Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.



СІМЕЙНІ ЛІКАРІ ТА ТЕРАПЕВТИ
день перший
день другий

АКУШЕРИ ГІНЕКОЛОГИ

КАРДІОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, РЕВМАТОЛОГИ, НЕВРОЛОГИ, ЕНДОКРИНОЛОГИ

СТОМАТОЛОГИ

ІНФЕКЦІОНІСТИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, ГАСТРОЕНТЕРОЛОГИ, ГЕПАТОЛОГИ
день перший
день другий

ТРАВМАТОЛОГИ

ОНКОЛОГИ, (ОНКО-ГЕМАТОЛОГИ, ХІМІОТЕРАПЕВТИ, МАМОЛОГИ, ОНКО-ХІРУРГИ)

ЕНДОКРИНОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, КАРДІОЛОГИ ТА ІНШІ СПЕЦІАЛІСТИ

ПЕДІАТРИ ТА СІМЕЙНІ ЛІКАРІ

АНЕСТЕЗІОЛОГИ, ХІРУРГИ

"Child`s Health" 8 (35) 2011

Back to issue

Катионные антимикробные пептиды системы неспецифической защиты респираторного тракта: дефензины и кателицидины. Дефензины — молекулы, переживающие ренессанс (часть 2)

Authors: Абатуров А.Е. Днепропетровская государственная медицинская академия

Categories: Pediatrics/Neonatology

print version


Summary

В обзоре представлены механизмы синтеза и посттрансляционной модификации дефензинов. Дана характеристика конститутивной и индуцибельной экспрессии дефензинов в респираторном тракте.

Summary. This review presents the mechanisms of synthesis and posttranslational modification of defensins. The characteristic of constitutive and inducible expression of defensins in the respiratory tract.

Резюме. В огляді представлені механізми синтезу та посттрансляційної модифікації дефензинів. Подано характеристику конститутивної та індуцибельної експресії дефензинів у респіраторному тракті.


Keywords

Респираторный тракт, неспецифическая защита, антимикробные пептиды, дефензины.

Key words: respiratory tract, non-specific protection, antimicrobial peptides, defensins.

Ключові слова: респіраторний тракт, неспецифічний захист, антимікробні пептиди, дефензини.

Сокращения: дцРНК — двухцепочечная РНК; AMП (antimicrobial peptide) — антимикробные пептиды; ERK (extracellular signal-regulated kinase) — экстрацеллюлярная сигнал-регулируемая киназа; JNK (c-Jun N-terminal kinase) — c-Jun N-терминальная киназа; HBD (human b-defensins) — человеческий b-дефензин; HD (human defensin) — человеческий a-дефензин клеток Панета; HNP (human neutrophils peptide) — человеческий нейтрофильный пептид, нейтрофильный a-дефензин; МАРК (mitogen-activated protein kinase) — митоген-активируемая протеинкиназа; MKP-1 (MAPK kinase phosphatase 1) — MAPK фосфатаза 1; MMP-1 (matrix metallopeptidase 1) — матриксная металлопротеаза 1/интерстициальная коллагеназа; NF-kB (nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells) — ядерный фактор транскрипции каппа В; NLR (Nod-like receptor) — Nod-подобные рецепторы; PAMP (pathogen-associated molecular pattern) — патоген-ассоциированные молекулярные структуры; PAR (protease-activated receptor) — активируемый протеазой рецептор; TLR (Toll-like receptor) — Toll-подобные рецепторы.

Синтез и посттрансляционная модификация дефензинов

Дефензины синтезируются в виде больших прекурсорных молекул, которые состоят из 64–100 аминокислотных остатков. Препропептидные молекулы содержат сигнальный участок, который состоит в среднем из 19 аминокислотных остатков, анионный участок, включающий в себя в среднем 45 аминокислотных остатков, и регион зрелого пептида [2]. Посттрансляционная модификация дефензиновых препропептидов, которая происходит в аппарате Гольджи, характеризуется протеолитическим удалением сигнальной последовательности и последующим отщеплением определенных сегментов от N-терминального региона молекулы (рис. 1). В результате данных событий от одной материнской молекулы могут образовываться несколько молекулярных форм, которые отличаются N-терминальным регионом, что способствует увеличению разнообразия антимикробных пептидов [86]. Дальнейшее протеолитическое расщепление дефензиновых пептидов приводит к образованию фрагментов, которые обладают более мощным бактерицидным действием на инфекты и значительно меньшим токсичным влиянием на клетки макроорганизма, чем родительская молекула [229].

Локализация и индукция экспрессии дефензинов

Дефензиновые пептиды экспрессируются различными клетками человеческого организма как конститутивно, так и индуцибельно (табл. 1) [61, 73, 258].

Локализация экспрессии a-дефензинов

Человеческие миелоидные a-дефензины HNP‑1, HNP-2, HNP-3 экспрессируются нейтрофилами, незрелыми дендритными клетками моноцитарного происхождения, моноцитами, макрофагами, натуральными киллерами, gdТ-лимфоцитами, эпителиоцитами и обнаруживаются в тканях слизистой оболочки кишечника, шейки матки, плаценты; HNP-4 экспрессируются исключительно нейтрофилами. HD-5, HD-6 продуцируются клетками Панета, а HD-5 — и эпителиальными клетками вагины. Пептиды HD-5, HD-6 экспрессируются в тканях слюнных желез, в эпителии пищеварительной, мочевой систем, в слизистой оболочке глаз. Для дефензина HD-5 также характерной является экспрессия в тканях женских репродуктивных органов [207].

Локализация экспрессии b-дефензинов

Основными продуцентами b-дефензинов являются кератиноциты, эпителиоциты слизистых оболочек, макрофаги, моноциты, дендритные клетки [72, 96]. Пептиды HBD экспрессируются множеством различных эпителиоцитов, в том числе кератиноцитами, эпителиоцитами респираторного и урогенитального трактов, энтероцитами толстого кишечника, клетками роговицы, эпителиоцитами конъюнктивы. Пептиды HBD-1, HBD-2, HBD-3 также экспрессируются моноцитами, макрофагами, натуральными киллерами, дендритными клетками. Экспрессия b-дефензинов имеет тканеспецифическое распределение. Конститутивно экспрессируемый пептид HBD-1 представлен преимущественно в тканях почки и мочевыводящих путей. Пептид HBD‑2 наиболее высоко экспрессирован в эпителиоцитах кожи, респираторного тракта (трахеи, легких), слизистой оболочке желудка, крайней плоти, яичках и не встречается в тканях слюнных желез, тонкой кишки, желчевыводящих путей. HBD-3 экспрессируется в кератиноцитах, в тканях миндалин, сердца, печени и плаценты; мРНК пептида HBD-4 была обнаружена в эпителии желудка, яичках, яичниках [61, 73, 258].

Экспрессия дефензинов в ротовой полости и респираторном тракте представлена в табл. 2 [127, 137, 161, 164, 194, 201].

Индукция экспрессии дефензинов

Индуцированная продукция дефензинов обусловлена стимулирующим действием РАМР инфекционных агентов или провоспалительных цитокинов и хемокинов. Различают TLR-зависимый и TLR-независимый сигнальные пути индукции синтеза или высвобождения дефензинов [79].

TLR-зависимый путь индукции синтеза или высвобождения дефензинов

В активации высвобождения миелоидных a-дефензинов участвуют TLR2 и TLR5. Так, стимуляция мембранными липопротеинами и флагеллином Klebsiella pneumoniae TLR2 и TLR5, соответственно, CD56+CD3- и CD56+CD3+ клеток приводит к активации процесса высвобождения HNP. Нейтрофилы выделяют HNP в фагосомы, а натуральные киллеры высвобождают HNP в экстрацеллюлярное пространство [79].

В активации продукции b-дефензинов участвуют TLR2, TLR3, TLR4, TLR5, TLR9. David Moranta и соавт. [153] показали, что в человеческих альвеолоцитах пептидогликаны и LPS, активируя, соответственно, TLR2 и TLR4, через фактор транскрипции AP-1 (c-Jun) сигнальный путь; а флагеллин, активируя TLR5 через JNK, p38 и ERK-сигнальные пути, индуцируют экспрессию HBD-2 и HBD-3 (рис. 2). В активации экспрессии HBD-2 принимает участие и фактор транскрипции NF-kB [153]. Активация двухцепочечной РНК (дцРНК) TLR3 первичных бронхиальных эпителиальных клеток (PBEC) индуцирует экспрессию HBD-2 и HBD-3. Взаимодействие TLR9 с бактериальной ДНК или CpG олигодеоксинуклеотидом характеризуется дозозависимой продукцией HBD-2 [79].

Однако действие РАМР одного класса, но принадлежащих разным инфекционным возбудителям, на TLR макроорганизма может сопровождаться возникновением совершенно разных, а то и противоположных эффектов. Например, LPS Porphyromonas gingivalis штамма 1690 индуцирует экспрессию мРНК HBD-1, HBD-2 и HBD-3, а LPS Porphyromonas gingivalis штамма 1435/1449 ингибирует активность экспрессии мРНК данных пептидов [56].

TLR-независимый путь индукции синтеза или высвобождения дефензинов

TLR-независимая индукция экспрессии дефензинов связана с возбуждением таких рецепторов, как NLR, PAR (protease-activated receptor — активируемый протеазой рецептор) и некоторые цитокиновые рецепторы, которые участвуют в процессе воспаления.

Возбуждение цитоплазматического рецептора NLRC2, который способен распознавать мурамилдипептид грамположительных бактерий, приводит к активации p38 и ERK MAPK, фактора транскрипции NF-kB, что индуцирует высвобождение a-дефензинов из азурофильных гранул нейтрофилов [79].

Показано, что агонисты PAR-2, но не PAR-1, индуцируют экспрессию HBD-2 в человеческих кератиноцитах. Активируемый протеазой рецептор PAR является рецептором тромбина, который относится к семейству трансмембранных G-протеин-связанных рецепторов и обладает уникальным механизмом активации. В отличие от других видов G-протеин-связанных рецепторов, возбуждение которых обусловлено взаимодействием с лигандами, активация PAR происходит путем протеолитического расщепления его N-терминального домена сериновыми протеазами: тромбином, фактором свертывания Ха, трипсином, гранзимами, плазмином, MMP-1. Некоторые бактериальные инфекционные агенты, в частности периодонтит-ассоциированный грамотрицательный патоген Porphyromonas gingivalis, продуцируют сериновые протеазы, которые способны расщеплять N-терминальнй домен PAR [79].

Некоторые цитокины (IL-1a, IL-1b, IL-2, IL‑3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-8/CXCL8, IL-9, IL-10, IL‑11, IL-12, IL-13, IL-15, IL-16, IL-17, IL-18, TNF‑a, IFN‑g), взаимодействуя с соответствующими рецепторами дефензин-синтезирующих клеток, активно модулируют экспрессию b-дефензинов [155, 163]. В последнее время установлено, что мощным индуктором экспрессии HBD-2 является IL-17A, активность которого превосходит более чем в 10 раз мощность наиболее сильных дефензин-стимулирующих цитокинов IL-1b и TNF-a (рис. 3) [129, 143, 196]. Семейство IL-17 насчитывает 7 цитокинов (IL‑17A, IL-17B, IL-17C, IL-17D, IL-17E/IL-25, IL-17F), которые взаимодействуют с соответствующими рецепторами (IL-17RA, IL-17RB/IL-25R, IL-17RC, IL-17RD/SEF и IL-17RE). Провоспалительный IL‑17A (cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen 8 — CTLA-8) продуцируется преимущественно активированными CD45+RO+CD4+ Т-лимфоцитами (Th17­-клетками), но также может быть продуцирован CD8+ и gdТ-клетками, дендритными клетками, эозинофилами, нейтрофилами, макрофагами, моноцитами, натуральными киллерами [82, 184]. Возбуждение рецептора IL-17RA эпителиальных и эндотелиальных клеток, фибробластов, моноцитов активирует экспрессию не только HBD-2, но и антимикробных протеинов (S100A9, S100A7, S100A8), TNF-a, интерлейкинов (IL-1b, IL-4, IL-5, IL-6, IL-13), молекул адгезии (ICAM-1), хемокинов (CXCL1/Gro-a, CXCL2/Gro-b, CXCL5/RANTES, CXCL6/GCP-2, CXCL8/IL-8, CCL11/эотаксин, CCL2/MCP-1) [184, 187].

Характер цитокин-индуцибельной экспрессии дефензинов различных клеток находится в высокой зависимости от типа агониста. Jьrgen Harder и соавт. [55] было установлено, что экспрессия мРНК HBD‑2 в эпителиоцитах респираторного тракта и первичных кератиноцитах происходит при стимуляции IL-1b, TNF-a, лептином, а экспрессия мРНК HBD-3 индуцируется INF-g, TGF-a. Эталонный стимулятор форбол-миристат ацетат является сильным индуктором экспрессии генов HBD-3 и HBD-4 в человеческих первичных кератиноцитах [56, 149].

В регуляции синтеза и высвобождения дефензинов принимают участие различные внутриклеточные сигнальные пути. Например, TNF-a, IFN-g индуцируют экспрессию HBD-2 и HBD-3, активируя факторы транскрипции STAT1 и NF-kB. В то время как IL-4 и IL-13, возбуждая фактор транскрипции STAT‑6, индуцируют SOCS1 и SOCS3, которые ингибируют TNF-a/IFN-g-зависимую продукцию дефензинов [155, 163]. Однако в отсутствиe TNF-a, IFN-g интерлейкины IL-4 и IL-13 способствуют усилению экспрессии HBD-2 клетками-продуцентами, в частности эпителиоцитами трахеи [131]. В качестве примера на рис. 4 представлены сигнальные пути индукции гена DEFB4A пептида HBD-2 [79].

Трансактивация рецептора эпидермального фактора роста (EGFR) также индуцирует экспрессию HBD-3 в кератиноцитах [63].

Ингибиция продукции дефензинов

Ингибирующим действием на продукцию HBD-2 [50] обладает дексаметазон, а на продукцию HBD-3 — как дексаметазон, так и конечные продукты гликозилирования [1, 104].

Ингибирующий эффект дексаметазона на IL-1b-индуцированную экспрессию мРНК HBD-2 в альвеолоцитах II порядка (A549) обусловлен его влиянием на внутриклеточные сигнальные пути. Byeong-Churl Jang и соавт. [50] установили, что дексаметазон подавляет IL-1b-индуцированную экспрессию мРНК HBD-2 в альвеолоцитах II порядка (A549) через подавление транскрипционной активности NF-kB и усиление продукции MKP-1, которая дефосфорилирует p38 МАРК.

Cheng-Che E. Lan [104] продемонстрировал ингибирующее действие высокой концентрации глюкозы на экспрессию HBD-3 в кератиноцитах. Ингибиция экспрессии HBD-3 в условиях высокой концентрации глюкозы обусловлена блокированием компонента p38 MAPK внутриклеточного сигнального пути конечными продуктами гликозилирования. Учитывая тот факт, что у экспериментальных животных с индуцированным сахарным диабетом высокая экспрессия HBD-3 способствует заживлению инфицированных Staphylococcus aureus ран, вероятно, ингибиция экспрессии HBD-3, ассоциированная с действием конечных продуктов гликозилирования, может быть одной из причин высокого риска бактериального инфицирования больных сахарным диабетом [113].

Содержание дефензинов в некоторых биологических жидкостях

Уровень концентрации миелоидных a-дефен­зинов в сыворотке крови клинически здоровых людей характеризуется достаточно высокой вариабельностью и колеблется от неопределяемых величин до 50–100 мкг/л [85]. В среднем в сыворотке крови практически здоровых людей концентрация HNP-1 составляет 31,3 мкг/л, HD-5 — 2,4 мкг/л, HD-6 — 3,1 мкг/л [20]. В бронхиальном секрете пептиды HNP-1, HNP-2, HNP-3 вместе с лизоцимом являются самыми представительными АМП, уровень их концентрации находится в пределах от 86 до 143 мкг/л [213]. В одном миллионе человеческих нейтрофилов содержится около 4–5 мг совокупной массы HNP-1, HNP-2, HNP-3 [85].

Для пептида HBD-2 характерна достаточно высокая концентрация (31,3 мкг/л), а для HBD-1 — относительно низкая (1,7 мкг/л) концентрация в сыворотке крови практически здоровых людей [181]. В состоянии относительного здоровья в слюне человека средний уровень концентраций HBD-2 и HBD-3 составляет 9,5 и 326 мкг/л, а колебания их содержания находятся в пределах 1,2–21 и 50–931 мкг/л соответственно. В общей массе белка жидкости бронхоальвеолярного лаважа содержание HBD-2 составляет 0,04 мкг/г (от 0 до 0,049 мкг/г). Причем колебания содержания HBD-2 в слюне и жидкости бронхоальвеолярного лаважа не синхронизированы. Пептид HBD-3 в бронхиальном секрете не обнаруживается [140, 201]. Susanne Schaller-Bals и соавт. [212] установили, что HBD-1 и HBD-2 присутствуют в жидкости бронхоальвеолярного лаважа и у новорожденных, причем даже у недоношенных детей их концентрации эквивалентны уровням содержания этих пептидов в жидкости дыхательных путей взрослых.

Пептиды HNP-1, HD-5, HD-6 идентифицируются в молозиве и женском молоке. HBD-1 экспрессируется в эпителии молочных желез кормящих женщин, и его концентрация в грудном молоке достигает очень высокого уровня (1–10 мкг/мл) [181]. Экспрессия дефензинов идентифицируется в клетках грудного молока: HBD-1 — в 95 %, HNP-1 — в 88 %, HD-5 — в 68 %, HBD-3 — в 22 %, HBD-2 — в 15 %, HBD-4 — в 5 %, HD-6 — в 2 % клеток [20].


Bibliography

Список литературы находится в редакции


Back to issue