CC BY
42
УДК 615.281.8
Маслянко Р.П., д.б.н., професор Падовський А.1., к.вет.н., доцент, [email protected] Флюнт Р.Б., к.вет.н., в.о. доцента Шекель В.Ф., к.вет.н., ст. викладач © Лье1еський нацюнальний утеерситет еетеринарног медицины та бютехнологт
iмет С.З.Гжицького
СИСТЕМА 1НТЕРФЕРОНУ I ÍÍ РОЛЬ У ЗАХИСНИХ ФУНКЦ1ЯХ ОРГАН1ЗМУ
Висетлено сучаст уяелення про ттерферон як систему захисних факторiе людини i теарин, його характеристику та мехатзми ттерфероногенезу. Охарактеризовано протитфекцтт, iмуномодульоеанi антипролiфератиенi ефекти ттерферону.
Ключоei слова, ттерферон, iмунiтет, модулящя, ттерфероногенез.
Гуманна та ветеринарна медицина знае немало випадюв, коли детальному вивченню певного явища чи об'екту передувало втшення його в практику. Наглядним прикладом може служити наукова розробка гешальним Пастером у 1885 р. антирабiчноi вакцини та ii устшне впровадження в той перюд, коли про вiруси, як оргашзм^ вщмшш вiд шших вiдомих мiкробiв, що викликають заразш хвороби, ще нiчого не знали.
Вперше iнтерференцiю вiрусiв було вщкрито на початку становлення вiрусологii як науки, у 20-30-х роках минулого стол^тя, коли почалася iнтенсивна розробка способiв видiлення, культивування та щентифжацп вiрусiв i створення експериментальних моделей вiрусних iнфекцiй. На той час суть штерференци уявлялася як неможливють репродукцп вiрусiв в системi, в якш попередньо вiдбувалась репродукцiя шшого вiрусу.
Нам не вдалося точно встановити, кому саме належить авторство термiну мiнтерференцiям. Мабуть, це слово походить вщ перекладу поняття латинського префжсу inter - помiж та ferens - той, що несе або ferio - б'е, вражае. Крiм того, вважаеться, що вш був запозичений з фiзики, за аналопею з iнтерференцiею хвиль. Взагалi з англiйськоi interferense - це втручання, перешкода.
Тим не менше, проаналiзованi результати вивчення iнтерференцii за попередш десятки рокiв дозволили Айзексону i Лiнденману (Isuakcs А., lindenman J., 1957) встановити, що кл^ини, iнфiкованi вiрусом грипу, починають перешкоджати репродукцп вiрусiв. Було вiдмiчено, що цей бшок вiдрiзняеться специфiчнiстю - дiе лише в межах одного виду або в культурах кл^ин одного видового походження та мае широкий спектр противiрусноi дп. Невдовзi були встановленi основнi характеристики штерферуючих бiлкiв, якi отримали назву штерферони (1ФН) [28, 16, 17], а також вщпрацьоваш методи 1х одержання, очистки та концентрацп [6, 7, 12]. Виявилось, що 1ФН вщзначаються високою бiологiчною активнiстю. Вiдразу виникла iдея 1х
© Маслянко Р.П., Падовський А.1., Флюнт Р.Б., Шекель В.Ф., 2010
108
широкого застосування для профшактики вiрусних i не тшьки вiрусних хвороб, 1х профiлактики та л^вання. Це дозволило вже у 70-х роках минулого столiття застосувати лейкоцитарний 1ФН людини як противiрусний препарат. Пiзнiше його застосували у ветеринарнш практицi [26, 32]. Наприюнщ минулого столiття було налагоджено виробництво 1ФН на основi методiв «генно! шженери», де продуцентом 1ФН виступали не лейкоцитарнi культури, а бактери або дрiжджi.
Тип продукуючого 1ФН залежить вiд клiтин господаря, а не вщ вiрусу. Для синтезу 1ФН необхiдне утворення ДНК-залежно! РНК, яка завершуеться протягом 2-4 год. тсля введення в культуру тканин вiрусу, живого або iнактивованого ультрафюлетовим опромiненням. Синтез 1ФН вiдбуваеться зi швидкiстю до 40 год. тсля зараження, вщтак швидкiсть його репродукцп знижуеться; синтез вже не можна рестимулювати додатковим введенням iндуктора штерфероноутворення у зв'язку з виснаженням первинного стимулу. Утворення 1ФН пригнiчуеться дiею Х-променiв, температури, ультразвуку.
1ФН утворюеться при введеннi будь-якого вiрусу, а також пригшчуе розвиток будь-якого вiрусу. РНК-залежнi вiруси викликають продукцiю 1ФН клiтинами ранiше та в бшьших кiлькостях, нiж ДНК-залежнi вiруси; останш й бiльш чутливi до 1ФН.
Ступiнь нагромадження 1ФН у заражених клiтинах залежить вiд температури розвитку вiрусу-iндикатора, перiоду реплжаци його нуклешово! кислоти, iнтенсивностi зараження, виду тканин i !х фiзiологiчного стану. Чим вища температура, тим менше вш продукуе 1ФН i менш чутливий до нього. Очевидно, всi соматичш клiтини здатнi продукувати 1ФН, проте найбшьш активними е тканина селезшки та лейкоцити. 1ФН можна розглядати як важливий противiрусний антибiотик широкого спектру ди.
В даний час питання про механiзми дп 1ФН i тим бiльше, шщацл штерфероногенезу залишаеться вiдкритим. У загальних рисах було зрозумшо, що 1ФН якимось чином пригшчуе транслящю вiрусних бшюв на рiвнi транскрипци. Слiд тдкреслити, що досi залишаеться неоднозначнiсть мiж розумiнням бюлопчно1 сутi iнтерфероногенезу та застосуванням 1ФН-терапп, що не сприяе рацiональному використанню цих високоактивних препараив i тому мета ще1 нашо1 роботи - висвiтлення сучасних уявлень про штерфероногенез та механiзм ди 1ФН.
Перш за все слщ вiдмiтити, що природа гомеостазу людини i тварин полягае у збереженш бiологiчноl постiйностi протягом життя. Першою системою гомеостазу в процесi еволюци став генетичний код, який започаткував бiологiчну еру на нашiй планета Однак, коли у прокарiотiв геном досяг розмiру 10,6 КДа, його величина стала на завадi правильноси зчитування матричного синтезу ДНК, якщо врахувати, що помилки вiдбуваються 1 раз на 10 КДа нуклеотидного ланцюга ДНК. У еукарiотiв геном вирк до 10,9 КДа, в результат створилась роздiлена, але взаемозалежна система - ядро (хромосоми) - рибосоми. Лопчно припускати, що складна система контролю за синтезом матричних ДНК не розвинулася для кл^инних РНК, розмiр яких не перевищуе 10,4 КДа, тобто критично1 довжини, коли помилки зчитування
109
незворотш. Матричний синтез дозволив виршити проблему спадковост i в той же час не припинив дорогу мутащям як головному фактору еволюци. Попри iншi мутагенш (еволюцiйнi) фактори, наприклад, симбiоз, хiмiчнi та радiацiйнi впливи, чiльне мюце, як це показали дослiдження останшх десятилiть, безперечно належить вiрусам, як найбшьш унiверсальному засобу перенесення та амплiфiкацil генiв в iнший геном. Адже у бактерiй геном майже на 30 вщсотюв складаеться iз моза1ки генiв вiрусного походження, а у хребетних вважаеться, що майже половина геному - це гени вiрусного походження та модифжоваш гетерогеннi гени. У вищих хребетних тварин (ссавщв) процес еволюци за сво1ми результатами виявився найусшшшшим, що, в свою чергу, вимагало створення досконалих систем гомеостазу, чого не спостер^алось у безхребетних тварин [4, 31] .
Очевидно, найяскравшим i до певно1 мiри вивченим феноменом е iмунна система (1С). Оскiльки мутаци гешв реалiзуються змiною кодованих ними бшюв, то й функцiею iмунноl системи е пщтримання бiлкового та кл^инного гомеостазу. Не дивно, що вивчення патогенезу шфекцшних хвороб i стшкост до них пiсля перенесення шфекци чи активно1 iмуностимуляцil стали вщправним пунктом i нарiжним каменем у вивченш системи iмунiтету. Адже патогенш мiкроорганiзми обов'язково через сво1 бiлковi молекули (антигени) викликають iмуннi реакци. Пiзнiше прийшло розумiння патогенезу автоiмунних захворювань, алергiчних станiв i онтогенезу як процеав, тiсно зв'язаних з iмунною недостатнiстю.
Проте до компетенци iмунноl системи не може входити аспект пщтримання постшност геному i контролю за передачею генетично1 шформацп за класичною схемою: один ген - один бшок, адже И дiя обмежуеться кiнцевим результатом - елiмiнацiею клiтин зi змiненою мембраною чи нейтралiзацiею мiкроорганiзмiв i вшьних бiлкiв (екзо- i ендотоксинiв, продукив зруйнованих тканин тощо).
Таким чином, в процес еволюци необхiдно було створити ефективну систему лжвщаци порушень у передачi генетично1 iнформацil на рiвнi транскрипци та трансляцil. Такi ефекти, поза сумшвом, належать 1ФН.
Для подальшого розгляду цього питання слiд зупинитися на деяких аспектах стосовно ролi 1ФН. За сучасними даними 1ФН розглядаються як сигнальнi бiлки, що блокують транскрипцiю-трансляцiю внаслiдок iнiцiацil !х синтезу в клiтинах, де вщбулося порушення в передачi генетично1 шформаци. Ця система багатокомпонентна i И контроль охоплюе увесь процес.
Численш дослiдження iнтерференцil останнiх десятирiч дозволили перейти вщ уявлень про 1ФН як iнгiбiтора репродукцil вiрусiв до формулювання теоретичних положень про систему 1ФН [21, 22, 31].
Останшм часом тривають дискусil вiдносно специфiчностi системи 1ФН. Виходячи з аналогш iз iмунною системою: один антиген - вщповщне антитiло або Т^мфоцит (незалежно вiд !х походження - гомогенш чи гетерогеннi) нейтралiзують антигени. 1ФН-система не е специфiчною, оскшьки вона не розрiзняе, що саме спричинило порушення транскрипцil-трансляцil. Отже, можна бачити, що специфiчнiсть системи 1ФН, будучи принципово вiдмiнною
110
вщ специфiчноl iмунноl системи, все ж залишаеться найважлившою И особливютю. З цього випливае й шший аргумент щодо специфiчностi - за бiологiчними ефектами можлива лише видова IФН-резистентнiсть. Адже система 1ФН за сво1ми механiзмом ди здатна контролювати синтез лише власних нуклешових кислот i, як наслщок, синтез власних бiлкiв [9, 19, 20].
Якщо розглядати специфiчний захист оргашзму як одне цiле, то напрошуеться висновок про невiддiльнiсть iмунноl та штерфероново1 систем. Можна вважати, що 1ФН е складова iмунноl системи в цiлому. Тому цшком обгрунтованим видаеться об'еднання цих систем в едину систему специфiчноl резистентност органiзму людини чи тварин, яш, попри рiзницю в механiзмах ди, мають подiбну кiнцеву мету [18, 21].
Що стосуеться клмчних аспекив, то вже на початкових етапах вивчення явищ штерференцп було встановлено, що вiруси значно вiдрiзняються за ступенем iнтерфероногенностi i репродукцiя внесеного в систему наступного вiрусу також може супроводжуватися значними коливаннями, вщ повного унеможливлення репродукцп до утворення повноцшних вiрiонiв [22, 27]. Навт деякi штами вiрусу в межах одного виду вiдрiзняються за цими двома параметрами i комбiнацiя - штерферуючий вiрус та блокований вiрус, вповнi не передбачувана. Очевидно, що штерфероногенш властивостi вiрусiв не е абсолютними, це залежить вiд основно! !х бюлопчно1 природи та патогенних властивостей [2, 4]. Патогенез вiрусних шфекцш е прямим свiдченням штерфероногенних та iмунних реакцiй. Умовно вiруснi шфекцп за цими параметрами можна подшити на 3 групи.
Перша - це шфекци з ефективним штерфероногенезом (збудники РНК-вмiснi). Особливост патогенезу свiдчать, що блокування 1ФН репродукцп вiрусiв е швидким i ефективним, передуе iмуннiй вiдповiдi.
До друго1 групи вiдносять шфекци, спричинеш, передусiм, ДНК-вмiсними вiрусами, для яких характерною рисою е здатшсть до персистенци, хрошзацп, загострень у випадках стресових ситуацiй [6, 12].
Третя група - це шфекци з високою летальшстю, важким i не прогнозованим перебiгом, спричиненi найчастше арбовiрусами або близькими до них за вiрусологiчними параметрами збудниками (сказ, енцефал^, арбовiруснi геморагiчнi гарячки).
Ми не претендуемо на всеохоплюючу класифжащю вiрусних iнфекцiй за ознакою ефективност системи 1ФН. Проте, викладенi в цих коротких тезах патогенетичш вщмшност вiрусних iнфекцiй свiдчать не лише на користь головного - системи 1ФН, це система контролю передачi генетично1 шформаци та блокування порушень цього процесу. Факт iснування онкозахворювань i летальних вiрусних iнфекцiй лише свщчать, що можливостi системи 1ФН, И ефективнiсть не можна абсолютизувати, так само, як й систему iмунiтету.
Що стосуеться мехашзму штерфероногенезу, то сьогоднi вiдомо бiля 30 гешв 1ФН у людини, але лише бiля 15 з них мають самостшне значення. Вважають, що гени 1ФН локалiзуються в 13-ш хромосомi (1ФН-а), 9-iй (1ФН-Р) i 12-iй (1ФН-у), однак найiмовiрнiше, що головна локалiзацiя 1ФН-саме 9-а хромосома [11, 15].
111
З мехашзмом штерфероногенезу юнуе бшьше теоретичних припущень, шж встановлених фактiв. В останне десятирiччя в циклi робiт Fire, Mello (Нобелiвська премiя за 2006 р.) показано, що невiдповiдна двониткова РНК е пусковим фактором супреси гена у гомолопчно-залежний спосiб. Цей процес отримав назву РНК- штерференци.
Вщкриття, що клiтини мають спецiальний мехашзм супреси гомологiчних генiв шляхом вщстежування двониткових РНК, значно розширило знання про управлiння генами. Важливо, що мехашзм штерференци спрацьовуе як у випадку екзогенно!, так i ендогенно! двонитково! РНК, не властивих цш клiтинi. Встановлено, що механiзм РНК-штерференцп найчастiше проявляеться у випадках шф^вання РНК-вмiсними вiрусами.
Суть механiзму, у загальних рисах, полягае в тому, що РНК (messenger RNA) мае не тшьки шформацшну (ДНК>РНК>бiлок), але й контролюючу функцiю. Якщо на рибосомi знаходиться не гомологiчна РНК, то спостер^аеться тригерний ефект - вщбуваеться деградацiя РНК з негомолопчною послiдовнiстю нуклеотидiв, а РНК розпадаеться на так званi мiкро-РНК, яю блокують гени [21].
Що ж до характеристики штерферошв i мехашзму !х ди, то вiдомо декшька десяткiв 1ФН, якi подiляють на три класи - а, ß, у. Питання про мож-ливють 1ФН, гени яких знаходяться навт у рiзних хромосомах, можна порiв-няти з класами iмуноглобулiнiв (G, А, М) у сшьськогосподарських тварин [26].
Кожен ген, що кодуе РНК, складаеться iз 494-498 пар нуклеотидiв, якi детермiнують послiдовнiсть 165-166 амшокислот. Отже, 1ФН е скорше полiпептидом, а не бiлком, що пояснюеться його стiйкiстю та ефектившстю очистки.
У загальних рисах дiя 1ФН полягае в i^^^i! iнiцiюючих факторiв трансляцп. Вибiркове пригнiчення трансляцп в час репродукцп вiрусу можна пояснити або бшьшою чутливiстю вiрусноl трансляцп, або виключенням трансляцп в кл^иш, до яко! приеднався 1ФН.
Важливою частиною ефектiв 1ФН е !х взаемодiя з iмунною системою. 1ФН посилюе експресiю антигенiв МНС (головного комплексу пстосумюноси) i, таким чином, активуе Т^мфоцити. Одним iз факторiв стимуляцн В-лiмфоцитiв Т-клiтинами виступае IФН-ß2 (IL-6). В активацн макрофапв, основних антигенопрезентуючих клiтин бере участь 1ФН-у [18-20, 28]. У той же час, 1ФН-а здатний продукувати практично усi iмунокомпетентнi клiтини. ЮН-ß синтезуеться клiтинами епiтелiального та фiбробластного типу. 1ФН-а i IФН-ß вщзначаються вираженим противiрусним ефектом [15, 24], тодi як 1ФН-у вiдповiдае за iмуномодулюючi властивостi, характернi для цитоюшв [24].
Досвiд застосування 1ФН або !х iндукторiв у лiкуваннi людини чи тварин з рiзними патолопями свiдчить про можливiсть виникнення побiчних ускладнень. Тому призначення високоактивних 1ФН-препараив у великих дозах, якi виступають як потужнi iмуномодулятори, вимагае зваженого пщходу i в цьому вщношенш фундаментальнi знання про систему 1ФН е надзвичайно необхiднi для науковщв i клiнiцистiв гуманно! та ветеринарно! медицини.
112
Л1тература
1. Деев В.В. 1ндуктори штерферону // Лаб. дiагностика. - 2005. - №1. -С. 59-63.
2. Ершов Ф.И. Медицинская значимость интерферонов и их индукторов // Рос. АМН. - 2004. - №2. - С. 9-14.
3. Коровин С.Н. Рекомбинантный альфа-2 интерферон в лечении больных меланомой кожи // Лжар. справа. - 1998. - №2. - С. 139-141.
4. Лазаренко Л.1. Роль системи штерферону в iмунопатогенезi папшоми вiрусноl шфекцп // Автореф. дис. ... докт. бюл. наук. - Кшв, 2006. - 34 с.
5. Майчук Ю., Козаченко М. Новый интерферон - локферон - в лечении герпетического гепатита // Офтальмо. журн. - 1998. - №6. - С. 447-451.
6. Маслянко Р.П. Основи iмунобiолоril. - Львiв: Вертикаль, 1999. - 472 с.
7. Милашенкова И. Интерферон и индукторы их синтеза // Терап. архив.
- 1998. - №11. - С. 35-39.
8. Мiрошниченко В.П. 1нтерферони та 1х шдуктори: теоретичш та клЫчш аспекти застосування // Лаб. дiагностика. - 2002. - №4. - С. 69-76.
9. Никитин И.Г. Пегимерованные интерфероны-альфа: новые возможности в лечении // Сучасна шфекщя. - 2003. - №1. - С. 120-128.
10. Новокшонова В. Рекомбинатный а2-интерферон. Сообщ. 1-е. Использование при бактериальных инфекциях // Врач. - 1997. - №3. - С. 27-30.
11. Озгур О., Картин С., Сонмез М. Действие интерферона-а на клетки Нер С2 // Эксперим. онкология. - 2003. - №2. - С. 105-110.
12. Ствак МЛ. 1нтерферони: властивост та перспективи ключного застосування // Памят Л.В.Громашевського // Мжнар. наук. конф. - Кшв, 2002.
- С. 411-414.
13. Суркша И.Д. Индуцирующие интерферонэффекты дипиридамола: противовирусные и регуляторные // Терап. архив. - 2000. - №8. - С.81-84.
14. Сысоева Г.М. Перспективы использования индукторов интерферона в лечении и профилактике гриппа ОРВИ // Вестн. Рос. АМН. - 2004. - №11. - С. 33-37.
15. Феклистова Л., Новокшонова В., Мескина Е. и др. Рекомбинатный а2-интерферон // Врач. - 1997. - №4. - С. 27-30.
16. Ченкев С.Б. Индексы реактивности клеток крови в диагностике и характеристике недостаточности системы интерферона // Иммунология. - №2.
- С. 33-36.
17. Яковенко Л.Ф. Вплив штерферону i його типу на неспецифiчну резистентшсть оргашзму при вторинних iмунодефiцитах // Автореф. дис. ... канд. бюл. наук. - Кшв, 1999. - 20 с.
18. Aas V., Tojesen P., Iversen J. Interferon-y affects proteinkinase с activity in human neutrophils // J. Interferon Cytokine Res. - 2005. -V. 20. - P. 777-782.
19. Bonecchi R. Polentorutti N., Luini W. et al. Up - regulation of CCR1 and CCR3 and induction of chemotaxis to CC chemokines by IEN-y // J. Immunol. -1999. - V. 162. - P. 474-479.
20. Berton G. Cassatella M.A. Modulation of neutrophil functions by interferon-y // Immunol. Series. - 2005. - V. 20. - P. 777-782.
113
21. Epstein L.B. The comparative biology of immune and classical interferon // Mol. Aspects Med. - 2002. - 25. - P. 183-196.
22. Hooks I.J. Detrick-Hooks B. Immunoregulatory actions of interferon // Mol. Aspects Med. - 2002. - V. 25. - P. 197-204.
23. Isoacs A., Lindenmann J. Virus interference. I. The interferon // Proc. R. Soc. London (Biol.). - 1957. - V. 147. - P.258-264.
24. Yablonska E., Kiluk M., Mazurkiewiecz W., Yablonski J. Priming effects of GM-CSF, IEN-y and TNF-a on human neutrophils // Melanoma Res. - 2002. - V. 12. - P. 123-129.
25. Kasama T. Interferon gamma modulated the expression of neutrophil derived chemokines // J. Invest. Med. - 2005. V. 53. - P. 58-64.
26. Kronenberg L.H., Rosenblatt H.M. Interferon: Immunobiology and clinical significance // Ann. Intern. Med. - 1992. - V. 106. - P. 80-93.
27. Lett-Brown M.A. Enhancement of basophil chemotaxis in vitro by virus induced interferon // J. Clin. Invest. - 2001. - V. 87. - P. 547-552.
28. Marodi L., Kaposzta R. Survival of group b streptococcus type III in mononuclear phagocytes: differential regulation of bacterial killing in cord macrophages by human recombinant y-interferon // Infect. Immunol. - 2000. - V. 68.
- P. 2167-2170.
29. Marodi L. Deficient IFN-y receptor - mediates signaling in neonatal macrophages // Acta Pediatr. - 2002. V. 91. - P. l 17-119.
30. Renisch W. Donor dependent interferon-y // Clin. Exp .Immunol. - 2003. -V. 133. - P. 476-480.
31. Stewart W.E. The interferon system // New York. Springer-Verlad. - 1999.
- P. 475-481.
32. Worku M., Paape M.J. Modulation of Fc receptors for IgG on bovine neutrophils by IFN-y through de novo RNA transcription and protein synthesis // Am. J. Vet. Res. - 2004. - V. 65. - P. 234-241.
Summary
Historical development of notions about interferon (IFN) - system, its clinical importance, general characteristics of interferon's and interferongenesis mechanism is described. Antivirus, antibacterial, antiproliferative (antitumorgenic), immunomo-dulating and radioprotective effects of IFN - system are marked.
Prescription of highly active IFN - preparations as effective immunomodulators requires specific approach and in this aspect fundamental knowledge about IFN -system are immediate necessity for great number of clinicists.
Cmammx nadiumna do peda^i'i 1.09.2010
114
