Иммунозащитные пептиды при заживлении ран

ИЗП, синтезируясь в коже в местах потенциального проникновения микробов, обеспечивают растворимый барьер, который действует как преграда для инфекций (Braff et al. 2005a, b). Если кожа не повреждена рост бактерий контролируется такими бактериостатическими и бактерицидными соединениями, как псориазин и RN-аза 7 (Schroder and Harder 2006). Однако при повреждении или инфицировании кожи экспрессия ИЗП повышается посредством увеличения синтеза кератиноцитами и отложения при дегрануляции рекрутированных нейтрофилов.

В ранах инсулиноподобный фактор роста-1 (IGF-1) и трансформирующий фактор роста-в (TGF-в) являются стимуляторами выработки человеческого кателицидина hCAP18/LL-37 до уровня провоспалительного цитокина интерлейкина-1 (IL-1) (Sorensen et al. 2003). Оба данных фактора играют важную роль в заживлении ран активируя эпидермальные клетки и фибробласты, чтобы сформировать грануляционную ткань, выступают медиаторами ангиогенеза и хемоаттрактантами для макрофагов и фибробластов (Niyonsaba et al. 2006; Singer and Clark 1999). В рамках механизма обратной связи, кателицидин активированных лейкоцитов свиней (PR-39) оказывал прямое влияние на дермальные фибробласты путем увеличения синтеза протеогликанов внеклеточного матрикса, синдекана-1 и синдекана-4 (Chan and Gallo 1998), которые необходимы для активности многих факторов роста (Proudfoot et al. 2001). В экспериментах с животными описаны случаи задержки выработки синдекана и недостижения ранозаживляющего эффекта (Gallo 2000). Хэлиборн и др. описали постоянный рецептор-K67-зависимый рост LL-37, вырабатываемого кератиноцитами и гранулоцитами, который достигал максимума через 48 часов, и высокую экспрессию в раневых жидкостях и тканях заживающей кожи. Описано понижение экспрессии после затягивания ран и недостаток LL-37 при хронических ранах (Dorschner et al. 2001; Heilborn et al. 2003). Разные авторы писали о защитной функции LL-37 по отношению к инвазивным бактериальным кожным инфекциям, в частности к P. aeruginosa, S. aureus, и стрептококкам группы A (Dorschner et al. 2001; Ong et al. 2002). При сравнении нормальных и Cnlp-дефектных мышей (прицельное разрушение гена кателицидина) у Cnlp-дефектных мышей было отмечено замедленное заживление ран и повышенная бактериальная колонизация. (Braff et al. 2005a, b). Эти данные были подтверждены группой ученых во главе с Низе, которые сообщили о более благоприятном исходе для немутантных мышей по сравнению с Cnlp-дефектными после контрольного заражения некротизированными тканями кожи, инфицированными стрептококками группы A (Nizet et al. 2001).

Онг и др. отметили улучшенный иммунный ответ на S. aureus у пациентов, больных псориазом, благодаря высокому уровню экспрессии LL-37, тогда как у пациентов с локальным дерматитом была отмечена пониженная экспрессия (Ong et al. 2002; Leung et al. 2004). Эти данные могут дать объяснение повышенной восприимчивости к кожным инфекциям больных с атопическим дерматитом по сравнению с больными с псориазом (Schroder and Harder 2006). Мы доказали бактерицидный эффект LL-37 на животных моделях (крысы) после кратковременной аденовирусной генной терапии ожоговых ран, инфицированных возбудителем P. aeruginosa (Jacobsen et al. 2005a, b). LL-37 оказывает прямое воздействие при заживлении ран, так как улучшает образование новых кровеносных сосудов. Кокулла и др. в своем исследовании продемонстрировали эффект LL-37 в образовании кровеносных сосудов на анализе васкуляризации хорионаллантоисной мембраны, а также на ревакуляризационной модели животного после ишемии задней конечности.

Авторы обнаружили прямое воздействие LL-37, активировав рост сосудов в культивируемых эпителиальных клетках; кроме того, было отмечено усиление кровоснабжения после инъекции LL-37 в ишемизированную конечность кролика. Ученые обнаружили непосредственное участие формильного пептидного рецептора like-1 (FPRL1) в активации hCAP-18 и последующем образовании новых сосудов. (Steinstraesser et al. 2006; Koczulla et al. 2003). Мы подтвердили ангиогенетический эффект LL-37 в эксперименте с полостью кожной складки мыши (Steinstraesser et al. 2006).

В ходе еще одного исследования анализировалась визуализация и расположение LL-37, HNPs, и hBD-1, -2, и -3 в нормальной и ожоговой коже, и с помощью флуоресцентного микроскопа были определены типы клеток, в которых локализовались данные ИЗП. Ученые доказали, что в нормальной коже hBD-1 локализируются в перинуклеарной области кератиноцитов, а hBD-2 преимущественно в базальном слое; человеческий бета-дефензин-3 был обнаружен шиповидном слое, тогда как нейтрофильные пептиды человека (HNPs) были беспорядочно рапределены в сосковидном слое. LL-37 концентрировался в роговом слое вдоль протоков.

В обожженной коже hBD-1 экспрессировался в кожных железах, в том числе в волосяных стержнях; hBD-2 и -3 были обнаружены в оставшихся кератиновых слоях и железах нижних слоев дермы; человеческие нейтрофильные пептиды локализировались в стержнях волос и остатках кератинового слоя. Интересно, что LL-37 был обнаружен в очень высокой концентрации в эпителии потовых каналов. Ученые пришли к выводу, что ИЗП продуцируются клетками нижней дермальной и субдермальной зон обожженной кожи, чтобы поддерживать защитный барьер против инфекций (Poindexter et al. 2006).

Нейтрофильные пептиды человека способствуют заживлению ран. Ooнo и др. в ходе исследования доказали, что синтез HNP-1 повышает экспрессию про-коллагена мРНК и протеинов в культурах фибробластов дермы. В противоположность этому, экспрессия матриксметаллопротеиназы-1 снизилась. Авторы предполагают, что HNP-1 может способствовать заживлению ран, увеличивая внеклеточное депонирование матрикса (Oono et al. 2002). В ходе еще одного исследования были показаны митогенетические способности нейтрофильных пептидов в линиях клеток эпителия и фибробластов in vitro (Oono et al. 2002).

Для в-дефензинов, Супп и др. установили экспрессию hBD-1, -2, и -3 в культурах кератиноцитов и расщеплённых кожных трансплантатах здоровых и обожженных доноров (Supp et al. 2004). В более поздних исследованиях отмечалось, что в-дефензины стимулируют миграцию и пролиферацию эпидермальных кератиноцитов и, таким образом, могут способствовать заживлению ран (Niyonsaba et al. 2006). Предполагается, что hBD-2 активизируется при хронических и острых язвах, поскольку в здоровой коже он не определяется (Butmarc et al. 2004).

Экспрессия hBD-3 в кератиноцитах индуцируется инфекцией S. aureus посредством TLR-2 и EGFR (Sorensen et al. 2005; Menzies and Kenoyer 2006); Кизих и др. показали, что способность кератиноцитов человека бороться с инфекциями (S. aureus) зависит от экспрессии hBD-3 в организме (Kisich et al. 2007). Мы также выяснили, что трансфер гена hBD-3 в инфицированную диабетическую язву свиньи ускоряет заживление тканей на 25% (Hirsch et al. 2009).

ИЗП гистон 1.2 оказался эффективным против раневых инфекций, вызванных P. Aeruginosa, в экспериментах с крысами — ожоги с трехкратным снижением бактериальной нагрузки (Jacobsen et al. 2005a, b). Концентрация LL-37 и hBD-1, -2, и -3 значительно снижается в травмированной ожогом коже. Тогда как hBD-1 демонстрируюет лишь умеренное понижение экспрессии в ожоговых ранах по сравнению со здоровой тканью, экспрессия hBD-2 изменяется кардинально: в ткани ожоговой раны определяется содержанин hBD-2, в 380 превышающее содержание hBD-2 в контрольном образце. Кроме этого, для hBD-3 было отмечено десятикратное увеличение мРНК-экспрессии.

Участки ткани, взятой из центра ожоговой раны, не показывают никаких прямых изменений в экспрессии LL-37 по сравнению с соответствующими участками тканей здоровых пациентов.

Однако, становится очевидным, что в пределах ожоговой раны происходит 10-кратное уменьшение экспрессии LL-37. Это может быть вызвано наличием более жизнеспособных, хотя и травмированных клеток, тогда как в центре клетки уже погибли (Kaus et al. 2008). Эти объединенные данные указывают на то, что ИЗП играют главную роль в заживлении ран и раневых инфекциях. В противоположность клинически используемым антибиотикам ИЗП имеют некоторые интересные свойства, которые позволяют применять их местно для лечения раневых инфекций и ускорения заживления ран. (Таблицы 1−3).

В заключение, иммуномодуляторные пептиды, которые в большей мере воздействуют на организм хозяина, нежели на патоген, предоставляют уникальную возможность минимизировать прямое селективное воздействие в отношении резистентности патогена. В недавнем времени было доказано, что такой иммуномодуляторный пептид как IDR-1 (регулятор врожденного иммунитета), защищает мышей от бактериальных инфекций, включая инфекции, вызванные мультирезистнтными штаммами, и это предоставляет собой Таблица 2.

Иммуномодуляторные свойства иммунозащитных пептидов.

Таблица 3.

Иммунозащитные пептиды — коммерческие разаработки.

серьезное доказательство принципа иммуномодуляторного подхода. Оказалось, что пептид выступал в роли хемоаттрактанта нейтрофилов и впоследствии индуцировал выработку хемокина, способствовал рекрутированию клеток in vitro и in vivo; возможно, эти особенности объясняют некоторые из защитных свойств пептидов. Важно, что IDR-1, как и многие природные нейтрофильные пептиды человека, оказывает противовоспалительное и антиэндотоксиновое воздействие одновременно со своими противомикробными функциями.