ЦИТОКИНЫ В ПАТОГЕНЕЗЕ ЗАБОЛЕВАНИЙ ЧЕЛОВЕКА А.С.Симбирцев Гос.НИИ особо чистых биопрепаратов ФМБА России, Санкт-Петербург ФУНКЦИИ ЦИТОКИНОВ 1. РЕГУЛЯЦИЯ ЭМБРИОГЕНЕЗА, ЗАКЛАДКИ И РАЗВИТИЯ ОРГАНОВ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ 2. РЕГУЛЯЦИЯ ОТДЕЛЬНЫХ НОРМАЛЬНЫХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 3. РЕГУЛЯЦИИ ЗАЩИТНЫХ РЕАКЦИЙ ОРГАНИЗМА НА МЕСТНОМ И СИСТЕМНОМ УРОВНЕ 4. РЕГУЛЯЦИЯ АЛЛЕРГИЧЕСКИХ, АУТОИММУННЫХ И ИНЫХ ИММУНОПАТОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 5. РЕГУЛЯЦИЯ РАЗВИТИИ ОПУХОЛЕЙ 6. РЕГУЛЯЦИЯ ПРОЦЕССОВ РЕГЕНЕРАЦИИ ПОВРЕЖДЕННЫХ ТКАНЕЙ Экспериментальные и наследственные нарушения цитокиновой регуляции – ключ к пониманию роли цитокинов в патологии ПОСЛЕДСТВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО УДАЛЕНИЯ ГЕНОВ КСФ У МЫШЕЙ Гематологические проявления Нарушения функций зрелых клеток Другие проявления ФСК Анемия, снижение числа тучных клеток, Т- и В-лимфоцитов Не описано Нарушения репродукции, меланоцитов Flt-3 лиганд Снижение числа лейкоцитов, НК и ДК Не описано Не описано Г-КСФ Лейкопения Снижение функций гранулоцитов Не описано М-КСФ Снижение числа моноцитов и остеокластов Снижение функций моноцитов, клеток микроглии и остеокластов Нарушения скелета, отсутствие зубов, нарушения репродукции ТПО Снижение числа тромбоцитов и мегакариоцитов Не описано Не описано ЭПО Гибель в эмбриональном периоде Не описано Не описано ГМ-КСФ Нормальное кроветворение Нарушение функций альв. макрофагов Не описано ИЛ-3 Нормальное кроветворение Не описано Не описано ИЛ-5 Значительное снижение числа эозинофилов Снижение функций эозинофилов Не описано Цитокины Наследственные дефекты цитокиновой регуляции (Notarangelo et al., 2009) Типы первичных иммунодефицитов по классификации ВОЗ Дефектный ген Комбинированные Т- и В-клеточные иммунодефициты Гамма цепь рецептора ИЛ-2 Нарушение активации клеток цитокинами: ИЛ-2, 4, 7, 9, 15, 21. Снижение числа Тлимфоцитов и НК клеток, нормальное количество В-лимфоцитов. Снижение уровня иммуноглобулинов. Тяжелый комбинированный иммунодефицит, нарушение ответа на большинство патогенов Х Киназа Jak3 Блок проведения активационного сигнала от рецепторов цитокинов. Снижение числа Т-лимфоцитов и НК клеток, нормальное количество В-лимфоцитов. Снижение уровня иммуноглобулинов. Тяжелый комбинированный иммунодефицит, нарушение ответа на большинство патогенов АР Рецептор ИЛ-7 Нарушение созревания Т-лимфоцитов под действием ИЛ-7. и НК клеток. Снижение уровня иммуноглобулинов Тяжелый комбинированный иммунодефицит, нарушение ответа на большинство патогенов АР CD25 (альфа цепь рецептора ИЛ-2) Нормальные уровни Т, В-лимфоцитов и иммуноглобулинов. Нарушения пролиферации Т-лимфоцитов Лимфопролиферация (лимфоаденопатия, гепатоспленомегалия), аутоиммунные нарушения AP CD40 лиганд (TNFSF5 или CD154) Нарушение взаимодействия Т и В клеток (помощи) для переключения синтеза изотипов Ig. Нормальное число Тлимфоцитов, увеличение числа IgM1 и IgD1 В-лимфоцитов и уровня IgM, резкое снижение других B-клеток и Ig. Нейтропении, тромбоцитопении, гемолитические анемии. Нарушения резистентности к оппортунистическим инфекциям. XL CD40 (TNFRSF5) То же То же AP TNFRSF13B (TACI) Нарушение активации В-лимфоцитов. Снижение уровней IgM, IgG, IgA Разные. Клинические проявления возможны на фоне других заболеваний. AP TNFRSF13С (BAFF-R) Нарушение активации В-лимфоцитов. Снижение уровней IgM, IgG Разные. Клинические проявления возможны на фоне других заболеваний. AP Преимущественные нарушения синтеза антител Иммунологические механизмы нарушений Клинические проявления Тип нас лед. CD95 (Fas) рецептор Нарушения апоптоза лимфоцитов. Нормальное или повышенное число Тлимфоцитов (активированный фенотип) и В-лимфоцитов Аденопатии, спленомегалия, аутоиммунные цитопении, повышенный риск развития лимфом АР CD95 (Fas) лиганд Нарушения апоптоза лимфоцитов. Нормальное или повышенное число Тлимфоцитов, нормальное число Влимфоцитов Аденопатии, аутоиммунные нарушения АР Рецепторы ИЛ-12 и ИЛ-23 Снижение продукции ИФН гамма. Нарушения функций лимфоцитов и НК клеток Повышенная восприимчивость к инфицированию Mycobacteria и Salmonella АР ИЛ-12 р40 Снижение продукции ИФН гамма. Нарушения функций моноцитов Повышенная восприимчивость к инфицированию Mycobacteria и Salmonella АР Рецептор ИФНγ Нарушения связывания ИФН гамма с рецепторами и активации клеток. Нарушения функций моноцитов и лимфоцитов Повышенная восприимчивость к инфицированию Mycobacteria и Salmonella АР Транскрип ционный фактор STAT1 Нарушения функций интерферонов альфа, бета и гамма. Нарушения функций моноцитов и лимфоцитов Повышенная восприимчивость к инфицированию Mycobacteria, Salmonella и вирусами АР TLR-3 Нарушения синтеза интерферонов I и III типов Менингиты и энцефалиты, вызванные вирусом простого герпеса 1 типа АД MyD88 Нарушения проведения сигнала от Toll и ИЛ-1 рецепторов Гнойные бактериальные инфекции АР Киназа IRAK4 Нарушения проведения сигнала от Toll и ИЛ-1 рецепторов Бактериальные инфекций, гнойновоспалительные процессы АР Рецептор хемокинов CXCR4 Нарушения функции хемокина SDF-1 (CXCL12). Нарушения функций и снижение числа В- лимфоцитов и гранулоцитов Синдром WHIM (warts, hypogammaglobulinemia infections, myelokathexis). Гипогаммаглобулинемия, повышенная восприимчивость к инфицированию вирусом папилломы АД Болезни иммунной дисрегуляции Нарушения числа и/или функций фагоцитов Нарушения врожденного иммунитета Условные обозначения: Х – наследование сцепленное с Х хромосомой, АР – аутосомно-рецессивное наследование, АД – аутосомно-доминантное наследование НАСЛЕДСТВЕННЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ДЕФЕКТЫ, СВЯЗАННЫЕ С НАРУШЕНИЯМИ ЦИТОКИНОВОЙ РЕГУЛЯЦИИ (по классификации ВОЗ) • 1. ТЯЖЕЛЫЕ КОМБИНИРОВАННЫЕ ИММУНОДЕФИЦИТЫ (γ-цепь IL-2R, α-цепь IL-7R, киназа JAK3) • 2. АУТОИММУННЫЕ ЛИМФОПРОЛИФЕРАТИВНЫЕ СИНДРОМЫ (рецептор CD95 (Fas) или Fas-лиганд) • 3. НАРУШЕНИЯ ФУНКЦИЙ ФАГОЦИТОВ (IL-12, IL-23, IFNγ и их рецепторы, STAT) • 4. НАРУШЕНИЯ ВРОЖДЕННОГО ИММУНИТЕТА (TLR-3, MyD88, киназа IRAK4, хемокин SDF-1) • 5. АУТОВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ НАРУШЕНИЯ (увеличение уровней ИЛ-1) Аутовоспалительные периодические заболевания - - группа заболеваний, обусловленных нарушением контроля за синтезом ИЛ-1: приступы «немотивированной» лихорадки в сочетании с другими проявлениями воспаления в интервалах между атаками болезни пациенты ощущают себя здоровыми при обследовании у этих пациентов отсутствуют аутоантитела и аутореактивные Тлимфоциты возможно развитие амилоидоза ОСНОВНЫЕ ВАРИАНТЫ ПРИОБРЕТЕННЫХ НАРУШЕНИЙ ПРОДУКЦИИ ЦИТОКИНОВ • Недостаточность продукции (в т.ч. за счет подавления синтеза патогенами) – бактериальные, вирусные и др. инфекции • Гиперпродукция – септический шок, аутоиммунные и аутовоспалительные процессы • Дисбаланс продукции – аллергия, некоторые инфекции, невынашивание беременности РЕГУЛЯЦИЯ ВРОЖДЕННОГО ИММУНИТЕТА Цитокины – основные медиаторы местного воспаления и системного воспалительного ответа (остро-фазовых реакций) РАСПОЗНАВАНИЕ ПАТОГЕНОВ РЕЦЕПТОРАМИ ВРОЖДЕННОГО ИММУНИТЕТА Патогены Патоген-ассоциированные молекулярные структуры (РАМР) Эндогенные молекулы Danger-associated molecular patterns (DАМР) Паттерн распознающие рецепторы (ПРР): 1. Растворимые (система комплемента, LBP и др.) 2. Мембранные (Толл-подобные рецепторы, CD14) 3. Внутриклеточные (NOD-like, RigI-like, MDA5) YY ВИРУС АНТИТЕЛА Scav.Rec. FcR Mannose Y Специфические рецепторы для вируса ФАГОЦИТОЗ 1 2 3 ТРИ ОСНОВЫХ СПОСОБА ПОПАДАНИЯ ВИРУСОВ В КЛЕТКИ МЕМБРАНА КЛЕТКИ YY ВИРУС АНТИТЕЛА Специфические рецепторы для вируса Scav.Rec. Mannose ВХОД В КЛЕТКУ, РАЗДЕВАНИЕ TLR FcR МЕМБРАНА КЛЕТКИ ФАГОЦИТОЗ ВИРУСНЫЕ ДНК, РНК RLR (Rig-I) Y ФАГОЛИЗОСОМА NLR (NALP3) TLR АКТИВАЦИОННЫЙ СИГНАЛ: СИНТЕЗ ИНТЕРФЕРОНА И ПРОВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ ЦИТОКИНОВ RIG-I-подобные рецепторы (англ. RIGI-like receptors, RLR) — тип внутриклеточных рецепторов опознавания паттерна, участвующих в распознавании вирусов системой врождённого иммунитета организма.[1] В эту группу входят три рецептора: RIG-I, MDA5 и LGP2. Они функционируют как сенсоры вирусной репликации в клеточной цитоплазме и детектируют репликацию вирусов путём прямого взаимодействия с молекулами двуцепочечной РНК из генома РНКсодержащих вирусов или РНК, образующейся при репликации последних. Два рецептора группы, RIG-I и MDA5, способны индуцировать клеточный ответ, реализуемый через участие их CARD-домена. LGP2 не содержит CARD-домен и не способен сам инициировать ответ, но необходим для эффективного антивирусного клеточного ответа, опосредованного RIG-I или MDA5.[2] Бактерии TLR-2,4,5,6,9 Вирусы TLR-3,4,7,8,9 MyD88 TRIF NFkB ПРОВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ ЦИТОКИНЫ АНТИБАКТЕРИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА IRF-3 ИФНα/β АНТИВИРУСНАЯ ЗАЩИТА МОЛЕКУЛЯРНО-КЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ O.Takeuchi, S.Akira, 2009 ТКАНЕВОЙ УРОВЕНЬ РОЛЬ ЦИТОКИНОВ В МИГРАЦИИ ЛЕЙКОЦИТОВ ИЗ СОСУДИСТОГО РУСЛА В ОЧАГ ВОСПАЛЕНИЯ Ток крови Лейкоцит Прикрепление Роллинг Плотная адгезия Селектины Трансмиграция Эндотелий ПРОВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ ЦИТОКИНЫ, ХЕМОКИНЫ Активация Очаг воспаления Фагоцитоз, продукция кислородных радикалов РЕГУЛЯЦИЯ НА УРОВЕНЕ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА IL-12,IL-23 IL-6 TNFα IL-1β IL-8 Синтез цитокинов Регуляция температуры, поведения, синтеза гормонов Активация лимфоцитов IL-1 Экспрессия молекул адгезии на эндотелиоцитах, прокоагулянтная активность, синтез цитокинов Продукция белков острой фазы воспаления NO PG Активация кроветворения LT Активация фагоцитоза Активация iNOS и метаболизма арахидоновой кислоты Биологический смысл действия цитокинов при системном воспалении На уровне целостного организма цитокины осуществляют связь между иммунной, нервной, эндокринной, кроветворной и другими системами регуляции гомеостаза и служат для их вовлечения в организацию единой защитной реакции Цитокины обеспечивают «сигнал тревоги», означающий, что настало время включить все резервы, переключить энергетические потоки и перестроить работу всех систем для выполнения одной, но важнейшей для выживания задачи – борьбы с внедрившимся патогеном Благодаря регуляторному действию цитокинов, в единой защитной реакции участвует весь организм и все системы, на первый взгляд не относящиеся к поддержанию иммунитета. Цитокины при воспалении: закон перехода количества в качество • Физиологические уровни цитокинов – защитные реакции на местном и системном уровне • Превышение физиологического уровня – развитие патологии ЦИТОКИНЫ ПРИ СЕПСИСЕ Соотношение продукции провоспалительных и антивоспалительных цитокинов SIRS Септический шок 0-48 час Выздоровление t Дни - недели Инфекции, травма CARS Иммунодефицит, гнойно-воспалительные осложнения SIRS – systemic inflammatory response syndrome CARS - compensatory anti-inflammatory response syndrome РЕГУЛЯЦИЯ ПРИОБРЕТЕННОГО ИММУНИТЕТА Цитокины – ростовые и дифференцировочные факторы всех типов Т- и В-лимфоцитов, а также ДК и НК клеток ДИФФЕРЕНЦИРОВКА Т-ХЕЛПЕРНЫХ КЛОНОВ FoxP3 Тх0 Treg CD4+CD25+ TSLP IL-12 IL-18 IL-4 TSLP IL-33 T-bet Тх1 IFN-γ IL-2 TNF Клеточный иммунитет IL-23 IL-1α/β IL-4 IL-5 IL-13 IL-35 RORγt GATA-3 C-maf Тх2 IL-10 TGFb IL-27 Tx17 Tx10 IL-17 IL-21 IL-22 Гуморальный Воспаление. иммунитет. Аутоиммунитет Аллергия IL-10 TGFb Регуляция иммунитета Аллергены ИЛ-4 ИЛ-17Е ИЛ-33 Аллергическая сенсибилизация Эпителий ИЛ-4, ИЛ-5 ИЛ-13 ДК Тх0 Тх2 Вл IgE Повторная встреча с аллергеном. Немедленная гиперчувствительность Тучная клетка ИЛ-4, ИЛ-5, ФНО, хемокины Дифференцировка Тх2 (синтез ИЛ-4,5,13), привлечение в ткани базофилов и эозинофилов, активация всех типов лейкоцитов Гистамин, лейкотриены, простагландины АЛЛЕРГИЧЕСКОЕ ВОСПАЛЕНИЕ Поздняя фаза аллергии УРОВНИ ИЛ-1β В СЫВОРОТКАХ КРОВИ БОЛЬНЫХ СКВ И РА Log ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ИЛ-1 бета В СЫВОРОТКАХ КРОВИ БОЛЬНЫХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТЕПЕНИ АКТИВНОСТИ РЕВМАТОИДНОГО АРТРИТА C ИЛ-1в, пг/мл 2532 1584 58 I II III УЧАСТИЕ ЦИТОКИНОВ В ИММУНОПАТОГЕНЕЗЕ РЕВМАТОИДНОГО АРТРИТА Дендритная клетка ИЛ-23 Тх0 Тх17 Досуставная фаза. Иммуногенез Макрофаг ИЛ-17 ФНО, ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-32 Синовиальные фибробласты Суставная фаза. Воспаление, разрушение хряща и кости Эндотелий Остеобласты Хондроциты Лейкоциты Макрофаги Тучные клетки Гиперплазия, разрушение кости, неоангиогенез, продукция цитокинов, кислорода, дегрануляция Развитие воспаления в ткани поджелудочной железы у больных диабетом 2 типа ЛЕПТИН Donath, Shoelson, 2011, с доп. ИЛ-1 вызывает воспаление в островках Лангерганса поджелудочной железы у больных диабетом Donath, Shoelson, 2011 Роль ИЛ-1 в патогенезе диабета 2 типа • У knockout мышей по генам рецептора ИЛ-1 I типа либо адапторной молекулы MyD88 резко снижены темпы развития экспериментального диабета. • Ожирение → синтез лептина → снижение экспрессии РАИЛ и увеличение экспрессии ИЛ-1β. Экспрессия эндогенного РАИЛ снижена в β-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы у больных диабетом по сравнению со здоровыми людьми. • В клинических испытаниях антагонисты ИЛ-1 (анакинра, антитела) вызывают снижение уровня глюкозы в крови, повышают секрецию инсулина. Антагонисты ФНО не обладают таким действием, подтверждая специфичность ИЛ-1-зависимого механизма развития диабета. Подавление Tх2-зависимого аллергического воспаления Tрег лимфоцитами Taylor, 2006 АУТОИММУНИТЕТ АЛЛЕРГИЯ Wild type Knockout IL-2 -/- Fehervari, 2006 ИНФЕКЦИИ Число клеток Трег Т эффекторы Дни КОНТРОЛЬ ПАТОГЕНА ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ИММУНОПАТОЛОГИИ Цитокиновая теория развития заболеваний [Dinarello, 1991; Tracey, 2007] • Эндогенные цитокины могут вызывать симптомы патологических изменений в органах, оказывать повреждающее действие на ткани • Сформировалось направление терапии, названное антицитокиновой терапией, направленное на удаление из организма или блокирование биологической активности цитокинов при некоторых аутоиммунных, аллергических и инфекционных болезнях. Но цитокины ли являются первопричиной патологии? • Цитокины - инструмент иммунной системы, а не первичная причина болезней за исключением состояний, связанных с генетическими нарушениями цитокиновой регуляции. • Цитокины выполняют регуляторную роль, эффекты зависят от концентрации в циркуляции и в тканях • Антицитокиновая терапия не всегда эффективна и может приводить к осложнениям • Нужны индивидуальные подходы к назначению цитокиновой либо антицитокиновой терапии, основанные на изучении иммунопатогенеза заболеваний. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
