6. Цитокиновая сеть. Классификация и функция цитокинов.
Цитокины - группа растворимых клеточных пептидных медиаторов, продуцирующихся разными клетками организма и играющих важную роль в обеспечении физиологических процессов в норме и при патологии.
Свойства цитокинов:
полипептиды средней ММ (< 30 кД)
регулируют силу и продолжительность реакций иммунитета и воспаления
секретируются локально
действуют как паракринные и аутокринные факторы
свойство избыточности (одни и те же цитокины вырабатываются разными клетками)
взаимодействуют с высокоаффинными рецепторами к цитокинам на мембранах клеток
плейотропность (одни и теже цитокины действуют на различные клетки-мишени)
каскадность («цитокиновая сеть»)
синергизм, антагонизм
Классификация цитокинов:
Интерлейкины (ИЛ1-ИЛ18) – секреторные регуляторные белки иммунной системы, обеспечивающие медиаторные взаимодействия в иммунной системе и связь ее с другими системами организма.
Интерфероны (ИФНα,β,γ) – противовирусные агенты с выраженным иммунорегуляторным действием.
Факторы некроза опухолей (ФНОα,ФНОβ) – цитокины с цитотоксическим и регуляторным действием.
Факторы роста (ФРФ, ФРЭ, ТФР β) – регуляторы роста, дифференцировки и функциональной активности клеток.
Колониестимулирующие факторы (ГМ-КСФ, Г-КСФ, М-КСФ) – стимуляторы роста и дифференцировки гемопоэтических клеток.
Хемокины (RANTES, MCP-1, MIP-1a) – хемоаттрактанты для лейкоцитов.
Классификация цитокинов по биологической активности:
Цитокины – регуляторы воспалительных реакций:
провоспалительные цитокины (ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, ФНОα, ИФНγ, МИФ)
противовоспалительные (ТРФβ, ИЛ-10, ИЛ-4, ИЛ-13).
Цитокины – регуляторы клеточного антигенспецифического иммунного ответа (ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-12, ИЛ-10, ИФНγ, ТРФβ).
Цитокины – регуляторы гуморального антигенспецифического иммунного ответа(ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-10, ИЛ-13, ИФНγ, ТРФβ).
7. Эндоцитозные, сигнальные и растворимые рецепторы врожденного иммунитета.
Особую роль в реакциях врожденного иммунитета играют паттернраспознающие рецепторы (PRR, особенно Toll-подобные рецепторы - TLR), распознающие компоненты микроорганизмов и эндогенные сигналы опасности, которые возникают в организме. В результате действия высокоэффективных механизмов врожденная иммунная система определяет потенциальные патогены, распознавая ЛПС, пептидогликаны, липопептиды, флагеллин и многие другие консервативные и неизменяющиеся структурные молекулы.
В этом отношении врожденную иммунную систему рассматривают как первую линию защиты против патогенных микроорганизмов у млекопитающих. Одна из целей врожденного иммунитета сводится к раннему установлению различий между патогенами и непатогенами, что особенно важно в пограничных тканях (слизистые оболочки пищеварительного тракта и дыхательных путей, кожа и т.д
Рецепторы опознавания паттерна классифицируют по специфичности к лиганду, функции, локализации и по происхождению в эволюции. По функции они делятся на два класса: сигнальные и эндоцитозные.
Сигнальные рецепторы опознавания паттерна включают, например, толл-подобные рецепторы.
Эндоцитозные рецепторы опознавания паттерна , например, маннозные рецепторы макрофагов, необходимы для прикрепления, поглощения и процессирования микроорганизмов фагоцитами независимо от внутриклеточной передачи регуляторного сигнала. Кроме патогенов они опознают также апоптозные клетки.
Мембранные рецепторы опознавания паттерна
Рецепторы-киназы
Впервые рецепторы опознавания паттерна были открыты у растений . Позже множество гомологичных рецепторов было обнаружено при анализе геномов растений (у риса 370, у Arabidopsis - 47). В отличие от рецепторов опознавания паттерна у животных, которые связывают внутриклеточные протеинкиназы с помощью адапторных белков, растительные рецепторы представляют собой один белок, состоящий из нескольких доменов, внеклеточного, опознающего патоген, внутриклеточного, обладающего киназной активностью, и трансмембранного, связывающего первые два.
Толл-подобные рецепторы
Этот класс рецепторов опознает патогены вне клеток или в эндосомах . Они были впервые обнаружены у дрозофилы и индуцируют синтез и секрецию цитокинов, необходимых для активации иммунного ответа. В настоящее время толл-подобные рецепторы обнаружены у многих видов. У животных их насчитывают 11 (TLR1-TLR11). Взаимодействие толл-подобных рецепторов с лигандами приводит к индукции сигнальных путей NF-kB и МАР-киназы, которые, в свою очередь, индуцируют синтез и секрецию цитокинов и молекул, стимулирующих презентацию антигена .
Цитоплазматические рецепторы опознавания паттерна
Nod-подобные рецепторы
Nod-подобные рецепторы - это цитоплазматические белки с различными функциями. У млекопитающих их найдено около 20, и большинство из них подразделяют на два главных подсемейства: NOD и NALP. Кроме того, к этому семейству рецепторов относят трансактиватор главного комплекса гистосовместимости класса II и некоторые другие молекулы. Опознавая патоген внутри клетки, рецепторы олигомеризуются и образуют инфламмасому, активирующую ферменты протеолитической активации цитокинов, например, интерлейкина 1 бета. Рецепторы активируют также сигнальный путь NF-kB и синтез цитокинов .
Известны два главных представителя: NOD1 и NOD2. Связывают два разных бактериальных пептидогликана .
Известно 14 белков (NALP1 - NALP14), которые активируются бактериальными пептидогликанами, ДНК, двухцепочечной РНК, парамиксовирусом и мочевой кислотой. Мутации некоторых из NALPS являются причиной наследственных аутоиммунных заболеваний.
Другие Nod-подобные рецепторы
Такие молекулы, как IPAF и NAIP5/Birc1e также индуцируют протеолитическую активацию цитокинов в ответ на появление сальмонеллы и легионеллы.
РНК хеликазы
Индуцируют антивирусный иммунный ответ после активации вирусной РНК. У млекопитающих это три молекулы: RIG-I, MDA5 и LGP2.
Секретируемые рецепторы опознавания паттерна
Многие рецепторы опознавания паттерна, например, рецепторы комплемента, коллектины и пентраксины, к которым, в частности, относится C-реактивный белок, не остаются в синтезирующей их клетке и попадают в сыворотку крови . Одним из важнейших коллектинов является лектин, связывающий маннозу; он опознает широкий спектр патогенов, в состав клеточной стенки которых входит манноза, и индуцирует лектиновый путь активации системы комплемента .
Н.М. Бережная
Институт экспериментальной патологии, онкологии и радиобиологии им. Р.Е. Кавецкого
НАН Украины, Киев, Украина
Ключевые слова: TLRs, врожденный и приобретенный иммунитет, инфекция, воспаление, онкогенез, мишени терапии.
TOLL-LIKE РЕЦЕПТОРЫ И ОНКОГЕНЕЗ
Обзор представляет общую информацию о Toll-like рецепторах (Toll-like receptors - TLRs), их лигандах, свойствах при регуляции врожденного и приобретенного иммунитета. Основное внимание уделено значению экспрессии TLRs клетками различных опухолей человека и животных, влиянию их активации на рост опухоли. В связи с неоднозначностью влияния активации TLRs, экспрессируемых опухолевыми клеткам, рассматриваются возможные механизмы этого влияния. В частности, к числу механизмов стимулирующего действия относятся: индукция выделения провоспалительных цитокинов и других провоспалительных субстанций, индукция активности супрессорных клеток, участие в апоптозе и формировании резистентности, роль гипоксии в активности TLRs и др. Обсуждается также вопрос о возможности использования TLRs в качестве мишений терапии с помощью их агонистов и антагонистов.
В настоящее время Toll-like рецепторы (Toll- |
рецепторы (NOD - нуклеотидсвязывающий оли- |
like receptors - TLRs) являются предметом актив- |
гомеризированный домен) . Из общего семей- |
ного изучения как в норме, так и при различных |
ства PRR в настоящее время наиболее изучены TLRs |
патологиях. В последние годы все возрастает инте- |
и NLRs, так как они определяются как центральные |
рес к изучению TLRs при опухолевом процессе. Это |
компоненты индукции различных иммунологиче- |
определяется не только включением этих рецепто- |
ских ответов. В высшей степени интересным явля- |
ров в общие механизмы иммунологической защи- |
ется доказательство их участия и в одной из форм |
ты, но и рядом других фактов: 1) многие опухолевые |
клеточной смерти - пироптозе. Механизм вклю- |
клетки (ОК) способны экспрессировать различные |
чения этой формы рецепторов в клеточную смерть |
TLRs; 2) взаимодействие TLRs ОК со своими лиган- |
связан с: 1) усилением аутофагии, что увеличивает |
дами сопровождается синтезом и продукцией цито- |
поступление патогенов в лизосомы; 2) активным |
кинов; 3) существует взаимодействие между TLRs |
выделением таких провоспалительных цитокинов, |
и факторами, индуцирующими гипоксию (hypoxia- |
как IL-1β, IL-18, IL-33 . Согласно сложившему- |
inducible factors - HIFs); 4) имеются данные, ука- |
ся представлению, TLRs - эволюционно консерва- |
зывающие на связь между экспрессией TLRs и фор- |
тивные белковые структуры, рассматриваемые как |
мированием резистентности; 5) намечены опреде- |
ключевой компонент врожденного и приобретенно- |
ленные подходы к использованию TLRs в качестве |
го иммунитета у млекопитающих, их относят к пер- |
мишеней при иммунотерапии. |
вому типу трансмембранных гликопротеинов . |
ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О TLRs |
Лигандами для TLRs могут быть молекулы мно- |
гих патогенов - патогенассоциированные молеку- |
|
TLRsвпервыевыявленыуDrosophilamelanogaster. |
лярные паттерны - pathogen-associated molecular |
Это стало открытием, за которое в 2011 г. авто- |
pattern (PAMP), которые распознаются TLRs |
ры B. Botler (США), J. Hofman (Люксембург) |
в структуре микроорганизмов, инициируют врож- |
и R. Steinman (Канада) были удостоены Нобелев- |
денный и приобретенный иммунитет. В роли пат- |
ской премии. Основная биологическая роль TLRs |
тернов могут выступать самые разнообразные струк- |
у дрозофил связана с защитой против инфекций |
туры микроорганизмов различных групп . TLRs |
(антифунгальная защита) и участием в процес- |
связывают не только эндогенные, но и экзогенные |
сах регенерации. В последующем TLRs выявлены |
PAMP, концентрация которых резко повышает- |
R. Medzhitov, на клетках млекопитающих было по- |
ся при повреждении тканей (воспаление, опухоле- |
казано, что они имеют общий цитоплазматический |
вый процесс), и образуются молекулы, связанные |
домен с IL-1R (interleukin-1 receptor) . Установле- |
с повреждением ткани - DAMP (damage-associated |
но, что в ответе на действие лигандов многих TLRs, |
molecular patterns); к настоящему времени таких эн- |
подобно взаимодействию IL-1/IL-1R, центральное |
догенных лигандов описано более 50 . |
место занимает адапторный протеин - MyD88 . |
TLRs экспрессируются не только всеми клетка- |
К настоящему времени TLRs обнаружены у млеко- |
ми системы иммунитета, но и клетками многих ор- |
питающих, включая человека, и даже у растений. |
ганов и тканей, включая эпителий слизистых обо- |
TLRs относятся к большому семейству рецепто- |
лочек, миоциты сердца, эндотелий сосудов, кера- |
ров, распознающих паттерны, - pattern recognition |
тиноциты, клетки микроглии, астроциты, нейроны |
receptor (PRR); к этому семейству относятся |
и др. . Большинство TLRs располагаются на по- |
и NLRs - NOD-подобные лектин-обогащенные |
верхности клетки - TLR-1, TLR-2, TLR-5, TLR-6, |
TLR-10; примером внутриклеточного расположения могут быть TLR-3, TLR-7, TLR-8, TLR-9; некоторые TLRs могут экспрессироваться как внутриклеточно, так и экстрацеллюлярно (TLR-4, TLR-11, TLR-12,
и TLR-13) . На основе особенностей экстрацеллюлярных доменов суперсемейство TLRs распределено на 2 подгруппы: TLRs первой группы имеют иммуноглобулинсодержащий домен, второй - домен, обогащенный лектинами (LRR); к первой группе относятся также такие рецепторы как IL-1R, IL18R, ST2, SIGIRR (регуляторный ингибирующий белок, относящийся к семейству IL-1R-подобных рецепторов) .
Сигналы, индуцируемые TLRs, в большинстве случаев связаны с активацией транскрипционных факторов семейства NF-kappaB и различными адапторными белками (MyD88, MAL, TRIF, TRAM и др.); некоторые из них могут использовать
и механизмы, не связанные с адапторными белками, в частности TLR-3 . В активацию MyD88зависимых сигнальных путей включается и протеинкиназа D1, которая способна активировать лиганды некоторых TLRs . Лиганды TLRs не только активируют различные сигнальные пути, но и могут регулировать экспрессию этих рецепторов.
Экспрессия TLRs клетками различных органов
и систем обеспечивает широкий диапазон их регуляторной роли в поддержании гомеостаза. Процесс эволюции надежно закрепил эту способность TLRs, и она особенно ярко проявляется как в регуляции врожденного, так и приобретенного иммунитета, что осуществляется с участием различных механизмов. Участие TLRs во врожденном иммунитете обеспечивается: 1) инициацией выделения провоспалительных цитокинов, необходимых для физиологического иммунологического ответа при различных воздействиях, среди которых одно из центральных мест занимают различные инфекции ; 2) регуляцией активности нейтрофилов; особую роль при этом играют TLR-2 и TLR-4, первый из которых защищает клетки от апоптоза, а второй проявляет себя как важный регулятор выживаемости нейтрофилов (рис. 1); 3) контролем активации, дифференциации и выживаемости В-лимфоцитов, в котором активное участие принимают TLR-2, TLR-4 и TLR-9 (этот путь активации В-лимфоцитов сопровождается усилением выброса кальция, фосфорилированием некоторых киназ, усилением эндоцитоза, синтеза иммуноглобулинов
и рассматривается как альтернативный путь активации В-лимфоцитов) ; 4) обеспечением поддержания врожденного иммунитета кишечника, что связано с экспрессией TLRs эпителиальными клеками его слизистой ; 5) участием в функционировании клеток центральной нервной ситемы, большинство которых экспрессируют TLRs (микроглия, нейроны, астроциты, эндотелиальные клетки сосудов мозга), имеются данные о дифференцированном влиянии TLRs на функции микроглии .
Не менее важно участие TLRs в приобретенном иммунитете , что также осуществляется с участием ряда механизмов: 1) активацией CD4- и CD8-T- лимфоцитов ; 2) стимуляцией функций различных антиген-распознающих клеток: дендритных, которые экспрессируют TLR-2, TLR-3, TLR-4, TLR-7, TLR-9 (рис. 2); 3) активацией макрофагов, тучных клеток, в частности, с участием TLR-9, что особенно выражено при действии генетического материала ДНК-вирусов бактерий, грибов ; 4) активным включением в экспансию и функционирование регуляторных клеток - T-reg, которые экспрессируют высокий уровень TLR-4, TLR-5, TLR-7 и TLR-8 (рис. 3); 5) регуляции гомеостаза фибробластов, миофибробластов,
Рис. 1. Влияние TLRs на функции нейтрофилов
Рис. 2. Влияние экспрессии TLRs на функции дендритных клеток (ДК). ГКГ -главный комплекс гистосовместимости
Рис. 3. РазличныйхарактервлиянияактивацииTLRsнаT-reg
фибробластоподобных синовиоцитов, эндотелиальных и эпителиальных клеток, в частности, с участием TLR-2, TLR-4, TLR-6 ; 5) регуляцией клеток нормального эпителия (TLR-2, TLR-3, TLR-4, TLR-5), а также клеток эндотелия ; 6) потенцированием приобретенного иммунитета с включением различных механизмов .
Итак, TLRs являются активными регуляторами не только врожденного и приобретенного иммунитета, но и гомеостаза различных клеток, что обосновывает развитие нового иммунотерапевтического направления на основе использования иммуномодуляторов - агонистов и антагонистов TLRs .
TLRs: ИНФЕКЦИЯ, ВОСПАЛЕНИЕ, ОНКОГЕНЕЗ
Более чем 100 лет тому назад R. Virchov сформулировал представление о связи воспаления с малигнизацией. Сегодня оно является основополагающим в понимании патогенетической сущности развития рака и получает множество неоспоримых доказательств уже на уровне современных методических возможностей. Сейчас уже не остается сомнений в том, что ответ на вопрос: «Воспаление и рак: назад к Вирхову?» может быть только утвердительным, что, безусловно, является прогрессом в понимании патогенеза рака . Именно хроническая инфекция является индуктором развития сложного процесса, который включает: хроническое воспаление, экспрессию TLRs, выделение хемокинов, цитокинов провоспалительного и ангиогенного действия, генотоксических факторов (молекул оксидативного стресса).
Многие микроорганизмы, как хорошо известно, могут вызывать развитие воспаления, отдельным из них принадлежит особенно значительная роль в индукции трансформации. К таким микроорганизмам, прежде всего, относится Helicobacter pylori , которая проникает в слизистую оболочку желудка, двенадцатиперстной кишки, в настоящее время рассматривается в гигиенических классификациях Международного агентства по изучению рака, Евросоюза, США, России как канцероген 1-й категории, именно с ней ассоциированы многие случаи развития рака желудка.
Основной механизм, с помощью которого H. pylori реализует свои эффекты, связан с TLRs. Не менее существенно и то, что отдельные компоненты этой бактерии дифференцированно регулируют экспрессию TLRs эпителиальными клетками желудка: LPS стимулирует экспрессию TLR-4 и выделение IL-1β, флагеллин - TLR-2, TLR-5 и выделение TNF-α . Наиболее часто имеет место усиление экспрессии TLR-2 и TLR-5, что сочетается с индукцией провоспалительных сигналов . Имеются данные, что при карциноме желудка, развивающейся на фоне инфицирования H. рylori , провоспалительные сигналы реализуются именно через
TLR-2 . В последнее время появились данные, из которых следует, что H. pylori может взаимодействовать и с TLR-9 . Инфицирование H. pylori приводит к усилению пролиферации эпителиальных клеток желудка с инфильтрацией подслизистого слоя желудка антигенпрезентирующими клетками и Т-лимфоцитами (рис. 4). Многие сопутствующие бактерии кишечника усиливают развитие спорадического рака на фоне различных колитов (язвенный колит, болезнь Крона и др.).
К микроорганизмам, которые ассоциируются
с малигнизацией, относится и Listeria monocytogenes . В исследованиях клеток линии гепатокарциномы Н22 и на модели этой опухоли у мышей установлено, что культивирование ОК с L. monocytogenes приводит к усилению их пролиферации; введение указанных микроорганизмов мышам с гепатокарциномой усиливает ее рост; эти процессы сопровождаются активацией митоген-активированной протеинкиназы и NF-kappaB в ОК, продукцией NO и IL-6, что в конечном итоге приводит к пролиферации ОК. Взаимодействие с ОК осуществляется через TLR-2, но не, как подчеркивают авторы, TLR-4 (рис. 5).
Разнообразные вирусные инфекции нередко также являются причиной воспаления с последующим развитием рака. Антигены многих вирусов
Рис. 4. Инфекция H. pilory и экспрессия TLRs эпителиальными клетками желудка
Рис. 5. Инфекция L. monocytogenes и экспрессия TLRs эпителиальными клетками кишечника
распознаются TLRs; к таким вирусам, в первую очередь, относятся вирус гепатита С, некоторые аденовирусы, вирус Епштейна - Барр (EBV). Например, на модели гепатокарциномы мышей показано, что инфицирование вирусом гепатита С приводит к экспрессии и активации TLR-4 с последующим синтезом IL-1β клетками Купфера . При изучении опухолей, ассоциированных с EBV, который распознается TLR-3, отмечена экспрессия этого рецептора при лимфоме Беркитта, карциноме желудка и носоглотки. Взаимодействие EBV c клетками различных опухолей характеризуется дифференцированным выделением цитокинов: при лимфоме выявляют продукцию IL-10, при карциномах - инсулиноподобный фактор роста и IL-9. Частота экспрессии TLRs (TLR-2, TLR-3
и TLR-4) при лимфоме Беркитта во многом зависит от характера стимула, особенностей микроокружения и др. .
Общая закономерность - связь хронического воспаления со злокачественной трансформацией - отмечают и в других органах и системах. Например, компоненты некоторых бактерий (E. сoli )
и ДНК-вирусов (HPV, HSV) усиливали экспрессию TLR-4 и пролиферацию клеток эпителия предстательной железы, под влиянием CpG - TLR-9; в обоих случаях активируется NF-kappaB . Авторы приходят к заключению о том, что указанные компоненты патогенов, находящихся в мочеполовой системе, могут приводить к злокачественной трансформации нормальных клеток эпителия предстательной железы.
Примером связи малигнизации и хронического воспаления может быть и развитие злокачественных опухолей в легком. Хорошо известен факт, согласно которому частые хронические инфекции легких, особенно пневмония, являются благоприятным фоном для развития малигнизации. Эпидемиологические наблюдения, проведенные при исследовании больных с различными инфекциями (Legionella pneumophila, Chlamydophila species, Coxiella burnetii или Mycoplasma pneumoniae ), показывают, что сочетание этих инфекций с другими вредными воздействиями (курение, радиация) следует рассматривать как фактор высокого риска развития рака легкого .
Многие опухоли инфицированы и другими микроорганизмами. Например, карцинома мочевого пузыря и кишечника часто ассоциируется с инфицированием шистосомами (Schistosoma spp. ), что подтверждается и многочисленными клиническими и эпидемиологическими наблюдениями .
Из приведенных данных следует, что воспаление различной инфекционной этиологии и его переход в хроническое течение - благоприятный фон для озлокачествления нормальных клеток. В цепи этих событий центральное место принадлежит экспрессии TLRs и их взаимодействию со своими лигандами.
ЭКСПРЕССИЯ TLRs ОПУХОЛЕВЫМИ КЛЕТКАМИ
В настоящее время получены убедительные доказательства того, что TLRs экспрессируются ОК различного происхождения и локализации: колоректального рака, рака молочной железы, предстательной железы, яичника, пищевода, желудка, легкого, головы и шеи, меланомы, нейробластомы, глиобластомы и др. .
При изучении клеток рака легкого , а также клеток различных линий этой опухоли выявлено, что они экспрессируют внутриклеточные рецепторы TLR-7 и TLR-8. Стимуляция этих рецепторов соответствующими лигандами приводит к активации NF-kappaB, повышению экспрессии антиапоптотического белка Bcl-2, увеличению выживаемости ОК, а также развитию химиорезистентности .
При исследовании образцов ткани плоскоклеточной карциномы носоглотки человека показано, что клетки этой опухоли экспрессируют TLRs как поверхностно (TLR-2), так и внутриклеточно (TLR-3, TLR-4); наиболее часто экспрессировались TLR-2. Отмечается, что экспрессия TLR-4 коррелировала со степенью дифференциации, а связывание этого рецептора с LPS усиливало пролиферацию, что сопровождалось активацией фосфатидилинизотол-3-киназы, транслокацией NF-kappaB и увеличением продукции IL-6, IL-8, VEGF, GM-CSF. Более того, также продемострировано, что активация TLR4 защищает ОК от лизиса естественных киллеров . На клетках карциномы носоглотки выявлен и TLR-9, который экспрессировался одновременно с TLR-4. Авторы указывают на различную роль экспрессии этих рецепторов в развитии опухоли: если экспрессия TLR-4 сопровождается прогрессированием опухоли, то экспрессия TLR-9 повышала чувствительность к различным химиопрепаратам .
Способностью к эспрессии TLR-4 характеризуются и клетки рака молочной железы как человека, так и животных. В опытах с клетками линии MDA- MB-23 показано наличие TLR-4 на поверхности клеток, а блокада этих рецепторов приводила к выраженной ингибиции пролиферации . В клетках мыши MCF-7 выявлена экспрессия TLRs 1–6, 9 и 10; отсутствовала экспрессия TLR 7, 8. Воздействие LPS E. coli повышало уровень TLR-4 и TLR-9 в этих клетках и снижало чувствительность к апоптогенному действию Н2 О2 - одного из цитотоксических агентов макрофагов .
Исследование клеток первичного рака молочной железы (фолликулярная форма) выявило экспрессию TLR-4, которая сочеталась с высоким уровнем интегрина β1, который коррелировал с выраженной инвазивностью ОК; этот факт имел место только при указанной форме рака молочной железы. Анализ результатов экспрессии интегрина β1 и TLR-4 с учетом выживаемости и безрецидивного периода
не выявил четкой корреляции между этими показателями, однако авторы считают возможным рассматривать указанные структуры как дополнительный клинический маркер оценки течения заболевания .
Клетки меланомы также способны к экспрессии TLRs. В частности, на этих клетках выявлены TLR-2, TLR-3, TLR-4, число которых увеличивается на клетках метастазов в лимфатических узлах, а также экспрессия TLR-7, TLR-8, TLR-9 . К настоящему времени сложно оценить роль экспрессии TLRs клетками меланомы, так как есть данные о том, что активация TLR-4 клеток меланомы В16 характеризуется слабым развитием опухоли на фоне усиления продукции INF-β ОК и изменения экспрессии генов интерферонов I типа .
Разнообразные TLRs экспрессируют и клетки
плоскоклеточной карциномы пищевода. В частности, выявлен высокий уровень экспрессии, во-первых, TLR-3, TLR-4, TLR-7, TLR-9 ОК, во-вторых - TLR-4, TLR-9 мононуклеарными клетками внутри опухоли и, в-третьих - TLR-9 фибробластоподобными клетками микроокружения. Анализируя полученные данные, авторы приходят к заключению, что высокий уровень экспрессии TLR-4 связан с риском развития метастазов в лимфатических узлах и инвазией опухоли. В отличие от этого, высокий уровень экспрессии TLR-9 фибробластоподобными клетками стромы свидетельствует о низком уровне риска метастазирования и инвазии . Полученные данные показывают неоднозначную роль TLRs в патогенезе плоскоклеточной карциномы пищевода.
TLR-4 экспрессируется и клетками рака яичника человека, а его активация происходит с участием адапторного белка MyD88 и сочетается не только с усилением роста опухоли, но и развитием резистентности ОК к некоторым химиопрепаратам - факт, который застуживает пристального внимания . Связывание TLR-4 со своим лигандом сопровождается выделением провоспалительных цитокинов IL-6, IL-12, TNF-α и активацией NF-kappaB. Клетки рака шейки матки активно экспрессируют TLR-9. При анализе большого клинического материала показано, что у таких больных имеет место полиморфизм гена TLR-9 ; выявлены изменения в аллеле TLR-9–1486T/C (rs187084), что рассматривается авторами как фактор риска развития рака шейки матки .
Экспрессия TLR-4 и TLR-9 характерна и для клеток карциномы предстательной железы , что продемонстрировано при совместном культивировании этих клеток с LPS; в отличие от карциномы носоглотки, экспрессия обоих рецепторов сопровождалась выраженным усилением пролиферации клеток . Способность клеток карциномы предстательной железы экспрессировать TLR-4 подтверждена и другими исследователями. Рассматривая вопрос о значении этой экспрессии ОК, авторы приходят к заключению, что у лиц с наследственной
предрасположенностью к развитию данной опухоли экспрессия TLR-4 может способствовать усилению роста опухоли; такое усиление осуществляется с участием адапторного белка MyD88 и активацией NF-kappaB .
Экспрессия TLRs характерна и для различных клеток нервной ткани человека и животных. В опытах с клетками глиомы мышей линии GL261 выявлен высокий уровень экспрессии TLR-3, значительно более низкий - TLR-2, TLR-4 и незначительный - TLR-5, TLR-7, TLR-9 . Важно, что клетки глиомы экспрессируют TLR-9 и в своем составе имеют молекулы, которые служат лигандами для этого рецептора . В первичных культурах менингиом человека выявлена экспрессия TLR 1–4 (в 100% культур), TLR-10 (в 90%), TLR-5, 6 и 9 (в 80%) .
Исследование клеток множественной миеломы,
инфицированной различными микроорганизмами, выявило, что они экспрессируют большинство известных TLRs, но наиболее часто - TLR-1, TLR-7
и TLR-9. Культивирование этих клеток с лигандами TLR-7 и TLR-9 усиливало рост миеломы, что сопровождалось активной секрецией IL-6; предполагается, что размножение бактерий способствует усилению роста опухоли .
Естественно, что факт экспрессии TLRs ОК вызывает много вопросов, одним из основных является: каким образом экспрессия TLRs отражается на течении опухолевого процесса? Сложности анализа результатов соответствующих исследований определяются, во-первых, неоднозначностью полученных результатов, а во-вторых, тем, что TLRs экспрессируются и клетками системы иммунитета с последующей стимуляцией врожденного и приобретенного иммунитета. Поэтому очень трудно
и не всегда возможно провести грань между тем, где заканчивается положительный эффект взаимодействия TLRs с лигандами и начинается его негативное влияние.
Объективность оценки значения экспрессии TLRs ОК нуждается в учете ряда обстоятельств, которые определяют конечный результат. Во-первых, необходимо иметь в виду, что TLRs могут экспрессировать как ОК, так и клетки микроокружения опухоли: фибробласты, эндотелиальные, эпителиальные, дендритные и др. . Во-вторых, не всегда экспрессия TLRs увеличивается под влиянием лигандов, характерных для конкретного рецептора. В-третьих, уровень экспрессии TLRs отдельными клетками, например центральной нервной системы, различен: TLRs под влиянием LPS экспрессируют как клетки микроглии, так и астроциты, наиболее высокий уровень имеет экспрессия TLR-2, а низкий - TLR-1, TLR-4, TLR-5, TLR-9 . В-четвертых, роль гетерогенности ОК отражается
и на экспрессии TLRs. Например, клетки различных линий нейробластомы по-разному отвечают на стимуляцию LPS . Высказывается предположение, что в этих случаях отсутствуют интернали-
зация LPS клетками определенной линии и передвижение комплекса TLR-4-CD14-MD2 к аппарату Гольджи, что исключает возможность инициации сигнала трансдукции .
Итак, можно заключить, что в большинстве случаев экспрессия TLRs ОК способствует их пролиферации и инвазии. Несмотря на неоднозначность имеющихся данных, представляется возможным выделить некоторые механизмы, обеспечивающие стимуляцию роста опухоли под влиянием взаимодействия TLRs со своими лигандами.
МЕХАНИЗМЫ СТИМУЛИРУЮЩЕГО ВЛИЯНИЯ АКТИВАЦИИ TLRs ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК
Продукция провоспалительных цитокинов и других провоспалительных субстанций. Выделение различных провоспалительных субстанций при активации TLRs соответствующими лигандами отмечено при изучении многих опухолей. Так, экспрессия TLR-4 клетками карциномы головы и шеи во всех случаях коррелирует со степенью дифференциации ОК, а активация TLR-4 LPS усиливала их пролиферацию, повышала экспрессию IRAK, индуцировала транслокацию NF-kappaB, усиливала продукцию IL-6, IL-8, VEGF, GM-CSF, что способствовало прогрессированию этой опухоли .
В такой же степени интересны и данные, полученные при изучении клеток других опухолей (рак кишечника, молочной железы, предстательной железы, легкого и меланома): взаимодействие TLR-4 с LPS на клетках этих опухолей способствует уходу опухоли из-под иммунологического контроля, сопровождается ингибицией Т-клеточной пролиферации и снижением активности естественных киллеров . Выделение провоспалительных субстанций - IL-1, TNF-α, COX-2 отмечали и при стимуляции LPS клеток меланомы, которые экспрессировали TLR-2, TLR-3 и TLR-4 .
На различных моделях опухолевого процесса (меланома, карцинома, нейробластома) показано, что ОК отвечают на воздействие LPS усилением миграции, инвазии, метастазированием, что сопровождается экспрессией мРНК TLR-4 на поверхности этих клеток . Такие свойства LPS предполагают, что этот бактериальный компонент может проявлять себя и как кофактор при воздействии различных канцерогенов.
Провоспалительное действие экспрессии TLR-2 и TLR-4 усиливается выделением таких провоспалительных субстанций, как COX-2 и PGE-2. При экспериментальном раке желудка и кишечника было показано, что сигнал, индуцированный активацией TLR-4, приводит к повышению уровня COX-2 и PGE-2 - процесс сопровождается выраженной пролиферацией клеток слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта и снижением апоптоза . Накоплению провоспалительных субстанций способствуют и макрофаги, ин-
фильтрирующие опухоль, которые экспрессируют TLR-2 и TLR-4 и являются активными источниками PGE-2; в этих случаях наблюдается усиление роста опухоли. Продукция провоспалительных цитокинов зависит от этапа роста опухоли - на ранних этапах превалирует секреция TNF-α и CXCL14, а на поздних - IL-1β, IL-6, MIP-2, GM-CSF, HGF, VEGF . Инфицирование некоторыми бактериями, в частности H. pylori , способствует продукции СОХ-2, которая стимулирует выделение цитокинов (IL-1β, IL-6, IL-8, TNF-α). Выделение PGF-2
и СОХ-2 осуществляется и миофибробластами . Усиление продукции СОХ-2 сочетается с экспрессией EGFR, что также усиливает риск малигнизации.
Наконец, экспрессия TLRs (в частности TLR-4) может изменять и адгезивные свойства ОК, что может быть обусловлено различными механизмами: активацией системы урокиназы - активатора плазминогена и NF-kappaB .
Индукция супрессорных клеток. Одной из важных особенностей TLRs является их способность участвовать в регуляции T-reg. В микроокружении опухоли они индуцируют активность этих клеток, подавляют противоопухолевый ответ и оказывают негативное влияние на результаты иммунотерапии; вследствие активации Т-reg нарушается баланс между этой субпопуляцией и другими CD4 + Т-лимфоцитами . Заслуживает большого внимания факт, в соответствии с которым молекулы многих некротизированных ОК могут быть лигандами для TLR-4, который стимулирует супрессорную субпопуляцию лимфоцитов MDCS - Gr-1 + CD11b + F4/80 + ; последние, в свою очередь, индуцируют апоптоз только активированных Т-клеток. Стимуляция супрессорных клеток сопровождается выделением больших количеств аргиназы 1, IL-10, NO-синтазы 2, IL-12 (лиганды TLR-4), а блокада TLR-4 защищает от указанных негативных последствий его активации .
Участие в апоптозе и резистентности. Взаимодействие TLRs со своими лигандами может также оказывать влияние на апоптоз и формирование резистентности как к киллерному действию эффекторных клеток, так и химиопрепаратам. В этом плане несомненный интерес вызывают работы с изучением клеток рака яичника. В частности, работами T. Whiteside и соавторов показано, что клетки нормального эпителия яичника практически не экспрессируют TLR-4; уровень экспрессии в клетках рака яичника и различных линиях колеблется; инкубация с LPS приводит к усилению пролиферации ОК; инкубация с паклитакселом и LPS усиливает выделение IL-8, IL-6, VEGF и приводит к развитию резистентности к апоптозу, идуцированному химиопрепаратом . Не менее значима
и способность TLR-4, активированного LPS, усиливать побочные эффекты цисплатина с увеличением экспрессии этого рецептора в ткани ушного
лабиринта . Экспрессию TLR-4 клетками рака яичника при участии адаптoрного белка MyD88, которая сочетается с усилением роста, является фактором формирования резистентности, в частности, к паклитакселу и коррелирует с экспрессией антиапоптотических молекул, а взаимодействие TLR-4 со своими лигандами сопровождается выделением IL-6, TNF-α .
Антиапоптотический эффект экспрессии другого рецептора - TLR-9 - отмечен при изучении клеток рака легкого человека и различных линий этой опухоли . Наконец, экспрессия этого рецептора может быть связана не только с формированием резистентности к химиопрепаратам и киллерным клеткам, но и с усилением побочных эффектов химиопрепаратов, что показано при активации TLR-4 клеток рака легкого LPS и развитием резистентности к TNF-α- и TRAIL-индуцированному апоптозу .
TLRs и гипоксия. Одним из сравнительно новых представлений о TLRs является предположение, что их экспрессия может модулироваться гипоксией на уровне транскрипции . К сожалению, соответствующая информация еще крайне мало отражена в литературе, но описаны некоторые молекулярные механизмы, которые рассматриваются как характерные для TLRs в условиях гипоксии при любой патологии, включая рак. Во-первых, продемонстрировано, что в условиях гипоксии
в TLR-2 и TLR-6 выявляют участок связывания с HIF-1 . Во-вторых, при LPS-индуцированной активации TLR-4 его сигнальные пути перекрещиваются с HIF-1α и ASKI (аpoptosis signal-regulating kinase), что показано в клетках миелоидной моноцитарной лейкемии человека (линия THP-1); оба пути опосредуются активацией протеинкиназы . В-третьих, HIF-1α играет важную роль
в TLR-4-зависимом выделении провоспалительных цитокинов . В-четвертых, выяснилось, что
в условиях гипоксии аденозин, который является синергистом с LPS, взаимодействует со своим рецептором - A2AR, что приводит к повышению экспрессии VEGF макрофагами мышей; синергизмом с A2AR обладают и TLR-2, TLR-7, TLR-9, но не TLR-5 и TLR-3 . Исключительный интерес представляет работа, выполненная на большом клиническом материале (аденокарцинома поджелудочной железы), в которой показано, что у больных с этой опухолью наблюдается экспрессия TLR-4, повышение уровня HIF-1α и активация NF-kappaB. Авторы заключают, что TLR-4 и HIF-1α являются синергистами в усилении роста аденокарциномы поджелудочной железы человека .
Наконец, HIF-1α накапливается в макрофагах, что приводит к повышению выживаемости миелоидзависимых макрофагов человека и поддерживает продукцию этими клетками провоспалительных цитокинов в условиях активации TLR-7 и TLR-8 (рис. 6).
Рис. 6. Взаимодействие TLRs с различными клетками в условиях гипоксии
Генетические изменения TLRs. В настоящее время получены убедительные доказательства, что при многих опухолях существуют изменения в генах, контролирующих TLRs, что может рассматриваться как фактор риска развития опухоли. Так, при исследовании больных карциномой желудка различной локализации и рака пищевода выявлен полиморфизм гена TLR-4 , что сочеталось с инфекцией H. рylori . Сравнительный анализ особенностей гена TLR-4 в клетках различных опухолей желудка привел к заключению, что функциональный полиморфизм этого гена может быть фактором риска развития карциномы желудка и предшествующих ей состояний; исключение составляет область привратника . Известно, что раку кишечника нередко предшествуют колиты, и такие опухоли диагностируют как колитассоциированные. В опытах на мышах с генетическими нарушениями (ослабление экспрессии TLR-4 ) развитие рака кишечника существенно снижено. Сделан вывод, что нейтрализация сигналов, осуществляемых с помощью TLR-4, может быть защитой от колитассоциированного рака . С полиморфизмом генов, кодирующих TLR-6 и TLR-10 , связывают риск развития рака предстательной железы . Полиморфизм гена TLR-9 может быть фактором риска и при таких опухолях, как назофарингеальная карцинома и карцинома желудка .
На основании изучения генов TLR-2 , TLR-3 , TLR-4, TLR-5 и др. у больных с меланомой кожи удалось выявить гаплотип гена TLR-4 (TLR-4 rs2149356), наличие которого ассоциируется со слабым риском развития меланомы кожи .
Наряду с достаточно широким участием TLRs в усилении роста опухоли в отдельных случаях отмечали гибель ОК. Такое действие на рост опухоли также осуществляется с участием различных механизмов, в частности проявлением выраженного проапоптотического и антивоспалительного действия.
Индукция апоптоза. Исследование клеток рака молочной железы выявило, что экспрессия TLR- 3 сопровождается апоптозом этих клеток при уча-
стии адапторной молекулы TRIF, а использова- |
мы иммунитета. Примером первого могут быть рабо- |
|
ние dsRNA TLR-3 сочеталось с выраженным эф- |
ты с внутритуморальным введением агониста TLR-2/ |
|
фектом торможения роста опухоли и выделением |
TLR-6 - липопептида-2 макрофагов больным |
|
INF-β . Экспрессия TLR-3 и ее значение для |
с карциномой поджелудочной железы, что приво- |
|
роста опухоли исследовалась при использовании |
дило (1-я фаза клинических испытаний) к выражен- |
|
различных клеток меланомы: первичных опухолей, |
ному увеличению продолжительности жизни . |
|
отдельных линий, а также нормальных меланоци- |
Положительные результаты получены и при приме- |
|
тов. Выявлено, что клетки многих линий первич- |
нении CpG ODN - лиганда TLR-9 (1-я фаза клини- |
|
ных опухолей и нормальные меланоциты экспрес- |
ческих испытаний) при часто рецидивирующих глио- |
|
сировали TLR-3, однако уровень этой экспрессии |
бластомах . Имеется и опыт локального приме- |
|
клетками меланомы был выше с различиями в уров- |
нения (внутритуморально и подкожно) CpG ODN |
|
не экспрессии отдельных клеток первичной опухо- |
при нейробластоме у мышей и крыс с выраженным |
|
ли. Использование синтетического аналога dsRNA |
повышением выживаемости, которая связана с ак- |
|
и лиганда TLR-3 оказывало выраженное проапопто- |
тивацией каспазозависимого апоптоза . Пред- |
|
тическое действие. Отмечено также, что TLR-3 яв- |
полагается, что положительный эффект введения |
|
ляется эффективным индуктором внутриклеточных |
CpG ODN обусловлен локальным изменением ин- |
|
антимикробных субстанций, которые могут прояв- |
фильтрации лимфоцитами, преимущественно за счет |
|
лять себя как адъюванты, и поэтому TLR-3 может |
снижения CD4+ CD25+ Foxp3+ субпопуляции лимфо- |
|
быть охарактеризован как мультифункциональный |
цитов . Основываясь на факте, что экспрессия |
|
адъювант, способный усиливать эффективность им- |
TLR-3 сочетается с ингибицией пролиферации и ги- |
|
мунотерапии . |
белью клеток меланомы, были использованы агони- |
|
Ингибиция воспаления. Иллюстрацией ингиби- |
сты TLR-3 в 2 вариантах: 1) сочетанное применение |
|
ции воспаления могут служить и данные изучения |
агонистов в комбинации с INF I типа; 2) использо- |
|
TLR-8 у трансгенных мышей: активация этого ре- |
вание агонистов в качестве адъюванта при получе- |
|
цептора сопровождается ингибицией воспаления |
нии противораковых вакцин. Результаты примене- |
|
слизистой оболочки желудочно-кишечного трак- |
ния агонистов показали определенную результатив- |
|
та - свидетельство негативной регуляции TLR-8 |
ность и привели к заключению, что они могут быть |
|
интестинального воспаления и его роли в контроле |
использованы не только благодаря их иммуностиму- |
|
за развитием малигнизации при хроническом вос- |
лирующему, но и цитостатическому, и цитотоксиче- |
|
палении в кишечнике . |
скому действию . |
|
Таким образом, влияние TLRs на рост опухоли |
В реализации второго направления показано, |
|
неоднозначно (как стимуляция, так и ингибиция), |
что при воздействии на TLRs клеток системы им- |
|
и механизмы этого влияния подлежат дальнейше- |
мунитета возможно усиление врожденного и при- |
|
му изучению. На примере клеток рака легкого пока- |
обретенного иммунитета, что продемонстрирова- |
|
зано разнонаправленность влияния TLR-4 (рис. 7). |
но при использовании воздействия на TLRs, в част- |
|
TLRs КАК МИШЕНИ ИММУНОТЕРАПИИ |
ности, дендритных клеток при применении лиганда |
|
TLR-9 - олигодеоксинуклеотида у больных мела- |
||
Современный уровень представлений о роли |
номой . Оптимистические результаты по- |
|
TLRs в опухолевом процессе послужил основани- |
лучены при комбинированном внутритуморальном |
|
ем для формирования новых подходов к иммуноте- |
введении агонистов TLR-3 и TLR-9 в комбинации |
|
рапии. Такие подходы могут реализовываться в двух |
с Т-лимфоцитами, активированными антигеном |
|
направлениях: 1) воздействие на TLRs, которые экс- |
меланомы gp100 . Имеется опыт воздействия |
|
прессируются ОК, и 2) влияние на TLRs клеток систе- |
и на TLR-7 дендритных клеток; стимуляция этого |
|
Рис. 7. Неоднозначность значения экспрессии TLRs клетками больных плоскоклеточной карциномой
рецептора ассоциируется с изменением миграции дендритных клеток, а использование таких клеток, нагруженных антигенами меланомы в комплексе с агонистами TLR-7, приводило к усилению противоопухолевой активности, преимущественно за счет активации CD8+ Т-лимфоцитов .
Известно и о применении вакцины с использованием белков теплового шока, которые являются лигандами для некоторых TLRs. Показано, что эффект такой вакцины в отношении различных эпителиальных опухолей зависит от сигналов, осуществляемых через TLR-2 и TLR-3; в этих случаях в формирование противоопухолевой защиты включается и скавенджер-рецептор эндотелиальных клеток - SREC-1 .
Определилось еще одно направление - генноинженерная модификация дефектов TLRs, что показано на многих экспериментальных моделях (карцинома кишечника, аденокарцинома молочной железы, остеосаркома) .
Таким образом, в настоящее время существует достаточно возможностей для осуществления модуляции активности различных TLRs. Такие возможности определили и синтезирование различных синтетических как агонистов, так и антагонистов действия TLRs - препаратов, которые уже сегодня проходят клинические испытания и представляют собой один из новых направлений фармакологической промышленности.
Подводя итоги, можно констатировать следующее: TLRs - важнейшие регуляторы врожденного и приобретенного иммунитета; экспрессия TLRs имеет значение не только для регуляции клеток системы иммунитета, но и других органов и систем; TLRs экспрессируются ОК и могут включаться в различные этапы опухолевого процесса; взаимодействие TLRs ОК со своими лигандами может проявляться стимуляцией и ингибицией роста опухоли с превалированием стимулирующих влияний; стимуляция роста опухоли в результате взаимодействия TLRs со своими лигандами обеспечивается различными механизмами; TLRs могут рассматриваться как мишени для иммунотерапии.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Xu Y, Tao X, Shen B, et al. Structural basis for signal transduction by the Toll/interleukin-1 receptor domains. Nature 2000;
408: 111–5.
2. Mijares LA, Medzhitov R, Kazmierczak BI, et al. Airway epithelial MyD88 restores control of Pseudomonas aeruginosa murine infection via an IL-1-dependent pathway. J Immunol 2011; 186 (12): 7080–8.
3. Bortoluci KR, Medzhitov R. Control of infection by pyroptosis and autophagy: role of TLR and NLR. Cell Mol Life Sci 2010.
4. Heldwein KA, Liang MD, Andresen TK, et al. TLR2 and TLR4 serve distinct roles in the host immune response against Mycobacterium bovis BCG. J Leukoc Biol 2003; 74 (2): 277–86.
5. Kuhlicke J, Frick JS, Morote-Garcia JC, et al. Hypoxia inducible factor (HIF)-1 coordinates induction of Toll-like receptors TLR2 and TLR6 during hypoxia. PloS One 2007; 2: 1364.
6. Wan Y, Xiao H, Affolter J , et al. Interleukin-1 receptor-as- sociated kinase 2 is critical for lipopolysaccharide-mediated posttranscriptional control. J Biol Chem 2009; 284 (16): 10367–75.
7. Basith S, Manavalan B, Lee G, et al. Toll-like receptor modulators: a patent review. Expert Opin Ther Pat 2011; 21 (6): 927–44.
8. Toll-like 280 (21): 20620–7.
9. Palm NW, Medzhitov R. Pattern recognition receptors and control of adaptive immunity. Immunol Rev 2009; 227 (1): 221–33.
10. Тухватуллин АИ, Логунов ДЮ, Щербинин ДН. Tollподобные рецепторы и их адапторные молекулы. Биохимия 2010; 75 (9): 1224–43.
11. McGettrick AF, O’Neill LA. Localisation and trafficking of Toll-like receptors: an important mode of regulation. Curr Opin Immunol 2010; 22 (1): 20–7.
12. Barton GM, Medzhitov R. Toll-like receptor signaling pathways. Science 2003; 300 : 1524–5.
13. Dinarello CA. Biologic basis for interleukin-1 in disease. Blood 1996; 87 (6): 2095–147.
14. Riva F, Bonavita E, Barbati E, et al. TIR8/SIGIRR is an interleukin-1 receptor/Toll like receptor family member with regulatory functions in inflammation and immunity. Front Immunol 2012; 3: 322.
15. O’Neill LA. Primer: Toll-like receptor signaling pathways - what do rheumatologists need to know? Nat Clin Pract Rheumatol 2008; 4: 319–27.
16. Park SM, Ko HJ, Shim DH, et al. MyD88 signaling is not essential for induction of antigen-specific B cell responses but is indispensable for protection against Streptococcus pneumoniae infection following oral vaccination with attenuated Salmonella expressing PspA antigen. J Immunol 2008; 181 (9): 6447–55.
17. Engel AL, Holt GE, Lu H. The pharmacokinetics of Tolllike receptor agonists and the impact on the immune system. Expert Rev Clin Pharmacol 2011; 4 (2): 275–89.
18. Liu Y, Chen H, Sun Y, Chen F. Antiviral role of Toll-like receptors and cytokines against the new 2009 H1N1 virus infection. Mol Biol Rep 2012; 39 (2): 1163–1172.
19. Yonkers NL, Rodriguez B, Asaad R, et al. Systemic immune activation in HIV infection is associated with decreased MDC responsiveness to TLR ligand and inability to activate naive CD4 T- cells. PLoS One 2011; 6 (9): e23884.
20. Wolska A, Lech-Maranda E, Robak T. Toll-like receptors and their role in hematologic malignancies. Curr Mol Med 2009; 9 (3): 324–35.
21. Huang LY, Dumontelle JL, Zolodz M, et al. Use of tolllike receptor assays to detect and identify microbial contaminants in biological products. J Clin Microbiol 2009; 47 (11): 3427–34.
22. Mashima R, Saeki K, Yoshimura A, et al. FLN29, a novel interferonand LPS-inducible gene acting as a negative regulator of toll-like receptor signaling. J Biol Chem 2005; 280 (50): 41289–97.
23. Jain S, Chodisetti SB, Agrewala JN, et al. CD40 signaling synergizes with TLR-2 in the BCR independent activation of resting B cells. PloS One 2011; 6: 20651.
24. Wang Y, Lehner T. Induction of innate immunity in control of mucosal transmission of HIV. Curr Opin HIV AIDS 2011; 6 (5): 398–404.
25. Mishra BB, Gundra UM, Teale JM. Expression and distribution of Toll-like receptors 11–13 in the brain during murine neurocysticercosis. J Neuroinflammation 2008; 5: 53.
26. Hanisch UK, Johnson TV, Kipnis J. Toll-like receptors: roles in neuroprotection? Trends Neurosci 2008; 31 (4): 176–82.
27. Holley MM, Zhang Y, Lehrmann E, et al. Toll-like receptor 2 (TLR2)-TLR9 crosstalk dictates IL-12 family cytokine production in microglia. Glia 2012; 60 21 (5): 733–41.
31. Lin Q, Li M, Fang D, et al. The essential roles of Toll-like receptor signaling pathways in sterile inflammatory diseases. Int Immunopharm 2011; 11 (10): 1422–32.
32. Pasare C, Medzhitov R. Toll-like receptors: balancing host resistance with immune tolerance. Curr Opin Immunol 2003; 15 (6): 677–82.
33. Macedo L, Pinhal-Enfield G, Alshits V, et al. Wound healing is impaired in MyD88-deficient mice: a role for MyD88 in the regulation of wound healing by adenosine A2A receptors. Am J Pathol 2007; 171 (6): 1774–88.
34. Crellin NK, Garcia RV, Hadisfar O, et al. Human CD4+ T cells express TLR5 and its ligand flagellin enhances the suppressive capacity and expression of FOXP3 in CD4+CD25+ T regulatory cells. J Immunol 2005; 175 (12): 8051–9.
35. Sutmuller RP, Morgan ME, Netea MG, et al. Toll-like receptors on regulatory T cells: expanding immune regulation. Trends Immunol 2006; 27 (8): 387–93.
36. Hasan UA, Trinchieri G, Vlach J. Toll-like receptor signaling stimulates cell cycle entry and progression in fibroblasts. J Biol Chem 2005; 280 (21): 20620–7.
37. Jung YO, Cho ML, Lee SY, et al. Synergism of toll-like receptor 2 (TLR2), TLR4, and TLR6 ligation on the production of tumor necrosis factor (TNF)-alpha in a spontaneous arthritis animal model of interleukin (IL)-1 receptor antagonist-deficient mice. Immunol Lett 2009; 123 (2): 138–43.
38. Zhou M, McFarland-Mancini MM, Funk HM, et al. Tolllike receptor expression in normal ovary and ovarian tumors. Cancer Immunol Immunother 2009; 58 (9): 1375–85.
39. Lu Q, Darveau RP, Samaranayake LP, et al. Differential modulation of human {beta}-defensins expression in human gingival epithelia by Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide with tetraand penta-acylated lipid A structures. Innate Immun 2009; 15 (6): 325–35.
40. Le Mandat Schultz A, Bonnard A, Barreau F, et al. Expression of TLR-2, TLR-4, NOD2 and pNF-kappaB in a neonatal rat model of necrotizing enterocolitis. PloS One 2007; 2: 1102.
41. Aoki MP, Carrera-Silva EA, Cuervo H, et al. Nonimmune Cells Contribute to Crosstalk between Immune Cells and Inflammatory Mediators in the Innate Response to Trypanosoma cruzi Infection. J Parasitol Res 2012; 10: 13.
42. Balkwill F, Mantovani A. Inflammation and cancer: back to Virchow? Lancet 2001; 357: 539–45.
43. Oshima H, Oshima M, Inaba K, Taketo MM. Hyperplastic gastric tumors induced by activated macrophages in COX-2/mP- GES-1 transgenic mice. EMBO J 2004; 23 (7): 1669–78.
44. Kumar Pachathundikandi S, Brandt S, Madassery J, Backert S. Induction of TLR-2 and TLR-5 expression by Helicobacter pylori switches cagPAI-dependent signalling leading to the secretion of IL-8 and TNF-α. PloS One 2011; 6: 19614.
45. Smith SM, Moran AP, Duggan SP, et al. Tribbles 3: a novel regulator of TLR2-mediated signaling in response to Helicobacter pylori lipopolysaccharide. J Immunol 2011; 186 (4): 2462–71.
46. Ng M.T, Van’t Hof R, Hold GL, et al. Increase in NFkappaB binding affinity of the variant C allele of the toll-like receptor 9 -1237T/C polymorphism is associated with Helicobacter pylori -induced gastric disease. Infect Immun 2010; 78 (3): 1345–52.
47. Fukata M, Abreu MT. Role of Toll-like receptors in gastrointestinal malignancies. Oncogene 2008; 27 (2): 234–43.
48. Huang B, Zhao J, Shen S, et al. Listeria monocytogenes promotes tumor growth via tumor cell toll-like receptor 2 signaling. Cancer Res 2007; 67 (9): 4346–52.
49. Machida K. TLRs, Alcohol, HCV, and Tumorigenesis. Gastroenterol Res Pract 2010; 10 : 8.
50. Iwakiri D, Takada K. Role of EBERs in the pathogenesis of EBV infection. Adv Cancer Res 2010; 107 : 119–36.
51. Siennicka J, Trzcinska A, Czescic A, Dunal M. Toll-like receptors expression on Burkitt lymphoma cells. Med Dosw Mikrobiol 2011; 63 (4): 349–54.
52. Kundu SD, Lee C, Billips BK, et al. The toll-like receptor pathway: a novel mechanism of infection-induced carcinogenesis of prostate epithelial cells. Prostate 2008; 68 (2): 223–9.
53. Littman AJ, Jackson LA, White E, et al. Interlaboratory reliability of microimmunofluorescence test for measurement of Chlamydia pneumoniae-specific immunoglobulin A and G antibody titers. Clin Diagn Lab Immunol 2004; 11 (3): 615–7.
54. Remmelts HH, Meijvis SC, Biesma DH, et al. Dexamethasone downregulates the systemic cytokine response in patients with community-acquired pneumonia. Clin Vaccine Immunol 2012; 19 (9): 1532–8.
55. H Salim OE, Hamid HK, Mekki SO, et al. Colorectal carcinoma associated with schistosomiasis: a possible causal relationship. World J Surg Oncol 2010; 8: 68.
56. Shacter E, Weitzman SA. Chronic inflammation and cancer. Oncology (Williston Park) 2002; 16 (2): 217–26.
57. Hasan A, Sadoh D, Palmer R, et al. The immune responses to human and microbial heat shock proteins in periodontal disease with and without coronary heart disease. Clin Exp Immunol 2005; 142 (3): 585–94.
58. Szczepanski MJ, Czystowska M, Zeromski J, et al. Triggering of Toll-like receptor 4 expressed on human head and neck squamous cell carcinoma promotes tumor development and protects the tumor from immune attack. Cancer Res 2009; 69 (7): 3105–13.
59. Yu L, Wang L, Chen S. Exogenous or endogenous Toll-like receptor ligands: which is the MVP in tumorigenesis? Cell Mol Life Sci 2012; 69 (6): 935–49.
60. Ilvesaro JM, Merrell MA, Swain TM, et al. Toll like re- ceptor-9 agonists stimulate prostate cancer invasion in vitro . Prostate 2007; 67 (7): 774–81.
61. Cherfils-Vicini J, Platonova S, Gillard M, et al. Triggering of TLR7 and TLR8 expressed by human lung cancer cells induces cell survival and chemoresistance. J Clin Invest 2010; 120 (4): 1285–97.
62. Zeromski J, Mozer-Lisewska I, Kaczmarek M. Significance of toll-like receptors expression in tumor growth and spreading: a short review. Cancer Microenviron 2008; 1 (1): 37–42.
63. Yang H, Zhou H, Feng P, et al. Reduced expression of Toll-like receptor 4 inhibits human breast cancer cells proliferation and inflammatory cytokines secretion. J Exp Clin Cancer Res 2010; 29 (1): 92.
64. Bilko D. Toll-like receptor expression in cell lines and primary tumour material. Наукові записки НаУКМА 2008; 80 : 15–7.
65. Petricevic B, Vrbanec D, Jakic-Razumovic J, et al. Expression of Toll-like receptor 4 and beta 1 integrin in breast cancer. Med Oncol 2012; 29 (2): 486–94.
66. Saint-Jean M, Knol AC, Nguyen JM, et al. TLR expression in human melanoma cells. Eur J Dermatol 2011; 21 (6): 899–905.
67. Núñez NG, Andreani V, Crespo MI, et al. IFNβ produced by TLR4-activated tumor cells is involved in improving the antitumoral immune response. Cancer Res 2012; 72 (3): 592–603.
68. Sheyhidin I, Nabi G, Hasim A, et al. Overexpression of TLR-3, TLR-4, TLR-7 and TLR-9 in esophageal squamous cell carcinoma. World J Gastroenterol 2011; 17 (32): 3745–51.
69. Kelly MG, Alvero AB, Chen R, et al. TLR-4 signaling promotes tumor growth and paclitaxel chemoresistance in ovarian cancer. Cancer Res 2006; 66 (7): 3859–68.
Клеточный толл-подобный рецептор 9 (toll-like receptor 9 , TLR9) - один из представителей «первой линии» иммунного ответа организма - специфично связывает вирусные и бактериальные ДНК, образуя характерные m-образные димерные структуры. Взаимодействие с патогенной ДНК происходит благодаря наличию в ней особой составляющей - цитозин-фосфат-гуанин (CpG) динуклеотидного мотива, который избирательно связывается с рецептором в определенных сайтах. Установление кристаллической структуры комплекса «рецептор-мотив» помогло лучше разобраться в особенностях работы этой составляющей врожденного иммунитета.
Подробное исследование особенностей связывания СpG-мотива с рецептором показало, что иммуностимулирующая активность динуклеотида зависит от нескольких важных факторов.
Первым и самым очевидным из них является количество неметилированных последовательностей цитозин-гуанин во «враждебной» ДНК. Чем больше СpG-мотивов присутствует в нуклеотидной цепи бактерии, тем большее количество рецепторов будет ее связывать.
Второй особенностью, которую удалось выявить, является определенный «шаблон» мотива, выражаемый формулой RRCG YY (где С - цитозин, G - гуанин, а R и Y - любые пуриновые и пиримидиновые основания соответственно). Примечательно, что инверсия C и G приводит к образованию только неактивного мономерного комплекса TLR9-СpG, в то время как формирование активного подразумевает димерную m-образную структуру с соотношением рецептор:лиганд равным 2:2 .
Третьим фактором выступает процессинг рецептора, который необходим для образования стехиометрического димера. Если процессинга не было либо он проходил неверно, образовывались практически лишь мономерные формы. Несвязанный димер TLR9 представляет собой так называемую Z-петлю, состоящую из участков, богатых лейцином (leucine-rich repeat, LRR ) (рис. 1).
Механизм связывания СpG-мотива с сайтом рецептора авторы исследования красноречиво окрестили «молекулярным клеем » . Фрагмент одноцепочечной ДНК обвивается вокруг рецептора, начиная с N-конца белковой молекулы и охватывая несколько LRR-сайтов. Именно одна нуклеотидная цепь может плотно облегать необходимые участки TLR9: при попытках использования в экспериментах двухцепочечной ДНК аффинитет рецептора резко снижался.
Сам СpG-мотив, согласно вышеуказанному шаблону представленный в виде гексамера, образовывал сложную систему водородных связей с двумя десятками аминокислот и дополнительно координировался Ван-дер-Ваальсовыми взаимодействиями еще с десятком остатков. Важно, что подобной «атаке с флангов» подвергаются две молекулы ДНК, поскольку связанный комплекс рецептора существует в виде гомодимера (рис. 2). Несмотря на обилие аминокислот, связывающих СpG-мотив, мутации некоторых из них даже по отдельности могут серьезно понизить «налипание» динуклеотида на рецептор .
Чем может быть полезно такое глубинное выявление особенностей работы TLR9? Конечно же, созданием таргетных препаратов для стимуляции или, наоборот, ингибирования активности этих рецепторов. Нарушения в работе иммунной системы (как в сторону активации, так и супрессии) лежат в основе множества инфекционных и аутоиммунных заболеваний. Знание структуры и механизмов работы участников врожденного иммунитета, несомненно, позволит проводить их регуляцию и возвращать «сбившиеся» параметры в норму.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http: //www. allbest. ru/
Введение
Толл-подобные рецепторы (TLR) являются главными компонентами системы врожденного иммунитета, которые опосредуют специфическое распознавание эволюционно консервативных молекулярных структур патогенов (PAMP - pathogen associated molecular patterns). Толл-подобные рецепторы представлены на клетках разного типа - от эпителиальных до иммунокомпетентных. Как известно, при связывании TLR с собственными лигандами происходит активация ряда адаптерных белков и киназ, которые участвуют в индукции ключевых провоспалительных факторов. Итогом такой индукции является развитие как врожденного иммунного ответа в результате усиления экспрессии ряда антиапоптотических белков, провоспалительных цитокинов, антибактериальных белков, так и приобретенного иммунного ответа через созревание дендритных клеток, презентации антигена и т.д.
Благодаря своей способности усиливать специфические и неспецифические иммунные реакции организма агонисты Толл-подобных рецепторов нашли применение не только в терапии инфекционных заболеваний, но также в качестве адъювантов в химиотерапии различных злокачественных новообразований. Однако к настоящему моменту описаны принципиально различные эффекты TLR на опухоли. С одной стороны, показано, что TLR (и их лиганды) могут выступать в роли супрессоров опухолевого роста, с другой стороны, TLR могут стимулировать опухолевую прогрессию и влиять на устойчивость опухолей к химиотерапии. В представленном обзоре обобщены данные о влиянии TLR и их агонистов на рост опухоли, а также проанализированы основные механизмы, лежащие в основе таких различий.
Список сокращений TLR - Толл-подобные рецепторы; ЛПС - липополисахарид; NF-kB - ядерный фактор транскрипции kB; PRR - паттерн-распознающие рецепторы; PAMP - патоген-ассоциированные молекулярные паттерны; DAMP - молекулярные паттерны, ассоциированные с повреждением; IRF - интерферонрегулирующий фактор, оци дцРНК - однои двухцепочечная рибонуклеиновая кислота; TNF-б - фактор некроза опухоли б; IL - интерлейкин; IFN - интерферон; NK-клетки - естественные киллеры; миРНК - малые интерферирующие РНК; TGF - трансформирующий фактор роста.
1. История открытия
рецептор иммунный противоопухолевый патоген
В 1985 году при исследовании различных мутаций у мушки-дрозофилы знаменитый немецкий биолог Кристиана Нюсляйн-Фольхард обнаружила личинок-мутантов с недоразвитой вентральной частью тела. Её немедленная реплика была «Das war ja toll!» («Вот это класс!»). Эпитет толл (классный) был позднее дан соответствующему гену в качестве его названия.
В 1996 году выяснилось, что этот ген отвечает не только за дорзовентральную поляризацию при эмбриональном развитии, но и за устойчивость дрозофилы к грибковой инфекции. Это открытие французского ученого Жюля Хоффмана было удостоено Нобелевской премии 2011 года. В 1997 году Руслан Меджитов и Чарльз Дженуэйиз Йельского университета обнаружили толл-подобный гомологичный ген у млекопитающих (сейчас он носит название TLR4). Оказалось, что TLR4 вызывает активацию ядерного фактора каппа-B NF-кB таким же образом как, и интерлейкин-1. Наконец, в 1998 году выяснилось, что лигандом для рецептора является компонент клеточной стенки грамотрицательных бактерий липополисахарид.
2. TLR иммунной системы
2.1 Структура TLR
По своей структурной организации TLR относятся к семейству рецепторов IL-1 (IL-1R). TLR - это трансмембранные белки, которые экспрессируются на поверхности клетки и в субклеточных компартментах (таких, как эндосомы). Локализация ТLR связана с типом распознаваемого им лиганда. Так, TLR 1, 2, 4, 5, 6, связывающие структурные бактериальные компоненты, локализуются на поверхности клеток, тогда как TLR 3, 7, 8, 9, распознающие преимущественно вирус-ассоциированные структуры - нуклеиновые кислоты (дцРНК, оцРНК, ДНК), находятся в эндосомах, где взаимодействуют c лигандами после депротеинизации вирионов.
В структуре TLR выделяют N-концевой лейцинбогатый (LRR) домен, ответственный за связывание лигандов, трансмембранный домен и С-концевой внутриклеточный сигнальный домен (гомологичный внутриклеточному домену IL-1R).
TLR экспрессируются в большинстве типов клеток организма человека, включая негемопоэтические эпителиальные и эндотелиальные клетки. Количество одновременно экспрессируемых ТLR и их сочетание специфичны для каждого типа клеток, а больше всего ТLR в клетках гемопоэтического происхождения, таких, как макрофаги, нейтрофилы, дендритные клетки
В настоящий момент у млекопитающих идентифицировано 13 различных TLR, у человека - 10 и 12 у мышей. TLR с 1-го по 9-й консервативны у человека и мыши. Однако существуют и различия. Ген, кодирующий TLR10, обнаружен только у человека, а TLR11 - у обоих видов, но функционален только у мышей.
Главная особенность TLR, отличающая их от рецепторов приобретенного иммунитета (Tи В-клеточные рецепторы), состоит в их способности распознавать не уникальные эпитопы, а эволюционно консервативные патоген-ассоциированные молекулярные структуры (PAMP), широко представленные у всех классов микроорганизмов и вирусов независимо от их патогенности. Специфичность распознавания PAMP достаточно хорошо изучена у большинства TLR, сегодня известны лиганды TLR 1-9 и 11 (рис. 1). Биологическая роль и специфичность TLR10 (человек), 12 и 13 (мышь) остаются неизвестными.
Наиболее известные микробные лиганды TLR:
бактериальные липопептиды, липотейхоевая кислота и пептидогликаны; липоарабидоманнан микобактерий; компонент клеточной стенки грибов зимозан, которые связываются с TLR2, образующим гетеродимеры с TLR1, TLR6 и CD14;
ЛПС грамотрицательных бактерий, лиганд TLR4;
компонент жгутиков бактерий - флагеллин, активирующий TLR5; профиллин-подобные структуры простейших, связывающиеся с TLR11;
ДНК (неметилированные CpG-последовательности), распознаваемая TLR9;
дцРНК - лиганд TLR3;
оцРНК - лиганды TLR7 и TLR8.
Недавно было показано, что TLR могут активироваться многими эндогенными молекулами - алларминами (гиалуроновая кислота, белки теплового шока и др.), которые появляются при разрушении тканей. Эти гетерогенные по своей природе и структуре соединения (PAMP и аллармины), распознаваемые ТLR, в настоящее время объединяют в одно семейство, именуемое DAMP (damage associated molecular patterns)
2.2 Взаимодействие TLR с собственными лигандами
Теперь от описания структуры и функций TLR перейдем к событиям, разворачивающимся после их связывания с собственными лигандами.
Связывание лиганда c TLR инициирует каскад сигналов, берущих начало от цитоплазматических TIR-доменов TLR. Сигнал от TIR-домена через адаптерные молекулы MyD88 (myeloid differentiation factor 88), TIRAP (TIR-доменсодержащие адаптеры), TICAM1 (TRIF), TICAM2 (TIR-containing adaptеr molecule) передается на соответствующие киназы (TAK, IKK, TBK, MAPK, JNKs, p38, ERK, Akt и др.), которые дифференциально активируют факторы транскрипции (NF-kB, AP-1 и IRF), ответственные за экспрессию различных провоспалительных и антимикробных факторов. При этом все TLR, кроме TLR3, передают сигнал на киназы, используя MyD88. TLR3 передает сигнал через TICAM1, a TLR4 и через MyD88, и через TICAM1.
Активация того или иного фактора определяется типом TLR, от которого передается сигнал. Так, практически все TLR (TLR2 и его корецепторы - TLR1 и TLR6, а также TLR4-9, TLR11), связываясь с собственными лигандами, способны активировать NF-kB - один из основных факторов, регулирующих экспрессию таких провоспалительных цитокинов, как IL-1, -6, -8 и др. К активации другого семейства провоспалительных транскрипционных факторов - IRF приводит передача сигнала через TLR3, 4, 7-9. Сигналы, передаваемые через TLR3 или TLR4, ведут к активации IRF3, который регулирует экспрессию IFN-в и считается критическим компонентом противовирусных иммунных реакций. Передача сигналов посредством TLR7-9 ведет к активации IRF5 и IRF7 и экспрессии IFN-б, который также играет жизненно важную роль в противовирусной защите. Сигнализация через TLR2 или TLR5 не ведет к активации факторов семейства IRF.
Таким образом, взаимодействие TLR определенно го типа с собственным лигандом инициирует запуск сигнального каскада, который приводит к активации экспрессии специфического сочетания генов (цитокинов, антимикробных молекул и т.д.). Однако в настоящее время многое в активации TLR-зависимых сигнальных путей и в развитии последующих эффектов остается непонятным. В доступной научной литературе отсутствуют данные, характеризующие полные транскриптомные и протеомные изменения, которые происходят в ответ на активацию определенных ТLR.
3. Функции TLR
ТLR по выполняемым в организме функциям относят к семейству PRR, которые опосредуют специфическое распознавание эволюционно консервативных структур патогенов (PAMP - pathogen associated molecular patterns). Связываясь с РАМР, TLR активируют систему врожденного иммунитета и во многом определяют развитие адаптивного иммунитета. Наиболее консервативная роль ТLR - активация антимикробного иммунитета в коже, слизистых оболочках респираторного, гастроинтестинального и урогенитального тракта.
ТLR распознают микробные молекулы, что приводит к развитию воспалительных реакций, вызванных активацией фактора NF-kB, который регулирует экспрессию провоспалительных цитокинов (TNF-б, IL-1, IL-6 и др.) и хемокинов (MCP-1, MCP-3, GMCSF и др.).
TLR вовлечены в транскрипционную и посттрансляционную регуляцию (протеолитическое расщепление и секрецию) таких антимикробных факторов, как дефензины (б и в), фосфолипаза А2, лизоцим и др. TLR усиливают поглощение микроорганизмов фагоцитами и оптимизируют их инактивацию, регулируя выброс перекисных радикалов и оксида азота.
Известно, что TLR, находящиеся на поверхности эндотелиальных клеток, опосредованно обеспечивают миграцию лейкоцитов в очаг воспаления, стимулируя экспрессию молекул адгезии лейкоцитов - Е-селектина и ICAM-1.
Стимуляция TLR прямо ведет к увеличению продукции интерферонов (IFN)-б/в как стромальными, так и гемопоэтическими клетками, что важно для защиты организма от вирусных и некоторых бактериальных инфекций. Более того, недавно было установлено, что TLR, активируя ряд молекул (FADD, каспаза 8, протеинкиназа R (PKR)) или стимулируя экспрессию IFN-б/в, могут индуцировать развитие апоптоза - важного механизма, защищающего клетки от патогенных микроорганизмов.
Показано, что TLR играют центральную роль в регуляции адаптивного иммунного ответа. Так, TLR-зависимая активация профессиональных антигенпредставляющих дендритных клеток является определяющим моментом в нескольких принципиальных для развития адаптивного иммунитета процессах: активации зрелых T-клеток; процессинга и презентации микробных антигенов; повышении экспрессии костимуляторных молекул (СD80, CD86), необходимых для активации наивных CD4+-Tклеток; подавлении регуляторных T-клеток посредством продукции IL-6. Также известно, что TLRзависимая активация важна для пролиферации и созревания В-клеток во время инфекции.
Таким образом, ТLR выполняют в организме важную роль, которая заключается в развитии воспалительных реакций (активации врожденного иммунитета) в ответ на попадание в организм самых различных патогенов (простейших, грибов, бактерий, вирусов). Более того, по современным представлениям распознавание патогенов посредством TLR является ключевым моментом в формировании второй линии защиты - адаптивного иммунитета. Также показано, что TLR принимают участие в нормальном функционировании кишечника, они вовлечены в развитие аутоиммунных заболеваний (системная волчанка), артритов, атеросклероза и др. В последнее время получены данные, которые показывают, что TLR способны активировать противоопухолевый иммунитет или, наоборот, стимулировать опухолевую прогрессию.
3.1 Противоопухолевая активность TLR
Многие агонисты ТLR в настоящее время проходят клинические испытания в качестве противоопухолевых средств. Так, природные (оцРНК) и синтетические (имиквимод) агонисты ТLR7 и 8 показали высокую активность в отношении хронического лимфоцитарного лейкоза и опухолей кожи. Лиганд TLR9 - CpG, способен подавлять рост лимфом, опухолей головного мозга, почек, кожи. А лиганд TLR3 - poly(IC) обладает проапоптотическим действием не только в отношении опухолевых клеток, но и клеток окружения (например, эндотелия).
Показано, что агонисты ТLR4 - ЛПС грамотрицательных бактерий и ОК-432 (препарат из стрептококков группы А), обладают высокой противоопухолевой активностью при внутриопухолевом введении. Однако при системном введении оба препарата (ЛПС и ОК432) не обладали способностью блокировать опухолевый рост. В настоящее время препарат ОК-432 проходит вторую стадию клинических испытаний, в качестве средства против колоректальных опухолей и рака легкого. Также показано, что OM-174, химический агонист TLR2/4, способен подавлять прогрессию меланомы и повышать выживаемость экспериментальных животных при совместном введении с циклофосфамидом. В этих экспериментах обнаружено, что агонисты TLR2/4 индуцируют секрецию TNF-б и экспрессию индуцибельной NO-синтазы. Как известно, NO способен индуцировать апоптоз в опухолевых клетках, устойчивых к химиотерапии, и тем самым повышать продолжительность жизни мышей. Еще один известный противоопухолевый препарат микробного происхождения, активирующий TLR-зависимые реакции (TLR2, 4, 9), - БЦЖ. Этот препарат уже более 30 лет относительно успешно применяется в терапии опухолей мочевого пузыря.
В целом, необходимо отметить, что в настоящее время различные агонисты TLR проходят клинические испытания как средства против опухолей различного происхождения.
Один из основных механизмов противоопухолевой активности TLR состоит в их способности стимулировать развитие опухолеспецифического иммунного ответа. Так, активация TLR:
1) стимулирует (прямо или опосредованно) миграцию в опухоль NK-клеток, цитотоксических Т-клеток и Т-хелперов I-го типа, которые вызывают лизис опухолевых клеток при помощи различных эффекторных механизмов (секреция перфоринов, гранзимов, IFN-г и др.);
2) приводит к секреции IFN I типа (IFN-б, в). Еще один вероятный механизм противоопухолевой активности TLR - возможность TLR-зависимого перехода опухолестимулирующего типа макрофагов (М2) в опухолесупрессирующий тип M1. Макрофаги типа М2 характеризуются экспрессией таких цитокинов, как TGF-в и IL-10, компонентов, необходимых для репарации и ремоделирования тканей. TGF-в стимулирует пролиферацию опухолевых клеток, IL-10 направляет развитие иммунного ответа в сторону Th2, блокируя тем самым развитие клеточного противоопухолевого иммунитета. Макрофаги типа М1, напротив, экспрессируют IL-1, -6, -12, TNF-б, IFN-г и стимулируют развитие противоопухолевого клеточного (Th1) иммунного ответа.
3.2 Опухолестимулирующая активность TLR
Как известно, хронические инфекции и воспаление являются важнейшими факторами, стимулирующими развитие злокачественных новообразований. В частности, рак желудка может быть связан с хроническим воспалением, вызванным таким патогеном, как Helicobacter pylori, а хроническое воспаление пищеварительного тракта часто ассоциировано с развитием рака толстой кишки. Более того, показано, что применение нестероидных противовоспалительных препаратов может снижать риск развития некоторых типов злокачественных новообразований.
ТLR служат ключевым звеном системы врожденного иммунитета человека и животных, они участвуют в развитии воспалительных реакций при контакте клеток с различными патогенами. В настоящее время активно изучается роль ТLR в развитии и прогрессии опухолей различного происхождения. ТLR могут быть вовлечены в процесс развития и стимуляции опухолеобразования посредством нескольких механизмов.
Один из важнейших факторов, обусловливающих взаимосвязь хронического воспаления и опухолеобразования - NF-kB. Этот фактор конститутивно активирован более чем в 90% опухолей человека, включая острый и хронический миелоидный лейкоз, рак предстательной железы, множественную миелому, злокачественную гепатому (рак печени) и т.д.
В связи с этим агенты, способные активировать NF-kB, могут непосредственно участвовать в процессе развития и прогрессии опухоли. Как известно, взаимодействие патогенов с ТLR на поверхности клетки приводит к активации NF-kB и экспрессии NF-kB-зависимых генов, что и обусловливает участие TLR в стимуляции канцерогенеза. Активация NF-kB приводит к повышению продукции цитокинов IL-1, IL-2, IL-6, IL-10, TNF-б; миграции клеток иммунной системы к месту воспаления в результате повышения продукции хемокинов; «поддержанию» хронического воспаления; повышению продукции антиапоптотических факторов и т.д. Указанные свойства могут обеспечивать выживаемость и прогрессию опухоли за счет подавления апоптоза и цитотоксичности, а также индукции ангиогенеза.
В настоящее время известно, что уровень ТLR повышен в клетках различных опухолей, и у мышей с нокаутом генов ТLR снижена частота образования индуцируемых опухолей. Более того, повышение экспрессии ТLR на поверхности клеток опухоли предстательной железы или опухоли головы и шеи может стимулировать их пролиферацию.
Huang и соавт. показали, что Listeria monocytogenes обладает прямым опухолестимулирующим действием, связанным с ее способностью активировать TLR2-зависимые сигнальные пути в клетках рака яичника. Более того, TLR2-зависимая активация NF-kB, вызванная L. monocytogenes, приводила к повышению устойчивости опухолевых клеток к действию химиотерапевтических препаратов.
Взаимосвязь TLR2 с опухолевой прогрессией подтверждена в еще одном независимом исследовании, в котором Karin и соавт. доказали ключевую роль этого рецептора в метастазировании рака легкого. Оказалось, что у мышей с нокаутом гена TLR2 метастазирование и прогрессия опухолей происходит значительно медленнее, чем у мышей дикого типа. Ключевую роль в прогрессии рака легкого играли миелоидные клетки, экспрессирующие TNF-б в ответ на их стимуляцию версиканом (протеогликаном внеклеточного матрикса, лиганда TLR2, уровень которого повышен в опухолевых клетках многих типов). В наших исследованиях также изучали роль TLR2 в опухолевой прогрессии. В частности, оказалось, что микоплазменная инфекция (Mycoplasma arginini) или добавление структурных компонентов (ЛАМБ) этого возбудителя к клеткам, экспрессирующим TLR2, приводит к подавлению в них апоптоза, а также к усилению опухолевого роста в условиях in vivo. Таким образом показано, что TLR могут оказывать опосредованный опухолестимулирующий эффект через клетки миелоидного ряда.
Сходные данные получены и для другого представителя семейства TLR - TLR4. Системное (внутривенное) введение лиганда этого рецептора - ЛПС, стимулировало миграцию опухолевых клеток (аденокарцинома молочной железы) и повышало их инвазивность, а также стимулировало ангиогенез в опухолях. Аналогичные результаты получены на другой модели - аденокарциноме кишечника: ЛПС увеличивал выживаемость клеток опухоли, стимулировал их пролиферацию, а при интраперитонеальном введении усиливал метастазирование. Более того, Huang и соавт. показали, что опухолевые клетки, экспрессирующие TLR4, вызывают значительно более агрессивное течение заболевания (сокращение времени жизни животных) по сравнению с мышами изогенной линии, у которых TLR4 инактивирован специфической миРНК. Полученные данные позволили предположить, что на прогрессию TLR4-позитивных опухолей могут влиять эндогенные лиганды (белки теплового шока; в-дефензины; эндогенный ЛПС, забрасываемый из кишечника), что отчасти напоминает ситуацию с опухолестимулирующим действием TLR2 и его лигандом эндогенного происхождения - версиканом.
Однако данные, иллюстрирующие опухолестимулирующее действие TLR, получены не только для TLR2 и 4. Известно, что повышенная экспрессия TLR5 и TLR9 на клетках эпителия шейки матки может быть ассоциирована с прогрессией рака шейки матки. Высокий уровень экспрессии TLR9 обнаружен в клинических образцах рака легкого и в линиях опухолевых клеток. В этих клетках стимуляция TLR9 специфическими агонистами приводила к повышению продукции опухоль-ассоциированных цитокинов. На поверхности клеток опухоли предстательной железы человека также повышен уровень TLR9. Обработка таких клеток CpG-олигодезоксинуклеотидами (ODN-CpG) или бактериальной ДНК, служащих лигандами для TLR9, способствовала повышению инвазии опухолевых клеток. Повышение инвазии опухолевых клеток в результате активации TLR9 можно рассматривать как новый механизм, посредством которого хронические инфекции могут стимулировать рост клеток опухоли предстательной железы.
Однако способностью стимулировать канцерогенез через взаимодействие с TLR обладают не только различные инфекционные агенты и их структурные компоненты. Как известно, лигандами для ТLR cлужат также DAMP - ядерные и цитоплазматические белки клеток, подвергшихся некрозу. Высвобождаемые из поврежденных клеток DAMP могут распознаваться различными TLR на поверхности иммунных клеток, а последующая активация TLRзависимых сигналов способна приводить к подавлению противоопухолевого иммунного ответа и, как следствие, к стимуляции прогрессии опухоли.
К таким молекулам, обладающим потенциальным опухолестимулирующим действием, относятся: белки теплового шока (HSP60, 70), АТР и мочевая кислота, семейство Ca2+-модулирующих белков (S100), белок HMGB1 и нуклеиновые кислоты, из которых наиболее хорошо изучен ДНК-связывающий белок HMGB1. Высвобождаемый в результате повреждения клеток белок HMGB1 активирует иммунную систему через взаимодействие с TLR. На культурах клеток показано, что белок HMGB1 стимулирует рост клеток меланомы, рака молочной железы, толстой кишки, поджелудочной и предстательной железы. HMGB1 способен активировать TLR2 и TLR4 на опухолевых клетках и клетках иммунной системы и, как следствие, индуцировать опухолевую прогрессию и метастазирование.
Показано, что в клетках меланомы повышена экспрессия таких DAMP, как белки семейства S100, способные стимулировать рост и самих клеток меланомы, и лимфоцитов периферической крови, действуя как аутокринный фактор роста опухоли. Белок S100A4, служащий лигандом для TLR, стимулирует метастазирование клеток рака молочной железы, а его повышенная экспрессия является показателем плохого прогноза. Несмотря на взаимосвязь S100A4 с метастазированием, этот белок может экспрессироваться макрофагами, лимфоцитами и фибробластами. Недавние исследования показали, что белки S100A8 и S100A9, продуцируемые первичной опухолью, способны активировать сывороточный амилоид А (SAA) 3 в легочных тканях и создавать тем самым условия для образования метастатической ниши. SAA3 служит лигандом для TLR4 на эндотелиальных клетках легкого и макрофагах. Активация TLR4 облегчает миграцию опухолевых клеток из первичного очага в ткань легкого за счет формирования микроокружения, способствующего росту опухоли. Таким образом, подавление сигнального пути S100-TLR4 может эффективно противодействовать образованию метастазов в легком.
Суммируя описанные эффекты, можно сделать вывод о способности TLR, с одной стороны, прямо или опосредованно участвовать в опухолевой прогрессии, а с другой - повышать устойчивость опухолевых клеток к проапоптотическим воздействиям.
Представленные данные показывают, что опухолестимулирующие эффекты TLR и их лигандов имеют сложный механизм, который необходимо изучать более детально. Однако, несмотря на сложность данного вопроса, можно выделить несколько ключевых моментов, определяющих опухолестимулирующее действие TLR:
1) взаимодействие TLR c собственными лигандами индуцирует активацию транскрипционного фактора NF-kB и, как следствие, повышение продукции различных провоспалительных цитокинов (IL-6, MCP-1, MIF, GROб и др.), а также ряда антиапоптотических белков, тем самым способствуя прямому или опосредованному опухолестимулирующему действию;
2) TLR-зависимая активация миелоидных клеток и их предшественников, по-видимому, является определяющим фактором в формировании метастазов. В серии независимых работ показано, что миелоидные клетки, мигрирующие из костного мозга (в ответ на эндогенную стимуляцию) в ткани, играют ключевую роль в формировании метастатических ниш. Поскольку известно, что эндогенные (версикан, фибронектин и др.) и экзогенные (микробного происхождения) лиганды TLR способны, с одной стороны, стимулировать миелоидные клетки и их предшественники, а с другой - увеличивать метастатический потенциал опухоли, то можно с высокой вероятностью предположить существование взаимосвязи между TLR-зависимой активацией миелоидных клеток и их последующим участием в метастазировании;
3) активация TLR может стимулировать ангиогенез через такие антигенные факторы, как IL-8, фактор роста сосудистого эндотелия (VEGF) и матриксные металлопротеиназы (MMP), а также усиливать адгезивные и инвазивные свойства опухолевых клеток наряду с увеличением проницаемости сосудов.
Размещено на Аllbest.ru
...Подобные документы
Открытие связи между иммунной и нервной системами организма. Глутаматные рецепторы в нервной системе и их назначение. Молекулярные реакции активируемого нейрона. Причины и последствия нейротоксичности NMDA-рецепторов. Отграничение живых нейронов.
реферат , добавлен 26.05.2010
Цитокины и их клеточные рецепторы. Фагоцитоз как важный компонент антимикробной защиты. Выбор эффекторных механизмов клеточного иммунитета. Сетевые взаимодействия цитокинов. Реакции, направленные на устранение инфицированных вирусами клеток организма.
реферат , добавлен 28.09.2009
Характеристика дофамина, его свойств и функций в организме человека; обеспечение когнитивной деятельности. Классификация дофаминовых рецепторов: виды, локализация. Описание механизмов действия и побочных эффектов различных дофаминергических средств.
презентация , добавлен 15.06.2015
Роль тучных клеток в регуляции гомеостаза организма. Локализация тучных клеток, их медиаторы. Секреция медиаторов и их функции. Основные типы тучных клеток. Рецепторы и лиганды, эффекты медиаторов. Участие тучных клеток в патологических процессах.
презентация , добавлен 16.01.2014
Морфологические проявления развития воспалительной реакции организма на туберкулезную инфекцию. Исследование ферментативных реакций, от активности которых зависит функциональное состояние всех органов и организма в целом. Роль клеток соединительной ткани.
реферат , добавлен 15.09.2010
Дженнер как основоположник учения об иммунитете. Неспецифические клеточные и гуморальные защитные механизмы. Специфические иммунные системы. Органы иммунитета: вилочковая железа (тимус), костный мозг, лимфатические узлы, лимфоидная ткань селезенки.
реферат , добавлен 04.02.2010
Вещества, способные вызвать состояние аллергии. Иммунные реакции организма. Формирование антигенспецифических клонов. Реакции гиперчувствительности замедленного типа. Стадия патофизиологических изменений. Основные методы лечения аллергических болезней.
реферат , добавлен 07.10.2013
Оценка эффективности и безопасности лечения артериальной гипертензии у пациентов ингибиторами АПФ, блокаторами рецепторов к ангиотензину, диуретиками. Ознакомление с результатами терапии лизиноприлом, лозартаном, верапамилом, бетаксололом, гипотиазидом.
реферат , добавлен 24.07.2014
Определение понятия "эндометриоз". Участие в механизме заболевания клеточных ферментов, рецепторов к гормонам, а также генных мутаций. Этиология, патогенез, классификация и клиническая картина генитального эндометриоза. Диагностика и лечение заболевания.
презентация , добавлен 23.09.2014
Биоэлектрические явления в нервных клетках. Характеристика рецепторов, их виды и специфичность, понятия "нейромедиатор", "мессенджер", структура и механизм их действия. Влияние фармакологических агентов при лечении заболеваний центральной нервной системы.
