CC BY
228
reviews
ОБЗОРЫ
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2018 УДК 612.017.1.063:612.014.464
Пинегин Б.В.1, Воробьёва Н.В.2, Пащенков М.В.1, Черняк Б.В.3
РОЛЬ МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА В АКТИВАЦИИ ВРОЖДЁННОГО ИММУНИТЕТА
1 ГНЦ «Институт иммунологии ФМБА России», 115478, Москва, Россия;
2 биологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Россия;
3 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, 119992, Москва, Россия
Защитные реакции врождённого иммунитета включают генерацию активных форм кислорода (АФК) и регулируются при участии АФК. Основным источником АФК в клетках иммунной системы является NADPH-оксидаза, ферментный комплекс, локализованный как на плазматической мембране, так и во внутриклеточных везикулах. Исследования последних лет показали, что АФК, образующиеся в митохондриях иммунных клеток (мтАФК), могут участвовать как в активации NADPH-оксидазы, так и непосредственно в антибактериальных иммунных ответах. В представленном обзоре суммированы современные данные об участии мтАФК в активации клеток врождённого иммунитета, проанализирована роль мтАФК в регуляции функциональной активности этих клеток. В обзоре описаны некоторые пути активации генерации мтАФК и представлена гипотеза о возможности их использования для коррекции нарушений ответов врождённого иммунитета.
Ключевые слова: нейтрофилы; макрофаги; врожденный иммунитет; активные формы кислорода; митохондрии; электрон-транспортная цепь; фагоцитоз; НЕТоз; обзор. Для цитирования: Пинегин Б.В., Воробьёва Н.В., Пащенков М.В., Черняк Б.В. Роль митохондриальных активных форм кислорода в активации врожденного иммунитета. Иммунология. 2018; 39(4): 221-229. DOI: http://dx.doi. org/10.18821/0206-4952-2018-39-4-221-229
Pinegin B.V.1, Vorobjeva N.V.2, Pashenkov M.V.1, ChernyakB.V.3
the role of mitochondrial reactive oxygen species in activation of innate immunity
1 National Research Center «Institute of Immunology» of the Federal Medical Biological Agency, 115478, Moscow, Russia;
2 M.V Lomonosov Moscow State University, Biology faculty, 119991, Moscow, Russia;
3 Department of Bioenergetics, A.N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, 119992, Moscow, Russia
The defensive reactions of innate immunity include generation of reactive oxygen species (ROS) and are regulated with the participation of ROS. The main source of ROS in the innate immune cells is the enzymatic complex NADPH oxidase that is localized both in the plasma membrane and in the intracellular vesicles. Recent studies showed that ROS formed in the mitochondria of immune cells (mtROS) can participate both in the activation of the NADPH oxidase and directly in antibacterial immune responses. This review summarizes the latest findings on the role of mtROS in the activation of innate immune cells and regulation of their functional activity. Here, several pathways of activating the mtROS formation are described and a hypothesis on the possibility of their application for coping with problems in innate immune responses is presented.
Keywords: neutrophils; macrophages; innate immunity; reactive oxygen species; mitochondria; electron-transport chain; phagocytosis; NETosis.
For citation: Pinegin B.V., Vorobjeva N.V., Pashenkov M.V., Chernyak B.V. The role of mitochondrial reactive oxygen species in activation of innate immunity. Immunologiya. 2018; 39(4): 221-229. DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0206-4952-2018-39-4-221-229
For correspondence: Vorobjeva Nina Viktorovna, Cand. Biol. Sci., senior research associate, Department of Immunology, Biology Faculty, M.V. Lomonosov Moscow State University, E-mail: [email protected]
conflict of interest. The authors declare no conflict of interest. Acknowledgments. The work was supported by grants of RFBR № 16-04-01113 and RPF № 16-15-10314.
Received 06.12.18 Accepted 16.03.18
Для корреспонденции: Воробьева Нина Викторовна, канд. биол. наук, старший научный сотрудник кафедры иммунологии биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова; E-mail: [email protected]
обзоры
Принятые сокращения
ACAD9, ацил-KoA дегидрогеназа 9;
Bcl-2, регулятор апоптоза Bcl-2;
CGD, хроническая гранулематозная болезнь;
CIA30, ассоциированный с комплексом I белок 30;
CuZnSOD, CuZn-супероксиддисмутаза;
ECSIT, эволюционно консервативный медиатор в сигнальном пути Toll-подобных рецепторов;
FCCP, карбонил-цианид-4-трифторметоксифенилгидразон;
fMLP, Л^-формил-метионил-лейцил-фенилаланин;
FMN, флавинмононуклеотид;
IFNy, интерферон у;
IRAK4, ассоциированная с рецептором интерлейкина-1 киназа-4;
LPS, липополисахарид;
MnSOD, Mn-супероксиддисмутаза;
Mst1/2, серин/треониновые киназы Mstl and Mst2;
митоАФК, митохондриальные активные формы кислорода;
NDUFAF1, фактор сборки комплекса I;
NETs, нейтрофильные внеклеточные ловушки;
NETosis, процесс образования нейтрофильных внеклеточных ловушек;
NF-kB, транскрипционный фактор (ядерный фактор «каппа-би»);
NLR, NOD-подобный рецептор;
NOD, домен олигомеризации нуклеотидов;
PAMPs, патоген-ассоциированные молекулярные паттерна:;
PGC-1a, коактиватор рецептора у, активирующего пролиферацию пероксисом;
PPARy, рецептор у, активирующий пролиферацию перок-сисом;
Rac2, ГТФаза из суперсемейства малых Rho ГТФаз (Ras-related C3 botulinum toxin substrate 2);
PRRs, паттерн-распознающие рецепторы;
SK-каналы, Са2+-зависимые калиевые каналы низкой проводимости;
SkQ1, 10-(6'-пластохинонил)децилтрифенилфосфоний;
TCR, T-клеточный рецептор;
TGFß, трансформирующий фактор роста ß;
TLR, Toll-подобный рецептор;
TMEM126B, трансмембранный белок 126B;
TNFa, фактор некроза опухоли а;
TRAF6, фактор 6, ассоциированный с рецептором фактора некроза опухоли;
UCP2, митохондриальный разобщающий белок 2.
Введение
Основной функцией митохондрий является продукция активных форм кислорода (АТФ) в процессе окислительного фосфорилирования. Основным побочным продуктом при переносе электронов по дыхательной цепи является супероксид анион-радикал. Он образуется при одноэлектрон-ном восстановлении молекулярного кислорода в различных участках дыхательной цепи, таких как комплекс I (NADH: убихинон оксидоредуктаза), комплекс II (сукцинатдегидро-геназа) и комплекс Ill (убихинол: цитохром с оксидоредук-таза), а также в дегидрогеназах митохондриального матрикса [1]. Дальнейшие превращения супероксида дают начало различным АФК. В норме на образование АФК в митохондриях (мтАФК) расходуется лишь 1—2 % потребляемого клеткой кислорода [2-3].
До недавнего времени считалось, что мтАФК играют лишь деструктивную роль, вызывая повреждение клеток и ускоряя старение [4]. Наглядной иллюстрацией этого утверждения является работа Huang и соавт. [5], в которой показано, что мыши с нокаутом по митохондриальной Mn-зависимой супероксиддисмутазе (MnSOD-/-) нежизнеспособны, тогда как нокаут цитозольной Cu/Zn-зависимой супероксиддисму-тазы (Cu/ZnSOD-/-) не летален. В то же время за последние
десятилетия стало ясно, что продукция мтАФК играет важную роль в функционировании практически всех органов и тканей, участвуя во многих метаболических путях и в регуляции сигнальных процессов [6].
Исследования последних лет показали, что мтАФК принимают активное участие в функционировании иммунной системы [7-9]. В частности, от мтАФК во многом зависит активация основных клеток, обеспечивающих антимикробный иммунитет, нейтрофилов и макрофагов, а также продукция провоспалительных цитокинов. Кроме того, мтАФК играют важную роль в развитии антивирусного иммунного ответа, стимулируя образование интерферонов I типа [10]. Реакции адаптивного иммунитета и, в частности, передача сигнала от Т-клеточного [11] и В-клеточного [12] рецепторов также протекают при участии мтАФК. В то же время избыточная продукция мтАФК может служить одной из причин развития воспалительных и аутоиммунных патологий [13]. Недавно был опубликован обзор посвящённый участию мтАФК в антибактериальных ответах клеток врождённого иммунитета [14]. Настоящий обзор посвящён анализу роли мтАФК в активации клеток врождённого иммунитета и в регуляции их функциональной активности.
Механизмы образования АФК в митохондриях
Важнейшим источником мтАФК является комплекс I, наиболее сложный комплекс электрон-транспортной цепи, который состоит из 14 основных, коровых, и 31 вспомогательной субъединицы [15]. Образование АФК (в данном случае, как супероксида, так и перекиси водорода) в комплексе I может происходить как при окислении NADH и восстановлении убихинона, так и при обратной реакции (так называемый обратный перенос электронов) восстановления NAD+, идущей с потреблением энергии и требующей высокого трансмембранного электрического потенциала [16-18]. Образование АФК в комплексе I, по-видимому, происходит при участии флавинового кофермента FMN, который непосредственно катализирует окисление NADH. В комплексах II [19] и III [20] супероксид генерируется при участии убихинона (коэнзима Q), который образует активный радикал семихинона.
Комплексы дыхательной цепи, по-видимому, организованы так, чтобы минимизировать «утечку» электронов с образованием АФК. Однако при различных воздействиях структура этих ферментов может нарушаться, что приводит к усилению продукции АФК. Так, точечные мутации в некоторых субъединицах комплекса I могут приводить к значительному повышению мтАФК, а это, в свою очередь, вносит вклад в развитие многих «митохондриальных болезней», таких как синдром Лебера, болезнь Ли и некоторые миопатии [21-22]. Предполагается, что некоторые модификации комплекса I, в частности фосфорилирование и S-нитрозилирование, также усиливают продукцию мтАФК [23]. В случае комплекса II к резкому усилению образования АФК приводит специфическая разборка комплекса, вызванная закислением цитоплазмы и накоплением ионов Са2+ в митохондриях [24]. В комплексе III слабым местом, возможно, является кластер прочно связанных молекул кардиолипина, которые имеют повышенную чувствительность к окислению [25]. Окисление этого фос-фолипида может приводить к нарушению работы фермента и повышению продукции АФК. Возможность подобного сценария подтверждается известным фактом резкого усиления продукции АФК под действием специфического ингибитора комплекса III, антимицина А, который стабилизирует семи-хинон коэнзима Q в активном центре фермента [20].
Важную роль в регуляции продукции мтАФК может играть образование суперкомплексов, включающих в стехио-метрических количествах комплексы дыхательной цепи, АТР синтазу (комплекс V) и переносчик адениновых нуклеотидов. Наиболее прочные суперкомплексы образуют комплексы I и III, а важную роль в их формировании играют молекулы кардиолипина [26]. Распад суперкомплексов может вызывать
как торможение окислительного фосфорилирования, так и усиленное образование мтАФК. Это хорошо видно на примере нейронов и астроцитов. В нейронах, где суперкомплексы стабильны, продукция мтАФК в норме не велика, тогда как в астроцитах, где значительная часть ферментов дыхательной цепи находится в свободном состоянии, образуется значительно больше мтАФК [27].
В отличие от примеров, приведенных выше, образование АФК в комплексе I при обратном переносе электронов требует интактности начального сегмента дыхательной цепи и высокого трансмембранного электрического потенциала. Лимитирующим фактором при обратном переносе электронов является концентрация сукцината, который служит донором электронов в этой реакции. При нормальном функционировании митохондрий концентрация сукцината остается крайне низкой, что порождало сомнения в возможном физиологическом значении образования АФК при обратном переносе электронов. Работы последних лет, однако, показали, что накопление сукцината является нормальной реакцией клетки на различные стимулы. Так, было установлено, что в макрофагах, активированных LPS, содержание сукцината возрастает в десятки раз [28]. Накопление сукцината в макрофагах происходило в основном благодаря анаплеротическому превращению глутамина и требовало высокого уровня гликолиза. Дальнейшие исследования показали, что сукцинат-зависимое образование мтАФК играет ключевую роль в воспалительной активации макрофагов [29] (см. ниже).
Поскольку образование мтАФК потенциально чрезвычайно опасно для клетки, в митохондриях собраны различные антиоксидантные системы. К ним относится упоминавшаяся выше Mn-зависимая супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидазы и системы пероксиредоксина и глута-редоксина. Кроме того, в регуляции продукции мтАФК могут участвовать белки семейства UCP (uncoupling proteins). В частности, белок UCP2 вызывает торможение образования мтАФК благодаря снижению мембранного потенциала и транспорту некоторых метаболитов [30]. Нокаут UCP2 приводит к развитию окислительных и метаболических нарушений в различных тканях и, в частности, усиливает воспалительные процессы при диабете, сердечно-сосудистых и нейродегенеративных заболеваниях [31]. В то же время избыточная воспалительная активация у мышей, лишенных UCP2, стимулирует защитную антимикробную реакцию при острых инфекциях (см. ниже) [32-34].
Важным механизмом защиты клеток от избыточных мтАФК служит активация селективной аутофагии митохондрий (митофагии). Митофагия приводит к изоляции и последующей деградации поврежденных митохондрий, которые могут являться основным источником АФК [35, 36]. Нарушение процессов аутофагии приводит к накоплению повреждённых клеточных структур (в частности, митохондрий), накоплению АФК в клетке и, как следствие, к развитию воспалительных процессов и фиброза окружающих тканей [37, 38].
роль мтАФК в фагоцитарном процессе
В иммунной системе образование мтАФК в основном связано с активацией врождённого иммунитета (ВИ). В организме главными активаторами ВИ являются микроорганизмы, в которых распознаются патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (PAMP) - консервативные структуры, общие для ряда родственных микробов, а также цитокины, образующиеся при распознавании PAMP. РАМР распознаются паттерн-распознающими рецепторами (PRR) клеток ВИ, к которым относятся поверхностные рецепторы TLR1, TLR2 и TLR4, распознающие липопептиды, липотейхоевую кислоту и ЛПС соответственно. Результатом этого распознавания является активация, опосредованная адаптерным белком MyD88, трёх важных участников образования АФК: адаптер-ных белков TRAF6 и ECSIT, а также серин-треониновых ки-наз Mst1 и Mst2 [39-42].
reviews
Белок TRAF6 (TNF receptor-associated factor 6) первично идентифицирован в цитоплазме как участник IL-1R-опосредованной активации транскрипционного фактора NF-kB. Помимо этого, TRAF6 участвует в сигнальных путях, идущих от TNFR, TLR, TCR, TGFßR и др. Важным свойством TRAF6 является наличие у него убиквитинлигазной активности [43].
Белок ECSIT (Evolutionarily Conserved Signaling Intermediate in Toll pathways) присутствует в цитоплазме и в митохондриях практически всех клеток. Белок ECSIT был открыт как специфический участник TOLL/IL-1-пути и активатор киназы MEKK-1, стимулирующей фосфорилирование NF-kB [44]. В последующем было обнаружено, что в митохондриях этот белок, взаимодействуя c шапероном NDUFAF1 [45], белками CIA30, ACAD9 и TMEM126B, образует комплекс, обеспечивающий сборку комплекса I [46].
Важным свойством ECSIT является наличие участка, взаимодействующего с TRAF6. При связывании бактериальных лигандов с рецепторами PRR в клетках ВИ происходит перемещение TRAF6 к митохондриям, где он связывается с фракцией белка ECSIT, локализованной на наружной мито-хондриальной мембране. В комплексе с TRAF6 происходит убиквитинилирование ECSIT, что приводит к нарушению процесса сборки комплекса I, уменьшению скорости окислительного фосфорилирования и увеличению скорости образования супероксид анион-радикала и пероксида водорода в митохондриях макрофагов [40]. Следует отметить, что при активации TLR4 белок ECSIT, убиквитинилированный при участии TRAF6, может связываться с р65/р50-компонентами транскрипционного фактора NF-kB и стимулировать экспрессию провоспалительных цитокинов [47].
Серин-треониновые киназы Mstl и Mst2 были обнаружены как важные участники сигнальных путей, контролирующих клеточный рост и апоптоз. Их дефицит ведёт к развитию комбинированного иммунодефицита с развитием бактериальных и вирусных инфекций, нейтропении и лимфопении [48]. Дальнейшие исследования показали, что киназы Mst1/2 участвуют в накоплении АФК и АФК-зависимом уничтожении бактерий в фаголизосомах [39]. Mst1/2 активируются при связывании поверхностных TLR с микробными лиган-дами и запуске MyD88-зависимого сигнального пути. Mst1/2 активируют протеинкиназу Ca (PKCa), которая фосфори-лирует и инактивирует белок LyGDI, ингибитор малых Rac ГТФаз. Установлено, что Mstl/2-зависимая активация Racl способствует сборке комплекса TRAF6-ECSIT и усилению продукции мтАФК [39].
Одновременно активация Mst1/2 способствует сближению митохондрий с фаголизосомами. Сразу после образования фагосомы/фаголизосомы митохондрии направляются к фаголизосоме и уже в течение первого часа после её образования приходят с ней в соприкосновение [40, 49]. Было показано, что до 80 % фаголизосом, образованных в культуре и937-производных макрофагов, связаны с одной или несколькими митохондриями [50].
Вероятно, биологический смысл движения митохондрий к фаголизосомам и взаимодействие этих органелл в одном функциональном комплексе заключается в суммации бактерицидных эффектов АФК, образованных NADPH-оксидазой в фаголизосоме и в митохондриях.
Движение митохондрий к фаголизосомам осуществляется с помощью актинового цитоскелета, реорганизация которого происходит при активации малой ГТФазы, Rac2 [51-52]. Активация Rac2 киназами Mst1/2, по-видимому, является триггером, запускающим движение митохондрий. Сборка комплекса TRAF6-ECSIT также стимулирует движение митохондрий [39], так что, возможно, мтАФК участвуют в регуляции этого процесса. У мышей, нокаутных по Mstl и Mst2, движение митохондрий к фаголизосомам не происходит и образование АФК в фаголизосоме понижено. Следствием
обзоры
этого является нарушение механизма уничтожения бактерий, ослабление антимикробной защиты и существенное повышение смертности таких мышей от инфекций [39].
Важную роль в распознавании патоген-ассоциированных молекулярных паттернов наряду с TLR играют NOD-подобные рецепторы (NLR). В частности, NOD2-рецептор в макрофагах человека во многом определяет воспалительный ответ и подавляет внутриклеточный рост Mycobacterium tuberculosis [53]. Показано, что классический активатор NOD2-рецептора, мурамил дипептид, активирует образование мтАФК в клетках скелетных мышц [54], так что, возможно, и в макрофагах NOD2-зависимый сигналинг связан с образованием мтАФК.
Участие мтАФК в активации нейтрофилов
Помимо собственного бактерицидного эффекта мтАФК в клетках ВИ обладают важными регуляторными функциями. Установлено, что мтАФК способствуют активации NADPH-оксидазы, которая производит АФК как в фагосомах, так и во внеклеточной среде, во многом определяя антимикробную защиту. АФК, продуцируемые NADPH-оксидазой, попадая в цитоплазму, способны стимулировать продукцию АФК в митохондриях. Таким образом, между NADPH-оксидазой и митохондриями идёт постоянное взаимодействие (crosstalk), играющее существенную роль в жизнедеятельности клетки [55-56].
Большая часть работ, в которых было показано перекрестное взаимодействие митохондрий и NADPH-оксидазы, была сделана на нелимфоидных клетках. Недавно мы впервые показали, что подобное взаимодействие может происходить в нейтрофилах человека [57]. В нашей работе с использованием митохондриально-направленного антиоксиданта SkQ1 [58, 59] было показано, что мтАФК участвуют в разнообразных эффекторных функциях нейтрофилов, таких как окислительный взрыв, дегрануляция и апоптоз (см.рисунок). Подавление хемоаттрактант-индуцированного дыхательного взрыва под действием SkQ1 однозначно указывало на существенную роль мтАФК в рецептор-зависимой активации NOX2 [57]. МтАФК оказались необходимы для fMLP-зависимого экзоцитоза как первичных (азурофильных), так и вторичных (специфических) гранул [14]. Дегрануляция нейтрофилов играет важную роль в антимикробной защите и ее активация, по-видимому, не зависит от активности NADPH оксидазы. Так, в нейтрофилах больных хронической гранулематозной болезнью (ХГБ), связанной с генетическими дефектами NADPH-оксидазы, fMLP-зависимая (а также спонтанная) дегрануляция нейтрофилов была гиперактиви-рована [60]. Однако сигнальные пути, ведущие к активации NADPH-оксидазы и дегрануляции нейтрофилов, изучены пока недостаточно и их непосредственные компоненты, чувствительные к мтАФК, полностью не идентифицированы.
Важным компонентом активации нейтрофилов является подавление спонтанного апоптоза, который характерен для этих клеток. Мы показали, что нейтрализация мтАФК с помощью SkQ1 стимулирует как спонтанный апоптоз, так и в особенности апоптоз, частично подавленный под действием fMLP [57] (см.рисунок). Основные механизмы, противодействующие апоптозу нейтрофилов, зависят от активации транскрипционного фактора NF-kB, который контролирует экспрессию антиапоптозных белков семейства Bcl-2 [61]. Ранее в экспериментах на клетках эндотелия было показано, что мтАФК необходимы для активации NF-kB под действием TNF в условиях, когда заметной активации NADPH-оксидазы не происходит [62]. Таким образом, активация NF-kB-зависимого сигналинга, возможно, определяет анти-апоптозное действие мтАФК в нейтрофилах.
Еще один механизм антимикробной защиты основан на образовании нейтрофильных внеклеточных ловушек (НЕТ, или NET, от Neutrophil Extracellular Trap) в процессе так называемого НЕТоза (NETosis) [63]. Впервые описанные в 2004 г.
Циклинским и соавт. [64], НЕТ представляют собой сложные трёхмерные структуры, состоящие из деконденсированно-го хроматина, покрытого разнообразными бактерицидными белками и пептидами гранул и ядра. НЕТ образуются в ответ на различные компоненты микроорганизмов и иммунные комплексы [13, 63, 64]. В эксперименте НЕТоз может быть вызван, в частности, форболовым эфиром (ФМА) [64] или Са2+-ионофорами, иономицином и А23187 [65]. Уникальный состав НЕТ определяет их способность ограничивать распространение инфекции из очага воспаления, а в отдельных случаях - уничтожать патоген. Механизмы образования внеклеточных ловушек изучены пока недостаточно. Предполагается, что важную роль в деконденсации хроматина, которая предшествует НЕТозу, играет пептидил-аргинин дезаминаза 4 (PAD4), способствующая модификации (цитруллинирова-нию) гистонов [66]. Кроме того, в НЕТозе участвуют ферменты внутриклеточных гранул, такие как миелопероксидаза и эластаза [67-69]. Важными участниками НЕТоза являются активные формы кислорода, основным источником которых служит NADPH-оксидаза [63, 70, 71]. Однако недавние исследования, на гранулоцитах больных системной красной волчанкой, показали, что НЕТоз нейтрорфилов низкой плотности (фракция нейтрофилов, выделяемая в градиенте плотности Фикола совместно с мононуклеарами крови) при этом аутоиммунном заболевании зависит от продукции мтАФК [13]. Зависимость НЕТоза от мтАФК наблюдалась также на нейтрофилах больных хронической гранулематозной болезнью (ХГБ), имеющих мутантную NADPH-оксидазу. Нами было показано, что иономицин индуцирует НЕТоз в этих клетках, а митохондриально-направленный антиоксидант SkQ1 его подавляет [собственные неопубликованные данные]. Полученные результаты согласуются с данными Douda D.N. и соавт. [65], которые на модели нейтрофилоподобных клеток HL-60 показали, что разобщители окислительного фосфорилирования динитрофенол и FCCP подавляют НЕТоз, индуцированный Са2+-ионофором А23187, предположительно, благодаря снижению продукции мтАФК. Таким образом, описанные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что NADPH-оксидаза не является единственным источником АФК, участвующим в активации НЕТоза, а мтАФК также могут выполнять роль медиаторов этого процесса (см. рисунок).
Участие мтАФК в воспалительной активации макрофагов
Активация макрофагов приводит к формированию спектра активированных состояний, крайние из которых, обозначаемые как М1 и М2, могут быть отнесены к про- и антивоспалительным формам, соответственно [72]. Макрофаги М1 продуцируют преимущественно провоспалительные ци-токины (IL-1ß, IL-12, IL-18, TNF), значительное количество NO и АФК, что обеспечивает их высокую бактерицидную активность. Макрофаги М2 продуцируют антивоспалительные цитокины (IL-10), значительно меньше NO и АФК по сравнению с М1 и участвуют в процессах репарации. Перепрограммирование макрофагов М1 в М2 является перспективной стратегией борьбы с аутоиммунными воспалительными заболеваниями, тогда как активация М1 макрофагов рассматривается как возможный путь к иммунотерапии опухолей. Известно, что для макрофагов М1 характерен высокий уровень гликолиза, тогда как переход к фенотипу М2 сопровождается активацией окислительного фосфорилирования [73]. Недавние исследования показали, что уровень мтАФК в макрофагах М1 значительно выше, и что основной причиной повышенной продукции мтАФК является накопление сукци-ната, ведущее к активации обратного переноса электронов [29]. Ранее было установлено [28], что под действием LPS содержание сукцината в макрофагах возрастает в 30 раз в результате одновременной активации глутаминолиза и метаболизма гамма-аминомасляной кислоты, что требует высокого
уровня гликолиза. Кроме того, взаимодействие макрофагов с инфекционными агентами (Escherichia coli и Salmonella enterica (Typhimurium)) вызывает временное двукратное повышение активности комплекса II [74]. Блокирование обратного переноса электронов или нейтрализация мтАФК с помощью митохондриально-направленных антиоксидантов приводили к снижению продукции IL-1ß и повышению IL-10, что указывало на сдвиг макрофагов к фенотипу М2 [29].
Важнейшим компонентом системы врождённого иммунитета является продукция провоспалительных цитокинов в ответ на инфекцию. Выработка важнейшего цитокина IL-1 ß происходит при участии мультибелковых комплексов инфламмасом, которые собираются и активируются при распознавании РАМР. В инфламмасомах происходит активация каспазы-1 и других воспалительных каспаз, которые расщепляют предшественник IL-1ß, способствуя его созреванию. Интересно, что важнейшая инфламмасома NLRP3 собирается на поверхности митохондрий и активируется под действием мтАФК [75] (см. рисунок). Детальный механизм активации NLRP3 не известен, но одной из мишеней мтАФК является, по-видимому, тиоредоксинсвязывающий белок TX-NIP [76]. Этот белок образует комплекс с тиоредоксином, который распадается под действием АФК. Свободный TXNIP связывается с инфламмасомой NLRP3, что способствует её доставке к митохондриям и активации. Избыточная активация инфламмасом чревата развитием патологического воспаления. Одним из защитных механизмов, предотвращающих нежелательную активацию NLRP3, является селективная ау-тофагия митохондрий [75].
Наглядным примером роли мтАФК в антибактериальной защите являются мыши с нокаутом по UCP2. Показано, что в костном мозге таких мышей производится значительно больше мтАФК, а уровень продукции АТФ снижен [77]. Нокаут по UCP2 приводит к АФК-зависимой активации транскрипционного фактора NF-kB, повышенному синтезу провоспа-лительных цитокинов и хемокинов, что свидетельствует об общей активации иммунной системы в отсутствие инфекции [33]. Макрофаги таких мышей продуцируют значительно больше мтАФК и намного эффективней убивают Toxoplasma gondii [32]. У мышей UCP2-/- была также повышена выживаемость при заражении Listeria monocytogenes, что непосредственно связано с повышенным уровнем АФК [34].
Снижение продукции мтАФК ведёт к нарушению антимикробной защиты и элиминации патогенов. У макрофагов с нокдауном белков TRAF6 и ECSIT существенно снижено образование мтАФК и нарушен механизм элиминации S. typhimurium. Так, у мышей с дефектными TRAF6 и ECSIT было обнаружено в 2-3 раза больше сальмонелл в печени и селезёнке, чем у нормальных мышей. Гибель таких мышей была повышена [41]. Помимо микроорганизмов и их компонентов, индукторами образования мтАФК являются провоспали-тельные цитокины, синтезируемые при активации клеток. В макрофагах, активированных IFNy или TNF, повышено образование мтАФК, что усиливает их способность убивать внутриклеточные бактерии L. monocytogenes и M. tuberculosis [78, 79]. Однако при туберкулёзной инфекции повышенная бактерицидность макрофагов наблюдается только на первом этапе инфекционного процесса. Далее под действием TNF и при участии избыточных мтАФК происходит некроз макрофагов, выход микобактерий в среду и инфицирование окружающей ткани, что ведёт к осложнению инфекционного процесса [78].
стимуляторы синтеза митоАФК
Образование мтАФК можно регулировать с помощью эндогенных и экзогенных стимуляторов. Как отмечалось выше, основным местом образования АФК в митохондриях служат комплексы I и III электрон-транспортной цепи, однако в определённых условиях доминирующим источником мтАФК могут являться дегидрогеназные комплексы [1]. В част-
reviews
ности, к ним относятся альфа-кетоглутаратдегидрогеназа (2-oxoglutarate dehydrogenase) и пируватдегидрогеназа, основным компонентом которых служит дигидролипоамид-дегидрогеназа (DLDH). В митохондриях скелетных мышц в присутствии альфа-кетоглутарата или пирувата эти дегидро-геназы способны продуцировать в 8 и 4 раза больше АФК соответственно, чем комплекс I [80]. Дигидролипоамиддеги-дрогеназная активность многократно повышается в присутствии ионов аммония, что может обеспечить дополнительное усиление генерации АФК [1]. Максимальная продукция АФК в комплексе I достигается при обратном переносе электронов с убихинона на NAD+, однако скорость этого процесса ограничена из-за низкого содержания сукцината, который служит основным источником восстановления убихинона. Добавление экзогенного аналога сукцината, проникающего через мембрану клетки, вызывало повышение уровня АФК и продукции IL-1 b в макрофагах, способствуя активации М1 фенотипа [29]. Таким образом, изменяя метаболические пути, можно существенно повысить образование мтАФК и, следовательно, бактерицидные свойства нейтрофилов и моноцитов/макрофагов.
Экзогенные стимуляторы мтАФК могут иметь различные механизмы действия. Различные акцепторы электронов в дыхательной цепи могут окисляться кислородом с образованием АФК. Наиболее известным препаратом подобного типа является метиленовый синий (МС), относящийся к группе фенотиазинов. Так, МС является первым в истории синтетическим лекарственным средством, которое было создано в 1886 г П. Гутманом и П. Эрлихом для борьбы с малярией. В последнее время МС как средство борьбы с малярией и другими микробными инфекциями переживает второе рождение. Ещё одним примером действия фенотиазинов является стимуляция антимикробной защиты с помощью известного нейролептика, тиоридазина. Показано, что тиоридазин защищает мышей от инфекции S. enterica (Typhimurium), стимулируя их элиминацию в фаголизосомах макрофагов [81]. Кроме того, тиоридазин оказался эффективен при терапии устойчивых к антибиотикам миксоплазмозов и токсоплазмозов [82]. Сходным механизмом стимуляции мтАФК обладают Бриллиантовый зеленый и сходные красители группы триарилме-танов. Несмотря на известные бактерицидные свойства этих веществ, потенциал их действия как стимуляторов реакций врождённого иммунитета практически не исследован.
Иной подход к стимуляции мтАФК основан на изменениях процессов ионного транспорта. Показано, что активатор АТФ-чувствительных калиевых каналов в митохондриях эндотелия, известный вазодилатор диазоксид, существенно повышает образование мтАФК в этих клетках [55]. Диазоксид стимулирует экспрессию адгезионных молекул, P-селектина и ICAM-1, что усиливает роллинг и адгезию нейтрофилов [83]. Важную роль в активации нейтрофилов играет другой тип калиевых каналов, кальций-зависимые каналы низкой проводимости (SK-каналы). Известно, что активация этих каналов стимулирует нейтрофил-зависимую элиминацию различных патогенов [84]. Fay A.J. и соавт. [85] показали, что искусственный активатор SK-каналов 1-этил-2-бензимидазолин (1-EBIO) вызывает в нейтрофилах образование АФК, независимое от NADPH-оксидазы. Образование мтАФК, связанное с активацией SK-каналов (в частности, SK3-каналов), стимулирует НЕТоз нейтрофилов, который также не зависит от NADPH-оксидазы [65].
В последнее время всё более активно ведётся поиск и разработка препаратов, действие которых направлено на митохондрии. В качестве одной из основных задач рассматривается торможение продукции мтАФК или их нейтрализация с помощью митохондриально-направленных антиоксидантов. Предполагается, что такие препараты окажутся эффективны в борьбе с аутоиммунными заболеваниями и с избыточным воспалением при различных патологиях. В то же время, опи-
обзоры
МАКРОФАГИ
НЕЙТРОФИЛЫ
Роль митохондриальных активных форм кислорода в активации врождённого иммунитета.
санные выше стимуляторы продукции мтАФК, вероятно, в перспективе можно рассматривать как потенциальные активаторы бактерицидной активности нейтрофилов и моноцитов/макрофагов, повышающие антибактериальный иммунитет. Параллельно с этой потенциальной возможностью в настоящее время в клинической практике уже успешно используются стимуляторы мтАФК.
возможности применения стимуляторов мтАФК в клинической практике
Очевидно, что применение стимуляторов мтАФК целесообразно во всех случаях повышенной инфекционной заболеваемости, связанной с недостаточностью NADPH-оксидазы. Эта недостаточность может быть первичной и вторичной. Первичными являются дефекты, связанные с мутациями в генах, кодирующих компоненты NADPH-оксидазы (gp91phox, p22phox, p47phox, p67phox, Rac2), в результате которых практически не образуются АФК [86]. Наличие таких мутаций ведёт к развитию хронической гранулематозной болезни. Дети, больные ХГБ, с первых дней жизни страдают от рекуррентных бактериальных и грибковых инфекций [87]. Помимо повышенной инфекционной заболеваемости такие дети имеют склонность к аутовоспалительным и аутоиммунным процессам [88]. Генетический анализ нейтрофилов больных ХГБ выявил наличие конститутивно повышенной экспрессии генов, кодирующих медиаторы воспаления и рецепторы врождённого иммунитета [89]. С помощью антимикробных средств больные могут достичь зрелого возраста, но они продолжают страдать от образования гранулём в коже и уро-генитальном тракте, болезни Крона и других хронических воспалительных процессов [90].
Вторичные дефекты образования АФК не связанны с мутациями NADPH-оксидазы, а обусловлены нарушениями метаболических путей [91]. Дефекты фермента IRAK4, ранней ключевой киназы TLR/IL-1R/IL-18R сигнального пути, белка IkB, ингибитора транскрипционного фактора NF-kB, и белка NEMO, модулятора активности фактора NF-kB, вызывают снижение активности NADPH-оксидазы. Результатом этого является снижение образования АФК и повышение инфекционной заболеваемости с развитием ХГБ-подобного синдрома и склонности к аутовоспалительным процессам [92-94]. Серьёзные нарушения в работе NADPH-оксидазы и образовании АФК наблюдаются в результате дефекта глюкозо-6-
фосфат дегирогеназы, ключевого регуляторного фермента пентозофосфатного пути. У больных с этим дефектом развиваются рецидивирующие инфекции, напоминающие ХГБ [95].
Мы считаем, что во многих случаях повышенной инфекционной заболеваемости, связанной как с первичными, так и вторичными дефектами NADPH-оксидазы, целесообразным является применение препаратов, стимулирующих образование мтАФК. Нам представляется, что наиболее перспективными являются тиазолидиндионовые препараты (thiazolidinediones), являющиеся агонистами транскрипционного фактора PPARy (Peroxisome-Proliferator Activated Receptor у). Этот фактор является членом суперсемейства ядерных гормональных рецепторов, которые регулируют репродукцию, метаболизм, развитие и иммунный ответ [96, 97]. Рецептор PPARy выявляется во всех клетках иммунной системы, включая нейтрофилы и моноциты/макрофаги. Естественными агонистами рецептора PPARy являются про-стагландины (в частности, 15-дезокси-дельта 12, 14 проста-гландин J2). Синтетические агонисты PPARy, тиазолидин-дионы (циглитазон, росиглитазон, троглитазон, пиоглитазон) разрешены к медицинскому применению как антидиабетические препараты вследствие их способности повышать чувствительность клеток и тканей к инсулину [98].
Известно, что тиазолидиндионы стимулируют фагоцитоз и уменьшают в организме микробную нагрузку [99-101]. Оказалось, что это свойство связано со способностью тиазоли-диндионов стимулировать образование мтАФК. С помощью митохондриальных флуоресцентных красителей было показано, что пиоглитазон стимулирует образование АФК в митохондриях нейтрофилов и моноцитов мышей с нокаутом по основному компоненту NADPH-оксидазы (gp91-/-). Фагоциты мышей gp91-/-, получавших пиоглитазон, обладали способностью убивать Staphylococcus aureus в отличие от фагоцитов нелеченных мышей. Этот эффект зависел от фактора PPARy и отменялся под действием его ингибиторов. Интересно, что как в макрофагах, так и в нейтрофилах генерация мтАФК под действием пиоглитазона полностью подавлялась ротеноном и, следовательно, была связана с реакцией восстановления NAD+ в комплексе I дыхательной цепи [102]. Известно, что PPARy совместно с PGC-1a (PPARy coactivator-1a) стимулирует экспрессию митохондриальных белков и биогенез митохондрий. Однако усиленное образование мтАФК, скорее всего, не связано с этим эффектом. Более того, показано, что во многих случаях PGC-1a стимулирует экспрессию антиокси-дантных ферментов и ингибирует образование мтАФК. Этот эффект, возможно, лежит в основе противовоспалительного и антидиабетического действия тиазолидиндионов [103]. Механизм стимуляции образования АФК в митохондриях нейтрофилов и макрофагов под действием агонистов PPARy требует дальнейшего изучения.
Целесообразность применения тиазолидиндионовых препаратов при недостаточности генов ферментного комплекса NADPH-оксидазы связана с наличием у этих препаратов двух качеств. Наряду со способностью уменьшать в организме микробную нагрузку, тиазолидиндионы обладают антивоспалительными свойствами. Они подавляют продукцию таких LPS-индуцированных провоспалительных медиаторов как NO, цитокины и хемокины TNFa, ГЬ-ф, IL-6, IL-8, IL-12, CCL20, MCP-1, MIP-1a, а также ингибируют образование клеток Th1 и Th17. В то же время тиазолидиндионы повышают синтез антивоспалительного цитокина IL-10 [103, 104].
Показано, что пиоглитазон нормализует разрешение стерильного воспаления в мышиной модели ХГБ (нокаут гена gp91phox) [98]. По крайней мере отчасти этот эффект пиогли-тазона связан со стимуляцией эффероцитоза, фагоцитарного процесса уборки мёртвых клеток при участии макрофагов. Этот процесс существенно ослаблен как в модели ХГБ, так и у пациентов с этим заболеванием. Эксперименты на клетках
больных ХГБ, получавших пиоглитазон подтвердили стимуляцию эффероцитоза [105].
Таким образом, применение этих препаратов может иметь лечебный и профилактический эффект не только при первичном дефекте NADPH-оксидазы, но и при вторичной недостаточности этого фермента. Возможно, что это направление в терапии окажется главным при неудачных результатах генной терапии и поможет облегчить на определённых этапах жизнь детей, имеющих ХГБ или ХГБ-подобный синдром. Интересно, что первые клинические испытания пиоглитазо-на недавно были объявлены исследователями из университета г Фудан (КНР, Children's Hospital of Fudan University) и, предположительно, должны были начаться 1 сентября 2017 г. (NCT03080480 www.clinicaltrials.gov).
В то же время использование в терапевтических целях активаторов мтАФК имеет определённые ограничения, связанные с их токсическим действием на клетки иммунной системы и окружающие ткани. В связи с этим одним из направлений в лечебном использовании активаторов продукции мтАФК является разработка методов, направленных на ограничение их токсического действия на клетки хозяина с сохранением бактерицидного эффекта. Мы полагаем, что этот подход может существенно расширить возможности лечения ряда хронических инфекционно-воспалительных процессов.
Заключение
Представленные данные показывают, что мтАФК играют важную роль в процессах врождённого иммунитета. Повышение продукции мтАФК в фагоцитирующих нейтрофилах и моноцитах/макрофагах с помощью как эндогенных веществ, продуктов клеточного метаболизма, так и экзогенных веществ, известных лекарственных средств и иммуностимуляторов может быть использовано для усиления бактерицидного эффекта этих клеток и более эффективной элиминации возбудителя из организма. Применение стимуляторов образования мтАФК может использоваться для лечения и профилактики хронических инфекционно-воспалительных заболеваний, в основе которых лежит первичная или вторичная недостаточность NADPH-оксидазы.
Финансирование. Работа была поддержана грантами РФФИ № 16-04-01113 и РНФ № 16-15-10314.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
литература w
1. Гривенникова В.Г., Виноградов А.Д. Генерация активных форм кислорода митохондриями. Биохимия. 2013; 78: 1490-511. 59. Антоненко Ю.Н., Аветисян А.В., Бакеева Л.Е., Черняк Б.В., Чертков В.А., Домнина Л.В. и др. Производное пластохинона, адресованное в митохондрии, как средство, прерывающее программу старения 1. Катионные производные пластохинона: синтез и исследование in vitro.Биохимия. 2008; 73: 1589-606. 69. Воробьева Н.В., Пинегин Б.В. Нейтрофильные внеклеточные ловушки: механизмы образования, роль в норме и при патологии. Биохимия. 2014; 79: 1582-93.
references
1. Grivennikova V.G., Vinogradov A.D. Mitochondrial production of reactive oxygen species. Biokhimiya. (Mosc). 2013; 78, 1490—511. (in Russian)
2. Inoue M., Sato E.F., Nishikawa M., Park A.M., Kira Y., Imada I. et al. Mitochondrial generation of reactive oxygen species and its role in aerobic life. Curr. Med. Chem. 2003; 10: 2495-505.
3. Turrens, J.F. Mitochondrial formation of reactive oxygen species. J. Physiol. 2003; 552: 335-44.
4. Harman D. The free radical theory of aging, Antioxid. Redox Signal. 2003; 5: 557-61.
5. Huang T.T., Yasunami M., Carlson E.J., Gillespie A.M., Reaume A.G., Hoffman E.K. et al. Superoxide-mediated cytotoxicity in su-
reviews
peroxide dismutase-deficient fetal fibroblasts. Arch. Biochem. Biophys. 1997; 344: 424-32.
6. Sena L.A., Chandel N.S. Physiological roles of mitochondrial reactive oxygen species. Mol. Cell. 2012; 48: 158-67.
7. Mills E.L., Kelly B., O'Neill L.A. Mitochondria are the powerhouses of immunity. Nat. Immunol. 2017; 18: 488-98.
8. Mehta M.M., Weinberg S.E., Chandel N.S. Mitochondrial control of immunity: beyond ATP. Nat. Rev. Immunol. 2017; 17: 608-20.
9. Sandhir R., Halder A., Sunkaria A. Mitochondria as a centrally positioned hub in the innate immune response. Biochim. Biophys. Acta. 2017; 1863: 1090-97.
10. Vazquez C., Horner S.M. MAVS Coordination of Antiviral Innate Immunity. J. Virol. 2015; 89: 6974-7.
11 Kaminski M.M., Sauer S.W., Klemke C.D., Süss D., Okun J.G., Krammer P.H. et al. Mitochondrial reactive oxygen species control T cell activation by regulating IL-2 and IL-4 expression: mechanism of ciprofloxacin-mediated immunosuppression. J. Immunol. 2010; 184: 4827-41.
12. Wheeler M.L., Defranco A.L. Prolonged production of reactive oxygen species in response to B cell receptor stimulation promotes B cell activation and proliferation. J. Immunol. 2012; 189: 4405-16.
13. Lood C., Blanco L.P., Purmalek M.M., Carmona-Rivera C., De Ravin S.S., Smith C.K. et al. Neutrophil extracellular traps enriched in oxidized mitochondrial DNA are interferogenic and contribute to lupuslike disease. Nat. Med. 2016; 22: 146-53.
14. Pinegin B.V., Vorobjeva N.V., Pashenkov M.V., Chernyak B.V. The role of mitochondrial ROS in antibacterial immunity. J. Cell. Physiol. 2018; 233(4): in press.
15. Zhu J., Vinothkumar K.R., Hirst, J. Structure of mammalian respiratory complex I. Nature. 2016; 536: 354-8.
16. Koopman W.J., Nijtmans L.G., Dieteren C.E., Roestenberg P., Valsecchi F., Smeitink J.A. et al. Mammalian mitochondrial complex I: biogenesis, regulation, and reactive oxygen species generation. Antioxid. Redox Signal. 2010; 12: 1431-70.
17. Murphy M.P. How mitochondria produce reactive oxygen species. Biochem. J. 2009; 417: 1-13.
18. Vinogradov A.D., Grivennikova V.G. Oxidation of NADH and ROS production by respiratory complex I. Biochim. Biophys. Acta. 2016; 1857: 863-71.
19. Grivennikova V.G., Kozlovsky V.S., Vinogradov, A.D. Respiratory complex II: ROS production and the kinetics of ubiquinone reduction. Biochim. Biophys. Acta. 2017; 1858: 109-17.
20. Ksenzenko M., Konstantinov A.A., Khomutov G.B., Tikhonov A.N., Ruuge E.K. Effect of electron transfer inhibitors on superoxide generation in the cytochrome bc1 site of the mitochondrial respiratory chain. FEBS Lett. 1983; 155: 19-24.
21. Carelli V., La Morgia C., Valentino M.L., Barboni P., Ross-Cisneros F.N. Sadun, A.A. Retinal ganglion cell neurodegeneration in mito-chondrial inherited disorders. Biochim. Biophys. Acta. 2009; 1787: 518-28.
22. Hayashi G., Cortopassi G. Oxidative stress in inherited mitochondrial diseases. Free Radic. Biol. Med. 2015; 88 (Pt A): 10-7.
23. Dröse S., Stepanova A., Galkin A. Ischemic A/D transition of mitochondrial complex I and its role in ROS generation. Biochim. Biophys. Acta. 2016; 1857: 946-57.
24. Hwang M.S., Schwall C.T., Pazarentzos E., Datler C., Alder N.N., Grimm S. Mitochondrial Ca2+ influx targets cardiolipin to disintegrate respiratory chain complex II for cell death induction. Cell DeathDiffer. 2014; 21: 1733-45.
25. Dibrova D.V., Cherepanov D.A., Galperin M.Y., Skulachev V.P., Mulkidjanian A.Y. Evolution of cytochrome bc complexes: from membrane-anchored dehydrogenases of ancient bacteria to triggers of apoptosis in vertebrates. Biochim. Biophys. Acta. 2013; 1827: 1407-27.
26. Lenaz G., Tioli G., Falasca A.I., Genova, M.L. Complex I function in mitochondrial supercomplexes. Biochim. Biophys. Acta. 2016; 1857: 991-1000.
27. Lopez-Fabuel I., Le Douce J., Logan A., James A.M., Bonvento, G., Murphy M.P. et al. Complex I assembly into supercomplexes determines differential mitochondrial ROS production in neurons and astrocytes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2016; 113: 13063-8.
28. Tannahill G.M., Curtis A.M., Adamik J., Palsson-McDermott E.M., McGettrick A.F., Goel G. et al. Succinate is an inflammatory signal that induces IL-1ß through HIF-1a. Nature. 2013; 496: 238-42.
29. Mills E.L., Kelly B., Logan A., Costa A.S., Varma M., Bryant C.E.
обзоры
et al. Succinate Dehydrogenase Supports Metabolic Repurposing of Mitochondria to Drive Inflammatory Macrophages. Cell. 2016; 167: 457-70.
30. Vozza A., Parisi G., De Leonardis F., Lasorsa F.M., Castegna A., Amorese D. et al. UCP2 transports C4 metabolites out of mitochondria, regulating glucose and glutamine oxidation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014; 111: 960-5.
31. Mattiasson G., Sullivan P.G. The emerging functions of UCP2 in health, disease, and therapeutics. Antioxid. Redox Signal. 2006; 8: 1-38.
32. Arsenijevic D., Onuma H., Pecqueur C., Raimbault S., Manning B.S., Miroux B. et al. Disruption of the uncoupling protein-2 gene in mice reveals a role in immunity and reactive oxygen species production. Nat. Genet. 2000; 26: 435-9.
33. Bai Y., Onuma H., Bai X., Medvedev A.V., Misukonis M., Weinberg J.B. et al. Persistent nuclear factor-kappa B activation in Ucp2-/-mice leads to enhanced nitric oxide and inflammatory cytokine production. J. Biol. Chem. 2005; 280: 19062-9.
34. Rousset S., Emre Y., Join-Lambert O., Hurtaud C., Ricquier D., Cas-sard-Doulcier A.M. The uncoupling protein 2 modulates the cytokine balance in innate immunity. Cytokine. 2006; 35: 135-42.
35. Fivenson E.M., Lautrup S., Sun N., Scheibye-Knudsen M., Stevnsner T., Nilsen H., Bohr V.A. et al. Mitophagy in neurodegeneration and aging. Neurochem. Int. 2017; pii: S0197-0186(17)30095-30095.
36. Kulikov A.V., Luchkina E.A., Gogvadze V., Zhivotovsky B. Mitophagy: Link to cancer development and therapy. Biochem. Bio-phys. Res. Commun. 2017; 482: 432-9.
37. Lee H.T., Wu T.H., Lin C.S., Lee C.S., Wei Y.H., Tsai C.Y. et al. The pathogenesis of systemic lupus erythematosus - From the viewpoint of oxidative stress and mitochondrial dysfunction. Mitochondrion. 2016; 30: 1-7.
38. Sun K., Xu L., Jing Y., Han Z., Chen X., Cai C. et al. Autophagy-deficient Kupffer cells promote tumorigenesis by enhancing mtROS-NF-KB-IL1a/ß-dependent inflammation and fibrosis during the preneoplastic stage of hepatocarcinogenesis. Cancer Lett. 2017; 388: 198-207.
39. Geng J., Sun X., Wang P., Zhang S., Wang X., Wu H. et al. Kinases Mst1 and Mst2 positively regulate phagocytic induction of reactive oxygen species and bactericidal activity. Nat. Immunol. 2015; 16: 1142-52.
40. West A.P., Brodsky I.E., Rahner C., Woo D.K., Erdjument-Bromage H., Tempst P. et al. TLR signaling augments macrophage bactericidal activity through mitochondrial ROS. Nature. 2011; 472: 476-80.
41. West A.P., Shadel G.S., Ghosh S. Mitochondria in innate immune responses. Nat. Rev. Immunol. 2011; 11: 389-402.
42. West A.P., Shadel G.S. Mitochondrial DNA in innate immune responses and inflammatory pathology. Nat. Rev. Immunol. 2017; 17: 363-75.
43. Walsh M.C., Lee J., Choi Y. Tumor necrosis factor receptor-associated factor 6 (TRAF6) regulation of development, function, and ho-meostasis of the immune system. Immunol. Rev. 2015; 266: 72-92.
44. Kopp E., Medzhitov R., Carothers J., Xiao C, Douglas I., Janeway C.A. et al. ECSIT is an evolutionarily conserved intermediate in the Toll/IL-1 signal transduction pathway. Genes Dev. 1999; 13: 205971.
45. Vogel R.O., Janssen R.J., van den Brand M.A., Dieteren C.E., Ver-kaart S., Koopman W.J. et al. Cytosolic signaling protein Ecsit also localizes to mitochondria where it interacts with chaperone NDU-FAF1 and functions in complex I assembly. Genes Dev. 2007; 21: 615-24.
46. Heide H., Bleier L., Steger M., Ackermann J., Dröse S., Schwamb B. et al. Complexome profiling identifies TMEM126B as a component of the mitochondrial complex I assembly complex. Cell. Metab. 2012; 16: 538-49.
47. Mi Wi S., Park J., Shim J.H., Chun E., Lee K.Y. Ubiquitination of ECSIT is crucial for the activation of p65/p50 NF-kBs in Toll-like receptor 4 signaling. Mol. Biol. Cell. 2015; 26: 151-60.
48. Abdollahpour H., Appaswamy G., Kotlarz D., Diestelhorst J., Beier R., Schäffer A.A. et al. The phenotype of human STK4 deficiency. Blood. 2012; 119: 3450-7.
49. Horwitz M.A. Formation of a novel phagosome by the Legionnaires' disease bacterium (Legionella pneumophila) in human monocytes. J. Exp. Med. 1983; 158: 1319-31.
50. Chong A., Lima C.A., Allan D.S., Nasrallah G.K., Garduño R.A. The purified and recombinant Legionella pneumophila chaperonin alters
mitochondrial trafficking and microfilament organization. Infect. Immun. 2009; 77: 4724-39.
51. Dharmawardhane S., Bokoch G.M. Rho GTPases and leukocyte cy-toskeletal regulation. Curr. Opin. Hematol. 1997; 4: 12-8.
52. Williams D.A., Tao W., Yang F., Kim C., Gu Y., Mansfield P. et al. Dominant negative mutation of the hematopoietic-specific Rho GT-Pase, Rac2, is associated with a human phagocyte immunodeficiency. Blood. 2000; 96: 1646-54.
53. Brooks M.N., Rajaram M.V., Azad A.K., Amer A.O., Valdivia-Arenas M.A., Park J.H. et al. NOD2 controls the nature of the inflammatory response and subsequent fate of Mycobacterium tuberculosis and M. bovis BCG in human macrophages. Cell. Microbiol. 2011; 13: 402-18.
54. Maurya C.K., Arha D., Rai A.K., Kumar S.K., Pandey J., Avisetti D.R. et al. NOD2 activation induces oxidative stress contributing to mitochondrial dysfunction and insulin resistance in skeletal muscle cells. FreeRadic. Biol. Med. 2015; 89: 158-69.
55. Dikalov S. Crosstalk between mitochondria and NADPH oxidases. Free Radic. Biol. Med. 2011; 51: 1289-301.
56. Kröller-Schön S., Steven S., Kossmann S., Scholz A., Daub S., Oelze M. et al. Molecular mechanisms of the crosstalk between mitochondria and NADPH oxidase through reactive oxygen species-studies in white blood cells and in animal models. Antioxid. Redox Signal. 2014; 20: 247-66.
57. Vorobjeva N., Prikhodko A., Galkin I., Pletjushkina O., Zinovkin R., Sud'ina G. et al. Mitochondrial reactive oxygen species are involved in chemoattractant-induced oxidative burst and degranulation of human neutrophils in vitro. Eur. J. Cell Biol. 2017; 96: 254-65.
58. Antonenko Y.N., Roginsky V.A., Pashkovskaya A.A., Rokitskaya T.I., Kotova E.A., Zaspa A.A. et al. Protective effects of mitochondria-targeted antioxidant SkQ in aqueous and lipid membrane environments. J. Membr. Biol. 2008; 222: 141-9.
59. Antonenko Y.N., Avetisyan A.V., Bakeeva L.E., Chernyak B.V., Chertkov V.A., Domnina L.V. et al. Mitochondria-targeted plastoqui-none derivatives as tools to interrupt execution of the aging program. 1. Cationic plastoquinone derivatives: synthesis and in vitro studies. Biokhimiya. (Mosc). 2008; 73: 1589-606. (in Russian)
60. Pak V., Budikhina A., Pashenkov M., Pinegin, B. Neutrophil activity in chronic granulomatous disease. Adv. Exp. Med. Biol. 2007; 601: 69-74.
61. François S., El Benna J., Dang P.M., Pedruzzi E., Gougerot-Pocidalo M.A., Elbim C. Inhibition of neutrophil apoptosis by TLR agonists in whole blood: involvement of the phosphoinositide 3-kinase/Akt and NF-kappaB signaling pathways, leading to increased levels of Mcl-1, A1 and phosphorylated Bad. J. Immunol. 2005; 174: 3633-42.
62. Zinovkin R.A., Romaschenko V.P., Galkin 1.1., Zakharova V.V., Pletjushkina O.Y., Chernyak B.V. et al. Role of mitochondrial reactive oxygen species in age-related inflammatory activation of endothe-lium. Aging (Albany NY). 2014; 6: 661-74.
63. Fuchs T.A., Abed U., Goosmann C., Hurwitz R., Schulze I., Wahn V. et al. Novel cell death program leads to neutrophil extracellular traps. J. Cell Biol. 2007; 176: 231-41.
64. Brinkmann V., Reichard U., Goosmann C., Fauler B., Uhlemann Y., Weiss D.S. et al. Neutrophil extracellular traps kill bacteria. Science. 2004; 303: 1532-5.
65. Douda D.N., Khan M.A., Grasemann H., Palaniyar N. SK3 channel and mitochondrial ROS mediate NADPH oxidase-independent NETosis induced by calcium influx. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 2015; 112: 2817-22.
66. Wang Y.M., Li M., Stadler S., Correll S., Li P.X., Wang D.C. et al. Histone hypercitrullination mediates chromatin decondensation and neutrophil extracellular trap formation. J. Cell. Biol. 2009; 184: 205-13.
67. Papayannopoulos V., Metzler K.D., Hakkim A., Zychlinsky A. Neu-trophil elastase and myeloperoxidase regulate the formation of neu-trophil extracellular traps. J. Cell. Biol. 2010; 191: 677-91.
68. Pinegin B., Vorobjeva N., Pinegin, V. Neutrophil extracellular traps and their role in the development of chronic inflammation and auto-immunity. Autoimmun. Rev. 2015; 14: 633-40.
69. Vorobjeva N.V., Pinegin B.V. Neutrophil extracellular traps: mechanisms of formation and role in health and disease. Biokhimiya. (Mosc). 2014; 79: 1582-93. (in Russian)
70. Kirchner T., Möller S., Klinger M., Solbach W., Laskay T., Behnen M. The impact of various reactive oxygen species on the formation of neutrophil extracellular traps. Mediators Inflamm. 2012; 2012:
849136.
71. Vorobjeva N.V., Pinegin, B.V. Effects of the antioxidants Trolox, Tiron and Tempol on neutrophil extracellular trap formation. Immu-nobiology. 2016; 221: 208-19.
72. Xue J., Schmidt S.V., Sander J., Draffehn A., Krebs W., Quester I. et al. Transcriptome-based network analysis reveals a spectrum model of human macrophage activation. Immunity. 2014; 40: 274-88.
73. O'Neill L.A., Pearce E.J. Immunometabolism governs dendritic cell and macrophage function. J. Exp. Med. 2016; 213: 15-23.
74. Garaude J., Acín-Pérez R., Martínez-Cano S., Enamorado M., Ugo-lini M., Nistal-Villán E. et al. Mitochondrial respiratory-chain adaptations in macrophages contribute to antibacterial host defense. Nat. Immunol. 2016; 17: 1037-45.
75. Zhou R., Yazdi A.S., Menu P., Tschopp J. A role for mitochondria in NLRP3 inflammasome activation. Nature. 2011; 469: 221-5.
76. Zhou R., Tardivel A., Thorens B., Choi I., Tschopp J. Thioredoxin-interacting protein links oxidative stress to inflammasome activation. Nat. Immunol. 2009; 11: 136-40.
77. Kretzschmar C., Roolf C., Timmer K., Sekora A., Knübel G., Escobar H.M. et al. Uncoupling protein 2 deficiency results in higher neutrophil counts and lower B-cell counts during aging in mice. Exp. Hematol. 2016; 44: 1085-91.
78. Roca F.J., Ramakrishnan L. TNF dually mediates resistance and susceptibility to mycobacteria via mitochondrial reactive oxygen species. Cell. 2013; 153: 521-34.
79. Sonoda J., Laganiere J., Mehl I.R., Barish G.D., Chong L.W., Li X. et al. Nuclear receptor ERR alpha and coactivator PGC-1 beta are effectors of IFN-gamma-induced host defense. Genes Dev. 2007; 21: 1909-20.
80. Quinlan C.L., Goncalves R.L., Hey-Mogensen M., Yadava N., Bunik V.I., Brand M.D. et al. The 2-oxoacid dehydrogenase complexes in mitochondria can produce superoxide/hydrogen peroxide at much higher rates than complex I. J. Biol. Chem. 2014; 289: 8312-25.
81. Dasgupta A., Mukherjee S., Chaki S., Dastidar S.G., Hendricks O., Christensen J.B. et al. Thioridazine protects the mouse from a virulent infection by Salmonella enterica serovar Typhimurium 74. Int. J. Antimicrob. Agents. 2010; 35: 174-6.
82. Amaral L., Molnar J. Mechanisms by which thioridazine in combination with antibiotics cures extensively drug-resistant infections of pulmonary tuberculosis. In Vivo. 2014; 28: 267-71.
83. Dal-Secco D., Cunha T.M., Freitas A., Alves-Filho J.C., Souto F.O., Fukada S.Y. et al. Hydrogen sulfide augments neutrophil migration through enhancement of adhesion molecule expression and prevention of CXCR2 internalization: role of ATP-sensitive potassium channels. J. Immunol. 181; 4287-98.
84. Segal A.W. How neutrophils kill microbes. Ann. Rev. Immunol. 2005; 23: 197-223.
85. Fay A.J., Qian X., Jan Y.N., Jan L.Y. SK channels mediate NADPH oxidase-independent reactive oxygen species production and apopto-sis in granulocytes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006; 103: 17548-53.
86. Nauseef W.M. Biological roles for the NOX family NADPH oxidases. J. Biol. Chem. 2008; 283: 16961-5.
87. Roos D. Chronic granulomatous disease. Br. Med. Bull. 2016; 118: 50-63.
88. Holland S.M. Chronic granulomatous disease. Clin. Rev. Allergy Immunol. 2010; 38: 3-10.
89. Kobayashi S.D., Voyich J.M., Braughton K.R., Whitney A.R., Nauseef W.M., Malech H.L. et al. Gene expression profiling provides insight into the pathophysiology of chronic granulomatous disease. J. Immunol. 2004; 172: 636-43.
90. Rieber N., Hector A., Kuijpers T., Roos D., Hartl D. Current concepts of hyperinflammation in chronic granulomatous disease. Clin. Dev. Immunol. 2012; 2012: 252460.
91. de Oliveira-Junior E.B., Bustamante J., Newburger P.E., Condino-Neto A. The human NADPH oxidase: primary and secondary defects
reviews
impairing the respiratory burst function and the microbicidal ability of phagocytes. Scand. J. Immunol. 2011; 73: 420-7.
92. Ku C.L., von Bernuth H., Picard C., Zhang S.Y., Chang H.H., Yang K. et al. Selective predisposition to bacterial infections in IRAK-4-deficient children: IRAK-4-dependent TLRs are otherwise redundant in protective immunity. J. Exp. Med. 2007; 204: 2407-22.
93. Luengo-Blanco M., Prando C., Bustamante J., Aragao-Filho W.C., Pereira P.V., Rehder J. et al. Essential role of nuclear factor-kappaB for NADPH oxidase activity in normal and anhidrotic ectodermal dysplasia leukocytes. Blood. 2008; 112; 1453-60.
94. Nishikomori R., Akutagawa H., Maruyama K., Nakata-Hizume M., Ohmori K., Mizuno K. et al. X-linked ectodermal dysplasia and immunodeficiency caused by reversion mosaicism of NEMO reveals a critical role for NEMO in human T-cell development and/or survival. Blood. 2004; 103: 4565-72.
95. Roos D., van Zwieten R., Wijnen J.T., Gómez-Gallego F., de Boer M., Stevens D. et al. Molecular basis and enzymatic properties of glucose 6-phosphate dehydrogenase volendam, leading to chronic nonspherocytic anemia, granulocyte dysfunction, and increased susceptibility to infections. Blood. 1999; 94: 2955-62.
96. Feige J.N., Gelman L., Michalik L., Desvergne B., Wahli W. From molecular action to physiological outputs: peroxisome proliferator-activated receptors are nuclear receptors at the crossroads of key cellular functions. Prog. Lipid Res. 2006; 45: 120-59.
97. Kostadinova R., Wahli W., Michalik L. PPARs in diseases: control mechanisms of inflammation. Curr. Med. Chem. 2005; 12: 29953009.
98. Fernandez-Boyanapalli R., Frasch S.C., Riches D.W., Vandivier R.W., Henson P.M., Bratton D.L. PPARy activation normalizes resolution of acute sterile inflammation in murine chronic granulomatous disease. Blood. 2010; 116: 4512-22.
99. Aronoff D.M., Serezani C.H., Carstens J.K., Marshall T., Gangireddy S.R., Peters-Golden M. et al. Stimulatory Effects of Peroxisome Proliferator-Activated Receptor-gamma on Fcgamma Receptor-Mediated Phagocytosis by Alveolar Macrophages. PPAR Res. 2007; 2007: 52546.
100. Gautier E.L., Chow A., Spanbroek R., Marcelin G., Greter M., Jakubzick C. et al. Systemic analysis of PPARy in mouse macrophage populations reveals marked diversity in expression with critical roles in resolution of inflammation and airway immunity. J. Immunol. 2012; 189: 2614-24.
101. Kielian T., Syed M.M., Liu S., Phulwani N.K., Phillips N., Wagoner G. et al. The synthetic peroxisome proliferator-activated receptor-gamma agonist ciglitazone attenuates neuroinflammation and accelerates encapsulation in bacterial brain abscesses. J. Immunol. 2008; 180: 5004-16.
102. Fernandez-Boyanapalli R.F., Frasch S.C., Thomas S.M., Malcolm K.C., Nicks M., Harbeck R.J. et al. Pioglitazone restores phagocyte mitochondrial oxidants and bactericidal capacity in chronic granu-lomatous disease. J. Allergy Clin. Immunol. 2015; 135: 517-27.
103. Olefsky J.M., Glass C.K. Macrophages, inflammation, and insulin resistance. Annu. Rev. Physiol. 2010; 72: 219-46.
104. Qiu D., Li X.N. Pioglitazone inhibits the secretion of proinflam-matory cytokines and chemokines in astrocytes stimulated with li-popolysaccharide. Int. J. Clin. Pharmacol. Ther. 2015; 53: 746-52.
105. Fernandez-Boyanapalli R.F., Falcone E.L., Zerbe C.S., Marciano B.E., Frasch S.C., Henson P.M. et al. Impaired efferocytosis in human chronic granulomatous disease is reversed by pioglitazone treatment. J. Allergy Clin. Immunol. 2015; 136: 1399-401.
Поступила 06.12.18 Принята к печати -16.03.18
