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.

 

"Child`s Health" 6 (41) 2012

Back to issue

Роль Toll-подобных рецепторов в рекогниции патоген-ассоциированных молекулярных структур инфекционных патогенных агентов и развитии воспаления. Часть 2. Лиганды TLR

Authors: Абатуров А.Е., ГУ «Днепропетровская медицинская академия Министерства здравоохранения Украины», Волосовец А.П., Национальный медицинский университет им. А.А. Богомольца, г. Киев Юлиш Е.И., Донецкий национальный медицинский университет им. М. Горького

Categories: Pediatrics/Neonatology

Sections: Specialist manual

print version


Summary

В обзоре даны современные представления об экзогенных (патоген-ассоциированных молекулярных структурах инфекционных агентов) и эндогенных (молекулярных структурах собственного организма, ассоциированных с опасностью) лигандах TLR.

В огляді подано сучасні уявлення про екзогенні (патоген-асоційовані молекулярні структури інфекційних агентів) і ендогенні (молекулярні структури власного організму, асоційовані з небезпекою) ліганди TLR.

The review provides present-day ideas on exo­genous (pathogen-associated molecular structures of infectious agents) and endogenous (molecular structures of own organism associated with danger) TLR ligands.


Keywords

воспаление, инфекционный процесс, Toll-подобные рецепторы, лиганды TLR.

запалення, інфекційний процес, ­Toll-подібні рецептори, ліганди TLR.

inflammation, infection process, Toll-like receptors, TLR ligands.

Введение

В зависимости от происхождения различают экзогенные и эндогенные лиганды TLR. Экзогенными лигандами TLR являются патоген-ассоциированные молекулярные структуры (РАМР) инфекционных агентов, эндогенными — молекулярные структуры собственного организма, ассоциированные с опасностью (danger associated molecular patterns — DAMP).

Экзогенные лиганды (РАМР)

Различные типы TLR в виде гомо- или гетеродимеров распознают определенные РАМР (табл. 1). Так, TLR3, TLR7, TLR8 и TLR9 распознают нуклеиновые кислоты инфекционных агентов, а TLR1, TLR2, TLR4 и TLR6 — молекулярные структуры клеточной стенки, жгутиков бактерий (гликолипиды, липопептиды, флагеллин). Для TLR10 до настоящего времени лиганды остаются не идентифицированными [5].

Эндогенные лиганды (DAMP)

Индукция лейкоцитов и некротическая смерть клеток организма в процессе развития инфекционного процесса сопровождаются высвобождением определенных эндогенных веществ, известных как алармины, или DAMP. К группе DAMP относят: семейство протеинов S100, белок группы высокой мобильности бокс 1 (high mobility group box-1 — HMGB1, амфотерин), белки теплового шока (heat shock proteins — HSP), пуриновые метаболиты; иммуностимулирующие молекулы — аденозинфосфат, мочевую кислоту, инертные матриксные протеины — гиалуроновую кислоту, олигосахариды и другие (табл. 2) [7, 20, 28, 34, 36].

DAMP, представляя собой эндогенный эквивалент РАМР, высвобождаются активированными иммуноцитами, а также любыми клетками после их неапоптотической смерти. DAMP несут второй сигнал, который совместно с РАМР-опосредованной реакцией как инициализирует процесс воспаления, так и активирует механизмы репарации тканей [7, 44, 47].

Определенные молекулы группы DAMP, возбуждая рецепторы, в том числе и PRR, потенцируют развитие воспалительного ответа, аналогично реакции, вызванной РАМР (табл. 3) [15, 26, 41, 43].

Белки группы S100

Группа S100 протеинов состоит из более чем 20 кальций-связывающих белков, молекулы которых содержат два EF домена, связывающих ионы Са2+. Гены S100 протеинов расположены на хромосоме 1 (1q21). Установлено, что три представителя семейства протеинов S100 участвуют в работе системы неспецифической защиты организма. Два протеина — S100A8 (калгранулин A; MRP8), S100A9 (калгранулин B; MRP14) — экспрессируются в гранулоцитах, моноцитах и макрофагах на ранних стадиях их дифференцировки; и один белок — S100A12 (калгранулин C; внеклеточный RAGE-связывающий белок) — локализуется в гранулоцитах. Калгранулины, находясь в цитоплазме клетки, участвуют в процессах, которые определяют обмен жирных кислот (в том числе арахидоновой кислоты), функционирование цитоскелета, связанное с фагоцитарной активностью и миграцией иммуноцитов, и дифференцировку клеток [10, 25]. Повреждение клетки или активация фагоцитов обусловливают высвобождение калгранулинов. Комплекс S100A8 и S100A9 (калпротектин) активно секретируется фагоцитами во время ответа на воздействие РАМР. Внеклеточно расположенные калгранулины активируют иммуноциты и эндотелиоциты. Протеины S100A8 и S100A9 взаимодействуют с RAGE (the receptor for advanced glycation endproducts) и TLR4 [27]. S100A8, связываясь с TLR4, индуцирует перемещение MyD88 и фосфорилирование IRAK-1, в то время как S100A9 подавляет вызванное S100A8 возбуждение [30]. По всей вероятности, комплекс S100A8/S100A9 является эндогенным гиперактиватором TLR4, который, как показано в эксперименте, может вызвать развитие токсического шока [40].

HMGB1

HMGB1 — негистоновый высококонсервативный хроматин-ассоциированный BOX1-белок группы протеинов высокой мобильности, который в физиологических условиях конститутивно экспрессируется и локализуется в ядре клетки, где принимает участие в регуляции транскрипции генов, ремодуляции хроматина и репарации ДНК [24, 38].

Мыши с нокаутным геном HMGB1 погибают от выраженной гипогликемии в первые 24 часа жизни. В каждой клетке содержится приблизительно 106 молекул HMGB1. Протеин HMGB1 пассивно высвобождается при некротической (но не при апоптотической) гибели клетки и активно секретируется макрофагами после индукции IFN-g, TNF-a и агонистами TLR3, TLR4 [11, 32, 37]. Высвобожденный HMGB1, непосредственно взаимодействуя с TLR2, TLR4, TLR9, индуцирует матурацию DC и вызывает активацию макрофагов, Т-лимфоцитов, эндотелио­цитов, обусловливая продукцию провоспалительных цитокинов (TNF-a, IL-1F1 (IL-1a), ­IL-1F2 ­(IL-1b), IL-6, IL-8) [13, 14, 23]. Взаимодействие HMGB1 с TLR4 способствует увеличению экспрессии и представлению TLR2 на поверхности цитоплазматической мембраны альвеолярных макрофагов и эндотелиоцитов сосудов легких. Ассоциация HMGB1/TLR4 индуцирует TLR4-MyD88-IRAK4 сигнальный путь, что приводит к возбуждению p38 MAPK и Akt-пути, обусловливая идуцибельную активацию NAD(P)H оксидазы, экспрессию ICAM-1, макрофагальную продукцию IL-23. В свою очередь, IL-23 через IL-17-G-CSF-опосредованный механизм вызывает высвобождение полиморфноядерных лейкоцитов из костного мозга в периферическое русло крови [46]. Однако были представлены экспериментальные данные и о том, что HMGB1 непосредственно не вызывает активации TLR [12, 39].

Белки теплового шока

Согласно современной классификации, в основу которой положена молекулярная масса протеинов, выделяют пять основных классов белков теплового шока (HSP): HSP100, HSP90, HSP70, HSP60 и малые HSP (small HSP, sHSP). Белки теплового шока каждого класса выполняют достаточно определенные функции. Так, белки семейства HSP70, взаимодействуя с вновь синтезируемой на рибосомах полипептидной цепью, предотвращают преждевременное неправильное сворачивание незрелой полипептидной цепи и участвуют в транспорте белка к предопределенным внутриклеточным органеллам (митохондриям, эндоплазматическому ретикулуму и т.д.). Белки класса HSP100 выполняют защитную функцию, предохраняя организм в условиях стресса. Протеины HSP90 участвуют в направленном переносе нескольких типов протеинкиназ к цитоплазматическим регионам их функционирования и, образуя сложные комплексы с несколькими вспомогательными белками — кошаперонами, обеспечивают эффективное связывание гормонов с соответствующими цитоплазматическими рецепторами и последующий перенос гормон-рецепторного комплекса в ядро клетки. Белки HSP60 могут участвовать в фолдинге сложно устроенных протеинов (таких как актин или тубулин), а также в АТР-зависимом исправлении ошибок в структуре частично денатурированных белков [3]. Помимо своей основной физиологической роли белки теплового шока — HSP60, HSP70, HSP90 и gp96 — участвуют в презентации антигена антиген-презентирующими клетками, функционируют как DAMP и модулируют PAMP-индуцированное возбуждение TLR [2, 29, 33]. Все клетки организма экспрессируют HSP, которые могут быть высвобождены во внеклеточное пространство при нарушении целостности клеток. HSP взаимодействует с несколькими типами мембранных рецепторов — CD14, CD40, CCR5 и TLR [33]. Солютабные внеклеточно расположенные HSP60 и HSP70 взаимодействуют с TLR2 и TLR4. Показано, что HSP70 в солютабном виде через TLR-ассоциированное возбуждение активирует антиген-презентирующие клетки, обусловливая экспрессию костимулирующих, адгезивных молекул и продукцию провоспалительных цитокинов, хемокинов, а в мембранно-ассоциированном состоянии возбуждает NK-клетки [6]. Однако возможно, что индуцирующее действие HSP связано не с их непосредственным действием на TLR, а обусловлено образованием комплексов с РАМР [45].

Сывороточный амилоид А

Сывороточный амилоид А (SAA) является острофазовым белком, который продуцируется преимущественно гепатоцитами, а также макрофагами и синовиоцитами. Его концентрация в крови при развитии воспаления увеличивается почти в 1000 раз на протяжении первых 48 часов. Показано, что SAA взаимодействует с несколькими рецепторами — FPRL1, RAGE, TLR2 и TLR4 [16]. Белок SAA, активируя рецепторы, вызывает продукцию провоспалительных цитокинов и обусловливает хемотаксис нейтрофилов [8].

Гиалуроновая кислота

Гиалуроновая кислота — полимер N-ацетил-D-глюкозамина и D-глюкуроновой кислоты — является основным компонентом экстрацеллюлярного матрикса, продукция которого усиливается при нарушении целостности ткани. Удаление продуктов распада гиалуроновой кислоты обусловлено функционированием рецептора CD44. Гиалуроновая кислота является активным модулятором воспалительного процесса (табл. 4), в том числе и через механизмы TLR-возбуждения. Так, некоторые фрагменты гиалуроновой кислоты могут физически взаимодействовать с TLR2 и TLR4, обусловливая активацию макрофагов [17]. Показано, что продукты распада гиалуроновой кислоты индуцируют матурацию дендритных клеток (DC) и увеличивают их способность инициировать TLR2-, TLR4-ассоциированное TIRAP-возбуждение [42].

Митохондриальные DAMP

Нарушение целостности клеточной мембраны сопровождается высвобождением веществ митохондриального происхождения, таких как формилсодержащие пептиды и митохондриальная ДНК, которые, взаимодействуя соответственно с FPRL1 и TLR9, вызывают миграцию и дегрануляцию полиморфноядерных нейтрофилов. В аналитическом обзоре научной литературы Qin Zhang и соавт. [47] дали всестороннее представление о DAMP митохондриального происхождения (MTD).

Согласно представлениям ведущих исследователей неспецифических механизмов защиты организма Taro Kawai и Shizuo Akira [18], эндогенные молекулы, которые высвобождаются погибающими клетками организма, взаимодействуют с TLR или их аксессуарными молекулами, меняя уровень рецепторного возбуждения. Протеины HMGB1, HSP и компоненты экстрацеллюлярного матрикса распознаются TLR2, TLR4 или TLR2-TLR4. Амилоид-b и окисленный LDL могут взаимодействовать с TLR4-TLR6 и корецептором CD36. Окисленные фосфолипиды, антибактериальный пептид b-дефензин 2 взаимодействуют с TLR4. Рекогниция этих эндогенных молекул трансмембранными TLR обусловливает развитие воспаления и/или индуцирует репарацию тканей. Собственные поврежденные РНК и ДНК в комплексе с антимикробным пептидом LL37 распознаются TLR9 и TLR7 в эндосомах соответственно. Молекулярный комплекс HMGB1/ДНК макроорганизма возбуждает RAGE и TLR9. Иммунные комплексы, содержащие собственные нуклеиновые кислоты, взаимодействуют с рецепторами Fc (FcgRIIa) и стимулируют TLR7 и TLR9. ДНК клеток макроорганизма, которая не полностью была расщеплена во время апоптоза, вероятно, распознается внутриклеточным сенсором ДНК и активирует TBK1. Рекогниция собственных нуклеиновых кислот TLR7, TLR9 может приводить к избыточной продукции интерферонов I типа, пред­определяя развитие аутоиммунных и/или хронических воспалительных заболеваний (рис. 1).

Однако существует и другое представление о механизме действия DAMP, согласно которому DAMP обладают не прямым, а косвенным влиянием на активность TLR. На основании анализа 63 исследовательских работ, посвященных изучению действия DAMP как возможных лигандов TLR, Clett Erridge [9] пришел к заключению, что в основе механизма действия DAMP лежит их способность взаимодействовать с РАМР инфекционных агентов и модулировать восприятие возбуждающего сигнала TLR. То есть представители DAMP являются PAMP-связывающими молекулами (PBM — ­PAMP-bin­dingmolecules) и/или ­PAMP-сенситизирующими молекулами (PSM — PAMP-sensitizingmolecules) (табл. 5).

Высокие уровни концентрации DAMP ассоциированы с различными инфекционными, воспалительными и аутоиммунными заболеваниями. Так, показано, что для синовиальной жидкости у больных с ревматоидным артритом характерно значительное повышение содержания белков теплового шока, HMGB1, ДНК, фибриногена, тенасцина-C. У больных с красной системной волчанкой в сыворотке крови наблюдается высокий уровень концентрации ДНК-содержащих иммунных комплексов и нуклеосом-HMGB1-комплексов, а у пациентов в острый период септического процесса — HMGB1 и тенасцина-C [31].

Таким образом, DAMP как носители информации о том, что РАМР инфекционных агентов или другие экзогенные факторы приводят к возбуждению и/или гибели клеток, вне зависимости от особенностей механизма действия модулируют рекогницию лигандов TLR в соответствии с уровнем повреждения тканей. В настоящее время показано, что антигенпрезентирующие клетки могут быть активированы не только PAMP инфекционных агентов, но и сигналами «тревоги» DAMP, которые высвобождаются из поврежденных клеток макроорганизма. Идентификация этих стимулов предполагаемыми рецепторами в значительной мере изменило понимание инициации и регуляции иммунного ответа.


Bibliography

Список литературы находится в редакции

Similar articles

Роль NOD-подобных рецепторов в рекогниции патоген-ассоциированных молекулярных структур инфекционных патогенных агентов и развитии воспаления (Часть 1. Семейство NLR)
Authors: Абатуров А.Е. - ГУ «Днепропетровская медицинская академия Министерства здравоохранения Украины», Волосовец А.П. - Национальный медицинский университет им. А.А. Богомольца, г. Киев, Юлиш Е.И. - Донецкий национальный медицинский университет им. М. Горького
"Child`s Health" 1 (44) 2013
Date: 2013.04.02
Categories: Infectious diseases, Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual
Diabetes mellitus and atherosclerosis. The role of inflammatory processes in pathogenesis (literature review)
Authors: Соколова Л.К., Пушкарев В.М., Пушкарев В.В., Ковзун Е.И., Тронько Н.Д.
ГУ «Институт эндокринологии и обмена веществ имени В.П. Комиссаренко НАМН Украины», г. Киев, Украина

International journal of endocrinology Том 13, №7, 2017
Date: 2017.11.27
Categories: Endocrinology
Sections: Specialist manual
Authors: Абатуров А.Е., Днепропетровская государственная медицинская академия
"Child`s Health" 5(20) 2009
Date: 2010.07.12
Categories: Pediatrics/Neonatology
Роль Toll-подобных рецепторов в рекогниции патоген-ассоциированных молекулярных структур инфекционных патогенных агентов и развитии воспаления. Часть 3. Рекогниция лигандов TLR
Authors: Абатуров А.Е., ГУ «Днепропетровская медицинская академия Министерства здравоохранения Украины», Волосовец А.П., Национальный медицинский университет им. А.А. Богомольца, г. Киев, Юлиш Е.И., Донецкий национальный медицинский университет им. М. Горького
"Child`s Health" 7 (42) 2012
Date: 2013.03.04
Categories: Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual

Back to issue