Митогенетические факторы макрофагов. 
Цитокины и факторы роста

Одной из важнейших функций макрофагов, наряду с иммунологической защитой, является обеспечение тканевого гомеостаза. Среди многочисленных монокинов можно выделить группу, обеспечивающих тканевой гомеостаз.

Регулирующая тканевой гомеостаз функция макрофагов обеспечивает их влияние на митотическую активность клеток, метаболизм, изменение межклеточного матрикса, ангиогенез, миграцию стволовых клеток, морфогенетическую функцию лимфоцитов. Кроме того, макрофаги играют ключевую роль в апоптозе.

1. Семейство интерлейкина-6.

Интеклейкин-6 является мультифункциональным цитокинов, который синтезируется как клетками иммунной системы, так и клетками других органов и тканей. По своей химической структуре представляет собой белковую молекулу, состоящую из 212 аминокислотных остатков.

Индуктором синтеза IL-6 является ЛПС и IL-1, а качестве дополнительного регулятора его выработки может служить TNFб. Противовоспалительные эффекты IL-6 направлены на регуляцию пролиферации В-лимфоцитов и синтеза антител, активацию Т-лимфоцитов, усиление функциональной активности Т-киллеров. Является главным индуктором биосинтеза острофазных белков в печени, вызывая их синтез гепатоцитами: фибриноген, сывороточный амилоид, антитрипсин, С-реактивный белок.

Взаимодействуя со своим рецептором, IL-6 индуцирует каскад реакций фосфорилирования внутриклеточных белков, сопровождающихся передачей сигнала к ядру клетки и индукции транскрипции соответствующих генов.

Со стимуляцией митогенактивных протеинкиназ, индукцией транскрипции генов связывают воздействие IL-6 на процессы пролиферации остеобластов и остеокластов. IL-6 способствует формированию костной ткани при различных остеолитических патологиях. Однако, при канцерогенезе его роль негативна.

2. Семейство интерлейкина-12.

В настоящее время семейство IL-12 включают три цитокина: IL-12, IL-23, IL-27. Все члены этого семейства являются гетеродимерными цитокинами, имеющие в структуре своих белковых молекул большое гомологичное сходство.

Рецептор к IL-12 является трансмембранным гликопротеином, состоящие из двух субъединиц. Экспрессия этого рецептора обнаруживается только на NK-клетках и на активированных Т-лимфоцитах.

Индукция синтеза IL-12 вызывается различными грамположительными и грамотрицательными бактериями, внутриклеточными паразитами. Также активная молекула IL-12 может продуцироваться и другими типами клеток — дендритные клетки, нейтрофилы, эндотелиоциты, кератиноциты.

Свойство IL-12 стимулировать врожденный и адаптивный иммунный ответ, активировать микробицидность макрофагов и NK-клеток исключает даже теоретическую возможность использования этого цитокина в стимуляции регенераторных и репаративных процессах.

3. Фактор роста фибробластов (FGF).

Это семейство мультифункциональных пептидов со свойствами митогенов. В настоящее время выделяют 23 белка, относящихся к этому семейству. К нему принадлежит фактор роста кератиноцитов, фактор роста фибробластов 7. Благодаря высокой степени связывания с гепарином, иногда это семейство называют гепаринсвязывающие факторы роста. Факторы FGF регулируют пролиферацию и дифференцировку клеток эмбриональной мезодермальной или нейроэктодермальной природы, способствуют делению и пролиферации фибробластов.

Существует 5 изотипов рецепторов к FGF. Рецепторы к фактору роста кератиноцитов преимущественно экспрессируются на эпителиальных клетках. Показано, что рекомбинантный человеческий фактор роста кератиноцитов является тканевый гомеостатическим медиатором, который значительно увеличивает регенеративный потенциал эпителиальных тканей, стимулируя клеточную пролиферацию, миграцию, дифференциацию и функциональную активность клеточных ферментов антиоксидантной защиты, уменьшая токсические последствия хемои лучевой терапии. Более того, этот фактор является паракринным медиатором, регулирующим мезенхимально-эндотелиальную коммуникацию клеток при репарации тканей. Именно благодаря его способности вызывать не только деление, но и дифференциацию, фактор роста кератиноцитов может предотвращать малигнизацию клеток и неконтролируемый клеточный рост. Фактор роста кератиноцитов также может вызвать неогенез в-клеток островков Лангерганса из эндотелия протоков поджелудочной железы в условиях инсулиновой недостаточности.

4. Трансформирующий фактор роста бета (TGF-в) В настоящее время известно, что в макрофагах вырабатываются трансформирующие факторы бета. Основные функции TGF-в связаны с пролиферацией, дифференцировкой различных клеток, участие в регуляции эмбриогенеза, росте различных тканей, а также репарации ран и регенерации органов и тканей при их повреждении.

Синтез TGF-в происходит в неактивной форме в виде комплекса TGF-в и TGF-связывающим белком. При секреции комплекс окружается белками, что позволяет оставаться трансформирующему фактору в биологически неактивной форме во внеклеточном матриксе. При развитии воспаления происходит выброс активных радикалов кислорода, нитрита азота, сдвиг реакции среды в кислую, что способствует активации и освобождению TGF-в из латентного комплекса.

Эффекты TGF-в реализуются двух рецепторов, представляющих собой трансмембранные гликопротеины. Стимулирует дифференциацию остеобластов, уменьшает апоптоз остеоцитов, подавляя пролиферацию и функциональную активность остеокластов.

Полифункциональность TGF-в проявляется в регуляции большого количества биологических процессов, в том числе и пролиферации, дифференциации, апоптозе клеток различных органов и тканей.

5. Семейство инсулиноподобных факторов роста (IGF).

Представляет собой систему, состоящую из 2- факторов роста и из 6-ти связывающих протеинов, а также из 4 рецепторов.

Инсулиноподобные факторов роста — митогенные трофические факторы, регулирующие рост, развитие, дифференцировку тканей, а также пролиферацию и апоптоз клеток. Они также играют значительную роль в лимфопоэзе, функционировании иммунной системы, росте костной ткани.

Биологическая активность IGF модулируется семейством IGF-связывающих пептидов. Функция этих белков заключается в пролонгировании периода жизни IGF в циркуляции и лимитировании лиганд-рецепторного взаимодействия.

6. Тромбоцитарный ростовой фактор (PDGF).

Впервые был обнаружен 25 лет назад в сыворотке крови, как вещество, секретирующееся тромбоцитами при формировании тромба.

Это термостабильные гепаринсвязывающие пептиды состоят из гомодимерных белковых цепей, связанных дисульфидными связями.

Осуществляют регуляцию развития гонад легких, кожи, ЦНС, формирования сосудистого русла и инициацию гемопоэза. Митогенные свойства проявляют, в основном, на ранних этапах развития организма и связаны, в основном, с дифференциацией мезенхимных и нейроэктодермальных клеток, а также с делением прогенираторных клеток. На более поздних этапах развития организма PDGF обусловливает дифференцировку клеток в процессе ремоделирования тканей.

7. Фактор роста гепатоцитов Стимулирует рост различных клеток, включая гепатоциты, клетки эпителия и клетки-предшественники кроветворения. Повышает мобильность и миграцию различных клеток эпителия и эндотелия.

8. Семейство интерлейкина-1 (IL-11).

К этому семейству относят 11 гомологичных белком, обладающих широким спектром провоспалительной, метаболической, физиологической и иммуннологической активности. Синтез этих цитокинов обычно индуцибелен и увеличивается в ответ на внедрение патогенов. В продукции IL-11 принимает участие 90% моноцитов периферической крови и до 40−60% тканевых макрофагов.

Установлено, что микроглиальные клетки головного мозга способны синтезировать IL-11, что отражает степень и выраженность воспалительной реакции, возникающей в центральной нервной системе при стрессе, травме или инфекции. При этом IL-11 нормализует тканевой гомеостаз глюкозы в головном мозге, что является абсолютно необходимым условием его существования.

Важной составной частью биологической действия IL-11 являются его стимулирующее влияние на метаболизм и регенерацию костной ткани. При переломах и разрушении костной и хрящевой ткани IL-11 участвует в перестройке соединительной и костной ткани, что необходимо для и регенерации, и восстановления целостности. Установлено, что введение IL-11 нормализует гомеостаз костной ткани, поскольку способствует пролиферации остеобластов, миграции стволовых клеток в кость, а также минерализации костного матрикса.

9. Семейство интерлейкина-10 (IL-10).

В это семейство помимо собственно IL-10 входят IL-19, IL-20, IL-22, IL-24, IL-28, IL-29, которые обладают общностью химического строения, рецепторного взаимодействия и механизма передачи сигнала.

IL-10 относят к противовоспалительным цитокинам, вырабатываемых моноцитами/макрофагами, а также Th2 и В-лимфоцитами, кератиноцитами. По своей структуре представляет собой белок, состоящий из 178 аминокислот, и существующий в растворе в виде нековалентно связанных гомодимеров.

Являясь по существу иммусупрессирующим цитокином, IL-10 снижает остроту воспалительной реакции, в результате чего меняется тканевое микроокружение, и структура экстрацеллюлярного матрикса, что является необходимым условием для регенерации и репарации тканей.

10. Интерлейкин-8 (IL-8).

Белок с небольшой молекулярной массой, состоящий из 98 аминокислотных остатков. Относится к отряду хемокинов, включающей в себя более 50 разнообразных молекул. Основными продуцентами этого цитокина являются моноциты/макрофаги, эндотелиоцитами, также он может синтезироваться эпителиальными клетками, фибробластами, гепатоцитами, хондроцитами, кератиноцитами. Т-лимфоциты, NK-клетки, нейтрофилами способны вырабатывать IL-8.

Индукция синтеза IL-8 происходит в случае активации клеток продуцентов структурными компонентами бактерий, вирусов и других патогенов, при действии ряда других провоспалительных цитокинов в очаге воспаления и внутрисосудистом свертывании крови.

IL-8 способен стимулировать ангиогенез за счет индукции миграции и стимуляции пролиферации эндотелиоцитов и гладкомышечных клеток — 2-х основных составляющих роста новых микрокапилляров. Это свойство IL-8, несомненно, открывает новые перспективы использования этого цитокина в качестве лекарственного средства при терапии заболеваний, связанных с нарушением микроциркуляции и репарации ран.

11. Моноцитарный хемотаксический протеин (МСР) По химической структуре представляет собой белок, состоящий из 76 аминокислот. Основными продуцентами этого хемокина являются активированные макрофаги/моноциты, фибробласты, эндотелиальные и гладкомышечные клетки, остеокласты. Рецептор к МСР имеется на поверхности практически всех иммунных клеток. Также может экспрессироваться на клетках, участвующих в образовании сосудистой стенки — фибробластах, перицитах.

Усиливает миграцию макрофагов в очаг повреждения, что сопровождается восстановлением кровотока за счет образования коллатеральных сосудов.

12. Гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF).

Вырабатывается моноцитами/макрофагами, Т-лимфоцитами, эпителиальными и эндотелиальными клетками.

Оказывает активирующее действие на нейтроильные гранулоциты, моноциты/макрофаги. В результате чего она выделяют большой спектр противовоспалительных цитокинов, активных форм кислорода, определяющих микробицидную и противоопухолевую активность этих клеток.

Также известно, что GM-CSF усиливает атигенпрезентирующую функцию макрофагов и способствует их дифференциации в дендритные клетки. Вследствие стимуляции атигенпрезентирующую функцию макрофагов активируется Т-клеточный ответ, усиливаются функциональные характеристики Т-хелперов.

Оказывает положительное влияние на динамику репаративных процессов. Все клетки, вовлеченные в репарацию (макрофаги, дендритные клетки, лимфоциты, фибробласты, эндотелиальные клетки), являются либо продуцентами, либо мишенями GM-CSF.

Влияет на функции микроглии, астроцитов и нейронов головного мозга, в результате чего снижается отложение бета амилоидов в гиппокампе.

13. Макрофагальный колониестимулирующий фактор (M-CSF).

Белок, состоящий из 256 аминокислот Продуцируется макрофагами, моноцитами, стромальными клетками костного мозга, эндотелиоцитами, гепатоцитами, Т-лимфоцитами, гладкомышечными клетками. Рецепторы этому факторы экпрессируются на всех клетках моноцитарного ряда, а также на гепатоцитах, гладкомышечных клетках, канальциевых эпителиоцитах почек. IL-1, TNF-б, INF-г, GM-CSF, а также ЛПС усиливают выработку M-CSF продуцирующими его клетками. Показано, что в культуре стромальных клеток костного мозга потенциальным регулятором синтеза M-CSF являются TNF-б и IL-4, тогда как другие провоспалительные и антивоспалительные цитокины не оказывают существенную продукцию на его продукцию. Повышение эндогенного уровня M-CSF отмечается при инфекционных заболеваниях, некоторых форм рака.

По биологическому действию M-CSF является типичным гемопоэтическим фактором, стимулирующим пролиферацию, созревание и дифференцировки клеток макрофагального рядом. Более того, M-CSF определяет фенотип макрофагов и их характерным свойства, такие как фагоцитоз, выработка проили антивоспалительных цитокинов, тем самым влияя на степень тяжести протекания таких болезней как ревматоидный артрит, атеросклероз, ожирение.

Так же влияет на процессы тканевой специализации макрофагов. Усиливает пролиферацию и регенерацию различных тканей организма.

В настоящее время установлено выраженное действие M-CSF на процесс ангиогенеза при восстановительном росте пораженных патологическим процессом тканей.

Способность M-CSF увеличивать уровень моноцитов крови, усиливать их противоопухолевую и противоинфекционную активность, влиять на регенерацию тканей, усиливать ангиогенез служит основой для использования его в терапевтической практике.

14. Гранулоцитарный колониестимулирующий фактор Представлен белком, состоящим из 174−177 аминокислот. Рецептор к белкам этого семейства экспрессируется на клетках миелоидного ростка кроветворения разной степени зрелости. Индуктором синтеза этого фактора в макрофагах является липополисахарид и провоспалительные цитокины. Классически активированные макрофаги в зоне воспаления секретируют этот фактор, который поступает в кровоток и стимулирует созревание клеток-предшественников гранулоцитов. Также изменяет функции. Самих макрофагов, уменьшая выработку провоспалительных цитокинов, тем самым снижая степень острофазного ответа. При инфекционных заболеваниях различного генеза и выраженности уровень этого фактора повышается и коррелирует с тяжестью инфекционного процесса.

Главное клеткой мишенью для этого фактора являются клетки гранулоцитарного ростка кроветворения, что и определяет основное биологическое действие факторы — стимуляция пролиферации и дифференцировки костномозговых предшественников нейтрофильных гранулоцитов. Повышает бактерицидные свойства нейтрофилов за счет роста из фагоцитарной активности и выработки свободных радикалов.

В физиологических условиях является основным дифференцировочным фактором при нормальном созревании гранулоцитов, однако при бактериальных инфекциях действие фактора направлено на восполнение дефицита нейтрофильных гранулоцитов, количество которых резко снижается при развитии инфекционного процесса. При этом резкое повышение уровня этого фактора и соответственно количества нейтрофилов в крови является временным и уменьшается по мере разрешения инфекции.

В настоящее время на основании экспериментальных данных принято считать этот фактор не только гемопоэтическим ростовым фактором, но и медиатором, регулирующим работы всей иммунной системы. В частности, он определяет функционирование Т-лимфоцитов преимущественно по Тх2 пути, что ведет к развитию преимущественно гуморального звена иммунитета.

Известно также, что фактор роста стимулирует пролиферацию и секрецию стволовых клеток из костного мозга в кровь, а также миграцию гемопоэтических стволовых клеток в периферические ткани при их повреждении.

15. Фактор некроза опухоли альфа (TNF-б) Относится к суперсемейству факторов некроза опухоли, которое в настоящее время включает в себя 18 различных цитокинов. Из них только TNF-б вырабатывается активированными макрофагами, являющимися главными продуцентами этого цитокина в организме. Существует в двух формах: в виде мембранноассоциированного трансмембранного белка или в свободнорастворимой секреторной форме. Секреторная растворимая молекула TNF-б обладает высокой биологической активностью и образуется в результате протеолиза трансмембранной формы.

Внутриклеточные пути трансдукции TNF-б сигналов достаточно многообразны — это секреция арахидоновой кислоты, активация многочисленных цитозольных ферментов фосфолипаз, протеиназ, протеинкиназ, сфингомиелинз. Эти ферменты осуществляют ограниченный протеолиз различных белков, приводящий в конечном итоге к коллапсу белком цитоскелета, перестройке плазмолеммы и фрагментации ДНК за счет разрушения белков, контролирующих ее строение. В результате чего образуются олигонуклеосомные фрагменты ДНК и апоптозные тельца.

Также вызывает и нерецепторный апоптоз клеток за счет своего негативного влияния на «оксидантный статус» клетки. Увеличение количества активных форм кислорода и свободнорадикального окисления вследствие действия TNF-б приводит к изменению структуры митохондриальной мембраны, нарушению соотношения прои антиапоптогенных белков, обладающих антиоксидантной активностью.

Являясь важнейшим регулятором апоптоза, TNF-б служит одним из медиатором деструкции тканей, возникающей при длительном хроническом воспалении.

Эпидермальный ростовой фактор (EGF).

Представляет собой пептид, состоящий из 53 аминокислот, существующий в виде комплекса белков. Является типичным ростовым фактором, регулирующим выживание клеток в условиях изменения экстрацеллюлярного матрикса. Усиливает репаративные процессы в различных тканях: кожа, роговица глаза, эпителий ЖКТ.

16. Оксид азота (NO).

Оксид азота является важнейшим регулятором структурного гомеостаза как баланса между пролиферацией и апоптозом клеток, нарушение которого лежит в основе патогенеза многих заболеваний. Индукция процессов апоптоза и регенерации оксидом азота определяется разнообразными факторами, характеризующими физиологический статус клетки. В их число входят экзогенный и эндогенный уровень NO и его метаболитов, активность ферментных систем их синтезирующих, а также митогенные и ростовые факторы, цитокины, активные формы кислорода.

Может модулировать эти процессы в клетке, являясь эндогенным регулятором активности каспаз (семейство цистеиновых протеиназ, определяющих выраженности апоптоза).

В нормальных концентрациях NO вызывает стимуляцию апоптоза, тогда как в условиях повышенной его выработки, значительно снижается степень выраженности апоптоза. Также NO тормозит TNF-б зависимый апоптоз в эндотелиоцитах. Выполняет роль ингибитора программируемой смерти клетки в гепатоцитах, спленоцитах, макрофагах, эозинофилах, В-лимфоцитах.