Наиболее значимые цитокины и их функции

25.10.2015

Среди огромного количества цитокинов с широчайшим спектром их функций выделяются отдельные молекулы, их группы или семейства, играющие ключевую роль в формировании системы иммунитета и в различных проявлениях ее функциональной активности. Отдать предпочтение какому-либо из этих цитокинов, группе или семейству невозможно. Они уникальны. И эта уникальность во многом определяет те удивительные свойства, которыми характеризуются функции иммунной системы. Ниже представлены особенности строения и функций отдельных наиболее значимых цитокинов.
Интерлейкины (ИЛ)
Интерлейкин-1 (ИЛ-1) открыт в 1972 г., относится к провоспалительным цитокинам, обладает пирогенными свойствами, является основным медиатором локальной воспалительной реакции. Действуя на клетки эндотелия, способствует повышенной экспрессии поверхностных молекул, опосредующих адгезию лейкоцитов. ИЛ-1 способен также поддерживать рост кроветворных клеток-предшественников. Благодаря этим свойствам он получил второе название — «Гемопоэтин-1». При секреции в больших количествах ИЛ-1 проникает в кровь и развивает эндокринные эффекты, индуцируя лихорадку, синтез печенью белков острой фазы, продукцию костным мозгом нейтрофилов и тромбоцитов. ИЛ-1 действует как непосредственно, так и опосредованно через стимуляцию образования ИЛ-6. Оказывая влияние на созревание В-лимфоцитов, на синтез Т-хелперами ИЛ-2, на экспрессию Г-клетками рецепторов к ИЛ-2, на образование молекул МНС, ИЛ-1 играет важную роль в развитии реакций адаптивного иммунитета.
Цитокин вырабатывается клетками системы мононуклеарных фагоцитов (основной продуцент ИЛ-1), активируемых лектинами, иммунными комплексами, бактериальными продуктами (например ЛПС) или другими цитокинами (например ФНО). ИЛ-1 продуцируют также дендритные клетки, кератиноциты, NK-лимфоциты, клетки эндотелия, фибробласты.
ИЛ-1 существует в виде ряда форм (более 10), образующих семейство интерлейкина-1. Наиболее известными членами этого семейства являются ИЛ-1α и ИЛ-1β. В связи с тем, что в семейство ИЛ-1 входят такие цитокины, как ИЛ-18, ИЛ-33 и др., все члены семейства получили титул ИЛ-1F с порядковым номером его членов (табл. 13.8).

Наиболее значимые цитокины и их функции

Цитокины ИЛ-1α и ИЛ-1β кодируются разными генами, гомологичность их аминокислотной последовательности, по разным данным, составляет 22 -26 - 30%. Оба полипептида синтезируются в виде цитоплазматических предшественников с одинаковой мол. массой — 33 кД, мол. масса секретируемых молекул составляет 17 кД. Макрофаги, активируемые бактериальными продуктами, вырабатывают в 10-50 раз больше ИЛ-1β по сравнению с ИЛ-1α, ИЛ-1β приобретает способность взаимодействовать с рецептором после ферментативного расщепления предшественника, в результате которого под влиянием фермента ICE (IL-1β-converting enzyme — ИЛ-1β-конвертирующего фермента), известного как «каспаза 1», образуется активная молекула ИЛ-1β. ИЛ-1α, в отличие от ИЛ-1β, взаимодействует с рецептором как в виде предшественника с мол. массой 33 кД, так и в виде молекулы с меньшей мол. массой. Более того, ИЛ-1β секретируется, тогда как ИЛ-1α остается прикрепленным к клеточной поверхности, в связи с чем действие связанного с мембраной цитокина распространяется только на клетки-мишени, взаимодействующие с макрофагами.
На разных клеточных формах экспрессируются различные рецепторы для ИЛ-1. На Т-лимфоцитах, клетках эндотелия, фибробластах, кератиноцитах, синовиальных клетках преимущественно экспрессируется ИЛ-1RI (CD121α) с мол. массой 80 кД. Рецептор (его внеклеточная часть) может существовать в относительно небольшой концентрации и в растворимой форме. Рецептор связывает все формы ИЛ-1, является сигналиндуцирующим. В отличие от этого ИЛ-1RII (CD121b) локализуется преимущественно на В-лимфоцитах и макрофагах. Его мол. масса 68 кД. Рецептор существует главным образом в растворимой форме, его концентрация превышает содержание ИЛ-1RI примерно в 10 раз, рецептор сигналиндуцирующими свойствами не обладает. Связывая обе формы ИЛ-1, он выполняет роль «рецептора-ловушки» в условиях гиперпродукции ИЛ-1. На некоторых клетках, например на В-лимфоцитах, одновременно могут экспрессироваться как ИЛ-1RI, так и ИЛ-1RII.
С рецепторами для ИЛ-1 связывается также их антагонист ИЛ-1RA (IL-1 receptor antagonist). Такое связывание является действенным регуляторным противовоспалительным механизмом, снижающим смертность от септического шока и от реакции «трансплантат против хозяина».
Интерлейкин-18 (ИЛ-18) открыт в 1995 г., относится к семейству ИЛ-1, имеет мол. массу 18,2 кД, содействует дифференцировке Тh1, проявляет противоинфекционную активность, активирует цитотоксическую активность NK-клеток, обладает провоспалительными свойствами, стимулирует образование ИНФγT- и NK-лимфоцитами, ФНО, ИЛ-1 и ИЛ-8 — макрофагами, вырабатывается активированными дендритными клетками, моноцитами/макрофагами, в т.ч. купферовскими клетками печени, остеокластами, кератиноцитами. Может стимулировать также образование ИЛ-4. Подобно ИЛ-1β, ИЛ-18 синтезируется в виде предшественника, протеолитическое расщепление которого конвертазой сопровождается образованием зрелого ИЛ-18, связываемого рецептором семейства ИЛ-1/TLR, состоящим из двух субъединиц — ИЛ-1SRα (связывает ИЛ-18) и ИЛ-18Rβ (обеспечивает проведение сигнала), С ИЛ-18 связывается также с высокой степенью аффинности растворимый ингибитор, конститутивно синтезируемый спленоцитами — ИЛ-18-связывающий белок (IL-18BP). Этот белок не экспрессируется на клеточной мембране и, являясь растворимым аналогом рецептора, выполняет функции «рецептора-ловушки», конкурирующего с рецептором для ИЛ-18 за связывание ИЛ-18.
Интерлейкин-33 (ИЛ-33) относится к семейству ИЛ-1, имеет мол. массу около 18 кД, структурно подобен ИЛ-18, но не обладает провоспалительной активностью, стимулирует продукцию Тh2 цитокинов — ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-13, избирательно активирует продукцию иммуноглобулинов и проявление аллергий. Цитокин синтезируется во многих тканях многими типами клеток в виде предшественника (мол. масса -30 кД), расщепление которого каспазой-1 сопровождается образованием активной формы ИЛ-33.
Интерлейкин-2 (ИЛ-2) открыт в 1976 г., является гликопротеином с мол. массой 14-17 кД, представляет собой глобулярный белок, содержащий 4 α-спирали, является фактором роста, выживания и дифференцировки Т-лимфоцитов, играет центральную роль в регуляции Т-клеточного ответа путем аутокринного или паракринного действия на регуляторные Т-клетки, усиливая продукцию ИЛ-2 и экспрессию соответствующих рецепторов для ИЛ-2. Цитокин вырабатывается Т-клетками фенотипа CD4, преимущественно Th1, секретируется в иммунологический синапс, формируемый при взаимодействии АПК — Т-лимфоцит, усиливает продукцию иммуноглобулинов, стимулирует дифференцировку Th1 и ЦТЛ, активирует литическую активность NK-клеток, активирует синтез антиапоптотического белка Вс1-2 и тем самым способствует выживанию Т-клеток, Важной также является способность ИЛ-2 стимулировать продукцию других цитокинов, например ИЛ-4 (стимулирует созревание Th0 в Th2), ИНФу (стимулирует созревание Th0 в Th1 и подавляет созревание Th2) и др. Дифференцирующее действие ИЛ-2 на Т-клетки наиболее эффективно в присутствии ИЛ-4, -6, -7 и 12, на В-клетки — в присутствии ИЛ-5.
Как отмечалось выше, эффективность взаимодействия цитокина с клеткой-мишенью определяется особенностями строения рецептора для ИЛ-2, на эффективность действия ИЛ-2 оказывают влияние и другие особенности клеточных элементов, экспрессирующих рецепторные структуры для ИЛ-2. Так, ИЛ-2 способен непосредственно активировать покоящиеся NK-клетки и мононуклеарные фагоциты (обладают противоопухолевой и провоспалительной активностью), тогда как T- и В-лимфоциты, вовлеченные в иммунный ответ, отвечают на действие ИЛ-2 только после активации специфическим антигеном.
Интерлейкин-3 (ИЛ-3) открыт в 1981 г. как фактор дифференцировки Т-клеток, однако затем оказалось, что ИЛ-3 является полилинейным колониестимулирующим фактором (поли-КСФ), который действует на незрелые костномозговые клетки-предшественники, способствуя экспансии клеток, дифференцирующихся в направлении миело- и эритропоэза — стимулирует пролиферацию и терминальную дифференцировку моноцитов, гранулоцитов, мегакариоцитов, тучных клеток и эритроцитов, стимулирует функции зрелых лейкоцитов и клеток эндотелия. ИЛ-3 относится к семейству 4-х α-спиральных цитокинов, имеет мол. массу 15 кД, как и ИЛ-2 связывается с рецепторами типа I, сходными с таковыми для ИЛ-3, ИЛ-5 и ГМ-КСФ (состоит из 2-х субъединиц — общей β и индивидуальной α), вырабатывается активированными Т-лимфоцитами и тучными клетками (основные продуценты), а также NK-клетками, макрофагами, клетками эпителия, но не стромальными клетками костного мозга.
Интерлейкин-4 (ИЛ-4) впервые описан и 1982 г. как активатор В-лимфоцитов, является основным стимулятором продукции IgE В-клетками; дифференцировки Th2 из наивных Т-хелперных клеток фенотипа CD4 (Th0); реакций, опосредованных тучными клетками и эозинофилами. ИЛ-4 — мономер с мол. м. 15 кД, относится к семейству со структурой 4-х α-спиральных цитокинов, связывается с рецепторами типа I, несущими α- и γ-цепи (ИЛ-4Rαγ), подавляет развитие Th1 и Thl7, продуцируется активированными Тh2, тучными клетками и базофилами, а также эозинофилами, ЦТЛ и γδT-клеткам и. Продукция ИЛ-4 усиливается под влиянием ИЛ-1 и ИЛ-2. ИЛ-4 аутокринно стимулирует функции Th2, размножение и созревание В-клеток, обеспечивает переключение синтеза иммуноглобулинов В-клетками на IgG1 (у мышей), IgG4 (у человека) и на IgE, подавляя стимулируемое ИНФγ переключение изотипов у мышей на IgG2a и IgG3. В отличие от активации макрофагов, индуцируемой ИНФγ (активация синтеза ИЛ-l, ИЛ-6, ФНОα), ИЛ-4 совместно с ИЛ-13 активирует макрофагальные реакции эндоцитоза микробов, повышает экспрессию рецепторов для маннозы и антигенов MHC-II, стимулирует образование аргиназы, приводящее к продукции коллагена. ИЛ-4 действует на моноциты/ макрофаги и ингибирующим образом, подавляя продукцию ими ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-10, ФНОα. Таким образом, в целом ИЛ-4 является антагонистом ИНФу, индуктором образования Th2, активатором аллергических реакций.
Интерлейкин-5 (ИЛ-5) впервые описан в 1982 г., является гомодимером с мол. массой -27 кД, образуется активированными Th2, связывается гетероди-мерным рецептором с сигналпроводящей p-цепью, общей для ИЛ-3 и ГМ-КСФ, и с сигналнепроводящей индивидуальной a-цепью. При этом ИЛ-5 связывается с α-, но не с β-цепью. Связь α-цепь-ИЛ-5 низкоаффинна, β-цепь необходима для формирования высокоаффинной связи ИЛ-5-рецептор и для формирования внутриклеточного сигнального пути. ИЛ-5 гомологичен у мышей и человека на 70-77%, однако функции цитокина у этих двух видов существенно различаются. У мышей ИЛ-5 выполняет функции фактора роста В-лимфоцитов, избирательно активирует синтез IgA, усиливает образование ЦТЛ, активирует созревание и функции эозинофильных и базофильных гранулоцитов. У человека действие ИЛ-5 распространяется лишь на активацию эозинофилов и базофилов.
Интерлейкин-6 (ИЛ-6) — гомодимер с мол. массой 21 кД, связывается высокоаффинным рецептором, относящимся к семейству цитокиновых рецепторов типа I и состоящим из белка, связывающего цитокин, и сигналпередающей субъединицы gp130 с мол. массой 130 кД. Последняя является общей для ряда других цитокинов, образующих семейство интерлейкина-6 — ИЛ-11, -31, OSM (онкостатина М), LIF (Leukaemia inhibitory factor — фактор, ингибирующий лейкемию), CNTF (Ciliary neurotrophic factor — цилиарный нейротрофический фактор), CT-1 (кардиотропин I). ИЛ-6 синтезируется T- и Б-лимфоцитами, мононуклеарными фагоцитами, тучными клетками, клетками сосудистого эндотелия, кератиноцитами, фибробластами и многими другими клетками. Цитокин полифункционален — участвует в реакциях врожденного и адаптивного иммунитета. ИЛ-6 проявляет свойства колониестимулирующего фактора, стимулируя образование нейтрофилов костномозговыми клетками-предшественниками; активирует экспрессию молекул адгезии на клетках эндотелия; участвует в реакциях острофазного ответа, стимулируя синтез гепатоцитами белков острой фазы; стимулирует пролиферацию В-лимфоцитов, дифференцирующихся в продуценты антител; действует как кофактор с ИЛ-1 в синтезе IgM и с ИЛ-5 в синтезе IgA; индуцирует экспрессию ИЛ-2К на T-лимфоцитах и др.
Интерлейкин-11 (ИЛ-11) — полипептид с мол. массой 23 кД, относится к семейству ИЛ-6, вырабатывается стромальными клетками костного мозга и стимулированными ИЛ-1 фибробластами. ИЛ-11 является фактором роста мегакариоцитов, моноцитов и плазмацитом, содействует увеличению численности в периферической крови тромбоцитов и эритроцитов, подавляет выработку провоспалительных цитокинов. Действие цитокина распространяется также на активацию выработки иммуноглобулинов В-клетками и белков острой фазы гепатоцитами, на стимуляцию пролиферации предшественников разных ростков кроветворения, на дифференцировку макрофагов и остеокластов.
Интерлейкин-31 (ИЛ-31) относится κ семейству ИЛ-6, вырабатывается преимущественно активированными Th2, может продуцироваться также активированными моноцитами, обеспечивает вовлечение полиморфноядерных клеток, моноцитов и Т-лимфоцитов в очаги кожного воспаления. От других цитокинов семейства ИЛ-6 отличается наличием в составе рецептора gp130-подобной субъединицы (GPL) вместо gp-130.
Интерлейкин-7 (ИЛ-7) открыт в 1988 г., характеризуется как лимфопоэтин (LP-1) с мол. массой ~17 кД, преимущественно вырабатывается стромальными клетками костного мозга и тимуса. ИЛ-7 действует на тимоциты, T- и В-лимфоциты, моноциты. Цитокин регулирует активность лимфоидных стволовых клеток, стимулирует пролиферацию, но не дифференцировку, про-В- и пре-В-клеток, является фактором роста для предшественников Т-лимфоцитов, усиливает продукцию ИНФγ клетками Th1 и ИЛ-4 клетками Th2. Цитокин обеспечивает также контроль процесса V(D)J-рекомбинации как в T-, так и в В-клетках, необходим для образования в лимфоцитах функционирующего антигенраспознающего рецептора и для выживания клеток памяти. ИЛ-7 относится к семейству 4-х α-спиральных цитокинов типа I, связывается рецептором с индивидуальной α-цепью и γ-цепью, общей для ИЛ-2, ИЛ-4 и ИЛ-15.
Интерлейкин-8 (ИЛ-8) относится к семейству хемокинов, характеризуется как хемокин CXCL8 с мол. массой 8 кД. Его основными продуцентами являются активированные патогенами моноциты/макрофаги и клетки эндотелия. ИЛ-8 вырабатывается также тучными клетками и активированными NK-лимфоцитами. Помимо структурных элементов патогенов индукторами выработки ИЛ-8 являются провоспалительные цитокины, компоненты системы комплемента, кинины. Рецепторы для ИЛ8 (CXCRI и CXCRII) относятся к семейству родопсиновых рецепторов.
Интерлейкин-9 (ИЛ-9) — гликопротеин с мол, массой 32-39 кД, является фактором роста стволовых клеток, содействует росту Т-хелперов и тучных клеток, вырабатывается Th2, усиливая действие ИЛ-4 на выработку IgE, способствует развитию аллергий.
Интерлейкин-10 (ИЛ-10) — димер, открыт в 1989 г., его мол. масса составляет 35-40 кД. Наряду с ИЛ-2, ИЛ-4 и др. цитокинами ИЛ-10 входит в семейство 4-спиральных противовоспалительных цитокинов, является одним из основных регуляторов иммунного ответа, образует семейство интерлейки-на-10, в которое помимо ИЛ-10 входят полипептиды ИЛ-19, -20, -22, -24, -26. Объединенные в семейство цитокины характеризуются общностью строения и типом связывающих их рецепторов (тип II), но отличаются по биологическим свойствам.
ИЛ-10 подавляет функции Th1, выработку ИНФу дендритными клетками, ИЛ-2 и ИНФγ — Т-клетками, индуцируемый ИНФу и продуктами микробного происхождения (ЛПС) синтез провоспалительных цитокинов (ИЛ-1, -6, -8, ФНО, Г-КСФ, ГМ-КСФ) моноцитами и макрофагами, синтез оксидантов макрофагами, экспрессию антигена В7 на АПК. Под влиянием ИЛ-10 угнетается экспрессия МНС-II, дифференцировка моноцитов в макрофаги и в дендритные клетки (DCI), подавляется эндоцитарная и антигенпредставляющая функции макрофагов, экспрессия молекул адгезии на клетках эндотелия, индуцируется образование Т-лимфоцитами регуляторных клеток (Tr1) и установление долгосрочной толерантности Т-клеток, синтез рецепторного антагониста ИЛ-1. Вместе с тем ИЛ-10 не действует на активированные Т-клетки и Т-клетки памяти, что может быть связано с отсутствием или низкой экспрессией рецепторных молекул для ИЛ-10 на этих клетках. Немаловажную роль играет ИЛ-10 и в регуляции функций В-клеток. Цитокин костимулирует размножение и созревание В-лимфоцитов, предотвращает их апоптоз и усиливает дифференцировку В-клеток в продуценты IgM, в комбинации с ТФРβ индуцирует продукцию IgA1 и IgA2, в комбинации с ИЛ-4 индуцирует образование IgC4 и подавляет синтез IgE. ИЛ-10 обеспечивает также активацию NK-клеток.
Считается, что отдельные вирусы (цитомегаловирус, вирус Эпштейна-Барра, вирус герпеса типа 2) синтезируют продукты, на 27-83% гомологичные ИЛ-10 и получившие название вирусных гомологов ИЛ-10 — vIL-10. Эти гомологи проявляют ингибирующую способность, идентичную ИЛ-10, однако более иммуносупрессивную по сравнению с нормальным ИЛ-10 человека.
ИЛ-10 вырабатывается активированными Th2, ЦТЛ и моноцитами, связывается рецепторами, относящимися к группе рецепторов для ИНФ (тип II). Рецептор для ИЛ-10 представлен двумя цепями ИЛ-10Rα (ИЛ 10R1) — CDw210a и ИЛ-10Rβ (ИЛ-10R2) — CDw210b. ИЛ-10Rα экспрессируется на большинстве гемопоэтических клеток и на отдельных негемопоэтических клетках (кератиноциты, фибробласты) в виде индуцибельной молекулы, связывает ИЛ-10 с высоким аффинитетом, опосредует иммуносупрессивный сигнал ИЛ-10. ИЛ-10Rβхарактеризуется как субъединица рецептора, мало значимая для связывания ИЛ-10, но необходимая для передачи внутриклеточного сигнала, постоянно экспрессируется на большинстве клеток и тканей.
Интерлейкин-19 (ИЛ-19) — гомотетрамер с мол. массой 35-40 кД, относится к семейству ИЛ-10, вырабатывается В-лимфоцитам и и активированными ЛПС моноцитами, индуцирует продукцию моноцитами ИЛ-6 и ФНОа и их апоптотическую гибель, участвует в регуляции воспалительных реакций. Цитокин способствует образованию реактивных видов кислорода и провоспалительных цитокинов, изменяет соотношение Th1/Th2 в результате угнетения выработки ИНФу и усиления продукции ИЛ-4 и ИЛ-13, усиливает синтез клетками молекул bсl-2.
Интерлейкин-20 (ИЛ-20) — димер, имеет мол. массу 18 кД, относится к семейству ИЛ-10, преимущественно вырабатывается моноцитами и кератиноцитами, аутокрин но регулирует их участие в воспалении, влияет на соотношение Th1/Th2. Цитокин участвует в развитии псориаза и в патогенезе ревматоидного артрита, индуцирует синтез провоспалительных цитокинов (ИЛ-6, ИЛ-8 и др.) синовиальными фибробластами, усиливает хемотаксис нейтрофилов в зону воспаления. Рецептор для ИЛ-20 характеризуется как гетеродимер, субъединицы которого (ИЛ-20R1 и ИЛ-20R2) имеют структурное сходство с рецептором для ИЛ-10.
Интерлейкин-22 (ИЛ-22) — гомодимер с мол. массой 25 кД, относится к семейству ИЛ-10, преимущественно вырабатывается активированными Th1, в частности клетками памяти фенотипа CD45RO, и тучными клетками, продуцируется также моноцитами, T- и В-клетками, NK-лимфоцитами. ИЛ-22 индуцирует образование клетками печени белков острой фазы, активирует продукцию β-дефензинов кератиноцитами, влияет на соотношение Th1/Th2 (подавляет выработку ИЛ-4 и стимулирует продукцию ИНФу). Цитокин связывается рецепторным комплексом, состоящим из субъединиц ИЛ-22R1 и ИЛ-10R2, субъединица ИЛ-10R2 является общей для ряда цитокинов — ИЛ-10, -22, -26, -28А, -29. Существует также растворимый (секреторный) одноцепочечный рецептор для ИЛ-22, кодируемый отдельным геном.
Интерлейкин-24 (ИЛ-24) вырабатывается моноцитами и Th2, а также NK-и В-клетками, фибробластами, меланоцитами, имеет мол. массу 35 кД. Цитокин индуцирует образование белков острой фазы гепатоцитами, продукцию ФНОα, ФНОγ и низкие уровни ИЛ-1β, ИЛ-12 и ГМ-КСФ моноцитами периферической крови человека, проявляет селективную активность против клеток карциномы молочной железы, индуцируя независимую от молекулы р53 апоптотическую гибель клеток-мишеней.
Интерлейкин-26 (ИЛ-26) — гомодимер с мол. массой 36 кД, относится к семейству ИЛ-10, вырабатывается Т-клетками памяти, в частности Тh1, и NK-лимфоцитами, индуцирует пролиферацию кератиноцитов и Т-клеток, активирует синтез ИЛ-8 и ИЛ-10, регулирует функции клеток эпителия слизистых, участвующих в локальных механизмах иммунитета. В формировании рецептора для ИЛ-26 участвуют полипептиды ИЛ-20R1 и ИЛ-10R2.
Интерлейкин-11 (ИЛ-11) — см. семейство ИЛ-6.
Интерлейкин-12 (ИЛ-12) — синонимы: NKSF (NK cells stimulatory factor — фактор стимуляции NK-клеток), CLMF (Cytotoxic lymphocyte maturation factor — фактор созревания цитотоксических лимфоцитов), впервые описан в 1989 г., включен в состав интерлейкинов в 1994 г., гетеродимер с мол. массой 70 кД, состоящий из субъединиц р35 с мол. массой 30-33 кД и р40 с мол. массой 35-44 кД. У лошадей, собак и мышей субъединица р35 экспрессируется постоянно, р40 — после активации макрофагов. Димер р40 может проявлять функции антагониста ИЛ-12. Показана возможность сохранения в цитоплазме макрофагов наработанного ИЛ-12, который быстро секретируется в Th1 в больших количествах при их активации. ИЛ-12 стимулирует дифференцировку Th0 в Th1 и защищает Th1 от апоптотической гибели, активируя B1-лимфоциты, повышает уровень аутоантител, стимулирует образование ЛАК-клеток. Под влиянием ИЛ-12 индуцируется миграция стволовых клеток в периферическую кровь и образуются экстрамедуллярные очаги кроветворения, обуславливающие при системном введении ИЛ-12 развитие гепато- и спленомегалии. ИЛ-12, угнетая синтез ИЛ-4, подавляет продукцию IgE, стимулирует выработку ИЛ-2 и ИНФγ Т-клетками и NK-лимфоцитами, вносит решающий вклад в противоопухолевую и противовирусную защиту организма, образует семейство цитокинов, в которое помимо ИЛ-12 входят ИЛ-23 и ИЛ-27. Провоспалительный цитокин ИЛ-12 вырабатывается моноцитами и макрофагами, дендритными клетками, В-лимфоцитами, кератиноцитами. Продуцируемый T-NK-клетками ИНФγ также стимулирует выработку ИЛ-12. Таким образом, ИЛ-12 является соединительным звеном между врожденным и адаптивным иммунитетом. Цитокин продуцируется при взаимодействии АПК с Т-лимфоцитами и в эффекторную фазу клеточного иммунитета. Рецептор для ИЛ-12 (ИЛ12R) экспрессируется на мононуклеарах, состоит из двух субъединиц — β1 (CD212) и β2, совместная экспрессия которых формирует высокоаффинный рецептор.
Интерлейкин-23 (ИЛ-23) описан в 2000 г., относится к семейству ИЛ-12, образуется активированными дендритными клетками в виде гетеродимера при соединении дисульфидной связью субъединицы р40 ИЛ-12 (35-40 кД) с белком р19 (18,7 кД), проявляет такую же биологическую активность, как и ИЛ-12 — стимулирует образование Th1 и продукцию ИНФγ. Однако в отличие от ИЛ-12, стимулирующего наивные Th1-клетки, ИЛ-23 стимулирует Th1-клетки памяти. Отличия между ИЛ-12 и ИЛ-23 проявляются и при взаимодействии с рецепторными структурами — наиболее полную реализацию активности ИЛ-12 обеспечивает ИЛ-12Rβ2, тогда как 1171-23 — ИЛ-12Rβ1.
Интерлейкин-27 (ИЛ-27) открыт в 2002 г., относится к семейству ИЛ-12, образуется дендритными клетками, макрофагами, клетками эндотелия и плазматическими клетками в виде гетеродимера, состоящего из белка р28 — α-спиральной субъединицы ИЛ-27 и субъединицы, гомологичной внеклеточному домену рецептора для ИЛ-6. Показана гомологичность субъединиц гетеродимера с субъединицами ИЛ-12, Влияние ИЛ-27 на иммунный ответ характеризуется комплексностью — регуляторной и провоспалительной активностью. Цитокин индуцирует клональную экспансию наивных клеток фенотипа CD4, содействует дифференцировке Тh1, совместно с ИЛ-12 индуцирует выработку ИНФу СD4-Т-клетками, активирует противоопухолевую активность, опосредованную Т-клетками фенотипа CD8. Однако при дефиците ИЛ-27R в ответ на инфекцию у животных (мыши) развивается летальный, опосредованный Т-клетками воспалительный ответ, согласующийся с ролью ИЛ-27 в контроле Т-клеточного ответа. Рецептор для ИЛ-27 наиболее выраженно экспрессируется на NK- и NK-T-лимфоцитах, эффекторных Т-клетках и Т-клетках памяти, состоит состоит из цепи gp 130 ИЛ-6 и второй гомологичной цепи.
Интерлейкин-13 (ИЛ-13) впервые описан в 1982 г., относится к семейству 4-х α-спиральных цитокинов, вырабатывается с мол. массой 10 кД преимущественно Th2-клетками. Цитокин секретируется также ЦТЛ, NK- и NK-T-лимфоцитами, дендритными и тучными клетками, базофилами и эозинофилами, активированными В-лимфоцитами. Нго продукция играет важную роль в противогельминтной защите организма и в развитии аллергий. По структуре и биологическим характеристикам ИЛ-13 подобен ИЛ-4, стимулирует пролиферацию В-клеток и секрецию ими иммуноглобулинов, необходим для оптимальной индукции синтеза IgE, особенно при низких уровнях или дефиците ИЛ-4. Цитокин усиливает экспрессию на макрофагах интегринов и продукцию хемоаттрактантов для моноцитов, проявляет противовоспалительное действие, снижает выработку макрофагами ИЛ-1, ИЛ-6 и ИЛ-12, подавляет экспрессию на фагоцитах FcyR, стимулирует макрофаги к слиянию и образованию ими гигантских клеток. ИЛ-13 стимулирует продукцию нейтрофилами антагониста ИЛ-1 — ИЛ-IRA. Считается, что в организме ИЛ-13 и ИЛ-4 не дублируют функции друг друга, а дополняют их. В то же время ИЛ-13 в отличие от ИЛ-4 не действует на Т-клетки и дифференцировку Th, поскольку Т-клетки рецептор для ИЛ-13 не экспрессируют. Высокоаффинный гетеродимерный рецептор для ИЛ-13 содержит цепи α1 (CD213α1) и α2 (CD213α2), цепь α1 (CD213α1) является общей с ИЛ-4R, Цепь al ИЛ-13R (ИЛ-13Rα1) является сигналпроводящей, цепь α2 (ИЛ-13Rα2) сигналпроводящей функцией не обладает, служит акцепторным фрагментом рецептора, связывающим ИЛ-13. Растворимая форма ИЛ-13Ra2 иной функции, кроме «рецептора-ловушки» не несет.
Интерлейкин-14 (ИЛ-14) является высокомолекулярным (мол. масса 60 кД) фактором роста В-клеток, способствует образованию В-клеток памяти, активируя экспрессию молекул bcl-2 повышает устойчивость В-лимфоцитов к апоптозу, подавляет продукцию иммуноглобулинов. ИЛ-14 вырабатывается Т-лимфоцитами и отдельными опухолевыми В-клетками.
Интерлейкин-15 (ИЛ-15) впервые описан в 1994 г., относится к 4-х α-спиральным цитокинам, имеет мол. массу 14-15 кД, вырабатывается активированными макрофагами, дендритными клетками, фибробластами, клетками эндотелия, структурно гомологичен ИЛ-2 и во многом подобен ему по биологической активности. Однако в отличие от ИЛ-2 ИЛ-15 преимущественно функционирует в виде мембранной формы, тогда как ИЛ-2 является секреторным цитокином. ИЛ-15 является фактором роста для активированных T-, B-, NK- и NK-T-клеток, содействует повышению устойчивости CD4-T-лимфоцитов к апоптозу, индуцируемому активацией клеток антигеном, содействует длительному выживанию CD8-Т-клеток памяти, но не влияет на пролиферацию покоящихся В-лимфоцитов и наивных Т-клеток, регулирует функции интраэпителиальных лимфоцитов, индуцирует дифференцировку NK-клеток из гемопоэтических предшественников, экспрессию хемокинов и рецепторов для хемокинов на Т-клетках, продукцию ИНФα и ГМ-КСФ, стимулирует образование антител классов IgM, IgG и IgA, вовлекает нейтрофилы, лимфоциты и NK-клетки в участки воспаления. Рецептор для ИЛ-15 экспрессируется на T- и N К-клетках, моноцитах, клетках эпителия и др., состоит из трех субъединиц — α, β и γ, из которых β и γ являются сигналпередающими, общими для ИЛ-2 и ИЛ-15. α-Субъединица сигналпередающей активностью не обладает, но связывает ИЛ-15 с высокой аффинностью, обеспечивает специфичность связывания цитокина. Связывание индивидуальных α-субъединиц с ИЛ-2 и с ИЛ-15 различается, ИЛ-2 при связывании усиливает экспрессию α-субъединицы, тогда как ИЛ-15 подавляет ее.
Интерлейкин-16 (ИЛ-16) — гомотетрамер с мол. массой 60 кД, полипептидные цепи которого имеют мол. массу ~ 17кД, вырабатывается Т-клетками, преимущественно фенотипа CD8, а также дендритными клетками, эозинофилами, тучными клетками, фибробластами, клетками микроглии. Рецептором для ИЛ-16 является CD4 Т-клеток — мономерный трансмембранный гликопротеин суперсемейства иммуноглобулинов. Связывание ИЛ-16 рецептором сопровождается усилением миграции и адгезии СD4-T-клеток, изменением их поверхностного фенотипа (усиливается экспрессия ИЛ-2R и антигенов МНС-11), активацией перехода Т-клеток из фазы G0 в фазу G1 клеточного цикла. ИЛ-16 является сильным хемоаттрактантом для CD4-T-клеток, эозинофилов, макрофагов и дендритных клеток, подавляет индуцированную антигеном пролиферацию клеток и репликацию вируса иммунодефицита человека, кошек и обезьян (CD4 является рецептором не только для ИЛ-16, но также для молекул MHC-II и для антигена gp 120 ВИЧ). Продукция ИЛ-16 в астматических легких находится в прямой зависимости от количества инфильтрующих легкие СD4-Т-клеток. Поскольку продукция ИЛ-16 тучными клетками стимулируется гистамином, ИЛ-16 вовлекает в реакцию эозинофилы, играет важную роль в развитии аллергий.
Интерлейкин-17 (ИЛ-17) — провоспалительный цитокин с мол. массой 28-31 кД, преимущественно вырабатывается под влиянием ИЛ-23 Th-клетками (рис. 13.10), отличающимися от Th1 и Th2, образует семейство цитокинов интерлейкина-17, в которое входят ИЛ-17А, МЛ-17В, ИЛ-17С, ИЛ-17D, ИЛ-17Е (ИЛ-25) и ИЛ-17Е Продукцию ИЛ-17 активируют также ТФРβ и ИЛ-6. Семейство охарактеризовано в 2000-2003 г. г. Участвуя в воспалительных реакциях, цитокины семейства вызывают тканевые повреждения. В то же время они важны для защиты организма от бактериальных инфекций. ИЛ-17 активирует гранулопоэз и экспрессию на клетках Г-КСФ (ИЛ-17Е), продукцию β-дефензинов, CC и CXC хемокинов, выработку цитокинов макрофагами и стромалъными клетками — ИЛ-1β, ИЛ-6, ПГE2, Г-КСФ, ФНО, экспрессию молекул адгезии (ICAM) на кератиноцитах и фибробластах, созревание дендритных клеток и продукцию отдельных компонентов системы комплемента — С3, В (ИЛ-17А), выработку ИЛ-4, ИЛ-5 и ИЛ-13 (ИЛ-17Е), ФНО (ИЛ-17В, ИЛ-17С, ИЛ-17F) и ИЛ-1 (ИЛ-17F) и др. Цитокины характеризуются структурным сходством, особенно ИЛ-17А и ИЛ-17F (50%-ная идентичность друг с другом и 10-30%-ная идентичность с другими цитокинами семейства), но их функции существенно различаются. Цитокины отличаются и по источникам их продукции. Так, ИЛ-17А вырабатывается Th- (ThIL-17) и γδТ-клетками, Th-T-клетками памяти, активированными клетками CD4CD45RO, NK - T-лимфоцитами; ИЛ-170 — дендритными клетками, макрофагами, покоящимися Т-лимфоцитами фенотипа CD4 и CD 19-В-клетками; ИЛ-17Р - активированными, но не покоящимися, Т-лимфоцитами фенотипа CD4 и активированными, но не покоящимися моноцитами.
Интерлейкин-18 (ИЛ-18) — см. семейство ИЛ-1.
Интерлейкин-19 (ИЛ-19) — см. семейство ИЛ-10.
Интерлейкин-20 (ИЛ-20) — см. семейство ИЛ-10.
Интерлейкин-21 (ИЛ-21) вырабатывается преимущественно активированными Т-клетками фенотипа CD4, имеет мол. массу -15 кД, гомологичен ИЛ-2, ИЛ-4 и ИЛ-15, является медиатором клеточного иммунитета. Цитокин активирует пролиферацию и дифференцировку предшественников NK-клеток, стимулирует продукцию ИНФу, совместно с ИЛ-7 или ИЛ-15 активирует функции наивных Т-лимфоцитов и Т-клеток памяти фенотипа CD8, проявляет противоинфекционную и высокую противоопухолевую активность. ИЛ-21 подавляет выработку IgE, стимулирует продукцию IgG1, усиливает апоптоз В-лимфоцитов при их гиперактивации. Рецептор для ИЛ-21 экспрессируется на NK-, T- и В-лимфоцитах, кератиноцитах, отдельных миелоидных клетках, состоит из двух субъединиц. Одна цепь гетеродимера связывает ИЛ-21, тогда как другая (γ-цепь) является общей для ИЛ-2, -4, -7, -9, -15 и -21.
Интерлейкин-22 (ИЛ-22) — см. семейство ИЛ-10.
Интерлейкин-23 (ИЛ-23) — см. семейство ИЛ-12.
Интерлейкин-24 (ИЛ-24) — см. семейство ИЛ-10.
Интерлейкин-25 (ИЛ-25) — синоним ИЛ-17Е (см. семейство ИЛ-17).
Интерлейкин-26 (ИЛ-26) — см. семейство ИЛ-10.
Интерлейкин-27 (ИЛ-27) — см. семейство ИЛ-12.
Интерлейкин-28 (ИЛ-28) — интерфероноподобный цитокин, синоним — ИНФλ2/3, вырабатывается дифференцирующимися из моноцитов дендритными клетками, коэкспрессируется с ИНФβ, имеет мол. массу 19,8 кД, проявляет противовирусную активность, стимулирует экспрессию на клетках MHC-I и МНС-11.
Интерлейкин-29 (ИЛ-29) — интерфероноподобный цитокин, синоним — ИНФλ1, вырабатывается дифференцирующимися из моноцитов дендритными клетками, его функции подобны ИЛ-28.
Интерлейкин-30 (ИЛ-30) — субъединица (р28) ИЛ-27, вырабатывается антигенпредставляющими клетками, функции сходны с ИЛ-27 — активирует наивные Т-клетки фенотипа CD4, совместно с ИЛ-12 содействует выработке ИНФγ Th1-лимфоцитами,
Интерлейкин-31 (ИЛ-31) — см. семейство ИЛ-6.
Интерлейкин-32 (ИЛ-32) провоспалительный цитокин, по-видимому, относится к семейству цитокинов ИЛ-1, обладает митогенными свойствами, стимулирует выработку ФНОα, продуцируется активированными NK-лимфоцитами и полиморфноядерными лейкоцитами.
Интерлейкин-33 (ИЛ-33) — см. семейство ИЛ-6.
Интерфероны (ИНФ)
Интерфероны (ИНФ) впервые описали в 1957 г, Изаакс и Линденман как молекулы, интерферирующие с вирусной инфекцией. Было показано, что аллантоисная жидкость куриных эмбрионов, обрабатываемых вирусом гриппа, способна индуцировать устойчивость к вирусной инфекции, в том числе к вирусам, индуцирующим образование интерферирующей субстанции. Впоследствии оказалось, что эта субстанция неоднородна и включает ряд молекулярных образований, хотя и достаточно сходных по структуре (40-80%-ная идентичность), но отличающихся по функциональной активности. На протяжении исследований были охарактеризованы интерфероногены, субстанции, активирующие помимо ДНК- и РНК-содержащих вирусов выработку интерферонов (полиионы, митогены, бактериальные липополисахариды, двуспиральная РНК и др.), группа интерферонов пополнялась новыми выявленными образованиями и в настоящее время включает интерфероны: альфа, бета, омега и др. Эта группа гликопротеинов составляет интерфероны I типа. В 70-х годах противовирусная активность была обнаружена также во взвеси активированных антигеном лейкоцитов, однако по изученным параметрам активная субстанция отличалась от ранее описанных и была обозначена как «иммунный» или γ-интерферон (ИНФγ). Этот цитокин характеризует II тип интерферонов. Выявление лейкоцитарной противовирусной активности дало основания для подразделения интерферонов по их происхождению. В 1980 г. была создана номенклатура основных, наиболее изученных, интерферонов, в соответствии с которой ИНФα был обозначен как макрофагальный, ИНФβ — как фибробластный, а ИНФγ — как лейкоцитарный. Оказалось, однако, что такое подразделение не является достаточно четким. Например, макрофагальный интерферон (ИНФα) могут синтезировать разные клетки, причем нескольких субтипов одновременно. Эти же клетки могут синтезировать и фибробластный интерферон (ИНФβ). В связи с этим в настоящее время интерфероны характеризуют по принадлежности к тому или иному типу (I или II), по субтипам и по функциональной активности.
Семейство интерферонов J типа (ИНФ-I)
Семейство ИНФ-I включает ИНФα, ИНФβ, ИНФω, ИНФε, ИНФκ и ИНФλ человека, а также отдельные интерфероны, выявленные у животных — ИНФτжвачных и ИНФβ свиней. ИНФ-I опосредуют ранние защитные реакции врожденного иммунитета на вирусную инфекцию, эффективны против бактерий и простейших, проявляют противоопухолевую и иммупорегуляторную активность, Действие ИНФ характеризуется видовой специфичностью, связывается рецепторами одного и того же вида. Однако продуцируемые ИНФ одного вида не действуют на клетки животных другого вида.
Среди ИНФ-I наиболее изучен ИНФα. Цитокин имеет мол. массу 16-27 кД, преимущественно вырабатывается макрофагами, его продуцируют также множественные формы лейкоцитов — дендритные клетки, NK- и Т-лимфоциты, а также группа специализированных лейкоцитов, именуемая плазмоцитоидными моноцитами. Эти клетки считаются предшественниками дендритных клеток второго типа, при активации вирусными или бактериальными патогенами они вырабатывают в 200-1000 раз больше ИНФα/β по сравнению с другими клетками крови. Их относят к категории NIPC (Natural interferon-producing cells — естественные интерферонпродуцирующие клетки). В связи с этим ИНФα часто называют лейкоцитарным интерфероном, а не макрофагальным. Оказалось также, что при соответствующей стимуляции ИНФα может вырабатываться всеми типами клеток. В качестве примера нередко приводят фибробласты. Необходимо отметить, что включение тех или иных клеточных форм в продукцию ИНФ в значительной степени определяется инфицирующим вирусным патогеном. Выработка ИНФα так же как ИНФр находится в сложных конкурентных взаимоотношениях с продукцией других цитокинов — блокируется ИЛ-4, ИЛ-8, ИЛ-10 растворимым рецептором для ИНФα/β.
Продукция ИНФа кодируется у человека, по разным данным, 14-23 генами, у крупного рогатого скота — 10-12 генами. В отличие от других ИНФ (β, ε, κ, ω и γ), имеющих по 1 субтипу, ИНФα образует 12 субтипов, которые между собой гомологичны на -80%, с другими ИНФ — на 40%, но отличаются друг от друга по структуре и по антигенным свойствам. Активация эффекторных функций ИНФα обусловлена способностью цитокина активировать экспрессию MHC-I на инфицированных клетках, распознаваемых ЦТЛ фенотипа CD8 в ассоциации с вирусными антигенами. Как оказалось, ИНФα повышает также цитотоксическую активность T- и NK-клеток. Типичным индуктором выработки ИНФα является двунитевая РНК, синтезируемая при вирусной инфекции, рецептором для которой служит TLR3 (Toll-like receptor 3 — Толл-подобный рецептор 3).
Помимо способности активировать эффекторные клетки, включая и реакцию γδТ-лимфоцитов, ИНФа проявляет выраженную иммунорегуляторную активность, которая, по сути дела, является связующим звеном между врожденным и адаптивным иммунитетом. Цитокин проявляет аутокринную активность и стимулирует синтез ИНФα,β, активирует экспрессию ИЛ-12 и ИЛ-15, активирует дифференцировку дендритных клеток из моноцитов и стимулирует их созревание, активирует наивные Т-клетки и пролиферацию Т-клеток памяти, усиливает антигенспецифическую первичную активацию клеток, способствует продукции антител и переключению изотипов синтезируемых иммуноглобулинов — IgM на IgG2а и IgG3, но блокирует переключение IgM на IgG1 или IgE, индуцируемое ИЛ-4. Важным для формирования иммунного ответа является способность ИНФα стимулировать развитие Тh1, заключающаяся в содействии экспрессии на Т-клетках рецепторов для ИЛ-12 — одного из основных цитокинов, активирующих Th1. Свойствами, подобными ИНФα, обладает ИНФβ, Активация Th1 является одним из ярких примеров, показывающих, что ИНФ-1 реализуют свое действие не прямо, а через секреторное влияние на другие клетки (плейотропное действие), которые под влиянием индукции ИНФ-1 вырабатывают многие белки, ответственные за множественные эффекты интерфероновой системы. К их числу могут быть отнесены белки с противовирусной активностью, выработка которых индуцируется ИНФ-1 — MxA (подавляет рост, транскрипцию и другие этапы жизненного цикла PHK-содержащих вирусов); протеин-киназа R (PKR) — подавляет процессы транскрипции и трансляции вирусов; 2'-5'-олигоаденилатсинтетаза (2'-5'-OAS) — расщепляет одноцепочечную вирусную РНК.
Гликопротеин ИНФβ вырабатывается фибробластами, дендритными клетками, некоторыми клетками эпителия, имеет мол. массу 20 кД, по структуре и продуцентам отличается от ИНФα, но обладает практически одинаковым с ним механизмом действия, контролируется семейством генов, представленных по меньшей мере пятью членами.
Мономерный гликопротеин ИНФα) является одним из основных компонентов лейкоцитарного ИНФ, в отдельных случаях превосходит противовирусную активность ИНФα/β, вырабатывается моноцитами и лимфоцитами, а также клетками трофобласта у человека, лошадей и собак, отличается по структуре и антигенным свойствам от ИНФα и ИНФβ (активность не блокируется антителами против ИНФα и ИНФβ), подавляет пролиферацию многих опухолевых клеток, проявляет резко выраженную активность против РНК- и ДНК-содержащих вирусов.
ИНФκ и ИНФλ — новые подтипы ИНФ-I типа. ИНФκ вырабатывается неактивированными кератиноцитами, моноцитами и дендритными клетками, характеризуется ~30%-ной гомологичностью с другими ИНФ-I типа. Другой ИНФ — ИНФλ гомологичен с ИНФα всего лишь на 15-19%, образует семейство, членами которого являются ИНФλ1 (ИЛ-28А), ИНФλ2 (ИЛ-28В) и ИНФλ3 (ИЛ-29) структурно и функционально подобен ИНФ-I типа, в то же время характеризуется структурной подобностью с белками семейства ИЛ-10.
ИНФτ крупного рогатого скота и ИНФδ свиней вырабатываются клетками трофобласта. Трофобластный ИНФ играет важную роль в регуляции иммунного ответа самки по отношению к ее плоду.
Несмотря на различия в строении, все ИНФ-I типа, за исключением ИНФλ, связываются одним и тем же рецептором — IFNAR. Рецептор экспрессируется на многих клетках организма, включая T-лимфоциты, макрофаги, дендритные клетки, фибробласты, характеризуется как гетеродимер, состоящий из двух структурно-родственных полипептидных цепей β1 (IFNAR1) и β2 (IFNAR2). В рецепторе цепь β2 представлена двумя формами - длинной (βL) и короткой (βS). Короткая цепь в отличие от длинной сигналпроводящей способностью не обладает. Рецептор для ИНФλ, включая его разновидности (ИНФλ1, ИНФλ2, ИНФλ3), имеет другую структуру и состоит из двух субъединиц — специфической цепи ИНФλR1 (ИЛ-28Rα) и цепи, общей для ИЛ-10 и ИЛ-22 — ИЛ-10R2.
Интерферон-гамма (ИНФγ). Этот ИНФ, как отмечалось выше, именуют «иммунным» или «лейкоцитарным», а также «ИНФ типа 2», «Т-клеточным ИНФ», «фактором, активирующим макрофаги», он формирует группу ИНФ — ИНФ-II (интерфероны второго типа).
Мономерный ИНФγ имеет мол. массу, по разным данным, от 17,1 до 25 кД, биологически активен только в виде гомодимера, его мол. масса составляет 40 кД, пространственная организация белковой глобулы имеет сходство с ИНФβ, однако по биологической активности эти ИНФ существенно различаются и не гомологичны но аминокислотной последовательности. ИНФγ вырабатывается NK-клетками и лимфоцитами фенотипов CD4 (Th1) и CD8 (ЦТЛ), возможно его образование в небольших количествах макрофагами, дендритными клетками, NK-T- и γδТ-лимфоцитами, Treg. Образование ИНФγ подавляет ТФРβ, ИЛ-12 и ИЛ-18 усиливают выработку ИНФγ и подавляют экспрессию рецепторов для ТФРβ. Продукцию ИНФγ может стимулировать также ИЛ-2. Цитокин характеризуется антивирусной активностью, сопоставимой с ИНФ-Т, однако вносит больший вклад в процессы иммунорегуляции. ИНФγ активирует NK-клетки, стимулирует дифференцировку Th0 в Th1 и участвует в регуляции баланса Th1/Th2, подавляя дифференцировку Тh2, стимулирует экспрессию MHC-I и МНС-II, регулирует синтез изотипов иммуноглобулинов В-лимфоцитами (стимулирует выработку IgG2a и подавляет продукцию IgG1, lgG3 и IgH), регулирует апоптотическую гибель нормальных, трансформированных и инфицированных клеток.
Рецептор для ИНФγ состоит из двух субъединиц — цепей α и β. ИНФγ связывается двумя не взаимодействующими α-цепями, высокоаффинное связывание цитокина обеспечивается дополнительным участием в функционировании рецепторного комплекса двух β-цепей.
Фактор некроза опухоли (ФНО) и его суперсемейство
В 1975 г. Е. Carswell и соавт. описали фактор, накапливающийся в крови сенсибилизированных микобактериями мышей после введения ЛПС и способный проявлять прямое некротическое действие на опухолевые клетки. Цитокин был назван фактором некроза опухоли (TNF — Tumor necrosis factor) и оказался идентичным ранее описанному цитокину — кахектину. Структурнофункциональные исследования цитокинов обнаружили, что растворимый фактор — лимфотоксин-α, продуцируемый Т-клетками и лимфобластными В-клеточными линиями в ответ на активирующие стимулы характеризуется существенной степенью гомологичности с ФНО, проявляет во многом сходную биологическую активность, в частности противоопухолевую, связывается одними и теми же рецепторными структурами. Было сформировано семейство ФНО, в которое вошли выявленные цитокины. ФНО/Кахектин получил титул ФНОα, a лимфотоксин-α — ФНОβ. Позже был обнаружен еще один лимфотоксин, преимущественно в мембранной форме, названный лимфотоксином-β. Этот цитокин включен в семейство ФНО под именем ФНОс. В настоящее время семейство ФНО включает более 20 цитокинов (табл. 13.9), его именуют как суперсемейство фактора некроза опухоли — TNFSF (Tumor necrosis factor superfamily).
Наиболее значимые цитокины и их функции

ФНО характеризуется как гомотримерный гликопротеин с мол. массой 25 кД, преимущественно вырабатывается активированными клетками системы мононуклеарных фагоцитов, но может продуцироваться также T- и В-лимфоцитами, тучными и эндотелиальными клетками, фибробластами. ФНО существует в мембранной и растворимой формах. Мембранный цитокин связывается с рецепторами для ФНО типа II, отщепляется от клеточной поверхности, ассоциированной с мембраной металлопротеиназой. Три из высвобождаемых полипептида (мол. масса каждого 17 кД) полимеризуются и образуют циркулирующий ФИО с мол. массой 51 кД. Секретируемый ФИО представлен в виде пирамиды треугольной формы, каждая сторона которой образована одной субъединицей. В результате молекула цитокина может быть связана одновременно тремя рецепторными молекулами.
Рецепторы для ФНО экспрессируются на большинстве клеточных форм в виде двух структур, связывающих как ФНОα, так и ФНОβ с весьма низкой аффинностью. Один из них, рецептор типа I — ФНО-RI (CD120а), имеет мол. массу 55 кД, другой — рецептор типа II — ФНO-RII (CD120b). Рецептор ФНО-RI характеризуется большей аффинностью связывания (Kd - 1'10в-9 М) и более важен для функционирования цитокина, по сравнению с ФНО-RII (Kd 5'10в-10 М). Считается, что большинство биологических активностей ФНО опосредуется через ФНО-RI, тогда как через ФНО-RII преимущественно реализуется сигналпередающая функция клеток системы иммунитета. Растворимые формы рецептора (рФНО-R) являются «ловушками» для ФИО.
Инфекции проявляют мощное индукторное действие на выработку ФНО. Инфицирование вирусными патогенами или другими инфектами, в частности грамотрицательными бактериями, высвобождающими множество различных продуктов индуцирующих выработку ФНО, сопровождается образованием больших количеств цитокина. Наиболее сильная выработка ФНО наблюдается в результате взаимодействия бактериального ЛПС с TLR фагоцитов. ИНФγ, вырабатываемый в этих условиях T- и NK-клетками, усиливает синтез ФНО макрофагами, активированными ЛПС. Стимулирующее влияние на образование ФНО оказывают также ИЛ-1, ИЛ-6, М-КСФ, ГМ-КСФ. Более того, ФНО активирует макрофаги для повышенной собственной продукции. В значительной степени такие воздействия определяют не только уровень секретируемого цитокина, но и степень действия ФНО, существенно зависящего от его концентрации.
При низких уровнях (порядка 10в-9 M) ФНО действует преимущественно локально, индуцирует экспрессию MHC-I на клетках, молекул адгезии (селектины и лиганды для лейкоцитарных ингтегринов) на клетках эндотелия сосудов, обеспечивающую их адгезивность для лейкоцитов — нейтрофилов, а затем моноцитов и лимфоцитов и их накопление в очаге воспаления. Одновременно с этим ФНО стимулирует микробицидную активность нейтрофилов и макрофагов, активирует секрецию макрофагами ИЛ-1 (эффект каскадности) и клетками эндотелия и макрофагами хемокинов. ФНО и ИЛ-1, являясь провоспалительными цитокинами, проявляют множество аналогичных биологических активностей, секреция хемокинов сопровождается повышением аффинности лейкоцитарных интегринов, хемотаксиса лейкоцитов и их вовлечением в воспалительную зону.
При более высоких концентрациях ФНО попадает в кровь, снижая нормальные антикоагулянтные свойства эндотелия, вызывает образование внутрисосудистых тромбов, стимулирует образование белков острой фазы клетками печени, активирует образование больших количеств ИЛ-1, индуцирует пирогенный эффект, стимулируя синтез простагландинов клетками гипоталамуса. Это приводит к угнетению кроветворения и к кахексии (атрофия мышечной и жировой ткани вследствие индуцируемого ФНО снижения аппетита, подавления синтеза липазы, обеспечивающей освобождение жирных кислот от липопротеинов и использование их тканями; в результате наблюдается гипотония мышечной ткани и сосудистой системы, истощение подкожной жировой клетчатки, отеки и др.).
Повышенные концентрации цитокина (порядка 10в-7 М), индуцированные бактериемией грамотрицательными микробами, вызывают развитие септического шока, индуцируют выраженные изменения метаболизма, например снижение концентрации глюкозы в крови до уровня, несовместимого с жизнью (чрезмерное, невосполнимое печенью, употребление глюкозы мышечной тканью).
Отмечается также противоопухолевое и противовирусное действие ФНО, способность цитокина активировать протеазы (каспазы) — основные медиаторы апоптотической гибели клеток.
Другой цитокин — ФНОβ (лимфотоксин-α) — по спектру биологической активности, мол. массе и структуре сходен с ФНОα, оба цитокина, как отмечалось выше, связываются одними и теми же рецепторными структурами. Вместе с тем биологическая активность ФНОβ по сравнению с ФНОα, по-видимому, выражена слабее. Кроме того, в отличие от ФНОα основным продуцентом ФНОβ являются активированные Т-лимфоциты и фибробласты, цитотоксическая активность Т-клеток частичным образом опосредуется через секретируемый ФНОβ, мембранная форма цитокина, по-видимому, отсутствует. Общая гомологичность двух цитокинов составляет примерно 30%. Различия между цитокинами характеризуются и скоростью их образования. После активации фагоцитов секреция ФНОα определяется через -40 минут, максимум секреции регистрируется через 1,5-3 часа, тогда как после активации Т-лимфоцитов секреция ФНОβ определяется только лишь через 2-3 суток.
Помимо указанных цитокинов (ФНОα, ФНОβ и ФНОс) членами суперсемейства являются такие молекулы, как: OX40L (gp34) — костимулирует пролиферацию активированных Т-клеток; трансмембранный гликопротеин CD154 (взаимодействие CD 154 Т-клеток с CD40 АПК обеспечивает развитие В-клеток памяти, играет важнейшую физиологическую роль в иммунном ответе); Fas-лиганд (CD95L, играет центральную роль в индукции апоптоза); CD70 (регулирует функции T- и В-лимфоцитов); CD 153 (участвует в индукции апоптоза, индуцирует выработку ИЛ-4, подавляет В-клеточный ответ, дифференцировку В-лимфоцитов, переключение изотипов иммуноглобулинов); CD137L (играет роль в качестве костимулирующей или сигналпередающей молекулы); TRAIL (TNF related apoptosis induced ligand) — родственный ФНО лиганд, индуцирующий апоптоз, вызывает апоптоз многих опухолевых клеток; лиганд RANK — фактор дифференцировки остеокластов, участвует в регуляции апоптоза; TWEAK (TNF-related weak inducer of apoptosis) — слабый индуктор апоптоза, родственный ФНО, секретируется NK-клетками и макрофагами, характеризуется как трансмембранный гликопротеин, индуцирует апоптотическую гибель клеток, проявляет хемотаксические свойства и цитотоксичность против некоторых опухолевых клеток; LIGHT — трансмембранный белок II типа, растворимая форма которого ингибирует пролиферацию многих опухолевых клеток, и др. Каждый из цитокинов суперсемейства получил порядковый номер (табл. 13.9).
Трансформирующий фактор роста (ТФР) и его семейство
Трансформирующий фактор роста (TGF — Transforming growth factor) имеет 5 изотипов, три из которых (ТФРβ1, ТФРβ2 и ТФРβ3) определяются у млекопитающих, ТФРβ4 — у кур и ТФРр5 — у шпорцевых лягушек (Xenopus laevis). Клетки иммунной системы млекопитающих преимущественно синтезируют ТФРβ1. В связи со структурным сходством ряда растворимых факторов (GDF - Growth differentiation factors, ростовые дифференцировочные факторы; GDNF — Glial-derived neurotrophic factors, глиальные нейротрофические факторы; BMP — Bone morphogenic proteins, белковые факторы морфогенеза костей; и др.) с ТФР и довольно большой их гомологичностью (25-40%) в аминокислотной последовательности образовано семейство ТФР, насчитывающее в настоящее время около 40 членов.
ТФР открыт в 1978 г., является гомодимером с мол. массой около 25 кД, продуцируется активированными Т-клетками, в частности Th3, и макрофагами, нейтрофилами, фибробластами, дендритными клетками, тромбоцитами, клетками эндотелия и многими другими клеточными формами. Зрелый гомодимер ТФРβ1 секретируется в латентной неактивной форме, содержащей наряду с ТФРβ1 полипептидные цепи, которые отщепляются ферментами (катепсин, плазмин и др.) до связывания цитокина с рецептором. Латентная форма ТФРβ1 связывается с внеклеточным матриксом и сохраняется в нем в неактивной форме, образуя цитокиновое депо. Высвобождение цитокина происходит под влиянием различных факторов, в т.ч. воспалительного характера. Рецептор для ТФР состоит из двух различных трансмембранных гликопротеиновых субъединиц — TOPβRII с сигналпроводящей способностью, обеспечиваемой доменом с серин/треонин киназной активностью, и ALK5 (Activin receptor-like kinase-5). Мол. масса субъединиц составляет 70 и 55 кД соответственно. Рецептор для ТФР экспрессирует большинство клеточных типов, включая нейтрофилы, макрофаги, дендритные клетки, фибробласты, T- и В-лимфоциты.
Основные точки приложения ТФР — иммунорегуляция, преимущественно супрессивного характера, регуляция клеточного деления, активация отложений белков внеклеточного матрикса. ТФР подавляет иммунный ответ, Цитокин супрессирует пролиферацию T- и В-клеток, стимулирует их апоптотическую гибель, обеспечивая при этом высвобождение ТФРβ апоптотическими Т-клетками. ТФР угнетает также гемопоэз, эффекторные функции Т-лимфоцитов, продукцию ИНФγ и ИЛ-12 клетками памяти. Цитокин блокирует образование Th1 и Th2, в комбинации с ИЛ-6 содействует дифференцировке клеток, секретирующих ИЛ-17. Ингибируя активацию марофагов и действуя на клетки эндотелия и нейтрофилы, ТФР угнетающим образом действует на реакции врожденного иммунитета, подавляет формирование NK-клеток. Регулируя взаимодействие фолликулярных дендритных клеток с В-лимфоцитами, ТФР подавляет их пролиферацию. ТФР регулирует также переключение продукции изотипов иммуноглобулинов, в частности стимулирует выработку IgA. Немаловажная роль принадлежит ТФР в процессах ангиогенеза. Действуя на синтез коллагена макрофагами и на выработку ферментов, модифицирующих матрикс, цитокин регулирует тканевые повреждения после локальных иммунных и воспалительных клеточных реакций, способствует заживлению ран. Отмечается также роль ТФР в регуляции миграции клеток в период эмбрионального развития и в процессах установления иммунологичской толерантности.
Колониестимулирующие факторы и регуляция функций гемопоэтических предшественников
Первые представления о колониестимулирующих факторах были получены в конце 60-х годов прошлого столетия при изучении функций клеток-предшественников, формирующих колонии разных клеточных типов в системах с полужидким агаром, предложенных D, Metcalf. В настоящее время эта группа цитокинов включает колониестимулирующие факторы, фактор стволовых клеток, лиганд Fit-3, эритро- и тромбопоэтин. В эту же группу входит ряд вышеописанных цитокинов — ИЛ-3, ИЛ-7, ИЛ-11 и др. Основная функция этих факторов — активация процессов пролиферации и дифференцировки кроветворных клеток-предшественников, дифференцирующихся в направлении различных ростков кроветворения. По милю этого, в эту группу цитокинов могут быть включены и другие малоизученные факторы, но оказывающие существенное влияние на колониеобразующие функции гемопоэтических предшественников не только in vitro, но и in vivo. Имеются в виду, в частности, продуцируемые В-лимфоцитами факторы неиммуноглобулиновой природы, необходимые для образования костномозговыми клетками селезеночных колоний (KOEc) и для контроля функций стволовых клеток Т-лимфоцитами. Известны также факторы Т-клеточной природы — тимо-поэтины, оказывающие выраженное регуляторное действие на гемопоэтические функции клеток-предшественников.
Колониестимулирующие факторы (КСФ) — гранулоцитарный КСФ (Г-КСФ), макрофагальный КСФ (М-КСФ) и гранулоцитарно-макрофагальный КСФ (ГМ-КСФ) вырабатываются активированными Т-клетками, макрофагами, клетками эндотелия и стромальными клетками костного мозга, действуют на костномозговые клетки-предшественники и способствуют их дифференцировке в различные формы лейкоцитов.
Г-КСФ характеризуется глобулярной структурой, его мол. масса равна 21 кД, связывается с высокой степенью аффинности рецептором, состоящим из одной полипептидной цепи с мол. массой около 150 кД, способствует образованию нейтрофилов, их хемотакси ческой активности и восполнению дефицита в очагах воспаления.
М-КСФ — соединенный дисульфидной связью димер, существует в растворимой и в связанной с клеточной мембраной форме, имеет мол. массу 90 кД, активирует процессы пролиферации и дифференцировки моноцитарных предшественников в макрофаги, усиливает их микробицидные свойства, противоопухолевую активность и антителозависимую цитотоксичность. Рецептор для М-КСФ представлен одной трансмембранной молекулой, обладающей сигналпередающими свойствами, димеризуется при связывании цитокина, характеризуется высокоаффинным связыванием М-КСФ.
ГМ-КСФ содействует процессу дифференцировки костномозговых клеток-предшественников в дендритные клетки и моноциты; активирует образование перекиси и экспрессию молекул адгезии нейтрофилами, их фагоцитарную и хемотаксическую активность, антителозависимые цитотоксические свойства; синтез лейкотриена C4 и продукцию перекиси эозинофилами; образование перекиси, экспрессию МНС-II, фагоцитарную и цитотоксическую активность макрофагов. По сравнению с ИЛ-3 ГМ-КСФ действует на более дифференцированную популяцию миелоидных клеток. Цитокин связывается рецепторами, состоящими из двух субъединиц — α и β. С α-субъединицей ГМ-КСФ связывается с низкой аффинностью, β-субъединица не связывает цитокин, но повышает аффинность связывания ГМ-КСФ α-субъединицей, обладает сигналпроводящей активностью.
Фактор стволовых клеток (SCF — Stem cell factor), синонимы — kit-ligand (кит-лиганд), Steel factor («стальной» фактор, выявлен при изучении мутаций у мышей с нарушениями гемопоэза, назван по специфической окраске волос). Цитокин имеет мол. массу 24-36 кД, синтезируется в виде трансмембранного или секреторного белка преимущественно стромальными клетками костного мозга, а также клетками других тканей — мозга, легких, почек, плаценты. Рецептором для SCF является клеточный продукт протоонкогена c-kit (CD117), мол. масса рецептора равна 145 к Д. SCF активирует процессы размножения и созревания стволовых кроветворных клеток и ранних коммитированных клеток-предшественников разных рядов кроветворения, обеспечивает чувствительность стволовых клеток костного мозга к действию других цитокинов, не являющихся колониестимулирующими, действует на клетки синергично с ИЛ-3, ИЛ-7 и ГМ-КСФ. SCF является основным фактором роста и хемотакси-чески м фактором тучных клеток, активирует размножение ранних предшественников Т-лимфоцитов в тимусе.
Fit-лиганд активирует процессы размножения и созревания кроветворных клеток-предшественников, в частности моноцитов и В-лимфоцитов, действует преимущественно в комбинации с другими цитокинами. Более эффективно, по сравнению с SCF, взаимодействует с ИЛ-3, ИЛ-7 и ГМ-КСФ, функционирует в виде нескольких изоформ. Цитокин синтезируется в качестве связанного с клеточной поверхностью фактора и в виде растворимой формы (димер) стромальными клетками костного мозга, Т-лимфоцитами, клетками эндотелия. Рецептор для Fit-лиганда экспрессируется пре-В-лимфоцитами и клетками миеломоноцитарного ряда.
Эритропоэтин (Еро — Erythropoietin) относится к семейству цитокиновых белков I типа, имеет мол. массу 18000 кД, вырабатывается в основном почками (в ответ на падение парциального давления кислорода в ткани), частично — гепатоцитами и клетками эпителия печени, активирует образование эритроцитов коммитированными эритроидными клетками-предшественниками, участвует в процессах ангиогенеза. Стандартный рекомбинантный Epo человека имеет специфическую активность 130000 МЕ/мг белка. Рекомбинантный Epo человека в зависимости от наличия углеводных остатков делят на две формы — α (9% углеводов) и β (24% углеводных остатков), однако обе формы характеризуются одинаковой клинической эффективностью и биологической активностью. Рецептор для EPO — гомодимер с мол. массой 66 кД, взаимодействует с одной молекулой ЕРО, относится к семейству трансмембранных цитокиновых рецепторов I типа.
Тромбопоэтин (Тро — Thrоmbopoietin) имеет мол. массу 60 кД, преимущественно вырабатывается клетками печени, продуцируется также клетками почки, скелетной мышцы, фибробластами, клетками эпителия. Рецептор для Tpo (полипептидная цепь, одна молекула Tpo связывается с двумя мембранными рецепторами) экспрессируется на ранних гемопоэтических и коммити-рованных предшественниках, мегакариоцитах и зрелых тромбоцитах, но не на клетках других ростков кроветворения, активирует процессы размножения и созревания мегакариоцитов, регулирует продукцию тромбоцитов.
Хемокины
Хемокины (производное от «Хемотаксические цитокины») — суперсемейство (около 50 членов) структурно гомологичных полипептидов (табл. 13.10), вовлекающих лейкоциты в процесс миграции и регулирующих их поступление из крови в ткани. Цитокины вырабатываются в ответ на воспалительные стимулы и вовлекают лейкоциты в воспалительный процесс или продуцируются конститутивно в разных тканях и вовлекают лейкоциты (дендритные клетки, T- и В-лимфоциты, включая активированные эффекторные клетки или клетки памяти) в процесс миграции в ткани, в т.ч. в нелимфоидные (кожа, слизистые оболочки) в отсутствие воспаления. В этих случаях определяется селективность миграции клеток в различные анатомические участки, зависящая от экспрессии на клетках хемокиновых рецепторов. Цитокины наиболее многочисленных семейств хемокинов CC и CXC продуцируются моноцитами/макрофагами, нейтрофилами, клетками эндотелия, эпителия, фибробластами. Отдельные хемокины вырабатываются активированными антигеном Т-лимфоцитами. Их продукция активируется ФНО и ИЛ-1. Цитокины семейства CXC участвуют в ангиогенезе.
Наиболее значимые цитокины и их функции
Наиболее значимые цитокины и их функции