Система цитокинов. Классификация. Основные свойства. Механизмы действия. Типы

Клетки-продуценты и клетки-мишени. Цитокиновая регуляция воспаления и иммунного ответа».
Цикл 1

цитокины.
Какие клетки – продуценты цитокинов вам известны?
Какие клетки – мишени

организме – эмбриогенезом, гемопоэзом, процессами созревания и дифференцировки клеток, активации

природы, освобождаемые клетками организма – хозяина, обладающие неферментативным действием в

жизненного цикла клеток:
процессы дифференцировки.
процессы пролиферации.
процессы функциональной активации.
процессы гибели клеток.

Цитокины и

Цитокины играют важную роль в осуществлении реакций как врожденного, так и адаптивного иммунитета.
Цитокины обеспечивают взаимосвязь врожденного и адаптивного иммунных ответов.

цитокинов действует на местном уровне (паракринно – на клетки микроокружения).
Цитокинов

Плейотропность – единственная молекула может вызывать множество эффектов путем активации различных генов в клетках-мишенях
Конвергенция функций – разные цитокиновые молекулы могут выполнять в организме сходные функции
Полисферизм – множество цитокинов могут продуцироваться одной и той же клеткой в ответ на один стимул

В клеток
многие типы клеток
многие типы клеток
индукция экспрессии
MHC I или

повышение
противовирусной
активности

в очаге воспаления).

Аутокринная регуляция –цитокин производится клеткой, к нему клетка-производитель

Эндокринная регуляция –отставленное действие: интерлейкин 1 –бета –эндогенный пироген (действует на центр терморегуляции в головном мозге),
интерлейкин 6 действует на гепатоциты, вызывая синтез белков острой фазы, ростовые факторы действуют на костный мозг, активируют гемопоэз и т.д.

отследить основную цепь взаимодействий в иммунопатогенезе заболеваний :
Клетки- продуценты

Цель: разработка и внедрение в практику новых стратегий терапии заболеваний:
цитокиновая терапия
(применение в клинике препаратов цитокинов), либо
антицитокиновая терапия (применение в клинике антагонистов цитокинов или моноклональных антител к цитокинам).

использовалось их деление по принципу клеток, синтезирующих цитокины:

лимфокины (цитокины,

Такой подход не всегда оправдан, так как для цитокинов характерно частичное перекрывание функций.
Вследствие этого был введен единый термин «интерлейкины»
IL (или ИЛ): 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17 …..35
Термин «интерлейкины» означает «молекулы, участвующие во взаимоотношениях, «беседах» между лейкоцитами».

-  (кахектин)
TNF-  ( лимфотоксин)

Интерфероны (ИФН или IFN)
IFN 

трансформирующие ростовые факторы:
Трансформирующий ростовый фактор –альфа – TGF -
Трансформирующий ростовый фактор –бета – TGF -
 -хемокины:
IL-8
NAP -2 (neutrophil – activating protein -2)
PF -4 (platelet factor 4)

stimulating factor
GM - CSF – granulocyte - macrophage colony stimulating

«Лимфокины» – секретируются в основном активированными Т h клетками:
MAF - macrophage activating factor
MCF - macrophage chemotactic factor
MMIF-macrophage migration inhibition factor
LMIF- leukocyte migration inhibition factor

– acidic fibroblast growth factor
b FGF – basic fibroblast growth

Современные отечественные книги и журналы

ИЛ- 35) - сигнальные молекулы, действующие между лейкоцитами.
2. Факторы

4. Факторы роста стволовых клеток (ИЛ-3, ИЛ -7, ИЛ-11, эритропоэтин, тромбопоэтин, колониестимулирующие факторы (КСФ): ГМ-КСФ (гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор), Г-КСФ (гранулоцитарный КСФ), М-КСФ (макрофагальный КСФ), регулирующие гемопоэз.
5. Хемокины (CC, CXC (ИЛ-8), CX3C, С) , регулирующие хемотаксис различных клеток.
6.Факторы роста клеток (фактор роста фибробластов, фактор роста эндотелиальных клеток, фактор роста эпидермиса и др.), трансформирующий ростовый фактор - участвуют в регуляции роста, дифференцировки разных клеток.

преимущественно активированными клетками моноцитарно/макрофагального ряда и повышают активность воспалительного процесса.
Провоспалительных

Противовоспалительные

В основном, Т- клеточные цитокины, снижающие активность воспаления –
ИЛ-10,
ТГФ β (трансформирующий фактор роста бета);
а также -рецепторный антагонист интерлейкина-1 (РАИЛ).

образраспознающих рецепторов запускается внутриклеточный сигнальный каскад, приводящий к активации генов

(РАМРs)
Паттерн распознающие рецепторы (PRRs):
Растворимые (система комплемента)
Мембранные (TLRs –Толл- подобные рецепторы,

и хемокинов
Экспрессия генов интерферона
Сигнальные пути Толл-подобных рецепторов
АНТИБАКТЕРИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА
АНТИВИРУСНАЯ ЗАЩИТА

и системное действие
На местном уровне
Самым ранним эффектом провоспалительных цитокинов является

На системном уровне

При повышении концентрации провоспалительных цитокинов в крови ,
они действуют практически на все органы и системы, участвующие в поддержании гомеостаза

Примером зависимости эффектов провоспалительных цитокинов от их концентрации в крови может служить фактор некроза опухолей-альфа

10-7 М
  

10-8 М
 

10-9 М

ФНО

врожденного иммунного ответа

цитокины осуществляют связь между иммунной, нервной, эндокринной, кроветворной и другими

Цитокины обеспечивают «сигнал тревоги», означающий, что настало время включить все резервы, переключить энергетические потоки и перестроить работу всех систем для выполнения одной, но важнейшей для выживания задачи – борьбы с внедрившимся патогеном.

Примером множественности эффектов провоспалительных цитокинов
в запуске системного воспаления может служить интерлейкин 1 бета

и метаболизма
арахидоновой кислоты
Регуляция
температуры,
поведения,
синтеза гормонов
Продукция белков
острой фазы воспаления
IL-12,IL-23
Активация
кроветворения
INFα

опухолей –альфа (TNF-) играют основную роль в воспалительных ответах, так

Некоторые их таких антагонистов и моноклональных антител уже используются в клинике – например, при лечении сепсиса, ревматоидного артрита, системной красной волчанки и других заболеваний человека.

Т- и В-лимфоцитов

Главные функции: регуляция дифференцировки Т-хелперных клонов -

АПК (ДК).
Основные продуценты цитокинов в адаптивном иммунитете –Т лимфоциты-хелперы (CD4+).
Покоящиеся

рецепторы к интерлейкину -2 (IL 2 R) – его 

Экспрессия -цепи IL 2 R превращает IL 2 рецептор в высокоаффинную форму.

Костимулирующие сигналы активируют ядерные факторы транскрипции , это приводит к повышению продукции интерлейкина -2 более, чем в 100 раз.

Связывание IL 2 R с IL 2 запускает процесс пролиферации Т лимфоцитов, т.е. клональную экспансию.

цепи
Механизм костимуляции Т клеток
сигнал 1

NF связывается с промотором
гена a цепи

Покоящаяся Т клетка

Низкоаффинный IL-2 рецептор

и дифференцировка лимфоцитов

Th2(гуморальный ответ).

После созревания в тимусе
наивные CD 4+Т лимфоциты

«Уникальная особенность иммунологии состоит в том, что ее «сердцевина» не вполне стабилизировалась и меняется во времени в большей степени, чем основы других наук. Достаточно сказать, что на протяжении полувека парадигма иммунологии менялась по меньшей мере два раза — сначала при рождении «неинфекционной» (по преимуществу клеточной) иммунологии в 50–60-е годы ХХ века и затем — совсем недавно, при формировании новых представлений об иерархии и взаимодействии врожденного и адаптивного иммунитета.
Читатели с большим стажем знакомства с руководствами и учебниками по иммунологии, написанными в разное время, согласятся, что книги по иммунологии, опубликованные в 30-х, 60-х и 2000-х годах, порой как будто излагают основы разных наук»
А.А.Ярилин,2010 год.

ответа
Предшественники дендритных клеток мигрируют из костного мозга через кровоток практически

миграции в подкапсулярный синус лимфоузла, ДК перемещаются в Т-клеточные зоны.

действием цитокинов дендритных клеток (ДК)
РОЛЬ синтезируемых ДК цитокинов в формировании

После дифференцировки Т наивного хелпера в один из перечисленных типов хелперов, строго регламентируется тип синтезируемых этими типами хелперов цитокинов.
По профилю продуцируемых цитокинов выделяют следующие субпопуляции
CD 4+ лимфоцитов:
Th1, Th2, Th 17, Th fn, Th 9, Th 22, а также индуцибельные регуляторные Т-клетки (iTreg).

Биологический смысл столь сложной регуляции типов адаптивного иммунного ответа:
уникальный набор цитокинов каждого типа Т хелперов действует на разные клетки-мишени, которые обеспечивают элиминацию патогенов с разными типами паразитирования.

al., 2012

Bcl-6
сигнал поляризации
антиген
«чужое», стимулирующее
ответ врожденного
иммунитета
факторы микроокружения,

Цитокины ДК:

ДК

Th0

функции

Цитокины
Th:

ответ
на внутриклеточные
патогены

ответ на
гельминты,
атопия,
эозинофильное
воспаление

продукция
слизи,
тканевое
воспаление

ответ на
внеклеточные
патогены,
нейтрофильное
воспаление

тканевое
воспаление

гуморальный
ответ-синтез
антител

ИЛ-23, то образуются Т –лимфоциты-хелперы, синтезирующие ИЛ-17.
Th17 участвуют в

Th fn (T-follicular helper)

CD 4+ fn выполняют хелперную функцию в отношении В лимфоцитов.
Локализуются в В-клеточных фолликулах.
Вырабатывают хелперный цитокин ИЛ-21, стимулирующий через рецептор к ИЛ-21 на В-лимфоцитах, их активацию и дифференцировку в плазматические клетки, синтезирующие антитела.

(CD4+CD25+FOXP3 клетки)

Т регуляторные хелперы, или, как их еще называют «Т-

Противовоспалительные цитокины T reg - ИЛ-10 и ТГФ β

высокоаффинными рецепторами, расположенными на мембране клеток-мишеней (аффинность –сила связи вещества

На последующих этапах:

Цитокины регулируют транскрипцию генов в клетках-мишенях с помощью вторичных сигналов.
Действие вторичных сигналов изменяет транскрипцию генов в клетках –мишенях (активирует или ингибирует), что приводит к изменению «поведения» клетки-мишени в целом.

подразделяют как минимум на 5 семейств:
Рецепторы цитокинов семейства гематопоэтинов интерлейкинов

3. Рецепторы семейства фактора некроза опухолей (наличие домена смерти).

4. Рецепторы семейства интерферонов и ИЛ-10.

5. Рецепторы хемокинов.

обычно трансформируются (не обязательно все свойства цитокинов, проявляющиеся в условиях

и влияющие на хемотаксис лейкоцитов.
Малая молекулярная масса обеспечивает им высокую

Характеристика структуры хемокинов и их семейств:
м.м. = 5-20 kDa
катионные белки
связывают гепарин и гликозаминогликаны
имеют между собой 20-70% гомологии
содержат преимущественно четыре консервативных цистеина, связанных между собой дисульфидными связями: первый с третьим, второй с четвертым (называют их семейства –по расположению цистеина- СС, СХС и др.)

активность: хемоаттрактанты.

Хемокины привлекают:
СХС хемокины – нейтрофилы и Т-лимфоциты

СС хемокины –

целью повышения их концентрации в организме:
Заместительная терапия – восполнение

Антицитокиновая терапия

Использование рецепторов цитокинов; моноклональных антител, блокирующих нежелательное действие цитокинов.
Удаление или блокирование действия эндогенных цитокинов.

колониестимулирующий фактор (Г-КСФ)
Гранулоцитарно-моноцитарный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ)
Интерферон альфа, лямбда, в т.ч.

анемия у больных, получающих радио- и химиотерапию
ИНФЕКЦИОННЫЕ БОЛЕЗНИ
- анемия вызванная

бета.

Тромбопоэз – тромбопоэтин, ИЛ-11 - ?

Лимфопоэз – ИЛ-7.

ИФН альфа
Риновирус ( в т.ч. тип 13, тип 39)
Вирус гриппа

Лекарственные формы:
Капли в нос
Спрей
Аэрозоль

альфа-интерфероном только больным ОГС.
2. Комбинированная терапия ПЭГ-интерфероном в сочетании с

КЛИНИКЕ
1. ГЕМОСТИМУЛИРУЮЩЕЕ
ДЕЙСТВИЕ
ГЕМОСТИМУЛИРУЮЩЕЕ
ДЕЙСТВИЕ
2.
ИММУНОСТИМУЛИРУЮЩЕЕ
ДЕЙСТВИЕ
ПРОТИВОИНФЕКЦИОННЫЙ

Антивирусный

Гепатит С
Герпес
ЦМВ

Антибактериальный

Сепсис
Туберкулез
Хламидиоз
Хр. риносинусит

3.

РАНОЗАЖИВЛЯЮЩЕЕ
ДЕЙСТВИЕ

Лечение трофических язв, ран, ожогов, пролежней и т.п.

КОМБИНИРОВАННАЯ
ТЕРАПИЯ РАКА,
РАДИОЗАЩИТА,
МОБИЛИЗАЦИЯ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК

иммунологической недостаточности , проявляющиеся длительно текущими инфекционно – воспалительными заболеваниями

лимфоциты периферической крови больных раком.

TIL – тумор-инфильтрирующие лимфоциты. Лимфоциты, выделенные

Применение: Меланома, рак почки, различные виды
сарком и ряд других опухолей.
Результаты: полный ответ до 50%, 5-ти летняя
выживаемость 40-72% (Morgan e.a., 2010; Phan, Rosenberg, 2013)

модифициро-
ванные Т клетки
ИЛ-2
ИЛ-2
ИЛ-2-активация
Phan & Rosenber2013

некроза опухолей –лечение ревматоидного артрита).

Естественные ингибиторы – рецепторный антагонист

могут сделать сами сообщение – презентацию о механизмах апоптоза)
Естественный апоптоз развивается

Индуцированный апоптоз обусловлен или усилен внешними факторами, не имеющими физиологического значения ( например, апоптоз клеток злокачественных опухолей усиливается под влиянием лучевой или химиотерапии, апоптоз лимфоидных клеток развивается при дистресс-синдроме).
Формы индуцированного апоптоза:
Апоптоз дистресса
Инфекционно-токсический апоптоз
Неинфекционно-токсический апоптоз (в частности, лекарственный апоптоз)
Апоптоз ишемии
Апоптоз гиперчувствительности
Радиогенный апоптоз
Термогенный апоптоз.

Fas лиганды (Fas L)



Fas – рецептор (CD95)- рецептор готовности

Лиганды для Fas – рецептора

Лиганды для Fas – рецептора (Fas L или CD95L) , запускающие апоптоз, имеют ряд сходных механизмов, но также ряд отличительных особенностей с активацией рецепторов фактора некроза опухолей - альфа (TNF).
Связывание такого рецептора с лигандом вызывает на поверхности клетки-мишени процесс кластеризации рецепторов.

После этого адапторный протеин FADD подходит прямо к внутриклеточному домену смерти поверхностного Fas рецептора, соединяется с ним, после чего происходит запуск каскада каспаз.

Fas рецептор активирует только процесс апоптоза в клетке-мишени, и не участвует в сигналлинге TNF рецептора.

сигналов
адапторный протеин FADD

малигнизированные клетки организма –хозяина и запускают в них программу апоптоза.
Цитотоксические

Гранзим B может быть введен в клетку-мишень цитотоксическим Т лимфоцитом с помощью отверстий в мембране мишени, созданных перфоринами.
Гранзим B способен прямо активировать каспазы 3, 7,8 и 10.
Митохондрия – также является ключевым регулятором каспазного каскада и апоптоза:
освобождение цитохрома C из митохондрии прямо активирует сначала каспазу 9, потом каспазу 3.

разрушение хромосомальной ДНК до нуклеосом.
Каспазы (ферменты с каскадным принципом действия)

репарации ДНК:
Фермент поли (AДФ-рибоза)- полимераза, или PARP, один из первых

разрушают структурные белки ядра

Ламины –структурные ядерные белки, которые поддерживают форму

Каспазы вызывают фрагментацию ДНК

Радиоизотопные исследования показали, что процесс фрагментации ДНК до нуклеосом обеспечивается ферментом CAD ( каспазой активированная ДНКаза).
В норме CAD существует в виде неактивного комплекса с ингибитором- ICAD (ингибитор CAD).
Во время апоптоза, ICAD отрывается каспазой 3, и CAD освобождается из комплекса.
Вслед за этим происходит быстрая фрагментация ядра

актинов – белков цитоскелета.
(B) Повреждение хроматина в ядре , конденсация

Этапы С и D

(C) Клетка уменьшается в размерах, как бы упаковывается в форму, удобную для ее поглощения макрофагом.
(D) Маленькие везикулы – все, что остается от клетки на последнем этапе ее физиологической гибели - апоптозные тела, легко поглощаются макрофагами.

к таким сигналам зависит от многих факторов :
От экспрессии про-

факторов
роста и др.
Рецептор клеточной
гибели
гранзимы
радиация
CD 8+ Т лимфоцит

сигналами –сигналами стресса.
Клеточный стресс может вызываться при экспозиции клетки

–таких, как апоптоз индуцирующий фактор -Apoptosis Inducing Factor (AIF), Smac/DIABLO

стимулы.
Некоторые из этих протенов (такие, как bcl-2 и bcl-XL) являются

где они выполняют роль сенсоров клеточного повреждения или стресса.
Вслед за

цитохрома С с белком, названным Apaf-1.
Это приводит к привлечению

С
Каскад активации каспаз

сети.
Характеристика клеток-продуцентов цитокинов во врожденном иммунитете.
Понятие о Т хелперах 1;2;17

пептиды
Бактериальные токсины
Циркулирующие иммунные комплексы
Мембранные маркеры
Основными индукторами синтеза цитокинов клетками врожденного

I типа (αβ)
Провоспалительные цитокины

 Цитокины воздействуют на клетку-мишень через:
Молекулы CD 3

врожденного иммунитета являются:
Клетки миелоидного ряда
Т-лимфоциты-хелперы
Цитотоксические Т-лимфоциты
В-лимфоциты
Плазматические клетки
Эффекты интерлейкина 1β:
Активация лимфоцитов

опухолей
Интерфероны
Факторы роста
Хемокины
Основными цитокинами Т хелперов 2 типа являются:
ИЛ-2 и

участвуют:
ИЛ-1; ИЛ-4; ИЛ-17
ИЛ-4; ИЛ-5; ИЛ-6; ИЛ-10; ИЛ-13
ИЛ-1 и ИЛ-12
ИЛ-6 и