Иммунология. Основы медицинской иммунологии. Учебное пособие Рекомендовано Ученым советом Военномедицинской академии имени С. М. Кирова для курсантов и студентов
 Скачать 7.86 Mb.
|
|
Тканевой ингибитор металлопротеиназы-2 (TIMP-2). Экспрессия TIMP-2 наблюдается и в нормальных и опухолевых тканях. Концентрация TIMP-2 в сыворотке коррелирует как с длительностью ремиссии так и выживаемостью у пациентов с раком молочной железы. Сывороточные уровни TIMP-2 повышены у пациентов с системным склерозом. Предполагается использование этого теста для оценки степени малигнизации опухоли. Вопросы для самоконтроля 1. Приведите классификацию хемокинов. 2. Перечислите основные биологические эффекты, связанные с хемокинами. 2.5. Факторы роста Факторы роста - полипептиды с молекулярной массой 5000-50000, объединенные в группу трофических регуляторных субстанций. Подобно гормонам, эти факторы обладают широким спектром биологического воздействия на многие клетки - стимулируют или ингибируют митогенез, хемотаксис, дифференцировку. В отличие от гормонов, факторы роста, как правило, продуцируются неспециализированными клетками, находящимися во всех тканях, и обладают эндокринным, паракринным и аутокринным действием. Эндокринные факторы вырабатываются и транспортируются к удаленным клеткам-мишеням через кровоток. Достигая своей "цели", они взаимодействуют со специализированными высокоаффинными рецепторами клеток-мишеней. Паракринные факторы отличаются тем, что распространяются путем диффузии. Рецепторы клеток-мишеней обычно расположены вблизи клеток-продуцентов. Аутокринные факторы оказывают воздействие на клетки, являющиеся непосредственным источником этих факторов. Большинство полипептидных факторов роста действует по паракринному или аутокринному типу. Однако отдельные факторы, такие как 120 инсулиноподобный фактор роста (IGF), способны оказывать эндокринное действие. Регуляция неоангиогенеза. Неоангиогенез - рост новых сосудов. Новообразование сосудов происходит в условиях повреждения клеток и тканей и нередко сопровождает воспаление. Примером могут служить процесс заживления раны, развитие коллатералей при инфаркте миокарда, васкуляризация, связанная с диабетической ретинопатией. Выделяют следующие стадии неоангиогенеза: 1) увеличение проницаемости эндотелия и разрушение базальной мембраны; 2) миграция эндотелиальных клеток; 3) пролиферация эндотелиальных клеток; 4) «созревание» эндотелиальных клеток и ремоделирование сосудов. Главным механизмом регуляции процессов неоангиогенеза является высвобождение ангиогенных факторов, источниками которых могут быть эндотелиальные клетки, тучные клетки, макрофаги и другие клетки. Под действием ангиогенных факторов происходит активация эндотелиоцитов (преимущественно в посткапиллярных венулах) и миграция их за пределы базальной мембраны с формированием ответвлений основных сосудов. Предполагается, что в механизме миграции эндотелиоцитов большое значение имеет и активация экспрессии эндотелиальных молекул адгезии, например, Е- селектина, что наблюдается при неоангиогенезе. В стабильном состоянии эндотелиоциты не пролиферируют и лишь изредка (раз в 7-10 лет) делятся. Под действием ангиогенных факторов роста и цитокинов происходит активация пролиферации эндотелиоцитов, которая завершается ремоделированием сосуда, после чего вновь сформированный сосуд приобретает стабильное состояние. Рост новых сосудов детерминирован балансом между его стимуляторами и ингибиторами. При низком значении соотношения 121 стимуляторов к ингибиторам образования сосудов неоангиогенез блокируется или малоинтенсивен, напротив, при высоких значениях соотношения происходит активный запуск неоангиогенеза. Стимуляторами неоангиогенезаявляются: васкулоэндотелиальный фактор роста (VEGF), фактор роста фибробластов (FGF), ангиогенин, эпидермальный фактор роста (EGF), тромбоцитарный фактор роста (PDGF), трансформирующий фактор роста а (TGF-а), трансформирующий фактор роста β (TGF-β), NO, интерлейкин-8 и неспецифические факторы, такие, как матрикс металлопротеиназы (MMPs). Ингибиторами неоангиогенезаявляются эндостатин, растворимые рецепторы VEGF (sVEGFR), тромбоспондин, ангиостатин (фрагмент плазминогена), вазостатин, рестин, ингибиторы ММР (TIMP-1, TIMP-2). Для раковых клеток характерно увеличение уровня стимуляторов неоангиогенеза. Предполагается, что блокирование опухолевого роста возможно путем подавления образования и активности ростовых факторов ангиогенеза или непосредственным воздействием на вновь образованные, незрелые кровеносные сосуды. Такой способ воздействия на опухоль не вызывает ее эррадикации, а всего лишь ограничивает ее рост, переводя заболевание в вяло текущий хронический процесс. Процесс неоангиогенеза является необходимым для длительной адаптации тканей в условиях повреждения. При этом происходит частичное поступление факторов роста в кровь, что имеет диагностическое значение. Васкулоэндотелиальный фактор роста (VEGF). Васкулоэндотелиальный фактор - гетеродимерный гликопротеиновый ростовой фактор, продуцируемый различными типами клеток. Идентифицированы, по крайней мере, 5 вариантов VEGF-A: VEGF 121 , VEGF 165 , VEGF 183 , VEGF 189 , VEGF 206. Другие варианты VEGF обозначаются как VEGF- B, -С, -D. VEGF 165 является преобладающей формой для большинства тканей. Саркома Капоши экспрессирует VEGF l21 и VEGF 165 .VEGF 121 и VEGF 165 122 являются растворимыми формами, тогда как VEGF 189 и VEGF 206 находятся в связанной форме с гепарин-содержащими протеогликанами мембраны. В отличие от других митогенов для эндотелиальных клеток, таких как bFGF (фактор роста фибробластов, основная форма) и PDGF, Васкулоэндотелиальный фактор роста синтезируется как предшественник, содержащий 226 аминокислот. VEGF - потенциальный митоген для эпителиальных клеток сосудов. VEGF оказывает сильное влияние на проницаемость сосудов, является мощным ангиогенным белком в различных биологических экспериментах и, возможно, принимает участие в процессах неоваскуляризации в патологических ситуациях. Наблюдается синергизм действия между VEGF и bFGF на индукцию ангиогенеза. Из способности VEGF воздействовать на проницаемость сосудов следует возможность вовлечения этого ростового фактора в изменение функций гемато-энцефалического барьера в субнормальных и патологических условиях. Рецепторы васкулоэндотелиального фактора роста (sVEGFR-1, sVEGFR-2). Многие рецепторы цитокинов существуют в растворимой форме, возникающей после протеолитического расщепления рецепторов и отделения с клеточной поверхности. Эти растворимые рецепторы способны связывать и нейтрализовывать цитокины в циркуляции. Эндотелиальные клетки вновь образованных сосудов экспрессируют тирозинкиназные рецепторы к VEGF и активно соединяются с ним. Существуют три разных рецептора VEGF-A: VEGFR-1 (Flt-1), VEGFR-2 (KDR), VEGFR-3 (Flt-4). sVEGFR-1 является ингибитором ангиогенеза. Связываясь с VEGF, он препятствует взаимодействию VEGF с клетками-мишенями. Фактор роста фибробластов (FGF). В настоящее время семейство FGF включает 19 различных белков. Первоначально были охарактеризованы две формы: кислая форма FGFI (αFGF) и основная формы FGF 2 (bFGF). 123 Формы αFGF и bFGF являются продуктами различных генов и имеют до 53% аминокислотных гомологий. Молекула кислой формы FGF представлена простой полипептидной цепью с молекулярной массой 16800 Da. Молекулярная масса различных форм bFGF колеблется от 16800 до 25000 Da, хотя функциональных различий между молекулярными формами не найдено. Биологическая активность FGF разнообразна. Они являются митогенами для различных клеток нейроэктодермального и мезенхимального происхождения, потенциальными митогенами и стимуляторами ангиогенеза, поддерживают и стимулируют дифференцировку клеток различных нейрональных типов in vivo и in vitro. Помимо основной и кислой форм FGF, семейство включает онкобелки int-2 (FGF-3) и hst (FGF-4), FGF-5, фактор роста кератиноцитови фактор роста эндотелия сосудов. FGF-3 и FGF-4 тесно взаимосвязаны с bFGF, который сам, вероятно, может быть потенциальным онкогеном. Клинические данные подтверждают роль bFGF в опухолевом неоангиогенезе. Так повышение уровня этого фактора коррелирует со степенью агрессивности процесса при многих солидных опухолях, лейкозах, лимфомах у детей и у взрослых и может служить прогностическим фактором агрессивности опухолевого процесса. Эпидермальный фактор роста (EGF). Эпидермальный фактор роста (EGF) - глобулярный белок массой 6,4 kDa, состоящий из 53 аминокислотных остатков, который действует как сильный митоген на различные клетки эндодермального, эктодермального и мезодермального происхождения. EGF найден в крови, цереброспинальной жидкости, молоке, слюне, желудочном и панкреатическом соках. Фактор роста в моче, известный как урогастрон, также идентичен EGF. Основным местом синтеза EGF являются слюнные железы. EGF контролирует и стимулирует пролиферацию эпидермальных и эпителиальных клеток, включая фибробласты, почечный эпителий, глиальные клетки, клетки гранулезы яичников и тиреоидные клетки in vitro. EGF также стимулирует пролиферацию эмбриональных клеток и увеличение 124 высвобождения кальция из костной ткани. Он способствует резорбции кости и является сильным хемоаттрактантом для фибробластов и эпителиальных кле- ток. EGF сам и в комбинации с другими цитокинами является важнейшим фактором, опосредующим процессы заживления ран и ангиогенеза. EGF играет важную роль в канцерогенезе. В определенных условиях он может вызывать малигнизацию клеток. EGF индуцирует протоонкогены c-fos и с-mус. Биологические эффекты иммунореактивного EGF близки к таковым у TGF-α. Важно отметить, что оба фактора связываются с одними и теми же клеточными рецепторами. Однако эффективность действия EGF на 50% выше, чем TGF-α. Трансформирующий фактор роста α (TGF-α). Основным источником TGF-α являются карциномы. Макрофаги и кератиноциты (возможно, другие эпителиальные клетки) также секретируют TGF-α. TGF-α стимулирует фибробласты, развитие эндотелия. Является ангиогенным фактором. Как и EGF, TGF-α участвует в регуляции пролиферации клеток, а также в регуляции роста опухолевых клеток. Трансформирующий фактор роста β (TGF-β). Семейство TGF-β включает группу гомологичных гетеродимерных белков TGFβ - 1, 2, 3, 4. Основной изоформой, секретируемой клетками иммунной системы, является TGF-β1. Все TGF-β состоят из 112 аминокислотных остатков. Структура TGF-β2 имеет 50% гомологию с TGF-β1 на протяжении первых 20 аминокислотных остатков и 85% -для фрагмента 21-36. Различий в функциональной активности между TGF-β1 и TGF-β2 не обнаружено. TGF-β продуцируется многими типами клеток и тканей: активированными Т-лимфоцитами и макрофагами, тромбоцитами, почками, плацентой. Фактор продуцируется в неактивной форме, содержащей наряду с основным димером фрагменты дополнительных цепей молекулы- предшественницы. Активация происходит в форме отщепления этих фрагментов с помощью протеиназ (плазмина, катепсина и др.). Мишенями фактора служат 125 также разнообразные клетки, поскольку экспрессия его высокоаффинного рецептора широко распространена. При действии TGFβ на иммунную систему преобладают ингибирующие эффекты. Фактор подавляет гемопоэз, синтез воспалительных цитокинов, ответ лимфоцитов на IL-2, 4 и 7, формирование цитотоксических NK-и Т-клеток. В то же время он усиливает синтез белков межклеточного матрикса, способствует заживлению ран, оказывает анаболическое действие. В отношении полиморфоядерных лейкоцитов TGFβ выступает как антагонист воспалительных цитокинов. Выключение гена TGFβ приводит к развитию фатальной генерализованной воспалительной патологии, в основе которой лежит аутоиммунный процесс. Таким образом, он является элементом обратной регуляции иммунного ответа и, прежде всего, воспалительной реакции. В то же время TGF-Р важен и для развития гуморального ответа: он переключает биосинтез иммуноглобулинов на IgA - изотип. Стимулирует ангиогенез. Уровень TGF-β в плазме крови положительно коррелирует с васкуляризацией опухоли. Тромбоцитарныйфактор роста (PDGF). PDGF – один из потенциальных митогенных полипептидов, содержащихся в крови человека. Состоит из двух цепей – А и В, связанных в АА-, ВВ- и АВ-изоформы. Эти три изоформы отличаются как по функциональным свойствам, так и по способу секреции. Если АА- и АВ-формы быстро секретируются из клетки продуцента, то ВВ-форма остается в основном ассоциированной с продуцирующей клеткой. Только димерные формы PDGF могут связываться с рецепторами. Выделены два различных типа рецепторов, один специфичный для АА-гомодимера, другой связывает ВВ и АВ димеры. Источником PDGF в сыворотке крови являются a- гранулы тромбоцитов, хотя макрофаги и клетки эндотелия также могут продуцировать этот фактор. На определенных стадиях клетки плаценты и клетки гладких мышц аорты новорожденного тоже служат источником PDGF. Структурная идентичность В-цепи и протоонкогена c-sis свидетельствует о том, что PDGF может играть определенную роль в вирусиндуцированной 126 злокачественной трансформации инфицированных клеток. PDGF участвует в регуляции процессов острого воспаления, заживления ран и образования рубца. PDGF, выделяющийся из альвеолярных макрофагов, участвует в развитии легочного фиброза. Установлено также, что с PDGF связано развитие атеросклероза, гломерулонефрита, миелофиброза и образование келоида. Как и EGF, PDGF индуцирует экспрессию протоонкогенов, таких как fos, myc и jun. Плацентарный фактор роста (PLGF). Гликопротеин с молекулярной массой 46-50 кDа. Принадлежит к семейству эпидермального фактора роста. Существуют две изоформы PLGF: PLGF-1 и PLGF-2, различающиеся наличием у PLGF-2 гепаринсвязывающегося домена. PLGF обеспечивает пролиферацию вневорсинчатого трофобласта. Концентрация возрастает в 4 раза от конца первого к концу второго триместра физиологически протекающей беременности. Подобно EGF, PLGF обладает выраженными ангиогенными свойствами. Фактор роста гепатоцитов (HGF). Фактор роста гепатоцитов, также называемый рассеивающим фактором (SF), состоит из двух субьединиц, связанных дисульфидной связью: альфа-субъединицы (69 kDa) и бета- субъединицы (34 kDa). HGF – мультифункциональный цитокин, действующий как митоген, что связано с его функцией в органогенезе и тканевой репарации. Он обладает способностью стимулировать формирование сосудов крови и клеточную пролиферацию, что предполагает его вовлечённость в злокачественный рост и метастазирование в лёгких, груди, поджелудочной железе, аденокарциномы, множественной миеломы и гепатоцеллюлярной карциномы. В опухолевых клетках рака груди HGF сильно индуцирует bcl-x экспрессию и, таким образом, ингибирует апоптоз. HGF постоянно продуцируется стромальными клетками костного мозга и стимулирует гемопоэз. Оксид азота (NO). Является важнейшим регулятором гомеостаза. Это неорганический газообразный свободный радикал, продуцируемый в низких дозах постоянно и в высоких дозах индуцибельно различными типами клеток. 127 Многие клетки осуществляют свою функцию через продукцию NO. Например, макрофаги в некоторых состояниях ингибируют пролиферацию лимфоцитов NO-зависимым механизмом. NO характеризуют как сильный медиатор натуральных супрессорных клеток в костном мозге. Установлено, что интерферон-γ является индуктором NO-синтеза. NO отвечает за вазодилататорный эффект релаксирующего фактора, выделяемого эндотелием. В ответ на повреждение эндотелий сосудов вырабатывает семейство аминопептидов, называемых эндотелинами. Полагают, что вазодилататорное действие NO направлено против вазоконстрикторного эффекта эндотелинов Матрикс металлопротеиназы (MMPs). MMPs человека представляют собою семейство матрикс-разрушающих протеиназ. MMPs обладают деградирующей способностью в отношении почти всех компонентов внеклеточного матрикса, встречающихся в соединительных тканях (коллагена, фибронектина, ламинина, протеогликанов и др.). Помимо сходства на уровне аминокислотной последовательности, все ММР образуются из неактивных предшественников, которые превращаются в активные субстрат- деградирующие протеиназы под воздействием внеклеточных факторов. Источниками образования MMPs являются фибробласты, макрофаги, гладкомышечные клетки сосудистой стенки, нейтрофилы. Любая опухоль является мощным индуктором образования MMPs в клетках стромы. Способствуя инвазии опухолевого роста и метастазированию, MMPs в то же время являются мощными стимуляторами неоангиогенеза. Эндогенные и синтетические ингибиторы MMPs используются в качестве потенциальных противоопухолевых агентов, основное назначение которых – подавление неоангиогенеза. Эндостатин. Биологически активный С-терминальный фрагмент коллагена VIII с молекулярной массой 20 kDа. Относится к семейству коллагеноподобных белков. Для того чтобы избежать избыточного роста 128 сосудов в нормальных условиях, процессы образования новых сосудов и ремоделирования исходных сосудов находятся под контролем соответствующих факторов роста. В течение опухолевого ангиогенеза наблюдается проникновение сосудов внутрь растущей опухолевой массы. Эндостатин специфически ингибирует пролиферацию эндотелиальных клеток. Соответственно ингибирует ангиогенез и рост опухоли. В настоящее время проведение терапии с помощью эндостатина проходит первую фазу кли- нических испытаний. Другие диагностически значимые факторы роста Фактор стволовых клеток (SCF). Продуцентами SCF являются костно-мозговые стромальные клетки, фибробласты, эндотелиальные клетки, клетки Сертоли. Его основные клетки-мишени – стволовые кроветворные клетки, ранние коммитированные предшественники клеток различных кроветворных рядов и тучные клетки. Фактор стволовых клеток активирует дифференцировку мультипотентных клеток предшественников синергично с IL-3, GM-CSF и IL-7 и эритропоэтином. Он участвует в поддержании пролиферации наиболее юных форм предшественников Т-лимфоцитов в тимусе. В отношении тучных клеток он является основным фактором роста и хемотаксическим агентом. SCF имеет важное клиническое значение, являясь индуктором дифференциации предшественников лимфоцитов и эритроцитов. Определение SCF представляет значительный интерес при лечении миелодиспластического синдрома и после трансплантации костного мозга. Фактор, ингибирующий лейкозные клетки (LIF). LIF усиливает пролиферацию предшественников гемопоэтических клеток. Было показано, что LIF вызывает развитие синдрома кахексии у раковых больных. Компонент рецептора LIFgp130 (CD 130) входит в состав рецепторов для IL-6 и IL-11. Нейротропный фактор головного мозга (BDNF). Вместе с этим фактором в семейство входят фактор роста нервов, нейротропин-3 и 129 нейротропин-4.BDNF стимулирует рост нервной ткани, главным образом холинергических нейронов головного мозга. Показано, что BDNF воздействует на рост, метаболизм и внутреннюю структуру этих клеток. Главное предназначение нейротропных факторов - защита нейронов от апоптоза. Вопросы для самоконтроля 1. Перечислите основные биологические эффекты факторов роста. 2. Перечислите факторы роста и связанные с ними иммунные дисфункции. 2.7. Система интерферонов Эти белки обладают противовирусной и иммуномодулирующей активностью. Молекулы интерферонов человека делятся на 3 основных типа: продуцентами, которых преимущественно являются макрофаги и В-клетки; IFNβ и IFNα, продуцируемые фибробластами, и IFNγ, который синтезируют главным образом активированные Т-хелперы, относящиеся к субпопуляции Th1. Т-клетки продуцируют IFNγ в результате стимуляции Т-клеточными митогенами, антителами против CD3, специфическими вирусными антигенами. Различают 3 класса человеческого интерферона (IFN): - -интерферон, продуцируется лейкоцитами, известно 20 субтипов; - -интерферон, продуцируется фибробластами, известно 9 субтипов; - -интерферон, продуцируется лимфоцитами, ЕК, известен 1 субтип. В общем виде свойства интерферонов представлены в табл. 2.5. 130 Таблица 2.5. Свойства интерферонов Показатели Интерфероны Клетки-продуценты Лейкоциты Фибробласты Т-лимфоциты Количество изотипов 20 9 1 Индукторы Вирусы, бак- териальные продукты, полимеры Синтетические митогены Т-лимфоциты, лектины, антигены Антигенная специфичность + + + Устойчивость при рН=9,0 + + - При 56 0 С-1 час устойчив устойчив устойчив Мм Кд 17,5-22 20 38-68 Биологическая активность Противовирусная Иммуномоду- лирующая Локализация генов 9 хромосома 2,5 хромосома 11 хромосома У ВИЧ-инфицированных лиц в большей степени нарушена функция Th1 (продуцирующих IL-2 и IFNγ и, следовательно, снижена функциональная активность NK-клеток), чем Th2 (продуцирующих IL-4 и IL-5, усиливающих антителообразование). Показано, что у больных СПИДом в начальный период заболевания значительно увеличивается концентрация IFNγ. IFNγ повышается в плазме при тяжелой цитомегаловирусной инфекции. IFNα существует, как минимум, в 20 вариантах с молекулярным весом от 19 до 26 kDa. IFNα обладает выраженной антивирусной, антипаразитарной и антипролиферативной активностью. IFNα продуцируется макрофагами, моноцитами, лимфобластами и фибробластами, а также различными типами вирус-активированных клеток. Он используется при лечении карциномы почки и саркомы Капоши. IFNα повышается в плазме при аутоиммунных заболеваниях, при СПИДе, миастении. Интерферон действует только тогда, когда клетки имеют рецепторы к нему, поэтому в организме имеются чувствительные и нечувствительные клетки к IFN. Комплекс рецептор–IFN путем эндоцитоза попадает внутрь клетки. Если без рецептора, то антивирусной активности не происходит. 131 Комплекс рецептор–IFN активирует фермент нуклеазу, которая разрушает ДНК-генома вируса. Активация протеин-киназы приводит к блоку инициирующих белков вируса, т.е. не происходит синтеза вирусных белков. Таким образом, IFN осуществляет опосредованное антивирусное действие. Интерферон-гамма (IFN ) продуцируется активированными Т- лимфоцитами и активированными естественными киллерами (ЕК). Продукция IFN Т-лимфоцитами запускается при распознавании комплекса антигенного пептида с собственными молекулами гистосовместимости (МНС 1 или 2 класса), соответствующим ТКР, и регулируется другими цитокинами: типичным стимулятором – IL-2 и типичным ингибитором – IL-10. Уровень продукции IFN при иммунном ответе в значительной степени определяется доминированием определенной субпопуляции: Th1 или Th2. Продукция IFN естественными киллерами запускается при их взаимодействии с клетками- мишенями (опухолевыми, зараженными вирусами) и усиливается некоторыми цитокинами, в частности IL-12, который является продуктом активированных макрофагов или Т-лимфоцитов. IFNγ является плейотропным цитокином, эффекты которого можно суммировать следующим образом: - обладает большим спектром противовирусного, противопаразитарного и противоопухолевого действия; имеет многочисленные иммуномодуляторные эффекты, включая стимуляцию экспрессии антигенов тканевой совместимости классов I и II; - оказывает необратимое цитотоксическое действие на трансформированные клетки, тогда как его цитостатическое влияние на нормальные клетки обратимо; - усиливает цитотоксические реакции, опосредованные Т-лимфоцитами и NK-клетками; - одновременно селективно повышает резистентность нормальных клеток к цитопатическим эффектам NK- клеток. 132 Кроме того, IFN оказывает необратимое цитотоксическое действие на трансформированные клетки, тогда как его цитостатическое влияние на нормальные клетки обратимо. IFN усиливает цитотоксические реакции, опосредованные Т-лимфоцитами и НК-клетками. Одновременно IFN селективно повышает резистентность нормальных клеток к цитопатическим эффектам НК-клеток. Одной из важнейших функций IFN является активация эффекторных функций макрофагов: их микробицидности и цитотоксичности, продукции ими цитокинов, супероксидных и нитроксидных радикалов, простагландинов IFN участвует в обеспечении прочной адгезии лимфоцитов к эндотелиальным клеткам в посткапиллярных венах перед их выходом из сосудов, повышает проницаемость эндотелия для макромолекул. В сочетании с TNF он индуцирует продукцию хемокинов (RANTES). Таким образом, IFN играет важную роль в функционировании иммунной системы, повышая эффективность презентации антигенов и способствует их распознаванию Т-лимфоцитами (рис.2.6). Рис. 2.6. Опосредованная индукция интерферонов α или γ инфицированными клетками и Th1 (по Д. Мейл, Дж. Бростофф, 2007) Вопросы для самоконтроля 1. Приведите классификацию интерферонов. 2. Опишите роль интерферонов в противовирусном иммунитете. 133 2.8. Система комплемента Среди гуморальных антигеннеспецифических факторов иммунной защиты важнейшее место занимают белки системы комплемента, которые сами обладают антимикробными свойствами и способны активировать другие гуморальные и клеточные факторы механизмов иммунной защиты организма. Эти белки являются нормальными компонентами сыворотки крови человека и животных и в обычных условиях недееспособны, но приобретают иммунобиологическую активность в результате последовательной активации компонентов системы. Система комплемента обеспечивает: 1) опсонизацию микробов для поглощения их фагоцитами; 2) непосредственное уничтожение микроорганизмов путем лизиса; 3) активацию и хемотаксическое привлечение лейкоцитов в очаг воспаления; 4) процессинг (специфическое расщепление) иммунных комплексов; 5) индукцию специфических антител путем: - усиленной локализации антигенов на поверхности В-лимфоцитов и антигенпрезентирующих клеток; - снижение порога активации В-лимфоцитов (рис. 2.7.). Рис. 2.7. Свойства системы комплемента (по Д. Мейл, Дж. Бростофф, 2007) 134 Активация системы комплемента происходит в результате воздействия агентов (вирусы иммунодефицита человека и парагриппа, кишечная палочка, сальмонеллы, микробные липополисахариды, основной белок миелина, денатурированная ДНК, яд змей, холод и др.) на циркулирующие в крови белки системы комплемента, которые, в свою очередь, активируют последующие компоненты системы по «каскадному» типу (рис 2.8). Рис 2.8. Роль комплемента в воспалении (по Д. Мейл, Дж. Бростофф, 2007) Наиболее часто комплемент снижается: при туберкулезе; пневмониях у детей; тонзиллите; доброкачественных и злокачественных образованиях; аутогемолитической анемии; системной красной волчанке; при остром гломерулонефрите (уровень С3-компонента комплемента в острой фазе может составлять 25 % от нормы); подостром бактериальном эндокардите; остром суставном ревматизме; первичном билиарном циррозе печени (табл.2.6). 135 Таблица 2.6. Заболевания, наиболее часто ассоциирующиеся с недостаточностью белков системы комплемента и их рецепторов Белки Клинические проявления C1q Системная красная волчанка (СКВ) и сходные синдромы, уртикарные васкулиты C1r/C1s СКВ и сходные синдромы, васкулиты C2 СКВ и сходные синдромы, гломерулонефриты, дерматиты, васкулиты C4 СКВ и сходные васкулиты C3 Аутоиммунные гломерулонефриты, коллагенозы, рецидивирующие пиогенные инфекции C5 Частые нейссериальные инфекции, СКВ и сходные синдромы С6, С7, С8, С9 Рецидивирующие нейссериальные инфекции Пропердин Рецидивирующие пиогенные инфекции, молниеносное течение менингококкового сепсиса Фактор D Рецидивирующие пиогенные инфекции C1ing Псевдоаллергический ангионевротический отек, склонность к аутоиммунным заболеваниям Фактор H СКВ и сходные синдромы, гломерулонефриты Фактор I Рецидивирующие пиогенные инфекции и СКВ-подобные синдромы CR-1 СКВ и сходные синдромы CR-3 Позднее отпадение пупочного канатика, рецидивирующие пиогенные инфекции, лейкоцитоз При дефиците отдельных компонентов наблюдается ослабление активности системы комплемента (СК) в целом, что служит причиной склонности к повторяющимся или внезапным тяжелым инфекциям (рис.2.9.). Дефицит компонента С3 или фактора В приводит к повышению чувствительности организма к гнойным инфекциям. Недостаточность терминальных компонентов С5, С6, С7 и С8, а также компонентов альтернативного пути – фактора D и пропердина, создает особую 136 предрасположенность к инфекциям, вызываемым двумя видами Neisseria – N.gonorrhoeae и N. meningitidis. Дефицит некоторых компонентов классического пути (Clq, С1г и C1s, С4 или С2) ассоциирован с предрасположенностью к заболеваниям, которые обусловлены нарушениями в формировании и клиренсе иммунных комплексов, например с возникновением системной красной волчанки (СКВ). Причиной аутоиммунного повреждения тканей и хронического воспаления может также стать неспецифическая, спонтанная активация комплемента. Особенность диагностики нарушений СК состоит в том, что сывороточный уровень отдельных компонентов часто плохо коррелирует с клиническим состоянием пациента. Важную дополнительную информацию о состоянии системы комплемента и иммунного гомеостаза в целом дает определение ингибитора С1. Рис.2.9. Дефицит и дисфункции системы комплемента, приводящие к различным вариантам патологии (по Д. Мейл, Дж. Бростофф, 2007) 137 Непосредственные эффекторные функции системы комплемента связаны с активацией. Существуют три пути активации системы комплемента. 1. Классический путь – инициируется антителами, связанными с поверхностью клеток мишеней. Для его запуска необходим контакт с инфекционными агентами и образованием специфических антител. IgМ являются наиболее эффективными активаторами, но свободный IgМ плазмы крови не активирует систему комплемента. Выраженными активаторами являются и IgG1, IgG3. IgG2 обладает слабой активирующей активностью. IgG4 не способен связываться с С1. Соединение с С1 иммуноглобулинов зависит от присутствия ионов Са 2+ . Если ионы Са 2+ отсутствуют, то активации не происходит. После связывания С1 с комплексом антиген- антитело субкомпонент С1s приобретает ферментативную активность и способен расщеплять следующий компонент – С4 на С4а и С4b. C4a остается в растворенном состоянии, C4b ковалентно связывается с поверхностью комплекса антиген-антитело (или с рецепторами инфекционного агента, или с другой активирующей субстанцией), затем присоединяет С2 с последующим образованием комплекса С4b2а, который называется С3 – конвертазой классического пути с последующим образованием мембраноатакующего комплекса С5-С9. 2. Альтернативный путь – в активации альтернативного пути участвует шесть белковых факторов – B, D, P, H, I, а также общий для всех путей компонент С3. Ключевая стадия альтернативного пути СК – формирование С3/С5-конвертазы альтернативного пути – C3bnBb. Дефицит любого белка альтернативного пути СК проявляется повышенной чувствительностью к инфекционным заболеваниям. Из дефицитов компонентов альтернативного пути описаны дефицит фактора D у пациентов с повторными инфекциями, вызванными нейссериями, а также дефицит 138 пропердина. Около 45 % пациентов с дефицитами пропердина перенесли менингококковую инфекцию, при этом летальность составила более 25 %. Фактор D (адипсин) – сериновая протеаза, необходимая для формирования С3/С5-конвертазы альтернативного пути. Фактор D – специфичный фермент, его единственным естественным субстратом служит фактор В, причем для расщепления фактора В необходимо, чтобы он был связан с фрагментом С3b, тогда при участии фактора D происходит отщепление фрагмента Ва и формирование C3/С5-конвертазы – С3bnВb. Фактор D экспрессируется различными типами клеток: моноцитами, макрофагами, миоцитами, клетками эндометрия, почек, тонкой кишки, а в особенности адипоцитами. Катаболизм фактора D непосредственно связан и с функцией почек. В случае почечной недостаточности уровень циркулирующего фактора D значительно возрастает. Напротив, практически все случаи дефицитов фактора D являются врожденными, а не приобретенными. Вероятно, при ускоренном катаболизме факторов альтернативного пути прежде всего происходит истощение фактора В и компонента С3, а фактор D при активации практически не расходуется. Поскольку обычно дефициты фактора D являются наследуемыми, то имеет смысл проводить скрининг среди родственников пациентов. Все случаи дефицита фактора D ассоциированы с низкой сопротивляемостью организма против патогенов бактериальной природы. Особое внимание требуется обратить на пациентов, подверженных частым заболеваниям менингитом. Пациенты с врожденным гомозиготным и гетерозиготным дефицитами фактора D характеризуются повышенной чувствительностью к развитию менингита. Исследования показывают плохую опсонизацию N. Meningitides факторами альтернативного пути, из-за чего страдает эффективность фагоцитоза. Фактор Р (пропердин) играет стабилизирующую роль в сохранении активности С3/С5-конвертаз альтернативного пути, увеличивая период 139 полураспада в 10 раз. Пропердин в крови существует в неактивной форме. Его активация происходит в результате контакта с С3bВb и, по-видимому, обусловлена конформационными изменениями молекулы. Активированный пропердин связывается с С3b или С3b-подобным белком в конвертазе и стабилизирует ее, тем самым индуцируя активацию альтернативного пути, продлевая время существования конвертаз. Нормальная концентрация пропердина в сыворотке – 20 мкг/мл, молекулярная масса – 220 кДа. Пропердин, как правило, используют также как маркер повышенного риска заболевания менингококковой инфекцией. 3. Лектиновый путь является антителонезависимым, что важно для формирования быстрого иммунного ответа в том случае, когда организм еще не выработал антител против возбудителя. Вероятно, что лектиновый путь не является самостоятельным, а лишь вариантом классического пути не требующего участия антител. Вместо С1 инициация сборки начинается с маннан-связывающего лектина (С1q – подобная субъединица) – MBL и несколько ассоциированных с MBL сериновых протеаз (NASP), которые обеспечивают ферментативную активность. Как и в классическом пути, образование этого инициирующего комплекса зависит от ионов Са 2+ . MBL связывает простые углеводы – маннозу и N-ацетилглюкозамин, присутствующие в клеточной стенке микроорганизмов (бактерии, грибы, вирусы). Это приводит к конформационным изменениям MBL, активирующими NASP. Затем эти ферменты расщепляют С2 и С4. Далее активация протекает характерно классическому пути активации комплемента. Нормальный уровень MBL находится в пределах от 10 до 5000 нг/мл. Среди европеоидов более 12 % популяции имеют уровень MBL ниже 100 нг/мл. Уровень MBL ниже 100 нг/мл относят к одному из типов иммунодефицитов. Таким образом, примерно у 10 % предположительно здорового населения в действительности имеется дефицит MBL. Низкая активность MBL может приводить к различным клиническим проявлениям, таким как 140 возвратные инфекционные заболевания, болезнь Крона. Пониженная активность MBL также ассоциирована с повышенным риском развития сепсиса, фиброза, аутоиммунных поражений (например, ревматоидный артрит, системная красная волчанка) и привычного невынашивания беременности. При диагностике необходимо учитывать, что в период инфекционного заболевания содержание MBL всегда повышается по сравнению с его базовым уровнем. Важен уровень MBL и для прогноза в трансплантологии. При концентрации MBL ниже 100 нг/мл долгосрочный прогноз приживаемости почки и сердца после пересадки значительно ухудшается. Напротив, относительно высокий уровень MBL (более 1000 нг/мл) ассоциирован с риском сердечно-сосудистых заболеваний, инфаркта миокарда, особенно на фоне развития сахарного диабета. MASP-2 расщепляет С2 и С4, образуя С3-конвертазу, – С4b2а. По своей функциональной активности MASP-2 подобна протеазе С1s. C1-ингибитор и 2 -макроглобулин в физиологических концентрациях полностью блокируют ферментативную активность комплекса MBL-MASP-2. В отсутствие ингибитора этот комплекс опсонизирует бактерии, резко ускоряя их гибель. Нормальный уровень MASP-2 в сыворотке составляет 170–1200 нг/мл. Пониженная концентрация MASP-2 свидетельствует о высокой чувствительности к инфекционным заболеваниям. Кроме того, MASP-2 – прогностический маркер развития злокачественных опухолей пищевода и прямой кишки, повышенный уровень этой протеазы – неблагоприятный фактор при онкологических заболеваниях. Перспектива всесторонней оценки состояния лектинового пути активации СК методом ИФА заключается: 1) в изучении активности MBL по связыванию с маннаном; 2) в количественном определение MASP-2; 3)в определении общей активности комплекса MBL-MASP-2 по способности расщеплять компонент С4. 141 Уровень МВL обычно коррелирует со способностью депонировать С4b, однако при одной и той же концентрации MBL величина депонирования может варьировать в 3 раза. Количество депонированного С4b – лучший количественный показатель активации лектинового пути, поскольку это одновременная оценка активностей MBL и MASP-2 при функционировании в комплексе. Продукты активации системы комплемента (TCC, фрагменты C3a- desArg, C4a-desArg, C5a-desArg). Заключительная фаза атаки мембраны начинается с расщепления компонента С5 на два фрагмента – С5а и С5b. Этот процесс осуществляет С5-конвертаза (одного из путей активации), которая отщепляет фрагмент С5а от N-конца -цепи молекулы С5. Образующийся фрагмент С5а обладает очень сильной анафилактической активностью, а также способностью осуществлять хемотаксис. В результате активации классического пути образуется всего три анафилатоксина (фрагменты С3а, С4а, С5а). Эти же анафилатоксины образуются и при активации СК по другим механизмам: при активации альтернативного пути – С3а, С5а, при активацилектинового пути – С4а, С5а. Фрагменты С3а и С4а несколько уступают по хемотаксическому и анафилактогенному действию фрагменту С5а. В отсутствие механизма регуляции действие анафилотоксинов может привести к анафилактическому шоку. Быстрая инактивация анафилотоксинов С3а, С4а и С5а достигается удалением аргинина с карбоксильного конца этих пептидов с помощью специального сывороточного фермента – карбоксипептидазы В. При этом образуются формы: С3а-desArg, C4a-desArg и C5a-desArg. Таким образом, фрагменты С3а-desArg, C4a-desArg и C5a- desArg являются маркерами анафилактической реакции, воспаления и риска отторжения трансплантата. Все три пути активации СК ведут к сборке терминального (ТСС), или мембраноатакующего комплекса (МАК); корректнее рассматривать, что МАК – частный случай ТСС, когда сборка произошла именно на клеточной 142 мембране (рис 2.10.). После расщепления компонента С5 на фрагменты С5а и С5b происходит быстрый неферментативный процесс образования С5b-С6- С7-С8-С9n – цитолитического комплекса на клеточной мембране атакуемой клетки. Молекулы компонента С9 (от 12 до 21 молекул на комплекс) прошивают насквозь клеточную мембрану, формируя цилиндрический канал. Образующееся отверстие диаметром около 100 ангстрем позволяет низкомолекулярным веществам свободно проходить внутрь клетки. Образовавшийся МАК действует настолько эффективно, что для лизиса прокариотической клетки может быть достаточно одного комплекса С5b–С9 n Молекулярная масса С5bС9n порядка 1700 кДа (550 кДа – масса С5b-8 и 1100 кДа – средняя масса поли-С9-структуры). Сборка комплекса С5b–С9n может происходить и в жидкой фазе при участии S-белка (витронектина) – фактора гомологичной рестрикции, который защищает клетки организма от аутоиммунной агрессии. Некоторые клетки (например, нейтрофилы человека) способны защищаться от лизиса путем локального выпячивания мембраны, которое затем полностью отделяется от клетки в виде везикулы, унося на себе МАК. Так или иначе,даже в здоровом организме растворимые формы ТСС присутствуют, поскольку активация СК происходит постоянно. Но в случае инфекционного заболевания, воспалительного процесса мощность активации СК резко повышается, соответственно возрастает и уровень ТСС, который служит надежным маркером воспаления. Уровни ТСС можно определять методом ИФА. 143 Рис 2.10. Активация комплемента приводит к появлению С3-конвертазы, превращающей С3 в С3b, который активирует сборку мембраноатакующего комплекса. Лектиновый путь также как и альтернативный запускается без участия антител, за счет остатков сахаров, образующих участки связывания на поверхности бактерий (по Д. Мейл, Дж. Бростофф, 2007) Вопросы для самоконтроля 1. Перечислите биологические эффекты системы комплемента. 2. Опишите механизмы сборки системы комплемента. 3. Назовите возможные иммунные дисфункции, связанные с системой комплемента. |