Журнал «Здоровье ребенка» 3 (54) 2014

Статья опубликована на с. 154-159

Введение

В 1985 году от LPS-индуцированных макрофагов были изолированы два протеина с молекулярно-биологическими характеристиками IL-1, которые получили название IL-1a и IL-1b [4]. Согласно новой классификации, данные цитокины IL-1a, IL-1b получили обозначения IL-1F1 и IL-1F2 соответственно.

Синтез, процессинг и высвобождение IL-1F1 –(IL-1a) и IL-1F2 (IL-1b)

IL-1F1 (IL-1a) и IL-1F2 (IL-1b) первично синтезируются как длинные проформы, состоящие из 271 (30,6 kDa) и 269 аминокислотных остатков (30,7 kDa) соответственно [2; 5].

Продуценты IL-1F1 (IL-1a) и IL-1F2 (IL-1b)

Основными продуцентами IL-1F1 (IL-1a) и IL-1F2 (IL-1b) являются макрофаги и моноциты. Проформа IL-1F1 (IL-1b) конститутивно также присутствует в кератиноцитах кожи, клетках печени, легких, почек, тромбоцитах. Цитокин IL-1F2– –(IL-1b) является продуктом ограниченного числа клеток, таких как моноциты крови, тканевые макрофаги и дендритные клетки [7, 20].

Процессинг IL-1F2 (IL-1b)

В отличие от IL-1F1 (IL-1a) IL-1F2 (IL-1b) не присутствует в клетках здоровых людей. Стимулирующими факторами синтеза про-IL-1F2 (IL-1b) могут быть PAMP патогенов, цитокины (TNF, –IL-18, IL-1a, IL-1b). Самоиндукции синтеза IL-1F2 (IL-1b) является частью механизма аутовоспаления. Молекула про-IL-1F2 (IL-1b) сохраняется в цитоплазме клетки до тех пор, пока каспаза-1, активированная инфламмасомой, не вызовет его протеолитическое расщепление с образованием активной формы протеина с молекулярной массой 17 kDa, содержащего 113–271 аминокислотные остатки первичной молекулы [8, 9]. Однако показано, что в некоторых клетках, в частности микроглиоцитах, про-IL-1F2 (IL-1b) может транслоцироваться в ядро, но его внутриядерные функции до настоящего времени остаются неизвестными [17]. Каспаза-1 расщепляет цитоплазматически расположенные молекулы про-IL-1F2 (IL-1b) между Asp¹¹⁶ и Ala¹¹⁷ аминокислотными остатками [12]. Процессинг про-IL-1F2 (IL-1b) может происходить и без участия каспазы-1. Так, было показано, что про-IL-1F2 (IL-1b) является субстратом для таких ферментов нейтрофилов, как эластаза, протеиназа-3, химаза, гранзим A и катепсин G [3, 14].

Высвобождение IL-1F1 (IL-1a)

Проформа IL-1F1 (IL-1a) является активным цитокином, который свое основное действие оказывает внутри клетки. Однако при патологических состояниях про-IL-1F1 (IL-1a) может транслоцироваться через цитоплазматическую мембрану и активировать соседние клетки, несущие рецептор IL-1. При некротической гибели клеток, возникающей вследствие различных причин, происходит высвобождение про-IL-1F1 (IL-1a) в экстрацелюллярное пространство, и, выступая в роли DAMP, может индуцировать развитие «стерильного» воспаления [22, 27].

Высвобождение IL-1F2 (IL-1b)

Подавляющее большинство молекул IL-1F2 (IL-1b) в LPS-активированных моноцитах локализуется в цитоплазме, а определенная их часть находится в везикулах и защищена от расщепления трипсином. Эти везикулы впоследствии сливаются с лизосомами и формируют аутолизосому с протеолитическим расщеплением их содержимого. При ингибировании аутофагии происходит секреция IL-1b во внеклеточную среду, а при активации аутофагии — ее снижение. IL-1F2 (IL-1b) может высвобождаться из клетки при помощи микровезикул и экзосом. Также каспаза-1 вызывает образования пор (1,1–2,4 нм в диаметре) в цитоплазматической мембране. Эти каспаза-1-зависимые поры могут предоставлять канал, по которому IL-1F2 (IL-1b) высвобождается во внеклеточное пространство [16].

Рецепторы IL-1F1 (IL-1a) и IL-1F2 (IL-1b)

Интерлейкины IL-1F1 (IL-1a) и IL-1F2 (IL-1b) взаимодействуют с двумя рецепторами, один из которых состоит из двух цепей IL-1R1 и IL-1R3, а второй — только из одной цепи IL-1R2. Активация IL-1R1 приводит к рекрутированию адаптерной молекулы MyD88, активации IRAK и последующему возбуждению фактора транскрипции NF-kB, MAPK JNK (c-jun n-terminal kinase) и p38 [1]. Взаимодействие данных интерлейкинов с рецептором IL-1R2, у которого отмечается недостаток внутриклеточного домена, не сопровождается возбуждением внутриклеточных сигнальных путей [21]. В лиганд-рецепторных взаимоотношениях IL-1F1 (IL-1a) и IL-1F2 (IL-1b) принимает участие еще один протеин — естественный антагонист IL-1R1 — IL-1F3 (IL-1Ra), который продуцируется теми же клетками, что и IL-1F1 (IL-1a) и IL-1F2 (IL-1b). Идентифицированы четыре изоформы IL-1F3: три внутриклеточные (icIL-1Ra₁, icIL-1Ra₂, icIL-1Ra₃) и одна солютабная внеклеточная изоформа sIL-1Ra. Взаимодействие sIL-1Ra с IL-1R1 блокирует рецептор [9, 15].

Внутриклеточное действие IL-1F1 (IL-1a)

Про-IL-1F1 (IL-1a), как протеин, который содержит каноническую последовательность ядерной локализации, после синтеза транслоцируется в ядро клетки, где, взаимодействуя с гистоновыми ацетилтрансферазами, внутриядерным ингибитором роста и продукции коллагена некдином, HAX-1 (HS1-associated protein X-1), внутриядерным –IL-1RII, цитоспецифически модулирует транскрипцию различных генов (табл. 1).

Так, гиперэкспрессия про-IL-1F1 (IL-1a) в фибробластах индуцирует пролиферацию, в клетках эндотелиальной линии и клетках человеческой остеосаркомы (SaOS-2) обусловливает ингибирование пролиферации, а в клетках эмбриональной почечной линии (HEK-293) вызывает апоптоз [17]. Часть молекул про-IL-1F1 (IL-1a) расщепляется кальпаином и остается в цитоплазме клетки; его высвобождение в экстрацеллюлярное пространство наблюдается при некротической гибели клетки [24].

Внеклеточное действие IL-1F1 (IL-1a) и IL-1F2 (IL-1b)

Экстрацеллюлярно расположенные IL-1F1 –(IL-1a) и IL-1F2 (IL-1b), активируя рецептор –IL-1R1/IL-1R3, обусловливают возбуждение факторов транскрипции NF-kB, AP-1, которые индуцируют экспрессию mRNA сотен различных, в том числе и собственных, генов, в различных клетках — моноцитах, макрофагах, эпителиоцитах, эндотелиоцитах, хондроцитах, фибробластах. Стимулирование транскрипции генов происходит всего через 30 минут после воздействия IL-1F1 (IL-1a) или IL-1F2 (IL-1b), и активность генов IL-1a, IL-1b сохраняется на протяжении нескольких часов [26].

Эффекты IL-1F2 (IL-1b)

IL-1F2 (IL-1b) является одним из ключевых, проксимальных интерлейкинов, предопределяющих течение воспалительного процесса. В физиологических условиях концентрация в сыворотке крови IL-1F2 (IL-1b) очень низкая. IL-1F2 (IL-1b) стимулирует продукцию IL-1F1 (IL-1a), IL-1F2 (IL-1b), IL-1Ra, IL-2, IL-3, IL-6, IL-8, IkBa, индуцибельной нитрооксидсинтазы (iNOS), циклооксигеназы-2 (COX-2), молекул адгезии, интегринов, острофазовых белков, тканевых ремодулирующих ферментов (матриксных металлопротеиназ) и др. [26]. Под влиянием IL-1F2 (IL-1b) активируется продукция многочисленными типами клеток хемокинов, в том числе MCP-1 (monocyte chemoattractant protein 1), MIP-2 и KC, которые являются мощными аттрактантами, привлекающими нейтрофилы в регион поражения. В последнее время установлено, что IL-1F2 (IL-1b) в присутствии IL-6 является ключевым индуктором дифференцирования наивных Т-лимфоцитов в IL-17-продуцирующие клетки (Th₁₇) [10]. Yeonseok Chung и соавт. [6] показали, что в наивных Т-лимфоцитах IL-1F2 (IL-1b) индуцирует экспрессию фактора транскрипции IRF4 и ядерного рецептора RORyt (orphan retinoid nuclear receptor), которые предопределяют дифференциацию незрелых форм в Th₁₇-лимфоциты. Th₁₇-клетки продуцируют IL-17A, IL-17F. В свою очередь, IL-17A, IL-17F, воздействуя на различные типы клеток, индуцируют продукцию IL-6, нитрооксидсинтазы-2, GM-CSF (granulocyte/macrophage colony-stimulatory factor), G-CSF (granulocyte colony-stimulatory factor), матриксных металлопротеиназ, хемокинов, таких как IL-8, CXCL 1, CXCL 10, CCL 20. Именно через индукцию IL-17A, IL-17F IL-1F2 (IL-1b) обеспечивает рекрутирование и активацию нейтрофилов. Th₁₇-клетки активно влияют и на функционирование В-клеточной популяции. Они активно продуцируют IL-6, который способствует матурации В-клеток; IL-21, который является мощным фактором дифференциации В-лимфоцитов [19]. Th₁₇-клетки принимают активное участие в системе неспецифической защиты макроорганизма от патогенных инфекционных агентов (табл. 2), но их выраженная и длительная активация может привести к развитию хронических воспалительных и аутоиммунных заболеваний [19].

Таким образом, вызываемый IL-1F2 (IL-1b) каскад цитокиновой продукции обусловливает развитие нейтрофильно-макрофагального воспаления и может быть молекулярной основой развития аутоиммунных заболеваний [11, 26].

Также IL-1F2 (IL-1b) участвует в регуляции гемопоэза, температуры, аппетита, активности метаболизма костной ткани. IL-1F2 (IL-1b) является самым мощным известным эндогенным пирогеном [18]. IL-1F2 (IL-1b) по аноректическому эффекту превосходит лептин в 1000 раз [2, 13]. Введение нескольких десятков нанограмм IL-1F2 (IL-1b) вызывает повышение температуры тела, нейтрофилез, тромбоцитоз и продукцию кортиколиберина, острофазовых белков. IL-1F2 (IL-1b) секретируется преимущественно макрофагами и моноцитами. Попадая в кровеносное русло, IL-1F2 (IL-1b) активирует рецепторы к IL-1 эндотелиоцитов, индуцируя продукцию IL-6. В свою очередь, IL-6 стимулирует синтез острофазовых белков гепатоцитами, увеличивает мобилизацию предшественников гранулоцитов и зрелых нейтрофилов из костного мозга, обусловливая развитие нейтрофильной реакции, активирует тромбоцитообразование. IL-1F2 (IL-1b), достигая сосудистой сети гипоталамуса, индуцирует синтез циклооксигеназы-2, что приводит к повышению местной концентрации простагландина E2, который, оказывая влияние на центр терморегуляции, способствует повышению температуры тела. Также IL-1F2 (IL-1b) снижает эффективность действия эритропоэтина, обусловливая развитие анемии [8, 9].

Клинические проявления гипо- и гиперпродукции IL-1F1 (IL-1a), IL-1F2 (IL-1b)

У IL-1F1 (IL-1a)-дефицитных мышей наблюдается спонтанное развитие артрита, болезни, подобной псориазу, артериита, в то время как мыши с дефицитом продукции IL-1F2 (IL-1b) склонны к возникновению инфекций, особенно вызываемых грамположительными бактериями (Listeria monocytogenes и Staphylococcus aureus) [25].

Проявления IL-1F2 (IL-1b)-дефицитного возбуждения [25]:

а) нарушения состояния иммунитета:

— низкий уровень Th₁-ответа;

— низкая продукция IFN-y;

б) повышенная чувствительность к развитию инфекций, вызванных:

— Staphylococcus aureus;

— Streptococcus pneumoniae;

— Listeria monocytogenes;

— Shigella flexneri;

— Salmonella typhimurium;

— вирусом гриппа А;

— Candida albicans.

Длительная гиперпродукция IL-1F2 (IL-1b) лежит в основе хронических воспалительных, аутовоспалительных заболеваний и может способствовать канцерогенезу [10].

Значение IL-1F2 (IL-1b) при инфекционных заболеваниях

Установлено, что IL-1F2 (IL-1b) оказывает протективное действие при многих бактериальных, вирусных и грибковых инфекционных заболеваниях. Ингибирование активности IL-1F2 (IL-1b) с использованием антагониста IL-1R (Kineret) сопровождается повышением восприимчивости к бактериальным инфекционным агентам.

Заключение

Цитокины IL-1F1 (IL-1a) и IL-1F2 (IL-1b) являются самыми мощными провоспалительными факторами, которые участвуют в развитии процесса воспаления всех органов и систем. IL-1F2 (IL-1b), вызывая лихорадочную реакцию, активируя рекрутирование нейтрофилов в очаг воспаления, продукцию других провоспалительных цитокинов и хемокинов, экспозицию эндотелиальных адгезионных молекул и стимулируя специфический иммунный ответ, участвует в защите организма от инфекционных агентов.