CC BY
29
ИСТОРИЯ БИОМЕДИЦИНЫ
К 45-ТИ ЛЕТИЮ ОТКГЫТИЯ ПЕГВОГО ЦИТОКИНА
Ц^ОЕИ^! КАК ЭФФЕРЕHТHЫЕ ЭЛЕМЕHТЫ ЕДИHОЙ СИСТЕМЫ ГУМОРАЛЬГОЙ РЕГУЛЯЦИИ ЖИЗHЕДЕЯТЕЛЬHОСТИ КЛЕТОК
Концепция о цитокинах, сформировавшаяся в иммунологии на протяжении последней трети ХХ в, ныне является одним из важных разделов общей теории регуляции функций биологических систем и широко используется за пределами иммунологии. Продолжающиеся интенсивные и многоплановые исследования, посвященные всестороннему изучению цитокинов, с одной стороны, вносят все больше понимания о соотношении структуры и функций цитокинов, с другой - резко увеличивают объем информации до такой степени, что ее целостное осознание становится все труднее и труднее.
Учитывая последнее обстоятельство и все возрастающий интерес к цитокинам, мы поставили перед собой цель в небольшом очерке в самых общих чертах представить читателю сведения о наиболее существенных этапах более, чем полувекового развития представления о цитокинах и отразить современные взгляды на их роль в теоретической и клинической медицине.
Обращая взгляд в прошлое, следует отметить, что предположение о способности лейкоцитов вырабатывать биологически активные вещества, влияющие на развитие гиперчувствительности замедленного типа (т.е. по сути, на иммунологические реакции) высказывались еще в 20-30-е гг ХХ в.
Так, в 1922 г П.Холст отметил, что после добавления туберкулина в кровь человека в ней происходило снижение подвижности лейкоцитов. В 1926 г американцы Г.Цинссер и Т.Темайя, воспроизводя феномен аллергии к туберкулину у животных, показали, что продукты жизнедеятельности активированных лейкоцитов способны изменять функциональное состояние эндоте-лиоциты. И, наконец, в 1932 г американцы А.Рич и М.Люис показали, что туберкулин in vitro подавляет подвижность клеток эксплантов тканей, полученных у иммунизированных им животных. Результаты этих наблюдений, позволяли предполагать, что туберкулин стимулирует выработку клетками крови вещества, подавляющего миграцию лейкоцитов, но не раскрыли природу и значение веществ, влияющих на развитие иммунологических реакций.
Высказано мнение о том, что началом "предыстории" изучения цитокинов следует считать исследования, проведенные в 40-е гг ХХ в. В этой связи уместно
вспомнить два научных направления, развитие которых в дальнейшем способствовало открытию цитокинов.
Первое из них было связано с изучением возможности применения бактериальных препаратов для лечения онкологических больных и исходило из опубликованных еще в начале ХХ в данных о том, что развитие бактериальной инфекции у онкологических больных иногда приводило к регрессии или даже к исчезновению опухолей.
В 1903 г американский хирург УКоли сообщил о том, что регрессию опухолей могут вызвать не только живые, но и убитые микроорганизмы и привел наблюдения о применении им приготовленных из инакти-вированных бактерий "вакцин" для лечения рака. И хотя в части случаев после введения таких "вакцин" (известных под названием "токсинов Коли") у пациентов повышалась температура, а опухоли уменьшались в размерах или даже исчезали, результаты их применения другими врачами, оказались плохо воспроизводимыми и этот метод лечения онкологических больных не получил признания.
Позднее, уже в 30-е годы XX в итальянский врач Э.Центанни, вводя онкологическим больным плевральную жидкость от пациентов с пневмонией, вызванной грамотрицательными бактериями, в нескольких случаях наблюдал регрессию опухолей. Тогда он высказал гипотезу о том, что токсины этих бактерий индуцируют выработку в организме эндогенного вещества, вызывающего регрессию опухоли.
В 1943 г группа американских ученых из Национального института рака, изучая возможность использования для лечения онкологических больных выделенного в 1933 г французским бактериологом А.Буавеном соматического антигена грамотрицательных бактерий, установила, что его биологически активным компонентом является липополисахарид (ЛПС).
Ими было показано, что ЛПС обладает выраженной токсичностью (отсюда и его второе название - эндотоксин) и выраженной пирогенностью. Более того, выяснилось, что хотя введение ЛПС животным с опухолями вызывало некроз опухолей, это вещество не оказывало влияния на культивируемые in vitro опухолевые клетки. Последнее обстоятельство указывало на то, что спо-
собностью вызывать некроз опухолей обладает не сам ЛПС, а какое-то вещество, которое образуется в организме, при воздействии на него ЛПС.
И хотя это вещество не было идентифицировано и выделено в чистом виде, ученым удалось показать, что его появление в организме животных сопровождалось развитием у них кахексии - в силу последнего это вещество провизорно назвали "кахектином".
Второе направление исследований, косвенно связанное с историей открытия цитокинов, было связано с выяснением механизмов патогенеза лихорадки и гипертермии. Их предтечей стало сообщение, изучавшего причины лихорадки, физиолога М.Менкинса, который еще в 1943 г высказал предположение о том, что лейкоциты могут продуцировать некое пирогенное вещество, названное им "пирексином".
В 1955 г американские исследователи Э.Аткинс и УВуд обнаружили в крови кроликов с лихорадкой циркулирующий пирогенный фактор, названный ими "эндогенным пирогеном". Эти же ученые, на модели лихорадки, индуцированной этим пирогеном, впервые обнаружили противовоспалительное действие кортизона. Через 5 лет Дж.Фесслер продемонстрировал, что моноциты человека, мыши и кролика в культуре in vitro действительно продуцируют вещество, подобное тому, которое ранее Аткинс и Вуд назвали "эндогенным пирогеном".
Однако все приведенные выше данные не получили теоретического обобщения, а систематическое изучение секреторной функции клеток, участвующих в иммунологических реакциях и, главное, осознание значения этого процесса началось лишь в самом начале 60-х гг ХХ в, после того, как были доказана определяющая роль лимфоцитов в формировании иммунного ответа (Дж.Гоуэнс, 1958) и установлена роль тимуса, как центрального органа иммунной системы (Дж.Миллер, Р.Гуд, 1961) [Биомедицина, 2008, N.1, с.55].
К этому моменту и вскоре после него был описан целый ряд иммунологических феноменов, которые свидетельствовали о том, что формирование иммунологических реакций представлляет собой весьма сложный комплекс соподчиненных между собой процессов, в которых одновременно участвуют несколько различных клеток иммунной системы. Данный факт требовал признания того, что последовательное и строго упорядоченное течение этих процессов возможно лишь при условии, если между лимфоцитами и другими клетками иммунной системы поддерживается тесная функциональная взаимосвязь и "оперативный обмен информацией" об участвующих в этих реакциях антигенах и степени активности взаимодействующих клеток (в конце 60-х гг ХХ в реализацию такой связи называли "кооперацией иммуноцитов").
В 1963 г Я.Швейцер и И.Иохановский с определенностью высказали мысль о том, что такая связь между клетками иммунной системы реализуется за счет способности этих клеток вырабатывать растворимые (гуморальные) факторы, способные воздействовать и активировать другие иммунокомпетентные клетки - такие
факторы они назвали "медиаторы клеток иммунной системы".
Вскоре, начиная с середины 60-х гг прошлого века реальность существования таких медиаторов получила убедительное подтверждение в целом ряде наблюдени-ий разных ученых, документировавших те или иные биологические (не только иммунологические) эффекты этих веществ. Так, хронологически первым веществом, позднее отнесенным к числу цитокинов, оказался интерферон, обнаруженный А.Айзексом и Дж.Линденман в 1957 г и детально изученный в начале 60-х гг [Биомедицина, 2004, N.2, с.42].
Учитывая, что число гуморальных факторов, вырабатываемых иммуноцитами и влияющих на активность других иммуноцитов, идентифицированных в последующий 20-ти летний период составило несколько десятков, ниже мы остановимся лишь на открытиях, ознаменовавших только начало этого периода.
Начнем с того, что еще в 1958 г Б.Ваксман и М.Мэ-толтски, повторив опыт Рича и Левиса (1932), убедились в том, что в культуре лейкоцитов, сенсибилизированных туберкулином, появляется некое вещество, замедляющее процесс миграции макрофагов - ученые предположили, что это вещество вырабатывают лимфоциты, активированные воздействием на них антигена.
В 1966 г изучавшие механизмы гиперчувствительности замедленного типа Б.Блум и Б.Беннет и независимо от них Дж.Дэвид, воспользовавшись разработанным в 1962 г М.Джорджем и Дж.Вофамом капиллярным методом для оценки миграции макрофагов, показали, что участвующие в иммунологических реакциях лимфоциты, продуцируют не являющийся антителами низкомолекулярный белок, который замедлял подвижность макрофагов. Сегодня считается, что этот белок, названный "фактором ингибирования миграции макрофагов" (МЩ), оказался первым из открытых в дальнейшем медиаторов, обеспечивающих близкоклеточное взаимодействие иммуноцитов.
В период 1965-1966 гг Д.Плузник и Л.Сакс, а также Т.Брэдли и Д.Метколф в культурах, поддерживаемых в полужидком агаре идентифицировали медиаторы, стимулирующие "созревание" клеток-предшественниц гранулоцитов и макрофагов и назвали их "факторами роста", обозначив их используемыми и сегодня аббревиатурами - G-CSF и GM-CSF. Ныне эти вещества включены в группу гематопоэтических факторов роста.
В 1967 г Р.В.Петров и Л.С.Сеславина описали феномен взаимодействия лимфоцитов с кроветворными стволовыми клетками, сопровождающийся инактивацией чужеродных стволовых клеток и изменением направления дифференцировки генетически тождественных клеток.
Вскоре после открытия способности Т-лимфоци-тов оказывать на течение иммунологических реакций супрессорный эффект и идентификации субпопуляции супрессорных Т-клеток, в 1968 г А.Хоручи и Б. Ваксман выдвинули гипотезу о том, что Т-клеточной супрес-сорный механизм связан с выработкой Т-супрессорами медиатора, который в 1974 г Р.Рич и К.Пирс назвали
"супрессором иммунного ответа".
В 1969 г П.Уорд и его коллеги идентифицировали еще один иммуномедиатор, выделяемый активированными лимфоцитами и способный стимулировать хемотаксис макрофагов. Он был назван "фактором хемотаксиса макрофагов" (MCF) и оказался первым представителем позднее выделенной группы, так называемых, хе-мокинов. Через 2 года С.Кохен и П.Уорд описали еще один хемокин - фактор хемотаксиса эозинофилов.
Учитывая возрастающее число идентифицируемых иммуномедиаторов, еще в 1969 г медиаторы, выделяемые лимфоцитами, Д.Дюмон и коллеги предложили объединить под общим названием "лимфокины". Соответственно, медиаторы, продуцируемые моноцитами/макрофагами стали называть "монокинами".
На основе открытой способности иммуноцитов вырабатывать и распознавать лимфокины и монокины, выполняющие функции иммуномедиаторов, инициирующих то или иное изменение функционального состояния клеток началось формирование концепции о механизмах кооперации клеток иммунной системы и регуляции их функций - в 1969 г А.Ройт, М. Баренбаум и Р.В.Петров разработали общую схему клеточной кооперации инициирования иммунного ответа.
70-е гг ХХ в ознаменовались открытием целого ряда новых лимфокинов и монокинов, очисткой их природных молекул и всесторонней характеристикой их биологического действия. Среди них были молекулы, стимулирующие рост и функциональную активность Т-, В-лимфоцитов и других типов лейкоцитов.
В 1974 г в лаборатории Стенли Кохена было обнаружено, что клетки почки зеленой обезьяны, инфицированные вирусом SV40, вырабатывают фактор, идентичный ранее описанному медиатору МШ Это указывало на то, что способность секретировать влияющие на активность других клеток медиаторы могут не только иммуноциты, но и клетки иного гистогенеза. С учетом этого обстоятельства, Кохен для обозначения таких медиаторов предложил термин "цитокины".
В 1975 г американцы Э.Карсуэлл, Л.Олд и Р.Кэссэл идентифицировали в крови мышей, сенсибилизированных вакциной БЦЖ и реактивированных введением бактериального ЛПС, белок, вызывавший геморрагический некроз некоторых опухолей. Этот белок, названный "фактором некроза опухоли" (ФНО), вырабатывался моноцитами и макрофагами мышей, активированными ЛПС и по свойствам оказался идентичным "кахекти-ну", описанному еще в середине 40-х гг ХХ в.
Вскоре был выделен еще один белок, вырабатываемый Т-лимфоцитами и близкий к ФНО по структуре и способности вызывать некроз опухолей, но отличающийся от ФНО по другим проявлениям биологической активности в организме - его назвали лимфоцитокси-ном.
Позднее белок, продуцируемый моноцитами/макрофагами, т.е. кахектин, был назван ФНО-альфа, а белок, вырабатываемый Т-лимфоцитами был назван ФНО-бета.
В 1976 г американцы Д.Морган, Ф.Рузетти и Р.Гал-
ло в супернатанте смешанной культуры лейкоцитов идентифицировали медиатор, вызавающий бластную трансформацию Т-лимфоцитов и назвали его фактором роста Т-клеток (TCGF). Впоследствие этот медиатор получил название интерлейкина-2 (ИЛ-2).
В 1977 г Ч.Динарелло и его сотрудники получили препарат медиатора, на существование которого в 1972 г указывали И.Джерай и Б.Ваксман, обнаружившие, что моноциты/макрофаги при контакте с антигеном выделяют белок, обладающий митогенной активностью в отношении Т-лимфоцитов и способностью индуцировать развитие острой фазы воспаления. Было установлено, что введение этого медиатора вызывает лихорадочную реакцию - в силу этого и в противовес бактериальному ЛПС, считавшемуся "экзогенным пирогеном", его назвали "эндогенным пирогеном", а позднее интерлейки-ном-1 (ИЛ-1)
Заметим, что предложенный П.Арденом термин "интерлейкины" (т.е. медиаторы, осуществляющие связь между лейкоцитами), в 1978 г был принят на одном из международных симпозиумов по иммунологии для более конкретного обозначения медиаторов, продуцируемых макрофагами и Т-лимфоцитами и влияющих на рост и дифференцировку Т-лимфоцитов и ряда других лимфоидных клеток. Этот термин до настоящего времени широко применяется для обозначения более, чем 20 иммуномедиаторов, на индивидуальность которых указывают номера, присваемые им в хронологическом порядке по мере их идентификации.
Итак, к началу 80-х гг было открыто более десятка иммуномедиаторов с различной биологической активностью - становилось все очевиднее, что существуют несколько различных групп этих веществ, биологические эффекты которых выходили далеко за пределы иммунной системы - в силу этого для их обобщенного обозначения стал все чаще использоваться унифицированный термин "цитокины" (ЦК), наиболее точно отражающий их биологическую сущность даже с позиции современных знаний.
Надо особо отметить, что 80-е гг минувшего века были периодом не только идентификации новых веществ, относящихся к ЦК, но и углубленного и всестороннего исследования свойств ранее открытых ЦК и их рецепторов. Последнее стало возможным благодаря тому, что в этот период в иммунологии, наряду с имму-нохимическими и биохимическими методами, стали применяться молекулярно-генетические методы и генетический анализ.
В этот же период были получены данные о том, что продуцентами ЦК могут быть и эндотелиальные клетки, причем вырабатываемые ими ЦК участвуют в регуляции процессов гемопоэза, хемотаксиса лейкоцитов, дифференцировке иммунокомпетентных клеток, синтезе белков острой фазы воспаления и др. Проведение экспериментов на трансгенных мышах и на мышах с "нокаутом" определенных генов позволило идентифицировать гены многих ЦК и определить их хромосомную локализацию у мышей, а затем и у человека.
Внедрение в иммунологию клонирования генов
иммуноактивных веществ в прокариотных клетках позволило осуществить клонирование генов интерферона мыши и человека, а вслед за этим и генов некоторых других ЦК - это позволило получать большие количества рекомбинантных молекул аналогов ЦК, полностью повторяющих биологические свойства природных молекул ЦК.
Исключительно важным практическим итогом разработки этих технологий стало клиническое применение рекомбинантных интерферонов для лечения вирусного гепатита и лейкозов и рекомбинантного ин-терлейкина-2 - для лечения некоторых онкологических заболеваний.
Дальнейшее изучение цитокиновой регуляции иммунной системы уже в начале 90-х гг. прошлого века позволило установить, что в ее основе лежат паракрин-ные и аутокринные механизмы. Вскоре была открыта сложная (субъединичная) структура рецепторов ЦК и началось формирование понятия "цитокиновая сеть".
Итак, уже к концу XX в было выделено и детально изучено около тридцати ЦК, хотя к этому моменту были документированы биологические эффекты около сотни индивидуальных веществ, относящихся к группам разных ЦК, поскольку некоторые из их групп (ФНО, ин-терлейкины и интерфероны) насчитывают десятки различных молекул, обладающих свойствами ЦК.
К этому времени перечень биологических свойств, сближающих ЦК, относящиеся к разным группам, был значительно пополнен. Ниже мы назовем лишь те общие, присущие всем ЦК, свойства, которые в комплексе характеризуют их, как особые регуляторные вещества. Наличие этих свойств позволяет объединять ЦК как элементы единой и самостоятельной системы регуляции.
Во-первых, все ЦК представлены молекулами полипептидов или гликолизированных белков с массой от 5 до 50 килодальтон, кодируемыми определенными генами клеток-продуцентов - экспрессия этих генов приводит к синтезу молекул ЦК и их "выходу" из клеток-продуцентов во внеклеточное пространство.
В некоторых случаях образовавшиеся молекулы ЦК, будучи связанными с мембранами клеток-продуцентов, остаются на поверхности этих клеток, но обладают тем же спектром биологической активности, который характерен для свободных молекул ЦК.
Приходя в непосредственный контакт с другими клетками (клетками-мишенями), свободно циркулирующие молекулы ЦК или молекулы ЦК, ассоциированные с мембранами клеток-продуцентов, связываются с их определенными мембранными структурами, выполняющими функцию рецепторов соответствующих ЦК.
Это ведет к формированию в рецепторах информационного импульса, который посредством той или иной биохимической системы внутриклеточной сигнализации передается к ядру. Импульсы, достигшие ядра, "включают" в клетках-мишенях экспрессию определенных генов или активируют продукты их трансляции. Итогом этого процесса становятся обусловленные ЦК упорядоченные изменения в клетках-мишенях харак-
тера, направленности и интенсивности ряда биохимических реакций и развитие определенных сдвигов метаболизма и направленной перестройки их жизнедеятельности.
Таким образом, вырабатываясь одними клетками и воздействуя на другие клетки, молекулы ЦК осуществляют передачу информационных импульсов от первых клеток к последним. Перенося такие импульсы, ЦК обеспечивают процессы межклеточной коммуникации и выполняют регуляторную функцию. При этом, один и тот же ЦК может продуцироваться различными по гистогенетическому происхождению типами клеток, расположенными в разных органах.
Во-вторых, чувствительность клеток к действию ЦК всецело определяется наличием на их поверхности рецепторов ЦК, отличающихся высокими специфичностью (селективностью связывания с ЦК) и аффинностью. Каждый ЦК имеет свой рецептор, хотя отдельные ЦК могут действовать на клетку-мишень посредством рецепторов других ЦК.
Существует несколько типов структурной органи-зацим рецепторов ЦК, причем эти рецепторы могут существовать не только в форме мембрванной структуры, но и в форме отдельных молекулярных комплексов, называемых "растворимой формой рецептора" и сохраняющих способность связывать ЦК (и их антагонисты).
В-третьих, действие ЦК на клетки-мишени может реализовываться посредством одного из "внеклеточных" путей: 1) паракринным путем, при котором действие направлено на клетки, расположенные вблизи клетки-продуцента ЦК и 2) эндокринным путем, когда ЦК переносятся с током лимфы или крови к клеткам-мишеням, расположенным на больших расстояниях от клеток-продуцентов (в этом случае действие ЦК напоминает действие гормонов).
В то же время, действие ЦК может осуществляться и внутриклеточным путем - в этом случае говорят о ау-токринном пути действия: действие ЦК, образовавшегося в клетке-продуценте направлено по отношению к этой же клетке, т.е. клетка является одновременно как продуцентом, так и мишенью действия ЦК.
В-четвертых, продукция ЦК является индуцибель-ным процессом - для его "запуска" необходима индукция экспрессии их генов. Без такой индукции большинство ЦК не синтезируются, хотя некоторые ЦК постоянно продуцируются иммуноцитами в минимальных (регуляторно-физиологических) количествах, которые и определяются в биожидкостях и, в том числе, в сыворотке крови у здоровых лиц. Вместе с тем, ЦК могут действовать в очень низких концентрациях.
Это касается тех ЦК, которые непосредственно участвуют в регуляции различных этапов нормального гемопоэза и иммунопоэза, либо лишь на определенных этапах онтогенеза организма и его клеток (созревание и миграция лимфоидных предшественников из костного мозга, закладка органов иммунной системы и др.).
Вне фазы развития иммунного ответа иммуноциты также вырабатывают цитокины, однако без внешней стимуляции (воздействие антигенов или других чу-
жеродных веществ) цитокины реализуют свои функции на минимальном уровне, обеспечивая лишь постоянную готовность иммуноцитов к развитию адекватного иммунного ответа.
Синтез большинства ЦК начинается в процессе развития воспалительной реакции или/и формирования иммунного ответа. ЦК синтезируются через короткий промежуток времени после воздействия индукторов - от нескольких минут до нескольких часов.
Сильными индукторами синтеза ЦК являются компоненты стенок бактерий: ЛПС, пептидогликаны и му-рамилдипептиды. Весьма значимым фактором индукции синтеза ЦК может стать и воздействие на клетки других ЦК.
Торможение и прекращение синтеза ЦК происходит за счет разнообразных механизмов ауторегуляции и существования отрицательных обратных связей, опосредуемых простагландинами, кортикостероидными гормонами и другими факторами.
В-пятых, ЦК отличаются плейотропностью биологического действия и один и тот же ЦК может действовать на многие типы клеток, вызывая различные эффекты в зависимости от вида клеток-мишеней.
Классическими примерами этой особенности ЦК могут стать те эффекты, которые могут проявлять ИЛ-1 и ФНО. Так, ИЛ-1, с одной стороны, активирует пролиферацию Т-клеток и способствует пролиферации В-кле-ток и усилению синтеза антител, а также совместно с колониестимулирующим фактором, стимулирует пролиферацию предшественников гемопоэза в костном мозге. С другой стороны, ИЛ-1 может стимулировать не только синтез белков острой фазы воспаления и адгезию лейкоцитов к эндотелию, но и вызывать лихорадку, анорексию, вазодилатацию/гипотензию при септическом шоке и ряд других системных эффектов. По числу свойственных ему биологических эффектов, ИЛ-1 весьма близок к ФНО и отличается от последнего лишь отсутствием способности прямо подавлять пролиферацию лимфоцитов и активировать нейтрофилы.
Среди биологических эффектов, которые ЦК могут оказывать на клетки следует назвать индукцию и торможение пролиферации, дифференцировку, миграцию и функциональную активность клеток-мишеней.
Конкретный биологический эффект воздействия того или иного ЦК зависит от того, посредством какой из внутриклеточных систем сигнал от рецептора передается к ядру, что в итоге, предопределяется особенностями конкретных клеток-мишеней. Кроме того, ЦК могут прямо и опосредованно (через другие ЦК) влиять и на режимы апоптоза, будучи способными как "включать", так и тормозить апоптоз клеток-мишеней.
И, наконец, в-шестых, биологическое действие большинства ЦК отличается от действия любых других медиаторов и гормонов несколькими особенностями, присущими только ЦК: 1) для ЦК характерна взаимозаменяемость биологического действия, а разные ЦК могут вызывать один и тот же или сходный биологический эффект; в то же время один и тот же ЦК способен оказывать разнонаправленное действие в зависимости от
его концентрации, свойств специфического рецептора клетки и ее функциональной активности; 2) разные ЦК могут вызывать дублирующие и перекрывающиеся биологические эффекты; 3) действие ЦК кратковременно -передав соответствующий "сигнал" клетке, они чрезвычайно быстро разрушаются или выводятся из организма, что позволяет быстро изменять характер и направленность регуляторного воздействия ЦК на иммуноци-ты и другие клетки; 4) действие ЦК может индуцировать или же, реже, подавлять синтез других ЦК и даже свой собственный синтез и 5) цитокиновая регуляция тех или иных функций клеток осуществляется на основе поддержания сбалансированности и динамического равновесия между пулами молекул ЦК, альтернативных по направленности биологической активности.
Изначально разработке номенклатуры и унификации классификации ЦК препятствовало разнообразие биологических свойств этих веществ - вновь идентифицированные ЦК обозначались произвольными терминами. К примеру, один из гемопоэтических факторов, которые сегодня обозначаются символом "CSF", открывшими его авторами был назван "интерлейкином-3". Именно поэтому современная классификация ЦК представляет собой "смесь" первоназваний по тест-системе, в которой открыли тот или иной ЦК и "интерлей-кинов", но без четких правил отнесения к той или иной рубрике.
Поэтому было предложено выделить 7 групп (семейств) ЦК, каждая из которых обладает сходными биологическими свойствами: 1) интерфероны (ИФН); 2) колониестимулирующие факторы (CSF), индуцирующие пролиферацию и дифференцировку клеток-предшественниц различных ростков гемопоэза на разных этапах их созревания; 3) хемокины (хемотактические) ЦК, обеспечивающие активацию миграции разных типов лейкоцитов и некоторых других клеток; 4) трансформирующие факторы роста; 5) группа фактора некроза опухолей (ФНО); 6) интерлейкины со сложившимися исторически порядковыми номерами и 7) прочие молекулы, обладающие свойствами ЦК.
При этом, группу интерлейкинов нередко подразделяют на "провоспалительные ЦК", факторы роста и дифференцировки лимфоцитов, отдельные регулятор-ные ЦК.
Вместе с тем, функциональные различия между ЦК из разных групп являются относительными, поскольку функции одних ЦК в определенной степени могут дублироваться и перекрываться функциями других ЦК. В составе этих групп отмечаются синергические или антагонистические эффекты разных ЦК - одни ЦК способны оказывать усиливающее или, реже, угнетающее влияние на выработку других ЦК. Способность одних ЦК индуцировать продукцию других ЦК предопределяет каскадный характер действия ЦК.
Способность практически всех иммуноцитов и многих других клеток организма вырабатывать ЦК и, в то же время, воспринимать регуляторные "сигналы", приносимые к ним ЦК, "превращает" эти клетки в элементы единой системы, поддающиейся внешней регу-
ляции.
В то же время в регуляции функций этой системы, наряду с самими ЦК, принимают участие другие молекулы, в том числе антагонисты рецепторов ЦК, растворимые рецепторы ЦК, антитела к ЦК, ингибиторные белки и другие.
Надо специально отметить, что ЦК участвуют в регуляции процессов пролиферации, дифференциров-ки, апоптоза и функционирования различных типов клеток в эмбриогенезе и постнатальном периоде. В то же время, с современных позиций наиболее значимым считается непосредственное участие ЦК в регуляции процессов гемопоэза (эритропоэза, миеломоноцитопоэ-за и лимфопоэза) и иммунопоэза, а также в процессах формирования защитных реакций, направленных на восстановление нарушенного структурно-метаболического гомеостаза.
В первую очередь ЦК принадлежит важная роль в обеспечении позитивной и негативной регуляции реакций, лежащих в основе: 1) воспаления; 2) врожденного (антиген-независимого) иммунитета и 3) приобретенного (антиген-зависимого) иммунитета - ЦК регулируют характер, амплитуду и продолжительность воспалительных и иммунологических реакций.
Регулирующее влияние ЦК на эти реакции осуществляется по реципрокному типу - поэтому условно выделяют ЦК, как повышающие, так и понижающие интенсивность этих реакций. Именно в силу этого, наряду с провоспалительными ЦК, стимулирующими указанные реакции, условно выделяют и группу "противовоспалительных" ЦК. Считается, что именно спектр и соотношение уровней различных ЦК, а также интенсивность их выработки, в итоге, определяют не только характер и направленность, но и эффективность этих защитных реакций.
ЦК играют исключительно важную роль в инициации и развитии воспалительных реакций как на локальном, так и системном уровнях.
Локальные воспалительные реакции формируются в ответ на повреждение тканей и/или проникновение в них патогенных агентов, сопровождаются классическими проявлениями воспаления и протекают с участием различных типов клеток крови, эндотелия, соединительной ткани и эпителиев. Их основными участниками являются ЦК, которые продуцируются в зоне воспаления макрофагами. Эти ЦК вызывают активацию эндотелия, приводящую к увеличению проницаемости, повышению экспрессии адгезионных молекул и усилению прокоагулянтной активности.
Это ведет к выбросу низкомолекулярных медиаторов воспаления, таких, как гистамин, простагландины и др., отвечающих за развитие воспалительной реакции в полном объеме. Хемокины усиливают миграцию лейкоцитов в очаг воспаления и вместе с другими ЦК увеличивают их функциональную активность. Одновременно провоспалительные ЦК активируют метаболизм соединительной ткани, стимулируют пролиферацию фиброб-ластов и клеток эпителия, обеспечивающих заживление повреждения и восстановление целостности ткани.
Таким образом, ЦК ответственны практически за все последовательные этапы развития адекватных защитных реакций на местном уровне, где бы ни развивалась воспалительная реакция.
Не менее важная роль ЦК принадлежит и в формировании защитных реакций на системном (орга-низменном) уровне, развивающихся в случае неспособности местной воспалительной реакции локализовать патологический процесс. В этих случаях синтез ЦК возрастает и они попадают в кровяное русло, а их действие начинает проявляться на системном уровне. Это отражает развитие комплекса системных реакций воспаления или его острой фазы на уровне организма, на протяжении которой провоспалительные ЦК оказывают влияние практически на все органы и системы организма, участвующие в регуляции гомеостаза.
Одно из первых проявлений системной реакции воспаления связано с действием ЦК на терморегулятор-ный центр гипоталамуса, что ведет к подъему температуры тела. Влияние ЦК на кроветворную систему ведет к гиперлейкоцитозу, что обеспечивает повышение резистентности организма к инфекции. Действие же ЦК на систему свертывания крови направлено на гиперкоагуляцию, которая необходима как для остановки кровотечения, так и для прямого блокирования патогена. В печени под влиянием ЦК увеличивается синтез острофазовых белков и компонентов системы комплемента, но снижается синтез альбумина. Иначе говоря, на уровне регуляции экспрессии отдельных генов ЦК направляют энергетические потоки в сторону обеспечения, в первую очередь, условий для развития защитных реакций.
Здесь же надо отметить, что поскольку гиперпродукция ЦК может послужить причиной развития ряда патологических состояний, в частности, септического шока, повышение их уровня в крови сразу вызывает усиление синтеза рилизинг-факторов гипоталамуса и стимуляцию продукции гормонов клетками коры надпочечников. Это ведет к увеличению синтеза стероидных гормонов, которые блокируют синтез ЦК, предотвращая превышение их уровней предельных значений. Это демонстрирует механизм отрицательной обратной связи для контроля гиперпродукции ЦК.
Иначе говоря, характер действия ЦК в организме зависит от их уровня: в низких концентрациях они регулируют развитие локального воспаления, более высокие их дозы вызывают развитие системной воспалительной реакции, но патологически высокие концентрации ЦК приводят к состоянию септического шока и гибели организма.
Цитокиновая регуляция процессов врожденного иммунитета состоит в способности ЦК прямо модулировать функциональную активность эффекторных иммуноцитов этого звена иммунной системы (макрофагов, нейтрофилов и естественных киллерных клеток) и опосредованно влиять на активность гуморальных факторов, принимающих участие в антиген-независимых иммунологических реакциях.
В то же время, изначально будучи составной
частью системы гуморальной регуляции врожденного иммунитета и не обладая антигенной специфичностью действия, ЦК принимают прямое участие в регуляции многих реакций приобретенного иммунитета.
Действуя на Т- и В-лимфоциты, ЦК стимулируют антиген-зависимые процессы в иммунной системе. Они включаются практически во все звенья иммунологической защиты (в презентацию антигенов, дифференциров-ку клеток костного мозга, рекрутирование/активацию клеток, пролиферацию и функциональную активацию лимфоцитов, экспрессию молекул адгезии, селекцию антиген-специфических лимфоцитов, продукцию антител и др.) и принимают непосредственное участие в регуляции интенсивности и продолжительности иммунного ответа.
Цитокиновая регуляция развития как клеточного, так и гуморальных иммунологических реакций основана на поддержании сбалансированного равновесия между продукцией альтернативных по биологическому действию ЦК. При этом, характер течения этих реакций зависит от особенностей динамики во времени соотношения уровней провоспалительных и противовоспалительных ЦК.
Заметим, что участие ЦК в формировании приобретенного иммунитета начало раскрываться в конце 80-х гг ХХ в, когда выяснилось, что популяция Т-хелперных лимфоцитов (CD4+клеток) - основных участников антиген-зависимых иммунных реакций, ге-терогенна по составу. В частности, еще в 1986 г американцы Т.Мосманн, Г.Шеврински и М.Бонд показали, что популяция этих клеток у крыс представлена двумя субпопуляциями лимфоцитов, отличающимися лишь по спектру продуцируемых ими ЦК - эти клетки были названы Т-хелперами 1-го и 2-го типов и обозначены как Th1- и ТЫ-лимфоциты.
Оказалось, что факторами, предопределяющими дифференцировку этих клонов Т-хелперных лимфоцитов, являются дозы антигенов и особенности микроокружения зон, в которых происходит созревание этих им-муноцитов.
ЦК, продуцируемые Th1-клетками усиливали экспрессию антигенов гистосовместимости II класса, которые необходимы для представления антигена, а также способствуют дальнейшей дифференцировке и пролиферации Т-цитотоксических лимфоцитов. Цитокины же, ассоцированные с функцией ТЫ-клеток, наоборот играли роль медиаторов дифференцировки и пролиферации В-лимфоцитов.
При этом продукты ТЫ- и ТЫ-клеток негативно влияют на активацию противоположных клонов, а избыточная активация одного из типов этих клонов может направить иммунный ответ лишь преимущественно по одному из двух вариантов развития - либо по клеточному, либо по гуморальному.
Уже в начале 90-х гг ХХ в было показано, что такая же гетерогенность присуща и Т-хелперам у человека. Оказалось, что ТЫ- и ТЫ-лимфоциты у человека отличаются не только по продуцируемым ими ЦК, но и по роли в стимулировании развития иммунного ответа по
клеточному или гуморальному типу: если активация Th1-клеток ведет к стимуляции, главным образом, тех элементов иммунной системы, которые отвечают за развитие клеточного типа ответа, то активация ТЫ-клеток стимулирует преимущественно гуморальное звено иммунитета и аллергические реакции.
При несостоятельности ТЫ-клеточного ответа происходит распространение повреждений и присоединение ТЫ-клеточного ответа. В свою очередь ТЫ-клет-ки способны ограничить неадекватный ТЫклеточный ответ и с этих позиций являются частью супрессорного механизма, предотвращающего чрезмерную интенсивность Тh1-клеточного ответа.
Условием формирования полноценного иммунного ответа является сбалансированное функционирование тех субпопуляций Т-хелперов, которые обеспечат адекватную реакцию; в противном случае инфекционный процесс может переходить в хронический с длительной персистенцией возбудителя.
Хроническая несбалансированность активации этих клонов приводит к развитию иммунопатологических состояний, связанных с проявлениями аллергии или аутоиммунитета. Считается, что выраженность аллергических реакций обусловлена преимущественной активацией ТЫ-клеток, продуцирующих ИЛ-4 и ИЛ-5, которые стимулируют синтез антител класса IgG1 и особенно 1£Е, играющего решающую роль в развитии аллергических реакций.
И хотя в конце 90-х гг ХХ в было установлено, что у человека существует небольшой по численности клон Т-хелперов, продуцирующих одновременно ЦК как 1-го, так и 2-го типа, открытие роли ЦК в регуляции реакций пробретенного иммунитета имело важное научно-практическое значение.
Изложенное демонстрирует то, что на уровне иммунной системы ЦК играют важную роль в формировании реакций как врожденного, так и приобретенного иммунитета. Более того, они обеспечивают интеграцию этих механизмов и их преемственную взаимосвязь.
На уровне организма ЦК осуществляют связь иммунной системы с нервной, эндокринной, кроветворной и другими системами и служат для их вовлечения в организацию и регуляцию единой защитной реакции. Иначе говоря, система ЦК выступает в роли той организующей системы, которая формирует и регулирует формирование всего комплекса защитных реакций организма.
Это позволяет рассматривать ЦК как своеобразные "управляющие" эфферентные элементы единой системы "унифицированной" регуляции жизнедеятельности клеток не только иммунной системы, но и большинства других клеток организма. Это, в свою очередь, позволяет выделить ЦК в одну из самостоятельных систем регуляции основных функций организма, существующую наряду с нервной и эндокринной системами регуляции и связанную, в первую очередь, с поддержанием гоме-остаза при внедрении патогенов и нарушении целостности тканей. В этом смысле значение ЦК выходит далеко за границы их чисто иммуномедиаторной функции
и приобретает системный характер.
Завершая наш очерк, нельзя не коснуться двух практических аспектов использования современной концепции о роли ЦК.
Во-первых, за истекшее десятилетие был получен большой массив информации, отражающей характер изменений уровней ЦК при целом ряде заболеваний и патологических состояний. Это создало вполне реальные предпосылки для внедрения в клинику комплекса методов оценки продукции, по крайней мере, ключевых ЦК и "отвечаемости" на них.
Учитывая исключительно важную роль ЦК в регуляции как клеточного, так и гуморального иммунитета, можно ожидать, что применение этих методов в клинической практике позволят установить конкретные уровни дефектов в функционировании иммунной системы. Наличие же информации о цитокиновом "статусе" конкретного пациента позволит не только приблизиться к пониманию истинных причин дисфункции иммунной системы, но и рационально использовать возможности иммунотерапии у различных кон-тингентов больных.
Во-вторых, в настоящее время ЦК находят все более широкое применение в клинической практике для лечения иммунодефицитных и различных инфекцион-
ных и онкологических заболеваний. На основе природных и рекомбинантных ЦК и их рецепторов создан целый ряд лекарственных препаратов.
Ныне используются 3 основных варианта клинического применения таких препаратов: 1) введение в организм ЦК для усиления действия эндогенных ЦК или восполнения их дефицита в организме; 2) генотера-пия онкологических заболеваний, осуществляемая путем введения генов ЦК в опухолевые клетки для усиления их иммуногенности и повышения интенсивности воспалительной реакции в области опухоли и иммунного отторжения опухоли и 3) "антицитокиновая" терапия, направленная на удаление или блокирование действия эндогенных ЦК с использованием специфических ингибиторов, растворимых рецепторов или моноклональ-ных антител к определенным ЦК.
Можно не сомневаться, что дальнейшее углубление знаний о механизмах действия разных ЦК и особенностях изменения цитокинового статуса позволит не только расширить спектр показаний к применению этих лекарственных препаратов, но и повысить эффективность их клинического применения.
М.К.Мамедов
Национальный центр онкологии, г.Баку
