CC BY
22
УДК 616.373:575.0.12
Кравщв Р.Й., доктор бюл. наук, професор, Кравщв Ю.Р., кандидат бюл. наук, ст.наук.ствр., Маслянко Р.П., доктор бюл. наук, професор ©
Лъе1еський нацюнальний утеерситет еетеринарног медицины та бютехнолог1й ¡мет С.З. Гжицького
СУЧАСНА КОНЦЕПЦ1Я СТВОРЕННЯ ШВИДКОГО 1МУННОГО ЗАХИСТУ ТВАРИН В1Д ПАТОГЕН1В
Останшм часом запропоноваш новi типи вакцин для створення неспецифiчноl резистентностi та iмунного захисту проти збудникiв iнфекцiй шляхом активацп системи природного iмунiтету. Представлеш данi стосовно концепцп способу, положень теорш природного iмунiтету та експериментальних клiнiчних результатiв, якi пiдтверджують концепцш. Показанi результати дослiджень з рекомбшантними прозапальними цитокiнами та синтетичними л^андами для Тоll-подiбних рецепторiв, а також полжомпонентною вакциною iз антигенiв умовно патогенних бактерш. Представленi данi дозволяють припускати, що активацiя природного iмунiтету за допомогою препаратiв, якi несуть патогенасоцшоваш та молекулярнi структури мiкроорганiзмiв, можуть привести до формування неспецифiчного захисту проти будь-якого збудника шфекцш у тварин i людини.
Ключовi слова: патогени, природний iмунiтет, новий тип вакцини, патоген - асоцшоваш молекулярш структури мiкроорганiзмiв.
Протягом тривалого часу (понад 200 рокiв) для активацп профiлактики iнфекцiйних захворювань i до сьогоднi застосовуються вакцини, яю викликають формування специфiчноl iмунноl вщповвд та iмунноl пам'ятi проти конкретного збудника шфекцш, що забезпечуе (ще до розвитку хвороби) своечасне розтзнання та вилучення патогена.
Вже в кшщ ХХ столiття стало очевидним, що традицiйнi вакцини -iндуктори набутого iмунiтету не завжди здатш забезпечити епiзоотичне та епiдемiологiчне благополуччя. На думку експертiв ВОЗ, США та ш. кра!н у будь-який момент в свт може виникнути важка епiдемiя, збудником яко! стане невщомий ранiше патоген, занесений з природних резервуарiв [8, 18, 30, 35]. 1ншими джерелами невiдомих патогешв можуть стати дil бiотерористiв, яю застосовують в сво1х цiлях мшрооргашзми, модифiкованi в лабораторiях чи мжрооргашзми, проти яких немае засобiв iмунологiчного захисту. Для захисту проти невщомих збудникiв iнфекцiй, на думку провщних спецiалiстiв, потрiбний новий клас (поколшня) вакцинних препаратiв, якi повиннi створювати одночасно i неспецифiчний iмунний захист проти шфекцш [20, 25, 36].
Останшм часом сформована концепщя конструкци нового типу вакцин проти збудниюв шляхом активацп системи природного iмунiтету.
© Кравщв Р.Й., Кравщв Ю.Р., Маслянко Р.П., 2008
107
npaBOMipHiCTb концепци тдтверджена результатами експерименив на тваринах i матерiалами, отриманими при застосуванш створеного препарату для людини.
Суть концепци полягае в тому, що швидкий захист проти будь-якого збудника шфекци може бути створений шляхом стимуляци системи природного iмунiтету за допомогою препаратiв мiкробного походження, яю несуть консервативнi, властивi лише мшрооргашзмам патоген - асоцiйованi молекулярнi структури, що розпiзнаються рецепторами системи, що приводить до виявлення збудника (сигнал небезпеки), активаци ефекторних механiзмiв системи протягом декшькох годин i пуску процеЫв, якi забезпечують елiмiнацiю патогена та формування протективного (адаптивного) iмунiтету проти конкретного збудника протягом 7-10 дшв.
За сучасними даними основним елементом вакцин нового типу -активаторiв системи природного iмунiтету, е л^анди (патоген-асоцiйованi молекулярнi структури мiкроорганiзмiв), якi взаемодiють з розпiзнаючими рецепторами (перш за все Toll -подiбними рецепторами) оргашзму.
В основi розробки концепци створення швидкого iмунного захисту в органiзмi людини i тварин покладено розумiння сутi природного iмунiтету. Як вiдомо, iмунна система майже вах хребетних, в тому чи^ людини, складаеться з природного та набутого (адаптивного) iмунiтету [3, 23, 35]. До системи природного захисту оргашзму вщносять шюру та слизовi оболонки, такi клiтиннi фактори як макрофаги, нейтрофшьш гранулоцити, дендритнi кл^ини, моноцити, еозинофiли, базофiли та ш. До гуморальних факторiв неспецифiчноl резистентност вiдносять комплемент, лiзоцим, розчиннi рецептори (природш) кiлери, В-1 клiтини; Туб^мфоцити.
Загальноприйнятим е те, що головною функщею природного iмунiтету -розшзнати i елiмiнувати в першi години шсля зараження збудника та виробити сигнали для формування специфiчного iмунiтету [13, 31, 34].
Активацiя природного iмунiтету супроводжуеться розвитком таких подш: опсонiзацiею збудникiв, активацiею системи комплементу, фагоцитозом, секрещею протизапальних цитокiнiв, хемотаксисом до вогнища ураження iз кровi нейтрофiльних гранулоцитiв, посиленням апоптозу, розвитком локальних судинних реакцiй у вогнищi ураження.
Ефекторна функцiя природного iмунiтету неспецифiчна. Вона реалiзуеться за рахунок механiчного захисту, секреци цитокiнiв, синтезу антшнфекцшних пептидiв.
Природний iмунiтет розтзнае консервативнi, властивi лише мiкроорганiзмам i вiдсутнi у хребетних (вiд риб i мишей до людини) молекулярш структури, що позначаються в сучаснш лiтературi термiном патоген - асоцшоваш молекулярнi структури (ПАМС), patogen associated molecular patterns). ^ структури розтзнаються спецiальними рецепторами (pattern recognition receptors). Вони розглядаються як носil еволюцшно! пам'ятi багатоклiтинних органiзмiв про те, що таке "свое" i як воно вiдрiзняеться вiд "чужого" [5, 6, 7, 27]. Ui рецептори ввдграють роль опсонiнiв. Вони зв'язуються з поверхнями мiкроорганiзмiв, що сприяе 1х фагоцитозу та знищенню. Перелж
108
pe^mopÎB природного iMymTeiy, описаних до сьогодшшнього дня, новедено в роботах [7, 8, 18, 23].
Л^ература останшх роюв узагальнена i сконцентрована на Toll -подiбних рецепторах (Toll-like receptors, TLR), яю характеризуються як ключовий елемент розпiзнання "чужого" системою кл^ин природного iмyнiтетy господаря [9, 11, 15, 32].
Toll - рецептори розглядаються як стародавнш механiзм розшзнання "чужого", який представляв небезпеку для конкретного оргашзму та сигналiзацiï про його проникнення до органiзмy. В якост "чужого" розглядаеться патогенний збудник. Однак, за останш роки стало очевидним, що TLR можуть розшзнавати ряд ендогенних продyктiв, поява яких свiдчить про присyтнiсть iншоï (нешфекцшно1') небезпеки. До ендогенних активаторiв природного iмyнiтетy вiдносять також бiлки теплового шоку, сечову кислоту i продукти некрозу та апоптозу кл^ин.
TLR описаш у всiх багатоклiтинних оргашзмах, включаючи рослини, безхребетних i хребетних тварин. У людини виявлено 11 TLR, у мишi - 12. Людсью та мишачi рецептори подiбнi за рiзними ознаками, але не щентичш. Вони не клональнi та кодуються неперебудованими генами "зародкового геному".
Toll - подiбнi рецептори експресоваш переважно на клiтинах iмyнноï системи, зокрема природного iмyнiтетy. Вони неоднаково представлен в рiзних сyбпопyляцiях кл^ин природного захисту органiзмy.
Лiгандами для TLR е молекyлярнi карбогiдратнi та лшщш структури, одноланцюгова (s RNA) i дволанцюгова (ss RNA) РНК, яю повторюються в молекулах.
Один рецептор може розшзнати л^анди, що локалiзyються в рiзних мiкроорганiзмах. Для TLR 2 описано взаемодш з лшандами бактерiй, вiрyсiв, патогенних грибiв i найпростших.
Для створення швидкого та неспецифiчного захисту проти збyдникiв шфекцш використовують набiр бактерiальних антигенiв, яю несуть панель патоген - асоцшованих молекулярних структур - лiгандiв для достатньо добре охарактеризованих дев'яти Toll - подiбних рецепторiв: TLR1-TLR9. Не виключено, що така комбiнацiя антигешв буде створювати швидкий захист не тшьки проти бактерiй, але й проти вiрyсiв, оскiльки деякi бактершш лiганди розпiзнаються TLR рецепторами рiзного порядку, якi взаемодiють з глжопротешами вiрyсних оболонок.
Останнiм часом нагромаджено ряд дослщжень, якi свiдчать про те, що протизапальш цитокiни посилюють iмyннy вiдповiдь та сприяють формуванню неспецифiчноï резистентностi проти iнфекцiй [10, 17, 26]. Найбшьш детально дослщжена роль рекомбiнантних iнтерлейкiнiв (IL-1a, TNFa, IFNy, IL-12 та IL-18. Показано, що IFNy ефективш при зараженш лабораторних тварин грампозитивними коками (Staphylococcus aureus та ш.), збyдникiв аеробних шфекцш, активуе функцш нейтрофiльних гранулоциив [2, 18, 30].
Припускають, що при формуванш неспецифiчноï резистентностi тд впливом цитокiнiв дiють загальнi мехашзми. Резистентнiсть до iнфекцiй при
109
застосуванш ГЬ-1, 1№а I ЮТу зв'язують з мобЫзащею та активацiею системи природного iмунiтету - макрофагiв, нейтрофшьних гранулоцитiв. При цьому слiд мати на уваз^ що активованi цитокшами клiтини не у всiх випадках набувають здатностi руйнувати патогени. Так, оброблеш ЮТу макрофаги руйнували збудниюв пневмони, лiстерiозу, однак були зовам неактивними по вiдношенню до мжобактерш.
Описано також iншi, бiльш складш механiзми протшнфекцшно1 ди окремих цитоюшв. Зокрема, продемонстровано, що ГО.-1 викликае синтез 1Я-6, який зумовлюе появу бшюв гостро1 фази, що е розчинними рецепторами для патогешв. Ц рецептори здатнi зв'язувати широке коло збудниюв i опсонiзувати !х для фагоцитозу та/або лiзису за участю комплемента.
На завершення слiд вщм^ити, що на окремi питання представлена концепщя активацп природного iмунiтету не дае вщповвд.
1) Зокрема, недостатньо з'ясовано: яка комбшащя ПАМС е оптимальною для активацп природного iмунiтету для створення захисту вiд бактерiальних i вiрусних iнфекцiй?
2) Яка оптимальна схема застосування препараив - носив ПАМС?
3) Проказано, що ряд Toll-подiбних рецепторiв здатнi розтзнати лiганди мiкроорганiзмiв. Чи приведе активащя цих рецепторiв лiгандами бактерiй до формування не тшьки протибактерiального, але й противiрусного iмунiтету?
4) Загальноприйнято, що розвиток iнфекцiйного процесу супроводжуеться появою продукив некрозу та апоптозу кл^ин (ендогеннi ад'юванти), якi розтзнаються рецепторами природного iмунiтету. Як будуть взаемодiяти екзогеннi (лiганди мiкроорганiзмiв) з ендогенними сигналами (ендогеннi ад'юванти) в органiзмi?
5) Встановлено, що мшрооргашзми в процесi еволюцil виробили мехашзми уникнення вiд вiдповiдi природного iмунiтету [25, 36]. Як впливають щ механiзми на ефективнiсть природного захисту, активованого препаратами - ноаями ПАМС мiкрорганiзмiв?
6) Доведено, що iмунна вiдповiдь на будь-який антиген (бактерiальний вiрусний чи соматичний) завжди мае двi соторони - захисну (розтзнання, руйнування, елiмiнацiя патогена) та ушкоджуючу (спрямовану проти здорових клiтин i тканин господаря) [35]. Поки що залишаеться невиясненим - чи не володiе природний iмунiтет ушкоджуючою дiею. Якщо так, то як це запоб^ати?
7) Сучаснi уявлення про природу неспецифiчного iмунiтету та мехашзми його ди дозволяють припускати, що активащя ще1 ланки iмунноl системи за допомогою препараив, якi несуть патоген - асоцшоваш молекулярнi структури мiкроорганiзмiв, приведе до формування швидкого iмунного захисту проти будь-якого патогену.
Таким чином, можна прийти до висновку, що подальшi дослiдженння в цьому плат та розробка препараив для стимуляци природного iмунiтету поеднана з вирiшенням перерахованих у статп проблем фундаментального характеру.
110
Лггература
1. Кравщв Р.Й., Маслянко Р.П. 1мунш критери адаптаци новонароджених телят// Вет медицина. - 2005. - т. 85. - С. 548-601.
2. Кравщв Р.Й., Маслянко Р.П. Toll-подiбнi рецептори - новi важливi компонента iмунiтету тварин// Наук. вкник ЛНАВМ. - 2006. - т. 8, 4. - С. 92-98.
3. Маслянко Р.П. Основи iмунобiологil. - Львiв. - 1999. - 472 с.
4. Маслянко Р.П., Кравщв Р.Й. Сучасш аспекти захисту тварин проти шфекщй// Наук. вiсник ЛДАВМ. - 2003. - т 5 (3). - С. 88-96.
5. Меджитов Р. Врождённый иммунитет// Казан. мед. ж. - 2004, № 3.
- С. 161-167.
6. Семёнов Б.Ф., Егорова Н.Б., Семёнова И.Б. и др. Терапевтические вакцины// Рос. мед. вести. - 2000, № 3. - С. 26-32.
7. Сергеев В.П., Малышев М.А., Дрынов И.Д. Эволюция инфекционных заболеваний. - М. - 2000. - 176 с.
8. Akira S., Tokeda K. Toll-like receptor signaling// Inter. Immunol. - 2004.
9. Akira S., Uematsu S., Tacheuchi O. Pathogen recognition and innate immunity// Cell. - 2006. - V. 124. - P.783-801.
10. Bashem A. IL-12: A master regulator//!: Exp. Med. - 2007. - V. 294.
- P. 969-971.
11. Blander J.M., Medzhitov R. Regulation of phagosome maturation by signals from Toll-like receptors// Science. - 2004. - V. 304. - P. 1014-1018.
12. Chen K., Huang J., Gong W. et. al. Toll-like receptors in inflammation, infection and cancer// Inter. Immunopharmacol. - 2007. - V. 7. - P. 1271-1286.
13. Coombays B.C., Vaide L.Y., Finlay C. Erett evasive maneuvers. - V. 7.
- P. 1271-1286.
14. Cook D.W., Pisetsky D.S., Schwarts D.A. Toll-like receptors in the pathogenesis in human disease// Nat. Immunol. - 2004. - V. 5. - P. 975-979.
15. Dotta S.K., Raz E. Induction of antigen cross-presentation by Toll-like receptors// Spring. Sem. Immunopothol. - 2005. - V. 26. - P. 247-255.
16. Daybe S.E., O'Connell R.M. Toll-like receptors induce a phagocytic gene program though p. 38// J. Exp. Med. - 2004. - V. 199. - P. 81-90.
17. Ellis T.N. IFNy-activation of polymorphonuclear neutrophil function// Immunology. - 2004. - V. 118. - P. 2-12.
18. Finlag B.B. Hancock R.W. Can innate immunity be enhanced to treat microbial infection? Nat. Rev. Microbiol. - 2004. - V. 2. - P. 2497-2504.
19. Greenland J.R., Geiben R. Plasmid DNA vaccine - elicited cellular immune responses limit in vivo vaccine antigen expression through Fas-mediated apoptosis// Immunology. - 2007. - V. 179. - P. 5652-5659.
20. Hackett C.I. Innate immune activation as a bread spectrum biodefense strategy: prospect and research challenges// J. Allergy Clin. Immunol. - 2003. - V. 112.
- P. 686-694.
21. Hummer G.E. Shastri V., Construction and destruction of MHC class1- in the peptide loading complex// Nat. Immunol. - 2007. - V. 8. - P. 793-796.
22. Hausen T.H., Huang S. Patterns of nonclassical MHG antigen presentation// Nat. Immunol. - 2007. - V. 8. - P, 563-569.
111
23. Harding C.V. Interaction of bacteria with antigen - presenting cells: influences on antigen presentation and antibacterial immunity//Curr. Opin. Immunol. - 2009.
- V. 15. - P. 112-119.
24. Jansseng S., Beyaert R. Role of Toll-like receptors in pathogen recognition// Clin. Microbiol. Rev. - 2003. - V.16. - P. 1-19.
25. Jensen P.E. Recent advances and presentation// Nat. Immunol. - 2007. V. 8.
- P. 1041-1049.
26. Lee J,B., Lee K.A., Chang J. Phenotypic changes induced by IL-12 priming regulate effector and memory CD8 Toll differentiation// Intern. Immunol. - 2007.
- V. 19. - P. 547-549.
27. Litman G., Cooper M.D. Why study the evolution of immunity// Nat. Immunol.
- 2007. - V. 8. - P. 547-549.
28. Marischen L., Wedch D., Harder J. et al. y5 T-cells are on duty as a first line of defense// Immunobiology. - 2005. - V. 210. - P. 575-582.
29. Russel D.G., Yates R.M. Toll-like receptors and phagosome maturation// Nat. Immunol. - 2007. V. 8. - P. 217-219.
30. Sacks D., Sher A. Evasion of innate immunity by parasitic protozoa// Nat. Immunol. - 2002. - V. 8. - P. 217-219.
31. Schutz F.G. DNA deaminases converge on adaptive immunity// Nat. Immunol.
- 2007. - V. 8. - P. 551-554.
32. Takeda K., Akira S. TLR signaling pathways// Sem. Immunol. - 2004. - V. 16.
- P. 3-9.
33. Takeda K., Akira S. Toll-like receptors in innate immunity// Intern. Immunol.
- 2005. - V. 17. - P. 1-14/
34. Valinte W.M. Innate immunity and biodefence vaccines// Cell. Microbiol. - 2003.
- V. 5. - P. 755-766.
35. Wack A., Rappuoli R. Vaccinology at the beginning of the 21 st. Century// Curr Opin. Immunol. - 2005. - V. 17. - P. 411-418.
Summary
Kravtsiv R.I., Kravtsiv Y.R., Maslianko R.P.
Lviv National university of veterinary medicine and biotechnology named S.Z. Gzhytskyj MODERN CONCEPT OF INDUCING OF RAPID IMMUNOLOGICAL PROTECTION AGAINST PATHOGENS
Concept of construction of new type of vaccines for inducing rapid nonspecific immunological protection against pathogens by activation of innate mechanisms has been formulated. Materials about formula of the concept, theses of theory of innate immunity, and experimental and clinical data, which confirm the concept are present. Results of studies with recombinant inflammatory cytokines and synthetic ligands for Toll-like receptors as well as with polycomponent vaccine containing antigens of opportunistic bacteria are also presented. Obtained data allowed to assume that activation of innate immunity mechanisms by preparations carrying patogen-associated and molecular structures of microorganisms can result in formation of rapid and nonspecific protection against any pathogen.
Cmammx nadiumna do peda^ii 22.02.2008
112
