Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Посмотрите новые поступления ... Обратите внимание!
 
  Наука >> Медицина | Обзорные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение

Интерфероны в каскаде цитокинов: исторический и современный аспекты

В.П. Кузнецов

НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи РАМН, Москва

В начало...


Интерферон был открыт в Англии в 1957 г. А. Айзексом и Ш. Линденманном при изучении явления интерференции вирусов. Оказалось, что вирус гриппа, репродуцируясь в культуре куриной эмбриональной ткани - кусочках хорионаллантоисной оболочки, стимулирует в клетках выработку фактора, который выделяется в питательный раствор и способен (при помещении новых кусочков) создавать в новой ткани невосприимчивость к вирусной инфекции. Предполагая, что выработка этого фактора лежит в основе интерференции вирусов, авторы назвали его интерфероном. В дальнейшем Ш. Линденманн уже не принимал участия в работе и все последующие шаги были сделаны А. Айзексом, который установил 3 основных свойства ИФН: принадлежность к белкам, видовую специфичность и способность образовываться практически всеми ядерными клетками.

В последующие годы ИФН всегда привлекал внимание вследствие совершенно уникальной способности подавлять репродукцию вирусов как в иммунокомпетентных, так и соматических клетках, без отрицательного влияния (в физиологичных дозах) на метаболизм. По широте спектра действия, высокой избирательности в отношении вирус-специфических процессов, отсутствию цитотоксических эффектов ИФН не имеет равных среди других противовирусных препаратов.

К настоящему времени сложились представления о многокомпонентной системе ИФН, которая функционирует в организме как интегральная часть иммунной системы (таблица).

Таблица. Характеристика ИФН
Тип Вид Kлетки-продуценты Индукторы Число компонентов Физико-химические свойства Локализация в геноме
ИФН рецепторы
I $\alpha$I Различные ядерные клетки: гранулоциты, лимфоциты, моноциты, малодифференцированные клетки Вирусы, бактериальные полисахариды, дсРНK и их аналоги >15 Полипептиды из 165-166 аминокислот, не гликозилированы, мол. масса 16-26 кД. Интронов нет. N 9 N 21
aII($\omega$) - - 1 Полипептид из 172 аминокислот, гликозилирован N 9 ?
$\beta$ Kлетки кожно-мышечной и соединительной ткани Вирусы, дсРНK и их аналоги 1 Полипептид из 166 аминокислот, сильно гликозилирован, мол. масса 20 5 кД. Интронов нет. N 9 N 21
II $\gamma$ Т-лимфоциты в кооперации с макрофагами, естественные киллеры Митогены Т-лимфоцитов, опухолевые клетки, антигены для сенсибилизированных лимфоцитов 1 Полипептид из 143-146 аминокислот, гликозилирован, мол. масса 22-53 кД. Один интрон. N 12 N 6

Система ИФН состоит из генов ИФН и рецепторов, а также эффекторных молекул трех видов, относящихся к двум типам: I - ИФН-$\alpha$ и ИФН-$\beta$ и II - ИФН-$\gamma$. Гены ИФН типов I и II расположены на разных хромосомах и имеют разные рецепторы. Радикально различаются они и механизмами индукции и продукции.

Из таблицы видно, что ИФН I типа продуцируются всеми ядерными клетками (в том числе и малодифференцированными) в ответ на чужеродную генетическую информацию. Самыми сильными их индукторами являются вирусы или двуспиральные РНК, являющиеся одной из стадий репликации вирусного генома. Высокоэффективны также ее химические аналоги (полиИ:Ц и др.). Из продуцируемой лейкоцитами противовирусной активности свыше 90% обусловлено ИНФ-$\alpha$ и менее 10% - ИНФ-$\beta$. В культуре фибробластов такой же индуктор, напротив, вызывает синтез только ИНФ-$\beta$.

В отличие от ИНФ I типа ИНФ-$\gamma$ продуцируется только двумя видами ядерных клеток: Т-лимфоцитами в процессе активации - при взаимодействии с антигенпредставляющим макрофагом; естественными киллерными клетками (ЕК) - при взаимодействии с клетками-мишенями [8, 9]. Активными индукторами ИНФ-$\gamma$ являются также митогены Т-лимфоцитов (ФГА, КонА). В этом случае необходимости в кооперации с макрофагами нет.

Функциональное различие в процессах индукции ИФН типов I и II необходимо учитывать в клинической практике. Для организма далеко не безразлично, какой вид ИФН продуцируется в каждый конкретный момент.

Известно, что вирус гриппа индуцирует в изолированных лейкоцитах синтез ИФН-$\alpha$. Однако при иммунизации добровольцев живой противогриппозной вакциной их лейкоциты в течение 6 мес в ответ на индукцию вирусом гриппа более чем в 10 раз увеличивают уровень продукции, причем 60-80% синтезированного ИФН относится к типу II. То есть введение классического вирусного индуктора в сенсибилизированный организм, содержащий клетки памяти, приводит к переключению синтеза на ИФН-$\gamma$ [10].

В таблице впервые указан еще один вид ИФН I типа - ИФН-$\omega$ (омега).Ограниченность информации об этом виде ИФН служит поводом для различных дискуссий на эту тему. В настоящее время ген изолирован и изучается рекомбинантный ИФН-I$\omega$.

За последние 10 лет в литературе появились сообщения, что семейство генов ИФН I типа включает два подсемейства - I и II, различающихся по белковой структуре и антигенным свойствам [11, 12]. Подсемейство (или подкласс $\alpha$I) представлено примерно 15 генами, кодирующими эффекторные молекулы, состоящие из 166 аминокислот (лишь в одном случае 165), высокогомологичными (свыше 80%) по составу. Подсемейство $\alpha$II (или подкласс II), называемый также $\alpha$($\omega$) или $\alpha$*, представлено только одним геном, кодирующим одну молекулу из 172 аминокислот. С С-конца имеется дополнительно 7 аминокислот, поэтому степень гомологии с ИНФ-$\alpha$I не превышает 60%. Как и все ИФН I типа, ИФН-$\omega$ не имеет интронов. Антитела к рекомбинантным ИФН-$\alpha$I и ИФН-$\alpha$IIc не нейтрализуют ИФН-$\omega$, а антитела к рекомбинантному ИФН-$\omega$ не взаимодействуют с ИФН-a, что указывает на их глубокое антигенное различие [13]. Это делает правомерным разделение этих молекул на подсемейства (или субклассы). Вместе с тем, ген ИФН-$\omega$ расположен на хромосоме N 9 и дерепрессируется в культурах донорских лейкоцитов или В-лимфоцитов лимфомы Беркитта. При вирусной индукции синтез его подчиняется общим закономерностям. Поэтому с полным основанием ИФН-$\omega$ относится к ИФН I типа.

Взаимодействие ИФН с клеткой осуществляется только через посредство специфического рецептора, пронизывающего цитоплазматическую мембрану. Внеклеточная его часть содержит распознающий домен, а внутриклеточная, довольно значительная - около 500 аминокислотных остатков - осуществляет передачу сигнала контрольным элементам, предваряющим ген.

Рецептор для ИФН-$\alpha$ и ИФН-$\beta$ один. Он обладает высоким аффинитетом к этим молекулам (Кd 10-9-10-11 М). Число рецепторов на клетке колеблется от сотен до десятков тысяч в зависимости от ее происхождения. Максимальный их уровень обнаружен на клетках плаценты. Молекулярная масса комплекса 120-140 кДа.

ИФН-$\gamma$ имеет свой рецептор на клетке с аналогичным очень высоким аффинитетом. В таких же пределах колеблется и число рецепторов на клетке. По размерам внеклеточная часть молекулы существенно меньше (231 аминокислотный остаток вместо 403), меньше и молекулярная масса - 115-130 кДа. Хотя рецептор ИФН-$\gamma$ закодирован в хромосоме N 9, в передаче сигнала активации в клетку при его введении принимают участие также и гены хромосомы N 21.

После взаимодействия с рецептором происходит интернализация комплекса, возможно с последующим транспортом ИФН или его фрагментов в ядро и дальнейшей деградацией.

Уровень рецепторов на клеточной мембране - величина динамическая: под действием высоких доз ИФН их число на клетках снижается в несколько раз. Эти данные служат аргументом для практического врача против ежедневного введения высоких доз ИФН в клинике. Экспрессия рецепторов восстанавливается лишь на 2-3 сутки, поэтому более целесообразно введение ИФН 2-3 раза в неделю.

Под действием ИФН развивается целый каскад реакций, проявляющихся на клеточном, системном и организменном уровнях. Вся их совокупность условно разделяется на три эффекта - противовирусный, антипролиферативный и иммуномодулирующий.

Противовирусное действие

В клетке под действием ИФН активируются так называемые ИФН-зависимые гены. Главными из них являются гены 2',5'-олиго-аденилатсинтетазы, протеинкиназы фактора инициации синтеза белка (eiF2), антигенов главного комплекса гистосовместимости (ГКГ 1 класса, один из генов ГКГ 2 класса), гены $\beta$2-микроглобулина и некоторых антигенов Т-лимфоцитов.

Было показано, что для всех этих генов характерна гомологичная последовательность длиной в 28 нуклеотидов [14] с меняющимися начальными 5'-последовательностями. Увеличение уровня ИФН-зависимых белков в цитоплазме (в 20 раз в раковых клетках асцита Эрлиха) было обусловлено увеличением скорости транскрипции [15]. В некоторых случаях (клетки Hela - 8 ИФН-зависимых белков) наблюдалось более чем 100-кратное увеличение их мРНК [16]. В присутствии ИФН-$\alpha$ и ИФН-$\gamma$ их уровень поддерживался в цитоплазме более 40 часов.

ИФН был открыт как фактор, обладающий выраженным противовирусным действием. Эта его активность оказалась очень высокой: подавление вирусной репродукции наблюдается при концентрации ИФН 3x10-14 М [17], что вполне сопоставимо с активностью феромонов. Еще А. Айзекс, автор открытия ИФН, показал, что эффекты ИФН связаны со специфическими изменениями в метаболизме клетки: под действием любого из 3 видов ИФН клетка переходит в особое состояние "невосприимчивости к вирусной инфекции" (АВ-состояние), которое характеризуется активацией ИФН-зависимых ферментных систем и появлением в цитоплазме до 20 новых белков.

Наиболее изученным ИФН-зависимым ферментом является 2',5'-олиго(А)синтетаза, которая активируется под действием всех трех видов ИФН. Она катализирует синтез ряда коротких моно-, ди-, три- и тетраполиаденилатов на основе АТФ. Их отличительной особенностью является образование необычной 2',5'-фосфодиэфирной связи. Активность этого фермента проявляется только в присутствии двуспиральной РНК (дсРНК), состоящей не менее чем из 30 нуклеотидов. 2',5'-олиго-аденилаты выполняют функцию мощного активатора клеточных эндонуклеаз, в частности РНКазы L. Активация РНКазы предотвращает считывание чужеродной генетической информации, так как эффективно разрушает моноспирали вновь синтезируемой РНК (но не способна расщеплять дсРНК). Активация ИФН-зависимой ферментной системы 2',5'-олиго(А)синтетаза-РНКаза L является основным механизмом противовирусного действия ИФН.

Другим механизмом, причем совершенно независимым, является активация протеинкиназы одного из факторов инициации синтеза белка еiF2, которая осуществляется также только в присутствии дсРНК. Фосфорилирование еiF2 с участием АТФ полностью останавливает синтез нового белка и, в частности, белков вириона. Сочетание этих двух механизмов обеспечивает надежность противовирусной защиты.

Имеются и другие механизмы противовирусного действия ИФН:

- подавление метилирования синтезированных мРНК, что исключает их участие в синтезе белка. Этот механизм работает в отношении самого распространенного индикаторного вируса везикулярного стоматита, используемого для определения ИФН и реовирусов;

- активация фосфодиэстеразы, приводящая к подавлению участия тРНК в сборке белкового полипептида на рибосомах;

- специфическое подавление трансляции вирусных тРНК без влияния на синтез белков;

- подавление сборки вирионов и почкования вируссодержащих частиц (вирус мышиной лейкемии).

Описанные выше 4 реакции проявляются в отношении ограниченного числа вирусов. Для их проявления не требуется присутствия дсРНК.

Так как ИФН блокирует фундаментальные процессы репродукции репликативной формы РНК и белка нуклеокапсида - к его действию чувствительны, практически, все вирусы, содержащие РНК или ДНК: цитолитические, интегрирующиеся, медленные. Чувствителен к ИФН и вирус иммунодефицита человека (ВИЧ).

Обычно чувствительность к действию ИФН определяется рецепторной системой, закодированной в хромосоме 21 для ИФН I типа и в хромосоме 6 - для ИФН-$\gamma$. Резистентность клеток к действию ИФН может быть вызвана утратой этих специфических рецепторов. Так, мышиные клетки линии L-121ОР, полностью утратившие чувствительность к ИФН, не имеют рецепторов [18].

Человеческие клетки МЕС-1, также полностью устойчивые, показывают сниженную способность связывать ИФН I типа. Однако они имеют высокие уровни 2',5'-олиго(А)синтетазы и протеинкиназы даже в отсутствие ИФН. Механизм депрессии АВ-состояния у этих клеток не ясен. Есть мутанты, устойчивые к ИФН, но полностью сохранившие рецепторы. Их дефекты дистальны. Они чаще проявляются на уровне 2',5'-олиго(А) или даже позже. Однако слабая реакция на действие ИФН или даже ее полное отсутствие обнаруживаются лишь у искусственно полученных мутантов. В клинической практике врач обычно имеет дело с чувствительными к ИФН организмами.

Огромное количество экспериментов, накопленных к настоящему времени, показывают, что в норме гены ИФН репрессированы и их считывание начинается только после индуцирующего воздействия (см. таблицу), которое может рассматриваться как позитивно регулирующий сигнал. На примере ИФН I типа показано, что при этом индуктор не взаимодействует с генами ИФН прямо, а сначала включает систему ядерных интерферонрегулирующих факторов (ИРФ), в частности - ИРФ-I, который, в свою очередь, уже способен включать считывание генов ИФН. Интересно, что на считывание генов ИРФ влияет не только индуктор (вирусная РНК и ее химические аналоги), но также ИФН (это объясняет прайминг), интерлейкин (ИЛ)-1 и фактор некроза опухоли (ФНО) [19]. По-видимому, существует тесная функциональная связь ИФН с другими цитокинами в иммунном ответе, имеющая объективный базис в виде ИРФ в геноме, активирующегося под действием разных сигналов.

Развитие АВ-состояния синергидно усиливается (в 5-20 раз) при сочетанном применении ИФН типов I и II [20], что определенно указывает на различие в механизмах их действия. Эффект синергизма отмечен и при изучении противоопухолевого действия этих препаратов. Подъем температуры с 37 до 40њС также оказывал положительное действие: АВ-состояние в культуре клеток легкого человека увеличивалось в 3 раза. Противовирусные препараты с механизмом действия, отличающиеся от ИФН, например, ацикловир [21], также синергидно увеличивали развитие АВ-состояния при одновременном их введении.

Обратная регуляция системы ИФН осуществляется несколькими путями. Из них основным следует признать активацию 2'-фосфодиэстеразы, способной расщеплять важнейший фактор состояния невосприимчивости к вирусной инфекции - 2',5'-олиго(А). Под действием ИФН в цитоплазме уровень этого фермента возрастает примерно в 5 раз, препятствуя накоплению 2',5'-олиго(А). Вследствие непрерывного взаимодействия позитивного и негативного факторов уровень этого олигоаденилата в цитоплазме носит динамический характер. Это позволяет защитить клеточные РНК от деградации под действием РНКазы L, которая активируется при накоплении 2',5'-олиго(А). Другим отрицательным фактором регуляции ИФН в клетке является специфический ингибитор ИФН. В здоровом организме этот ингибитор обнаруживается примерно у 60% популяции, но уровень его относительно невысокий [22]. Однако при патологических состояниях, например, при СПИДе, осложненном саркомой Капоши, ингибитор выявлялся также у 50% больных, но у 30% из них он был достаточен для инактивации очень высокого уровня - 500 МЕ/мл ИНФ-$\alpha$ и даже более [23]. Однако это исключительный случай. Клинически при лечении вирусных инфекций ингибитор обычно не проявляется. Ингибитор ИФН у мышей был выделен и очищен. Он оказался полипептидом с молекулярной массой 8-10 кДа. Ингибитор человеческого ИФН, по некоторым данным, может быть структурным аналогом ИФН-$\gamma$ [24].

Клинически выраженное подавление развития АВ-состояния могут вызывать ингибиторы циклооксигеназы жирных кислот (например, ацетилсалициловая кислота), выполняющие важную роль на раннем этапе синтеза простагландинов [25]. Ингибиторами являются и сами простагландины, особенно PG E2. Ингибитор простагландинов - индометацин положительно влияет на действие ИФН и может быть рекомендован для клинического применения, например, для предотвращения слишком сильных пирогенных реакций.

По некоторым данным, ИФН находится в антагонизме с ростовыми гормонами, в частности, с тромбоцитарным ростовым фактором. Это также должно учитываться при клиническом применении ИФН. Целесообразно также избегать применения ИФН совместно с кортикостероидными гормонами, которые снижают активацию иммунных эффекторов, прежде всего, макрофагов, вызванную ИФН [26]. Если нет возможности отменить эти гормоны, они должны применяться в разные с ИФН дни.

Далее...


Написать комментарий
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования