Симбирцев цитокины и воспаление 2005

Содержание | Следующая статья

А.С. Симбирцев, А.Ю. Громова

В последнее время накапливается все больше данных, свидетельствующих о том, что полиморфизм единичных нуклеотидов (SNP) за счет формирования специфических аллелей генов вносит важный вклад в индивидуальные особенности иммунитета. В настоящем обзоре рассмотрены известные на сегодня сведения о влиянии функционального полиморфизма генов, ответственных за распознавание патогена и реализующих свое действие на начальных этапах воспаления, на характер протекания защитных реакций и предрасположенность к ряду заболеваний. Общей чертой функционального полиморфизма генов TLR и большинства других молекул является снижение способности распознавания соответствующих лигандов, приводящее к менее выраженной активации клеток после встречи с патогенами. Безусловно, приведенные данные свидетельствуют лишь о предрасположенности индивидуумов с конкретными SNP к тому или иному заболеванию или характеру его протекания, однако, приведенные примеры о связи некоторых аллелей со смертностью при сепсисе и с развитием атопии убеждают в серьезности данного подхода. В настоящее время изучение полиморфизма генов регуляторных молекул воспаления приобретает особую актуальность. Знание их роли в патогенезе многих заболеваний, наряду с достижениями современной геномики позволяет, с одной стороны, прогнозировать риск развития патологии или тяжесть ее протекания, с другой стороны, подобрать специфическую терапию, включая средства иммунокоррекции, для конкретного пациента. (Цитокины и воспаление. 2005. Т. 4, № 1. С. 3-10.)

Ключевые слова: TLR, гены, полиморфизм, SNP.

В результате проведения программы “Геном человека” удалось полностью расшифровать нуклеотидную последовательность ДНК и выяснить, что у человека существует примерно 35000 генов, кодирующих соответствующие полипептиды [27]. При этом оказалось, что гены разных людей при почти полной идентичности, тем не менее, не абсолютно одинаковы. На уровне последовательностей генов отличия между двумя индивидуумами составляют около 0,1 % [32]. Наиболее частой причиной различий в структуре генов являются точечные мутации – замены единичных нуклеотидов или т.н. полиморфизм единичных нуклеотидов (SNP – single-nucleotide polymorphism). Кроме того, более редко встречаются и другие генетические изменения, например, различное число повторений одинаковых коротких участков гена – тандемные повторы частей гена, а также делеции нуклеотидов или небольших фрагментов гена.

Частота появления замен нуклеотидов в результате редупликации составляет более 1 %, следовательно, учитывая наличие в геноме человека примерно 3,2 миллиардов оснований, у конкретного индивидуума возможно присутствие нескольких миллионов SNP [26]. Однако большая часть SNP в кодирующих участках генов (экзонах) элиминируется как в процессе репарации ДНК, так и в результате естественного отбора, т.к. приводит к серьезным нарушениям структуры кодируемого белка. Поэтому SNP в экзонах, приводящие к замене аминокислоты, встречаются достаточно редко – лишь в 5 % случаев всех выявляемых точечных мутаций [9]. Большинство выявляемых SNP-замен чаще затрагивают 5ў- либо 3ў-концевые регуляторные участки генов, например, область промотора, или располагаются в некодирующих областях (интронах) и не отражаются на аминокислотной последовательности транслируемого белка. Однако часть из них может влиять на скорость транскрипции генов, стабильность мРНК и, тем самым, приводить к увеличению или уменьшению количества и уровня биологической активности синтезируемого пептида. Это явление получило название “функционального (ответственного за измененную продукцию) аллельного полиморфизма гена”. В последнее время накапливается все больше данных, свидетельствующих о том, что именно SNP за счет формирования специфических аллелей генов вносят важный вклад в фенотипические различия между людьми, в том числе, в персональные особенности развития защитных реакций, а также предрасположенность к целому ряду заболеваний [10, 24].

Как известно, индивидуальная восприимчивость организма к инфекциям определяется патогенностью микроорганизма, факторами окружающей среды и состоянием иммунной системы. Различия в генах, контролирующих защитные реакции организма, могут определять различный характер протекания воспалительного ответа и специфических иммунологических реакций при внедрении патогенов. В первую очередь это касается генов регуляторных молекул, обеспечивающих начальные этапы развития воспалительной реакции: распознавание патогена, проведение внутриклеточного активационного сигнала и синтез медиаторов развития воспалительной реакции, в состав которых входят и цитокины.

В последние годы выполнено большое число работ, выявивших ассоциации между вариантами аллелей генов регуляторных молекул, реализующих свою активность на различных этапах воспаления, уровнями экспрессии этих генов, характером продукции соответствующих белков и предрасположенностью к тем или иным заболеваниям. В настоящем обзоре рассмотрены известные на сегодня сведения о влиянии функционального полиморфизма генов, ответственных за распознавание патогена и реализующих свое действие на начальных этапах воспаления, на характер протекания защитных реакций и предрасположенность к ряду заболеваний. Значительный интерес представляет также функциональный полиморфизм генов цитокинов и их рецепторов, т.к. именно эти медиаторы вносят наибольший вклад в регуляцию иммунитета. Однако обсудить все эти данные в рамках одного обзора, к сожалению, невозможно. Поэтому, описанию функционального полиморфизма генов цитокинов будут посвящены последующие обзоры.

Развитие и регуляция начальных этапов неспецифических защитных реакций

Защита на местном уровне после попадания в ткани патогена развивается путем формирования типичной воспалительной реакции с ее классическими проявлениями: гиперемией, развитием отека, появлением болевого синдрома и нарушением функций. Начало развития этой реакции связано с первичным распознаванием клетками миеломоноцитарного ряда сходных структурных компонентов различных патогенов, называемых молекулярными паттернами – PAMP (pathogen-associated molecular patterns) [20, 33]. Примерами молекулярных паттернов служат липополисахариды (ЛПС) грамотрицательных бактерий, пептидогликаны грамположительных микроорганизмов, вирусная двуспиральная РНК, а также ДНК, богатая CpolyG последовательностями, что характерно для ДНК-бактерий. Несмотря на определенные особенности строения, характерные для разных видов микроорганизмов, молекулярные паттерны являются консервативными структурами, общими для какого-либо типа патогена, как в случае ЛПС грамотрицательных бактерий. Во многих случаях они являются компонентами клеточной стенки микроорганизмов.

Лейкоциты экспрессируют соответствующие паттерн-распознающие рецепторы (ПРР), специфичные для определенных PAMP микроорганизмов. Среди клеточных ПРР главную роль в распознавании патогенов играют Toll-подобные рецепторы (Toll-like receptors, TLR), названные так по аналогии с Toll-рецепторами, открытыми впервые у дрозофилы [7]. Эти молекулы экспрессируются конститутивно и постоянно находятся в составе клеточной мембраны лейкоцитов, готовые к встрече и распознаванию патогенов. Кроме того, к ПРР относят и некоторые другие мембранные рецепторы (CD14, CD18, селектины и др.), а также растворимые молекулы, способные распознавать PAMP, например, LBP – белок, связывающий ЛПС, и компоненты системы комплемента. LBP служит для связывания растворимого ЛПС, а компоненты комплемента запускают альтернативный либо лектиновый пути активации системы комплемента, что очень важно для осуществления одного из эффективных защитных механизмов врожденного иммунитета.

В настоящее время известно 10 клеточных TLR, распознающих основные молекулярные паттерны бактерий, вирусов, грибов и других патогенов. При этом один лейкоцит может экспрессировать различные по специфичности ПРР, что позволяет одной клетке отвечать на разные типы патогенов. Клеточные ПРР являются рецепторами для запуска неспецифических защитных реакций, главным образом, проявляющихся в виде тканевого воспаления. После взаимодействия микроорганизмов или их компонентов с мембранными ПРР запускается внутриклеточный каскад передачи сигнала, во многом сходный для всех ПРР, приводящий к усилению функциональной активности лейкоцитов.

На рисунке представлена общая схема начальных этапов активации неспецифического иммунитета на примере распознавания бактериального ЛПС с участием TLR-4 и проведения внутриклеточного активационного сигнала. В последние годы выяснилось, что клеточный рецепторный комплекс для ЛПС состоит из нескольких молекул. Основным компонентом данного комплекса является TLR-4 [37], представляющий собой одноцепочечный трансмембранный белок, который экспрессируется на различных типах лейкоцитов, включая дендритные клетки. Внеклеточные домены TLR-4 обеспечивают распознавание ЛПС, в котором принимают участие и другие белки, в частности, мембранная рецепторная молекула CD14 и адаптерная молекула MD2, обеспечивающая стабильность всего комплекса. Растворимый ЛПС в межклеточном пространстве связывается с молекулой LBP, которая, с одной стороны, способна нейтрализовать его активность как эндотоксина, а с другой стороны, важна для распознавания ЛПС, т.к. комплекс ЛПС с LBP гораздо эффективнее взаимодействует с клеточными рецепторами СD14 и TLR-4. Рецептор CD14 не имеет внутриклеточной части, нужной для проведения активационного сигнала. Его функция сводится к связыванию ЛПС и формированию высокоаффинного рецепторного комплекса вместе с TLR-4. Несмотря на отсутствие функции непосредственного проведения сигнала, без молекулы CD14 не формируется высокоаффинный рецепторный комплекс, и распознавание ЛПС нарушается. CD14 существует и в растворимой форме, не утрачивая способности взаимодействия с ЛПС. Кроме того, CD14 связывает также компоненты клеточной стенки грамположительных бактерий (пептидогликаны и липотейхоевую кислоту) и способствует их распознаванию TLR-2.

Проведение активационного сигнала после связывания ЛПС обеспечивает внутриклеточные домены TLR-4 путем взаимодействия с внутриклеточным адаптерным белком MyD88 и фосфорилированием с участием киназ IRAK1 и IRAK4 (см. рисунок). Вслед за этим происходит активация внутриклеточного фактора TRAF6, расщепление димерного комплекса IKKa/IKKb, освобождение и транслокация в ядро транскрипционного фактора NFkB, что приводит к началу экспрессии генов цитокинов, NO-синтазы и генов других медиаторов, ферментов и регуляторных молекул воспаления. В результате происходит активация всех основных клеточных функций, связанных с развитием фагоцитоза и представлением антигенов, продукцией NO и свободных форм кислорода, синтезом низкомолекулярных медиаторов воспаления и группы провоспалительных цитокинов, к которым относятся интерлейкины (IL) – IL-1, IL-6, IL-18, фактор некроза опухолей (TNF), интерфероны I типа, хемокины. Также происходит активация цитокинов, стимулирующих дифференцировку Т-лимфоцитов хелперов I типа – IL-12, IL-23, IL-27 [6]. Последнее служит своеобразным мостиком к началу развития реакций специфического иммунитета, связанных с распознаванием антигенных структур микроорганизмов.

Содержание | Следующая статья