CC BY
1201
УДК 616-002:576.353.4:612.017.1
РОЛЬ ЦИТОКИНОВ В РЕАЛИЗАЦИИ ВОСПАЛИТЕЛЬНОЙ РЕАКЦИИ
© 2008 г. В. И. Макарова, А. И. Макаров
Северный государственный медицинский университет, г. Архангельск
Иммунная система — это сложный многокомпонентный механизм, представляющий собой совокупность клеток, находящихся в разном морфофункциональном состоянии. Именно по этой причине она очень чувствительна к действию различных антропогенных и техногенных факторов, что и определяет на современном этапе рост заболеваний, обусловленных нарушением иммунологической реактивности. Предметом эколого-иммунологических исследований является изучение состояния иммунитета в различных условиях жизни человека [7]. Уникальность иммунной системы определяется ее функциональным многообразием, в том числе и многочисленными механизмами защиты.
В основе механизмов противоинфекционной защиты лежат сложные взаимоотношения организма хозяина и возбудителя. Полиморфизм и разнообразие факторов защиты определяют ее основные механизмы [8]. Защита организма от инфекции определяется следующими тремя ключевыми моментами, влияющими друг на друга и определяющими друг друга: естественная резистентность, ранний ответ и адаптивный, или приобретенный, иммунитет [17, 20, 21].
После проникновения микроба в организм защита определяется системой клеточных и гуморальных факторов естественной резистентности. В иммунном ответе все начинается и заканчивается фагоцитозом. Участие клеток первичного звена позволяет, по образному выражению
А. Н. Маянского, «выиграть время для адаптивной перестройки иммунитета» [14]. Тканевые макрофаги, поглотив микробы, активизируются и синтезируют цитокины, в частности фактор некроза опухоли а (ФНО-а) [20]. Макрофаг является уникальной клеткой не только потому, что поглощает микробы, но и потому, что продуцирует более 60 биологически активных аминов, являясь тем самым регулятором меж-системных, межклеточных и клеточно-матриксных взаимоотношений в очаге повреждения. Система фагоцитирующих мононуклеаров кроме агрессивной функции реализует и репаративную функцию, способствуя ограничению воспаления и отграничению очага воспаления [16].
Инициация и развитие иммунного ответа представляет собой результат серии межклеточных взаимоотношений, в которые вовлечены рецепторы иммунокомпентентных клеток, а также растворимые медиаторы иммунных реакций. В процессе развития иммунного ответа наблюдается изменение ряда мембранных рецепторов, секреции цитокинов и интерлейкинов (ИЛ), что указывает на функциональную активность моноцитов/макрофагов.
В процессе фагоцитоза происходит дегрануляция нейтрофилов с высвобождением лизосомальных ферментов, оказывающих повреждающее действие в зависимости от фермента. Нейтрофильные лейкоциты характеризуются наличием двух важных функций. Во-первых,
Приведены современные данные, дающие представление о роли цитокинов в реализации воспалительного ответа. Выделены ключевые механизмы воспалительного ответа, влияющие друг на друга: естественная резистентность, ранний ответ и адаптивный, или приобретенный, иммунитет. Рассмотрена роль про-воспалительных цитокинов в инициации иммунного ответа, взаимоотношение про- и противовоспалительных цитокинов, их участие в развитии системного воспалительного ответа.
Ключевые слова: воспаление, иммунитет, медиаторы воспаления, цитокины.
они поглощают и убивают бактерии. Во-вторых, они сами являются мощными продуцентами цитокинов ИЛ-1, ИЛ-8, ИЛ-12, ФНО-а, колониестимулирующего фактора (КСФ), интерферона-а (ИФН-а), тромбоцитактивирующего фактора, фактора роста фибробластов.
Еще один механизм противоинфекционной защиты, который представлен клеточным и гуморальным компонентами, — ранний индуцибельный ответ
— реализуется также до действия специфических факторов. Состав клеточных факторов аналогичен первой линии защиты, но клетки уже активированы микробным агентом и продуцируют ряд цитокинов (гуморальный компонент). Известно, что микробная ДНК индуцирует защитную реакцию, проявляющуюся усилением выработки молекул ИЛ-6, ИЛ-8 и Р-дефинзина-2 [29]. Под влиянием цитокинов печень вырабатывает белки острой фазы воспалительной реакции, которые вместе с цитокинами активируют и вовлекают в борьбу с возбудителем новые эшелоны клеток, прибывших в очаг воспаления. Образуется своего рода порочный круг.
действие цитокинов, образующихся на первом этапе антиинфекционной защиты, определяет дальнейшее развитие воспалительной реакции [18]. Иммунная система, как и любая другая система, управляется эндогенными механизмами саморегуляции с обратной связью [5, 7, 22]. В последние десятилетия среди различных эндогенных механизмов иммунорегуляции особое внимание привлекает цитокиновая сеть, которая обеспечивает взаимосвязи клеток, опосредуемые секретируемыми ими же молекулами. отличительной особенностью цитокинов является то, что каждый из них связывается только со своим специфическим рецептором на поверхности клетки. от рецептора по путям внутриклеточной трансдукции цитокиновый активизирующий сигнал передается к ядру клетки и реализуется индукцией какого-либо одного гена или группы генов. В ответ на введение отдельного цитокина наблюдается целый каскад эффектов, поскольку цитокин служит индуктором экспрессии каскада других цитокинов [13, 20, 23]. В условиях in vivo не может быть случаев изолированной активизации синтеза одного из цитокинов, поскольку цитокиновая регуляторная сеть включает различные стимулирующие и ингибирующие эффекты самих цитокинов, их рецепторов в пределах одного биологического ответа.
Синтез цитокинов в основном является индуцибель-ным. Способностью индуцировать экспрессию генов цитокинов могут обладать продукты деструкции клеток, компоненты комплемента, медиаторы липидной природы. Провоспалительные цитокины отличаются тем, что способны индуцировать экспрессию генов многих других цитокинов.
Ингибиторами экспрессии генов большинства цитокинов являются глюкокортикоидные гормоны, которые связываются со своими внутриклеточными
рецепторами, обладающими сродством с элементами в составе генов цитокинов, в том числе ИЛ-1, ИЛ-
2, ИЛ-3, ИЛ-6, ИЛ-8, интерферона-у (ИФН-у). Продукцию провоспалительных цитокинов угнетают противовоспалительные цитокины (ИЛ-4, ИЛ-10, ИЛ-13).
Регуляция активности секретируемых цитокинов может быть опосредована присутствующими в крови и в тканевых жидкостях макромолекулами, способными связывать цитокины. К ним относятся секретируе-мые формы специфических клеточных мембранных рецепторов для ФНО-а, ИЛ-1, ИЛ-2, ИФН-у. растворимые рецепторы могут служить пассивными переносчиками цитокинов, способствовать их ускоренной элиминации, но могут и продлевать период циркуляции цитокинов в крови, транспортируя их к месту биологической их необходимости.
Комплексы растворимых цитокиновых рецепторов с цитокинами могут вести себя как агонисты. Связываясь с рецепторами клетки, они запускают трансдукцию сигнальной цепи рецептора.
В цитокиновой регуляторной цепи одну из ключевых позиций занимают мононуклеары. они продуцируют и секретируют важнейшие цитокины и одновременно экспрессируют на клеточной мембране широкий спектр рецепторов для цитокинов. Благодаря этому макрофаги контролируют активность цитокиновой регуляторной цепи. С другой стороны, активность моноцитарной системы и ее пролиферативный уровень, вероятно, регулируется цитокинами. Продукция провоспалительных цитокинов относится к наиболее ранним событиям воспалительного процесса и иммунной реакции, ибо он не связан с необходимостью дифференцировки иммунокомпетентных клеток.
рассматривая роль провоспалительных цитокинов в инициации иммунного ответа, следует вспомнить о том, что местный эффект ФНО-а проявляется расширением сосудов, усилением местного кровотока, повышением проницаемости сосудов с выпотом компонентов системы комплемента, иммуноглобулинов. Одним из важнейших свойств ФНО-а является индукция экспрессии молекул адгезии на клетках эндотелия, связывающих гранулоциты, моноциты и лимфоциты с последующей их миграцией в место влияния антигена. Под влиянием провоспалительных цитокинов эндотелиальные клетки, гладкомышечные клетки и сами моноциты начинают продуцировать ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО-а и хемоаттрактанты для фагоцитов. Параллельно монокины индуцируют на эндотелии экспрессию молекул, запускающих процессы свертывания крови в капиллярах.
Наряду с местными эффектами провоспалитель-ные монокины вызывают ряд системных реакций. Они являются эндогенными пирогенами, обладают антитоксическим действием, индуцируют продукцию лейкоцитов в красном костном мозге и ускорение рекрутирования клеток в циркуляцию. Кроме того, ФНО-а, выступая в качестве синергиста ИЛ-3,
усиливает пролиферацию предшественников моноцитов, что приводит к повышению количества циркулирующих моноцитов. Провоспалительные цитокины, продуцируемые макрофагами, стимулируют продукцию факторов роста стромальными клетками костного мозга, фибробластами, эндотелиальными клетками и самими макрофагами. ФНО-а способен активировать клетки, изменяя их фенотип.
Другой системный эффект монокинов — индукция лейкоцитоза за счет усиления их продукции в костном мозге продуцируемыми активированными макрофагами факторов роста. При любом воспалительном процессе возникает необходимость в увеличенном количестве фагоцитирующих клеток. Такую компенсаторную гиперфункцию фактически обеспечивают провоспалительные цитокины.
Специализированным индуктором активизации макрофагов является ИФН-у, который индуцирует и стимулирует продукцию провоспалительных цитоки-нов, в том числе ФНО-а, экспрессию на мембранах антигенов гистосовместимости второго класса и резко усиливает эффекторные функции макрофагов, как антимикробную, так и противоопухолевую, за счет повышения продукции супероксидных радикалов. Усиление иммунного фагоцитоза под влиянием ИФН-у обусловлено усилением экспрессии Fc-рецептора IgG.
Биологические эффекты цитокинов дозозависимы. В адекватных концентрациях наблюдаются местные и общие стимулирующие эффекты. Уровень пролиферативного ответа, сопряженный с активностью продукции ИЛ-2, как правило, соответствует степени повреждения, неадекватное снижение активности пролиферации иммунокомпетентных клеток связывают с неблагоприятным исходом, а формирование анергии Т-клеток обычно приводит к летальным исходам [24].
Периферический и центральный пул цитокинов играют, вероятно, разную роль в развитии патологии. Так, в эксперименте показано, что активность периферического пула цитокинов предопределяет риск развития заболевания: при легком течении экспериментального аллергического энцефаломиелита на пике заболевания определялась менее выраженная экспрессия провоспалительных цитокинов ФНО-а или ИЛ-1Р, в тяжелых случаях наличие неврологической симптоматики сопровождалось экспрессией нескольких цитокинов [1].
ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО-а, ИЛ-8, ГМ-КСФ и другие цитокины, продуцируемые макрофагами в течение раннего индуцибельного ответа, являются провос-палительными цитокинами. Их действие полностью определяет развитие воспалительного процесса, развивающегося при внедрении микроба в макроорганизм [20, 25, 26]. Некоторые авторы [27] приводят конкретные примеры участия цитокинов в развитии воспаления: повышение температуры тела при инфекционных процессах — результат действия на центральную нервную систему ИЛ-1 и ИЛ-6;
синтез белков острой фазы — действие на клетки печени ИЛ-1 и ИЛ-6; развитие классических признаков воспаления (опухоль, покраснение, боль, жар)
— действие ФНО-а; лейкоцитоз в периферической крови — действие КСФ; миграция нейтрофилов и моноцитов в очаг воспаления — действие ИЛ-8.
Параллельно с ранним индуцибельным ответом начинает развиваться адаптивный иммунный ответ (собственно специфический иммунитет), представляющий заключительный и наиболее мощный эшелон защиты организма [20]. Он включает развитие протективного иммунитета, который формируется с развитием гуморального и клеточного иммунного ответа, и иммунологической памяти [6, 7, 28].
рассматривая воспаление как локальный процесс с его классическими клиническими признаками, следует отметить, что в ходе воспалительной реакции наступает период, когда некоторые виды цитокинов накапливаются в крови для реализации длиннодистантных эффектов [23]. Тогда при остром воспалении развиваются системные адаптационные изменения, которые можно рассматривать как синдром системного воспалительного ответа. Воздействие на организм любого по этиологии фактора повреждения приводит к выработке как гуморальных, так и гормональных субстанций, оказывающих повреждающие воздействия на органы и ткани [15, 18, 19].
Гуморальная составляющая включает в себя выброс медиаторов провоспалительной и антивоспалительной фазы различного химического строения и происхождения [7, 12]. По структуре и химическому происхождению медиаторы системной воспалительной реакции подразделяются на следующие группы: цитокины, плазматические энзимные факторы, медиаторы липидного происхождения, токсические продукты кислородного обмена, другие. Параллельно развивающиеся в ответ на системное повреждение реакции нейроэндокринного ответа приводят к выбросу в системный кровоток большого количества различных гормональных субстанций, обладающих разнообразными воздействиями на ткани и системы. Ключевые медиаторы, взаимодействуя друг с другом, создают гуморальный фон, определяющий клиническую картину системной воспалительной реакции. Однотипность клинических проявлений при системной воспалительной реакции определяется общими патогенетическими механизмами развития системного повреждения [3].
В последние годы достаточно активно изучаются механизмы запуска системной воспалительной реакции [2, 3, 4, 10].
В работах Д. А. Левита с соавт. [11, 12] представлены 5 стадий развития системной воспалительной реакции.
Первая стадия характеризуется продукцией про-воспалительных медиаторов, которые позволяют ограничить очаг повреждения, разрушить пораженные ткани, внедрившиеся микроорганизмы. К ним относят ФНО-а , ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-15 и др.
Компенсаторный выброс антивоспалительных субстанций (ИЛ-4, ИЛ-10, ИЛ-11, ИЛ-13 и др.) призван ограничить возможное повреждающее действие провоспалительных медиаторов.
Во вторую стадию происходит выброс малого количества медиаторов в системный кровоток, которые способны активизировать макрофаги, тромбоциты, продукцию гормона роста. Развивающаяся острофазовая реакция контролируется провоспалительными медиаторами и их эндогенными антагонистами, такими как антагонисты ИЛ-1, ИЛ-10, ИЛ-13, ФНО-а. За счет баланса между цитокинами создаются предпосылки для заживления ран, уничтожения патогенных микроорганизмов, поддержания гомеостаза. Первую и вторую стадии следует расценивать как нормальные физиологические механизмы регуляции взаимодействия человеческого организма с окружающей средой, позволяющие оптимально реагировать на разнообразные экзогенные и эндогенные повреждающие факторы и препятствовать развитию патологического процесса.
Третья стадия — это генерализация воспалительной реакции. В том случае, если регулирующие системы не способны поддерживать гомеостаз, деструктивные эффекты провоспалительных цитокинов и других медиаторов начинают доминировать над гуморальными и нейроэндокринными агентами провоспалительной фазы. Это приводит к формированию отдаленных очагов воспаления и развитию моно- и полиорганной дисфункции.
Четвертая стадия — развитие компенсаторной антивоспалительной реакции и «иммунного паралича». Обычно вслед за развитием системной реакции происходит выброс в системный кровоток каскадов антивоспалительных цитокинов. Наиболее активными являются ИЛ-4, ИЛ-10. Они подавляют секрецию макрофагами медиаторов провоспалительной фазы. Избыточная, вследствие грубой дисрегуляции, продукция медиаторов антивоспалительной фазы получила название «синдром компенсаторного анти-воспалительного ответа» (CARS-KABO). Основным признаком развития КАВО является снижение (менее 30 %) активности поверхностного комплекса рецепторов моноцитов HLA-DR и существенное снижение способности моноцитов продуцировать ФНО-а и ИЛ-6 в ответ на повреждение. Формирование данного синдрома приводит к развитию иммунодефицитного состояния, что сопровождается высокой вероятностью прогрессирования инфекционного процесса или возникновения тяжелой суперинфекции [9, 10, 11, 12].
Пятая и финальная стадия — это стадия полиор-ганного повреждения. Основной характеристикой данной фазы следует считать так называемый синдром «иммунного диссонанса», характеризующийся абсолютным дисбалансом во всех звеньях иммунного ответа организма, существенно повышающим вероятность неблагоприятного исхода.
Однако, как указывают Д. А. Левит с соавт. [11], существующие в настоящее время критерии SIRS/
ССВР далеко не в полной мере характеризуют системность воспалительной реакции. Более перспективным является определение уровня цитокинов как про-, так и противовоспалительного характера. Но несмотря на очевидную диагностическую ценность этих тестов и апробированные лабораторные методики, они пока еще не нашли широкого применения в клинической практике.
Список литературы
1. Абдурасулова И. Н. Периферический и центральный пул цитокинов играют разную роль в развитии экспериментального аллергического энцефаломиелита / И. Н. Абдурасулова, Ю. Л. Житнухин, В. М. Клименко // 2-й Всемирный конгресс по иммунопатологии и аллергии.
- М., 2004. - С. 205-206.
2. Авдеева М. Г. Молекулярные механизмы развития инфекционного процесса / М. Г. Авдеева, В. В. Лебедев, М. Г. Шубич // Клиническая лабораторная диагностика.
- 2007. - № 4. - С. 15-22.
3. Авдеева М. Г. Патогенетические механизмы инициации синдрома системного воспалительного ответа / М. Г. Авдеева, М. Г. Шубич // Там же. - 2003. - № 6.
- С. 3-9.
4. Белобородова Н. В. Иммунологические аспекты послеоперационного сепсиса / Н. В. Белобородова, Н. Е. Бачинская // Анестезиология и реаниматология.
- 2000. - № 1. - С. 59-66.
5. Василенко А. М. Цитокины в сочетанной регуляции боли и иммунитета / А. М. Василенко, Л. А. Захарова // Успехи современной биологии. - 2000. - Т. 120, № 2.
- С. 174-189.
6. Добродеева Л. К. Иммунологическая реактивность, состояние здоровья населения Архангельской области / Л. К. Добродеева, Л. П. Жилина. - Екатеринбург : УрО РАН, 2004. - 230 с.
7. Добродеева Л. К. Состояние иммунной системы у лиц, проживающих на Севере в зонах различной степени экстремальности / Л. К. Добродеева, Л. В. Сенькова, Е. В. Типисова и др. // Иммунология, 2004. - Т. 25, № 5. - С. 299-301.
8. Железникова Г. Ф. Инфекция и иммунитет: стратегии обеих сторон / Г. Ф. Железникова // Медицинская иммунология. - 2006. - Т. 8, № 5-6. - С. 597-614.
9. Иммунодефицитное состояние / под ред.
В. С. Смирнова, И. С. Фрейдлин. - СПб. : Фолиант, 2000. - 557 с.
10. Козлов Ю. А. Роль иммуномодуляторов в комплексной терапии вторичной иммунологической недостаточности у военнослужащих при гнойно-раневой инфекции / Ю. А. Козлов // Физиология человека. - 2003. -№ 3. - С. 13-19.
11. Левит Д. А. Особенности развития острофазного ответа и цитокинемии при системной воспалительной реакции инфекционного и неинфекционного генеза / Д. А. Левит, И. Н. Лейдерман, Е. Ю. Гусев, А. Л. Левит // Инфекции в хирургии. - 2007. - № 1. - С. 33-37.
12. Левит Д. А. Острое катаболическое состояние при синдроме системного воспалительного ответа различной этиологии. Попытка клинического анализа / Д. А. Левит, И. Н. Лейдерман // Вестник интенсивной терапии. - 2006.
- № 2. - С. 9-14.
13. Лысикова М. Механизмы воспалительной реакции и воздействие на них с помощью протеолитических энзимов
/ М. Лысикова, М. Вальд, З. Масиновски // Цитокины и воспаление. — 2004. — Т. 3, № 3. — С. 48—53.
14. Маянский А. Н. НАДФН-оксидаза нейтрофилов: активация и регуляция / А. Н. Маянский // Там же. — 2007.
- Т. 6, № 3. - С. 3-13.
15. Останин А. А. Цитокин-опосредованные механизмы развития системной иммуносупрессии у больных с гнойно-хирургической патологией / А. А. Останин, О. Ю. Леплина, М. А. Тихонова // Там же. — 2002.
- № 1. - С. 38-45.
16. Пауков В. С. Роль макрофагов в патогенезе ограниченного воспаления / В. С. Пауков, С. А. Даабуль, Н. Ю. Беляева // Архив патологии. - 2005. - Т. 67, № 4. - С. 3-10.
17. Петров Р. В. Основы иммунитета и иммунная биотехнология / Р. В. Петров, Р. М. Хаитов // Вестник РАМН. - 2000. - № 11. - С. 18-21.
18. Сидоренко С. В. Инфекционный процесс как «диалог» между хозяином и паразитом / С. В. Сидоренко // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. - 2001. - Т. 3. - № 4. - С. 301-315.
19. Симбирцев А. С. Цитокины - новая система регуляции защитных реакций организма / А. С. Симбирцев // Цитокины и воспаление. - 2002. - Т. 1, № 1. -С. 9-16.
20. Хаитов Р. М. Основные принципы иммуномодулирующей терапии / Р. М. Хаитов, Б. В. Пинегин // Аллергия, астма и клиническая иммунология. - 2000.
- № 1. - С. 9-16.
21. Хаитов Р. М. Физиология иммунной системы / Р. М. Хаитов // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. - 2000. - Т. 86, № 3. - С. 252-267.
22 Черешнев В. А. Физиология иммунной системы и экология / В. А. Черешнев, Н. Н. Кеворков, Б. А. Бахметьев, С. В. Ширшев // Аллергия, астма и клиническая иммунология. - 2000. - № 8. - С. 21-27.
23. Черешнев В. Ж. Способ определения интегрального индекса развития системной воспалительной реакции при критических состояниях человека / В. Ж. Черешнев, Е. Ю. Гусев, Л. Н. Юрченко, Н. В. Зотова. - Приоритет № 2005108368 от 24.03.2005 г.
24. Черных Е. Р. Феномен Т-клеточной анергии при хирургическом сепсисе / Е. Р. Черных, О. Ю. Леплина, М. А. Тихонова и др. // Медицинская иммунология. - 2003.
- № 5-6. - С. 529-538.
25. Becker T. C. Bone marrow is a preferred site for homeostatic proliferation of memory CD8 T cells / T. C. Becker,
S. M. Coley, E. J. Wherry, R. Ahmed // J. Immunol. - 2005.
- Vol. 174. - P. 1269-1273.
26. Bianchi Т. С Myc. acts downstream of IL-15 in the regulation of memory-CD8 T cell homeostasis / Т. Bianchi,
S. Gasser, A. Trump, R. MacDonald // Blood. - 2006. -N 9. - Р. 3851.
27. Davey G. M. SOCS-1 regulates IL-15-driven homeostatic proliferation of antigen-naive CD8T cells, limiting their autoimmune potential / G. M. Davey, R. Starr, A. L. Cornish et al. // J. Exp. Med. - 2005. - Vol. 202, N 9. - P. 1099-1 108.
28. Dummer W. Autologous regulation of naive T cell homeostasis with in the T cell compartment / W. Dummer, В. Ernst, E. LeRoy et al. // J. Immunol. - 2001. -Vol. 166. - P. 2460-2468.
29. Platz J. Microbial DNA induces a host deferense reaction of human respiratory epithelial cells / J. Platz,
С. Beisswenger // Ibid. - 2004. - Vol. 173, N 2. - P. 1219-1223.
ROLE OF CYTOKINES IN REALIZATION OF INFLAMMATORY REACTION
V. I. Makarova, А. I. Makarov
Northern State Medical University, Arkhangelsk
The present-day data giving an idea of the role of cytokines in realization of inflammatory response have been cited. The key mechanisms of the inflammatory response affecting each other have been singled out: natural resistance, early response and adaptive or acquired immunity. The role of proinflammatory cytokines in initiation of the immune response, interrelation of pro- and anti-inflammatory cytokines, their participation in development of the system inflammatory response have been considered.
Key words: inflammation, immunity, mediators of inflammation, cytokines.
Контактная информация:
Макарова Валерия Ивановна — доктор медицинских наук, профессор, зав. кафедрой педиатрии и пропедевтики детских болезней Северного государственного медицинского университета, г. Архангельск
Тел. (8182) 20-90-11; e-mail: [email protected]
Статья поступила 11.02.2008 г.
