МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦИТОКИНОВ
С.В. Сенников, А.Н. Силков
Обзор посвящен основным методам исследования цитокинов, используемым в настоящее время. Кратко охарактеризованы возможности и назначение методов. Приведены достоинства и недостатки различных методик подходов к анализу экспрессии генов цитокинов на уровне нуклеиновых кислот и на уровне продукции белка. (Цитокины и воспаление. 2005. Т. 4, № 1. С. 22-27.)
Ключевые слова: обзор, цитокины, методы определения.
Введение
Цитокины - это регуляторные белки, которые образуют универсальную сеть медиаторов, характерную как для иммунной системы, так и для клеток других органов и тканей. Под контролем этого класса регуляторных белков протекают все клеточные события: пролиферация, дифференцировка, апоптоз, специализированная функциональная активность клеток. Эффекты каждого цитокина на клетки характеризуются плейотропностью, спектр эффектов разных медиаторов перекрывается и, в основном, конечное функциональное состояние клетки зависит от влияния нескольких цитокинов, действующих синергично. Таким образом, система цитокинов представляет собой универсальную, полиморфную регуляторную сеть медиаторов, предназначенных для контроля процессов пролиферации, дифференцировки, апоптоза и функциональной активности клеточных элементов в кроветворной, иммунной и других гомеостатических системах организма.
С момента описания первых цитокинов прошло немного времени. Однако их исследование привело к выделению обширного раздела знаний - цитокинологии, являющейся неотъемлемой частью различных областей знания и, в первую очередь, иммунологии, давшей мощнейший толчок к изучению этих медиаторов. Цитокинология пронизывает все клинические дисциплины, начиная от этиологии и патогенеза заболеваний и заканчивая профилактикой и лечением различных патологических состояний. Следовательно, научным исследователям и клиницистам необходимо ориентироваться в разнообразии регуляторных молекул и иметь ясное представление о роли каждого из цитокинов в изучаемых процессах.
Методы определения цитокинов за 20 лет их интенсивного изучения прошли очень быструю эволюцию и сегодня представляют целую область научного знания. Перед исследователями в цитокинологии в начале работы стоит вопрос о выборе метода. И здесь исследователь должен точно знать, какую информацию ему нужно получить для достижения поставленной цели. В настоящее время разработаны сотни различных методов оценки системы цитокинов, которые дают разноплановую информацию об этой системе. Оценивать цитокины в различных биологических средах можно по специфической биологической активности. Можно определять их количественно с помощью целого ряда методов иммуноанализа, использующих поли- и моноклональные антитела. Кроме изучения секреторных форм цитокинов можно изучать их внутриклеточное содержание и продукцию в тканях методами проточной цитофлюориметрии, вестерн-блотинга и иммуногистохимии in situ. Очень важную информацию можно получать, изучая экспрессию мРНК цитокинов, стабильность мРНК, наличие изоформ мРНК цитокинов, естественных антисмысловых нуклеотидных последовательностей. Изучение аллельных вариантов генов цитокинов может дать важную информацию о генетически запрограммированной высокой или низкой продукции того или иного медиатора. У каждого метода есть свои недостатки и свои достоинства, своя разрешающая способность и точность определения. Незнание и непонимание исследователем этих нюансов может привести его к ложным выводам.
Определение биологической активности цитокинов
История обнаружения и первых шагов в изучении цитокинов была тесно связана с культивированием иммунокомпетентных клеток и клеточных линий. Тогда были показаны регуляторные эффекты (биологическая активность) ряда растворимых факторов белковой природы на пролиферативную активность лимфоцитов, на синтез иммуноглобулинов, на развитие иммунных реакций в моделях in vitro. Одна из первых методик определения биологической активности медиаторов - определение фактора миграции человеческих лимфоцитов и фактора ее ингибиции . По мере изучения биологических эффектов цитокинов появлялись и различные методы оценки их биологической активности. Так, IL-1 определяли по оценке пролиферации мышиных тимоцитов in vitro, IL-2 - по способности стимулировать пролиферативную активность лимфобластов, IL-3 - по росту гемопоэтических колоний in vitro, IL-4 - по комитогенному эффекту, по усилению экспрессии Ia-белков, по индукции образования IgG1 и IgE и т.д. . Список этих методов можно продолжать, он постоянно пополняется по мере обнаружения новых биологических активностей растворимых факторов. Главный их недостаток - нестандартность методик, невозможность их унификации. Дальнейшее развитие приемов определения биологической активности цитокинов привело к созданию большого числа клеточных линий, чувствительных к тому или иному цитокину, или мультичувствительных линий. Сейчас большинство этих цитокинчувствительных клеток можно обнаружить в списках коммерчески распространяемых клеточных линий. Например, для тестирования IL-1a и b используют клеточную линию D10S , для IL-2 и IL-15 - клеточную линию CTLL-2 , для IL-3, IL-4, IL-5, IL-9, IL-13, GM-CSF - клеточную линию TF-1 , для IL-6 - клеточную линию B9 , для IL-7 - клеточную линию 2Е8 , для TNFa и TNFb - клеточную линию L929 , для IFNg - клеточную линию WiDr , для IL-18 - клеточную линию KG-1 .
Однако, подобный подход в изучении иммуноактивных белков, наряду с хорошо известными преимуществами, такими как измерение реальной биологической активности зрелых и активных белков, высокой воспроизводимостью при стандартизированных условиях, имеет и свои недостатки. К ним можно отнести, в первую очередь, чувствительность клеточных линий не к одному цитокину, а к нескольким родственным цитокинам, биологические эффекты которых перекрываются. Кроме того, нельзя исключить возможность индукции продукции других цитокинов клетками-мишенями, которые могут искажать тестируемый параметр (как правило, это пролиферация, цитотоксичность, хемотаксис). Мы знаем еще не все цитокины и не все их эффекты, поэтому оцениваем не сам цитокин, а суммарную специфическую биологическую активность. Таким образом, оценка биологической активности как суммарной активности разных медиаторов (недостаточная специфичность), является одним из недостатков этого метода. Кроме того, используя цитокинчувствительные линии, невозможно выявить неактивированные молекулы и связанные белки. Значит, подобные методики не отражают реальной продукции для ряда цитокинов. Еще один немаловажный недостаток использования клеточных линий - необходимость лаборатории для культуры клеток. Кроме того, все процедуры по наращиванию клеток, инкубированию их с исследуемыми белками и средами требуют больших временных затрат. Также нужно отметить, что клеточные линии при длительном их применении требуют обновления или повторной сертификации, так как в результате культивирования они могут мутировать и модифицироваться, что может приводить к изменению их чувствительности к медиаторам и снижению точности определения биологической активности. Тем не менее, этот метод идеален для тестирования специфической биологической активности рекомбинантных медиаторов.
Количественное определение цитокинов с помощью антител
Продуцируемые иммунокомпетентными и другими типами клеток цитокины выделяются в межклеточное пространство для осуществления паракринных и аутокринных сигнальных взаимодействий. По концентрации этих белков в сыворотке крови или в кондиционной среде можно судить о характере патологического процесса и об избытке или недостатке определенных функций клеток у больного.
Методы определения цитокинов с помощью специфических антител являются сегодня самыми распространенными системами детекции этих белков. Данные методы прошли через целую серию модификаций с использованием разных меток (радиоизотопных, флюоресцентных, электрохемилюминесцентных, ферментных и т.д.). Если радиоизотопные методы имеют ряд недостатков, связанных с использованием радиоактивной метки и ограниченной по времени возможностью использования меченых реагентов (период полураспада), то иммуноферментные методы нашли самое широкое распространение. Они основаны на визуализации нерастворимых продуктов ферментативной реакции, поглощающих свет с известной длиной волны, в количествах, эквивалентных концентрации определяемого вещества. Для связывания измеряемых веществ используются антитела, нанесенные на твердую полимерную основу, а для визуализации - антитела, конъюгированные с ферментами, как правило, щелочной фосфатазой или пероксидазой хрена .
Достоинства метода очевидны: это высокая точность определения при стандартизованных условиях хранения реактивов и выполнения процедур, количественный анализ, воспроизводимость. К недостаткам можно отнести ограниченный диапазон определяемых концентраций, в результате чего все концентрации, превышающие определенный порог, считаются равными ему. Необходимо отметить, что затраты времени на выполнение метода варьируют в зависимости от рекомендаций производителя. Однако в любом случае речь идет о нескольких часах, необходимых для инкубаций и отмывок реагентов. Кроме того, определяются латентные и связанные формы цитокинов, которые по своей концентрации могут значительно превышать свободные формы, в основном, ответственные за биологическую активность медиатора. Поэтому данный метод желательно использовать вместе с методами оценки биологической активности медиатора.
Другая модификация метода иммуноанализа, которая нашла широкое применение - электрохемилюминесцентный метод (ЭХЛ) определения белков антителами, меченными рутением и биотином. Этот метод имеет следующие преимущества по сравнению с радиоизотопными и иммуноферментными: простота выполнения, небольшое время выполнения методики, отсутствие процедур отмывок, малый объем пробы, большой диапазон определяемых концентраций цитокинов в сыворотке и в кондиционной среде, высокая чувствительность метода и его воспроизводимость . Рассматриваемый метод приемлем для использования как в научных исследованиях, так и в клинических.
Следующий метод оценки цитокинов в биологических средах разработан на основе технологии проточной флюориметрии. Он позволяет одновременно оценивать в образце до сотни белков. В настоящее время созданы коммерческие наборы для определения до 17 цитокинов . Тем не менее, преимущества этого метода определяют и его недостатки. Во-первых, это трудоемкость подбора оптимальных условий для определения нескольких белков, во-вторых, продукция цитокинов носит каскадный характер с пиками продукции в разное время. Поэтому определение большого количества белков одномоментно не всегда информативно.
Общим требованием методов иммуноанализа, использующих т.н. "сэндвич", является тщательный подбор пары антител, позволяющий определять либо свободную, либо связанную форму анализируемого белка, что накладывает на этот метод ограничения, и что всегда нужно учитывать при интерпретации полученных данных. Этими методами определяется суммарная продукция цитокинов разными клетками, в то же время об антигенспецифической продукции цитокинов иммунокомпетентными клетками судить можно только предположительно.
В настоящее время разработана система ELISpot (Enzyme-Liked ImmunoSpot), которая в значительной степени устраняет эти недостатки. Метод позволяет полуколичественно оценивать продукцию цитокинов на уровне отдельных клеток . Высокая разрешающая способность этого метода позволяет оценивать антиген-стимулированную продукцию цитокинов, что очень важно для оценки специфического иммунного ответа.
Следующий, широко используемый в научных целях, метод - это внутриклеточное определение цитокинов методом проточной цитофлюориметрии . Преимущества его очевидны. Мы можем фенотипически охарактеризовать популяцию клеток-продуцентов цитокина и/или определить спектр продуцируемых цитокинов отдельными клетками, при этом имеется возможность относительной количественной характеристики этой продукции. Вместе с тем, описываемый метод достаточно сложен и требует дорогостоящего оборудования.
Следующая серия методов, которая используется в основном в научных целях - это иммуногистохимические методы с использованием меченых моноклональных антител. Преимущества очевидны - определение продукции цитокинов непосредственно в тканях (in situ), где происходят различные иммунологические реакции. Однако рассматриваемые методы очень трудоемки и не дают точных количественных данных.
Челябинский Государственный Университет
На тему: « Цитокины»
Выполнила: Устюжанина Д.В.
Группа ББ 202-1
Челябинск
Общая характеристика цитокинов
Механизм действия цитокинов
Механизм нарушения
Интерлейкины
Интерфероны
TNF: Фактор некроза опухолей
Колониестимулирующие факторы
1.Цитокины
Цитокинами - специфические белки, с помощью которых разнообразные клетки иммунной системы могут обмениваться друг с другом информацией и осуществлять координацию действий. Набор и количества цитокинов, действующих на рецепторы клеточной поверхности, - "цитокиновая среда" - представляют собой матрицу взаимодействующих и часто меняющихся сигналов. Эти сигналы носят сложный характер из-за большого разнообразия цитокиновых рецепторов и из-за того, что каждый из цитокинов может активировать или подавлять несколько процессов, включая свой собственный синтез и синтез других цитокинов, а также образование и появление на поверхности клеток цитокиновых рецепторов. Для различных тканей характерна своя здоровая "цитокиновая среда". Обнаружено более сотни разнообразных цитокинов.
Цитокины от гормонов отличаются тем, что они продуцируются не железами внутренней секреции, а различными типами клеток; роме того они контролируют гораздо более широкий спектр клеток-мишеней по сравнению с гормонами.
Цитокины включают в себя некоторые факторы роста, такие как интерфероны , фактор некроза опухоли (TNF ) , ряд интерлейкинов , колонии стимулирующий фактор (CSF ) и многие другие.
К цитокинам относят интерфероны, колониестимулирующие факторы (КСФ), хемокины, трансформирующие ростовые факторы; фактор некроза опухолей; интерлейкины со сложившимися исторически порядковыми номерами и некоторые другие эндогенные медиаторы. Интерлейкины, имеющие порядковые номера, начиная с 1, не относятся к одной подгруппе цитокинов, связанных общностью функций. Они в свою очередь могут быть разделены на провоспалительные цитокины, ростовые и дифференцировочные факторы лимфоцитов, отдельные регуляторные цитокины.
Классификация по строению:
Функциональная классификация:
Классификация рецепторов цитокинов
Структурно-функциональная классификация цитокинов
|
Семейства цитокинов |
Подгруппы и лиганды |
Основные биологические функции |
|
|
Интерфероны I типа |
ИФН , , , , , , ИЛ-28, ИЛ-29 (ИФН ) |
Противовирусная активность, антипролиферативное, иммуномодулирующее действие |
|
|
Факторы роста гемопоэтических клеток |
Фактор стволовых клеток (kit - ligand , steel factor ), Flt -3 ligand , Г-КСФ, М-КСФ, ИЛ-7, ИЛ-11 |
Стимуляция пролиферации и дифференцировки различных типов клеток предшественников в костном мозге, активация кроветворения |
|
|
Лиганды gp 140: ИЛ-3, ИЛ-5, ГМ-КСФ |
|||
|
Эритропоэтин, Тромбопоэтин |
|||
|
Суперсемейство интерлейкина-1 и ФРФ |
Семейство ФРФ: Кислый ФРФ, основной ФРФ, ФРФ3 – ФРФ23 |
Активация пролиферации фибробластов и эпителиальных клеток |
|
|
Семейство ИЛ-1 (F 1-11): ИЛ-1α, ИЛ-1β, Рецепторный антагонист ИЛ-1, ИЛ-18, ИЛ-33 и др. |
Провоспалительное действие, активация специфического иммунитета |
||
|
Семейство фактора некроза опухолей |
ФНО, лимфотоксины α и β, Fas -лиганд и др. |
Провоспалительное действие, регуляция апоптоза и межклеточного взаимодействия иммунокомпетентных клеток |
|
|
Семейство интерлейкина-6 |
Лиганды gp 130: ИЛ-6, ИЛ-11, ИЛ-31, Онкостатин-М, Кардиотропин-1, Leukemia inhibitory factor , Ciliaryneurotrophic factor |
Провоспалительное и иммунорегуляторное действие |
|
|
Хемокины |
СС, СХС (ИЛ-8), СХ3С, С |
Регуляция хемотаксиса различных типов лейкоцитов |
|
|
Семейство интерлейкина-10 |
ИЛ- 10,19,20,22,24,26 |
Иммуносупрессивное действие |
|
|
C емейство интерлейкина-12 |
ИЛ- 12,23,27 |
Регуляция дифференцировки Т-лимфоцитов хелперов |
|
|
Цитокины Т-хелперных клонов и регулирующие функции лимфоцитов |
Т-хелперы 1 типа: ИЛ-2, ИЛ-15, ИЛ-21, ИФН |
Активация клеточного иммунитета |
|
|
Т-хелперы 2 типа: ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-10, ИЛ-13 |
Активация гуморального иммунитета, иммуномодулирующее действие |
||
|
Лиганды γ-цепи рецептора ИЛ-2: ИЛ-4 ИЛ-13 ИЛ-7 ТСЛП |
Стимуляция дифференцировки, пролиферации и функциональных свойств различных типов лимфоцитов, ДК, НК клеток, макрофагов и др. |
||
|
Семейство интерлейкина 17 |
ИЛ- 17 A , B , C , D , E , F |
Активация синтеза провоспалительных цитокинов |
|
|
Суперсемейство фактора роста нервов, тромбоцитарного ростового фактора и трансформирующих ростовых факторов |
Семейство фактора роста нервов: ФРН, мозговой нейротрофический фактор |
Регуляция воспаления, ангиогенеза, функционирования нейронов, эмбрионального развития и регенерации тканей |
|
|
Факторы роста из тромбоцитов (PDGF ), ангиогенные ростовые факторы (VEGF ) |
|||
|
Семейство ТРФ: ТРФ , активины, ингибины, Nodal , Bone morphogenic proteins , Mullerian inhibitory substance |
|||
|
Семейство эпидермального ростового фактора |
ЭРФ, ТРФα и др. | ||
|
Семейство инсулиноподобных ростовых факторов |
ИРФ- I , ИРФ -II |
Стимуляция пролиферации различных типов клеток |
Общие свойства цитокинов:
1. Цитокины являются полипептидами или белками, часто гликозилированными, большинство из них имеют ММ от 5 до 50 кДа. Биологически активные молекулы цитокинов могут состоять из одной, двух, трех и более одинаковых или разных субъединиц. 2. Цитокины не имеют антигенной специфичности биологического действия. Они влияют на функциональную активность клеток, принимающих участие в реакциях врожденного и приобретенного иммунитета. Тем не менее, воздействуя на Т- и В-лимфоциты, цитокины способны стимулировать индуцированные антигенами процессы в иммунной системе. 3. Для генов цитокинов существуют три варианта экспрессии: а) стадиоспецифическая экспрессия на определенных стадиях эмбрионального развития, б) конститутивная экспрессия для регуляции ряда нормальных физиологических функций, в) индуцибельный тип экспрессии, характерный для большинства цитокинов. Действительно, большинство цитокинов вне воспалительной реакции и иммунного ответа не синтезируются клетками. Экспрессия генов цитокинов начинается в ответ на проникновение в организм патогенов, антигенное раздражение или повреждение тканей. Одними из наиболее сильных индукторов синтеза провоспалительных цитокинов служат патоген-ассоциированные молекулярные структуры. Для запуска синтеза Т-клеточных цитокинов требуется активация клеток специфическим антигеном с участием Т-клеточного антигенного рецептора. 4. Цитокины синтезируются в ответ на стимуляцию короткий промежуток времени. Синтез прекращается за счет разнообразных механизмов ауторегуляции, включая повышенную нестабильность РНК, и за счет существования отрицательных обратных связей, опосредуемых простагландинами, кортикостероидными гормонами и другими факторами. 5. Один и тот же цитокин может продуцироваться различными по гистогенетическому происхождению типами клеток организма в разных органах. 6. Цитокины могут быть ассоциированными с мембранами синтезирующих их клеток, обладая в виде мембранной формы полным спектром биологической активности и проявляя свое биологическое действие при межклеточном контакте. 7. Биологические эффекты цитокинов опосредуются через специфические клеточные рецепторные комплексы, связывающие цитокины с очень высокой аффинностью, причем, отдельные цитокины могут использовать общие субъединицы рецепторов. Рецепторы цитокинов могут существовать в растворимой форме, сохраняя способность связывать лиганды. 8. Цитокины обладают плейотропностью биологического действия. Один и тот же цитокин может действовать на многие типы клеток, вызывая различные эффекты в зависимости от вида клеток-мишеней. Плейотропность действия цитокинов обеспечивается экспрессией рецепторов цитокинов на разных по происхождению и функциям типах клеток и проведением сигнала с использованием нескольких разных внутриклеточных мессенджеров и транскрипционных факторов. 9. Для цитокинов характерна взаимозаменяемость биологического действия. Несколько разных цитокинов могут вызывать один и тот же биологический эффект либо обладать похожей активностью. Цитокины индуцируют либо подавляют синтез самих себя, других цитокинов и их рецепторов. 10. В ответ на активационный сигнал происходит синтез клетками одновременно нескольких цитокинов, участвующих в формировании цитокиновой сети. Биологические эффекты в тканях и на уровне организма зависят от присутствия и концентрации других цитокинов с синергичным, аддитивным или противоположным действием. 11. Цитокины могут влиять на пролиферацию, дифференцировку и функциональную активность клеток-мишеней. 12. Цитокины действуют на клетки различными путями: аутокринно – на клетку, синтезирующую и секретирующую данный цитокин; паракринно – на клетки, расположенные вблизи клетки-продуцента, например, в очаге воспаления или в лимфоидном органе; эндокринно – дистантно на клетки любых органов и тканей после попадания в циркуляцию. В последнем случае действие цитокинов напоминает действие гормонов.
Один и тот же цитокин может продуцироваться различными по гистогенетическому происхождению типами клеток организма в разных органах и действовать на многие типы клеток, вызывая различные эффекты в зависимости от вида клеток-мишеней.
Три варианта проявления биологического действия цитокинов.
По-видимому формирование системы цитокиновой регуляции эволюционно проходило вместе с развитием многоклеточных организмов и было обусловлено необходимостью образования посредников межклеточного взаимодействия, к которым могут быть причислены гормоны, нейропептиды, молекулы адгезии и некоторые другие. Цитокины в этом плане являются наиболее универсальной системой регуляции, так как способны проявлять биологическую активность как дистантно после секреции клеткой-продуцентом (местно и системно), так и при межклеточном контакте, будучи биологически активными в виде мембранной формы. Этим система цитокинов отличается от молекул адгезии, выполняющих более узкие функции только при непосредственном контакте клеток. В то же время система цитокинов отличается от гормонов, которые в основном синтезируются специализированными органами и оказывают действие после попадания в систему циркуляции. Роль цитокинов в регуляции физиологических функций организма может быть разделена на 4 основных составляющих: 1. Регуляция эмбриогенеза, закладки и развития органов, в т.ч. органов иммунной системы. 2. Регуляция отдельных нормальных физиологических функций. 3. Регуляция защитных реакций организма на местном и системном уровне. 4. Регуляция процессов регенерации тканей.
Введение
Общие сведения
Классификация цитокинов
Рецепторы цитокинов
Цитокины и регуляция иммунного ответа
Заключение
Литература
Введение
Цитокины – одна из важнейших частей иммунной системы. Иммунной системе необходима система оповещения от клеток организма, как крик о помощи. Это, пожалуй, лучшее определение цитокинов. Когда клетка повреждена или поражена патогенным организмом, макрофаги и поврежденные клетки выделяют цитокины. Сюда входят такие факторы, как интерлейкин, интерферон и фактор некроза опухоли-альфа. Последний также доказывает, что разрушение опухолевой ткани контролируется иммунной системой. Когда цитокины выделяются, они призывают особые иммунные клетки, например, лейкоциты и Т- и В-клетки.
Цитокины также дают сигнал о какой-то конкретной цели, которую данные клетки должны выполнить. Цитокины и антитела абсолютно различны, так как антитела – это то, что связано с антигенами, они позволяют иммунной системе идентифицировать вторжение инородных организмов. Таким образом, можно провести аналогию: цитокины являются главным сигналом тревоги для захватчиков, а антитела – разведчиками. Процесс анализа цитокинов называется определением цитокинов.
Общие сведения
Цитокины (cytokines) [греч. kytos - сосуд, здесь - клетка и kineo - двигаю, побуждаю] - большая и разнообразная группа небольших по размерам (молекулярная масса от 8 до 80 кДа) медиаторов белковой природы - молекул-посредников («белков связи»), участвующих в межклеточной передаче сигналов преимущественно в иммунной системе.
К цитокинам относят фактор некроза опухоли, интерфероны, ряд интерлейкинов и др. Цитокины, которые синтезируются лимфоцитами и являются регуляторами пролиферации и дифференцировки, в частности гематопоэтических клеток и клеток иммунной системы, называют лимфокинами.
Все клетки иммунной системы имеют определенные функции и работают в четко согласованном взаимодействии, которое обеспечивается специальными биологически активными веществами - цитокинами - регуляторами иммунных реакций. Цитокины - это специфические белки, с помощью которых разнообразные клетки иммунной системы могут обмениваться друг с другом информацией и осуществлять координацию действий.
Набор и количества цитокинов, действующих на рецепторы клеточной поверхности, - "цитокиновая среда" - представляют собой матрицу взаимодействующих и часто меняющихся сигналов. Эти сигналы носят сложный характер из-за большого разнообразия цитокиновых рецепторов и из-за того, что каждый из цитокинов может активировать или подавлять несколько процессов, включая свой собственный синтез и синтез других цитокинов, а также образование и появление на поверхности клеток цитокиновых рецепторов.
Межклеточная сигнализация в иммунной системе осуществляется путем непосредственного контактного взаимодействия клеток или с помощью медиаторов межклеточных взаимодействий. При изучении дифференцировки иммунокомпетентных и гемопоэтических клеток, а также механизмов межклеточного взаимодействия, формирующих иммунный ответ, и была открыта большая и разнообразная группа растворимых медиаторов белковой природы - молекул-посредников ("белков связи"), участвующих в межклеточной передаче сигналов - цитокинов.
Гормоны обычно исключают из этой категории на основании эндокринного (а не паракринного или аутокринного) характера их действия. (см. Цитокины: механизмы проведения гормонального сигнала). Вместе с гормонами и нейромедиаторами они составляют основу языка химической сигнализации, путем которой в многоклеточном организме регулируется морфогенез и регенерация тканей.
В положительной и отрицательной регуляции иммунного ответа им принадлежит центральная роль. К настоящему времени у человека обнаружено и изучено в той или иной степени, как уже упоминалось выше, более ста цитокинов, и постоянно появляются сообщения об открытии новых. Для некоторых получены генно-инженерные аналоги. Цитокины действуют через активацию рецепторов цитокинов.
К цитокинам относятся разнообразные белки с молекулярной массой 15-40 кДа, которые синтезируются различными клетками в организме. Цитокины – это молекулы, обеспечивающие взаимодействие клеток иммунной системы, эндотелия сосудов, нервной системы, печени. В настоящее время известно более 200 цитокинов.
Одинаковые цитокины могут синтезироваться клетками разных типов – иммунной системы, селезенки, тимуса, соединительной ткани. С другой стороны, конкретная клетка способна образовывать множество различных цитокинов. Наибольшее разнообразие цитокинов образуется лимфоцитами, благодаря этому происходит взаимодействие лимфоцитарного иммунитета с другими иммунными механизмами и с организмом в целом.
Существенной особенностью цитокинов, в отличие от гормонов и других сигнальных молекул, является одинаковый, разный или даже противоположный результат их воздействия для разных клеток. Т.е. конечный результат воздействия цитокина зависит не от его типа, а от внутренней программы клетки-мишени, от ее индивидуальных задач!
Функции цитокинов
Роль цитокинов в регуляции функций организма может быть разделена на 4 основные составляющие:
1. Регуляция эмбриогенеза, закладки и развития органов, в том числе органов иммунной системы.
2. Регуляция процессов роста тканей:
3. Регуляция отдельных физиологических функций:
- обеспечение функциональной активности клеток,
- согласованность реакций эндокринной, иммунной и нервной систем,
- поддержание гомеостаза (динамического постоянства) организма.
4. Регуляция защитных реакций организма на местном и системном уровне:
- изменение продолжительности и интенсивности иммунных реакций (противоопухолевая и противовирусная защита организма),
- модулирование воспалительных реакций,
- участие в развитии аутоиммунных реакций.
- стимуляция или подавление роста клеток,
- участие в процессе кроветворения.
Цитокины - классификация, роль в организме, лечение (цитокинотерапия), отзывы, цена
Спасибо
Сайт предоставляет справочную информацию исключительно для ознакомления. Диагностику и лечение заболеваний нужно проходить под наблюдением специалиста. У всех препаратов имеются противопоказания. Консультация специалиста обязательна!
Что такое цитокины?
Цитокины – это подобные гормонам специфические белки, которые синтезируются различными клетками в организме: клетками иммунной системы, клетками крови, селезенки, вилочковой железы, соединительной ткани и другими типами клеток. Основная масса цитокинов образуется лимфоцитами .Цитокины представляют собой низкомолекулярные информационные растворимые белки, обеспечивающие передачу сигналов между клетками. Синтезированный цитокин выделяется на поверхность клетки и взаимодействует с рецепторами соседних клеток. Таким образом, сигнал передается от клетки к клетке.
Образование и выделение цитокинов длится кратковременно и четко регулируется. Один и тот же цитокин может вырабатываться разными клетками и оказывать действие на разные клетки (мишени). Цитокины могут усиливать действие других цитокинов, но могут и наоборот – нейтрализовать, ослаблять его.
Цитокины проявляют активность в очень маленьких концентрациях. Они играют важную роль в развитии физиологических и патологических процессов. В настоящее время цитокины используют в диагностике многих заболеваний и применяют в качестве лечебных средств при опухолевых, аутоиммунных, инфекционных и психиатрических заболеваниях.
Функции цитокинов в организме
Функции цитокинов в организме многогранны. В целом их деятельность можно охарактеризовать как обеспечение взаимодействия между клетками и системами:- регуляция продолжительности и интенсивности иммунных реакций (противоопухолевая и противовирусная защита организма);
- регуляция воспалительных реакций;
- участие в развитии аутоиммунных реакций;
- определение выживаемости клеток;
- участие в механизме возникновения аллергических реакций;
- стимуляция или подавление роста клеток;
- участие в процессе кроветворения;
- обеспечение функциональной активности или токсического воздействия на клетку;
- согласованность реакций эндокринной, иммунной и нервной систем;
- поддержание гомеостаза (динамического постоянства) организма.
- регуляция процесса оплодотворения, закладки органов (включая иммунную систему) и их развитие;
- регуляция нормально протекающих (физиологических) функций организма;
- регуляция клеточного и гуморального иммунитета (местных и системных защитных реакций);
- регуляция процессов восстановления (регенерации) поврежденных тканей.
Классификация цитокинов
В настоящее время уже известно больше 200 цитокинов, и их обнаруживается с каждым годом все больше и больше. Существует несколько классификаций цитокинов.Классификация цитокинов по механизму биологического действия
:
1.
Цитокины, регулирующие воспалительные реакции:
- провоспалительные (интерлейкины 1, 2, 6, 8, интерферон и другие);
- противовоспалительные (интерлейкины 4, 10, и другие).
3. Цитокины, регулирующие гуморальный иммунитет (ИЛ-4, ИЛ-5, ИФН-гамма, ТРФ-бета и другие).
Другая классификация делит цитокины на группы по характеру действия :
- Интерлейкины (ИЛ-1 – ИЛ-18) – регуляторы иммунной системы (обеспечивают взаимодействие в самой системе и ее связи с другими системами).
- Интерфероны (ИФН-альфа, бета, гамма) – противовирусные иммунорегуляторы.
- Факторы некроза опухолей (ФНО-альфа, ФНО-бета) – обладают регуляторным и токсическим действием на клетки.
- Хемокины (МСР-1, RANTES, MIP-2, PF-4) – обеспечивают активное перемещение различных видов лейкоцитов и других клеток.
- Факторы роста (ФРЭ, ФРФ, ТФР-бета) – обеспечивают и регулируют рост, дифференцировку и функциональную активность клеток.
- Колониестимулирующие факторы (Г-КСФ, М-КСФ, ГМ-КСФ) – стимулируют дифференцировку, рост и размножение ростков гемопоэза (кроветворных клеток).
Цитокины и воспаление
Активация клеток зоны воспаления проявляется в том, что клетки начинают синтезировать и выделять множество цитокинов, оказывающих воздействие на близлежащие клетки и клетки отдаленных органов. Среди всех этих цитокинов есть те, которые способствуют (провоспалительные), и те, которые препятствуют развитию воспалительного процесса (противовоспалительные). Цитокины вызывают эффекты, сходные с проявлениями острых и хронических инфекционных заболеваний.Провоспалительные цитокины
Секретировать провоспалительные цитокины способны 90% лимфоцитов (разновидность лейкоцитов), 60% макрофагов тканей (клеток, способных захватывать и переваривать бактерии). Стимуляторами выработки цитокинов являются возбудители инфекций и сами цитокины (или другие факторы воспаления).Локальное выделение провоспалительных цитокинов вызывает формирование очага воспаления. При помощи специфических рецепторов провоспалительные цитокины связываются и вовлекают в процесс другие типы клеток: кожи, соединительной ткани, внутренней стенки сосудов, эпителиальные клетки. Все эти клетки также начинают продуцировать провоспалительные цитокины.
Важнейшими провоспалительными цитокинами являются ИЛ-1 (интерлейкин-1) и ФНО-альфа (фактор некроза опухолей-альфа). Они вызывают образование на внутренней оболочке стенки сосудов очагов адгезии (прилипания): сначала лейкоциты прилипают к эндотелию, а затем проникают через сосудистую стенку.
Эти провоспалительные цитокины стимулируют синтез и выделение лейкоцитами и эндотелиальными клетками других провоспалительных цитокинов (ИЛ-8 и других) и тем самым активируют клетки на продукцию медиаторов воспаления (лейкотриенов, гистамина, простагландинов, оксида азота и других).
При проникновении в организм инфекции выработка и выделение ИЛ-1, ИЛ-8, ИЛ-6, ФНО-альфа начинается на месте внедрения микроорганизма (в клетках слизистой оболочки, кожи, региональных лимфоузлов) – то есть цитокины активируют местные защитные реакции.
Как ФНО-альфа, так и ИЛ-1, кроме местного действия, оказывают еще и системное: активируют иммунную систему, эндокринную, нервную и систему гемопоэза. Провоспалительные цитокины способны вызывать около 50 разных биологических эффектов. Их мишенями могут оказаться практически все ткани и органы.
Цитокины регулируют и специфический иммунный ответ организма на внедрение возбудителя. Если местные защитные реакции оказались несостоятельными, то цитокины действуют на системном уровне, то есть оказывают влияние на все системы и органы, которые участвуют в поддержании гомеостаза.
При их воздействии на ЦНС меняется весь комплекс поведенческих реакций, происходит изменение синтеза большинства гормонов, синтеза белков и состава плазмы. Но все происходящие изменения не имеют случайного характера: они либо необходимы для повышения защитных реакций, либо способствуют переключению энергии организма на борьбу с патогенным воздействием.
Именно цитокины, осуществляя связь между эндокринной, нервной, кроветворной и иммунной системами, вовлекают все эти системы в формирование комплексной защитной реакции организма на внедрение болезнетворного агента.
Макрофаг поглощает бактерии и выделяет цитокины (трехмерная модель) - видео
Анализ на полиморфизм генов цитокинов
Анализ на полиморфизм генов цитокинов является генетическим исследованием на молекулярном уровне. Такие исследования представляют широкий объем информации, позволяющий выявить наличие у обследуемого лица полиморфных генов (провоспалительные варианты), спрогнозировать предрасположенность к различным заболеваниям, разработать программу профилактики таких заболеваний для данного конкретного человека и т.д. В отличие от единичных (спорадических) мутаций полиморфные гены обнаруживаются примерно у 10% населения. Носители таких полиморфных генов имеют повышенную активность иммунной системы при оперативных вмешательствах, инфекционных заболеваниях, механических воздействиях на ткани. В иммунограмме таких лиц часто выявляется высокая концентрация цитотоксических клеток (клеток-киллеров). У таких пациентов чаще возникают септические, гнойные осложнения заболеваний.
Но в некоторых ситуациях такая повышенная активность иммунной системы может мешать: например, при экстракорпоральном оплодотворении и подсадке зародыша. А сочетание провоспалительных генов интерлейкина-1 или ИЛ-1 (IL-1), рецепторного антагониста интерлейкина-1 (RAIL-1), туморонекротического фактора-альфа (TNF-альфа) является предрасполагающим фактором для невынашивания при беременности . Если при обследовании обнаруживается наличие провоспалительных генов цитокинов, то требуется специальная подготовка к беременности или к ЭКО (экстракорпоральному оплодотворению).
Анализ на цитокиновый профиль включает обнаружение 4 полиморфных вариантов генов:
- интерлейкина 1-бета (IL-бета);
- рецепторного антагониста интерлейкина -1 (ILRA-1);
- интерлейкина-4 (IL-4);
- туморонекротического фактора-альфа (TNF-альфа).
Современные исследования показали, что при привычном невынашивании беременности в организме женщин часто обнаруживаются генетические факторы тромбофилии (склонности к тромбообразованию). Эти гены могут приводить не только к невынашиванию, но и к плацентарной недостаточности , задержке роста плода, позднему токсикозу .
В некоторых случаях полиморфизм генов тромбофилии у плода более выражен, чем у матери, так как плод получает также и гены от отца. Мутации гена протромбина приводят практически к стопроцентной внутриутробной гибели плода. Поэтому особо сложные случаи невынашивания требуют обследования и мужа.
Иммунологическое обследование мужа поможет не только определить прогноз беременности, но и выявит факторы риска для его здоровья и возможность использования мер профилактики. В случае выявления факторов риска у матери целесообразно провести затем и обследование ребенка – это поможет разработать индивидуальную программу профилактики заболеваний у ребенка.
Схема цитокинотерапии назначается каждому больному индивидуально. Оба препарата практически не проявляют токсичности (в отличие от химиопрепаратов), не имеют побочных реакций и хорошо переносятся пациентами, не оказывают угнетающего действия на кроветворение, повышают противоопухолевый специфический иммунитет.
Лечение шизофрении
Исследованиями установлено, что цитокины участвуют в психонейроиммунных реакциях и обеспечивают сопряженную работу нервной и иммунной систем. Баланс цитокинов регулирует процесс регенерации дефектных или поврежденных нейронов. На этом основано применение новых способов лечения шизофрении – цитокинотерапии: применение иммунотропных цитокиносодержащих лекарственных средств.Одним из способов является использование анти-ФНО-альфа и анти-ИФН-гамма антител (антител против фактора некроза опухолей-альфа и интерферона-гамма). Препарат вводят внутримышечно в течение 5 дней по 2 р. в день.
Существует также методика применения композиционного раствора цитокинов. Его вводят в виде ингаляций с помощью небулайзера по 10 мл на 1 введение. В зависимости от состояния пациента препарат вводят каждые 8 ч. в первые 3-5 дней, затем в течение 5-10 дней – по 1-2 р./сутки и последующим снижением дозы до 1 р. в 3 суток на протяжении длительного времени (до 3 месяцев) при полной отмене психотропных препаратов.
Интраназальное применение раствора цитокинов (содержащего ИЛ-2, ИЛ-3, ГМ-КСФ, ИЛ-1бета, ИФН-гамма, ФНО-альфа, эритропоэтин) способствует повышению эффективности лечения пациентов с шизофренией (в том числе при первом приступе болезни), более длительной и стойкой ремиссии. Эти методы применяются в клиниках Израиля и в России.
