Цитокины и белки ГКГС - факторы коммуникации иммунной системы

Чрезвычайно важное значение имеют те гликопротеидные и пептидные факторы, которые производятся элементами иммунной системы и взаимодействуют с ними - неспецифические растворимые медиаторы иммунного ответа.

Это относительно небольшие по размеру молекулы, не комплементарные антигенам (хотя их продукция часто управляется антигенами).

В общем, их называют цитокины. Эти субстанции играют весьма значительную роль в иммунорегуляции. Первые из них были открыты в 1957 году, в 1969 для тех из них, которые имеют лимфоцитарное происхождение, был предложен термин “лимфокины”. Было установлено, что не только стимулированные антигенами, но и подвергнутые действию митогенов лимфоциты выделяют лимфокины. С 1979 года гликопротеидные медиаторы лейкоцит-лейкоцитарных взаимодействий стали именовать “интерлейкины”(ИЛ).

В настоящее время известно около 40 цитокинов, а полностью идентифицировано, клонировано и секвенировано, по крайней мере, 20. Все цитокины в ходе иммунологических взаимодействий работают, как аутокринные и паракринные регуляторы. В высоких дозах, образуясь при поликлональной активации иммунокомпетентных клеток, некоторые из них могут оказывать системный эффект. Уникальность цитокинов, как паракринных регуляторов, заключается в том, что большинство их клеток-мишеней циркулируют. Поэтому через локальные зоны продукции цитокинов могут проходить, активироваться и системно распространяться большие количества клеток.

Основные из цитокинов охарактеризованы в таблице 2. Они вырабатываются множеством клеток, способны активировать продукцию друг друга, по каскадному принципу, и имеют широкий круг частично перекрывающихся функций. Например, ИЛ-1, ИЛ-6 и ИЛ-8 являются провоспалительными; ИЛ-2 и ИЛ-9 - факторы, стимулирующие рост лимфоцитов; ИЛ-4 и ИЛ-5 вовлекаются в переключение синтеза классов Ig; а ИЛ-10 интересен тем, что он может прекращать синтез цитокинов, таким образом обеспечивая отрицательную обратную связь. В разделе, посвящённом ответу острой фазы, мы уже касались свойств некоторых цитокинов (ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, ФНО и др.). Интегральным результатом работы системы цитокинов является организация преиммунного и иммунного ответа, регуляция их силы и цитотоксического потенциала, а возможно - и терминация. Цитокины играют, как показано в предыдущих разделах гигантскую роль в хроническом воспалении, в генезе лихорадки и регуляции гемостаза, обладают гормоноподобными эффектами и могут, как это обсуждается ниже, участвовать в развитии стресса.

Таблица 2

Основные свойства, источники и эффекты цитокинов.

Сокращения (кроме фигурировавших выше): ИФН - интерферон, ТФР-трансформирующий фактор роста, ЛИФ- лейкозоингибирующий фактор, МИФ-фактор, ингибирующий миграцию макрофагов, ЭФР-фактор роста эпидермиса, Г-КСФ - гранулоцитарный колониестимулирующий фактор, М-КСФ-моноцитарный колониестимулирующий фактор, ГМ-КСФ -гранулоцитарно-моноцитарный колониестимулирующий фактор, ГГНС-гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система, ГКС-глюкокортикостероиды..

Сокращения (кроме фигурировавших выше): ИФН - интерферон, ТФР-трансформирующий фактор роста, ЛИФ- лейкозоингибирующий фактор, МИФ-фактор, ингибирующий миграцию макрофагов, ЭФР-фактор роста эпидермиса, Г-КСФ - гранулоцитарный колониестимулирующий фактор, М-КСФ-моноцитарный колониестимулирующий фактор, ГМ-КСФ -гранулоцитарно-моноцитарный колониестимулирующий фактор, ГГНС-гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система, ГКС-глюкокортикостероиды.

Интерфероны (ИФН) являются группой разнородных цитокинов, которые были выделены из надосадочной жидкости культур клеток, инфицированных вирусами. Эти жидкости, смешанные с клетками, инфицированными другим вирусом, тормозили размножение последнего. ИФН представляют естественные противовирусные белки и интересны, как сигналы, включающие защитную программу при вирусном повреждении клетки. Поскольку сам вирус представляет собой патогенную программу, интерфероновая защита основана на торможении её считывания и копирования.

В настоящее время описано 3 основных класса интерферонов: ИФНa, b и g. ИФНa -это семейство из 20 пептидов, производимых лейкоцитами, а фибробласты и эпителиальные клетки продуцируют ИФНb (один полипептид). Оба эти вида ИФН значительно уменьшают репликацию вирусов и являются антипролиферативными для некоторых типов клеток (например, клеток рака почки или лейкозных бластов при волосатоклеточном лейкозе). Они высокогомологичны, оба кодируются в хромосоме 6 и взаимодействуют с одним рецептором. Сигналом для продукции ИФН служит контакт клеток с вирионами, их фрагментами или двуспиральной РНК любого происхождения. Другие внутриклеточные паразиты и эндотоксины бактерий, равно как и искусственные индукторы типа поливинилсульфата, также повышают продукцию этих ИФН (А.Инглот, 1983). ИФН связываются с клеточными рецепторами и, частично, поступают внутрь клеток-мишеней. При этом в клетке синтезируются простагландины и лейкотриены, а также повышается соотношение цГМФ/цАМФ. В результате, заражённая вирусом клетка резко снижает синтез вирусной м-РНК и белков вируса. Клетка производит фермент 2’-5’-аденилатсинтетазу, которая связывает двуспиральную РНК и активируется, вырабатывая из АТФ 2’-5’-олигоаденилаты, запускающие эндонуклеазу, которая и разрушает вирусную м-РНК. Фосфодиэстераза быстро расщепляет олигоаденилаты, делая эффект ИФН преходящим. ИФН также активируют протеинкиназу, фосфорилирующую рибосомальные белки eIF-2 и P1. Это ведет к их инактивации и подавлению продукции белка, вообще, и вирусного - в частности. ИФН тормозят метилирование вирусной РНК, необходимое для ее считывания, нарушают работу т-РНК, а в некоторых клетках действуют наподобие антибиотика туникамицина - препятствуют гликозилированию вирусных белков, что тормозит самосборку вирионов. ИФН активируют все формы цитотоксичности, способствуют экспрессии белков ГКГС на клетках, а значит - презентации антигенов. Их противоопухолевый эффект связан не только с противовирусным и цитотоксическим, но также включает восстановление цитоскелета, промоцию синтеза коллагена и фибронектина, ингибирование клеточной пролиферации, восстановление адгезивности клеток и торможение их метастатической активности. Впрочем, Дж.Ф.Боттаццо показал, что усиленное образование и экзогенное введение с лечебной целью различных ИФН обладает отчётливым провоцирующим действием в отношении аутоиммунных заболеваний, особенно, тироидита Хашимото и других эндокринопатий (1983).

ИФНg обладает менее выраженным противовирусным действием. Но из-за сильного индуцирующего эффекта на цитотоксичность и способности значительно усиливать экспрессию антигенов ГКГС, как I, так и II класса, именно этот ИФН представляет наибольший иммунологический интерес. Этот медиатор мало гомологичен другим ИФН, имеет иной рецептор и кодируется другой хромосомой (девятой). Он производится активированными и покоящимися Т-клетками, в том числе Т-хелперами 1 типа, а также нормальными киллерами, является главным активатором макрофагов, а также антагонистом ИЛ-4. Он стимулирует молекулы 2-го класса ГКГС ко взаимодействию со многими клетками и может быть синэргистом фактора некроза опухоли (ФНО). ИФНg считается усилителем клеточного иммунитета и аутоиммунитета, в то же время он тормозит ряд проявлений иммунитета гуморального, в частности, синтез IgE, а в больших дозах - и антител других классов. Cчитается, что наследственный посттранскрипционный дефект в секреции ИФНg - важнейшая предпосылка анафилактической реактивности.

Так как рецептор ИФНab кодирует хромосома 21, больные с трисомией по данной хромосоме (синдром Дауна) располагают избытком рецепторов и отличаются чувствительностью к этим цитокинам, что вызывает усиленное антипролиферативное и иммуносупрессорное действие ИФН, манифестирующее в виде лимфопении, ранней атрофии тимуса, аутоиммунных синдромов, повышенной частоты лейкоза, компенсаторного снижения уровня ИФН в крови.

Множество колониестимулирующих факторов (КСФ), таких как гранулоцитарный и гранулоцитарно-моноцитарный, также производятся Т-клетками. Эти факторы обеспечивают взаимодействие между лимфоидной и гемопоэтической системами, участвуют в патогенезе лейкоцитозов и сдвигов ядерной формулы гранулоцитов, характерных для воспалений и иммунопатологических процессов. Например, гранулоцитарный и гранулоцит-моноцитарный КСФ регулируют продукцию гранулоцитов и моноцитов, давая таким образом возможность Т-клеточной системе содействовать воспалительному ответу и ответу острой фазы.

Другие цитокины: ФНО, ТФР, МИФ, ЛИФ - играют важную роль в различных процессах активации и ингибирования клеток, в воспалении, противоопухолевой защите, росте клеток и заживлении ран (см.выше).

Главный комплекс гистосовместимости (ГКГС или HLA) является ключевым звеном иммунного ответа (см. также краткую справку о ГКГС в разделе “Основы медицинской конституционологии”). Его продукты контролируют не только трансплантационный иммунитет, но и принимают участие в детальной регуляции других иммунных реакций. Фундаментально роль антигенов гистосовместимости в иммунном ответе была изучена Р.М. Цинкернэйджелом и П.К. Догерти (1974-1978). HLA-система человека носит название ГКГС-комплекса, а его гены локализованы в коротком плече 6-ой хромосомы. К антигенам 1-го класса относятся ГКГС-A, -B и С-локусы, а также неклассические локусы E, F и G; к классу 2 - ГКГС-D (или -DR), -DP, -DQ локусы. Между областями этих генов находятся гены некоторых компонентов комплемента, часто называемые класс 3 ГКГС. Любопытно, что гены ФНО также локализованы на участке ГКГС.

Молекулы 1-го класса ГКГС - это связанные с мембраной гликопротеиды, представленные на большинстве ядро-содержащих клеток. Они состоят из большой a-цепи, которая соединена нековалентной связью с b2-микроглобулином. a-цепь - высоко полиморфна, а ее вариабельные участки наиболее удалены от клеточной мембраны. Мономорфные (практически без полиморфизма) части a-цепи и b2-микроглобулина приближены к клеточной мембране.

Данные молекулы участвуют в распознавании антигенов, синтезируемых внутри клеток, СD8-положительными цитотоксическими лимфоцитами. Антиген, вырабатывающийся в клетке - безразлично, свой или паразитарный, например, вирусный - процессируется особым комплексом нелизосомальных протеаз - протеасомой. В шероховатом эндоплазматическом ретикулюме (ШЭР) синтезируются белки ГКГС 1 класса, затем они соединяются с фрагментами эндоцеллюлярных (не обязательно - своих) антигенов, поступающих из протеасом. В этом участвуют специальные переносчики - ABC-белки. Комплекс пептида ГКГС-I и внутриклеточного антигена поступает в аппарат Гольджи, а оттуда - на наружную мембрану АПК, для представления СD8-положительным цитотоксическим лимфоцитам.

Молекулы класса 2-го ГКГС содержат ковалентно соединенные a и b-цепи, являющиеся высоко полиморфными белками, похожими на a-цепи класса 1. Устройство полиморфных и мономорфных участков близко к описанному у класса 1 ГКГС.

Эти молекулы - непременные участники распознавания экзогенных, по отношению к АПК, антигенов СD4-положительными Т-хелперами. Они также возникают в рибосомах ШЭР, затем оказываются в комплексе Гольджи, но ABC-белки с ними не взаимодействуют, поэтому ГКГС II не связывают эндоцеллюлярные антигенные фрагменты, а вместо этого временно несут инвариантный пептид Ii, кодируемый вне системы ГКГС. Ii - своеобразная затычка, необходимая для разделения путей внутриклеточного транспорта белков ГКГС-I и ГКГС-II. Молекулы второго класса ГКГС поступают в фаголизосомы, где и встречаются с фрагментами эндоцитированных и процессированных АПК экзоцеллюлярных (не обязательно - чужих) антигенов. Комплекс ГКГС II и секвенциального фрагмента антигена, вытесняющего инвариантный пептид Ii, идёт на наружную мембрану, где распознаётся СD4-положительными Т-хелперами.

Описанные события и составляют суть процессинга антигенов в антигенпредставляющих клетках.

Все 4 типа молекул класса 1 и 2 ГКГС, вместе с антителами, Т-клеточными антигенными рецепторами, Fc-рецепторами антител, СD2-4 и CD8-рецепторами лимфоцитов, секреторным фрагментом IgA - являются членами надсемейства генов иммуноглобулинов, и их конфигурация недалека от типичной молекулы антитела (рис. 82). Все эти молекулы произошли от общих предшественников и имеют множественные пептидные петли и дисульфидные связи в структуре. Молекулы 3 класса негомологичны этому надсемейству. Выше уже говорилось о сцеплении между генами ГКГС и некоторыми, особенно аутоиммунными, болезнями.