4.3.3. Цитокиновые сигналы

Цитокины играют ключевую роль в неспецифической регуляции иммунного ответа. Т- и В-лимфоциты получают цитокиновые сигналы от антигенпредставляющих клеток, NK-клеток, тучных клеток и др. Обратный сигнал от лимфоцитов, например, секретируемый IFN, способствует реэкспрессии HLA I/II на антигенпредставляющих клетках.

Цитокины, дуйствующие на ранних стадиях иммунного ответа, могут быть разделены на две группы в зависимости от его направлений:

1. IL12, IL2, IL18, IFN, TNF/ (для пути Т-хелперов типа 1 с участием HLA II или HLA I).

2. IL4 (для пути Т-хелперов типа 2).

Однако, на следующих стадиях иммунного ответа (клональная экспансия, созревание эффекторов, переключение синтеза изотипов антител) в процесс вовлекаются другие цитокины.

4.5. Клональная экспансият- и в клеток

Характерным клиническим эквивалентом этой стадии является увеличение периферических лимфатических узлов, миндалин, видимых лимфатических фолликулов и селезёнки. Можно наблюдать эти симптомы при респираторной, урогенитальной или значительной системной инфекциях.

4.5.1. ПРОЛИФЕРАЦИЯ T-КЛЕТОК

Клональная экспансия Т-клеток протекает в паракортикальных зонах лимфатических узлов и периартериолярных пространствах селезёнки. Распознавшие антиген клетки вступают в пролиферацию и превращаются в лимфобласты. Клоны CD8+ T-клеток нарастают быстро, а клоны CD4+ Т-лимфоцитов - более медленно. В целом, клональная экспансия регулируется разными цитокинами (IL2, IL7, IL9, IL12, IL15, IFN, TNF и др.) и адгезивными молекулами. IL2 играет ключевую роль как ростовой фактор не только для Т-, но и для В-клеток. Как показано ранее, костимулирующая молекула CTLA-4 ингибирует клональную экспансию Т-лимфоцитов.

5.1.3. Цитокины

Цитокины - низкомолекулярные белки (15-40 kDa), секретируемые клетками иммунной системы и оказывающие влияние в гормональных концентрациях на многие клетки организма, включая иммунную систему, эндотелий сосудов, печень и центральную нервную систему через высокоаффинные рецепторы, относящиеся к суперсемейству иммуноглобулинподобных молекул. Однако цитокины могут инактивироваться при связывании с аутоантителами, свободными цитокиновыми рецепторами или белками, включая продукты жизнедеятельности патогенов.

Имеется пять главных групп цитокинов:

Интерлейкины (Interleukins - ILs).

Колониестимулирующие факторы (Colony-stimulating factors - CSFs).

Интерфероны (Interferons - IFNs).

Факторы некроза опухоли (Tumour necrosis factors - TNFs).

Хемокины (Chemokines).

Все цитокины характеризуются некоторыми важными особенностями:

Плейотропность и функциональная взаимозаменяемость.

Aутокринный и пaрaкринный (более часто) или эндокринный (реже) эффекты с формированием цитокиновой сети.

Синергизм или aнтагонизм (некоторые цитокины вовлечены в баланс Th1/Th2).

Провоспалительный или противовоспалительные эффекты.

Короткая продолжительность действия.

Существует несколько классификаций цитокинов, построенных по принципам учёта аминокислотных последовательностей и пространственной конфигурации, что не всегда совпадает с их функциональной направленностью. Здесь мы приводим систематизацию цитокинов, учитывающую прежде всего функциональный принцип.

Цитокины проявляют свою активность после связывания с соответствующими рецепторами на клетках-мишенях с последующей трансдукцией сигнала внутрь этиъ клеток. Описано четыре класса рецепторов:

Класс 1 (относится к суперсемейству цитокиновых рецепторов) - для гемопоэтических и многих других цитокинов;

Класс 2 (относится к суперсемейству цитокиновых рецепторов) - для IFN;

Класс 3 (суперсемейство рецепторов к TNF) - для TNF и других молекул, опосредующих апоптоз;

Класс 4 (относится к суперсемейству иммуноглобулинподобных молекул) - для IL1, IL18, M-CSF.

Некоторые цепи являются общими в структуре разных цитокиновых рецепторов:  -субъединица, CDw131 (для IL3, IL5, GM-CSF), gp130 (для IL6, IL11, LIF) и  -цепь, CD132 (для IL2, IL4, IL7, IL9, IL12, IL15).

Ключевыми цитокинами, регулирующими Т-клеточный иммунный ответ, являются IL2, IFN и TNF/, а важнейшим регулятором гуморального ответа служит IL4. Ключевым ингибирующим цитокином является TGF.

IL1 является потенциальным провоспалительным цитокином, который может инициировать различными способами локальную воспалительную реакцию и системный синдром, проявляющийся в виде лихорадки, гипотонии и шока. Имеется две формы IL1: мембранная, IL1, мономер из 159 aминокислот, и свободная, IL1, мономер из 153 aминокислот. Обе формы продуцируются марофагами, дендритными клетками, эндотелиоцитами, фибробластами, В-, Т-лимфоцитами и др. клетками. Продукция IL1 стимулируется различными специфическими и неспецифическими факторами; сам IL1 способствует синтезу и секреции многих цитокинов, острофазных белков и медиаторов. В дополнение к этому, IL1 проявляет синэргизм по отношению к IL6, IFN, TNF/ и GM-CSF. ILra (IL1 receptor antagonist protein) ингибирует активность IL1/. Имеется два типа рецепторов для IL1: IL1RI (CD121a) и IL1RII (CD121b). Первый из них экспрессируется на T-клетках, фибробластах и эндотелиальных клетках, а второй - на В-клетках, моноцитах и макрофагах. Нокаут гена IL1 приводит к утрате способности мышей к острофазной реакции.

IL2 - это цитокин, открытый в 1976 г. (начало "эры цитокинов"), является одним из ключевых факторов, ответственных за активацию, рост и дифференцировку T-лимфоцитов, NK-клеток, B-лимфоцитов, моноцитов, макрофагов и дендритных клеток. IL2 продуцируется только Т-лимфоцитами и действует на клетки-мишени, на которых экспрессируется рецептор для него. IL2R состоит из трёх цепей:  (CD25),  (CD122) и  (CD132). -цепь способна к самостоятельному низкоаффинному связыванию IL2 (по сравнению с - и -цепями) и, поэтому, может служить своеобразной "ловушкой" для IL2, снижая опосредуемую им активацию клеток. Подобный феномен является универсальным для цитокинов и их рецепторов и может быть важным в патогенезе некоторых процессов. Нокаут гена IL2 приводит к Т-дефициту.

IL3 секретируется Т-лимфоцитами, тучными клетками и эозинофилами, является мультиколониестимулирующим фактором, т.к. способен стимулировать гемопоэз на ранних стадиях.

IL4, мономер из 129 aминокислот, относится к профилю Th2; высвобождаясь из тучных клеток и костномозговых стволовых клеток служит ключевым фактором дифференцировки Тh2 из Т-индукторов. Нокаут гена IL4 приводит к отсутствию субпопуляции Th2 и снижению синтеза IgE.

IL5 сектерируется T-лимфоцитами, тучными клетками и эозинофилами, также относится к профилю Th2; это главный цитокин, ответственный за пролиферацию и созревание эозинофилов.

IL6 - многофункциональный цитокин, который продуцируется разнообразными клетками; относится к профилю Th2, но принимает участие в острофазной реакции и синтезе IgA. Нокаут гена IL6 приводит к снижению острофазной реакции.

IL7 секретируется стволовыми клетками костного мозга, тимуса и селезёнки, является ростовым фактором Т- и В-лимфопоэза. Нокаут гена IL7 приводит к тяжёлому комбинированному иммунодефициту (severe combined immunodeficiency syndrome - SCID).

IL8 - хемокин и активирующий фактор нейтрофилов, а также потенциальный стимулятор ангиогенеза, который продуцируется многими клетками.

IL9 вырабатывается Т-клетками, стимулирует пролиферацию эритроидных предшественников, Т-лимфоцитов, тучных клеток и клеток мегакариобластного лейкоза; это главный цитокин, регулирующий рост и дифференцировку тучных клеток.

IL10 относится к профилю Th2, секретируется моноцитами, макрофагами, кератиноцитами и В-клетками; IL10 участвует в синтезе IgA и является инактиватором макрофагов.

IL11 секретируется активированными фибробластами и костномозговыми стволовыми клетками, является ростовым фактором для гемопоэтических предшественников и плазмацитом.

IL12, продуцируется В-лимфоцитами, моноцитами и макрофагами, является главным фактором дифференцировки Th1 из Т-индукторов, также активирует NK-клетки. Нокаут гена IL12 приводит к отсутствию субпопуляции Th1.

IL13 относится к профилю Th2, является аналогом IL4, ингибирует синтез провоспалительных цитокинов моноцитами и макрофагами.

IL14 секретируется Т-лимфоцитами, повышает рост активированных В-клеток и ингибирует синтез антител.

IL15 продуцируется моноцитами и эпителиоцитами, стимулирует рост Т-лимфоцитов и NK-клеток.

IL16 секретируется активированными CD8+ T-клетками, стимулирует миграцию CD4+T-лимфоцитов, моноцитов и эозинофилов.

IL17 секретируется CD4+T-клетками, стимулирует продукцию IL6, IL8, и G-CSF.

IL18 является продуктом макрофагов и остеобластов, стимулирует секрецию IFN T-, B-лимфоцитами и NK-клеками, а также IL2, GM-CSF - T-лимфоцитами, что приводит к активации этих клеток, ингибирует продукцию IgE.

GM (granulocyte/monocyte)-CSF и G (granulocyte)-CSF являются продуктами CD4+ T-клеток, моноцитов, макрофагов и эндотелиоцитов, стимулируют лейкопоэз моноцитов/гранулоцитов или гранулоцитов на более поздних, чем IL3 стадиях. GM-CSF является также провоспалительным цитокином.

M (monocyte)-CSF высвобождается моноцитами, макрофагами и эндотелиоцитами, является лейкопоэтическим фактором для моноцитов на поздних стадиях.

IFN,  и относятся к интерферонам типа I, продуцируются лейкоцитами, фибробластами и др. клетками, проявляют противовоспалительные эффекты в противоположность интерферону типа II (IFN). Противовирусная и антипролиферативная активность интерферонов основана на индукции двух энзимов. При связывании со своим рецептором CD118 интерфероны типа I индуцируют синтез протеинкиназы р68 (protein kinase p68) и 2'-5' аденилсинтазы (2'-5' adenil synthase), что приводит к задержке трансляции и деградации мРНК. В связи с этим клетки, на которые действуют интерфероны, не могут оставаться "привлекательными" для размножения вирусов. Нокаут генов IFNs приводит к снижению противовирусной резистентности. См. также Система естественной цитотоксичности.

IFN или интерферон типа II секретируется CD4+ T-лимфоцитами (Th0 и Th1), CD8+ T-лимфоцитами и активированными NK-клетками. IFN как один из ключевых цитокинов принимает участие почти на всех стадиях иммунного ответа и воспалительной реакции:

Экспрессия HLA I/II .

Дифференцировка Th1.

Дифференцировка B-клеток (продукция IgG).

Активация цитотоксических СD8+T-лимфоцитов, NK-клеток, макрофагов и нейтрофилов (провоспалительный эффект).

Противовирусная и антипролиферативная активность (более слабая, чем у интерферонов типа I).

Нокаут гена IFN приводит к снижению резистентности к M. tuberculosis и некоторым вирусам. IFN действует на клетки-мишени через рецептор CD119.

TNF/- два структурно и функционально подобных цитокина. TNF (cachectin) секретируется моноцитами, макрофагами и другими клетками, а TNF (lymphotoxin) - Т- и В-лимфоцитами. Хотя название цитокинов происходит из ранней экспериментальной работы, показавшей их способность к лизису некоторых опухолевых клеток, TNF/ являются прежде всего важнейшими регуляторами многих иммунных процессов и медиаторами апоптоза. На клетках-мишенях они связываются с двумя типами рецепторов: TNFRI (CD120a) и TNFII (CD120b). Локальное высвобождение TNFs приводит к повышению миграции клеток, активации фагоцитоза, повышенной продукции провоспалительных цитокинов, реэкспрессии HLA I/II, сдвигу в сторону Th1. Системное высвобождение TNFs, по аналогии с IL1, вызывает лихорадку, тяжёлую потерю массы тела, гипотонию и шок. Нокаут генов TNF/ приводит к нарушению развития лимфоидных органов, но повышает резистентность к септическому шоку.

TGF(transforming growth factor ) cекретируется лимфоцитами и моноцитами, является многофункциональным цитокином, оказывая влияние на клетки иммунной системы как ключевой ингибитор. TGF инактивирует пролиферацию T- и B-лимфоцитов и функционирование моноцитов и макрофагов. Интересно, что недавно открытая субпопуляция Th3 характеризуется высоким уровнем продукции TGF. Существует интерес в использовании этого цитокина в терапевтических целях. Нокаут гена TGF вызывает летальные воспалительные процессы.

Хемокины (сhemokines) играют важную роль в координации движения Т-, В-лимфоцитов, дендритных и других клеток при их дифференцировке, участии в иммунном ответе и эффекторных реакциях. Следует иметь в виду, что некоторые интерлейкины (например, IL8 и IL16) также являются хемокинами.

Имеется два изученных семейства хемокинов и хемокиновых рецепторов: CXC и CXCR (главным образом, относятся к нейтрофилам) и CC и CCR (относятся к другим клеткам). Открываются и новые подсемейства (C, CX3C и др.). Интересно, что ВИЧ в качестве своего корецептора при проникновении в клетку, использует некоторые хемокиновые рецепторы.

MCP-1 (macrophage chemotactic protein-1) или MCAF (macrophage chemotactic and activating protein) был открыт первоначально как хемокин моноцитов и макрофагов. В настоящее время известно уже пять молекул этого хемокина (MCP-1 - MCP-5), который действует как хемокин макрофагов, дендритных клеток, активированных Т-лимфоцитов, NK-клеток и базофилов. MCP-3 и МСР-4 участвуют также в регуляции миграции эозинофилов. MIP-1 (macrophage inflammatory protein-1) был идентифицирован первоначально как хемокин моноцитов и макрофагов. В настоящее время известно, что MIP-1 вовлечён в регуляцию миграции дендритных клеток, активированных Т-лимфоцитов, NK-клеток и эозинофилов, обладает пирогенным эффектом, а MIP-3 дополнительно влияет на транспорт дендритных клеток, покоящихся и активированных Т-лимфоцитов. Хемокины - область актуальных научных исследований в иммунологии наших дней.