснением, появлением болевого синдрома и нарушением функции. Воспаление развивается в ответ на повреждение и проникновение в ткани патогенов при участии провоспалительных цитокинов, к которым относятся IL-1, TNF, IL-6, хемокины и некоторые другие цитокины [16–24].

Перечисленные цитокины синтезируются в очаге воспаления, главным образом, макрофагальными 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 [25–27]. При этом происходит выброс низкомолекулярных медиаторов воспаления, таких как гистамин, простагландины и др., ответственных за развитие воспалительной реакции в полном объеме [24]. Хемокины усиливают направленную миграцию лейкоцитов в очаг воспаления и вместе с другими цитокинами увеличивают их функциональную активность – фагоцитоз и продукцию кислородных радикалов, направленную на элиминацию патогена [28–30]. 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 цитокины 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. Последовательные этапы формирования воспалительной реакции изучены достаточно хорошо, однако до последнего времени были неизвестны клеточные рецепторы, передающие активационные сигналы после взаимодействия с различными бактериальными патогенами или компонентами их клеточных стенок. Лишь в последние годы выяснилось, что эта функция связана с Toll-белками, которые экспрессированы на поверхностных мембранах многих типов лейкоцитов, особенно макрофагов и дендритных клеток (см. дополнительно: Toll-подобные рецепторы).

Toll-белки ответственны за активацию синтеза провоспалительных цитокинов IL-1, ФНО и др. По сути, семейство молекул IL-1 использует тот же путь активации клеток, который осуществляется и при первичном распознавании патогенов Toll-белками, и это нужно для усиления сигнала к развитию защитной воспалительной реакции. 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 вызывать продукцию тех же провоспалительных цитокинов и самого себя.

IL-1 практически повторяет все биологические эффекты ЛПС как на местном, так и на системном уровне. Рецепторы к 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 [15, 31, 32]. 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 амплификатором развития защитных реакций, используя гомологичные рецепторы и полностью идентичные внутриклеточные сигнальные системы.

Цитокиновые рецепторы

Цитокины могут действовать только на клетки-мишени, которые экспрессируют для них рецепторы. Часто экспрессия цитокиновых рецепторов, как и сама продукция цитокинов, активно регулируется, поэтому покоящиеся клетки либо не экспрессируют данный рецептор, либо экспрессируют версию этого рецептора с низкой или малой аффинностью. Примером последнего положения может служить IL-2-рецептор, который может экспрессироваться на мембране клеток либо в качестве димера, обладающего малой аффинностью (β- и у-цепи), либо в виде тримера с высокой аффинностью, содержащего три субъединицы α, β и у. Интерлейкин-2 способен индуцировать на активированных клетках экспрессию высокоаффинного IL-2-рецептора — свойство, уникальное для Т-клеток, подвергавшихся антигенной стимуляции. Достаточно сказать, что регуляция количества рецепторов, экспрессированных на мембране клетки-мишени, и/или формы экспрессируемого рецептора способствует тому, что только популяция активированных клеток-мишеней ответит на цитокин(ы) в данном микроокружении.

Рецепторы к цитокинам можно разделить на ряд семейств в соответствии со свойствами рецепторных белков: семейство цитокиновых рецепторов 1 класса; семейство цитокиновых рецепторов II класса; суперсемейство рецепторов TNF; рецепторы суперсемейства иммуноглобулинов; семейство хемокиновых рецепторов.

Системная воспалительная реакция

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. Действие провоспалительных цитокинов на ЦНС приводит к снижению аппетита и изменению всего комплекса поведенческих реакций. 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 (СВР).

Системное воспаление – это типовой, мультисиндромный, фазоспецифичный патологический процесс, развивающийся при системном повреждении и характеризующийся тотальной воспалительной реактивностью эндотелиоцитов, плазменных и клеточных факторов крови, соединительной ткани, а на заключительных этапах и микроциркуляторными расстройствами в жизненно важных органах и тканях.

Системная воспалительная реакция (СВР) представляет собой скоординированный набор физиологических действий, которые служат для борьбы с инфекцией, заживления ран и способствуют восстановлению после внешних стрессоров. Таким образом, в большинстве случаев системная воспалительная реакция увеличивает вероятность успешного исхода после острой травмы или инфекции. Однако при определенных условиях, например при серьезной травме, может возникнуть чрезмерная провоспалительная реакция, которая ухудшает прогноз. И наоборот, недостаточное потребление белковых калорий может привести к иммунодефициту, подвергая человека риску заражения. Наконец, хроническое воспаление низкой степени тяжести, которое является постоянным, как это видно при ожирении, диабете и метаболическом синдроме, может привести к серьезным рискам для здоровья. Таким образом, воспалительные состояния в диапазоне от хронических низкосортных до острых тяжелых реакций могут оказывать глубокое воздействие на заболеваемость и проявляться повышенным риском смертности. Методы лечения, направленные на подавление системной воспалительной реакции путем нацеливания на источник воспаления, могут значительно улучшить исход лечения пациентов при хронических воспалительных состояниях и некоторых острых воспалительных состояниях.

Одно из первых проявлений СВР, связанное с действием цитокинов на терморегуляторный центр гипоталамуса, заключается в подъеме температуры тела. Увеличение температуры тела 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, необходимых для борьбы с патогеном, но одновременно снижается синтез альбумина [33]. 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 цитокинов служит изменение ионного состава плазмы крови при развитии СВР. 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 (FTS) – одного из основных тимических гормонов, обеспечивающих дифференцировку лимфоцитов [3].

Влияние цитокинов на кроветворную систему связано с существенной активацией гемопоэза. Увеличение числа лейкоцитов 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.

Концентрация цитокинов

Увеличение уровней цитокинов не может продолжаться бесконтрольно, так как гиперпродукция цитокинов служит причиной развития ряда патологических состояний, в частности, септического шока и деструкции тканей. Появление цитокинов в кровотоке сразу приводит к увеличению синтеза стероидных гормонов, причем IL-1 и другие провоспалительные 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 [34–36]. Это является эффективным механизмом отрицательной обратной связи для предотвращения гиперпродукции цитокинов. Тем не менее, в ряде случаев уровни цитокинов превышают физиологические концентрации.

Цитокины в низких концентрациях нужны для правильного формирования местного воспаления, более высокие дозы вызывают развитие СВР, но патологически высокие концентрации приводят к состоянию септического шока и гибели организма.

Большинство цитокинов не играют никакой роли в нормальной физиологии организма, они синтезируются лишь при развитии защитных реакций. Тем не менее, некоторые цитокины в небольших количествах синтезируются постоянно, регулируя различные этапы нормального гемопоэза, либо только на определенных этапах развития организма. Так, в онтогенезе цитокины группы TNF и ряд хемокинов регулируют нормальное развитие клеток, миграцию лимфоидных предшественников и закладку органов иммунной системы.

Цитокины в стимуляции иммунного ответа по клеточному или гуморальному типу

Не менее важную роль цитокины играют и в регуляции дифференцировки и функциональной активности лимфоцитов, а значит, в регуляции адаптивного иммунитета. В настоящее время признано, что типы иммунного ответа связаны с одним из вариантов активации лимфоцитов с преимущественным участием клонов Т-лимфоцитов хелперов первого типа (Тh1) или второго типа (Тh2), которые различаются по спектрам продуцируемых цитокинов и ролью в стимулировании развития иммунного ответа по клеточному или гуморальному типу. Активация Тh1, секретирующих IL-2 и IFNγ, ведет к стимуляции главным образом функций Т-лимфоцитов и макрофагов и к развитию клеточного типа ответа, тогда как синтез Т-хелперами 2-го типа IL-4, IL-5, IL-10, IL-13 и IL-25 стимулирует преимущественно гуморальное звено иммунитета [37, 38]. У человека эта ситуация выглядит несколько сложнее за счет существования Т-хелперных клонов, секретирующих одновременно IL-2, IL-4 и IFNγ и некоторые другие сочетания цитокинов. Роль этих клонов в регуляции иммунитета пока окончательно не выяснена.

Таким образом, на уровне организма цитокины осуществляют связь между иммунной, нервной, эндокринной, кроветворной и другими системами и служат для их вовлечения в организацию и регуляцию единой защитной реакции. Цитокины 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.

---

На заметку

ЦИТОКИНЫ

Характеристика, механизмы действия и функции

Цитокины (англ. Cytokine) – это продуцируемые клетками белково-пептидные факторы, осуществляющие короткодистантную регуляцию межклеточных и межсистемных взаимодействий. Цитокины определяют выживаемость клеток, стимуляцию или ингибирование их роста, дифференцировку, функциональную активацию и апоптоз клеток. Способность регулировать перечисленные функции обусловлена тем, что после взаимодействия цитокинов с комплементарными рецепторами на поверхности клеток, сигнал через элементы внутриклеточной трансдукции передается в ядро, где активируются соответствующие гены. Белки, продукты активированных цитокинами генов, синтезируются клетками и регулируют перечисленные выше процессы.

Цитокины (ЦК) – гормоноподобные молекулы, действие которых на клетку-мишень опосредуется высокоспецифичными высокоаффинными мембранными рецепторами.

Все рецепторы ЦК представляют собой трансмембранные гликопротеины, у которых внеклеточная часть отвечает за связывание ЦК. Как правило, эти рецепторы состоят более чем из одной субъединицы, причем высокоаффинное связывание является следствием взаимодействия с разными субъединицами, каждая из которых сама способна связывать соответствующий ЦК, но с более низкой аффинностью. Одни субъединицы рецепторов реагируют только с определенным ЦК, в то время как другие способны формировать общие рецепторы для разных ЦК. Наличие общих структур в рецепторах может обусловливать функциональное сходство ряда ЦК. Кроме того, существуют общие групповые рецепторы, способствующие устранению избытка ЦК в очаге поражения. Синтез рецепторов протекает более интенсивно и длительно, чем синтез cоответствующих ЦК, что обусловливает их более полную и быструю элиминацию из сосудистого русла и реализацию биологического эффекта в очаге поражения. Растворимый рецептор, связывающийся с ЦК, – это отщепленный ферментом внеклеточный домен мембранного рецептора. Растворимые рецепторы сохраняют высокую аффинность в отношении своих лигандов и благодаря этому способны нейтрализовать ЦК, препятствуя их доступу к интактным мембранным рецепторам; их можно обнаружить в сыворотке и моче. Растворимые рецепторы могут выполнять функции конкурирующих антагонистов, а также участвовать в транспорте, доставке ЦК в очаг поражения и выведении их из организма. В результате взаимодействия ЦК с рецептором инициируется сигнал, передача которого в клетку обычно происходит либо по пути с участием янус-киназы (JAK-STAT), либо по пути Ras-MAP киназы .

В отличие от классических гормонов большинство ЦК является молекулами локального (паракринного) действия. Они продуцируются и утилизируются клетками, находящимися в тесной близости. Возможно и аутокринное действие ЦК, т.е. действие на ту же клетку, которая секретировала данный ЦК. После выделения клетками-продуцентами ЦК имеют короткий период полувыведения из кровотока. Выведение катаболизированных ЦК из организма осуществляется печенью и почками. Несмотря на короткий период жизни ЦК, в сыворотках даже здоровых доноров иногда определяются их низкие уровни. Секреция ЦК – краткосрочный процесс. Кодирующая ЦК мРНК нестабильна, что в сочетании с краткосрочностью транскрипции генов ЦК приводит к непродолжительности их биосинтеза.

К системе цитокинов в настоящее время относят около 300 индивидуальных полипептидных веществ. Среди всех известных к настоящему времени секретируемых клетками регуляторных факторов две группы цитокинов являются наиболее хорошо изученными и, в связи этим, наиболее часто используемыми в диагностических целях. Это факторы роста и цитокины иммунной системы (ИС).

Цитокины иммунной системы характеризуются следующими общими свойствами:

• синтезируются в процессе реализации механизмов естественного или специфического иммунитета;
• проявляют свою активность при очень низких концентрациях (порядка 10-11 М/л);
• служат медиаторами иммунной и воспалительной реакций и обладают аутокринной, паракринной и эндокринной активностью;
• обладают плейотропной (полифункциональной) активностью, т.е. один ЦК оказывает влияние на различные процессы;
• характеризуются последовательностью осуществления эффектов: один ЦК способен индуцировать продукцию другого ЦК или экспрессию его рецепторов;
• наблюдается также синергизм и антагонизм действия различных ЦК.

Классификация ЦК может проводиться по их биохимическим и биологическим свойствам, а также по типам рецепторов. В зависимости от того, какие клетки ИС преимущественно синтезируют тот или иной ЦК, различают интерлейкины (IL), монокины и лимфокины. В настоящее время 37 интерлейкинов имеют цифровые обозначения (IL-1,...  IL-37), остальные ЦК буквенные: CSF (колониестимулирующие факторы), OSM (онкостатин М), LIF (фактор, ингибирующий лейкозные клетки), TGF (трансформирующие факторы роста), CNTF (цилиарный нейротрофический фактор), TNF (фактор некроза опухолей), интерфероны (IFN) и т.д.

По механизму действия цитокины иммунной системы можно условно подразделить на следующие группы:

1. Провоспалительные ЦК (IL-1, IL-6, IL-12, TNF-α, IFN-α, IFN-β, IFN-γ, хемокины – IL-8, MCP-1, RANTES и др.) продуцируются и действуют на иммунокомпетентные клетки, инициируя воспалительный ответ. Многие авторы отмечают, что высокий уровень этих ЦК является отражением активности и тяжести патологического процесса.
2. Противовоспалительные ЦК (IL-4, IL-10, TGF-β и др.), регулирующие специфические иммунные реакции и ограничивающие развитие воспаления.
3. Регуляторы клеточного и гуморального иммунитета (естественного или специфического), обладающие собственными эффекторными функциями (противовирусными, цитотоксическими).

Таблица 1. Функциональные свойства цитокинов (адаптир. из [45], 2003 г.)

Функции	Цитокины
Гемопоэз	IL-3; IL-4; IL-5; IL-9; IL-11; IL-12; IL-13; IL-14; Г-КСФ (G-CSF) - Гранулоцитарно-колониестимулирующий фактор; ГМ-КСФ (GM-CSF) - Гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор; М-КСФ (M-CSF) - Макрофагальный колониестимулирующий фактор.
Регуляция иммунного ответа (созревание, пролиферация и функциональная активность иммунокомпетентных клеток)	Интерфероны (IFN) I и II типа, IL-1, IL-2, IL-5, IL-6, IL-8, IL-15, IL-18, фактор некроза опухолей ФНО (TNF)
Воспаление	IL-1, IL-4, IL-5, IL-6, IL-8, IL-11, IL-13, IL-15, IL-16, IL-18
Апоптоз	IL-3, IL-5, IL-6, IL-7, IL-9, IL-12, ИФН-α (IFN-α) Интерферон-α
Ангиогенез	ГМ-КСФ (GM-CSF); Г-КСФ (G-CSF); ТРФ (TGF); IL-1; IL-4; IL-8; IL-13
Нейрогенез	IL-1, IL-3, IL-6, IL-9, IL-11

В этой таблице приведены далеко не все процессы, в которых участвуют цитокины.

Спектры биологических активностей ЦК ИС в значительной степени перекрываются: один и тот же процесс может стимулироваться в клетке более чем одним ЦК. Во многих случаях в действиях ЦК наблюдается синергизм. Антигенная (АГ) стимуляция приводит к секреции ЦК «первого поколения» – IL-1 и IL-6, TNF-α, которые индуцируют биосинтез центрального регуляторного ЦК: IL-2, а также IL-3-5, INFγ и др. В свою очередь ЦК «второго поколения» влияют на биосинтез ранних ЦК. Такой принцип действия позволяет не только регулировать иммунный ответ, но и амплифицировать его, вовлекая в реакцию все возрастающее число клеток. IL-2 появляется в цитоплазме Т-клеток через 2 ч после стимуляции; IL-4 через 4 ч, IL-10 через 6 ч, IL-9 через 24 ч. Пик выработки различных лимфокинов варьирует: 12 ч для IL-2, 48 ч для IL-4 и IL-5, 72 ч для IL-9 и INFγ.

Действие ЦК тесно связано с физиологическими и патофизиологическими реакциями организма. При этом происходит модуляция как локальных, так и системных механизмов защиты. Одной из важнейших функций системы ЦК является обеспечение согласованного действия иммунной, эндокринной и нервной системы в ответ на стресс. Усиление продукции определенных ЦК воспаления или факторов, стимулирующих рост лимфоцитов, может лежать в основе некоторых заболеваний. В то же время снижение уровня ряда ЦК также способно провоцировать заболевание. Так, CSF играет ведущую роль в нормальном гемопоэзе, и уменьшение его продукции нарушает механизмы защиты против инфекций.

Поскольку ЦК являются локальными медиаторами, более целесообразно измерять их уровни в соответствующих тканях после экстракции тканевых протеинов или в естественных жидкостях, например, в слезе, смывах из полостей, моче, спинномозговой жидкости и т.д. Уровни ЦК в сыворотке или других биологических жидкостях от- ражают текущее состояние работы иммунной системы, т.е. их синтез клетками in vivo. В норме в крови ЦК ИС не определяются. Выявление ЦК обычно отражает наличие воспаления. Определение уровней продукции ЦК мононуклеарами периферической крови (МПК) in vitro показывает функциональное состояние этих клеток (МПК — это крупные одноядерные клетки лимфоидного ряда, похожие на нормальные клетки крови — моноциты. Они относятся к группе фагоцитов и отвечают за защитные силы организма — захватывают и уничтожают вирусы и болезнетворные бактерии, в результате чего становятся больших размеров. В норме уровень мононуклеаров в крови не превышает 1% - ред.). Спонтанная продукция ЦК МПК в культуре свидетельствует, что они уже активированы in vivo. Индуцированный (различными стимуляторами, митогенами) синтез ЦК отражает потенциальную, резервную способность клеток отвечать на АГ-стимул (в частности, на действие лекарственных препаратов). Сниженная индуцированная продукция ЦК in vitro может служить одним из признаков иммунодефицитного состояния.

При оценке уровней ЦК необходимо помнить, что они являются АГ-неспецифическими факторами. Поэтому специфическая диагностика инфекционных, аутоиммунных и аллергических заболеваний с помощью определения уровня тех или иных ЦК невозможна. Тем не менее, изучение уровней ЦК позволяет получить информацию о функциональной активности различных типов иммунокомпетентных клеток; о тяжести воспалительного процесса, его переходе на системный уровень и прогнозе; о соотношении процессов активации Th1 и Th2, что очень важно при дифференциальной диагностике ряда инфекционных и иммунопатологических процессов; о стадии развития ряда аллергических и аутоиммунных заболеваний. Кроме того, определение уровней ЦК используется при применении новых иммуномодулирующих препаратов на основе рекомбинантнных ЦК и их антагонистов для изучения фармакокинетики этих препаратов, а также  их споcобности индуцировать синтез других ЦК.

Однако необходимо учитывать то обстоятельство, что биологические эффекты многих ЦК, в частности интерлейкины, имеют высокую степень идентичности, которая создает достаточно широкие возможности для компенсации недостаточности или дефицита одних медиаторов другими, а также то, что многие ЦК способны взаимодействовать со структурами одних и тех же рецепторных комплексов. Именно это обстоятельство объясняет нередко отсутствие корреляции между содержанием тех или иных ЦК и клиническими особенностями течения патологического процесса. В равной степени это относится и к возможному отсутствию корреляции между уровнями ЦК и эффективностью терапии. Становится все более очевидным, что ориентация только на уже хорошо известные ЦК может не отражать истинного состояния цитокиновой регуляции, особенно если учесть, что в подавляющем большинстве случаев определение ЦК ограничено лишь несколькими из них.

Регуляция Т-хелперов

Цитокины субпопуляций CD4⁺ Т-клеток.

Популяцию Т-хелперов (Th) можно разделить на различные субпопуляции в зависимости от секретируемых ими ЦК. Th0 секретируют IL-2 - IL-5, INF-γ, GM-CSF и способны дифференцироваться в Th1 или Th2. Th1 участвуют в процессах клеточного иммунитета, активируют макрофаги, продуцируют IL-2 и IL-3, INFγ и GM-CSF. Th2 способствуют синтезу антител (АТ) В-клетками, секретируют IL-4 - IL-6, IL-10, IL-13. ЦК, продуцируемые Th1 и Th2, оказывают взаимоингибирующее действие: INFγ подавляет пролиферацию Th2, а IL-10 – Th1 клеток.

В зависимости от того, с какими клетками взаимодействует АГ на ранней стадии иммунного ответа – с макрофагами, продуцирующими IL-12, или с Т-клетками, секретирующими IL-4, – определяется характер ответа: Th1-тип или Th2-тип. Нарушение баланса Th1/Th2 (цитокин-продуцирующей активности Th1 и Th2) играет значительную роль в развитии аутоиммунных состояний, хронизации и прогрессировании воспалительных заболеваний. Например, если при инфекциях, вызванных внутриклеточными микроорганизмами и вирусами, произойдет переключение клеточного иммунитета на гуморальный, то будет наблюдаться осложнение течения.

Итак, имеются по крайней мере два типа Т-хелперов (Th): Тh1, которые опосредуют защиту организма от внутриклеточных инфекций и участвуют в аутоиммунных патологиях, и Th2, которые защищают организм от внеклеточных патогенов и инициируют аллергический иммунный ответ. Известно, что Тh1 и Th2 отличаются между собой набором синтезируемых цитокинов. Недавно были получены доказательства, что в составе Тh существуют другие популяции клеток, которые могут быть агонистами или антагонистами Тh1. Так, были открыты Тh17, которые существенно отличаются по фенотипу и физиологии от Тh1 и Тh2.

На раннем этапе Тh17 развиваются под воздействием цитокинов IL-1 и IL-6 , а когда они приобретают способность продуцировать IL-17, появляется IL-23, который является ключевым в поддержке эффекторных функций Тh17 и увеличивает продолжительность их существования. IL-23 активирует продукцию IL-17 Тh17 в отсутствие IFNγ и IL-4. Тh17 предпочтительно экспрессируют транскрипционный фактор ROR-c (RAR Related Orphan Receptor C, кодирующий RORγ), который активирует продукцию IL-17. Сигналы, идущие от активированного Т-клеточного рецептора (TCR), являются критичными в регуляции и контроле продукции IL-17. IL-6, IL-12 и IL-23 активируют транскрипционный фактор STAT3. Было показано, что комбинация TGF-β и IL-21 может индуцировать развитие Тh17, однако TGF-β и IL-6 не способны инициировать дифференцировку Тh17, при этом сам по себе TGF-β может супрессировать (задерживать) генерацию Тh17 у человека. IL-1β, IL-6 и IL-23 способны управлять секрецией IL-17 короткоживущими CD4⁺Т-клетками, изолированными из периферической крови человека, хотя факторы, требующиеся для дифференцировки наивных CD4⁺T-клеток в Тh17, пока не известны. Таким образом, IL-1β и IL-6, но не TGF-β, являются основными в дифференцировке IL-17-продуцирующих Th (Тh17).

Рис. 4. Субпопуляции Th1-Th2 (по Bieber, 2008). Показано, что направление дифференцировки Th обусловлено типом дендритной клетки и микроокружением. При презентации антигена наивные Тh-клетки (Th0) подвергаются воздействию либо IL-12 и IL-18, либо IL-4, которые поляризуют их в Th1 или Th2, соответственно. Th1 продуцируют IFN-γ, в то время как Th2 синтезируют IL-4, IL-5 и IL-13. Th0 клетки продуцируют цитокины Th1-типа и Th2-типа, возможно, в ответ на менее выраженный поляризующий сигнал. Оба типа Th имеют различную физиологическую роль, и предполагается, что баланс между этими популяциями обеспечивает нормальные условия функционирования иммунной системы. Значительное преобладание Th2 приводит к развитию патологических условий, таких как сверхпродукция IgE и аллергические заболевания.

Рис. 5. Дифференцировка Th17 клеток человека (Miossec et al., 2009). Ключевые цитокины для развития Th17-клеток человека: TGF-β, IL-1β, IL-6, IL-21, IL-23. В дополнение к классическим Th1 и Th2, была идентифицирована смешанная подгруппа Th1-Th17, которая экспрессирует T-bet и ROR-c (см. RORγ). При воспалении в тканях наблюдаются дифференцированные клетки, продуцирующие цитокины. На микрофотографиях показаны: окрашенная иммуногистохимически цитоплазма (антитела к IL-17 коричневый цвет) CD4⁺T-клеток, активированных in vitro в течение 24 ч; и клетка в препарате ревматоидного синовия. Эти клетки утратили Т-клеточный рецептор (TCR) и CD3 комплекс.

Рис. 6. Типы Th и их эффекторные функции (Miossec et al., 2009).

Показано отличие Тh17 от Тh1 и Th2 в цитокиновом профиле. В ответ на IL-23 Тh17 продуцируют IL-17A, IL-17F, IL-22, IL-26, IFNγ и хемокин CCL20 (см. рисунок). Тh17 можно отнести к Т-клеткам памяти, т.к. они имеют фенотип CD4⁺CD45RO⁺ (CD45RO это изоформа белка CD45, экспрессируется на активированных Т-клетках, в т.ч. Т-клетках памяти, некоторых подмножествах В-клеток, активированных моноцитах/макрофагах и гранулоцитах. CD45RO усиливает активацию как Т - клеточного рецептора, так и В-клеточного рецептора, опосредованную сигнализацией - ред.). Они экспрессируют IL-23R и продуцируют IL-17 в количествах больших, чем все другие клетки. Продукция IL-17 происходит независимо от транскрипционных факторов STAT1, t-bet, STAT4 и STAT6.

IL-22 более сильно экспрессируется клетками Тh17, чем Тh1 и Тh2. Тh17 являются основными продуцентами IL-22, а IL-23 и воспаление усиливают эту продукцию. IL-22, IL-17А и IL-17F совместно активируют продукцию антимикробных пептидов β-дефензина 2, S100A7 и S100A8.

Псориатические поражения кожи инфильтрированы Тh17, которые продуцируют IL-17A и IL-22. Было обнаружено, что кератиноциты человека, стимулированные супернатантом Т-клеток, взятых из псориатических повреждений, увеличивают продукцию кателицидина. Это увеличение было опосредовано через сигнал с IL-17R. In vitro IL-17, но не IL-22, усиливал синтез мРНК кателицидина. Можно сказать, что Тh17 являются клетками, участвующими в воспалительных и аутоиммунных процесах, с одной стороны, а с другой – осуществляют защиту организма от внеклеточных бактерий и паразитов.

Интерлейкин-12 / Интерлейкин-23

IL-23 и IL-12 – гетеродимерные цитокины, состоящие из общей р40 субъединицы и оригинальных вторых субъединиц – IL-23p19 и IL-12p35. Соответственно, IL-12p70 – это гетеродимер, состоящий из 35-кДа субъединицы (IL-12p35) и 40-кДа cубъединицы (IL-12p40), связывающейся с рецептором IL-12. Субъединица р40 продуцируется активированными дендритными клетками, макрофагами/моноцитами, микроглией, клетками костного мозга, культивируемыми в присутствии фактора стволовых клеток и кератиноцитами. Субъединица IL-23 – р19 не обладает самостоятельной биологической активностью. IL-23 передает сигнал через специфический рецептор (IL-23R) и осуществляет функции, которые могут и перекрываться, и отличаться от таковых у IL-12. При экспериментальной аутоиммунной энцефалопатии у мышей введение нейтрализующих антител к IL-17 снимало аутоиммунные повреждения, опосредованные популяцией Т-клеток, развившихся под действием IL-23. Это подтверждает важность цитокинового каскада с участием IL-23 и IL-17 при аутоиммунных заболеваниях. IL-23 может индуцировать вызванные опухолями цитотоксические Т-клеточные ответы.

Рис. 7. Воздействие IL-17 на функции клеток и его роль в патофизиологии различных заболеваний (Miossec et al., 2009)

Интерлейкин-17A (IL-17A)

IL-17 охарактеризован как провоспалительный цитокин, основным продуцентом которого являются клетки-памяти, имеющие фенотип CD4CD45RO (Th17). Семейство IL-17 включает 6 молекул: IL-17А, -17B, -17C, -17D, -17E, -17F. Во врожденном иммунитете первый из открытых членов семейства IL-17А функционирует как фактор защиты организма от патогенов. Его продукция находится под контролем IL-23.

Получены данные о роли IL-17A в воспалительных и аутоиммунных заболеваниях, а также при раке. IL-17R экспрессируется на тучных клетках, фибробластах, эмбриональных гепатоцитах, пре-B-клетках и клетках эпителия кишечника. IL-17А опосредует связь между Т-клетками и гемопоэтической системой. Он усиливает пролиферацию частично активированных Т-клеток и повышает продукцию оксида азота (NO) в хряще при остеоартрите. IL-17А может приводить к усилению антителозависимой гибели опухолевых клеток. Повышенные уровни IL-17A связаны с такими состояниями, как воспалительный процесс дыхательных путей, ревматоидный артрит, внутрибрюшинные абсцессы и спайки, воспалительные заболевания пищеварительного тракта, отторжение аллогенных трансплантатов, псориаз, рак и рассеянный склероз.

Цитокины и иммунный ответ при инфекционных заболеваниях

При попадании микроорганизмов активируется альтернативный путь активации системы комплемента. Нейтрофилы и макрофаги, удаляют патогены с помощью фагоцитоза. В месте инфекции секретируются медиаторы воспаления, которые локально активируют экспрессию молекул адгезии (ICAM-1, VCAM-1, Е-селектина и L-селектина) кровеносных сосудов и обеспечивают адгезию и плотное связывание нейтрофилов и активированного эндотелия. В ответ на действие таких хемоаттрактантов, как IL-8 и MIP-1α, нейтрофилы проникают в пространство между эндотелиальными клетками сосудов (диапедез). Хемоаттрактанты формируют в ткани градиент концентрации. Активированные нейтрофилы мигрируют вдоль этого градиента до места инфекции, где они разрушают патоген.

Некоторые макрофаги, называемые резидентными или фиксированными, постоянно находятся в тканях, другие мигрируют из кровотока. Активация различными медиаторами способствует уничтожению патогенов макрофагами. INFγ, продуцируемый NK-клетками, повышает экспрессию молекул II класса главного комплекса гистосовместимости (MHC) на поверхности клеток, усиливает фагоцитоз и механизмы уничтожения. Молекулы патогенов, такие как липополисахариды (ЛПС), в больших количествах присутствующие на поверхности грамотрицательных бактерий, вызывают гиперактивацию макрофагов, приводящую к секреции провоспалительных ЦК – IL-1, IL-6 и TNF-α, и усилению фагоцитоза.

При репликации вируса в клетке, двуспиральная вирусная РНК индуцирует продукцию IFN-α и IFN-β. Эти ЦК оказывают различные эффекты на продукцию IFNγ и вызывают прекращение синтеза белка в инфицированной клетке, тем самым не допуская продукцию вирусных белков. IFN-α и IFN-β способствуют активации NK-клеток, разрушающих инфицированные клетки с помощью специальных белков, таких как перфорин и протеазы гранзимы. При секреции в непосредственной близости от инфицированной клетки, перфорин образует поры в ее мембране, сквозь которые гранзимы попадают в клетку и индуцируют апоптоз. Это происходит путем расщепления каспаз, в особенности каспазы-3, которая, в свою очередь, активирует ДНКазу. Этот фермент вызывает деградацию ДНК, индуцирующую апоптотические каскады. Гранзим В также расщепляет внутриклеточный белок Bid, под действием которого белки Bax и Bak повышают проницаемость митохондриальной мембраны. Это приводит к выходу цитохрома С и образованию каспазы-9.

Цитокины и приобретенный иммунитет

Если активности врожденного иммунитета не достаточно для элиминирования патогена, АГ-презентирующие клетки (АПК, APC), особенно дендритные, захватывают патоген и мигрируют к периферическим лимфоидным тканям, где активируют лимфоциты и инициируют адаптивный иммунный ответ. Важным этапом активации Т-клеток является индукция экспрессии белков клеточной поверхности, известных как костимуляторные лиганды и молекулы. К таковым относятся В7.1/CD80 и В7.2/CD86. Некоторые внутриклеточные патогены могут индуцировать секрецию IL-12 дендритными клетками и макрофагами. IL-12 способствует активации Th1, которые, в свою очередь, продуцируют IL-2, IFNγ и TNF-β, активируют цитотоксические Т-клетки и макрофаги, играя важную роль в иммунном ответе на вирусную и другую внутриклеточную инфекцию. Th1 также секретируют IL-3 и GM-CSF, стимулируя костный мозг к продукции большого количества лейкоцитов.

С другой стороны, активированные с помощью IL-4 клетки Th2, секретируют IL-4 - IL-6, IL-10 и IL-13, которые стимулируют продукцию антител В-клетками. Антитела и активированные лимфоциты мигрируют к месту инфекции для элиминации патогена. Они нейтрализуют токсины и опсонизируют антигены для облегчения фагоцитоза. Th активируют макрофаги, повышая эффективность разрушения фагоцитированных патогенов, особенно тех, которые устойчивы к деструкции в фаголизосомах.

Цитокины и воспаление

Механизм процесса воспаления состоит из нескольких этапов. На третьем, заключительном этапе на поверхности эндотелиальных клеток, на внутренней стенке капилляров, активируются молекулы адгезии (Е- и L-селектины, ICAM-1, VCAM-1). Через соответствующие молекулы лейкоциты прикрепляются к эндотелию и проскальзывают между клетками. Этот процесс называется диапедез. Эти события запускаются и усиливаются большим количеством медиаторов воспаления. Активированные макрофаги и лейкоциты секретируют провоспалительные ЦК, такие как TNF-α, IL-6, IL-1, хемокины (IL-8). Эти ЦК циркулируют в кровотоке и стимулируют секрецию белков острой фазы, например, С-реактивного белка (СРБ или англ. СRP). В норме воспаление очень тонко регулируется ЦК, проявляющими как провоспалительные свойства (IFNγ, IL-12), так и действующими как отрицательные регуляторы, ингибируя воспаление (IL-10). Эта точная регуляция очень важна для предотвращения обширного разрушения ткани. Если агент, вызвавший воспаление, не удаляется, то воспалительный процесс продолжается, становится хроническим, приводя к значительному разрушению ткани. К воспалительным заболеваниям относятся ревматоидный артрит, рассеянный склероз, воспалительные заболевания кишечника, псориаз, астма и др. Тяжелые системные инфекции могут приводить к развитию синдрома острой дыхательной недостаточности (ARDS), шоку, полиорганной недостаточности. Такой избыточный воспалительный ответ является синдромом системного воспалительного ответа.

Цитокины и сердечно-сосудистые заболевания

IL-6, так же как IL-1, инициирует синтез белков острой фазы. Повышение уровней IL-1 и IL-6 ассоциируется с повторными коронарными событиями у больных ИБС. В ряде многочисленных исследований показано, что повышенный уровень IL-6 имеет более важное прогностическое значение по сравнению с hsСРБ для развития сердечно-сосудистой смерти и других кардиоваскулярных осложнений. У больных ОКС отмечалось достоверное повышение уровней IL-1, IL-4 и IL-10 по сравнению со здоровыми лицами. Обнаружено существенное повышение уровней IL-2, IL-4, IL-6, IL-12 и IL-18 у больных ИБС по сравнению со здоровыми лицами, причем уровень IL-6 был еще выше у пациентов с ИМ. TNF-α обладает в основном иммуномодулирующим и провоспалительным действием. Концентрация циркулирующего TNF-α обычно очень низка, однако резко возрастает (максимум за 1,5 часа) при возникновении острой ситуации. Определение уровней TNF-α и IL-6 играет немаловажную роль в диагностике застойной сердечной недостаточности.

Цитокины и аутоиммунные заболевания (АИЗ)

Главным в возникновении и развитии АИЗ является распознавание собственных структур организма иммунокомпетентными клетками и их последующая активация, пролиферация и индукция воспаления. Большая часть лимфоцитов, направленных к собственным антигенам, удаляются в тимусе в результате апоптоза, но некоторые избегают этого процесса и находятся в периферической лимфатической ткани. В большинстве случаев они остаются наивными, неактивированными. Однако если подходящий собственный антиген будет представлен специфической АПК, может начаться аутоагрессивная реакция. При презентации антигена, в том числе и собственного в качестве вторичного сигнала принимают участие так называемые костимуляторные молекулы – CD27, 28 и 30. Участие костимуляторных молекул подтверждается обнаружением повышенного уровня растворимого CD28 (sCD28) в крови пациентов с болезнью Бехчета. При болезни Грейвса появление аутоантител (auto- префикс означает «себя») ассоциировано с повышенной продукцией растворимого CD30.

Существуют данные, что развитию АИЗ, таких как рассеянный склероз, сахарный диабет I типа и др., способствуют Th1, и что в некоторых случаях снижение их ответа или переключение ответа на Th2 может ослабить заболевание. Однако известно множество исключений: данные о противоречивых эффектах IFNγ (Th1-цитокина) или о АИЗ, индуцированных Th2. Результаты измерений уровней хемокинов еще более усложняют картину, т.к. при многих АИЗ одновременно увеличены и Th1 (MIG/CXCL9), и Th2 (TARC/CCL17 и MDC/CCL22) хемотаксические факторы.

Принято считать, что ЦК, особенно TNF-α и IFN-α/β, являются необходимыми элементами развития АИЗ. Определение TNF-α в патогенезе ревматоидного артрита и терапия антагонистами этого ЦК с успехом используется в иммунотерапии. IFN-α/β играют основную роль при системной красной волчанке (СКВ). Многие белки семейства TNF и его рецептора проявляют провоспалительные свойства в процессе активации иммунитета и участвуют в патогенных эффектах, наблюдаемых при АИЗ.

Белки семейства TNF-R, такие, как TNF-RI и II, CD134 (OX40) и CD137 (4-1BB) или их лиганды могут быть мишенями различных агентов, которые были специально разработаны для снижения клинических проявлений АИЗ. Данные доклинических исследований, особенно с использованием TNF-блокады, способствовали проведению клинических испытаний у пациентов с рассеянным склерозом и ревматоидным артритом.

Метаболический путь CD40-CD40L участвует в развитии многих АИЗ, включая СКВ, РА и синдром Шегрена (СШ). Повышенные уровни CD40L в сыворотке связаны с активностью СКВ. Нарушения физиологии В-клеток и гуморального иммунитета, включая процессы с участием фактора активации В-клеток (BAFF), вовлечены в патогенез многих АИЗ. Нарушения регуляции экспрессии BAFF приводят к прогрессии болезни и сохранению гуморального аутоиммунитета. BAFF и его гомолог, индуцирующий пролиферацию лиганд (APRIL), выступают как мишени – кандидаты для терапии различных АИЗ. Повышенные уровни BAFF и sCD23, низкоаффинного рецептора IgE, экспрессируемого на В-клетках, обнаружены при различных АИЗ, включая СКВ, СШ и РА. Антитела к аннексину V выявлены в связи со многими патологическими процессами, включая СКВ c/без антифосфолипидным синдромом, склеродермию и иммунные нейропатии.

Цитокины и трансплантация

После трансплантации васкуляризированные органы, особенно сердце и почки, подвергаются риску развития гиперострого отторжения трансплантата, особенно если у пациента уже присутствуют донорспецифические аллоантитела (Allo- префикс означает «другой»), появившиеся в результате предыдущей трансплантации, переливания крови или беременности. Гиперострое отторжение опосредовано активацией системы комплемента и секрецией различных ЦК воспаления, таких как TNF-α, инициацией фибринолитической и коагулирующей систем.

Основную роль при остром отторжении играют лимфоциты, активированные антигены трансплантата. Активация Т-клеток требует взаимодействия антигена с Т-клеточным рецептором (TCR), который обеспечивает специфичность иммунного ответа. Дополнительные сигналы костимуляторных молекул поддерживают и дополняют передачу сигнала TCR, улучшая пролиферацию и дифференцировку клеток. Наиболее хорошо охарактеризован путь костимуляции с участием CD28, экспрессируемого на Т-клетках, который связывает лиганды CD80 (B7.1) и CD86 (B7.2), продуцируемые АПК. CD40L, CD27, CD30, интегрины тоже являются костимуляторами, взаимодействующими с соответствующими компонентами АПК: CD40, CD27L, CD30L и ICAM-1.

Прохождение первичного сигнала (обеспечиваемого TCR) в отсутствии вторичных сигналов (костимуляции) приводит к апоптозу или толерантности. Активированные лимфоциты инфильтрируют трансплантат под действием хемокинов и молекул адгезии: ICAM-1, VCAM-1, селектинов и интегринов. CD4⁺ и CD8⁺ лимфоциты индуцируют различные эффекторные механизмы трансплантационного иммунитета, такие как прямой цитотоксический эффект или гиперчувствительность замедленного типа. Она развивается с участием макрофагов и сопровождается секрецией IFNγ, IL-4, IL-10, TNF-α. Хроническое отторжение характеризуется фиброзом, ишемией ткани и прогрессирующей потерей функциональной активности трансплантата. Патогенез этого осложнения на сегодняшний день не ясен. Возможно, это происходит при участии и клеточного и гуморального механизмов иммунитета. Для подавления реакции отторжения используются иммуносупрессирующие препараты (циклоспорин, кортикостероиды). Циклоспорин блокирует транскрипцию IL-2, IL-4, IFN-α и IL-2R, тем самым ингибирует продукцию ЦК, индуцирующих активацию и дифференцировку аллореактивных Т-клеток (аллореактивность - иммунный ответ на аллоантигены - ред.). Кортикостероиды индуцируют лизис некоторых подтипов Т-клеток и блокируют транскрипцию генов цитокинов IL-1, IL-6 TNF-α в макрофагах.

Цитокины и онкология

Особо важную роль ЦК играют в патогенезе опухолевых заболеваний. Гены ЦК сопряженно активируются с онкогенами при хромосомных аберрациях и при ретровирусных инфекциях. Вследствие этого опухолевые клетки продуцируют ЦК, стимулирующие пролиферацию неопластических иммунокомпетентных клеток. Исследование роли интерлейкинов в опухолевом процессе было начато с получения данных о том, что IL-2 является активным стимулятором функций различных цитотоксических клеток, которые экспрессируют рецепторы к этому ЦК. В последующем было установлено, что такой способностью обладают и другие интерлейкины, в частности IL-4, IL-15 и IL-18. В связи с этим изучение указанных ЦК при злокачественном росте параллельно с их активным применением для иммунотерапии рака было доминирующим в течение длительного периода времени.

К числу ЦК, которые могут принимать участие в противоопухолевой защите, относится IL-23 – член семейства IL-12, обладающий свойствами провоспалительных ЦК. Его биологические активности связаны со способностью усиливать пролиферацию Т-лимфоцитов на начальных этапах активации наивных CD4⁺ Т-клеток и CD8⁺ Т-клеток, усилением продукции IFNγ, секрецией IL-17, увеличением продукции IL-10 указанными клетками, усилением активности дендритных клеток и др.. IL-23, подобно IL-12, может быть эффективным противоопухолевым воздействием, однако противоопухолевый эффект IL-23 осуществляется иными механизмами по сравнению с IL-12, т.к. в действии последнего основная роль принадлежит CD8⁺ Т-клеткам.

Цитокины и аллергические заболевания

Одним из основных патогенетических механизмов этой патологии является нарушение регуляции синтеза IgE на уровне продукции IL-4, что было положено в основу концепции о дисбалансе продукции цитокинов (ЦК) клетками Th1 и Th2 в патогенезе аллергии, во время которой происходит увеличение экспрессии генов IL-4, -5, -13 и усиление активности В-лимфоцитов. При этом IL-5 является хемоаттрактантом для эозинофилов, вызывает их дегрануляцию при паразитарных инвазиях, играет роль в патогенезе аллергического воспаления, атопии. IL-13 в В-клетках стимулирует секрецию IgG подкласса 4 и IgЕ. IL-17 способен индуцировать продукцию ЦК Th2-клетками  и вызывать развитие эозинофилии. Важное место в контроле секреции IgE уделяют растворимому CD23, который экспрессируется благодаря IL-4 и GM-CSF.

Функцию супрессоров IgE-ответа (аллергии - ред.) могут выполнять клетки Th1, которые подавляют дифференцировку Th2 и секрецию ими IL-4. Эта активность Th1 связана в основном с IFNγ. В связи с этим любой фактор, способствующий дифференцировке Th1, автоматически ингибирует развитие Th2 и аллергических процессов. К таким факторам относятся IL-12 и IFNγ.

 

ИНТЕРЛЕЙКИНЫ

Интерлейкины. Применение в медицине.

ВВЕДЕНИЕ. Интерлейкины (IL) – сигнальные вещества, которые вырабатываются клетками иммунной системы и служат для регуляции активности других клеток. Поэтому их часто называют «гормонами иммунной системы». Интерлейкины - это цитокины, выделяемые преимущественно клетками системы иммунитета. Они нумеруются по порядку (IL-1, ..., IL-23, ...). Иными словами, интерлейкины синтезируются и секретируются Т-лимфоцитами, В-лимфоцитами и NK-клетками, а также взаимодействующими с ними клетками. Среди интерлейкинов, IL-2 одним из первых стал применяться в медицине.

СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ. Интерлейкин-1 существует в двух формах (IL-1α и IL-1β). Он синтезируется фагоцитирующими клетками иммунной системы (макрофагами и моноцитами) в виде предшественника (молекулярная масса 31 кДа), который в результате протеолитического расщепления превращается в зрелую форму (молекулярная масса 17,5 кДа).

Биологическая функция IL-1 заключается в стимуляции роста лимфоцитов, фибробластов, гематопоэтических клеток и тимоцитов. Обнаружены рецепторы IL-1 двух типов: рецепторы I типа находятся на поверхности Т-клеток и фибробластов, а рецепторы II типа – на В-лимфоцитах. Вероятный механизм действия IL-1 следующий: после того как макрофаг встретился с антигеном и осуществил его протеолитическое расщепление, он начинает секретировать IL-1, который стимулирует пролиферацию и размножение клеток иммунной системы. На следующей стадии развития иммунного ответа решающая роль принадлежит IL-2 – так называемому «фактору роста Т-клеток». IL-2 охарактеризован лучше других типов интерлейкинов. Он вырабатывается активированными Т-клетками и стимулирует деление и рост Т- и В-клеток. Активированные Т-клетки секретируют IL-2, а также рецепторы, которые находятся на поверхности клеток, таким образом процесс пролиферации Т-клеток может идти непрерывно. Другое действие IL-2 заключается в стимуляции клеток-киллеров (NK-клеток – отангл. natural killer) и моноцитов с помощью рецепторов IL-2 на поверхности этих клеток. В настоящее время уже получены рентгеноструктурные данные для IL-2 – гидрофильного гликопротеина, М_R 15,5 (133 аминокислотных остатка). В медицине IL-2 используют в терапии опухолей, в частности почечно-клеточного рака. IL-3 представляет собою гликопротеин, состоящий из 133 аминокислот. Он синтезируется активированными Т-лимфоцитами и действует на плюрипотентные стволовые клетки в костном мозге, стимулируя созревание лимфоцитов (нейтрофилов и макрофагов) и других клеток-предшественников иммунной системы. По этой причине IL-3 еще называют мульти-потентным колониестимулирующим фактором. Интерлейкин-4 (IL-4) – гликопротеин, М_R 20, который действует на В-клетки, активируя их дифференцировку с преимущественной продукцией IgG и IgE, а также способствует презентации антигенов моноцитами. Действие интерлейкина-6 (IL-6) аналогично эффекту IL-1 и IL-2, кроме того, он активирует экспрессию различных белков (так называемых белков острой фазы) в гематоцитах и, вероятно, задействован в развитии аутоиммунных заболеваний. Интерлейкин-10 (IL-10) является ингибитором синтеза других цитокинов. Интерлейкин-12 (IL-12) стимулирует синтез γ-интерферона Т-лимфоцитами и NK-клетками и, как предполагают, играет важную роль в осуществлении и регуляции иммунного ответа. Подавляющее большинство исследований, направленных на изучение возможности терапевтического применения рекомбинантных интерлейкинов, связано с терапией рака. Кроме того, интерлейкины могли бы применяться для заживления ран, активации иммунитета у больных СПИДом и супрессии иммунной системы при трансплантации костного мозга и развитие многочисленных антагонистов интерлейкинов.

ПОЛУЧЕНИЕ ИНТЕРЛЕЙКИНОВ. Для осуществления биологической функции IL-2 и для медицинских целей неважно, гликозилирован белок или нет, поэтому рекомбинантный IL-2 получают из клеток Escherichia coli. В культурах со средней или повышенной плотностью клеток значительная часть экспрессированного белка оказывается в составе телец включения, которые сначала очищают методом гель-хроматографии, затем солюбилизируют в восстанавливающих условиях, а потом белок осаждают в окислительных условиях. Дальнейшую очистку проводят методом ВЭЖХ, осаждением и гель-фильтрацией. Активность определяют по включению Н³-меченого тимидина в IL-2-зависимые T-клетки мыши и развитию многочисленных антагонистов интерлейкинов.

---

Характеристики основных IL, играющих важнейшую роль в системе иммунитета

Таблица 2. Воспалительная природа цитокинов [1,2].

Провоспалительные	Интерлейкин-1β
	Интерлейкин-8
	Интерлейкин-12
	Интерлейкин-18
	Интерлейкин-23
	Фактор некроза опухолей-α (TNF-α)
	Моноцитарный Хемоаттрактантный Белок-1 (MCP1)
Антивоспалительные	Интерлейкин-10
	Трансформирующий ростовой фактор бета (TGF-β)
	Интерлейкин-4
	Интерлейкин-27
	Интерлейкин-35
Переменные	Интерферон-α *
	Интерлейкин-6 *

* Контрастные механизмы демонстрируют, что этот цитокин участвует как в ПРО-, так и в противовоспалительных процессах [2,4].

1. Arango Duque, G.; Descoteaux, A. Macrophage cytokines: Involvement in immunity and infectious diseases. Front. Immunol. 2014, 5, 491. [Google Scholar] [CrossRef]
2. Tilg, H.; Peschel, C. Interferon-alpha and its effects on the cytokine cascade: A pro- and anti-inflammatory cytokine. Leuk. Lymphoma 1996, 23, 55–60. [Google Scholar] [CrossRef]
3. Deshmane, S.L.; Kremlev, S.; Amini, S.; Sawaya, B.E. Monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1): An overview. J. Interferon Cytokine Res. 2009, 29, 313–326. [Google Scholar] [CrossRef]
4. Tanaka, T.; Narazaki, M.; Kishimoto, T. IL-6 in inflammation, immunity, and disease. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2014, 6, a016295. [Google Scholar] [CrossRef]

---

Интерлейкин 1

IL-1 представляет собой систему из трех цитокинов (ЦК): IL-1α, IL-1β, IL-1Ra (антагонист рецептора IL-1), и двух рецепторов R1 и R2. Интерлейкины IL-1α и IL-1β кодируются разными (хотя и тесно сцепленными) генами и различаются по структуре и рI (α – 5,0; β – 7,0). Гомология их структуры составляет лишь 26%. Несмотря на незначительную гомологию, IL-1α и IL-1β конкурируют за один и тот же рецептор. Преобладающей формой IL-1 является IL-1β. Биологические свойства IL-1α и β очень сходны, либо идентичны. IL-1α активирует преимущественно Т-лимфоциты, обладает аутокринным и паракринным действием, в то время как IL-1β – многофункциональный ЦК с широким спектром действия, играет ключевую роль в развитии и регуляции неспецифической защиты и специфического иммунитета, один из первых включается в ответную защитную реакцию организма при действии патогенных факторов.

Основными продуцентами IL-1β являются макрофаги и моноциты. В синтезе данного ЦК также могут принимать участие лимфоциты, фибробласты. Клетки-мишени – иммунокомпетентные, эндотелиальные, эпителиальные клетки, фибробласты и др. IL-1β инициирует и регулирует воспалительные, иммунные процессы, активирует нейтрофилы, Т-лимфоциты и В-лимфоциты, стимулирует синтез белков острой фазы, ЦК (IL-2, IL-3, IL-6, TNF-α), молекул адгезии (Е-селектинов), прокоагулянтов (веществ, необходимых для свертывания крови), простагландинов. IL-1β повышает хемотаксис, фагоцитоз, гемопоэз, проницаемость сосудистой стенки, цитотоксическую и бактерицидную активность, оказывает пирогенный эффект (повышает температуру тела) и др.

IL-1 участвует в регуляции температуры тела, а его повышенная продукция приводит к развитию лихорадки. Известны факторы, снижающие биологическую активность IL-1. К ним прежде всего относят глюкокортикоиды и простагландины. Из экзогенных факторов следует указать циклоспорин А. В сыворотке крови лиц, которым был введен эндотоксин, в моче лихорадящих больных, а также в культуральной жидкости моноцитов, активированных in vitro, может быть обнаружен полипептид, специфически снижающий активность IL-1. Повышение уровня IL-1 наблюдается при различных воспалительных и АИЗ, включая септический шок, воспалительное поражение кишечника, ревматоидный артрит, сахарный диабет 1 типа. Сильное повышение уровня IL-1 приводит к гипотензии, анорексии, разрушению хрящей в суставах.

Эндотелиальные клетки сосудов человека под влиянием IL-1α и IL-1β секретируют полипептиды, подобные тромбоцитарному фактору роста. Эти полипептиды могут стимулировать клеточную миграцию и пролиферацию и вызывать освобождение сосудистых медиаторов воспаления, что при значительном увеличении указанных ЦК может привести к диссеминированной внутрисосудистой коагуляции.

При множественных травмах в плазме наблюдается высокий уровень IL-1, IL-2, IL-6, и особенно резко увеличен уровень TNF. Отторжение почечного трансплантата сопровождается увеличением уровня IL-1, IL-6 и TNF в плазме. Угроза прерывания беременности сопровождается увеличением продукции мононуклеарами периферической крови IL-1 и увеличением экспрессии рецептора IL-2 в субпопуляции Т-клеток. IL-1β принадлежит существенная роль в патогенезе СПИДа. При псориазе синтез IL-1α и IL-1β не снижается, но падает их функциональная активность. Низкая активность IL-1 может быть обусловлена генетически (возможно наследование аллеля гена IL-1, определяющего синтез IL-1 нормального содержания, но со слабой функциональной активностью). Повышенный уровень IL-1 отмечают при остром и хроническом миелоидном лейкозе. Увеличен уровень в плазме IL-1, IL-6, TNF при волосатоклеточном лейкозе. IL-1 стимулирует миелопоэз и ранние этапы эритропоэза (поздние – подавляет, будучи антагонистом эритропоэтина). IL-1β подавляет развитие В-лимфоцитов, участвует в выборе направления гемопоэза между миело- и В-лимфоцитопоэзом (в пользу первого).

Интерлейкин 2 (IL-2)

Этот цитокин (ЦК) с м.м. 15 кДа играет исключительно важную роль в реализации механизмов иммунного ответа. Продуцентами IL-2 являются Th1. Помимо участия IL-2 в дифференцировке и пролиферации Т-клеток, этот ЦК принимает непосредственное участие в реализации механизмов противоопухолевой защиты. Так, IL-2 повышает литическую активность NK-клеток, а также индуцирует клетки системы ЛАК (лимфокин-активированные киллеры). Кроме того, он усиливает секрецию IFNγ Т-лимфоцитами. Определение IL-2 является наилучшим показателем активации Т-клеток в in vitro тестах. Установлено, что IL-2 и IFNγ формируют эффекторные иммунологические механизмы, направленные на предотвращение пролиферации неотрансформированных клеток. У больных острым вирусным гепатитом в репликативный период регистрируется высокая спонтанная продукция IL-2.

Интерлейкин 3 (IL-3)

IL-3 относится к семейству гемопоэтических ростовых факторов (м.м. 15-28 кДа). Клетками-продуцентами IL-3 являются Th1 и Th2, а также ряд других клеток (В-лимфоциты, миелоидные и стромальные клетки костного мозга, кератиноциты). Активация гена IL-3 наблюдается через 4 ч после стимуляции клетки и поддерживается несколько суток. Секреция IL-3 подавляется циклоспорином А и глюкокортикоидами. IL-3 вместе с эритропоэтином поддерживает рост и дифференцировку клеток эритроидного ростка. В то же время IL-3 способен регулировать раннюю стадию дифференцировки В-лимфоцитов, поддерживает рост пре-В-клеток, а также усиливает секрецию IgG. Цитокины IL-3, IL-4 и GM-CSF являются ростовыми факторами для тучных клеток. IL-3 усиливает продукцию гистамина клетками гемопоэтической системы, но не влияет на активность гистамина в культуре клеток периферической крови взрослых доноров. IL-3 и GM-CSF вызывают формирование гранул эозинофилов.

Интерлейкин 4 (IL-4)

Этот цитокин (ЦК) (м.м. 15-20 кДа) продуцируется Th2 и является фактором дифференцировки для Т-клеток и В-клеток. Наиболее сильный эффект IL-4 оказывает на регуляцию образования других ЦК посредством участия в многочисленных биологических процессах, таких как иммунный ответ и воспалительные реакции. IL-4 ограничивает синтез макрофагами провоспалительных IL-1β, IL-6, IL-8, IL-12, TNF-α, образование высокоактивных метаболитов кислорода, азота. Кроме того, IL-4 служит кофактором пролиферации покоящихся В-лимфоцитов, а также индуцирует в этих клетках синтез IgE и IgG4. Известна способность IL-4 генерировать активность ЛАК и усиливать противоопухолевую активность макрофагов. Дисрегуляция секреции IL-4 является ключевой в развитии аллергопатологии. Показано, что МНК больных атопическими заболеваниями имеют усиленный ответ на рекомбинантный IL-4 по сравнению с ответом МНК здоровых доноров. Увеличение синтеза IgE в ответ на стимуляцию IL-4 приводит к усилению IgE-стимулированного синтеза ЦК тучными клетками, способными вырабатывать IL-4, IL-6. При синдроме Сезари увеличено содержание IL-4. Уровень ЦК также заметно повышается у больных хроническим вирусным гепатитом С. В периоды обострения его количество увеличивается почти в 3 раза по сравнению с нормой, а во время ремиссии уровень IL-4 снижается, особенно на фоне проводимого лечения рекомбинантным IL-2.

Интерлейкин 5 (IL-5)

Этот димерный белок с м.м. 50-60 кДа продуцируется Th2. Цитокин IL-5 усиливает пролиферацию активированных В-клеток, а также экспрессию на них рецептора для IL-2 и синтез IgA. В нестимулированных В-клетках IL-5 индуцирует секрецию IgM и IgG. IL-5 является хемоаттрактантом для эозинофилов, вызывает их дегрануляцию при паразитарных инвазиях, играет роль в патогенезе аллергического воспаления, атопии. Противоопухолевая активность IL-5 связана со способностью участвовать в апоптозе.

Интерлейкин 6 (IL-6)

Этот мономер с м.м. 19-34 кДа является фактором дифференцировки В-лимфоцитов в АТ-продуцирующие клетки. IL-6 индуцирует синтез белков острой фазы, в связи с чем (также как и IL-1 и TNF) может быть отнесен к цитокинам (ЦК) воспаления. Показано, что IL-6 вызывает значительное повышение уровня мРНК с-sis гена в культивируемых эндотелиальных клетках человека, что может опосредовать воспалительные сосудистые эффекты. Повышение уровня IL-6 наблюдается при многих патологических состояниях, в том числе при АИЗ, сердечной микседеме, РА, болезни Кастлемана, псориазе, мезангиопролиферативном гломерулонефрите, саркоме Капоши, алкогольном циррозе, лимфоме, миеломе и карциноме почек. У ВИЧ-инфицированных лиц В-лимфоциты продуцируют увеличенное количество TNF-α и IL-6. Есть данные об обнаружении повышенного уровня TNF-α и IL-6 в плазме крови при различных атопических реакциях, таких как аллергия и астма. Данный цитокин регулирует пролиферацию эпителиальных клеток желчных протоков, клеток печени, образование гранулем, формирование фиброза при циррозе печени. Повышение концентрации IL-6 отмечено при обострениях язвенной болезни, панкреатита, глютеновой энтеропатии, болезни Крона, неспецифического язвенного колита, вирусного гепатита, первичного билиарного цирроза.

Интерлейкин 7 (IL-7)

IL-7 – цитокин, стимулирующий гемопоэз. Является полипептидом с м.м. 20-40 кДа; продуцируется фибробластами и стромальными костномозговыми клетками (HBMSC; стволовые клетки костного мозга, мезенхимальные стромальные клетки, мезенхимальные стволовые клетки - ред.). IL-7 стимулирует пролиферацию, но не дифференцировку пре- и про-В-клеток и не обладает активностью в отношении дифференцированных В-клеток. Также IL-7 стимулируется пролиферация незрелых и дифференцированных активированных Т-клеток. Он эффективен и в иммунотерапевтическом разрушении опухолевых клеток CD4⁺Т-клетками. Совместно с IL-2 он может применяться в консолидативной иммунотерапии злокачественных новообразований у пациентов после трансплантации костного мозга. IL-7 может индуцировать апоптоз опухолевых клеток, вызывает дифференцировку клеток подгруппы острого миелобластного лейкоза.

Интерлейкин 8 (IL-8)

IL-8 – низкомолекулярный цитокин воспаления; принадлежит к семейству хемокинов. Продуцируется под воздействием бактериальных эндотоксинов и цитокинов, главным образом TNF и IL-1. Образуясь из общего для различных хемокинов предшественника, состоящего из 99 аминокислотных остатков (АКО), IL-8 содержит 72 АКО и существует в растворе в виде димера. Он известен как NAF (фактор активации нейтрофилов), NAP-1 (активирующий нейтрофилы пептид-1), GCF (хемотактильный фактор гранулоцитов) и NCF (хемотактильный фактор нейтрофилов). Активирует нейтрофилы, в меньшей мере другие гранулярные лейкоциты, вызывает их хемотаксис в очаг воспаления. Точно такой же эффект оказывается IL-8 на моноциты. Повышенный уровень IL-8 ассоциируется с хроническими и острыми воспалительными состояниями и коррелирует с тканевой инфильтрацией нейтрофилов при РА, с язвенным колитом. IL-8, появляясь после IL-1 и TNF в местах воспаления, играет важную роль при псориазе.

ИНТЕРЛЕЙКИН 10 (IL-10)

Природа иммунного ответа определяется цитокинами, которые продуцируются активированными клетками иммунной системы. При повреждении тканей цитокины вызывают цепь событий, ведущих к миграции нейтрофилов из кровеносного русла и формированию острого воспаления. В основе механизма их действия лежит способность влиять на дифференцировку, пролиферацию и гибель клеток [39].

Интерлейкин 10 - противовоспалительный цитокин, продукт гена человека IL10 [40]. Передача сигнала, опосредуемого интерлейкином 10 (IL-10), обеспечивается рецепторным комплексом, состоящим из 2 IL10RA (альфа-субъединиц) и 2 IL10RB (бета-субъединиц) [41]. IL-10 активирует STAT3-опосредуемый сигнальный путь. Фосфорилирование рецепторов проходит под действием киназ JAK1 и Tyk2 для альфа- и бета-субъединиц, соотв. [41].

Интерлекин 10 (м.м. 35–40 кДа), продуцируется Т-хелперами 1-го и 2-го типа (Th1 и Th2), моноцитами, макрофагами и цитотоксическими клетками и имеет широкий спектр действия с выраженным иммуносупрессивным эффектом: подавляет пролиферацию и активность Т-клеток, продукцию синтеза ряда цитокинов, снижает активность макрофагов и моноцитов. IL-10 снижает активность Th1 в большей степени, чем Th2. IL-10 может стимулировать синтез IgE. В своем ингибирующем действии на клеточный иммунитет IL-10 синергичен с IL-4. IL-10 является родоначальником семейства цитокинов, в которое входят IL-19, IL-20, IL-22, IL-24 и IL-26.

Противовоспалительная активность IL-10 проявляется способностью снижать продукцию провоспалительных цитокинов, усиливать продукцию антагониста рецептора IL-1 и уменьшать адгезию лейкоцитов к эндотелиальным клеткам, активированным IL-1 (прим.: IL-1 – полипептид м.м. 15-17 кДа, описан как фактор, производимый мононуклеарными фагоцитами и усиливающий Т-клеточный ответ на антигены или поликлональные активаторы, т.е. костимулятор Т-клеточной активации. Считается, что IL-1 является лидирующим среди цитокинов воспаления).

Основной эффект IL-10 заключается в подавлении синтеза цитокинов Th1-клетками (т.е. он обладает действием, противоположным влиянию интерферона-гамма) и в снижении активности макрофагов, в том числе продукции воспалительных цитокинов. IL-10 подавляет экспрессию молекул МНС II класса, пролиферацию Т-клеток, вызванную митогенами, а также развитие гиперчувствительности замедленного типа. В то же время IL-10 выступает в качестве кофактора IL-2 и IL-7 в отношении пролиферации тимоцитов, служит синергистом IL-4, усиливает пролиферацию В-клеток, защищает их от апоптоза, повышает синтез IgM и IgA. В результате IL-10 способствует развитию гуморальной составляющей иммунного ответа, обусловливая антипаразитарную защиту и аллергическую реактивность организма.

Есть данные об исследовании полезной роли IL-10 при меланоме, карциноме, лимфоме, системной красной волчанке, аллергическом контактном дераматите, рассеянном склерозе, астме, а также по применению в клинической практике при ревматоидном артрите, псориазе, болезни Крона, гепатите С [42-44]. Таким образом, IL-10 служит важнейшим регулятором иммунного ответа, подавляющим активность макрофагов и Th1-клеток и обеспечивающим реализацию некоторых биологических эффектов Тh2. Будучи супрессивным цитокином, IL-10 обладает способностью подавлять иммунное воспаление и является важнейщим регулятором цитокинов, во многом определяющим направленность иммунных реакций.

P.S. Эффект IL-10 в отношении опухолевого роста не столь однозначен. Например, у IL-10-трансгенных мышей опухоли более агрессивны, а введение лимфоцитов от этих мышей способствует ускорению роста опухоли. Однако было показано ингибирующее действие IL-10-продуцирующих опухолевых клеток человека у иммуносупрессивных или бестимусных мышей. Таким образом, предполагается, что эффект зависит от состояния иммунокомпетентных клеток. Полученные данные о способности IL-10 влиять на антигенпрезентирующую способность дендритных клеток могут быть использованы для повышения эффективности противоопухолевых вакцин [45].

Интерлейкин 11 (IL-11)

IL-11 синтезируется стромальными клетками костного мозга. Клетки-мишени – гемопоэтические предшественники остеокластов. Аминокислотная последовательность IL-11 человека и приматов идентична на 94%, а человеческого и мышиного – на 88%. IL-11 действует синергически с IL-3, IL-4, IL-7, IL-12, IL-13, SCF, Flt-3 лигандом и GM-CSF, стимулируя пролиферацию гемопоэтических клеток-предшественников. Он стимулирует мегакариоцитопоэз и тромбоцитопоэз совместно с IL-3, тромбопоэтином и SCF; эритропоэз, миелопоэз и лимфопоэз, модулирует гемопоэтическое микроокружение. Альвеолярные и бронхиальные эпителиальные клетки продуцируют IL-11 в ответ на воспалительные ЦК. IL-11 регулирует рост клеток эпителия ЖКТ. Он стимулирует развитие остеокластов, и ингибирует липогенез. Подобно IL-1 и IL-6, принимает участие в индукции синтеза белков острой фазы.

Интерлейкин 12 (IL-12)

IL-12 является гликопротеином с м.м. 70 кДa, который состоит из двух гликозилированных субъединиц: р40 и р35, связанных между собой дисульфидными мостиками. Дисульфидные связи играют важную роль в биологической активности IL-12. Субъединицы кодируются двумя различными, независимыми друг от друга генами. Помимо обладающего биологической активностью р70-гетеродимера, клетки, продуцирующие IL-12, секретируют в большом количестве субъединицу р40, которая не является биологически активной. р40 секретируется с большим избытком по сравнению с биологически активным гетеродимером. Она участвует в связывании с рецептором, но р35 необходима для трансдукции сигнала. IL-12 секретируется, прежде всего, активированными макрофагами и влияет на иммунные клеточные реакции. IL-12 повышает литическую активность системы ЛАК. IL-12 действует как ростовый фактор при активации Т-клеток и NK-клеток. При этом он действует в качестве индуктора секреции IFNγ и ингибитора синтеза IgE, индуцированного IL-4. IL-12 активирует и цитотоксичность макрофагов, а дефицит его продукции макрофагами может значительно снижать противоопухолевую активность. IL-12 оказывает противоопухолевый эффект при раке легкого. Усиление роста опухоли, в частности, рака прямой кишки, ассоциируется со снижением продукции IL-12 и усилением продукции IL-10. Важным свойством IL-12 является усиление экспрессии FasL и индукция апоптоза. IL-12 ингибирует ангиогенез. Антиангиогенное действие IL-12 реализуется на уровне рецепторов протеинкиназ, адгезивных молекул, интегринов и других поверхностных структур, усиления продукции IFNγ. В последние годы установлено, что IL-12 является ключевым цитокином в развитии Th1. Было показано, что Th1 способствуют патогенезу различных органоспецифических заболеваний с иммуновмешательством (аллергический энцефаломиелит, инсулин-зависимый диабет). IL-12 играет основную роль при АИЗ, резистентности к бактериальной или паразитической инфекции, антивирусном ответе, включая ВИЧ. Было показано, что IL-12 является мощным адьювантом при вакцинации.

Интерлейкин 13 (IL-13)

IL-13 является белком, который продуцируется преимущественно в негликозилированной форме (м.м. 10 кДа) активированными Т-клетками и мастоцитами. Функции IL-13 подобны биологической активности IL-4. Он является мощным модулятором активности моноцитов и В-клеток, но, в отличие от IL-4 и IL-13, не имеет прямого биологического влияния на Т-клетки. IL-13 оказывает ингибирующий эффект на продукцию других цитокинов, стимулирующих начало воспалительного процесса при сепсисе или ревматоидном артрите, причем в отличие от IL-4 его концентрация не снижается. IL-13 совместно с IL-4 и IL-10 принимает участие в иммунных реакциях Th2. У В-клеток он стимулирует секрецию IgG4 (подкласс 4) и IgЕ.

Интерлейкин 15 (IL-15)

IL-15 – это недавно открытый цитокин (ЦК), который обладает многими биологическими свойствами IL-2. IL-15 был открыт как ЦК (IL-T), продуцируемый линией Т-клеточного лейкоза взрослого человека (HuT-102) и стимулировавший пролиферацию Т-клеток. Высокоаффинные IL-15R были выявлены на различных клетках, включая T-, B- и NK-клетки, а также клетки нелимфоидного ряда. IL-15R состоит из трех субъединиц; специфической к IL-15Rα-, β- и γ-цепи, аналогичных рецепторной системе IL-2. Показано, что IL-15R стимулирует рост NK-клеток, активированных периферических Т-клеток, лимфоцитов, инфильтрирующих опухоль (TILs), и B-клеток. Показано, что IL-15 является хемоаттрактантом для Т-лимфоцитов человека и индуцирует активность ЛАК и NK-клеток и образование цитолитических эффекторных клеток. По-видимому, IL-15 также оказывает влияние на клетки, не связанные с иммунным ответом. Клетки скелетных мышц экспрессируют мРНК IL-15 и IL-15R. Содержание IL-15 увеличивается при воспалительных заболеваниях желудка, тонкой и толстой кишки.

Интерлейкин 16 (IL-16)

IL-16 (лимфоцитарный хемотаксический фактор – LCF) – это провоспалительный цитокин, хемоаттрактант CD4⁺ T-лимфоцитов, моноцитов и эозинофилов. Он может усиливать экспрессию IL-2R и HLA-DR, ингибировать TcR/CD3-зависимую активацию и способствовать подавлению транскрипции HIV-1. IL-16 – уникальный регулятор, не обладающий значительной гомологией с какими-либо другими охарактеризованными цитокинами (ЦК). Впервые IL-16 был идентифицирован как гомотетрамер, состоящий из отдельных мономеров с м.м. 14 кДа (130 АКО - аминокислотных остатков). У приматов его последовательность более чем на 90%. CD4 служит рецептором сигнальной трансдукции IL-16, поэтому данный ЦК способен взаимодействовать с СD4. Область молекулы CD4, с которой связывается IL-16, расположена внутри домена D4, перекрывая структуры, участвующие в формировании димеров CD4.

Источниками IL-16 служат эндотелиальные и тучные клетки, лимфоциты, макрофаги, синовиальные фибробласты и эозинофилы. IL-16 может секретироваться активированными CD8⁺ клетками в ответ на гистамин или серотонин. Экспрессия IL-16 связана с воспалительными процессами при астме, РА, СКВ, колитах, атопическом дерматите и рассеянном склерозе. Например, продукция IL-16 прямо пропорциональна количеству инфильтрирующих CD4⁺ T-клеток в эпителии больных астмой. У пациентов с III-IV стадией рака молочной железы, кишечника, почки, мочевого пузыря, матки, яичника в сыворотке крови обнаруживают повышенный уровень IL-16.

Интерлейкин 17 (IL-17)

IL-17, впервые описанный как мышиный цитотоксический T-лимфоцит-ассоциированный антиген-8 (CTLA-8), продуцируется в первую очередь активированными Т-клетками памяти. Основываясь на исследованиях клеточных линий, предполагается, что IL-17R экспрессируется на тучных клетках, фибробластах, эмбриональных гепатоцитах, пре-B-клетках и клетках эпителия кишечника. IL-17 опосредует связь между T-клетками и гемопоэтической системой. Цитокин (ЦК) Т-клеточного происхождения индуцирует фибробласты, которые, в результате, продуцируют IL-6, IL-8, ICAM-1 и G-CSF, предположительно по NF-κB-опосредованному механизму. IL-6, в свою очередь, способствует развитию колоний гранулоцитов/макрофагов, а G-CSF направляет развитие нейтрофилов. IL-17 усиливает пролиферацию частично активированных T-клеток и повышает продукцию оксида азота (NO) в хряще при остеоартрите. IL-17 может приводить к усилению АТ-зависимой гибели опухолевых клеток.

Интерлейкин 18 (IL-18)

IL-18 – негликозилированный полипептид, у которого нет классической сигнальной последовательности. Он синтезируется в виде неактивного пропептида с м.м. 24 кДа. После протеолитического расщепления под воздействием ICE (интерлейкин-1β преобразующего энзима) или другой каспазы образуется зрелый активный пептид с м.м. 18 кДа. IL-18, также известный как IFNγ-индуцирующий фактор (IGIF), первично был охарактеризован как потенциальный индуктор синтеза IFNγ Т-клетками и NK-клетками. Независимо от IL-12, IL-18, влияя на секрецию IFNγ, быстро активирует клетки моноцитарно/макрофагальной системы, что ведет к активации множества антибактериальных, антиопухолевых и антивирусных ответных реакций. Сам IL-18 индуцируется стрессовыми сигналами (нейрогенными или бактериального происхождения). Считается, что индуцированное стрессом высвобождение IL-18 может вести к усилению цикла IFNγ/IL-18: вслед за первой волной образования IFNγ лимфоцитами, индуцированного IL-18, вновь синтезированный IFNγ, в свою очередь, стимулирует моноциты/макрофаги, что ведет к увеличению их ICE-активности которая, в частности, приводит к образованию IL-18. IL-18 не только стимулирует синтез IFNγ, но и модулирует его функциональную активность. Показано, что экспрессия Fas-лиганда Th1-клетками и NK-клетками также происходит под влиянием IL-18. С другой стороны, показано, что IFNγ участвует в активации экспрессии самого Fas. Таким образом, можно сделать вывод, что IL-18 самостоятельно (FasL) или посредством IFNγ (Fas) стимулирует инициализацию процессов апоптоза.

Интерлейкин 20 (IL-20)

IL-20 принадлежит семейству IL-10. Его аминокислотная последовательность приблизительно на 28% идентична IL-10 и на 76% идентична IL-20 мышей. Экспрессия IL-20 может повышаться под воздействием ЛПС. Показано, что этот цитокин инициирует каскады трансдукции с участием STAT3 и стимулирует индукцию провоспалительных генов, включая TNF-α и MCP-1. Первоначально функциональные исследования на трансгенных мышах показали, что IL-20 способен регулировать развитие кожи. Сверхэкспрессия IL-20 как у людей, так и у мышей, приводит к гиперпролиферации кератиноцитов, абнормальной эпидермальной дифференцировке и неонатальной гибели. У людей уровни IL-20 и его рецепторов повышены при псориазе. Возможно, IL-20 участвует в гемопоэзе. Он усиливает пролиферацию мультипотентных клеток-предшественников in vitro. На модельных системах показано, что IL-20 подавляет COX-2 и PGE2 и является ингибитором ангиогенеза.

Интерлейкин 21 (IL-21)

Интерлейкин-21 - это цитокин, обладающий мощным регуляторным действием на клетки иммунной системы, включая естественные киллерные (NK) клетки и цитотоксические Т-клетки, которые могут разрушать вирусно инфицированные или раковые клетки. этот цитокин индуцирует клеточное деление / пролиферацию в своих клетках-мишенях.

Рис. 8. Секреция IL-21 и его функции. Интерлейкин 21 (IL-21) секретируется активированными CD4⁺ Т-клетками, Т-фолликулярными хелперными клетками и Т-клетками-природными киллерами и способен модулировать активность большинства подгрупп лимфоцитов. Перечисленные эффекты на CD4⁺ T-клетки и CD8⁺ T-клетки наблюдались после стимуляции IL-21 вместе со стимуляцией T-клеточного рецептора или другими активирующими цитокинами (IL-2, IL-15), тогда как эффекты на NK-клетки требуют других активирующих цитокинов или активации через Fc-рецепторы. Сообщалось, что IL-21 не оказывает прямого воздействия на регуляторные T (Treg) клетки у мышей, но подавляет FOXP3 в CD4⁺ T-клетках человека. Другие стимуляторы В-клеток (цитокины, иммуноглобулины, агонисты TLRs, лигирование CD40)) также необходимы для перечисленных эффектов на В-клетки, дендритные клетки и макрофаги. На рисунке: ADCC, антителозависимая клеточная цитотоксичность; IFN , интерферон- ; mAb, моноклональное антитело; Th17, Т-хелпер 17; TNF , фактор некроза опухолей.

Интерлейкин 22 (IL-22)

IL-22 (семейство IL-10) также известен как IL-10-подобный T-клеточный индуцибельный фактор (IL-TIF). Рецептор IL-22 экспрессируется преимущественно в поджелудочной железе, и, в меньшей степени, других тканях ЖКТ, почек и кожи. Описан растворимый рецептор – IL-22-связывающий белок (IL-22BP), который может действовать как эндогенный ингибитор активности цитокина. Показано, что IL-22 активирует сигнальные пути Jak/STAT и MAPK и усиливает продукцию белков острой фазы. IL-22 продуцируется в основном активированными Th1 и NK-клетками. Экспрессия мышиного IL-22 индуцируется в различных органах при инъекции ЛПС, что свидетельствует о возможном его участии в воспалительных ответах. Это подтверждается данными у пациентов с ревматоидным артритом о том, что IL-22 продуцируется синовиальными фибробластами и макрофагами и может индуцировать провоспалительный ответ в синовиальных тканях. Кроме того, он стимулирует продукцию провоспалительных цитокинов и дефензинов в кератиноцитах человека.

Интерлейкин 23 (IL-23)

IL-23 – это недавно открытый цитокин (ЦК), который участвует в созревании Т-клеток памяти. Как и близкие к нему цитокины IL-12 и IL-27, IL-23 это гетеродимерный белок, субъединицы которого (p19 и p40) с м.м. ~70 кДа связаны дисульфидными связями. р19 обладает гомологией с IL-6, G-CSF и субъединицей p35 IL-12. Субъединица p40, общая для IL-23 и IL-12, также обладает гомологией с рецепторами IL-6 и цилиарного нейротрофического фактора. Субъединица p19 продуцируется активированными дендритными клетками, макрофагами и эндотелиальными клетками, уровень ее экспрессии повышается в ответ на бактериальные продукты. Изучение p19 показало роль IL-23 в генерации гуморального и клеточного иммунного ответа, зависимого от Т-клеток памяти. p40 продуцируется активированными дендритными клетками, макрофагами/моноцитами, микроглией, клетками костного мозга, культивируемыми в присутствии фактора стволовых клеток (c-kit лиганд) и кератиноцитами. p40 находится под контролем многих факторов транскрипции, таких как IRF-1, c-Rel, Ets-2 и Ets-подобных компонентов. При взаимодействии с перитонеальными макрофагами IL-23 стимулирует продукцию IL-1 и TNF, играя роль аутокринного воспалительного ЦК.

В настоящее время изучается роль IL-23 в патогенезе АИЗ. Показано, что IL-23 способствует образованию популяции патогенных CD4⁺ T-клеток, продуцирующих IL-6, IL-17 и TNF, а также других провоспалительных ЦК. При экспериментальной аутоиммунной энцефалопатии у мышей введение нейтрализующих антитела к IL-17 снимало аутоиммунные повреждения, опосредованные популяцией Т-клеток, развившихся под действием IL-23. Это подтверждает важность ЦК-каскада с участием IL-23 и IL-17 при АИЗ.

Интерлейкин-31 (IL-31)

IL-31, синтезируемый активированными Th2, входит в семейство IL-6. Одна из биологических функций IL-31 – участие в патогенезе аллергических и неаллергических дерматитов, а также псориаза. Значение IL-31 состоит, прежде всего, в том, что его рецептор постоянно экспрессируется эпителиальными клетками, а также нормальными кератиноцитами эпидермиса кожи человека. Под влиянием IL-31 в кератиноцитах происходит экспрессия генов хемокинов различных семейств, в связи с чем этот цитокин рассматривается как хемоаттрактант нейтрофилов, базофилов, Т-лимфоцитов, моноцитов и др. У трансгенных мышей с резко повышенной экспрессией IL-31 наблюдалось развитие воспалительного процесса в коже, нарушения дифференцировки кератиноцитов, гиперкератоз. К этому следует добавить, что у этих трансгенных мышей при патологических изменениях кожи (выпадение шерсти, зуд и др.) наблюдалось снижение уровня IgE и IgG1 (подкласс 1) в сыворотке, что предполагает способность IL-31 включаться в патогенез неатопических дерматитов. Имеются доказательства причастности IL-31 и к тем проявлениям высыпаний на коже и экземы, в патогенезе которых важную роль играют Т-лимфоциты.

Интерлейкин-33 (IL-33)

IL-33 – еще один член семейства IL-1, открытый путем анализа генетической базы данных по принципу родства с цитокинами этой группы. IL-33 вначале синтезируется в виде предшественника, состоящего из 270 аминокислотных остатков с м.м. около 30 кДа. Под действием каспазы-1 происходит расщепление предшественника с образованием биологически активной зрелой формы с м.м. 18 кДа. IL-33 синтезируется различными типами клеток во многих тканях. Оказалось, что рецептором для IL-33 служит известный уже достаточно давно ST2, экспрессируемый преимущественно Th2 и тучными клетками. IL-33 инициирует NF-кB и МАР-киназы, стимулирует продукцию IL-4, IL-5 и IL-13. Несмотря на структурное сходство самого IL-33 и его рецепторов с соответствующими белками семейства IL-1, этот цитокин не обладает провоспалительной активностью, но избирательно стимулирует гуморальный иммунитет, усиливая синтез Th2-цитокинов и увеличивая содержание иммуноглобулинов в плазме крови.

ОСОБЫЕ ГРУППЫ ЦИТОКИНОВ

Колониестимулирующие факторы (CSF)

CSF – это ЦК, стимулирующие гемопоэз. В настоящее время описано 3 ЦК этой группы: G-CSF (гранулоцитарный), GM-CSF (гранулоцитарно-макрофагальный), MCSF (моноцитарно/макрофагальный). CSF – полипептиды с м.м. 20-40 кДа. GM-CSF, M-CSF, G-CSF продуцируются мононуклеарными фагоцитами, эндотелиальными клетками и фибробластами, соответственно. GM-CSF индуцирует рост и дифференцировку незрелых костно-мозговых клеток в разные типы клеток миелоидного ряда, при этом ускоряет процесс созревания предшественников гранулоцитов и мононуклеарных макрофагов. Высокий уровень GM-CSF, секретируемого опухолевыми клетками, обуславливает нейтрофилию у больных со злокачественным процессом. M-CSF вызывает дифференцировку гемопоэтических клеток-предшественников в мононуклеарные фагоциты, G-CSF – в нейтрофилы. CSF относятся к провоспалительным ЦК, их уровни в плазме увеличиваются при воспалении различной этиологии.

---

Эритропоэтин и другие факторы роста. Получение и применение в медицине.

Развитие техники работы с культурами клеток привело к обнаружению большого числа факторов роста (colony stimulating factors, CSF, колониестимулирующие факторы), которые стимулировали рост клеток в результате взаимодействия с рецепторами на клеточной поверхности. Эти факторы представляют собой цитокины – вещества, которые синтезируются клетками в очень малых количествах. Методами генетической инженерии можно получать их в необходимых количествах с целью изучения свойств, природы и механизма взаимодействия, а также возможностей терапевтического применения: особый интерес представляет направленное влияние на рост определенных типов клеток (клеток кожи, нервных клеток, эритроцитов, клеток костей и т.д.). Так, эритропоэтин, фактор роста гранулоцитов (G-CSF) и фактор роста гранулоцитов и макрофагов (GM-CSF) уже успешно применяются в медицине. Эритропоэтин стимулирует образование эритроцитов, G-CSF – нейтрофильных гранулоцитов, а GM-CSF – эозинофильных и нейтрофильных гранулоцитов, моноцитов и макрофагов. Эти факторы назначают пациентам с анемией, которая часто возникает при проведении диализа. В Германии около 40 000 пациентов принимают эритропоэтин и около 100 000 – GM-CSF. Мировой объем рынка эритропоэтина составляет около 10 млрд долл. США, G-CSF и GM-CSF – около 3 млрд долл. США (2004 г.).

ЭРИТРОПОЭТИН (ЕРО) – фактор роста эритроцитов. Интенсивность биосинтеза эритропоэтина в клетках эндотелия почек и клетках Купфера в печени зависит от парциального давления кислорода в крови. Под действием ЕРО гематопоэтические стволовые клетки костного мозга теряют ядра, и в них начинается синтез гемоглобина: так происходит созревание эритроцитов. Таким образом, ЕРО стимулирует обновление клеток крови, и поэтому он используется при лечении малокровия, развивающегося у пациентов, которым проводят диализ крови (искусственная почка). В последнее время наряду с эритропоэтином при лечении таких пациентов успешно используется комбинированный препарат: факторы роста GM-CSF или G-CSF, факторы роста гранулоцитов, макрофагов и моноцитов. Ген эритропоэтина из клеток костного мозга человека клонирован в 1984 г. Гликопротеин с молекулярной массой 34 кДа представляет собой полипептид из 165 аминокислотных остатков, который гликозилирован по трем атомам азота и одному атому кислорода. На углеводные цепи приходится около

40% молекулярной массы этого гликопротеина и они, по-видимому, имеют важное функциональное значение. По этой причине поиск клеток-хозяев для экспрессии биологически активного эритропоэтина оказался чрезвычайно сложной задачей. Высокий выход функционального гликопротеина был получен в клетках СНО. Кристаллическая структура эритропоэтина, связанного с внеклеточными доменами его рецепторов, представлена в таблице.

ФАКТОРЫ РОСТА. Гликопротеины, входящие в состав большой группы факторов роста, специфически стимулируют размножение и созревание клеток соединительной ткани, а также нервных, костных и других клеток. К настоящему времени гены многих факторов роста клонированы, и некоторые рекомбинантные белки уже применяются в медицине или находятся на стадии клинических испытаний. Препараты, полученные на основе этих белков, используют для лечения невропатий, остеопороза и язвенной болезни. Исследуется возможность применения фактора роста эпителия для заживления ран, в том числе после удаления катаракты. Были получены трансгенные овцы, в которых активность фактора роста эпителия увеличена по сравнению с нормой, в результате рост шерсти у таких овец значительно усилился.

ПОЛУЧЕНИЕ. Эритропоэтин получают в биореакторах объемом до 1000 л с использованием культуры животных клеток, прежде всего – рекомбинантных СНО-клеток (клетки яичника китайского хомяка). Необходимость использования животных клеток для получения эритропоэтина связана с тем, что биологически активный белок должен быть гликозилирован. Процесс ферментации продолжается 30 сут, после чего рекомбинантный белок подвергают четырехстадийной хроматографической очистке. Физиологическое действие других факторов роста не зависит от того, гликозилированы они или нет, поэтому в качестве клеток-хозяев для получения таких рекомбинантных белков используют микроорганизмы. Так, GM-CSF и G-CSF получают в клетках рекомбинантных штаммов E. coli.

Фактор некроза опухолей

Фактор некроза опухолей (ФНО или англ. TNF) – занимает особое место среди цитокинов. Свое название он получил в связи со способностью вызывать геморрагический некроз некоторых опухолей у экспериментальных животных. Позднее было установлено, что TNF - это целое семейство цитокинов, осуществляющих свои функции через соответствующее семейство клеточных рецепторов. В это семейство входят лимфотоксины α и β, Fas-лиганд, мембранные молекулы CD40 и CD30, Р-75, TNF-связанный апоптоз-индуцирующий лиганд (TRAIL) и др. Продуцентами этой группы цитокинов являются активированные мононуклеарные фагоциты, эндотелиальные клетки, антигенстимулированные Т-клетки (СD4⁺ Т-клетки и CD8⁺ Т-клетки), активированные EC-клетки. Биологические свойства ФНО чрезвычайно разнообразны и зависят от преобладания того или иного цитокина из его семейства. Основными являются: стимуляция продукции IL-1, IL-6 и самого TNF, стимуляция процессов адгезии, антителообразования В-клетками, индукция колониеобразующих факторов эндотелиальными клетками и фибробластами, ко-стимуляция Т-клеточной активации и NK-клеток. Входящие в семейство Fas-лиганд, TRAIL, индуцируют апоптоз, а лимфотоксины α и β играют важную роль в развитии лимфоидных органов. Выключение генов лимфотоксинов у мышей приводит к подавлению развития лимфатических узлов, пейеровых бляшек, формирования зародышевых центров при иммунном ответе. TNF-α влияет на процессы кроветворения, подавляя эритро-, миело- и лимфопоэз, однако, на фоне подавленного кроветворения проявляется стимулирующее действие TNF-α. Введение TNF может защищать мышей от летальных доз облучения: применение его через 24 ч после облучения снижает гибель мышей до 40% по сравнению с 75% в контроле. Индукция апоптоза и клеточной смерти цитокинами семейства TNF является фундаментальной для использования их в лечении опухолей. Кроме возможности непосредственно вызывать цитолиз, TNF также усиливает экспрессию на клеточной поверхности антигенов MHC класса II  опухолеассоциированных антигенов, способствуя тем самым развитию более интенсивного иммунного ответа на опухоль.

В группу факторов некроза опухолей включают TNF-α и TNF-β. Они представляют собой полипептиды с м.м. ~17 кДа. TNF-α (или TNF-α) является продуктом моноцитов/макрофагов, эндотелиальных, тучных и миелоидных клеток, ЛАК, клеток нейроглии, в особых случаях – активированных Т-лимфоцитов. Последние являются основными продуцентами TNF-β, который образуется при действии на Т-клетки антигена и митогенов значительно позже, чем TNF-α (2-3 сутки после активации). Противоопухолевое действие, связанное с геморрагическим некрозом и давшее название семейству, однако не ограничивает спектр действий данных цитокинов.

Существует три основных направления действия TNF (ФНО):

• цитотоксическое, направленное на клетки опухоли либо клетки, пораженные вирусами;
• иммуномодулирующее и противовоспалительное, вызываемое активацией макрофагов, нейтрофилов, эозинофилов и эндотелиальных клеток;
• влияние на метаболизм, способное привести к гипергликемии, резорбции кости и увеличению мышечного гликогенолиза, т.е. кахексии, наблюдаемой при некоторых паразитарных инфекциях.

В результате высвобождения TNF повышается проницаемость капилляров, повреждается эндотелий сосудов, возникает внутрисосудистый тромбоз. Концентрация циркулирующего TNF-α обычно очень низка (<5 пг/мл), однако она резко возрастает (максимум за 90 мин.) после введения ЛПС и возвращается к норме в течение 4 ч. Высокие уровни TNF-α (>300 пг/мл) обнаруживают во время септического шока. Сохранение высоких уровней указывает на возможность возникновения нежелательных последствий. Было показано, что у ВИЧ-инфицированных лиц в начальный период заболевания значительно увеличиваются концентрации TNF-α и IFNγ. Повышенный уровень TNF-α при СПИДе индуцирует репликацию вируса в инфицированных клетках по ауто- или паракринному пути. Кроме того, TNF, осуществляя киллинг клеток, пораженных вирусом, вызывает вирусемию и заражение новых лимфоцитов. Оппортунистические инфекции у ВИЧ-инфицированных лиц приводят к дополнительной продукции TNF-α и IL-1, и это тоже вызывает увеличение количества клеток, содержащих вирус иммунодефицита.

На заметку

Фактор активации B-клеток семейства TNF (BAFF)

BAFF (BLyS или TALL1) – это цитокин, экспрессируемый в основном клетками иммунной системы: нейтрофилами, моноцитами, макрофагами, дендритными клетками, фолликулярными дендритными клетками, активированными T- и некоторыми злокачественно трансформированными B-клетками.

BAFF связывается тремя различными рецепторами (BAFFR, TACI и BCMA), главным образом экспрессируемыми на B-клетках, хотя активированные T-клетки также экспрессируют BAFFR. BAFF является главным регулятором выживаемости периферических В-клеток, участвует в различных процессах, таких как переключение синтеза иммуноглобулинов с одного изотипа на другой или костимуляция В-клеток.

Кроме своей основной роли в биологии В-клеток, BAFF ко-стимулирует активированные T-клетки. Ослабление регуляции экспрессии этого мембраносвязанного белка, который легко может переходить в растворимую форму при протеолитическом расщеплении, приводит к АИЗ у мышей. У людей повышенные уровни растворимого BAFF выявляются у пациентов с различными АИЗ, такими как РА, СШ, СКВ. Уровень BAFF повышен у больных множественной миеломой и хроническим В-клеточным лимфолейкозом.

Интерфероны (IFN)

Эти белки обладают противовирусной и иммуномодулирующей активностью. В зависимости от происхождения и, соответственно, строения IFN человека делятся на 3 основных типа: IFN-α, продуцентами которого преимущественно являются макрофаги и В-клетки; IFN-β, продуцируемый фибробластами, и IFNγ, который синтезируют главным образом активированные Th1. Т-клетки продуцируют IFNγ в результате стимуляции митогенами, антителами против CD3, специфическими вирусными антигенами.

Интерферон-гамма (IFNγ) является плейотропным цитокином, эффекты которого можно суммировать следующим образом:

1. обладает большим спектром противовирусного, противопаразитарного и противоопухолевого действия;
2. имеет многочисленные иммуномодулирующие эффекты, включая стимуляцию экспрессии антигенов тканевой совместимости (см. HLA и классы HLA) классов I (HLA-A, HLA-B и HLA-C) и II (HLA-DP, HLA-DM, HLA-DOA, HLA-DOB, HLA-DQ и HLA-DR);
3. оказывает необратимое цитотоксическое действие на трансформированные клетки, тогда как его цитостатическое влияние на нормальные клетки обратимо;
4. усиливает цитотоксические реакции, опосредованные Т-лимфоцитами и NK-клетками;
5. одновременно селективно повышает резистентность нормальных клеток к цитопатическим эффектам NK-клеток.

Снижение продукции IFNγ установлено при синдроме Сезари, остром лимфолейкозе, неходжкинских лимфомах, хроническом лимфолейкозе. У ВИЧ-инфицированных лиц в большей степени нарушена функция Th1 (продуцирующих IL-2 и IFN-γ, снижающих функциональную активность NK-клеток), чем Th2 (продуцирующих IL-4 и IL-5, усиливающих АТ-образование). Было показано, что у больных СПИДом в начальный период заболевания значительно увеличивается концентрация IFNγ. Также IFNγ повышается в плазме при тяжелой цитомегаловирусной инфекции. IFNγ и IFN-β повышаются в плазме при болезнях ЦНС, рассеянном склерозе.

Интерферон-альфа (IFN-α) существует, как минимум, в 20 вариантах с м.м. 19-26 кДа. IFN-α обладает выраженной антивирусной, антипаразитарной и антипролиферативной активностью. IFN-α продуцируется макрофагами, моноцитами, лимфобластами и фибробластами, а также различными типами вирус-активированных клеток. Он используется при лечении карциномы почки и саркомы Капоши. IFN-α повышается в плазме при АИЗ, СПИДе, миастении.

Интерферон бета (IFN-β) - это белок, который у людей кодируется геном IFNB1. Природные и рекомбинантные белковые формы обладают противовирусными, антибактериальными и противораковыми свойствами. IFN-β является членом семейства интерферонов типа 1 (T1IFN) и считается основным цитокином, который опосредует местные реакции на вирусные, бактериальные и другие антигенные стимулы в кишечнике.

---

Интерфероны. Применение в медицине. Получение.

ВВЕДЕНИЕ. Интерфероны (IFN) секретируются различными клетками иммунной системы и служат сигнальными веществами: иммунный ответ клетки обусловлен связыванием молекул интерферонов с INF-рецепторами. У млекопитающих выделяют интерфероны трех типов: IFN-α, IFN-β и IFN-γ. Эти молекулы вовлечены в регуляцию 20–30 генов и обладают широким спектром иммунорегуляторных, противовирусных и антипролиферативных (препятствующих делению клеток) свойств. Молекулы IFN-α и IFN-β стабильны при рН 5 и обладают сродством к одному и тому же рецептору (IFN-рецептор I типа). В отличие от IFN-α и IFN-β молекулы IFN-γ неустойчивы в кислой среде и связываются с рецепторами другого типа (IFN-рецептор II типа).

СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ. α-Интерфероны (IFN-α) образуются в лейкоцитах. Их гены составляют семейство из более 20 неаллельных генов, проявляющих высокую степень гомологии. Молекулярная масса этого полипептида –16 кДа, а гликозилированного до 26 кДа. В настоящее время IFN-α успешно применяют для лечения гепатитов В и С, а также некоторых злокачественных опухолей – рака мочевого пузыря, меланомы, лейкемии и лимфомы. Объем мирового рынка IFN-α в 2004 г. составил 3,2 млрд долл. США. Синтез β-интерферона (IFN-β) происходит в фибробластах. Полипептидная цепь IFN-β состоит из 166 аминокислотных остатков, а после гликозилирования ~20 кДа. IFN-β применяют при лечении рассеянного склероза. Объем рынка IFN-β достигает 1 млрд долл. США. Источником γ-интерферона служат активированные Т-лимфоциты. В свою очередь IFN-γ активирует макрофаги. Белковая цепь содержит 143 аминокислотных остатка, и в зависимости от степени гликозилирования имеет молекулярную массу 15–25 кДа. IFN-γ используют при лечении хронического гранулематоза. Объем рынка IFN-γ составляет ~200 млн долл. США. В настоящее время ведутся клинические испытания интерферонов в терапии злокачественных опухолей (IFN-α, -β и -γ), аутоиммунных заболеваний (IFN-α и -β), вирусных инфекций (IFN-α и -β), ревматоидного артрита и астмы (IFN-γ).

КЛОНИРОВАНИЕ И ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ ИНТЕРФЕРОНОВ. Возможность терапевтического применения интерферонов обсуждалась давно, однако традиционный способ их получения путем фракционирования донорской крови оказался неприменим для производства лекарственных препаратов. Лишь в 1986 г. с помощью методов генетической инженерии удалось наладить промышленное производство препаратов интерферонов для клинического использования. Клонирование генов этих белков, содержащихся в крови в очень малых концентрациях, оказалось сложной задачей, решение которой для IFN-α было найдено в 1982 г.. Процедура клонирования включала в себя следующие этапы. 1. Из лейкоцитов человека выделили мРНК, затем провели обратную транскрипцию и полученной кДНК трансформировали клетки Escherichia coli. Было получено 6000 клонов, которые разделили на группы. 2. Провели гибридизацию каждой группы клонов с неочищенным препаратом IFN-α-мРНК. 3. Осуществили трансляцию гибридных мРНК в бесклеточной системе и измерили противовирусную активность полученных белковых продуктов. 4. Провели экспрессию выбранных кДНК. Так как биологическая активность интерферона не зависит от степени его гликозилирования, для получения больших количеств белка часто используют клетки E. coli. В промышленных технологиях интерферонов используются и другие хозяева: Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, культуры животных клеток или молоко трансгенных животных.

ПОЛУЧЕНИЕ. В промышленности IFN-α начали получать с 1978 г. В качестве источника IFN-α использовали клетки лимфобластомы человека, индуцированные вирусом Сендай (клеточная линия Nawalma), в которых синтезировались по меньшей мере восемь различных изоформ IFN-α. В настоящее время почти все интерфероны получают из клеток рекомбинантных штаммов E. coli. Исключение – IFN-β1а, который получают из рекомбинантных клеток СНО. В клетках E. coli удается получать высокий выход продукта, затем белок очищают методами хроматографии. Так, фирма Roche производит интерферон-α2а (Roferon A^®) в рекомбинантных клетках E. coli К12. После выращивания клетки разрушают методом низкотемпературного замораживания, удаляют клеточные фрагменты центрифугированием, а белок очищают хроматографическими методами.

Хемокины

Наряду с традиционными цитокинами (ЦК) иммунной системы (ИС), такими как TNFα, IFN и IL, описан новый класс регуляторов – хемокины.

Хемокины (ХК) – это группа низкомолекулярных цитокинов, участвующих в миграции, активации и хемотаксисе клеток. Они определяют, вид клеток, проникающих через эндотелий, и пути их миграции в ткани. У большинства ХК есть 2 связывающих сайта: для специфических рецепторов и для углеводных групп протеогликанов (таких как гепарансульфат), позволяющий циркулирующим ХК связываться с поверхностью эндотелия, что запускает механизм миграции.

Хемокины - это семейство секретируемых факторов с малой м.м. отнесено к суперсемейству белков тромбоцитарного фактора 4 и регулирует иммуновоспалительные реакции. Хемотаксические молекулы, которых насчитывается более 60, подразделяются на ряд групп – СХС, СС, СХ_ЗС. В основном это малые цитокины (ЦК), полипептиды с м.м. 8-10 кДa. Хемокины подразделяют на различные семейства на основании расположения консервативных остатков цистеина (С). Все полипептиды суперсемейства имеют четыре цистеиновых остатка. В α-ХК или СХС-семействе первые два остатка цистеина разделены аминокислотой. В β-ХК или СС-семействе эти остатки цистеина сопряжены. Наиболее известными представителями семейства α-ХК являются: IL-8, GRO, фактор тромбоцитов 4, β-тромбоглобулин и IP-10. Семейство β-ХК включает: MIP-1α, MIP-1β, MCP-1 и I-309. Гены всех человеческих α-ХК расположены на хромосоме 4q, в то время как гены β-ХК расположены на хромосоме 17q.

ХК, главным образом, действуют на лейкоциты, регулируя их направленную миграцию. α-ХК преимущественно являются хемоаттрактантами и активаторами нейтрофилов, тогда как β-ХК – моноцитов и Т-клеток.

Все ХК действуют через рецепторы с 7-трансмембранными сегментами, соединенными с GTP-связывающими белками (G-белками), которые вызывают клеточную активацию. Большинство ХК взаимодействуют более чем с одним рецептором, и большинство рецепторов имеют несколько ХК-лигандов. Рецепторы для α-ХК (СХС) получили название CXCR1, CXCR2 и т.д.; а для β-ХК (СС) – CCR1, CCR2 и т.д. Рецепторы ХК избирательно экспрессируются на отдельных популяциях лейкоцитов. Профиль рецепторов ХК на клетке зависит от типа и степени дифференцировки. Например, все Т-клетки экспрессируют CCR1; Тh2 – преимущественно CCR3; Th1 – преимущественно CCR5 и CXCR3. После активации в лимфатических узлах уровень CXCR3 на Т-клетке повышается таким образом, что клетка становится более восприимчивой к CXCL9-11, которые активируют данный рецептор. Вследствие этого антиген-активированные лимфоциты быстрее проникают в очаги воспаления, где эти ХК экспрессируются. Как только лимфоцит проходит через эндотелий, он способен отвечать на новый ХК-стимул, направляющий его миграцию внутрь ткани. Таким образом, клетки получают серию сигналов, что определяет их дальнейшее местонахождение.

Отличительной чертой этих молекул является их «индуцибельность», т.е. они практически не экспрессируются в нестимулированных клетках. Это свойство и малая м.м. секретируемого продукта обусловили использование термина «Small Inducible Secreted» (SIS).

---

Цитокины и их роль в здоровье и болезнях: краткий обзор

Ранее см.:

• Цитокины и иммунный ответ при инфекционных заболеваниях
• Цитокины и приобретенный иммунитет
• Цитокины и воспаление
• Цитокины и сердечно-сосудистые заболевания
• Цитокины и аутоиммунные заболевания
• Цитокины и трансплантация
• Цитокины и онкология
• Цитокины и аллергические заболевания

Резюме

Цитокины представляют собой небольшие неструктурные белки с низким молекулярным весом, которые оказывают комплексное регулирующее влияние на воспаление и иммунитет. Долгое время считалось, что в развитии иммунного и воспалительного ответа участвуют кроветворные клетки, лимфоидные клетки и различные провоспалительные и противовоспалительные клетки, а цитокины опосредуют сложные взаимодействия этих клеток. Цитокины являются межклеточными мессенджерами в иммунной системе, где они интегрируют функцию нескольких типов клеток в различных компартментах тела в последовательный иммунный ответ. Они развивались годами и теперь включают в себя интерфероны, интерлейкины, семейство хемокинов, мезенхимальные факторы роста, семейство факторов некроза опухолей и адипокины. Ранее известные как «растворимые факторы», цитокины продуцируются и вызывают реакцию каждой клетки, за исключением эритроцитов. В ответ на различные стимулы цитокины секретируются из различных клеток, включая лейкоциты. Плейотропизм является отличительной чертой цитокинов, и есть неудачи и успехи цитокинов и связанных агентов в качестве терапевтических агентов. В мембране клеток-мишеней у них есть специфические рецепторы для их передачи сигнала и регуляторных функций. Помимо врожденного и адаптивного иммунитета, цитокины играют главную роль во многих разнообразных функциях, включая дифференцировку иммунных клеток, воспаление, ангиогенез, онкогенез, нейробиологию, вирусный патогенез и т. Д. В дополнение к воспалению, иммунитету и инфекциям, цитокины теперь расширили свой домен до атеросклероза. и рак. Таким образом, цитокины могут быть полезными биомаркерами для здоровья и заболеваний и выступать в качестве диагностических, прогностических и терапевтических агентов. В этом обзоре будет освещено влияние цитокинов на различные физиологические действия, патофизиологические состояния, терапию и сложные взаимодействия между мозгом и иммунными клетками.

Сокращения: Tr1: регуляторные Т-клетки Типа 1; IFNγ: интерферон-γ; CTL: цитотоксические Т-клетки; MDM: Моноцитарные макрофаги; VCAM-1: васкулярная молекула клеточной адгезии 1; AMPAR: Глутаматный рецептор типа AMPA; VEGF: Фактор роста эндотелия сосудов; CGD: хроническая гранулематозная болезнь

Вступление

История цитокинов восходит к прошлому веку, когда впервые был обнаружен интерферон. Цитокины представляют собой плейотропные белки или небольшие гликопротеины с молекулярной массой менее 30 kDa (~ 200 аминокислот). Цитокины продуцируются рядом типов клеток, таких как лейкоциты, которые регулируют иммунитет, воспаление и кроветворение [1]. На сегодняшний день известно более 200 цитокинов. Они имеют высокую степень α-спиральной структуры, и молекулы имеют сходную полипептидную складку с четырьмя α-спиральными пучками. Они классифицируются на основе того, из чего они получены либо из клеток Th1, либо из клеток Th2. Недавно было классифицировано третье подмножество Th-клеток (Th17) и T-регуляторных клеток (Treg), которые демонстрируют профиль цитокинов, отличный от Th1-клеток и Th2-клеток (рис. 1). Оно секретирует IL-17, IL-17F, IL-22 и IL-25. Клетки Treg типа 1 (Tr1) секретируют в основном IL-10 и IFN-γ, IL-5 в меньшем количестве и очень низкий уровень TGF-β и IL-2. Подгруппа Tr3 Treg (также называемая клетками Th3) продуцирует преимущественно TGF-β и меньшее количество IL-10 [2]. По своей секреции они подразделяются на лимфокины (цитокины, секретируемые Т-клетками и регулирующие иммунный ответ), провоспалительные цитокины (цитокины, усиливающие и закрепляющие воспалительный процесс), факторы роста (цитокины, способствующие выживанию клеток и приводящие к структурным изменениям в дыхательных путях), хемокины (цитокины, являющиеся хемотаксическими для воспалительных клеток) и противовоспалительные цитокины (цитокины, отрицательно модулирующие воспалительный ответ) [3].

История развития цитокинов показывает их как растворимые факторы, продуцируемые одной клеткой и воздействующие на другую клетку, и было установлено признание активности цитокинов (1940–1960). Вскоре стало очевидным, что производство этих факторов можно регулировать путем активации антигеном или неспецифическим митогеном. Была также разработана стандартизированная номенклатура, определяющая цитокины как интерлейкины в отношении их роли среди лейкоцитов, и первыми были названы IL-1 и IL-2. Линии лейкозных моноцитов были выбраны для разработки интерлейкина-1 и Т-клеточных лимфом для продукции IL-2 [4]. Сегодня они признаны интегральными мембранными белками, и некоторые цитокины могут никогда не высвобождаться из клеток. Развитие знаний выявило сложность и двухфазную природу цитокинов - и одна и та же молекула может иметь как полезные, так и вредные эффекты. Например, интерферон-γ (IFNγ), который необходим для защиты от нескольких внутриклеточных микроорганизмов, таких как Mycobacterium tuberculosis, также является основным цитокином в патогенезе некоторых аутоиммунных заболеваний. IL-2 необходим для генерации цитотоксических T-клеток (CTLs) и служит основой для нескольких вакцин, но один и тот же цитокин стимулирует развитие болезни трансплантата против хозяина и ограничивает успех трансплантации костного мозга [5].

 

Рисунок 1: Дифференциация наивных Т-клеток.

Цитокиновые рецепторы

Цитокины оказывают различные биологические эффекты через рецепторы, присутствующие на мембранах чувствительных клеток-мишеней. Эти рецепторы имеют внеклеточный домен, цитоплазматический домен и один мембранный охватывающий домен. На внеклеточном домене присутствуют консервативные мотивы аминокислотных последовательностей, и эти мотивы включают четыре консервативных остатка цистеина. Существует также наличие двух полипептидных цепей. Одна представляет собой специфичную для цитокинов α-субъединицу, а другая представляет собой β-субъединицу, передающую сигнал.

Природа клетки-мишени, с которой связываются цитокины, определяется наличием специфических мембранных рецепторов. Цитокины и их рецепторы проявляют очень высокую аффинность друг к другу и обладают константами диссоциации в диапазоне от 10^-10 до 10^-12 М, и по этой причине высокая аффинность приводит к биологическим эффектам цитокинов в пикомолярных концентрациях. Они проявляют аутокринное, паракринное и эндокринное действие и опосредуют клеточное взаимодействие [6]. Интенсивность или продолжительность иммунного ответа регулируется либо стимулированием, либо ингибированием активации, пролиферации и дифференцировки различных клеток и, таким образом, регулированием секреции антител или других цитокинов. Физиологические реакции цитокинов на связывание с рецепторами включают развитие клеточного и гуморального иммунного ответа, индукцию воспалительного ответа, регуляцию гемопоэза, контроль клеточной пролиферации и дифференцировки и индукцию заживления ран. Помимо этого, цитокины часто индуцируют синтез других цитокинов, что приводит к каскаду активности, в котором последние цитокины влияют на активность прежних цитокинов, которые его секретируют. Наконец, они функционируют в течение очень ограниченного периода времени из-за своего короткого периода полураспада в кровотоке и внеклеточных жидкостях [4].

Периферический воспалительный ответ цитокинов

Воспаление - это иммунологический защитный механизм организма от травм, инфекций и аллергии, характеризующийся миграцией лейкоцитов и высвобождением химических токсинов. Острая воспалительная реакция характеризуется быстрым началом и непродолжительностью. Это сопровождается системным ответом, известным как реакция острой фазы, которая характеризуется изменениями в уровнях нескольких белков плазмы. Активация тканевых макрофагов с высвобождением таких цитокинов, как TNF-α, IL-1 и IL-6, происходит во время такого рода реакции. Эти три цитокина действуют на фибробласты и эндотелиальные клетки, вызывая коагуляцию и повышая сосудистую проницаемость клеток. Повышенная экспрессия молекул адгезии происходит на эндотелиальных клетках сосудов под действием TNF-α и IL-1. IL-1 стимулирует экспрессию молекул адгезии ICAM-1 и VCAM-1, которые связываются с лимфоцитами и моноцитами. Циркулирующие нейтрофилы, лимфоциты и моноциты распознают молекулы адгезии и перемещаются через стенки кровеносных сосудов в тканевые пространства. TNF-α и IL-1 также действуют на макрофаги и эндотелиальные клетки, индуцируя экспрессию IL-8, который отвечает за инфильтрацию нейтрофилов и также является мощным хемотаксическим фактором. TNF-α, IL-1 и IL-6 действуют совместно на гипоталамус в головном мозге, вызывая лихорадочную реакцию, и уровни этих цитокинов в головном мозге также повышаются. TNF-α также действует на сосудистые эндотелиальные клетки и макрофаги, индуцируя экспрессию колониестимулирующих факторов (M-CSF, G-CSF и GM-CSF) и, наконец, приводит к гемопоэзу, приводящему к увеличению экспрессии необходимых белых кровяных телец для борьбы с этим видом инфекции. IFN-γ и TNF-α продуцируются Th1-клетками вследствие длительной персистенции антигена и приводят к хронической воспалительной реакции. Макрофаги играют важную роль в регуляции хронической воспалительной реакции. Активация макрофагов IFN-γ индуцирует повышенную экспрессию молекул MHC II класса, повышенную продукцию цитокинов и повышенную микробицидную активность. Как только макрофаги становятся активированными, они служат эффективными антигенпредставляющими клетками и более эффективны в уничтожении внутриклеточных патогенов. TNF-α является основным цитокином, продуцируемым активированными макрофагами и оказывающим прямое цитотоксическое действие на опухолевые клетки. Когда макрофаги активируются IFN-γ, они стимулируют повышенную транскрипцию гена TNF-α и повышают стабильность мРНК TNF-α. Оба эти эффекта приводят к повышенной экспрессии TNF-α, который синергически действует с IFN - -таким образом, инициируя этот вид ответа. В результате этой инициации происходит повышенная экспрессия молекул межклеточной адгезии, таких как ICAM-1, ELAM-1 и MHC класса I, что приводит к рекрутированию большого количества клеток во время этой хронической воспалительной реакции [4].

Роль цитокинов в развитии заболеваний

Бронхиальная астма: бронхиальная астма является воспалительным заболеванием дыхательных путей и связана с гиперреактивностью бронхов и обратимой обструкцией дыхательных путей. Исследования показывают, что продукция Т-клеточных цитокинов, а не приток эозинофилов или синтез IgE обычно связаны с измененным поведением дыхательных путей [7]. Наблюдается увеличение количества CD4⁺ T-клеток в дыхательных путях, которые преимущественно относятся к Th2-подтипу. Th2-клетки характеризуются секрецией IL-4, IL-5, IL-9 и IL-13 [3]. Повышенная экспрессия провоспалительного цитокина TNF-α усиливает воспалительный процесс и была связана с тяжестью заболевания. IL-4 является ключевым цитокином при астме и участвует в дифференцировке Th2-клеток и продукции IgE. Он стимулирует продуцирующие слизь клетки и фибробласты, участвующие в патогенезе ремоделирования дыхательных путей. У атопических астматиков IL-4 индуцирует эозинофилию дыхательных путей и вызывает гиперреактивность бронхов. IL-5 является основным цитокином, участвующим в производстве, дифференцировке, созревании и активации эозинофилов. Он имеет решающее значение для индуцирования эозинофильной инфильтрации в дыхательных путях. IL-13 присутствует в повышенных количествах в астматических дыхательных путях и обладает биологической активностью, очень похожей на IL-4 [7]. IL-4 индуцирует IgE-зависимую активацию тучных клеток, участвующих в аллергических реакциях / реакциях гиперчувствительности немедленного типа. В астматическом легком IL-4 стимулирует клеточное воспаление путем индукции молекулы адгезии сосудистых клеток (VCAM-1) на эндотелии сосудов [8].

Исследования на людях также показали повышенную экспрессию IL-9 в образце бронхиальной биопсии астматиков. Данные in vitro указывают на то, что IL-9 стимулирует пролиферацию активированных Т-клеток, усиливает выработку IgE из В-клеток и способствует пролиферации и дифференцировке тучных клеток. TNF-α вызывает рекрутирование лейкоцитов за счет усиления регуляции молекул адгезии и индукции синтеза цитокинов и хемокинов. Повышенные уровни TNF-α были обнаружены в мокроте и BAL-жидкости (далее, бальной жидкости) от астматиков. Он обладает потенциалом стимулировать фибробласты или клетки гладких мышц, что указывает на его роль в патогенезе ремоделирования дыхательных путей [7]. IL-10 является плейотропным цитокином, который усиливает экспрессию противовоспалительного цитокина IL-1ra и подавляет провоспалительные функции цитокинов, такие как TNF-α, IL-1, IL-6 и IL-8 [9]. Таким образом, это может оказать какое-то благотворное влияние при ремоделировании дыхательных путей, так как было показано, что оно уменьшает синтез коллагена и разрастание гладких мышц сосудов. IL-12 является необходимым кофактором для развития Th1. Он в первую очередь регулирует дифференцировку клеток Th1, подавляя при этом рост клеток Th2. IFN-γ, маркер Th1, оказывает ингибирующее действие на дифференцировку Th2-клеток [7].

Плейотропная активность Th2-цитокинов при аллергической астме: когда наивная Т-клетка сталкивается с антигеном в присутствии антигенпредставляющих клеток, таких как макрофаги, дендритные клетки и т.д., они индуцируют секрецию Т-хелперов типа 2. Эти активированные Т-хелперы 2-го типа влияют на выработку таких цитокинов, как IL-4, IL-5, IL-9 и IL-13. Среди этих цитокинов IL-4, IL-9 и IL-13 связываются с В-лимфоцитами, стимулируя экспрессию IgE-антител. Кроме того, эти IgE-антитела связываются с высокоаффинным IgE-рецептором, т.е. FcεRI на тучных клетках-мишенях. Этот высокоаффинный IgE-рецептор активирует сфингозинкиназ-зависимую мобилизацию кальция в тучных клетках, что приводит к дегрануляции с высвобождением медиаторов воспаления, таких как гистамин, простагландин D₂ и лейкотриены, которые, в свою очередь, воздействуют на клетки гладких мышц, вызывая бронхоконстрикцию. С другой стороны, IL-5 и IL-9 действуют на эозинофилы, вызывая их активацию, созревание и дифференцировку и, в конечном итоге, приводят к повреждению тканей [10].

Хроническая обструктивная болезнь легких: цитокины, выделяемые преимущественно из Т-клеток, управляют воспалением. Повышенная экспрессия IL-4 происходит в бальной жидкости у больных ХОБЛ. IL-4 имеет решающее значение для дифференцировки Th2-клеток от Th0-клеток и может играть важную роль в начальной сенсибилизации к аллергенам. IFN-γ является преобладающим цитокином при воспалении у пациентов, и он регулирует инфильтрацию Th1- и Tc-клеток в легких посредством усиления регуляции рецептора хемокинов CXCR3 на этих клетках и с высвобождением активирующих CXCR3 хемокинов, таких как CCL9, CCL10 и CCL11. Повышенная экспрессия IL-18 происходит в альвеолярных макрофагах дыхательных путей больных ХОБЛ и была связана с тяжестью заболевания. Мокрота и бальная жидкость экспрессируют повышенное количество провоспалительных цитокинов TNF-α, IL-1 и IL-6. Повышенные уровни хемокинов, таких как CCL2, также появляются в мокроте, бальной жидкости и легких больных ХОБЛ, а также экспрессируются альвеолярными макрофагами, Т-клетками и эпителиальными клетками [3].

ВИЧ-инфекция: ВИЧ-инфекция приводит к нарушению регуляции цитокинового профиля как in vitro, так и in vivo. Важную роль играют цитокины в контроле гомеостаза иммунной системы. Секреция Th1-цитокинов, таких как IL-2 и IFN-γ, снижается, в то время как продукция Th2-цитокинов IL-4, IL-10 и провоспалительных цитокинов, таких как IL-1, IL-6, IL-8 и TNF-α, увеличивается во время ВИЧ-инфекции. Кроме того, TNF-α, TNF-β, IL-1 и IL-6 стимулируют репликацию ВИЧ в Т-клетках и моноцитарных макрофагах (MDM). Таким образом, этот тип аномальной продукции цитокинов ухудшает клеточный опосредованный иммунитет, тем самым способствуя патогенезу заболевания. IL-2, IL-7 и IL-5 активируют ВИЧ-1 в Т-клетках, в то время как колониестимулирующий фактор макрофагов (M-CSF) стимулирует ВИЧ в MDM. IFN-α, IFN- и IL-16 представляют собой ВИЧ-супрессивные цитокины, которые ингибируют репликацию ВИЧ-1 в Т-клетках и MDM, тогда как IL-10 и IL-13 ингибируют его только в MDM. IFN-γ, IL-4 и GM-CSF, которые являются бифункциональными цитокинами, показали ингибирующее и стимулирующее действие на ВИЧ-инфекцию [11].

Ревматоидный артрит: это хроническое аутоиммунное заболевание, сопровождающееся ригидностью, болью и симметричным синовитом суставов диартродиального отдела. Многие цитокины принимают участие в ранних событиях в ревматоидном синовиуме (синовиальной оболочке). Механизм ревматоидного синовита остается неясным, но могут быть задействованы как антигенспецифические, так и неантигенспецифические механизмы. Патофизиологический процесс может быть инициирован активированными Т-клетками, экспрессирующими HLA-DR4 с общим эпитопом MHC [12]. Ответственные за это Т-клеточные антигены остаются неуловимыми, и они могут быть множественными, такими как вирусные или бактериальные продукты. Стимулированные Т-клетки могут перекрестно реагировать с аутоантигенами, что приводит к активации макрофагов путем секреции цитокинов, таких как IFN-γ, или путем прямого контакта между клетками. Инициирование ревматоидного синовита с помощью неантиген-специфических механизмов включает эпизодическое высвобождение TNF-α и GM-CSF из синовиальных фибробластов и макрофагов и может быть вызвано инфекциями, незначительной травмой, прививками, аллергическими реакциями или локальным отложением иммунного комплекса [13]. Дендритные клетки дифференцируются этими цитокинами в мощные антигенпредставляющие клетки, которые могут селективно представлять собственные антигены для индукции специфических Т-клеточных реакций. Наличие общего эпитопа уменьшает трансформацию острого реактивного синовита в быстро деструктивную синовиальную реакцию за счет увеличения презентации собственных антигенов дендритными клетками.

Цитокины участвуют в следующей фазе ревматоидного синовита, который может характеризоваться миграцией иммунных и воспалительных клеток из крови в синовиальное пространство и ткани. TNF-α и IL-1, а также GM-CSF и IL-8 из активированных макрофагов увеличивают экспрессию молекул адгезии на эндотелиальных клетках в синовиальных посткапиллярных венулах [14]. Ядерные клетки в крови прикрепляются к этим стимулированным эндотелиальным клеткам и мигрируют в синовиум под влиянием хемокинов, таких как IL-8. IL-8 является основным хемокином, вовлеченным в ревматоидный артрит, но некоторые другие хемокины также присутствуют в синовиальной жидкости пациентов с ревматоидным артритом, такие как MIP-1α и MCP-1 [15]. Хемокины в ревматоидном синовиуме в основном происходят из макрофагов и фибробластов. Эти молекулы затем инфильтрируют моноциты, Т-клетки и нейтрофилы в ревматоидный синовиум, где они индуцируются другими цитокинами.

Цитокины в головном мозге: различные цитокины и их рецепторы конститутивно экспрессируются и секретируются в нормальном человеческом мозге, и их уровни могут варьировать в астроцитах и микроглии. Однако у грызунов максимальная плотность рецепторов IL-1, IL-2, IL-6 и TNF-α была обнаружена в гиппокампе и гипоталамусе [16]. С возрастом в ЦНС повышается уровень различных цитокинов. Повышенная экспрессия IL-1 и активация микроглии наблюдались с возрастом в неврологически интактном мозге пациента [17]. Такое возрастное повышение уровня цитокинов может привести к повышению риска развития нейродегенеративных реакций.

Цитокины, особенно из семейства нейропоэтических, или gp130, регулируют нейроэпителиальные / радиальные глиальные клетки и их самообновление. Эти цитокины в головном мозге также функционируют как каркасы для мигрирующих нейронов и как предшественники для всех макроглий, нейронов (астроцитов и олигодендроцитов) и взрослых предшественников. Радиальные глиальные клетки сначала дают начало нейронам, а затем глии и другим цитокинам, включая gp130. Морфогенетические костные белки играют основную роль в формировании глии из нейрона. Хемокины дают сигнал для миграции новообразованных нейронов и глии и являются модуляторами определения пути аксонов. Недавнее исследование на животных показало, что нарушение регуляции материнских цитокинов может вызывать поразительный поведенческий дефицит у потомства [1].

В нейронах гиппокампа TNF-α модулирует синаптическую силу, стимулируя поверхностную экспрессию рецепторов глутамата AMPA-типа (AMPAR) [18]. Cingolani et al. [19] продемонстрировали, что TNF-α опосредует этот эффект посредством процесса, который включает повышенную регуляцию экспрессии интегрина-β3 на AMPAR.

Рассеянный склероз: рассеянный склероз-это аутоиммунное нейродегенеративное заболевание белого вещества ЦНС. Нейродегенерация является следствием демиелинизации, которая порождает бляшки в белом веществе и является характерной патологией заболевания. IL-6 и IFN-γ вызывают воспалительную реакцию в белом веществе головного мозга, приводящую к развитию бляшек. Введение IFN-γ усугубляет рассеянный склероз. IFN-γ является наиболее популярным методом лечения, который слегка снижает частоту рецидивов у пациентов с рассеянным склерозом. IFN-γ, сигнатурный цитокин для клеток Th1, способен вызывать ухудшение рассеянного склероза. TGF-β может участвовать в подавлении воспаления на поздних стадиях хронической болезни. Однако активация TGF-β1 связана с повышенным воспалением в рецидивирующей ремиттирующей ранней фазе рассеянного склероза. Блокада TNF-α снова связана с ухудшением рассеянного склероза. Недавние исследования показали, что IL-17 присутствует при поражениях рассеянного склероза. Кроме того, рецепторы для IL-17 и IL-22 также присутствуют на эндотелиальных клетках на гематоэнцефалическом барьере [20].

Болезнь Альцгеймера: Болезнь Альцгеймера является наиболее распространенной формой деменции, встречающейся в пожилом возрасте. Он характеризуется прогрессирующим дефицитом памяти, когнитивными нарушениями и изменениями личности. До сих пор продолжаются исследования, касающиеся роли различных цитокинов в развитии болезни Альцгеймера. Провоспалительные цитокины, особенно IL-1α и IL-1β, были обнаружены в мозге людей с этим заболеванием. Животные модели показали, что передача сигналов TGF-β участвует в патогенезе заболевания. Далее было показано, что ингибирование передачи сигналов TGF-β было связано со снижением воспаления в головном мозге на животных моделях болезни Альцгеймера [20].

Фиброз: интерстициальный фиброз обычно характеризуется аномальной активацией фибробластных клеток и чрезмерным накоплением функционально неблагоприятного коллагенового внеклеточного матрикса. Цитокины стимулируют экспрессию множества генов, участвующих в производстве внеклеточного матрикса и отложении коллагена и протеогликанов. Они влияют на пролиферацию, миграцию и дифференцировку эпителиальных клеток [21]. Трансформирующий фактор роста, являющийся вездесущим цитокином, способствует активации фибробластов, перепроизводству коллагена и фиброзу тканей [22]. Этот коллагеновый субстрат приводит к апоптозу эпителиальных клеток в присутствии TGF-β. Таким образом, TGF-β обладает антипролиферативными эффектами в большинстве эпителиальных и эндотелиальных клеток, которые могут способствовать дифференцировке. Следовательно, TGF-β является классическим примером профибротического фактора роста, который регулируется внеклеточным матриксом [21].

Другие заболевания: индукция и регуляция IL-23 и Th-клеток участвуют в патогенезе вульгарного псориаза и псориатического артрита. Псориатическая кожа характеризуется выраженным воспалением и гиперпролиферативными, слабо дифференцированными кератиноцитами. IL-17 и IL-22 могут приводить к гиперпролиферативным кератиноцитам и синовиоцитам, что приводит к клеточной пролиферации и воспалению как в коже, так и в суставах. Кроме того, связанные с заболеванием цитокины в синовиальной ткани могут также способствовать образованию остеокласта, что приводит к эрозии кости [23].

TNF-α в моноцитах независимо связан с инсультом и инфекцией, связанной с инсультом. Количество моноцитов повышено у пациентов с тяжелым инсультом или инфекцией, связанной с инсультом. Инфекция, связанная с инсультом, может быть результатом иммуносупрессивного и противовоспалительного действия кортикоидов, катехоламинов, IL-10 и дезактивированных моноцитов [24].

Экспрессия IL-1β ВИЧ-инфицированными клетками может быть одним из важных факторов для индукции ВИЧ-энцефалита. Считается, что цитокины, такие как TNF-α и IL-1β, оказывают токсическое воздействие на клетки ЦНС, а также участвуют в индукции гибели нейронов. Выделение цитокинов при энцефалите ВИЧ в основном опосредуется линией макрофагов / микроглии. Кроме того, неинфицированные макрофаги / микроглия, а также некоторые астроциты экспрессируют IL-1β и TNF-α, которые могут играть роль в патогенезе комплекса деменции при СПИДе (ADC) [25].

Сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF) играет решающую роль в воспалительной реакции при атеросклерозе, сепсисе и ревматоидном артрите. VEGF через рецептор VEGF2 преимущественно индуцирует продукцию провоспалительных цитокинов IL-6, IL-8 и связанного с ростом онкогена-Альфа в эндотелиальных клетках. Таким образом, это объясняет новое понимание механизма провоспалительной активности VEGF в воспалительных реакциях хозяина при нескольких болезненных состояниях [26].

Арсеникоз - это мультисистемное расстройство, связанное с гиперкератозом и раком кожи. Кожная токсичность является связанным действием различных цитокинов, таких как IL-8, TGF-β, TNF-α и GM-CSF. Мышьяк вызывает апоптоз через образование свободных радикалов. Гистопатологические находки гиперкератоза и диспластических клеток при кожных поражениях при арсеникозе могут быть связаны с повышенной экспрессией цитокератинов, кератина-16, который является маркером гиперпролиферации, и кератина-8 и -18, которые являются маркерами для менее дифференцированных эпителиальных клеток [27].

Психологический стресс является мощным индуктором противовоспалительного цитокина IL-10 и гомологом IL-19 через активацию β-адренорецепторов, а также может быть ключевым медиатором стресс-индуцированной иммуносупрессии. Результаты исследований свидетельствуют о том, что стресс усиливает выработку иммуносупрессивных цитокинов, которые могут оказывать влияние на связанные со стрессом патологические процессы [28].

Цитокины как терапевтические мишени

IL-1 и IL-2 показали потенциал в качестве естественных иммуностимуляторов для борьбы с иммунодефицитом СПИДа. Клинические и экспериментальные исследования подтвердили гипотезу о том, что иммуностимулирующие цитокины могут помочь нейтрализовать иммуносупрессию рака и СПИДа.

Аналогичные эффекты были также предложены для TNF-α у онкологических больных. Однако тревожная воспалительная реакция цитокинов, таких как L-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-6, IL-12, Ил-12 или TNF-α у человека, приводила к побочному эффекту такой терапии. Единственным цитокином, получившим одобрение на лечение рака, является IL-2, но его провоспалительные эффекты плохо переносились, и, следовательно, их эффективность в таких условиях, как меланома и почечно-клеточный рак, была низкой. IL-10 был хорошим кандидатом для различных аутоиммунных заболеваний, поскольку он подавлял продукцию IFNγ, IL-1, TNF-α и IL-6, а также обладал другими противовоспалительными активностями. Несколько испытаний рекомбинантного человеческого IL-10 показали ограниченную эффективность при псориазе, ревматоидном артрите и болезни Крона, но цитокин никогда не был одобрен для терапевтического применения. С другой стороны, колониестимулирующие факторы, такие как G-CSF или GM-CSF, используются для лечения подавления костного мозга, связанного с облучением, химиотерапией или трансплантацией. GM-CSF также использовался для лечения болезни Крона. Эритропоэтин (EPO) обычно используется для большого числа пациентов с анемией и недостаточностью костного мозга. Кроме того, IFN-α вводят пациентам с гепатитом B и C. IFN-β для лечения рассеянного склероза также эффективен [5].

Как было подтверждено предыдущими данными, что цитокины участвуют в каждом важном биологическом процессе, терапия антагонистами цитокинов является быстро растущей и развивающейся областью клинической практики с большим фармацевтическим воздействием. Поскольку цитокины являются потенциальными молекулами, ограничивающими скорость развития различных заболеваний, они являются отличными мишенями для биотехнологических продуктов, таких как моноклональные антитела и антителоподобные рецепторы: Fc-слитые (химерные) белки для фармацевтической промышленности [29]. Одно из самых первых применений показало, что лечение блокатором IFN-α подавляет активность заболевания и ослабляет деформацию и разрушение суставов при ревматоидном артрите, что подчеркивает важность антагонистов цитокинов в развитии заболевания [30,31].

Лечение афелимомабом, антителом против TNF-α, у пациентов с тяжелым сепсисом показало значительное ослабление уровней IL-6, TNF-α и тяжести дисфункции органов [32]. Лечение этанерцептом, антагонистом TNF-α, в течение двенадцати недель у пациентов с рефрактерной астмой показало значительное улучшение контроля астмы и системного воспаления [33]. Блокада IL-6 показала благоприятный эффект как в экспериментальных моделях, так и при заболеваниях человека, а ингибирование сигнализации IL-6 с помощью тоцилизумаба могло обратить вспять или предотвратить симптомы, обычно ассоциированные с ревматическими заболеваниями [34]. Трастузумаб (Герцептин), являющийся HER2-специфическим моноклональным антителом, применяют для лечения аденокарциномы желудка или гастроэзофагеального перехода, а также агрессивной формы рака молочной железы [35,36].

G-CSF клинически используется при идиопатической нейтропении, врожденной нейтропении, фебрильной нейтропении, лейкемической нейтропении и апластической анемии для увеличения количества PMNL, что улучшает качество жизни и снижает заболеваемость и смертность у пострадавших лиц [37].

FDA одобрило использование IFN-γ для лечения хронической гранулематозной болезни (CGD) [38]. IFN-γ также оказывает иммуномодулирующее действие при других специфических синдромах иммунодефицита. Он является эффективным вспомогательным терапевтическим средством в сочетании с другими традиционными антимикробными средствами при кожном и висцеральном лейшманиозе, диссеминированной атипичной микобактериальной инфекции или лепроматозной проказе больных [39 - 41]. Он также активирует альвеолярные макрофаги и играет эффективную роль в иммунитете хозяина против M. tuberculosis. IFN-γ в качестве аэрозольной формы был использован у больных туберкулезом с множественной лекарственной устойчивостью [42]. Антитела против цитокинов типа IL-4, IL-5, IL-13 используются для лечения бронхиальной астмы. Для профилактики псориаза применяют IL-10, IL-11, анти-IL-12, анти-TNF-α. Цитокины противовоспалительной природы, такие как IL-10 и IL-11, используются при болезни Крона и язвенном колите [2]. Лечение альтракинцептом, рекомбинантным человеческим растворимым рецептором IL-4, нейтрализует эндогенно продуцируемый IL-4 у больных бронхиальной астмой [43]. Лечение моноклональными антителами против IL-5 показало снижение количества эозинофилов в крови и мокроте, гиперреактивность дыхательных путей и поздний астматический ответ у пациентов с астмой [44]. В различных исследованиях на животных и in vitro введение антитела против IL-13 предотвращает или обращает вспять симптомы бронхиальной астмы [45].

Цитокины IL-2 и IFN-α одобрены FDA, IL-2 для лечения метастатической меланомы и почечно-клеточного рака при высоких дозах болюса и IFN-α в качестве адъювантной терапии меланомы III стадии, гематологических злокачественных новообразований, связанной со СПИДом саркомы Капоши, а также с бевацизумабом в качестве антиангиогенного средства при распространенном раке почек. В последнее время различные цитокины, а именно: IL-7, IL-12, IL-15, IL-18, IL-21 и GM-CSF находятся в стадии клинических испытаний при прогрессирующем раке [46].

Таблица 1: Цитокины как мишени для терапевтического лечения заболеваний.

Цитокины	Заболевания
IFN-α	Гепатит В и С [5]
IFN-β	Рассеянный склероз [5]
IFN-γ	Хроническая гранулематозная болезнь [38], болезнь Крона [65], туберкулез с множественной лекарственной устойчивостью [42]
TNF-α	Ревматоидный артрит [30,31], сепсис [32], рефрактерная астма [33], псориаз [2]
G-CSF	Идиопатическая нейтропения, врожденная нейтропения, фебрильная нейтропения, лейкозная нейтропения, апластическая нейтропения [37], подавление костного мозга [5]
GM-CSF	Подавление костного мозга, болезнь Крона [5]
IL-2	Метастатическая меланома, почечно-клеточный рак [46]
IL-4	Астма [43]
IL-5	Астма [44]
IL-6	Ревматические заболевания [34]
IL-10	Болезнь Крона, Язвенный колит [2], Псориаз, Ревматоидный артрит [5]
IL-11	Болезнь Крона, язвенный колит, псориаз, ревматоидный артрит [2]
IL-13	Астма [2,45]
Эритропоэтин	Анемия, недостаточность костного мозга [5]
HER2-специфическое моноклональное антитело	Аденокарцинома желудка, рак молочной железы [35,36]

Токсичность при цитокиновой терапии

Терапия цитокинами часто приводит к дозозависимым побочным эффектам. Будучи плейотропными по природе, цитокины способны воздействовать более чем на одну клетку. Из-за своего короткого периода полураспада для лучшего терапевтического эффекта требуются большие дозы, которые могут вызывать плейотропную активность и в конечном итоге приводить к неблагоприятным эффектам [47]. Введение высокой дозы IL-2 для иммунотерапии рака стимулирует пролиферацию цитотоксических CD8⁺ T-клеток и NK-клеток, что способствует регрессии опухоли у этих пациентов и приводит к побочным реакциям [48].

Повышенное содержание IL-8 или TNF-α в сыворотке крови матери ассоциируется с повышенным риском развития шизофрении у потомства [48-51]. Распространенными побочными эффектами при G-CSF, проявляющимися у 20-30% пациентов, являются умеренные боли в костях и костно-мышечной системе [51,52]. В дополнение к этим эффектам существует относительно небольшое количество побочных эффектов, даже после нескольких лет приема у пациентов с тяжелой хронической нейтропенией [53]. Другими побочными эффектами, обусловленными G-CSF, являются головная боль, спленомегалия, анемия, тромбоцитопения, гиперчувствительность и крапивница в месте инъекции [52,54]. G-CSF-также индуцировал токсичность для легких после химиотерапии рака [55-57].

Лечение GM-CSF имеет большую частоту побочных эффектов ,наиболее распространенными из которых являются лихорадка, сопровождающаяся гриппоподобным синдромом и миалгиями [58]. Покраснение, гипотензия, тахикардия, одышка и боль в опорно-двигательном аппарате являются первой дозированной реакцией, вызванной введением GM-CSF. Артериальная кислородная десатурация, тошнота и рвота имели место у 5% пациентов, и при высоких дозах может возникнуть синдром генерализованной капиллярной утечки [59, 60].

Введение IFN-γ может вызвать реакцию гиперчувствительности, озноб, усталость, лихорадку, миалгию и головную боль, связанную с легкими симптомами, похожими на грипп, и может управляться с помощью профилактических жаропонижающих средств [38,39]. Однако введение путем ингаляции для лечения легочных инфекций связано с меньшими побочными эффектами [42]. Лечение IFN-γ эффективно у пациентов с ревматоидным артритом и системным склерозом, но оно также может усугубить рассеянный склероз [39]. Следовательно, его следует использовать с осторожностью у таких пациентов или у пациентов с воспалительным заболеванием.

Индуцированная IFN-α токсичность обычно зависит от дозы и может регулироваться без прекращения лечения. Распространенными побочными эффектами являются головные боли, лихорадка, усталость, миалгии и нарушения в животе, которые встречаются более чем у 80% пациентов. Немногие пациенты обнаруживают повышенные печеночные ферменты во время внутривенного введения высоких доз, и, таким образом, такие пациенты должны контролироваться на предмет функции печени. Лейкопения, нейтропения и тромбоцитопения являются другими распространенными побочными эффектами, которые можно легко контролировать путем снижения дозы. Центральные симптомы включают манию менее чем у 1%, спутанность сознания - у 10% и депрессию - у 45% пациентов во время терапии [61-63]. Изменения иммунной системы, которые могут сохраняться даже после прекращения терапии, также наблюдаются в нескольких случаях. У этих пациентов также наблюдаются витилиго, гипотиреоз, саркоидоз, волчанка, ревматоидный артрит и псориаз [64].

Вывод

В заключение следует отметить, что цитокины - это вездесущие молекулы, которые действуют как ключевые посредники для иммунных клеток и между ними и помогают поддерживать тонкий и сложный баланс в иммунной системе. Цитокины влияют почти на все биологические процессы, а именно: эмбриональное развитие, патогенез заболевания, неспецифический ответ на инфекцию, специфический ответ на антиген, изменения когнитивных функций и прогрессирование дегенеративных процессов старения. Они также участвуют в дифференцировке стволовых клеток, эффективности вакцин и отторжении аллотрансплантата. Такая регуляция иммунного гомеостаза имеет решающее значение для здоровья и болезни, и нарушение этого баланса приводит ко многим хроническим патофизиологическим состояниям. Таким образом, крайне важно, чтобы терапевтическое таргетирование цитокиновых путей имело большие перспективы для пациентов, страдающих от различных трудноизлечимых хронических заболеваний.

Дополнительно см.:

• Т-клетки иммунной системы
• Врожденный и адаптивный иммунитет
• Механизм иммунного ответа и иммунные клетки
• Толл-подобные рецепторы и иммунный ответ (+видео)
• Арильный углеводородный рецептор и иммунитет
• Иммунитет, лимфоциты и дендритные клетки
• Врожденные лимфоидные клетки (ILCs) и патогенные бактерии (+ видео)
• T-лимфоциты и их циркуляция
• Регуляторные Т-клетки - миротворцы иммунной системы

См. также:

• Иммуноглобулин А, активный связующий элемент для гомеостаза микробиоты хозяина
• Вклад комменсальной микрофлоры в иммунологический гомеостаз
• Роль микробиоты в иммунитете и воспалении (+ видео)
• Микробиота кишечника и хроническое системное воспаление низкой степени
• Микробиота кишечника и воспаление
• Кишечный дисбиоз и иммунометаболические нарушения
• ВЗК, микробиота и иммунитет слизистой оболочки
• Роль кишечной микробиоты и метаболитов в гомеостазе кишечника и заболеваниях человека
• Иммунопатология атеросклероза и кишечная микробиота
• Эпигенетика, короткоцепочечные жирные кислоты и врожденная иммунная память

К разделу:

• Микробиом, иммунитет и пробиотики

Литература (см. PDF)

Будьте здоровы!