1. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
ЦИТОКИНЫ ПРИ
ЗАБОЛЕВАНИЯХ ЧЕЛОВЕКА:
МЕДИАТОРЫ ЗАЩИТЫ ИЛИ
ПРИЧИНА ПАТОЛОГИИ
А.С.Симбирцев
Гос. НИИ особо чистых биопрепаратов
ФМБА России,
Санкт-Петербург
2. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Цитокины – эндогенные полипептидные
медиаторы межклеточного взаимодействия.
СИСТЕМА ЦИТОКИНОВ:
1. Факторы роста и дифференцировки кроветворных клеток
2. Интерфероны
3. Интерлейкины (1-37)
4. Хемокины
5. Семейство фактора некроза опухолей
6. Ростовые факторы
3. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ЦИТОКИНОВ:
1. РЕГУЛЯЦИЯ ЭМБРИОГЕНЕЗА
2. РЕГУЛЯЦИЯ НОРМАЛЬНЫХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ
3. РЕГУЛЯЦИЯ ЗАЩИТНЫХ РЕАКЦИЙ ОРГАНИЗМА НА МЕСТНОМ
И СИСТЕМНОМ УРОВНЕ
4. РОЛЬ В РАЗВИТИИ АЛЛЕРГИЧЕСКИХ, АУТОИММУННЫХ,
АУТОВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ И ИНЫХ
ИММУНОПАТОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
5. УЧАСТИЕ В РЕГУЛЯЦИИ ОПУХОЛЕВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ
КЛЕТОК И В ПРОГРЕССИИ ОПУХОЛЕЙ
6. РЕГУЛЯЦИЯ ПРОЦЕССОВ РЕГЕНЕРАЦИИ
ПОВРЕЖДЕННЫХ ТКАНЕЙ
4. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
ЦИТОКИНЫ В ЗАЩИТЕ ОТ ПАТОГЕНОВ
1. Развитие местного воспаления и
системного воспалительного ответа (остро-
фазовых реакций).
2. Индукция синтеза ИФН-индуцированных
белков (противовирусный ответ).
3. Регуляция дифференцировки Т-хелперных
клонов - определение типов тканевого
воспаления и приобретенного иммунного
ответа.
5. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
РАСПОЗНАВАНИЕ ПАТОГЕНОВ
РЕЦЕПТОРАМИ ВРОЖДЕННОГО ИММУНИТЕТА
Патогены
Патоген-ассоциированные
молекулярные структуры или паттерны
(РАМР)
Паттерн распознающие рецепторы (ПРР):
1. Растворимые (система комплемента, LBP и др.)
2. Мембранные (Толл-подобные рецепторы, CD14)
3. Внутриклеточные (NOD, RigI, MDA5 и др.)
6. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Сигнальные пути Толл-подобных рецепторов
Димеры Толл-подобных рецепторов
TIR-домены Клеточная
мембрана
MyD88
TRIF
IRAK-1 IRAK-4
TRAF6 TBK1
TAK1
JNK IKKa IKKb
AP-1 IRF3
NFkB
Экспрессия генов цитокинов семейства ИЛ-1, Экспрессия генов интерферона
провоспалительных цитокинов и хемокинов
АНТИБАКТЕРИАЛЬНАЯ АНТИВИРУСНАЯ
ЗАЩИТА ЗАЩИТА
7. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Взаимосвязь Толл-подобных рецепторов и рецепторов ИЛ-1
Патогены
TLR ИЛ-1
Leucine-rich
домены
Клеточная
мембрана TIR домены
MyD88
IRAK4
TRAF6
NFkB
Экспрессия генов провоспалительных цитокинов и хемокинов: ИЛ-1, ФНО, ИЛ-6,
ВОСПАЛЕНИЕ
ИЛ-8, ИЛ-12, NO-синтазы, металлопротеиназ, простагландинов, активация
эндотелия, усиление фагоцитоза и продукции свободных форм кислорода
8. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Взаимосвязь Толл-подобных рецепторов и рецепторов ИЛ-1
Патогены
TLR ИЛ-1R ИЛ-1
Leucine-rich Ig-like
домены домены
Клеточная
мембрана TIR домены
MyD88 MyD88
IRAK4
TRAF6
NFkB
Экспрессия генов провоспалительных цитокинов и хемокинов: ИЛ-1, ФНО, ИЛ-6,
ВОСПАЛЕНИЕ
ИЛ-8, ИЛ-12, NO-синтазы, металлопротеиназ, простагландинов, активация
эндотелия, усиление фагоцитоза и продукции свободных форм кислорода
9. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Строение и функции NLRP3 инфламмасомы
Белок NLRP3
Акцессорный белок ASC
PYD NACHT LRR
CARD PYD
Прокаспаза-1 Каспаза-1 CARD
Каспаза-1 CARD
CARD PYD
PYD NACHT LRR
предшественник ИЛ-1β
12. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
УРОВНИ ПРОВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ ЦИТОКИНОВ В
ПЛАЗМЕ КРОВИ
10-7 М С
ФНО
10-8 М
10-9 М
Местное воспаление Системная Септический шок
воспалительная
реакция
Активация фагоцитоза и Лихорадка. Снижение сократимос-
продукции кислородных Увеличение уровней ти миокарда и гладко-
радикалов. Усиление стероидных мышечных клеток
экспрессии молекул гормонов. сосудов. Увеличение
адгезии на эндотелии. Лейкоцитоз. проницаемости
Стимуляция синтеза Увеличение синтеза эндотелия. Нарушение
цитокинов и хемокинов. остро-фазовых микроциркуляции.
Увеличение метаболизма белков. Падение артериального
соединительной ткани. давления.
Гипогликемия.
13. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Биологический смысл действия
цитокинов при системном воспалении
На уровне целостного организма цитокины
осуществляют связь между иммунной, нервной,
эндокринной, кроветворной и другими системами
регуляции гомеостаза и служат для их вовлечения
в организацию единой защитной реакции.
Цитокины обеспечивают «сигнал тревоги»,
означающий, что настало время включить все
резервы, переключить энергетические потоки и
перестроить работу всех систем для выполнения
одной, но важнейшей для выживания задачи –
борьбы с внедрившимся патогеном.
14. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
РЕГУЛЯЦИЯ ПРИОБРЕТЕННОГО
ИММУНИТЕТА
Цитокины – ростовые и
дифференцировочные факторы всех типов
Т- и В-лимфоцитов
Главные функции: регуляция дифференцировки Т-хелперных клонов -
определение типов тканевого воспаления, Т-клеток эффекторов и классов
антител
Тх1 – клеточный тип с участием макрофагов и Т-лимфоцитов (гранулема
при туберкулезе)
Тх2 – аллергический тип с участием гистамина и простагландинов
Тх17 – нейтрофильное воспаление
15. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Цитокины в регуляции функций Т-хелперов
Bcl-6
Akdis M. et al., 2012
16. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
УЧАСТИЕ ЦИТОКИНОВ В ИММУНОПАТОГЕНЕЗЕ
РЕВМАТОИДНОГО АРТРИТА
Дендритная клетка
ИЛ-23
Тх0 Тх17 Макрофаг Досуставная
фаза.
ИЛ-17 Иммуногенез
ФНО, ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-32 Суставная
фаза.
Воспаление,
разрушение
хряща и кости
Эндотелий
Синовиальные
фибробласты Остеобласты Хондроциты Лейкоциты Макрофаги Тучные клетки
Гиперплазия, разрушение кости, неоангиогенез, продукция цитокинов, кислорода, дегрануляция
17. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Аллергены
ИЛ-4
ИЛ-17Е
ИЛ-33 Аллергическая
сенсибилизация
Эпителий ИЛ-4, ИЛ-5
ИЛ-13
Тх0 Тх2
ДК
Вл
IgE
Тучная
Повторная встреча с клетка
аллергеном. Немедленная
гиперчувствительность Гистамин,
лейкотриены,
простагландины
ИЛ-4, ИЛ-5,
ФНО, хемокины
Дифференцировка Тх2 (синтез
ИЛ-4,5,13), привлечение в ткани
базофилов и эозинофилов, АЛЛЕРГИЧЕСКОЕ ВОСПАЛЕНИЕ
активация всех типов лейкоцитов Поздняя фаза аллергии
18. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Подавление Tх2-зависимого аллергического воспаления Tрег лимфоцитами
Taylor, 2006
19. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
НАСЛЕДСТВЕННЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ДЕФЕКТЫ,
СВЯЗАННЫЕ С НАРУШЕНИЯМИ ЦИТОКИНОВОЙ
РЕГУЛЯЦИИ (по классификации ВОЗ)
• 1. ТЯЖЕЛЫЕ КОМБИНИРОВАННЫЕ ИММУНОДЕФИЦИТЫ
(γ-цепь IL-2R, α-цепь IL-7R, киназа JAK3)
• 2. АУТОИММУННЫЕ ЛИМФОПРОЛИФЕРАТИВНЫЕ
СИНДРОМЫ (рецептор CD95 (Fas) или Fas-лиганд)
• 3. НАРУШЕНИЯ ФУНКЦИЙ ФАГОЦИТОВ
(IL-12, IL-23, IFNγ и их рецепторы, STAT)
• 4. НАРУШЕНИЯ ВРОЖДЕННОГО ИММУНИТЕТА
(TLR-3, MyD88, киназа IRAK4, хемокин SDF-1)
• 5. АУТОВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ НАРУШЕНИЯ
(увеличение уровней ИЛ-1)
20. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Аутовоспалительные синдромы
(патогенез)
• Мутации в NALP3 ведут к нарушению
контроля за сохранением прокаспазы-1 в
неактивном состоянии и к увеличению
активности инфламмасомы
• Первичный генетический дефект приводит к
активизации образования каспазы-1 и
зрелого биологически активного ИЛ-1 бета.
• В результате его уровень в тканях и в
циркуляции возрастает, приводя к развитию
симптомов аутовоспалительного ответа
[Martinon, Tschopp, 2007].
21. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Аутовоспалительные
периодические заболевания
- приступы «немотивированной» лихорадки в
сочетании с другими проявлениями воспаления
• иногда поражение костно-мышечной системы,
лимфоаденопатия, кожные высыпания,
амилоидоз
- в интервалах между атаками болезни пациенты
ощущают себя здоровыми
- при обследовании у этих пациентов
отсутствуют аутоантитела и аутореактивные Т-
лимфоциты
23. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
РАСПОЗНАВАНИЕ РЕЦЕПТОРАМИ
ВРОЖДЕННОГО ИММУНИТЕТА
Патогены Эндогенные молекулы
Холестерин, БТШ-70, БТШ-80, амилоид В,
пальмитат, кристаллы уратов, кристаллы
пирофосфата кальция и др.
Патоген-ассоциированные Danger-associated molecular
молекулярные структуры patterns (DАМР)
(РАМР)
Провоспалительные цитокины Провоспалительные цитокины
«Инфекционное» Стерильное
воспаление воспаление
24. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
ОЖИРЕНИЕ – главный фактор активации NLRP3
инфламмасомы при развитии метаболического синдрома
D. De Nardo, E. Latz, 2011
(IAPP) Islet amyloid peptide
(MSU) Monosodium urate crystals
(CPPD) Calcium pyrophosphate dehydrate crystals
25. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Роль активации NLRP3 инфламмасомы
в патогенезе атеросклероза
D. De Nardo, E. Latz, 2011
26. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Развитие воспаления в ткани поджелудочной железы
у больных диабетом 2 типа
Ожирение.
Избыточное развитие
жировой ткани
ЛЕПТИН
Donath, Shoelson, 2011, с доп.
27. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Роль ИЛ-1 в патогенезе диабета 2 типа
• У knockout мышей по генам рецептора ИЛ-1 I типа
либо адапторной молекулы MyD88 резко снижены
темпы развития экспериментального диабета.
• Ожирение → синтез лептина → снижение экспрессии
РАИЛ и увеличение экспрессии ИЛ-1β. Экспрессия
эндогенного РАИЛ снижена в β-клетках островков
Лангерганса поджелудочной железы у больных
диабетом по сравнению со здоровыми людьми.
• В клинических испытаниях антагонисты ИЛ-1
(анакинра, антитела) вызывают снижение уровня
глюкозы в крови, повышают секрецию инсулина.
Антагонисты ФНО не обладают таким действием,
подтверждая специфичность ИЛ-1-зависимого
механизма развития диабета.
28. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Цитокиновая теория развития
заболеваний [Dinarello, 1991; Tracey, 2007]
• Эндогенные цитокины вызывают симптомы
патологических изменений в органах,
оказывают повреждающее действие на ткани.
• Сформировалось направление терапии,
названное антицитокиновой терапией,
направленное на удаление из организма или
блокирование биологической активности
цитокинов при аутоиммунных, аллергических
и инфекционных болезнях.
• Ведутся исследования по вакцинации против
цитокинов.
29. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Какие изменения в системе цитокинов
приводят к патологии?
• Изменения количества одного или
нескольких цитокинов.
• Изменения баланса:
1) про и противоспалительных цитокинов
2) цитокинов, регулирующих формы
развития приобретенного иммунитета
Как избыток так и недостаток эндогенных цитокинов –
причина развития патологии
30. Симбирцев А.С.,IV Всероссийская школа по клинической иммунологии, 2013г.
Выводы:
• В системе цитокиновой регуляции в норме
существует тонкий физиологический
количественный и качественный баланс
• Сдвиг равновесия вне зависимости от
причины и от направленности приводит к
развитию патологии
• Клинические проявления зависят от
направления сдвига данного баланса
