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 ГИНЕКОЛОГИ

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" 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


Back to issue