Введение. Цитокины – факторы дифференциации иммунных клеток Цитокины примеры

Активация клеток зоны воспаления проявляется в том, что клетки начинают синтезировать и выделять множество цитокинов, оказывающих воздействие на близлежащие клетки и клетки отдаленных органов. Среди всех этих цитокинов есть те, которые способствуют (провоспалительные), и те, которые препятствуют развитию воспалительного процесса (противовоспалительные). Цитокины вызывают эффекты, сходные с проявлениями острых и хронических инфекционных заболеваний.

Провоспалительные цитокины

Секретировать провоспалительные цитокины способны 90% лимфоцитов (разновидность лейкоцитов), 60% макрофагов тканей (клеток, способных захватывать и переваривать бактерии). Стимуляторами выработки цитокинов являются возбудители инфекций и сами цитокины (или другие факторы воспаления).

Локальное выделение провоспалительных цитокинов вызывает формирование очага воспаления. При помощи специфических рецепторов провоспалительные цитокины связываются и вовлекают в процесс другие типы клеток: кожи, соединительной ткани, внутренней стенки сосудов, эпителиальные клетки. Все эти клетки также начинают продуцировать провоспалительные цитокины.

Важнейшими провоспалительными цитокинами являются ИЛ-1 (интерлейкин-1) и ФНО-альфа (фактор некроза опухолей-альфа). Они вызывают образование на внутренней оболочке стенки сосудов очагов адгезии (прилипания): сначала лейкоциты прилипают к эндотелию, а затем проникают через сосудистую стенку.

Эти провоспалительные цитокины стимулируют синтез и выделение лейкоцитами и эндотелиальными клетками других провоспалительных цитокинов (ИЛ-8 и других) и тем самым активируют клетки на продукцию медиаторов воспаления (лейкотриенов, гистамина, простагландинов, оксида азота и других).

При проникновении в организм инфекции выработка и выделение ИЛ-1, ИЛ-8, ИЛ-6, ФНО-альфа начинается на месте внедрения микроорганизма (в клетках слизистой оболочки, кожи, региональных лимфоузлов) – то есть цитокины активируют местные защитные реакции.

Как ФНО-альфа, так и ИЛ-1, кроме местного действия, оказывают еще и системное: активируют иммунную систему, эндокринную, нервную и систему гемопоэза. Провоспалительные цитокины способны вызывать около 50 разных биологических эффектов. Их мишенями могут оказаться практически все ткани и органы.

Например, анемия при острых и хронических инфекционных заболеваниях является результатом воздействия на организм провоспалительных цитокинов (интерлейкина-1, интерферона-бета, интерферона-гамма, ФНО, неоптерина). Они подавляют разрастание эритроидного ростка, высвобождение железа из клеток макрофагов и угнетают выработку эритропоэтина в почках. Цитокины действуют очень эффективно и быстро.

Противовоспалительные цитокины

Контроль за действием провоспалительных цитокинов осуществляется противовоспалительными цитокинами, к которым относятся ИЛ-4, ИЛ-13, ИЛ-10, ТФР-бета. Они не только могут подавлять синтез провоспалительных цитокинов, но и способствовать синтезу рецепторных антагонистов интерлейкинов (РАИЛ или RAIL).

Соотношение между противовоспалительными и провоспалительными цитокинами – важный момент в регуляции возникновения и развития воспалительного процесса. От этого баланса зависит и течение болезни, и исход ее. Именно цитокины стимулируют выработку факторов свертываемости крови в клетках эндотелия сосудов, продукцию хондролитических ферментов, способствуют образованию рубцовой ткани.

Цитокины и иммунный ответ

Все клетки в иммунной системе имеют определенные четкие функции. Согласованное взаимодействие их осуществляют цитокины – регуляторы иммунных реакций. Именно они обеспечивают обмен информацией между клетками иммунной системы и координацию их действий.

Набор и количество цитокинов – это матрица сигналов (часто меняющихся), которые воздействуют на рецепторы клеток. Сложный характер этих сигналов объясняется тем, что каждый цитокин может подавлять или активировать несколько процессов (в том числе синтез свой или других цитокинов), образование рецепторов на поверхности клеток.

Цитокины обеспечивают взаимосвязь в пределах иммунной системы между специфическим иммунитетом и неспецифической защитной реакцией организма, между гуморальным и клеточным иммунитетом. Именно цитокины осуществляют связь между фагоцитами (обеспечивающими клеточный иммунитет) и лимфоцитами (клетками гуморального иммунитета), а также между разными по своей функции лимфоцитами.

Посредством цитокинов Т-хелперы (лимфоциты, "распознающие" чужеродные белки микроорганизмов) передают команду Т-киллерам (клеткам, уничтожающим чужеродный белок). Точно также с помощью цитокинов Т-супрессоры (разновидность лимфоцитов) контролируют функцию Т-киллеров и передают им информацию о прекращении уничтожения клеток.

Если такая связь нарушится, то гибель клеток (уже собственных для организма, а не чужеродных) будет продолжаться. Именно так развиваются аутоиммунные заболевания: синтез ИЛ-12 не контролируется, клеточно-опосредованный иммунный ответ будет чрезмерно активным.

Течение и исход инфекционного заболевания зависит от способности его возбудителя (или его компонентов) вызывать синтез цитокина ИЛ-12. К примеру, разновидность грибов Candida albicans может вызывать синтез ИЛ-12, который способствует развитию эффективной клеточной защиты от этого возбудителя. Лейшмания подавляет синтез ИЛ-12 – развивается хроническая инфекция. ВИЧ подавляет синтез ИЛ-12, и это приводит к дефектам клеточного иммунитета при СПИДе.

Цитокины регулируют и специфический иммунный ответ организма на внедрение возбудителя. Если местные защитные реакции оказались несостоятельными, то цитокины действуют на системном уровне, то есть оказывают влияние на все системы и органы, которые участвуют в поддержании гомеостаза.

При их воздействии на ЦНС меняется весь комплекс поведенческих реакций, происходит изменение синтеза большинства гормонов, синтеза белков и состава плазмы. Но все происходящие изменения не имеют случайного характера: они либо необходимы для повышения защитных реакций, либо способствуют переключению энергии организма на борьбу с патогенным воздействием.

Именно цитокины, осуществляя связь между эндокринной, нервной, кроветворной и иммунной системами, вовлекают все эти системы в формирование комплексной защитной реакции организма на внедрение болезнетворного агента.

Макрофаг поглощает бактерии и выделяет цитокины (трехмерная модель) - видео

Анализ на полиморфизм генов цитокинов

Анализ на полиморфизм генов цитокинов является генетическим исследованием на молекулярном уровне. Такие исследования представляют широкий объем информации, позволяющий выявить наличие у обследуемого лица полиморфных генов (провоспалительные варианты), спрогнозировать предрасположенность к различным заболеваниям, разработать программу профилактики таких заболеваний для данного конкретного человека и т.д.

В отличие от единичных (спорадических) мутаций полиморфные гены обнаруживаются примерно у 10% населения. Носители таких полиморфных генов имеют повышенную активность иммунной системы при оперативных вмешательствах, инфекционных заболеваниях, механических воздействиях на ткани. В иммунограмме таких лиц часто выявляется высокая концентрация цитотоксических клеток (клеток-киллеров). У таких пациентов чаще возникают септические, гнойные осложнения заболеваний.

Но в некоторых ситуациях такая повышенная активность иммунной системы может мешать: например, при экстракорпоральном оплодотворении и подсадке зародыша. А сочетание провоспалительных генов интерлейкина-1 или ИЛ-1 (IL-1), рецепторного антагониста интерлейкина-1 (RAIL-1), туморонекротического фактора-альфа (TNF-альфа) является предрасполагающим фактором для невынашивания при беременности. Если при обследовании обнаруживается наличие провоспалительных генов цитокинов, то требуется специальная подготовка к беременности или к ЭКО (экстракорпоральному оплодотворению).

Анализ на цитокиновый профиль включает обнаружение 4 полиморфных вариантов генов:

• 
  интерлейкина 1-бета (IL-бета);
• 
  рецепторного антагониста интерлейкина -1 (ILRA-1);
• 
  интерлейкина-4 (IL-4);
• 
  туморонекротического фактора-альфа (TNF-альфа).

Для сдачи анализа не требуется специальная подготовка. Материалом для исследования служит соскоб со слизистой щеки.

Современные исследования показали, что при привычном невынашивании беременности в организме женщин часто обнаруживаются генетические факторы тромбофилии (склонности к тромбообразованию). Эти гены могут приводить не только к невынашиванию, но и к плацентарной недостаточности, задержке роста плода, позднему токсикозу.

В некоторых случаях полиморфизм генов тромбофилии у плода более выражен , чем у матери, так как плод получает также и гены от отца. Мутации гена протромбина приводят практически к стопроцентной внутриутробной гибели плода. Поэтому особо сложные случаи невынашивания требуют обследования и мужа.

Иммунологическое обследование мужа поможет не только определить прогноз беременности, но и выявит факторы риска для его здоровья и возможность использования мер профилактики. В случае выявления факторов риска у матери целесообразно провести затем и обследование ребенка – это поможет разработать индивидуальную программу профилактики заболеваний у ребенка.

При бесплодии целесообразно выявить все известные в настоящее время факторы, которые могут приводить к нему. Полное генетическое исследование полиморфизма генов включает 11 показателей. Обследование может помочь выявить предрасположенность к нарушениям функции плаценты, повышению артериального давления, преэклампсии. Точная диагностика причин бесплодия позволит провести необходимое лечение и даст возможность сохранить беременность.

Расширенная гемостазиограмма может дать информацию не только для акушерской практики. С помощью исследования полиморфизма генов можно выявить генетические факторы предрасположенности к развитию атеросклероза, ишемической болезни сердца, спрогнозировать ее течение и вероятность развития инфаркта миокарда. Даже вероятность внезапной смерти можно просчитать с помощью генетического исследования .

Изучено также влияние полиморфизма генов на темпы развития фиброза у пациентов с хроническим гепатитом С, что может быть использовано при прогнозировании течения и исхода хронического гепатита.

Молекулярно-генетические исследования многофакторных заболеваний помогают не только в создании индивидуального прогноза по состоянию здоровья и мер профилактики, но и в разработке новых лечебных методов с применением антицитокиновых и цитокиновых лекарственных средств.

Цитокинотерапия

Лечение опухолевых заболеваний

Цитокинотерапия может применяться при любой (даже IV) стадии злокачественного заболевания, при наличии тяжелой сопутствующей патологии (печеночно-почечной или сердечно-сосудистой недостаточности). Цитокины избирательно уничтожают только клетки злокачественной опухоли и не затрагивают здоровые. Цитокинотерапия может использоваться как самостоятельный метод лечения или входить в состав комплексной терапии.

Иммунологические исследования у онкологических больных показали, что большинство злокачественных заболеваний сопровождаются нарушениями иммунологического ответа. Степень подавления его зависит от размеров опухоли и проводимого лечения (лучевой терапии и химиотерапии). Получены данные о биологических эффектах цитокинов (интерлейкина-2, интерферонов, туморонекротического фактора и других).

Цитокинотерапия применяется в онкологии несколько десятилетий. Но раньше использовались в основном интерлейкин-2 (IL-2) и интерферон-альфа (IFN-альфа) – эффективные только при меланоме кожи и раке почки. В последние годы созданы новые препараты, расширились показания для их эффективного применения.

Один из препаратов цитокинов – фактор некроза опухоли (ФНО-альфа) – действует через рецепторы, находящиеся на злокачественной клетке. Этот цитокин вырабатывается в организме человека моноцитами и макрофагами. При взаимодействии с рецепторами злокачественной клетки цитокин запускает программу гибели этой клетки.

ФНО-альфа начали применять в онкологической практике в США и в Европе еще в 80-е годы. Используется он и в настоящее время. Но высокая токсичность препарата ограничивает его применение только теми случаями, когда есть возможность изолировать орган с опухолевым процессом от общего кровотока (почки, конечность). Лекарственный препарат в этом случае циркулирует с помощью аппарата искусственного кровообращения только в пораженном органе, и не попадает в общий кровоток .

В России в 1990 г. создан препарат Рефнот (ФНО-Т) вследствие слияния генов Тимозина-альфа и Фактора некроза опухолей. Он в 100 раз менее токсичен, чем ФНО, прошел клинические испытания и с 2009 г. разрешен к применению в лечении различных видов и локализаций злокачественных опухолей.

Учитывая снижение токсичности препарата, он может вводиться внутримышечно или подкожно. Препарат оказывает действие и на первичный очаг опухоли, и на метастазы (в том числе отдаленные) в отличие от препарата ФНО-альфа, который мог оказать действие только на первичный очаг.

Другой перспективный лекарственный препарат из числа цитокинов – Интерферон-гамма (ИФН-гамма). На его основе в 1990 г. создан в России препарат Ингарон. Он оказывает прямое действие на клетки опухоли или запускает программу апоптоза (клетка сама программирует и выполняет свою гибель), повышает эффективность иммунных клеток.

Препарат также прошел клинические испытания и с 2005 г. разрешен к применению в лечении злокачественных опухолей . Препарат активирует те рецепторы на злокачественной клетке, с которыми затем взаимодействует Рефнот. Поэтому чаще всего цитокинотерапию Рефнотом сочетают с применением Ингарона.

Способ введения этих препаратов (внутримышечный или подкожный) позволяет проводить лечение в амбулаторных условиях. Противопоказана цитокинотерапия только при беременности и аутоиммунных заболеваниях. Кроме прямого воздействия на злокачественную клетку, Ингарон и Рефнот оказывают опосредованное действие – активируют собственные клетки иммунной системы (Т-лимфоциты и фагоциты), повышают общий иммунитет.

К сожалению, эффективность цитокинотерапии составляет только 30-60%, в зависимости от стадии и локализации опухоли, вида злокачественного новообразования, распространенности процесса, общего состояния больного. Чем выше стадия заболевания, тем менее выражен эффект лечения.

Но даже при наличии множественных и отдаленных метастазов и невозможности проведения химиотерапии (из-за тяжести общего состояния больного) отмечаются положительные результаты в виде улучшения общего самочувствия и приостановления дальнейшего развития заболевания.

Основные направления действий современных препаратов-цитокинов:

• 
  непосредственное воздействие на клетки самой опухоли и метастазов;
• 
  усиление противоопухолевого эффекта химиотерапии;
• 
  профилактика метастазов и рецидивов опухоли;
• 
  снижение побочных реакций химиотерапии путем угнетения кроветворения и иммуносупрессии;
• 
  лечение и профилактика инфекционных осложнений в процессе лечения.

Возможные варианты результатов применения цитокинотерапии:

• 
  полное исчезновение опухоли или уменьшение ее размеров (вследствие запуска апоптоза – запрограммированной гибели клеток опухоли);
• 
  стабилизация процесса или частичный регресс опухоли (при запуске ареста клеточного цикла в опухолевых клетках);
• 
  отсутствие эффекта – продолжается рост и метастазирование опухоли (при нечувствительности опухолевых клеток к препарату вследствие мутаций).

Из вышесказанного видно, что клинический результат применения цитокинотерапии зависит от характеристик опухолевых клеток у самого пациента . Для оценки эффективности применения цитокинов проводят 1-2 курса лечения и оценивают динамику процесса с помощью различных инструментальных методов обследования.

Возможность применения цитокинотерапии не означает отказ от других методов лечения (оперативного вмешательства, химиотерапии или лучевой терапии). Каждый из них имеет свои преимущества воздействия на опухоль. Следует использовать все показанные и доступные методы лечения в каждом конкретном случае.

Цитокины значительно облегчают переносимость лучевой и химиотерапии, предотвращают возникновение нейтропении (снижения числа лейкоцитов) и развитие инфекций в процессе химиолучевой терапии. Помимо этого, Рефнот повышает эффективность большинства химиопрепаратов. Применение его в сочетании с Ингароном за неделю до начала химиотерапии и продолжение применения цитокина после курса химиотерапии защитит от инфекций или вылечит их без антибиотиков.

Схема цитокинотерапии назначается каждому больному индивидуально. Оба препарата практически не проявляют токсичности (в отличие от химиопрепаратов), не имеют побочных реакций и хорошо переносятся пациентами, не оказывают угнетающего действия на кроветворение, повышают противоопухолевый специфический иммунитет.

Лечение шизофрении

Исследованиями установлено, что цитокины участвуют в психонейроиммунных реакциях и обеспечивают сопряженную работу нервной и иммунной систем. Баланс цитокинов регулирует процесс регенерации дефектных или поврежденных нейронов. На этом основано применение новых способов лечения шизофрении – цитокинотерапии: применение иммунотропных цитокиносодержащих лекарственных средств.

Одним из способов является использование анти-ФНО-альфа и анти-ИФН-гамма антител (антител против фактора некроза опухолей-альфа и интерферона-гамма). Препарат вводят внутримышечно в течение 5 дней по 2 р. в день.

Существует также методика применения композиционного раствора цитокинов. Его вводят в виде ингаляций с помощью небулайзера по 10 мл на 1 введение. В зависимости от состояния пациента препарат вводят каждые 8 ч. в первые 3-5 дней, затем в течение 5-10 дней – по 1-2 р./сутки и последующим снижением дозы до 1 р. в 3 суток на протяжении длительного времени (до 3 месяцев) при полной отмене психотропных препаратов.

Интраназальное применение раствора цитокинов (содержащего ИЛ-2, ИЛ-3, ГМ-КСФ, ИЛ-1бета, ИФН-гамма, ФНО-альфа, эритропоэтин) способствует повышению эффективности лечения пациентов с шизофренией (в том числе при первом приступе болезни), более длительной и стойкой ремиссии. Эти методы применяются в клиниках Израиля и в России.

Подробнее о шизофрении

В настоящей главе будет рассмотрен комплексный подход в оценке системы цитокинов с использованием описанных ранее современных методов исследования.

Вначале мы изложим основные представления о системе цитокинов.

Цитокины в настоящее время рассматривают как белковопептидные молекулы, продуцируемые различными клетками организма и осуществляющие межклеточные и межсистемные взаимодействия. Цитокины - универсальные регуляторы жизненного цикла клеток, они контролируют процессы дифференцировки, пролиферации, функциональной активации и апоптоза последних.

Цитокины, продуцируемые клетками иммунной системы, называют иммуноцитокинами; они представляют собой класс растворимых пептидных медиаторов иммунной системы, необходимых для ее развития, функционирования и взаимодействия с другими системами организма (Ковальчук Л.В. и соавт., 1999).

Являясь регуляторными молекулами, цитокины играют важную роль в осуществлении реакций врожденного и адаптивного иммунитета, обеспечивают их взаимосвязь, контролируют гемопоэз, воспаление, заживление ран, образование новых кровеносных сосудов (ангиогенез) и многие другие жизненно важные процессы.

В настоящее время существует несколько различных классификаций цитокинов, учитывающих их строение, функциональную активность, происхождение, тип цитокиновых рецепторов. Традиционно, в соответствии с биологическими эффектами, принято выделять следующие группы цитокинов.

1. Интерлейкины (ИЛ-1-ИЛ-33) - секреторные регуляторные белки иммунной системы, обеспечивающие медиаторные взаимодействия в иммунной системе и связь ее с другими системами организма. Интерлейкины разделяют по функциональной активности на про- и противовоспалительные цитокины, ростовые факторы лимфоцитов, регуляторные цитокины и др.

3. Факторы некроза опухоли (ФНО) - цитокины с цитотоксическим и регуляторным действиями: ФНОа и лимфотоксины (ЛТ).

4. Факторы роста гемопоэтических клеток - фактор роста стволовых клеток (Kit - ligand), ИЛ-3, ИЛ-7, ИЛ-11, эритропоэтин, тробопоэтин, гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор - ГМ-КСФ, гранулоцитарный КСФ - Г-КСФ, макрофагаль-

ный КСФ - М-КСФ).

5. Хемокины - С, СС, СХС (ИЛ-8), СХ3С - регуляторы хемотаксиса различных типов клеток.

6. Факторы роста нелимфоидных клеток - регуляторы роста, дифференцировки и функциональной активности клеток различной тканевой принадлежности (фактор роста фибробластов - ФРФ, фактор роста эндотелиальных клеток, эпидермальный фактор роста - ЭФР эпидермиса) и трансформирующие факторы роста (ТФРβ, ТФРα).

Среди прочих в последние годы активно изучается фактор, ингибирующий миграцию макрофагов (миграцию ингибирующий фактор - МИФ), который рассматривается как нейрогормон с цитокиновой и ферментной активностью (Суслов А.П., 2003; Ковальчук Л.В. и соавт.,

Цитокины различаются по строению, биологической активности и другим свойствам. Однако наряду с различиями цитокины обладают общими свойствами, характерными для данного класса биорегуляторных молекул.

1. Цитокины - это, как правило, гликозилированные полипептиды средней молекулярной массы (менее 30 кD).

2. Цитокины вырабатываются клетками иммунной системы и другими клетками (например, эндотелием, фибробластами и др.) в ответ на активирующий стимул (патогенассоциированные молекулярные структуры, антигены, цитокины и др.) и участвуют в реакциях врожденного и адаптивного иммунитета, регулируя их силу и продолжительность. Некоторые цитокины синтезируются конститутивно.

3. Секреция цитокинов - короткий по времени процесс. Цитокины не сохраняются как преформированные молекулы, а их

синтез начинается всегда с транскрипции генов. Клетки вырабатывают цитокины в низкой концентрации (пикограммы на миллилитр).

4. В большинстве случаев цитокины продуцируются и действуют на клетки-мишени, находящиеся в непосредственной близости (короткодистантное действие). Основное место действия цитокинов - межклеточный синапс.

5. Избыточность системы цитокинов проявляется в том, что каждый тип клеток способен продуцировать несколько цитокинов, а каждый цитокин может секретироваться различными клетками.

6. Для всех цитокинов характерна плейотропность, или полифункциональность действия. Так, проявление признаков воспаления обусловлено влиянием ИЛ-1, ФНОα, ИЛ-6, ИЛ-8. Дублирование функций обеспечивает надежность работы системы цитокинов.

7. Действие цитокинов на клетки-мишени опосредуется высокоспецифичными высокоаффинными мембранными рецепторами, представляющими собой трансмембранные гликопротеины, состоящие, как правило, более чем из одной субъединицы. Внеклеточная часть рецепторов ответственна за связывание цитокина. Существуют рецепторы, устраняющие избыток цитокинов в патологическом очаге. Это так называемые рецепторы-ловушки. Растворимые рецепторы представляют собой внеклеточный домен мембранного рецептора, отделенный с помощью фермента. Растворимые рецепторы способны нейтрализовывать цитокины, участвовать в транспорте их в очаг воспаления и в выведении из организма.

8. Цитокины работают по принципу сети. Они могут действовать согласованно. Многие функции, приписываемые первоначально одному цитокину, как оказалось, обусловлены согласованным действием нескольких цитокинов (синергизм действия). Примерами синергического взаимодействия цитокинов являются стимуляция воспалительных реакций (ИЛ-1, ИЛ-6 и ФНОа), а также синтеза IgE

(ИЛ-4, ИЛ-5 и ИЛ-13).

Одни цитокины индуцируют синтез других цитокинов (каскад). Каскадность действия цитокинов необходима для развития воспалительных и иммунных реакций. Способность одних цитокинов усиливать или ослаблять продукцию других обусловливает важные позитивные и негативные регуляторные механизмы.

Известно антагонистическое действие цитокинов, например продукция ИЛ-6 в ответ на увеличение концентрации ФНОа может быть

негативным регуляторным механизмом контроля выработки этого медиатора при воспалении.

Цитокиновая регуляция функций клеток-мишеней осуществляется с помощью аутокринного, паракринного или эндокринного механизмов. Некоторые цитокины (ИЛ-1, ИЛ-6, ФНОα и др.) способны участвовать в реализации всех перечисленных механизмов.

Ответ клетки на влияние цитокина зависит от нескольких факторов:

От типа клеток и их исходной функциональной активности;

От локальной концентрации цитокина;

От присутствия других медиаторных молекул.

Таким образом, клетки-продуценты, цитокины и специфические для них рецепторы на клетках мишенях формируют единую медиаторную сеть. Именно набор регуляторных пептидов, а не индивидуальные цитокины, определяют окончательный ответ клетки. В настоящее время система цитокинов рассматривается как универсальная система регуляции на уровне целостного организма, обеспечивающая развитие защитных реакций (например, при инфекции).

В последние годы сложилось представление о системе цитокинов, объединяющей:

1) клетки-продуценты;

2) растворимые цитокины и их антагонисты;

3) клетки-мишени и их рецепторы (рис. 7.1).

Нарушения различных компонентов системы цитокинов приводят к развитию многочисленных патологических процессов, а потому выявление дефектов в этой регуляторной системе имеет важное значение для правильной постановки диагноза и назначения адекватной терапии.

Вначале рассмотрим основные компоненты системы цитокинов.

Клетки-продуценты цитокинов

I. Основную группу клеток-продуцентов цитокинов в адаптивном иммунном ответе представляют лимфоциты. Покоящиеся клетки не секретируют цитокины. При распознавании антигена и при участии рецепторных взаимодействий (CD28-CD80/86 для Т-лимфоцитов и СD40-CD40L для В-лимфоцитов) происходит активация клеток, приводящая к транскрипции генов цитокинов, трансляции и секреции гликозилированных пептидов в межклеточное пространство.

Рис. 7.1. Система цитокинов

CD4 Т-хелперы представлены субпопуляциями: Тh0, Тh1, Тh2, Тh17, Tfh, которые различаются между собой спектром секретируемых цитокинов в ответ на различные антигены.

Тh0 вырабатывают широкий спектр цитокинов в очень низких концентрациях.

Направление дифференцировки Th0 определяет развитие двух форм иммунного ответа с преобладанием гуморальных или клеточных механизмов.

Природа антигена, его концентрация, локализация в клетке, тип антигенпрезентирующих клеток и определенный набор цитокинов регулируют направление дифференцировки Тh0.

Дендритные клетки после захвата и процессинга антигена представляют антигенные пептиды Th0 клеткам и вырабатывают цитокины, регулирующие направление их дифференцировки в эффекторные клетки. Роль индивидуальных цитокинов в данном процессе отражена на рис. 7.2. ИЛ-12 индуцирует синтез ИФНγ Т-лимфоцитами и ]ЧГК. ИФНу обеспечивает дифференцировку ТЫ1, которые начинают секретировать цитокины (ИЛ-2, ИФНу, ИЛ-3, ФНОа, лимфотоксины), регулирующие развитие реакций на внутриклеточные патогены

(гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ) и различные типы клеточной цитотоксичности).

ИЛ-4 обеспечивает дифференцировку Тh0 в Тh2. Активированные Тh2 вырабатывают цитокины (ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-13 и др.), определяющие пролиферацию В-лимфоцитов, их дальнейшую дифференцировку в плазматические клетки,и развитие реакций антителогенеза, преимущественно на внеклеточные патогены.

ИФНу негативно регулирует функцию Тh2-клеток и, наоборот, ИЛ-4, ИЛ-10, секретируемые Тh2, угнетают функцию Тh1 (рис. 7.3). Молекулярный механизм этой регуляции связан с транскрипционными факторами. Экспрессия Т-bet и STAT4, детерминированная ИФНу, направляет дифференцировку Т-клеток по пути Тh1 и супрессирует развитие Тh2. ИЛ-4 индуцирует экспрессию GATA-3 и STAT6, что соответственно обеспечивает превращение наивных ТЫ0 в Тh2-клетки (рис. 7.2).

В последние годы описана особая субпопуляция Т-клеток хелперов (Тh17), продуцирующих ИЛ-17. Члены семейства ИЛ-17 могут экспрессироваться активированными клетками памяти (CD4CD45RO), у5Т-клетками, NKT клетками, нейтрофилами, моноцитами под влиянием ИЛ-23, ИЛ-6, ТФРβ, вырабатываемых макрофагами и дендритными клетками. Основным дифференцировочным фактором у человека является ROR-C, у мышей - ROR-γl Показана кардинальная роль ИЛ-17 в развитии хронического воспаления и аутоиммунной патологии (см. рис. 7.2).

Кроме того, Т-лимфоциты в тимусе могут дифференцироваться в естественные клетки-регуляторы (Treg), экспрессирующие поверхностные маркеры CD4 + CD25 + и транскрипционный фактор FOXP3. Эти клетки способны подавлять иммунный ответ, опосредуемый Тh1 и Тh2-клетками, путем прямого межклеточного контакта и синтеза ТФРβ и ИЛ-10.

Схемы дифференцировки клонов Тh0 и секретируемых ими цитокинов представлены на рис. 7.2 и 7.3 (см. также цв. вклейку).

Т-цитотоксические клетки (CD8 +), естественные киллеры - слабые продуценты цитокинов, таких, как интерфероны, ФНОа и лимфотоксины.

Избыточная активация одной из субпопуляций Тh может определить развитие одного из вариантов иммунного ответа. Хроническая несбалансированность активации Тh способна привести к формированию иммунопатологических состояний, связанных с проявления-

ми аллергии, аутоиммунной патологии, хронических воспалительных процессов и др.

Рис. 7.2. Различные субпопуляции Т-лимфоцитов, продуцирующие цитокины

II. В системе врожденного иммунитета основными продуцентами цитокинов являются клетки миелоидного ряда. С помощью Toll-по- добных рецепторов (TLRs) они распознают сходные молекулярные структуры различных патогенов, так называемые патогенассоциированные молекулярные патерны (РАМП), например липополисахарид (ЛПС) грамотрицательных бактерий, липотейхоевые кислоты, пептидогликаны грамположительных микроорганизмов, флагеллин, ДНК, богатую неметилированными СрG повторами, и др. В результате

такого взаимодействия с TLR запускается внутриклеточный каскад передачи сигнала, приводящий к экспрессии генов двух основных групп цитокинов: провоспалительных и ИФН типа 1 (рис. 7.4, см. также цв. вклейку). Главным образом эти цитокины (ИЛ-1, -6, -8, -12, ФНОа, ГМ-КСФ, ИФН, хемокины и др.) индуцируют развитие воспаления и участвуют в защите организма от бактериальных и вирусных инфекций.

Рис. 7.3. Спектр цитокинов, секретируемых ТЫ1- и ТЫ2-клетками

III. Клетки, не относящиеся к иммунной системе (клетки соединительной ткани, эпителия, эндотелия), конститутивно секретируют аутокринные факторы роста (ФРФ, ЕФР, ТФРр и др.). и цитокины, поддерживающие пролиферацию гемопоэтических клеток.

Цитокины и их антагонисты подробно описаны в ряде монографий (Ковальчук Л.В. и соавт., 2000; Кетлинский С.А., Симбирцев А.С.,

Рис. 7.4. TLR-опосредованная индукция выработки цитокинов клетками врожденного иммунитета

Избыточная экспрессия цитокинов небезопасна для организма и может привести к развитию чрезмерной воспалительной реакции, острофазового ответа. В регуляции выработки провоспалительных цитокинов принимают участие различные ингибиторы. Так, описан ряд веществ, которые неспецифически связывают цитокин ИЛ-1 и препятствуют проявлению его биологического действия (а2-макроглобулин, С3-компонент комплемента, уромодулин). Специфическими ингибиторами ИЛ-1 могут быть растворимые рецепторы-ловушки, антитела и рецепторный антагонист ИЛ-1 (ИЛ-1RA). При развитии воспаления происходит усиление экспрессии гена ИЛ-1RA. Но и в норме этот антагонист присутствует в крови в высокой концентрации (до 1 нг/мл и более), блокируя действие эндогенного ИЛ-1.

Клетки-мишени

Действие цитокинов на клетки-мишени опосредуются через специфические рецепторы, связывающие цитокины с очень высокой аффинностью, причем отдельные цитокины могут использовать

общие субъединицы рецепторов. Каждый цитокин связывается со своим специфическим рецептором.

Рецепторы цитокинов представляют собой трансмембранные белки и делятся на 5 основных типов. Наиболее распространен так называемый гемопоэтиновый тип рецепторов, имеющих два экстраклеточных домена, один из которых содержит общую последовательность аминокислотных остатков двух повторов триптофана и серина, разделенных любой аминокислотой (WSXWS-мотив). Второй тип рецепторов может иметь два внеклеточных домена с большим количеством консервативных цистеинов. Это рецепторы семейства ИЛ-10 и ИФН. Tретий тип представлен рецепторами цитокинов, относящихся к группе ФНО. Четвертый тип рецепторов цитокинов принадлежит к суперсемейству иммуноглобулиновых рецепторов, имеющих внеклеточные домены, напоминающие по строению домены молекул иммуноглобулинов. Пятый тип рецепторов, связывающих молекулы семейства хемокинов, представлен трансмембранными белками, пересекающими клеточную мембрану в 7 местах. Рецепторы цитокинов могут существовать в растворимой форме, сохраняя способность связывать лиганды (Кетлинский С.А. и др., 2008).

Цитокины способны влиять на пролиферацию, дифференцировку, функциональную активность и апоптоз клеток-мишеней (см. рис. 7.1). Проявление биологической активности цитокинов в клетках-мишенях зависит от участия различных внутриклеточных систем в передаче сигнала от рецептора, что связано с особенностями клеток-мишеней. Сигнал к апоптозу проводится в том числе с помощью специфического участка семейства рецепторов ФНО, так называемого домена «смерти» (рис. 7.5, см. цв. вклейку). Дифференцировочный и активирующий сигналы передаются посредством внутриклеточных белков Jak-STAT - сигнальных трансдукторов и активаторов транскрипции (рис. 7.6, см. цв. вклейку). G-белки участвуют в передаче сигнала от хемокинов, что приводит к усилению миграции и адгезии клеток.

В комплексный анализ системы цитокинов входит следующее.

I. Оценка клеток-продуцентов.

1. Определение экспрессии:

Рецепторов, распознающих патоген или антиген TКР, TLR) на уровне генов и молекулы белка (ПЦР, метод проточной цитофлуориметрии);

Адаптерных молекул, проводящих сигнал, запускающий транскрипцию цитокиновых генов (ПЦР и др.);

Рис. 7.5. Передача сигнала с ФНО-рецептора

Рис. 7.6. Jak-STAT - сигнальный путь с цитокиновых рецепторов типа 1

Генов цитокинов (ПЦР); белковых молекул цитокинов (оценка цитокинсинтезирующей функции мононуклеарных клеток человека).

2. Количественное определение субпопуляций клеток, содержащих те или иные цитокины: Th1, Th2 Th17 (метод внутриклеточного окрашивания цитокинов); определение количества клеток, секретирующих определенные цитокины (метод ELISPOT, см. гл. 4).

II. Оценка цитокинов и их антагонистов в биологических средах организма.

1. Tестирование биологической активности цитокинов.

2. Количественное определение цитокинов с помощью ИФА.

3. Иммуногистохимическое окрашивание цитокинов в тканях.

4. Определение соотношения оппозитных цитокинов (про- и противовоспалительных), цитокинов и антагонистов рецепторов цитокинов.

III. Оценка клеток-мишеней.

1. Определение экспрессии рецепторов цитокинов на уровне генов и белковой молекулы (ПЦР, метод проточной цитофлуориметрии).

2. Определение сигнальных молекул во внутриклеточном содержимом.

3. Определение функциональной активности клеток-мишеней.

В настоящее время разработаны многочисленные методы оценки системы цитокинов, которые дают разноплановую информацию. Среди них различают:

1) молекулярно-биологические методы;

2) методы количественного определения цитокинов с помощью иммуноанализа;

3) тестирование биологической активности цитокинов;

4) внутриклеточное окрашивание цитокинов;

5) метод ELISPOT, позволяющий выявить цитокины вокруг единичной цитокинпродуцирующей клетки;

6) иммунофлюоресценцию.

Приводим краткую характеристику этих методов.

С помощью молекулярно-биологических методов можно исследовать экспрессию генов цитокинов, их рецепторов, сигнальных молекул, изучать полиморфизм указанных генов. В последние годы выполнено большое число работ, выявивших ассоциации между вариантами аллелей генов молекул системы цитокинов и предрасположенностью

к ряду заболеваний. Изучение аллельных вариантов генов цитокинов может дать информацию о генетически запрограммированной продукции того или иного цитокина. Наиболее чувствительной считается полимеразная цепная реакция в реальном времени - ПЦР-РВ (см. гл. 6). Метод гибридизации in situ позволяет уточнить тканевую и клеточную локализацию экспрессиии цитокиновых генов.

Количественное определение цитокинов в биологических жидкостях и в культурах мононуклеарных клеток периферической крови методом ИФА можно охарактеризовать следующим образом. Поскольку цитокины являются локальными медиаторами, более целесообразно измерять их уровни в соответствующих тканях после экстракции тканевых протеинов или в естественных жидкостях, например в слезе, смывах из полостей, моче, амниотической жидкости, спинномозговой жидкости и т.д. Уровни цитокинов в сыворотке или других биологических жидкостях отражают текущее состояние иммунной системы, т.е. синтез цитокинов клетками организма in vivo.

Определение уровней продукции цитокинов мононуклеарами периферической крови (МНК) показывает функциональное состояние клеток. Спонтанная продукция цитокинов МНК в культуре свидетельствует, что клетки уже активированы in vivo. Индуцированный (различными стимуляторами, митогенами) синтез цитокинов отражает потенциальную, резервную способность клеток отвечать на антигенный стимул (в частности, на действие лекарственных препаратов). Сниженная индуцированная продукция цитокинов может служить одним из признаков иммунодефицитного состояния. Цитокины не специфичны в отношении конкретного антигена. Поэтому специфическая диагностика инфекционных, аутоиммунных и аллергических заболеваний с помощью определения уровня тех или иных цитокинов невозможна. В то же время оценка уровней цитокинов позволяет получить данные о тяжести воспалительного процесса, его переходе на системный уровень и прогнозе, функциональной активности клеток иммунной системы, о соотношении Th1- и Th2-клеток, что очень важно при дифференциальной диагностике ряда инфекционных и иммунопатологических процессов.

В биологических средах можно определить цитокины количественно с помощью целого ряда методов иммуноанализа, используя поликлональные и моноклональные антитела (см. гл. 4). ИФА позволяет узнать, каковы точные концентрации цитокинов в био-

логических жидкостях организма. Иммуноферментное выявление цитокинов имеет ряд преимуществ перед другими методами (высокая чувствительность, специфичность, независимость от присутствия антагонистов, возможность точного автоматизированного учета, стандартизации учета). Однако и этот метод имеет свои ограничения: ИФА не характеризует биологическую активность цитокинов, может давать ложные результаты за счет перекрестно-реагирующих эпитопов.

Биологическое тестирование проводят на основе знания основных свойств цитокинов, их действия на клетки-мишени. Изучение биологических эффектов цитокинов позволило разработать четыре разновидности тестирования цитокинов:

1) по индукции пролиферации клеток-мишеней;

2) по цитотоксическому эффекту;

3) по индукции дифференцировки костно-мозговых предшественников;

4) по противовирусному действию.

ИЛ-1 определяют по стимулирующему действию на пролиферацию мышиных тимоцитов, активированных митогеном in vitro; ИЛ-2 - по способности стимулировать пролиферативную активность лимфобластов; по цитотоксическому действию на мышиные фибробласты (L929) тестируют ФНОа и лимфотоксины. Колониестимулирующие факторы оценивают по их способности поддерживать рост костномозговых предшественников в виде колоний в агаре. Противовирусную активность ИФН выявляют по угнетению цитопатического действия вирусов в культуре диплоидных фибробластов человека и опухолевой линии фибробластов мышей L-929.

Созданы клеточные линии, рост которых зависит от присутствия определенных цитокинов. В табл. 7.1 представлен список клеточных линий, используемых для тестирования цитокинов. По способности индуцировать пролиферацию чувствительных клеток-мишеней проводят биотестирование ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-7, ИЛ-15 и др. Однако эти методы тестирования отличаются недостаточной чувствительностью и информативностью. Молекулы ингибиторов и антагонистов могут маскировать биологическую активность цитокинов. Некоторые цитокины проявляют общую биологическую активность. Тем не менее эти методы идеальны для тестирования специфической активности рекомбинантных цитокинов.

Таблица 7.1. Клеточные линии, используемые для тестирования биологической активности цитокинов

Окончание табл. 7.1

Лабораторная работа 7-1

Определение биологической активности ИЛ-1 по комитогенному действию на пролиферацию тимоцитов мышей

В основе метода биологического тестирования ИЛ-1 лежит способность цитокина стимулировать пролиферацию мышиных тимоцитов.

ИЛ-1 может быть определен в культуре моноцитов, стимулированных ЛПС, а также в любой биологической жидкости организма. Необходимо обратить внимание на ряд деталей.

1. Для тестирования применяют тимоциты мышей линии С3Н/ HeJ, стимулированные к пролиферации митогенами (конканавалин А - КонА и фитогемагглютинин - ФГА). Тимоциты С3Н/HeJ выбраны не случайно: мыши этой инбредной линии не отвечают на ЛПС, который может находиться в составе тестируемого материала и вызывать продукцию ИЛ-1.

2. Тимоциты отвечают на ИЛ-2 и митогены, поэтому в препаратах, тестируемых на ИЛ-1, следует определять также присутствие ИЛ-2 и митогенов.

Порядок работы

1. Получают суспензию тимоцитов в концентрации 12×10 6 /мл среды RРМI 1640, содержащей 10% сыворотки эмбрионов коров и 2-меркаптоэтанол (5×10 -5 М).

2. Готовят ряд последовательных двукратных разведений опытных (биологические жидкости организма) и контрольных образцов. В качестве контрольных используют биологические жидкости, содержащие ИЛ-1 или образцы, полученные при инкубации мононуклеарных клеток без ЛПС, и лабораторный стандартный ИЛ-1-содержащий препарат. В 96-луночные круглодонные планшеты из каждого разведения переносят по 50 мкл в 6 лунок.

3. В три лунки каждого разведения добавляют по 50 мкл растворенного в полной среде очищенного ФГА (Wellcome) в концентрации 3 мкг/мл, а в другие 3 лунки - по 50 мкл среды.

4. В каждую лунку добавляют по 50 мкл суспензии тимоцитов и инкубируют в течение 48 ч при 37 °С.

6. Перед завершением культивирования в лунки вносят по 50 мкл раствора (1 мкКи/мл) [" 3 Н]-тимидина и инкубируют еще 20 ч.

7. Для определения уровня радиоактивности клетки культуры переносят на фильтровальную бумагу с помощью автоматического сборщика клеток, фильтры высушивают и определяют включение метки жидкостным сцинтилляционным счетчиком.

8. Результаты выражают в виде коэффициента стимуляции.

где m cp - среднее число импульсов в 3 лунках.

Если тимоциты отвечают на стимуляцию стандартным ИЛ-1, то индекс стимуляции исследуемого образца, превышающий 3, достоверно свидетельствует об ИЛ-1-активности.

Биоанализ является единственным методом для оценки функционирования цитокина, но данный метод должен быть дополнен разными видами соответствующего контроля на специфичность с использованием моноклональных антител. Добавление определенных моноклональных антител к цитокину в культуру блокирует биологическую активность цитокина, что доказывает: сигналом к пролиферации клеточной линии служит определяемый цитокин.

Использование биоанализа для выявления интерферона. Принцип оценки биологической активности ИФН основан на его противовирусном действии, которое определяется по степени ингибиции размножения тест-вируса в культуре клеток.

В работе могут быть использованы клетки, чувствительные к действию ИФН: первично трипсинизированные клетки-фибробласты эмбрионов кур и человека, перевиваемые клетки диплоидных фибробластов человека и культура мышиных клеток (L929).

При оценке противовирусного действия ИФН целесообразно использовать вирусы с коротким циклом размножения, высокой чувствительностью к действию ИФН: вирус энцефаломиелита мышей, везикулярного стоматита мыши и др.

Лабораторная работа 7-2

Определение активности интерферона

1. Взвесь диплоидных фибробластов плода человека на среде с 10% сывороткой эмбрионов коров (концентрация клеток - 15-20×10 6 /мл) разливают в стерильные 96-луночные плоскодонные планшеты по 100 мкл в лунку и помещают в СО 2 -инкубатор при температуре 37 °С.

2. После формирования полного монослоя из лунок удаляют ростовую среду и в каждую лунку добавляют по 100 мкл поддерживающей среды.

3. Титрование активности ИФН в исследуемых образцах проводят методом двукратных разведений на монослое фибробластов.

Одновременно с образцами в лунки вносят вирус энцефаломиелита мышей (ВЭМ) в дозе, вызывающей 100% поражение клеток через 48 ч после заражения.

4. Для контроля используют лунки с интактными (необработанными) клетками, зараженными вирусом.

В каждом исследовании в качестве референс-препаратов используют пробы референс-ИФН с известной активностью.

5. Планшеты с разведениями образца инкубируют 24 ч при температуре 37 °С в атмосфере с 5% содержанием СО 2 .

6. Уровень активности ИФН определяют величиной, обратной значению максимального разведения тестируемого образца, задерживающего цитопатическое действие вируса на 50%, и выражают ее в единицах активности на 1 мл.

7. Для определения типа ИФН в систему добавляют антисыворотку против ИФНα, ИФНβ или ИФНγ. Антисыворотка отменяет действие соответствующего цитокина, что позволяет идентифицировать тип ИФН.

Определение биологической активности миграции ингибирующего фактора. В настоящее время сформировались совершенно новые представления о природе и свойствах МИФ, открытого в 60-х годах прошлого столетия в качестве медиатора клеточного иммунитета и много лет остававшегося без должного внимания (Bloom B.R., Bennet В., 1966; David J.R., 1966). Лишь в последние 10-15 лет стало ясно: МИФ представляет собой один из важнейших биологических медиаторов в организме с широким спектром биологических функций цитокина, гормона, фермента. Действие МИФ на клетки-мишени реализуется через СD74 - -рецептор или через неклассический путь эндоцитоза.

МИФ рассматривают как важный медиатор воспаления, активирующий функцию макрофагов (выработку цитокинов, фагоцитоз, цитотоксичность и др.), а также как эндогенный иммунорегуляторный гормон, модулирующий глюкокортикоидную активность.

Накапливается все больше сведений о роли МИФ в патогенезе многих воспалительных заболеваний, включая сепсис, ревматоидный артрит (РА), гломерулонефрит и др. При РА значительно увеличена концентрация МИФ в жидкости пораженных суставов, коррелирующая с тяжестью заболевания. Под влиянием МИФ возрастает выработка провоспалительных цитокинов как макрофагами, так и синовиальными клетками.

Известны различные методы тестирования активности МИФ, когда мигрирующие клетки (клетки-мишени для МИФ) помещают в стеклянный капилляр (капиллярный тест), в каплю агарозы или в агарозный колодец.

Мы приводим сравнительно простой скрининговый метод, основанный на формировании на дне лунок 96-луночного плоскодонного планшета клеточных микрокультур (лейкоцитов или макрофагов), стандартных по площади и числу клеток, с последующим их культивированием в питательной среде и определением изменения площади этих микрокультур при действии МИФ (Суслов А.П., 1989).

Лабораторная работа 7-3

Определение МИФ-активности

Определение биологической активности МИФ проводят с помощью устройства для формирования клеточных микрокультур (рис. 7.7) - МИГРОСКРИН (НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи РАМН).

1. В лунки 96-луночного планшета (Flow, Великобритания или аналогичные) добавляют по 100 мкл разведенной на культуральной среде пробы, в которой определяют МИФ-активность (каждое разведение в 4 параллелях, опытные пробы). Культуральная среда включает RPMI 1640, 2 mM L-глутамина, 5% сыворотки эмбриона коровы, 40 мкг/мл гентамицина.

2. В контрольные лунки добавляют культуральную среду (в 4 параллелях) по 100 мкл.

3. Готовят клеточную суспензию перитонеальных макрофагов, для чего 2 мышам-гибридам (СВАхС57В1/6)F1 внутрибрюшинно вводят по 10 мл раствора Хенкса с гепарином (10 ЕД/мл), осторожно массируют брюшко в течение 2-3 мин. Затем животное забивают декапитацией, осторожно прокалывают брюшную стенку в области паха и через иглу шприцем отсасывают экссудат. Клетки перитонеального экссудата дважды отмывают раствором Хенкса, центрифугируя их 10-15 мин при 200 g. Затем готовят суспензию клеток с концентрацией 10±1 млн/мл среды RPMI 1640. Подсчет проводят в камере Горяева.

4. Собирают систему МИГРОСКРИН, представляющую собой штатив для направленной и стандартной фиксации наконечников с клеточными культурами в строго вертикальном положении на заданной высоте над центром лунки 96-луночного культурального планшета, а также включающую 92 наконечника для автоматической пипетки фирмы «Costar», USA (рис. 7.7).

Вставляют ножки штатива в угловые лунки планшета. Клеточную суспензию набирают автоматической пипеткой в наконечники - по 5 мкл в каждый, ополаскивают от избытка клеток однократным опусканием в среду и вставляют вертикально в гнезда штатива системы. Заполненный штатив с наконечниками выдерживают при комнатной температуре в течение 1 ч на строго горизонтальной поверхности. За это время происходит оседание клеток суспензии на дно лунок, где формируются стандартные клеточные микрокультуры.

5. Штатив с наконечниками осторожно снимают с планшета. Планшет с микрокультурой клеток помещают в строго горизонтальном положении в СО 2 -инкубатор, где культивируют в течение 20 ч. В ходе культивирования клетки мигрируют по дну лунки.

6. Количественный учет результатов после инкубации проводят на бинокулярной лупе, визуально оценивая размер колонии по шкале внутри окуляра. Микрокультуры имеют форму круга. Затем исследователи определяют среднее значение диаметра колоний по результатам измерения колоний в 4 опытных или контрольных лунках. Погрешность измерения равна ±1 мм.

Индекс миграции (ИМ) рассчитывают по формуле:

Проба обладает МИФ-активностью, если значения ИМ равны

За условную единицу (ЕД) МИФ-активности принимают обратную величину, равную значению наибольшего разведения пробы (образца), при котором индекс миграции равен 0,6±0,2.

Биологическую активность ФЕO αоценивают по цитотоксическому его действию на линию трансформированных фибробластов L-929. В качестве положительного контроля используют рекомбинантный ФНОа, а в качестве отрицательного контроля - клетки в культуральной среде.

Вычисляют цитотоксический индекс (ЦИ):

где a - количество живых клеток в контроле; b - количество живых клеток в опыте.

Рис. 7.7. Схема МИГРОСКРИН - устройства для количественной оценки миграции клеточных культур

Клетки окрашивают красителем (метиленовым синим), который включается только в погибшие клетки.

За условную единицу активности ФНО принимают значение обратного разведения образца, необходимого для получения 50% клеточной цитотоксичности. Удельная активность образца - отношение активности в условных единицах на 1 мл к концентрации белка, содержащегося в образце.

Внутриклеточное окрашивание цитокинов. Изменение соотношения клеток, продуцирующих различные цитокины, может отражать патогенез заболевания и служить критерием прогноза заболевания и оценки проводимой терапии.

Методом внутриклеточного окрашивания определяют экспрессию цитокина на уровне одной клетки. Проточная цитофлуориметрия позволяет подсчитать количество клеток, экспрессирующих тот или иной цитокин.

Перечислим основные этапы определения внутриклеточных цитокинов.

Нестимулированные клетки продуцируют небольшие количества цитокинов, которые, как правило, не депонируются, поэтому важным этапом оценки внутриклеточных цитокинов являются стимуляция лимфоцитов и блокада выхода этих продуктов из клеток.

В качестве индуктора цитокинов чаще всего используют активатор протеинкиназы С форбол-12-миристат-13-ацетат (ФМА) в комбинации с ионофором кальция иономицином (ИН). Применение такого сочетания вызывает синтез широкого спектра цитокинов: ИФНу, ИЛ-4, ИЛ-2, ФНОα. Недостаток использования ФМА-ИН - проблемы выявления CD4-молекул на поверхности лимфоцитов после такой активации. Также продукцию цитокинов Т-лимфоцитами индуцируют с помощью митогенов (ФГА). В-клетки и моноциты стимулируют

Мононуклеарные клетки инкубируют в присутствии индукторов продукции цитокинов и блокатора их внутриклеточного транспорта брефельдина А или моненсина в течение 2-6 ч.

Затем клетки ресуспендируют в буферном растворе. Для фиксации добавляют 2% формальдегид, инкубируют 10-15 мин при комнатной температуре.

Потом клетки обрабатывают сапонином, который повышает проницаемость клеточной мембраны, и окрашивают моноклональными антителами, специфичными к определяемым цитокинам. Предварительное окрашивание поверхностных маркеров (CD4, CD8) увеличивает количество получаемой информации о клетке и позволяет более точно определить ее популяционную принадлежность.

Имеются некоторые ограничения в применении описанных выше методов. Так, с их помощью невозможно анализировать синтез цитокинов единичной клеткой, невозможно определить количество цитокинпродуцирующих клеток в субпопуляции, невозможно определить, экспрессируют ли цитокинпродуцирующие клетки уникальные маркеры, синтезируются ли различные цитокины разными клетками или одними и теми же. Ответ на эти вопросы получают, используя другие методы исследования. Для определения частоты цитокин-продуцирующих клеток в популяции применяют метод лимитирующих разведений и вариант иммуноферментного анализа ELISPOT (см. гл. 4).

Метод гибридизации in situ. Метод включает:

2) фиксацию параформальдегидом;

3) выявление мРНК с помощью меченой кДНК. В некоторых случаях цитокиновую мРНК определяют на срезах с помощью радиоизотопной ПЦР.

Иммунофлюоресценция. Метод включает:

1) замораживание органа и приготовление криостатных срезов;

2) фиксацию;

3) обработку срезов меченными флюоресцеином антицитокиновыми антителами;

4) изуальное наблюдение флюоресценции.

Эти методики (гибридизация in situ и иммунофлюоресценция) быстры и не зависят от пороговых концентраций секретируемого продукта. Однако они не определяют количество секретированного цитокина и могут быть сложны технически. Необходим разнообразный тщательный контроль на неспецифические реакции.

С помощью представленных методов оценки цитокинов были выявлены патологические процессы, связанные с нарушениями в системе цитокинов на различных уровнях.

Таким образом, оценка системы цитокинов чрезвычайно важна для характеристики состояния иммунной системы организма. Изучение различных уровней системы цитокинов позволяет получить информацию о функциональной активности разных типов иммунокомпетентных клеток, о тяжести воспалительного процесса, о его переходе на системный уровень и о прогнозе заболевания.

Вопросы и задания

1. Перечислите общие свойства цитокинов.

2. Приведите классификацию цитокинов.

3. Перечислите основные компоненты системы цитокинов.

4. Перечислите клетки-продуценты цитокинов.

5. Охарактеризуйте семейства рецепторов цитокинов.

6. Каковы механизмы функционирования сети цитокинов?

7. Расскажите о выработке цитокинов в системе врожденного иммунитета.

8. Каковы основные подходы к комплексной оценке системы цитокинов?

9. Каковы методы тестирования цитокинов в биологических жидкостях организма?

10. Каковы дефекты в системе цитокинов при различных патологиях?

11. Каковы основные методы биологического тестирования ИЛ-1, ИФН, МИФ, ФНОа в биологических жидкостях?

12. Опишите процесс определения внутриклеточного содержания цитокинов.

13. Опишите процесс определения цитокинов, секретируемых единичной клеткой.

14. Опишите последовательность применяемых методов выявления дефекта на уровне рецептора цитокина.

15. Опишите последовательность методов, применяемых для выявления дефекта на уровне клеток-продуцентов цитокинов.

16. Какую информацию можно получить, исследуя выработку цитокинов в культуре мононуклеарных клеток, в сыворотке крови?

А. Интерфероны (ИФН ):

1. Природные ИФН (1 поколение):

2. Рекомбинанатные ИФН (2 поколение):

а) короткого действия:

ИФН a2b: интрон-А

ИФН β: авонекс и др.

(пэгилированные ИФН): пэгинтерферон

Б. Индукторы интерферона (интерфероногены):

1. Синтетические – циклоферон, тилорон, дибазол и др.

2. Природные – ридостин и др.

В. Интерлейкины : рекомбинантный интерлейкин-2 (ронколейкин, альдеслейкин, пролейкин,) , рекомбинантный интерлейкин 1-бета (беталейкин).

Г. Колониестимулирующие факторы (молграмостим и др.)

Пептидные препараты

Препараты тимических пептидов .

Пептидные соединения, вы­рабатываемые вилочковой железой, стимулируют созревание Т-лимфоцитов (тимопоэтины).

При исходно пониженных показателях препараты типических пептидов повышают количество Т-клеток и их функциональную активность.

Родоначальником тимических препаратов первого поколения в России стал Тактивин , представляющий собой комплекс пептидов, экстрагированных из тимуса крупного рогатого скота. К препаратам, содержащим комплекс тимических пептидов, относятся также Тималин, Тимоптин и другие, а к содержащим экстракты тимуса – Тимостимулин и Вилозен .

Препараты пептидов из тимуса крупного рогатого скота тималин, тимостимулин вводят внутримышечно, а тактивин, тимоптин - под кожу в основном при недостаточности клеточного иммунитета:

При Т-иммунодефицитах,

Вирусных инфекциях,

Для профилактики инфекций при лучевой терапии и химиотерапии опухолей.

Клиническая эффективность тимических препаратов первого поколения не вызывает сомнения, но у них есть один недостаток: они представляют собой неразделенную смесь биологически активных пептидов, достаточно трудно поддающихся стандартизации.

Прогресс в области лекарственных средств тимического происхождения шел по линии создания препаратов II и III поколений – синтетических аналогов природных гормонов тимуса или фрагментов этих гормонов, обладающих биологической активностью.

Современный препарат Имунофан – гексапептид, синтетический аналог активного центра тимопоэтина, применяют при иммунодефицитах, опухолях. Препарат стимулирует образование ИЛ-2 иммунокомпетентными клетками, повышает чувствительность лимфоидных кле­ток к этому лимфокину, снижает продукцию ФНО (фактора некроза опухолей), оказывает регулирующее вли­яние на выработку медиаторов иммунитета (воспаления) и иммуноглобулинов.

Препараты пептидов костного мозга

Миелопид получают из культуры клеток костного мозга млекопитающих (телят, свиней). Ме­ханизм действия препарата связан со стимуляцией пролиферации и функциональ­ной активности В- и Т-клеток.

В организме мишенью этого препарата считаются В-лимфоциты. При нарушении иммуно- или гемопоэза введение миелопида ведет к усилению общей митотической активности клеток костного мозга и направлению их дифференцировки в сторону зрелых В-лимфоцитов.

Миелопид применяют в комплексной терапии вторичных иммуно­дефицитных состояний с преимущественным поражением гуморального звена им­мунитета, для профилактики инфекционных осложнений после хирургических вмешательств, травм, перенесенного остеомиелита, при неспецифических легоч­ных заболеваниях, хронических пиодермиях. Побочные эффекты препарата - головокружение, слабость, тошнота, гиперемия и болезненность в месте введения.

Все препараты этой группы противопоказаны беременным, миелопид и имунофан противопоказаны при наличии резус-конфликта матери и плода.

Препараты иммуноглобулинов

Иммуноглобулины человека

а) Иммуноглобулины для внутримышечного введения

Неспецифические: иммуноглобулин человека нормальный

Специфические: иммуноглобулин против гепатита В человека, иммуноглобулин человека антистафилококковый, иммуноглобулин человека противостолбнячный, иммуноглобулин человека против клещевого энцефалита, иммуноглобулин человека против вируса бешенства и др.

б)Иммуноглобулины для внутривенного введения

Неспецифические: иммуноглобулин человека нормальный для внутривенного введения (габриглобин, иммуновенин, интраглобин, хумаглобин)

Специфические: иммуноглобулин против гепатита В человека (неогепатект), пентаглобин (содержит антибактериальные IgM, IgG, IgA), иммуноглобулин против цитомегаловируса (цитотект), иммуноглобулин человека против клещевого энцефалита, антирабический ИГ и др..

в)Иммуноглобулины для перорального применения: иммуноглобулиновый комплексный препарат (КИП) для энтерального применения при острых кишечных инфекциях; антиротавирусный иммуноглобулин для перорального введения.

Гетерологичные иммуноглобулины:

иммуноглобулин антирабический из сыворотки лошади, сыворотка противогангренозная поливалентная лошадиная и др.

Препараты неспецифических иммуноглобулинов применяют при первичных и вторичных иммунодефицитах, препараты специфических иммуноглобулинов – при соответствующих инфекциях (с лечебной или профилактической целью).

Цитокины и препараты на их основе

Регуляция развившегося иммунного ответа осуществляется цитокинами – сложным комплексом эндогенных иммунорегуляторных молекул , которые являются основой для создания большой группы как естественных, так и рекомбинантных иммуномодулируюших препаратов.

Интерфероны (ИФН):

1. Природные ИФН (1 поколение):

Альфафероны: человеческий лейкоцитарный ИФН и др.

Бетафероны: человеческий фибробластный ИФН и др.

2. Рекомбинанатные ИФН (2 поколение):

а) короткого действия:

ИФН a2а: реаферон, виферон и др.

ИФН a2b: интрон-А

ИФН β: авонекс и др.

б) пролонгированного действия (пэгилированные ИФН): пэгинтерферон (ИФН a2b+Полиэтиленгликоль) и др.

Основная направленность действия препаратов ИФН – Т-лимфоциты (естественные киллеры и цитотоксические Т-лимфоциты).

Природные интерфероны получают в культуре клеток лейкоцитов донорс­кой крови (в культуре лимфобластоидных и других клеток) под воздействием вируса-индуктора.

Рекомбинантные интерфероны получают генно-инженерным методом - путем культивирования бактериальных штаммов, содержащих в своем гене­тическом аппарате встроенную рекомбинантную плазмиду гена интерферона человека.

Интерфероны оказывают противовирусное, противоопухолевое и иммуномодулирующее действие.

Как противовирусные средства препараты интерферона наиболее эффективны при лечении герпетических заболеваний глаз (местно в виде капель, субконъюнктивально), простого герпеса с локализацией на коже, слизистых оболочках и гени­талиях, опоясывающего лишая (местно в виде мази на гидрогелевой основе), ос­трого и хронического вирусного гепатита В и С (парентерально, ректально в суппозиториях), при лечении и профилактике гриппа и ОРВИ (интраназально в форме капель). При ВИЧ-инфекции препараты рекомбинантного интерферона нормализуют иммунологические параметры, снижают остроту течения заболева­ния более чем в 50% случаев, вызывают уменьшение уровня виремии и содержа­ния сывороточных маркеров заболевания. При СПИДе проводят комбинирован­ную терапию с азидотимидином.

Противоопухолевое действие препаратов интерферона связано с антипроли-феративным эффектом и стимуляцией активности естественных киллеров. Как противоопухолевые средства применяются ИФН-альфа, ИФН-аль­фа 2а, ИФН-альфа-2b, ИФН-альфа-n1, ИФН-бета.

В качестве иммуномодулятора при рассеянном склерозе применяется ИФН-бета-lb.

Препараты интерферонов вызывают сходные побочные эффекты . Характер­ны - гриппоподобный синдром; изменения со стороны ЦНС: головокружение, нарушение зрения, спутанность сознания, депрессия, бессонница, парестезии, тремор. Со стороны желудочно-кишечного тракта: по­теря аппетита, тошнота; со стороны сердечно-сосудистой системы возможно про­явление симптомов сердечной недостаточности; со стороны мочевыделительной системы - протеинурия; со стороны системы кроветворения - преходящая лей­копения. Также могут возникнуть сыпь, зуд, алопеция, временная импотенция, носовые кровотечения.

Индукторы интерферона (интерфероногены):

1. Синтетические – циклоферон, тилорон, полудан и др.

2. Природные – ридостин и др.

Индукторы интерферона - это препараты, усиливающие синтез эндогенного интерферона. Эти препараты имеют ряд преимуществ по сравнению с рекомбинантными интерферонами. Они не обладают антигенной активностью. Стимули­рованный синтез эндогенного интерферона не вызывает гиперинтерферонемии.

Тилорон (амиксин) относится к низкомолекулярным синтетическим соединениям, является пероральным индуктором интерферона. Обладает широким спектром противовирусной активности в отношении ДНК- и РНК-содержащих вирусов. Как противовирусное и иммуномодулирующее средство применяется для профи­лактики и лечения гриппа, ОРВИ, гепатита А, для лечения вирусных гепатитов, герпеса простого (в том числе урогенитального) и опоясывающего, при комплек­сной терапии хламидийных инфекций, нейровирусных и инфекционно-аллергических заболеваний, при вторичных иммунодефицитах. Препарат хорошо переносится. Возможны диспептические явления, кратковременный озноб, по­вышение общего тонуса, что не требует отмены препарата.

Полудан представляет собой биосинтетический полирибонуклеотидный комплекс полиадениловой и полиуридиловой кислот (в эквимолярных соотно­шениях). Препарат оказывает выраженное ингибирующее влияние на вирусы про­стого герпеса. Применяется в виде глазных капель и инъекций под конъюнктиву. Препарат назначают взрослым для лечения вирусных заболеваний глаз: герпети­ческих и аденовирусных конъюнктивитов, кератоконъюнктивитов, кератитов и кератоиридоциклитов (кератоувеитов), иридоциклитов, хориоретинитов, неври­тов зрительного нерва.

Побочные эффекты возникают редко и проявляются развитием аллергичес­ких реакций: зуд и ощущение инородного тела в глазу.

Циклоферон - низкомолекулярный индуктор интерферона. Оказывает противовирусное, иммуномодулирующее и противовоспалительное действие. Циклоферон эффективен в отношении вирусов клещевого энцефалита, герпеса, цитомегаловируса, ВИЧ и др. Обладает антихламидийным действием. Эффекти­вен при системных заболеваниях соединительной ткани. Установлено радиоза­щитное и противовоспалительное действие препарата.

Арбидол назначают внутрь для профилактики и лечения гриппа и других ОРВИ, а также при герпетических заболеваниях.

Интерлейкины:

рекомбинантный ИЛ-2 (альдеслейкин, пролейкин, ронколейкин) , рекомбинантный ИЛ-1бета (беталейкин ).

Для цитокиновых препаратов естественного происхождения, содержащих достаточно большой набор цитокинов воспаления и первой фазы иммунного ответа, характерно многогранное воздействие на организм человека. Эти препараты действуют на клетки, участвующие в воспалении, процессах регенерации и иммунном ответе.

Альдеслейкин - рекомбинантный аналог ИЛ-2. Оказывает иммуномодулирующее и противоопухолевое действие. Активирует клеточный иммунитет. Усиливает пролиферацию Т-лимфоцитов и ИЛ-2-зависимых клеточных популяций. Повышает цитотоксичность лимфоцитов и клеток - киллеров, которые распознают и уничтожают клетки опухоли. Усиливает продукцию гамма-интерферона, ФНО, ИЛ-1. Применяется при раке почек.

Беталейкин - рекомбинантный человеческий ИЛ-1 бета. Сти­мулирует лейкопоэз и иммунную защиту. Вводят под кожу или внутривенно при гнойных процессах с иммунодефи­цитом, при лейкопении в результате химиотерапии, при опухолях.

Ронколейкин - рекомбинантный препарат интерлейкина-2 -вводят внутривенно при сепсисе с иммунодефицитом, а также при раке почки.

Колониестимулирующие факторы:

Молграмостим (Лейкомакс) - рекомбинантный препарат человеческого гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора. Стимулирует лейкопоэз, обладает иммунотропной актив­ностью. Усиливает пролиферацию и дифференцировку предшественников, увеличивает содержание зрелых клеток в периферической крови, рост гранулоцитов, моноцитов, макрофагов. Повышает функциональную активность зрелых нейтрофилов, усиливает фагоцитоз и окислительный метаболизм, обеспечиваю­щий механизмы фагоцитоза, повышает цитотоксичность в отношении злокаче­ственных клеток.

Филграстим (Нейпоген) - рекомбинантный препарат человеческого гранулоцитарного колониестимулирующего факто­ра. Филграстим регулирует продукцию нейтрофилов и их поступление в кровь из костного мозга.

Ленограстим - рекомбинантный препарат человеческого гранулоцитарного колониестимулирующего фактора. Представляет со­бой высокоочищенный протеин. Является иммуномодулятором и стимулятором лейкопоэза.

Синтетические иммуностимуляторы: левамизол, изопринозин полиоксидоний, галавит.

Левамизол (декарис), производным имидазола, применяют в качестве иммуностимулятора, а также в качестве противоглистного средства при аскаридозе. Иммуностимулирующие свойства левамизола связывают с повышением активности макрофагов и Т-лимфоцитов.

Левамизол назначают внутрь при рецидивирующих герпетических инфекциях, хроническом вирусном гепатите, аутоиммунных заболеваниях (ревматоидный артрит, системная красная волчанка, болезнь Крона). Препарат применяют также при опухолях толстого кишечника после хирургической, лучевой или лекарственной терапии опухолей.

Изопринозин - препарат, содержащий инозин. Стимулирует активность макрофагов, продукцию интерлейкинов, пролиферацию Т-лимфоцитов.

Назначают внутрь при вирусных инфекциях, хронических инфекциях дыхательных и мочевыводящих путей, иммунодефицитах.

Полиоксидоний - синтетическое водорастворимое полимерное соеди­нение. Препарат обладает иммуностимулирующим и детоксицирующим действи­ем, увеличивает иммунную резистентность организма в отношении локальных и генерализованных инфекций. Полиоксидоний активирует все факторы естествен­ной резистентности: клетки моноцитарно-макрофагальной системы, нейтрофилы и естественные киллеры, повышая их функциональную активность при ис­ходно сниженных показателях.

Галавит – производное фталгидразида. Особенность этого препарата заключается в наличии не только иммуномодулирующих, но и выраженных противовоспалительных свойств.

Препараты других фармакологических классов с иммуностимулирующей активностью

1. Адаптогены и препараты растительного происхождения (фитопрепараты): препараты эхинацеи (иммунал), элеутерококка, женьшеня, родиолы розовой и др.

2. Витамины: кислота аскорбиновая (витамин С), токоферола ацетат (витамин Е), ретинола ацетат (витамин А) (см. раздел «Витамины»).

Препараты эхинацеи обладают иммуностимулирующими и противовоспалительными свойствами. При приеме внутрь эти препараты повышают фагоцитарную активность макрофагов и нейтрофилов, стимулируют продукцию интерлейкина-1, активность Т-хелперов, дифференцировку В-лимфоцитов.

Применяют препараты эхинацеи при иммунодефицитах и хронических воспалительных заболеваниях. В частности, иммунал назначают внутрь в каплях для профилактики и лечения острых респираторных инфекций, а также совместно с антибактериальными средствами при инфекциях кожи, дыхательных и мочевыводящих путей.

Общие принципы применения иммуностимуляторов у больных с вторичными иммунодефицитами

Наиболее обоснованным применение иммуномостимуляторов представляется при иммунодефицитах, проявляющихся повышенной инфекционной заболеваемостью. Главной мишенью иммуностимулирующих препаратов остаются вторичные иммунодефициты, которые проявляются частыми рецидивирующими, трудно поддающимися лечению инфекционно-воспалительными заболеваниями всех локализаций и любой этиологии. В основе каждого хронического инфекционно-воспалительного процесса лежат изменения в иммунной системе, которые являются одной из причин персистенции этого процесса.

· Иммуномодуляторы назначают в комплексной терапии одновременно с антибиотиками, противогрибковыми, противопротозойными или противовирусными средствами.

· При проведении иммунореабилитационных мероприятий, в частности при неполном выздоровлении после перенесенного острого инфекционного заболевания, иммуномодуляторы можно применять в виде монотерапии.

· Применять иммуномодуляторы целесообразно на фоне иммунологического мониторинга, который следует осуществлять вне зависимости от наличия или отсутствия исходных изменений в иммунной системе.

· Иммуномодуляторы, действующие на фагоцитарное звено иммунитета, можно назначать больным как с выявленными, так и с невыявленными нарушениями иммунного статуса, т.е. основанием для их применения является клиническая картина.

Понижение какого-либо параметра иммунитета, выявленное при иммунодиагностическом исследовании у практически здорового человека, не обязательно является основанием для назначения ему иммуномодулирующей терапии.

Контрольные вопросы:

1. Что такое иммуностимуляторы, какие бывают показания к проведению иммунотерапии, на какие виды подразделяют иммунодефицитные состояния?

2. Классификация иммуномодуляторов по преимущественной изберательности действия?

3. Иммуностимуляторы микробного происхождения и их синтетические аналоги, их фармакологичекие свойства, показания к применения, противопоказания, побочные эффекты?

4. Эндогенные иммуностимуляторы и их синтетические аналоги, их фармакологичекие свойства, показания к применения, противопоказания, побочные эффекты?

5. Препараты тимических пептидов и пептидов костного мозга их фармакологичекие свойства, показания к применения, противопоказания, побочные эффекты?

6. Препараты иммуноглобулинов и интерфероны (ИФН), их фармакологичекие свойства, показания к применения, противопоказания, побочные эффекты?

7. Препараты индукторов интерферона (интерфероногены), их фармакологичекие свойства, показания к применения, противопоказания, побочные эффекты?

8. Препараты интерлейкинов и колониестимулирующих факторов, их фармакологичекие свойства, показания к применения, противопоказания, побочные эффекты?

9. Синтетические иммуностимуляторы их фармакологичекие свойства, показания к применения, противопоказания, побочные эффекты?

10. Препараты других фармакологических классов с иммуностимулирующей активностью и общие принципы применения иммуностимуляторов у больных с вторичными иммунодефицитами?

И иммунорегуляции , которые секретируются неэндокринными клетками (в основном, иммунными) и оказывают местное воздействие на соседние клетки-мишени.

Цитокины регулируют межклеточные и межсистемные взаимодействия, определяют выживаемость клеток, стимуляцию или подавление их роста, дифференциацию, функциональную активность и апоптоз, а также обеспечивают согласованность действия иммунной, эндокринной и нервной систем на клеточном уровне в нормальных условиях и в ответ на патологические воздействия.

Важная особенность цитокинов, отличающая их от других биолигандов, заключается в том, что они не производятся "в запас", не депонируются, не циркулируют долго по кровеносной системе, а производятся "по требованию", живут короткое время и оказывают местное воздействие на ближайшие клетки-мишени.

Цитокины вместе с продуцирующими их клетками образуют «микроэндокринную систему» , которая обеспечивает взаимодействие клеток иммунной, кроветворной, нервной и эндокринной систем. Образно можно сказать, что с помощью цитокинов клетки иммунной системы общаются друг с другом и с остальными клетками организма, передавая от цитокин-продуцирующих клеток команды на изменение состояния клеток-мишеней. И с этой точки зрения цитокины можно назвать для иммунносй системы «цитотрансмиттерами», «цитомедиаторами» или «цитомодуляторами» по аналогии с нейротрансмиттерами, нейромедиаторами и нейромодуляторами нервной системы.

Термин "цитокины" был предложен S. Cohen в 1974 году.

Цитокины вместе с факторами роста относятся к гистогормонам (тканевым гормонам) .

Функции цитокинов

1. Провоспалительные, т.е. способствующие воспалительному процессу.

2. Противовоспалительные, т.е. тормозящие воспалительный процесс.

3. Ростовые.

4. Дифференцировочные.

5. Регуляторные.

6. Активирующие.

Виды цитокинов

1. Интерлейкины (ИЛ) и фактор некроза опухолей (ФНО)
2. Интерфероны.
3. Малые цитокины.
4. Колониестимулирующие факторы (КСФ).

Функциональная классификация цитокинов

1. Провоспалительные, обеспечивающие мобилизацию воспалительного ответа (интерлейкины 1,2,6,8, ФНОα, интерферон γ).
2. Противовоспалительные, ограничивающие развитие воспаления (интерлейкины 4,10, TGFβ).
3. Регуляторы клеточного и гуморального иммунитета (естественного или специфического), обладающие собственными эффекторными функциями (противовирусными, цитотоксическими).

Механизм действия цитокинов

Цитокины выделяются активированной цитокин-продуцирующей клеткой и взаимодействуют с рецепторами клеток-мишеней, находящихся рядом с ней. Таким образом, от одной клетки к другой в виде пептидного управляющего вещества (цитокина) передается сигнал, который запускает в ней дальнейшие биохимические реакции. Нетрудно заметить, что цитокины по механизму своего действия очень напоминают нейромодуляторы , но только они секретируются не нервными клетками, а иммунными и некоторыми другими .

Цитокины активны в очень малых концентрациях, их образование и секреция происходит кратковременно и строго регулируются.
Цитокинов было известно в 1995 году более 30, а в 2010 - уже более 200.

Цитокины не имеют строгой специализации: один и тот же процесс может стимулироваться в клетке-мишени разными цитокинами. Во многих случаях в действиях цитокинов наблюдается синергизм, т.е. взаимоусиление. Цитокины не имеют антигенной специфичности. Поэтому специфическая диагностика инфекционных, аутоиммунных и аллергических заболеваний с помощью определения уровня цитокинов невозможна. Но в медицине определение их концентрации в крови даёт информацию о функциональной активности различных типов иммунокомпетентных клеток; о тяжести воспалительного процесса, его переходе на системный уровень и о прогнозе заболевания.
Цитокины действуют на клетки, соединяясь с их поверхностными рецепторами. Связывание цитокина с рецептором приводит через ряд промежуточных этапов к активации соответствующих генов. Чувствительность клеток-мишеней к действию цитокинов изменяется в зависимости от количества цитокиновых рецепторов на их поверхности. Время синтеза цитокина, как правило, бывает коротким: лимитирующим фактором служит нестабильность молекул мРНК. Отдельные цитокины (например, ростовые факторы) продуцируются спонтанно, но большинство цитокинов секретируются индуцированно.

Синтез цитокинов индуцируется, чаще всего, микробными компонентами и продуктами (например, бактериальным эндотоксином). Кроме того, один цитокин может служить индуктором для синтеза других цитокинов. Так, например, интерлейкин-1 индуцирует продукцию интерлейкинов-6, -8, -12, чем обеспечивается каскадный характер цитокинового контроля. Для биологических эффектов цитокинов характерна полифункциональность, или плейотропность. Это означает, что один и тот же цитокин проявляет разнонаправленную биологическую активность, и в то же время одну и ту же функцию могут выполнять разные цитокины. Этим обеспечивается запас прочности и надёжность системы цитокиновой хеморегуляции. При совместном влиянии на клетки цитокины могут выступать как в качестве синергистов , так и в качестве антагонистов .

Цитокины представляют собой регуляторные пептиды, продуцируемые клетками организма. Такое широкое определение неизбежно в силу гетерогенности цитокинов, но требует дополнительных пояснений. Во-первых, к цитокинам относятся простые полипептиды, более сложные молекулы с внутренними дисульфидными связями и белки, состоящие из двух и более одинаковых либо разных субъединиц, с молекулярной массой от 5 до 50 кДа. Во-вторых, цитокины являются эндогенными медиаторами, которые могут синтезироваться практически всеми ядросодержащими клетками организма, причем гены некоторых цитокинов экспрессируются во всех без исключения клетках организма.
К системе цитокинов в настоящее время относят около 200 индивидуальных полипептидных веществ . Все они имеют ряд общих биохимических и функциональных характеристик, среди которых важнейшими считаются следующие: плейотропность и взаимозаменяемость биологического действия, отсутствие антигенной специфичности, проведение сигнала путем взаимодействия со специфическими клеточными рецепторами, формирование цитокиновой сети. В связи с этим цитокины могут быть выделены в новую самостоятельную систему регуляции функций организма, существующую наряду с нервной и гормональной регуляцией .
По-видимому, формирование системы цитокиновой регуляции эволюционно проходило вместе с развитием многоклеточных организмов и было обусловлено необходимостью образования посредников межклеточного взаимодействия, к которым могут быть причислены гормоны, нейропептиды и молекулы адгезии. Цитокины в этом плане являются наиболее универсальной системой регуляции, так как способны проявлять биологическую активность как дистантно после секреции клеткой-продуцентом (местно и системно), так и при межклеточном контакте, будучи биологически активными в виде мембранной формы. Этим система цитокинов отличается от молекул адгезии, выполняющих более узкие функции только при непосредственном контакте клеток. В то же время система цитокинов отличается от гормонов, которые в основном синтезируются специализированными органами и оказывают действие после попадания в систему циркуляции.
Цитокины оказывают плейотропные биологические эффекты на различные типы клеток, главным образом, участвуя в формировании и регуляции защитных реакций организма. Защита на местном уровне развивается путем формирования типичной воспалительной реакции после взаимодействия патогенов с паттерн-распознающими рецепторами (мембранными Toll-рецепторами) с последующим синтезом так называемых провоспалительных цитокинов. Синтезируясь в очаге воспаления, цитокины воздействуют практически на все клетки, участвующие в развитии воспаления, включая гранулоциты, макрофаги, фибробласты, клетки эндотелия и эпителиев, а затем на Т- и В-лимфоциты.

В рамках иммунной системы цитокины осуществляют взаимосвязь между неспецифическими защитными реакциями и специфическим иммунитетом, действуя в обоих направлениях. Примером цитокиновой регуляции специфического иммунитета служит дифференцировка и поддержание баланса между Т-лимфоцитами хелперами 1-го и 2-го типов. В случае несостоятельности местных защитных реакций цитокины попадают в циркуляцию, и их действие проявляется на системном уровне, что приводит к развитию острофазового ответа на уровне организма. При этом цитокины оказывают влияние практически на все органы и системы, участвующие в регуляции гомеостаза. Действие цитокинов на ЦНС приводит к изменению всего комплекса поведенческих реакций, меняется синтез большинства гормонов, острофазовых белков в печени, экспрессия генов ростовых и дифференцировочных факторов, изменяется ионный состав плазмы. Однако ни одно из происходящих изменений не носит случайного характера: все они либо нужны для непосредственной активации защитных реакций, либо выгодны в плане переключения энергетических потоков для одной лишь задачи - борьбы с внедрившимся патогеном. На уровне организма цитокины осуществляют связь между иммунной, нервной, эндокринной, кроветворной и другими системами и служат для их вовлечения в организацию и регуляцию единой защитной реакции. Цитокины как раз и служат той организующей системой, которая формирует и регулирует весь комплекс патофизиологических сдвигов при внедрении патогенов.
В последние годы выяснилось, что регуляторная роль цитокинов в организме не ограничивается только иммунным ответом и может быть разделена на четыре основных составляющих:
Регуляция эмбриогенеза, закладки и развития ряда органов, в том числе органов иммунной системы.
Регуляция отдельных нормальных физиологических функций, например нормального кроветворения.
Регуляция защитных реакций организма на местном и системном уровне.
Регуляция процессов регенерации для восстановления поврежденных тканей.
К цитокинам относят интерфероны, колониестимулирующие факторы (КСФ), хемокины, трансформирующие ростовые факторы; фактор некроза опухолей; интерлейкины со сложившимися исторически порядковыми номерами и некоторые другие. Интерлейкины, имеющие порядковые номера, начиная с 1, не относятся к одной подгруппе цитокинов, связанных общностью функций. Они в свою очередь могут быть разделены на провоспалительные цитокины, ростовые и дифференцировочные факторы лимфоцитов, отдельные регуляторные цитокины. Название "интерлейкин" присваивается вновь открытому медиатору в том случае, если соблюдены следующие критерии, выработанные номенклатурным комитетом Международного союза иммунологических обществ: молекулярное клонирование и экспрессия гена изучаемого фактора, наличие уникальной нуклеотидной и соответствующей ей аминокислотной последовательности, получение нейтрализующих моноклональных антител . Кроме того, новая молекула должна продуцироваться клетками иммунной системы (лимфоцитами, моноцитами или другими типами лейкоцитов), иметь важную биологическую функцию в регуляции иммунного ответа, а также дополнительные функции, из-за чего ей не может быть дано функциональное название. Наконец, перечисленные свойства нового интерлейкина должны быть опубликованы в рецензируемом научном издании.
Классификация цитокинов может проводиться по их биохимическим и биологическим свойствам, а также по типам рецепторов, посредством которых цитокины осуществляют свои биологические функции. Классификация цитокинов по строению (табл. 1) учитывает не только аминокислотную последовательность, но прежде всего третичную структуру белка, более точно отражающую эволюционное происхождение молекул .

Цитокины – это особый вид белков, которые могут генерироваться в теле при помощи иммунных клеток и клеток других органов. Основное количество данных клеток может генерироваться лейкоцитами.

При помощи цитокинов организм может передавать разную информацию между своими клетками. Такое вещество попадает на поверхность клетки и может контактировать с другими рецепторами, передавая сигнал.

Образовываются и выделяются данные элементы быстро. В их создании могут участвовать разные ткани. Также цитокины могут оказывать определенное воздействие и на другие клетки. Они могут как усиливать действие друг друга, так и уменьшать его.

Такое вещество может проявиться свою активность даже в том случае, когда его концентрация в теле будет небольшая. Также цитокин может оказывать воздействие на образование разных патологий в организме. При помощи них врачи проводят разные способы обследования пациента, в частности, в онкологии и при инфекционных заболеваниях.

Цитокин дает возможность точно поставить диагноз при раке, а потому часто используется в онкологии для постановки остаточного диагноза. Такое вещество может самостоятельно развиваться и размножаться в организме, при этом не влияя на его работу. При помощи этих элементов облегчается любое обследование пациента, в том числе и в онкологии.

Они играют важную роль в организме и имеют много функций. В целом работа цитокинов заключается в том, чтобы передавать информацию от клетки к клетке и обеспечивать слаженную их работу. Так, например, они могут:

• Регулировать иммунные реакции.
• Принимать участие в аутоиммунных реакциях.
• Регулировать процессы воспаления.
• Принимать участие в аллергических процессах.
• Определять срок жизни клеток.
• Участвовать в кровотоке.
• Согласовывать реакции систем организма при воздействии раздражителей.
• Обеспечивать уровень токсического воздействия на клетку.
• Поддерживать гомеостазу.

Врачи выяснили, что цитокины способны принимать участие не только в иммунном процессе. Также они участвуют в:

1. Нормальном протекании разных функций.
2. Процессе оплодотворения.
3. Гуморальном иммунитете.
4. Процессах восстановления.

Классификация цитокинов

Сегодня ученым известно более двухсот видов данных элементов. Но постоянно их обнаруживают и новые виды. Поэтому для улучшения процесса понимания этой системы врачи придумали для них классификацию. Это:

• Регулирующие воспалительные процессы.
• Регулирующие иммунитет клеток.
• Регулирующие гуморальный иммунитет.

Также цитокины классификация предопределяет наличие в каждом классе определенных подвидов. Для более точного ознакомления с ними надо просмотреть информацию в сети.

Воспаление и цитокины

При начале воспаления в организме начинают производиться им цитокины. Они могут оказывать воздействие на клетки, которые находятся рядом, и передавать информацию между ними. Также среди цитокинов можно найти и такие, которые препятствуют развитию воспаления. Они могут вызывать такие эффекты, которые схожи с проявлением хронических патологий.

Цитокины провоспалительные

Производить такие тела могу лимфоциты и ткани. Стимулировать выработку могут сами цитокины и определенные возбудители инфекционных заболеваний. При большом выделении таких тел происходит локальное воспаление. При помощи определенных рецепторов в воспалительный процесс могут вовлекаться и другие клетки. Все они начинают также производить цитокины.

К основным воспалительным цитокинам относятся ФНО-альфа и ИЛ-1. Они могут прилипать к стенкам сосудов, приникать в кровь и потом разносится с нею по всему организму. Такие элементы могут синтезировать клетки, которые производятся лимфоцитами и влиять на очаги воспаления, оказывая защиту.

Также ФНО-альфа и ИЛ-1 могут стимулировать работу разных систем и вызывать около 40 активных других процессов в организме. При этом воздействие цитокинов может оказываться на все типы тканей и органов.

Цитокины противовоспалительные

Контролировать указанные выше цитокины могут противовоспалительные. Они не только могут нейтрализовать воздействие первых, но также синтезировать белки.

При возникновении процесса воспаления важным моментом является количество этих цитокинов. От баланса во многом зависит сложность протекания патологии, ее продолжительность и симптоматика. Именно при помощи противовоспалительных цитокинов происходит улучшение свертываемости крови, продуцируются ферменты и образовывается рубцевание тканей.

Иммунитет и цитокины

В иммунной системе у каждой клетки есть своя важная роль, которую те выполняют. При помощи определенных реакций цитокины могут контролировать взаимодействие клеток. Именно они дают возможность им обмениваться важной информацией.

Особенность цитокинов в том, что они обладают способностью передавать сложные сигналы между клетками и подавлять или активизировать при этом большинство процессов в организме. При помощи цитокинов происходит взаимодействие иммунной системы и других.

Когда связь нарушается, то клетки гибнут. Именно так и проявляются сложные патологии в организме. Исход заболевания во многом зависит от того, смогут ли цитокины в процессе наладить связь между клетками и предотвратить внедрение в организм возбудителя.

Когда защитной реакции организме оказалось недостаточно, чтобы противостоять патологии, то цитокины начинают активировать другие органы и системы, которые помогают организму бороться с инфекцией.

Когда цитокины оказывают свое влияние на ЦНС, то происходит изменение всех реакций человека, синтезируются гормоны и белки. Но такие изменения не всегда бывают случайными. Они или требуются для защиты, или переключают организм на борьбу с патологией.

Анализы

Чтобы определить цитокины в организме требуется провести сложное тестирование на молекулярном уровне. При помощи такого теста специалист может выявить полиморфные гены, спрогнозировать появление и протекание того или иного заболевания, разработать схему профилактики от недугов и прочее. Делается всё это сугубо в индивидуальном порядке.

Полиморфный ген может обнаружиться только в 10% населения планеты. У таких людей можно отметить повышенную активность иммунитета при проведении операций или инфекционных заболеваниях, а также других воздействиях на ткани.

При проведении тестирования у таких лиц часто выявляют в организме клетки-кипперы. Которые могут вызывать нагноение после указанных выше процедур или септические расстройства. Также повышенная активность иммунитета в определенных случаях в жизни может мешать человеку.

Чтобы сдать тест не потребуется специально к нему готовиться. Для проведения анализа потребуется взять часть слизистой из рота.

Беременность

Исследования показали, что сегодня у беременных женщин может наблюдаться повышенная склонность организма к образованию тромбов. Это может стать причиной прерывания беременности или заражению плода инфекцией.

Когда ген при вынашивании плода начинает мутировать в организме матери, то это в 100% случаев становится причиной гибели ребенка. В таком случае для предотвращения проявления данной патологии потребуется предварительно обследовать и отца.

Именно такие тесты помогают спрогнозировать протекание беременности и принять меры по возможности проявления тех или иных патологий. Если риск патологии высок, то может быть процесс зачатия перенесен на другой срок, во время которого отцу или матери будущего ребенка надо пройти комплексное лечение.