CC BY
352
Медицинская иммунология 2013, Т. 15, № 2, стр. 119-130 © 2013, СПб РО РААКИ
Обзоры
Reviews
Medical Immunology 2013, Vol. 15, No 2, pp. 119-130 © 2013, SPb RAACI
ЭНДОКАННАБИНОИДЫ И ЭИКОЗАНОИДЫ: БИОСИНТЕЗ, МЕХАНИЗМЫ ИХ ВЗАИМОСВЯЗИ, РОЛЬ В ИММУННЫХ ПРОЦЕССАХ
Караман Ю.К., Лобанова Е.Г.
Владивостокский филиал ФГБУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» СО РАМН — НИИ медицинской климатологии и восстановительного лечения, г. Владивосток, Россия
Резюме. Обзор посвящен современным представлениям о метаболитах арахидоновой кислоты — эндоканнабиноидам и эйкозаноидам, путях их биосинтеза, механизмах взаимодействия и роли в иммунных процессах. Приводятся новые данные литературы и результаты собственных исследований о перекрестности ферментативных путей биосинтеза эндоканнабиноидов и эйкозаноидов; влиянии синтетических лигандов каннабиноидных рецепторов на активность продукции провоспалительных цитокинов, эйкозаноидов; взаимосвязи между реактивностью иммунной системы и уровнем экспрессии эндоканнабиноидных рецепторов.
Ключевые слова: арахидоновая кислота, эндоканнабиноиды, эйкозаноиды, иммунная система
Адрес для переписки:
Караман Юлия Константиновна
к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории
биомедицинских исследований
НИИ Медицинской климатологии
и восстановительного лечения СО РАМН
690105, Россия, г. Владивосток — 105, ул. Русская,
73г.
Тел./факс: 8 (423) 234-55-02.
E-mail: karaman@inbox.ru
Поступила 19.09.2012 Отправлена на доработку 26.10.2012 Принята к печати 29.10.2012
Авторы:
Караман Ю.К. — к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории биомедицинских исследований Владивостокского филиала ФГБУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» СО РАМН — НИИ медицинской климатологии и восстановительного лечения, г. Владивосток
Лобанова Е.Г. — к.м.н., старший научный сотрудник лаборатории биомедицинских исследований Владивостокского филиала ФГБУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» СО РАМН — НИИ медицинской климатологии и восстановительного лечения, г. Владивосток
119
Медицинская иммунология 2013, Т. 15, № 2, стр. 119-130 © 2013, СПб РО РААКИ
Обзоры
Reviews
Medical Immunology 2013, Vol. 15, M 2, pp.119-130 © 2013, SPb RAACI
ENDOCANNABINOIDS AND EICOSAMOIDS: BIOSYNTHESIS AND INTERACTIONS WITH IMMUNE RESPONSE
Karaman Yu.K., Lobanova E.G.
Federal State Budget Institution «Far Eastern Scientific Centre of Physiology and Pathology of Respiration», Vladivostok Branch Siberian Branch of Russian Academy of Medical Sciences — Research Institute of Medical Climatology and Rehabilitation Treatment, Vladivostok, Russian Federation
Abstract. The review is dedicated to modern concepts of arachidonic acid metabolites, i.e., endocannabinoids and eicosanoids, their biosynthetic pathways, cross-talk mechanisms and participation in immune response. New information from literature and own results include data concerning overlapping enzymatic pathways controlling biosynthesis of endocannabinoids and eicosanoids. Impact of synthetic cannabinoid receptor ligands upon production rates of proinflammatory cytokines and eicosanoids is discussed, as like as relationships among immune system reactivity and expression levels of cannabinoid receptors. (Med. Immunol., 2013, vol. 15, N 2, pp 119-130)
Keywords: arachidonic acid, endocannabinoids, eicosanoids, immune system
Address for correspondence:
Karaman Yulia K.
PhD (Biology), Senior Research Associate, Research Institute of Medical Climatology and Rehabilitation Treatment SB RAMN
690105, Russian Federation, Vladivostok-105, Russkaya str., 73g.
Phone/fax: 7(423) 234-55-02.
E-mail: karaman@inbox.ru
Received 19.09.2012 Revision received 26.10.2012 Accepted 29.10.2012
Authors:
Karaman Yu.K., PhD (Biology), Senior Research Associate, Laboratory of Biomedical Studies Federal State Budget Institution «Far Eastern Scientific Centre of Physiology and Pathology of Respiration», Vladivostok Branch Siberian Branch of Russian Academy of Medical Sciences — Research Institute of Medical Climatology and Rehabilitation Treatment, Vladivostok
Lobanova E.G., PhD (Medicine), Senior Research Associate, Laboratory of Biomedical Studies Federal State Budget Institution «Far Eastern Scientific Centre of Physiology and Pathology of Respiration», Vladivostok Branch Siberian Branch of Russian Academy of Medical Sciences — Research Institute of Medical Climatology and Rehabilitation Treatment, Vladivostok
120
2013, Т. 15, № 2 2013, Vol. 15, No 2
Эндоканнабиноиды и эйкозаноиды в иммунных процессах Endocannabinoids, eicosanoids and immunity
В последнее время большой интерес представляют исследования различных сигнальных путей регуляции иммунного ответа. Важное место в клеточно-молекулярных механизмах функционирования иммунной системы отводится особым медиаторам — эндоканнабиноидам и эйкозанои-дам (оксилипины). Данные медиаторы относятся к группе биологически активных веществ липидной природы, выполняющих множество функций в организме [10, 20, 25, 30, 46, 58]. Известна роль эйкозаноидов, их ферментов и рецепторов в развитии многих хронических заболеваний [27, 31, 57, 64]. Появляются единичные данные об участии эндоканнабиноидной системы в иммунных процессах [28, 38, 40, 44]. Субстратом для биосинтеза эндоканнабиноидов и эйкозано-идов служат фосфолипиды (ФЛ), содержащие арахидоновую кислоту (АК) (рис. 1) [7, 13, 56].
Общность эндоканнабиноидов и эйкозанои-дов заключается также в использовании одних и тех же ферментных систем в процессе метаболизма [56]. Учитывая это, можно предположить потенциальную взаимосвязь между сигнальной функцией эндоканнабиноидов и эйкозаноидов, их совместную роль в иммунных процессах. Однако попытки ученых провести анализ функций и взаимодействий этих сигнальных систем имеют неоднозначный вывод. Остаются открытыми многие вопросы относительно механизмов взаимосвязи между вторичными мессенджерами эндоканнабиноидной и эйкозаноидной природы, особенностей их функционирования в норме и патологии. Обзор посвящен современным представлениям о метаболитах арахидоновой кислоты — эндоканнабиноидах и эйкозаноидах, путях их биосинтеза, механизмах взаимодействия и роли в иммунном ответе.
Синтез эйкозаноидов
Природа эйкозаноидов установлена в 1957 г., когда С. Бергстрёму удалось выделить из везикулярных желез барана два вещества, которые были названы простагландинами F и E (PG). Термин «простагландин» ввел лауреат Нобелевской премии в области физиологии и медицины в 1970 г. У. фон Эйлер. В 1964 г. С. Бергстрём и ван Дорп доказали, что предшественниками простаглан-динов является арахидоновая кислота, высвобождаемая из фосфолипидов [12, 65]. В 1976 г. Монкада сообщил об обнаружении вещества, препятствующего образованию тромбов и способного расширять сосуды. Впоследствии это вещество назвали простагландином I, или про-стациклином. Таким образом, к эйкозаноидам можно отнести большую группу молекулярных медиаторов, синтезирующихся преимущественно из арахидоновой кислоты. Известны три ферментативных пути окисления АК — с участием
мембранно-связанной циклооксигеназы (COX), цитоплазматических липоксигеназ (LOX) и эпок-сигеназ (цитохром-Р-450-подобных ферментов) [32, 57, 58, 62]. В зависимости от фермента, участвующего в синтезе эйкозаноида, различают простаноиды (простагландины, тромбоксаны — ТХ), которые метаболизируются COX, и лейко-триены (LT), образующиеся при действии LOX [33, 43, 48, 59] (рис. 2).
Синтез эйкозаноидов по циклооксигеназному пути начинается с включения двух атомов кислорода в молекулу АК и образования нестабильных промежуточных продуктов — эндоперекисей. Далее в результате последовательных реакций с участием простагландин-12-синтазы эндоперекиси могут превращаться в простагландин-12 или про-стациклин, а при действии тромбоксан-А2-синтазы — в тромбоксан А2 (рис. 3). Различают две изоформы COX — COX-1 и COX-2. Предполагают, что COX-1 — это конститутивная форма фермента, которая регулирует гомеостатические функции организма, тогда как экспрессия COX-2 наблюдается при воспалении [59]. Ассоциация COX с воспалительной реакцией привела к разработке COX-селективных ингибиторов. Обе изоформы COX подавляются нестероидными противовоспалительными препаратами, такими как аспирин, ибупрофен и индометацин.
В метаболизме АК важное значение играет 5-липоксигеназа, под действием которой образуется нестабильное соединение — лейкотриен Д4 [22, 48]. Это промежуточное соединение является субстратом для двух различных ферментов: лей-котриен А4-гидролазы и лейкотриен С4-синтазы, образующих лейкотриен В4 и С4. Под действием глутаминил-трансферазы лейкотриен С4 превращается в лейкотриен D4, который в свою очередь под действием пептидазы превращается в лейкотриен LTE4. В отличие от циклооксигеназы, присутствующей в конститутивной и индуцируемой формах в большинстве типов клеток, 5-липооксигеназа — менее распространенный фермент.
К высоко биологически активным метаболитам АК можно отнести 5,6-, 8,9-, 11,12-и 14,15-эпоксиэйкозатриеновые и 20-гидрок-сиэйкозатетраеновые кислоты, образующиеся в системе цитохрома Р450 [62]. Цитохром Р450 — универсальная гемсодержащая монооксигеназа, играющая важную роль в окислении многочисленных соединений, как эндогенных (стероиды, желчные кислоты, жирные кислоты, простаглан-дины, лейкотриены, биогенные амины), так и экзогенных (лекарства, яды, продукты промышленного загрязнения, пестициды, канцерогены, мутагены и т.п.). Монооксигеназные метаболиты АК обладают широким спектром действия, часто разнонаправленной активностью [27].
121
Караман Ю.К., Лобанова Е.Г. Karaman Yu.K., Lobanov E.G.
Медицинская Иммунология Medical Immunology
Рисунок 1. Арахидоновая кислота
Синтез эндоканнабиноидов
Научный интерес к каннабиноидам возрос в 60-е гг. 20-го века, когда был обнаружен компонент конопли Д9-тетрагидроканнабинол (ТГК) [29]. В 1988 г. в ткани мозга удалось обнаружить специфические участки связывания для ТГК, получившие название каннабиноидных рецепторов 1 типа (СВ:) [18]. В 1990 г. был идентифицирован каннабиноидный рецептор 2 типа (CB2) [19]. В последующем было показано, что каннабино-идные CB1-рецепторы локализуются в структурах периферической и центральной нервной систем, участвуют в процессах проведения и восприятия ноцицептивных сигналов. СВ2-рецепторы экспрессируются преимущественно на иммунокомпетентных клетках, где они опосредуют иммуномодулирующий эффект [23, 45, 51].
Идентифицикация лигандов каннабиноид-ных рецепторов явилась следующим этапом в изучении механизмов действия каннабинои-дов. В 1992 г. было показано, что этаноламид ара-хидоновой кислоты (арахидоноилэтаноламид) или анандамид является эндогенным лиган-
дом каннабиноидных рецепторов [18] (рис. 4А). В 1995 г. обнаружен второй лиганд каннабиноид-ных рецепторов — 2-арахидонилглицерол (2-АГ) [63] (рис. 4Б).
Основной биохимический путь образования анандамида начинается с N-арахидоноил фосфа-тидилэтаноламина под действием фосфолипазы D [66] (рис. 5).
Деградация анандамида и других этаноламидов жирных кислот гидролазой (fatty acid amide hydrolase) приводит к образованию АК, которая является субстратом биосинтеза эйкозаноидов [17].
Гидролиз АК-содержащих фосфолипидов (в первую очередь фосфатидилинозитола, наиболее богатого АК) фосфолипазой С приводит к образованию диацилглицерола, который в последующем под действием липазы метаболизиру-ется в моноацилглицерол и далее в 2-арахидоно-илглицерол [20, 63] (рис. 6).
Взаимосвязь метаболических путей биосинтеза эндоканнабиноидов и эйкозаноидов
Ранее считалось, что метаболизм эйкозано-идов и эндоканнабиноидов протекает независимо друг от друга. Это предполагало участие не связанных между собой ферментных систем. В то же время липазы, которые инициируют биосинтез как оксилипинов, так и каннабино-идов, активируются идентичными вторичными мессенджерами (например, повышением уров-
А
OH
HO
Б
тромбоксан В2 простагландин D2
В
OH
OH
COOH
Рисунок 2. Эйкозаноиды
122
2013, Т. 15, № 2 2013, Vol. 15, No 2
Эндоканнабиноиды и эйкозаноиды в иммунных процессах Endocannabinoids, eicosanoids and immunity
COX-1/COX-2
Арахидоновая кислота
5-LOX
PGI2 — PGH2 —► ТХА2 иА4 -► |_1В4
S / , \ 1
6-keto-PGFi„ ' 1 < ТХВ2 1_1С4
PGD2 PGE2 PGF2a 1 LTD4 —► LTE4
Рисунок 3. Циклооксигеназный и липоксигеназный каскад арахидоновой кислоты
ня внутриклеточного Са2+), что, вполне вероятно, может приводить к одновременной инициации образования сигнальных молекул [14, 16]. Хэмпсон и соавт. впервые продемонстрировали способность LOX-12 использовать в качестве субстрата как арахидоновую кислоту, так и анандамид [35]. Метаболизм анандамида под действием LOX-12 приводит к образованию этаноламида 12-гидроксиэйкозатетраеновой кислоты. Причем LOX-12 с одинаковой эффективностью использует в качестве субстрата как АК, так и анандамид. Способность метаболизировать анандамид была выявлена и для LOX-15 [26]. Yu et al. показали способность СOX-2, но не COX-1 окислять этаноламиды жирных кислот [67]. В экспериментах на крысах с каррагинанинду-цированным некрозом лапы установлено, что иингибирование COX-2 приводит к накоплению анандамида. Это доказывает участие СOX-2 в оксигенации эндоканнабиноидов. Существуют данные, что преобразованные 2-ЛГ и анандамид в СOX-2 реакциях не являются лигандами для каннабино-идных рецепторов. Окисленные СOX-2- или LOX-эндоканнабиноиды оказывают биологическую активность через специфические рецепторы. Однако, охарактеризованы только рецепторы для простаноидных лигандов [49]. Идентификация специфичных рецепторов для окисленных
эндоканнабиноидов является одной из основных задач в уточнении механизма их действия. В дальнейшем открытие этих рецепторов, установление физиологической роли и особенности функционирования при различных патологиях, выявление специфических блокаторов рецепторов окисленных эндоканнабиноидных лигандов даст новые фармакологические направления и возможные пути терапевтической коррекции. Имеющиеся факты подтверждают гипотезу, что оксигенация служит механизмом для модуляции активности эндоканнабиноидной системы. Снижение уровня противовоспалительных эндокан-набиноидов может быть одним из механизмов, с помощью которого СOX-2 оказывает свое провоспалительное действие.
Только в 2007 г. появились первые доказательства сродства анандамида и цитохрома Р450 [60]. Показана способность цитохрома Р450 семейства 3А и 2D6 метаболизировать анандамид. Доказательств участия цитохрома Р450 в деградации 2-АГ нет.
Известно, что каннабиноиды, и в частности анандамид, стимулируют секрецию арахидоно-вой кислоты и ее метаболитов [11, 53]. Как отмечалось выше, при гидролизе анандамида образуется свободная ЛК, которая затем может быть преобразована в эйкозаноиды в циклооксигеназ-
анандамид 2-арахидонилглицерол
Рисунок 4. Эндоканнабиноиды
123
Караман Ю.К., Лобанова Е.Г. Karaman Yu.K., Lobanov E.G.
Медицинская Иммунология Medical Immunology
N-арахидоноил фосфатидилэтаноламин
^ фосфолипаза D
анандамид
гидролаза
\
COX-1/COX-2
Арахидоновая кислота + этаноламин
LOX У \£OX- 1/С OX-2
Лейкотриен В4 Простагландин F2
Тромбоксан В2
Простамид Е2
(этаноламид простагландина Е2)
Рисунок 5. Метаболизм анандамида
ных или липоксигеназных реакциях (рис. 7, путь А). Кроме того, эндоканнабиноиды могут сами подвергаться действию СОХ или LOX, что также приводит к образованию эйкозаноидов (рис. 7, путь B) [40]. Следовательно, источником АК для синтеза эйкозаноидов могут быть не только АК-содержащие фосфолипиды, но и каннабино-иды. Возможно, обе реакции играют равнозначную роль в синтезе оксилипинов.
Нами изучено дозозависимое действие синтетических лигандов каннабиноидных рецепторов WIN 55,212-2 и анандамида на синтез эйкозано-идов — лейкотриена В4 и тромбоксана В2 клетками крови в условиях in vitro [4]. Установлено, что синтетические лиганды каннабиноидных рецепторов дозозависимо блокируют липоксигеназ-ный путь образования провоспалительного эйко-заноида — лейкотриена В4, оказывая тем самым супрессорный эффект на активность иммунной системы. В низких концентрациях 0,1 и 1,0 мкМ WIN 55,212-2 и анандамид не влияли на уровень секреции лейкотриена B4. Под действием WIN 55,212-2 и анандамида в дозе 3,0 мкМ наблю-
далось снижение уровня лейкотриена B4. Наибольшее ингибирующее влияние синтетических лигандов каннабиноидных рецепторов на выработку клетками крови провоспалительного ок-силипина выявлено в концентрации 10,0 мкМ. Так, продукция лейкотриена В4 под действием WIN55,212-2 в дозе 10,0 мкМ была снижена на 83% (р < 0,001), под влиянием анандамида — на 67% (р < 0,001). Следовательно, WIN55,212-2 в дозе 10,0 мкМ в большей степени ингибирует синтез лейкотриена B4 клетками крови по сравнению с анандамидом. При этом WIN 55,212-2 и анандамид не влияли на синтез клетками крови тромбоксана B2.
Полученные в эксперименте данные свидетельствуют, что синтетические каннабинои-ды способны тормозить липоксигеназный путь биосинтеза эйкозаноидов, в результате чего угнетается образование провоспалительного медиатора — лейкотриена В4. Тогда как синтез тромбоксана, по-видимому, осуществляется по механизмам, не затрагивающим эндоканна-биноидную систему. В работах S. Diaz [21] пока-
Фосфатидилинозитол (могут быть и др. ФЛ, содержащие АК)
^ фосфолипаза С
Диацилглицерол
^ липаза
Моноацилглицерол
^ липаза
2-арахидоноилглицерол
Рисунок 6. Синтез 2-арахидоноилглицерола
124
2013, Т. 15, № 2 2013, Vol. 15, No 2
Эндоканнабиноиды и эйкозаноиды в иммунных процессах Endocannabinoids, eicosanoids and immunity
зана способность синтетического каннабиноида (Д9-тетрагидроканнабинол) активировать метаболизм арахидоновой кислоты по липоксигеназ-ному пути. Этот эффект реализуется только при достаточно высоких концентрациях эндокан-набиноидных веществ (32 мкМ), что в физиологических условиях осуществить нереально. Противоречивые данные о влиянии эндоканна-биноидов на метаболизм жирных кислот и синтез эйкозаноидов обусловлены различием в используемых дозах синтетических каннабиноидов и в их химическом строении. Кроме того, эффект действия синтетических лигандов каннабиноид-ных рецепторов на синтез провоспалительных медиаторов имеет ярко выраженный дозозависимый характер. Данные исследования доказывают способность эндоканнабиноидной системы регулировать активность синтеза провоспалительных оксилипинов.
Очевидная взаимосвязь ферментативных путей биосинтеза метаболитов арахидоновой кислоты дает основание предположить о перекрестности их биологических функций.
Роль метаболитов арахидоновой кислоты в иммунных процессах
В отличие от каннабиноидов биологические эффекты эйкозаноидов были открыты одновременно с установлением их структуры. Известно,
что эйкозаноиды служат вторичными мессенджерами гидрофильных гормонов, контролируют сокращение гладкомышечной ткани (кровеносных сосудов, бронхов, матки), принимают участие в высвобождении продуктов внутриклеточного синтеза (гормонов, мукоидов), оказывают влияние на метаболизм костной ткани, периферическую нервную систему, иммунную систему, передвижение и агрегацию клеток (лейкоцитов и тромбоцитов), являются эффективными лигандами болевых рецепторов. Эйкозаноиды действуют как локальные биорегуляторы на синтезирующие их клетки (аутокринное действие) и на соседние клетки (паракринное действие) путем связывания с мембранными рецепторами. В некоторых случаях их действие опосредовано цАМФ и цГМФ [57, 61, 64].
В условиях патологии количество эйкоза-ноидов резко возрастает [64]. При хронических воспалительных заболеваниях, таких как бронхиальная астма, ревматоидный артрит, неспецифический язвенный колит, псориаз, экзема и др., лейкоциты, находящиеся в очаге воспаления, в большом количестве экспрессируют разнообразные ферменты, в том числе и фосфолипазу А2. Это приводит к освобождению АК, быстро метаболизирующейся в эйкозаноиды. Эйкоза-ноиды, в свою очередь, вызывают увеличение
OH
АК
PGE2-G
COX-1/COX-2 PGE синтаза
O
PGE2
гидролиз
(карбоксилэстераза или др. эстеразы)
Рисунок 7. Метаболизм 2-арахидонилглицерола
125
Караман Ю.К., Лобанова Е.Г. Karaman Yu.K., Lobanov E.G.
Медицинская Иммунология Medical Immunology
проницаемости сосудистой стенки, экссудацию жидкой части крови в межклеточное пространство и отек тканей, увеличение притока крови и гиперемию тканей, повышение температуры, усиление миграции лейкоцитов в очаг воспаления, что влечет еще большее высвобождение фосфолипазы А2 и дальнейшее поддержание воспаления.
Эйкозаноиды играют важную роль в развитии неспецифической системной воспалительной реакции [31]. Так, лейкотриены являются медиаторами аллергических и воспалительных процессов и синтезируются непосредственно лейкоцитами. Повышенный синтез лейкотрие-нов в основном происходит при аллергических реакциях немедленного типа и начинается после связывания антигена с IgE, фиксированного на поверхности этих клеток [22, 27]. Биологическое действие лейкотриена В4 опосредуется через B-LT-рецептор [27].
Первым продуктом окисления арахидоновой кислоты по циклоксигеназному пути, который играет ключевую роль в аллергических реакциях немедленного типа и воспалении, является про-стагландин D2 [65]. Он образуется в основном в тучных клетках. Появление простагландина D2 в сыворотке свидетельствует о дегрануляции и развитии ранней фазы аллергической реакции немедленного типа. Внутрикожное введение PGD2 вызывает расширение сосудов и повышение их проницаемости, что приводит к стойкой гиперемии и образованию волдыря, а также к выходу лейкоцитов, лимфоцитов и моноцитов из сосудистого русла [60]. Ингаляция простагландина PGD2 вызывает бронхоспазм, что свидетельствует о важной роли этого метаболита арахидоновой кислоты в патогенезе анафилактических реакций и системного мастоцитоза.
Биологические функции эндоканнабиноидов также очень разнообразны. Эндоканнабиноиды регулируют вегетативную нервную, эндокринную, половую, иммунную системы, участвуют в координации движений, поддержании постоянной температуры тела, формировании процессов памяти и аппетита [1, 8-10, 25, 34, 36, 52, 54].
Подавление иммунного ответа природными каннабиноидами было показано в ряде исследований [21, 24]. Каннабиноиды снижают общую сопротивляемость к бактериальным и вирусным инфекциям, пролиферацию лимфоцитов, синтез антител, активность клеток-киллеров и макрофагов. На молекулярном уровне эти эффекты объясняются снижением синтеза интерферона, фактора некроза опухоли-а (TNFa), интерлейкина (IL-2) [38, 39]. Rockwell и др. показали, что 2-AT, анандамид подавляют секрецию IL-2 в активированных Т-клетках. В то же время было показано, что природные каннабиноиды вызывают
увеличение, а не уменьшение супернатантной IL-1 активности и увеличение пролиферации В-лимфоцитов [40]. Все эти данные предполагают сложный характер модуляции иммунного ответа каннабиноидами.
Лиганды каннабиноидных CB2-рецепторов ингибируют сигнальный путь, запускающий активацию комплекса toll-like рецепторов CD14/ TLR4 /MD2, стимуляция которых приводит к экспрессии провоспалительных цитокинов (IL-1 в, IL-6, IL-8 и TNFa) и детерминации Th1 иммунного ответа [56].
В исследованиях in vitro по изучению влияния синтетических лигандов каннабиноидных рецепторов WIN 55,212-2 и анандамида на синтез цитокинов иммунокомпетентными клетками [2, 3, 5] нами было выявлено, что каннабиноиды ингибируют способность иммунных клеток экспрессировать IL-2, IL-8, TNFa. Выявленные эффекты свидетельствуют об иммуномодулирующей способности каннабиноидов. В то же время остался открытым вопрос по какому механизму осуществляется регуляция иммунной системы — через непосредственное влияние каннабинои-дов на синтез провоспалительных медиаторов или опосредованно через каннабиноидные СВ-рецепторы? Поскольку известно, что многие свои эффекты каннабиноиды реализуют по ре-цептор-независимому пути [15].
Как отмечалось выше эндоканнабиноидная система включает два основных типа рецепторов — СВ:-рецепторы, которые преимущественно экспрессируются в области головного и спинного мозга, отвечают за двигательные и когнитивные функции, и каннабиноидные СВ2-рецепторы [18, 45]. По литературным данным известно, что СВ2-рецепторы в основном локализуются на мембранах иммунокомпетентных клетках, где они опосредуют иммунорегуляторный эффект [28]. Нашими исследованиями также показано, что СВ2-рецепторы локализуются на иммунных клетках, тогда как СВ:-рецепторы не были идентифицированы на клетках иммунной системы. Цитометрический анализ СВ2-рецептора на иммунокомпетентных клетках показал, что в норме содержание СВ2-рецептора не менее 90% [6].
Были смоделированы условия активации иммунной системы для установления роли СВ2-рецептора в регуляции иммунного ответа. Стимуляция иммунной системы in vivo осуществлялась интракорпоральным облучением крови и обогащением крови озоно-кислородной смесью. Индуцирование клеток иммунной системы in vivo путем интракорпорального облучения крови привело к снижению количества клеток, имеющих СВ2-рецепторы до 60% [6]. После введения внутривенно озоно-кислородной смеси
126
2013, Т. 15, № 2 2013, Vol. 15, No 2
Эндоканнабиноиды и эйкозаноиды в иммунных процессах Endocannabinoids, eicosanoids and immunity
количество клеток, содержащих СВ2-рецептор, снизилось до 70%. То есть при активации иммунной системы происходит снижение числа клеток, экспрессирующих эндоканнабиноидный СВ2-рецептор. Снижение экспрессии СВ2-рецептора на иммунных клетках может быть опосредовано их блокадой эндогенными синтезированными de novo каннабиноидами, в результате чего запускается программа лимитирования функции каннабиноидной системы и тем самым активируется иммунная система. В то время как в условиях нормы повышенная экспрессия каннабино-идного СВ2-рецептора приводит к сохранению физиологического баланса между синтезом про-и противовоспалительных медиаторов. Совокупность полученных результатов исследования позволяет заключить, что блокада экспрессии СВ2-рецептора при формировании иммунного ответа является важным механизмом регуляции воспалительного процесса. Доказана реципрок-ная взаимосвязь между активностью иммунной и эндоканнабиноидной системами. Новые дан-
ные о роли эндоканнабиноидной системы в регуляции иммунного ответа вносят существенный вклад в изучение клеточно-молекулярных механизмов развития воспалительной реакции.
Заключение
Таким образом, метаболиты арахидоновой кислоты являются важным звеном, участвующим в регуляторных механизмах иммунометаболического ответа клетки и опосредующим интенсивность воспалительных процессов. Взаимосвязь между метаболизмом эндоканнабиноидов и эйкозаноидов предполагает перекрестность выполняемых ими функций и взаиморегуляцию. Дальнейшие исследования в этом направлении расширят понимание клеточно-молекулярных механизмов сигнальной коммуникации и межсистемной интеграции компонентов эндо-каннабиноидной и эйкозаноидной систем, позволят разработать инновационные технологии управления их функционированием.
Список литературы
1. Крылатов А.В., Ужаченко Р.В., Маслов Л.Н., Угдыжекова Д.С. Анандамид и R-(+)метанандамид предупреждают развитие ишемических и реперфузионных аритмий у крыс посредством стимуляции СВ2-рецепторов // Экспериментальная и клиническая фармакология. — 2002. — № 3. — С. 6-9.
2. Лобанова [Исаченко] Е.Г., Виткина Т.И., Бердышев Е.В. Влияние лигандов каннабиноидных рецепторов WIN 55,212-2 и анандамида на выработку TNF-a и ИЛ-8 лейкоцитами крови здоровых лиц и больных с аллергопатологией // Иммунопатология, аллергология, инфектология. — 2003. — № 2. —
С. 86-91.
3. Лобанова Е.Г. Влияние лигандов каннабиноидных рецепторов на реактивность иммунокомпетентных клеток. — Изд. Lambert Academic Publishing (Германия). — 2011. — 128 с.
4. Лобанова Е.Г. Влияние синтетических лигандов каннабиноидных рецепторов на экспрессию эйко-заноидов in vitro // Бюллетень СО РАМН. — 2012. — Т. 32, № 2. — С. 5-8.
5. Лобанова Е.Г. Действие синтетических лигандов каннабиноидных рецепторов на реактивность иммунокомпетентных клеток in vitro // Медицинская иммунология. — 2009. — Т 11, № 2-3. — С. 261-264.
6. Лобанова Е.Г. Роль эндоканнабиноидных рецепторов в регуляции иммунного ответа // Медицинская иммунология. — 2012. — Т. 14, № 3. — С. 189-194.
7. Сергеева М.Г., Варфоломеева А.Т. Каскад арахидоновой кислоты. — М.: Народное образование, 2006. - 256 с.
8. Чурюканов М.В., Чурюканов В.В. Функциональная организация и терапевтический потенциал эндогенной каннабиноидной системы // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 2004. - № 67 (2). - С. 70-78.
Ссылки 9-67 см. в References (стр. 128-130). See References for numbers 9-67 at pp. 128-130.
References
1. Krylatov A.V., Uzhachenko R.V., Maslov L.N., Ugdyzhekova D.S. Anandamid i R-[+]metanandamid preduprezhdayut razvitie ishemicheskikh i reperfuzionnykh aritmiy u krys posredstvom stimulyatsii CB2-retseptorov [Anandamide and R-[+]-methanandamide prevent development of ischemic and reperfusion arrhythmia in rats by stimulation of CB2-receptors]. Eksperimentalnaya i klinicheskaya farmakologiya — Experimental and Clinical Pharmacology, 2002, no. 3, pp. 6-9.
2. Lobanova [Isachenko] E.G., Vitkina T.I., Berdyshev E.V. Vliyanie ligandov kannabinoidnykh retseptorov WIN 55,212-2 i anandamida na vyrabotku TNF-a i IL-8 leykotsitami krovi zdorovykh lits i bol'nykh s allergopatologiey [Iuflunce of cannabionoid receptor ligands and anandamide on TNF-a and IL-8 production by peripheral
127
Караман Ю.К., Лобанова Е.Г. Karaman Yu.K., Lobanov E.G.
Медицинская Иммунология Medical Immunology
bloood leukocytes from healthy people and patiens with allergy]. Immunopatologiya, allergologiya, infektologiya — Immunopathology, Allergology, Infectology, 2003, no. 2, pp. 86-91.
3. Lobanova E.G. Vliyanie ligandov kannabinoidnykh retseptorov na reaktivnost' immunokompetentnykh kletok [Influence of cannabioid receptor ligands on immunocompetent cells activity]. Publishing, German, Izdatelstvo Lambert Academic — Izdatelstvo Lambert Academic, 2011. 128p.
4. Lobanova E.G. Vliyanie sinteticheskikh ligandov kannabinoidnykh retseptorov na ekspressiyu eykozanoidov in vitro [Influence of the cannabinoid receptors synthetic ligands on eicosanoids synthesis in vitro]. Byulleten' SO RAMN — Bulletin of the Siberian Branch of the Russian Academy of Medical Sciences, 2012, no. 2, pp. 5-8.
5. Lobanova E.G. Deystvie sinteticheskikh ligandov kannabinoidnykh retseptorov na reaktivnost' immunokompetentnykh kletok in vitro [Effects of syntetic cannabinoid receptor ligands win 55,212-2 and anandamid upon in vitro activity of immunocompetent cells]. Meditsinskaya immunologiya — Medical Immunology, 2009, vol. 11, no. 2-3, pp. 261-264.
6. Lobanova E.G. Rol' endokannabinoidnykh retseptorov v regulyatsii immunnogo otveta [Role of endocannabinoid receptors in immune response regulation]. Meditsinskaya immunologiya — Medical Immunology, 2012, vol. 14, no. 3, pp. 189-194.
7. Sergeeva M.G., Varfolomeeva A.T Kaskad arakhidonovoy kisloty [Cascade of arachidonic acid]. Moscow, «Narodnoe Obrazovanie» — «Narodnoe Obrazovanie», 2006. 256p.
8. Churyukanov M.V., Churyukanov V.V. Funktsional'naya organizatsiya i terapevticheskiy potentsial endogennoy kannabinoidnoy sistemy [Functional organization ant therapeutic potential of the endogenous cannabinoid system]. Eksperimentalnaya i klinicheskaya farmakologiya — Experimental and Clinical Pharmacology, 2004, vol. 67, no. 2, pp. 70-78.
9. Baker D., Pryce G., Croxford J. L., Brown P, Pertwee R.G., Huffman J.W., Layward L. Cannabinoids control spasticity and tremor in a multiple sclerosis model. Nature, 2000, no. 404, pp. 84-87.
10. Battista N., Tommaso M., Bari M., Maccarrone M. The endocannabinoid system: an overview. Front. Behav. Neurosci, 2012, no. 6, p. 9.
11. Berdyshev E.V., Boichot E., Germain N., Allain N., Anger J.P., Lagente V. Influence of fatty acid ethanolamides and D9-tetrahydrocannabinol on cytokine and arachidonate release by mononuclear cells. Eur. J. Pharmacol., 1997, no. 330, pp. 231-240.
12. Bergstrom S., Danielsson H., Samuelsson B. Enzymatic formation of prostaglandin E2 from arachidonic acid. Biochim. Biophys. Acta, 1964, no. 90, рр. 207-210.
13. Brash A.R. Arachidonic acid as a bioactive molecule. J. Clin. Invest., 2001, vol. 107, pp. 1339-1345.
14. Brenowitz S.D., Regehr W.G. Calcium dependence of retrograde inhibition by endocannabinoids at synapses in to purkinje cells. J. Neurosci, 2003, vol. 23, pp. 6373-6384.
15. Bueb J.L., Lambert D.M., Tschirhart E.J. Receptor-independent effects of natural cannabinoids in rat peritoneal mast cells in vitro. Biochim. Biophys. Acta, 2001, vol. 1538, pp. 252-259.
16. Cadas H., Gaillet S., Beltramo M., Vrnance L., Piomelli D. Biosynthesis of an endogenous cannabinoid precursor in neurons and its control by calcium and cAMP J. Pancreas, 2004, no. 5, pp. 41-43.
17. Cravatt B.F., Demarest K., Patricelli M.P., Bracey M.H., Giang D.K., Martin B.R., Lichtman A.H. Supersensitivity to anandamide and enhanced endogenous cannabinoid signaling in mice lacking fatty acid amide hydrolase. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2001, vol. 98, no. 16, pp. 9371-9376.
18. Devane W.A., Dysarz F.A.I., Johnson M.R., Melvin L.S., Howlett A.C. Determination and characterization of a cannabinoid receptor in rat brain. Mol. Pharmacol., 1988, vol. 34, pp. 605-613.
19. Devane W.A., Hanus L., Breuer A., Pertwee R.G., Stevenson L.A., Griffin G., Gibson D., Mandelbaum A., Etinger A., Mechoulam R. Isolation and structure of a brain constituent that binds to the cannabinoid receptor. Science, 1992, vol. 258, pp. 1946-1949.
20. Di Marzo V. Endocannabinoids: synthesis and degradation. Rev. Physiol. Biochem. Pharmacol., 2008, vol. 160, no. 1, pp. 1289-1296.
21. Diaz S., Specter S., Vblanderhoek J.Y., Coffey R.G. The effect of delta-9-tetrahydrocannabinol on arachidonic acid metabolism in human peripheral blood mononuclear cells. J. Pharmacol. Exp. Ther., 1994, vol. 268, pp. 1289-1296.
22. Dixon R.A. Requirement of a 5-lipoxygenase-activating protein for leukotriene synthesis. Nature, 1990, vol. 343, pp. 282-284.
23. Farquhar-Smith WP, Jaggar S.I., Rice A.S. Attenuation of nerve growth factor-induced visceral hyperalgesia via cannabinoid CB1 and CB2-like receptors. Pain, 2002, vol. 97, pp. 11-21.
24. Farquhar-Smith WP, Rice A.S. Administration of endocannabinoids prevents a referred hyperalgesia associated with inflammation of the urinary bladder. Anesthesiology, 2001, vol. 94, pp. 507-513.
25. Fonseca R.F., Arco D.I., Bermudez-Silva FJ. The endocannabinoid system: physiology and pharmacology. Alcohol, 2005, vol. 40, no. 1, pp. 2-14.
26. Forsell P.K., Brunnstrom A., Johannesson M., Claesson H.E. Metabolism of anandamide into eoxamides by 15-Lipoxygenase-1 and glutathione transferases. Lipids, 2012 Jun 9 [Epub ahead of print].
128
2013, Т. 15, № 2 2013, Vol. 15, No 2
Эндоканнабиноиды и эйкозаноиды в иммунных процессах Endocannabinoids, eicosanoids and immunity
27. Funk C.D. Prostaglandins and leukotrienes: advances in eicosanoid biology. Science, 2001, vol. 294, рр. 18711875.
28. Galiegue S., Mary S., Marchand J., Dussossoy D., Carrifere D., Carayon P., Bouaboula M., Shire D., Le Fur G., Casellas P Expression of central and peripheral cannabinoid receptors in human immune tissues and leukocyte subpopulations. Eur. J. Biochem., 1995, no. 232, pp. 54-61.
29. Gaoni Y, Mechoulam R. Isolation, structure and partial synthesis of an active constiuent of hashish. J. Am. Chem. Soc., 1964, no. 86, pp. 1646-1647.
30. Gertsch J., Leonti M., Raduner S., Racz I., Chen J.Z., Xie X.Q., Altmann K.H., Karsak M., Zimmer A. Beta-caryophyllene is a dietary cannabinoid. PNAS, 2008, vol. 105, no. 26, pp. 9099-9104.
31. Gilroy D.W. Eicosanoids and the endogenous control of acute inflammatory resolution. Int. J. Biochem. Cell Biol., 2010, no. 42, no. 4, pp. 524-528.
32. Giuffrida A., Beltramo M., Piomelli D. Mechanisms of Endocannabinoid Inactivation: Biochemistry and Pharmacology. J. Pharmacol. Exp. Ther, 2001, no. 298, pp. 7-14.
33. Goldyne M.E., Burrish G.F., Poubelle P, Borgeat P Arachidonic acid metabolism among human mononuclear leukocytes. Lipoxygenas-related pathways. J. Biol. Chem., 1984, no. 259, pp. 8815-8819.
34. Habayeb О^., Taylor A.H., Bell S.C., Taylor D.J., Konje J.C. Expression of the endocannabinoid system in human first trimester placenta and its role in trophoblast proliferation. Endocrinology. 2008, no. 149, no. 10, pp. 5052-5060.
35. Hampson A.J., Hill W.A., Zan-Phillips M., Makriyannis A., Leung E., Eglen R.M., Bornheim L.M. Anandamide hydroxylation by brain lipoxygenase:metabolite structures and potencies at the cannabinoid receptor. Biochim. Biophys. Acta, 1995, no. 16, pp. 173-179.
36. Hiley C.R. Endocannabinoids and the heart. J. Cardiovolasc. Pharmacol., 2009, vol. 53, no. 4, pp. 267-276.
37. Howlett A.C., Wilken G.H., Pigg J.J., Houston D.B., Lan R., Liu Q., Makriyannis A. Azido- and isothiocyanato-substituted aryl pyrazoles bind covalently to the CB1 cannabinoid receptor and impair signal transduction. J. Neurochem., 2000, vol. 74, pp. 2174-2181.
38. Katona S., Kaminski E., Sanders H., Zajicek J. Cannabinoid influence on cytokine profile in multiple sclerosis. Clin. Exp. Immunol., 2005, vol. 140, no. 3, pp. 580-585.
39. Kearn C.S., Hillard C.J. International cannabinoid research society. Simposium on the Cannabinoids. Burlington, 1999. 44 р.
40. Klein T.W, Newton C., Friedman H. Cannabinoid receptors and the cytokine network. Adv. Exp. Med. Biol., 1998, no. 437, pp. 215-222.
41. Kozak K.R., Crews B.C., Ray J.L., Tai H.H., Morrow J.D., Marnett L.J. Metabolism of prostaglandin glycerol esters and prostaglandin ethanolamides in vitro and in vivo. J. of Biological. Chemistry, 2001, no. 276, pp. 993998.
42. Kulkarni-Narla A., Brown D.R. Localization of CB1-cannabinoid receptor immunoreactivity in the porcine enteric nervous system. Cell Tissue Res., 2000, vol. 302, no. 1, pp. 73-80.
43. Lewis R.A., Austen K.F., Soberman R.J. Leukotrienes and other products of the 5-lipoxygenase pathway. Biochemistry and relation to pathobiology in human diseases. N. Engl. J. Med., 1990, vol. 323, pp. 645-655.
44. Mdrquez L., Abanades S., Andreu M. Endocannabinoid system and bowel inflammation. Med. Clin. (Barc), 2008, vol. 131, no. 13, pp. 513-517.
45. Matsuda L.A., Lolait S.J., Brownstein M.J., Young A.C., Bonner TI. Structure of a cannabinoid receptor and functional expression of the cloned cDNA. Nature, 1990, vol. 346, pp. 561-564.
46. Mechoulam R., Fride E., Di Marzo V. Endocannabinoids. Eur. J. Pharmacol., 1998, vol. 359, pp. 1-18.
47. Melis M., Pistis M., Perra S., Muntoni A.L., Pillolla G., Gessa G.L. Endocannabinoids mediate presynaptic inhibition of glutamatergic transmission in rat ventral tegmental area dopamine neurons through activation of CB1 receptors. J. Neurosci, 2004, vol. 24, pp. 3-62.
48. Murakami M. Regulation of prostaglandin E2 biosynthesis by inducible membrane-associated prostaglandin E2 synthase that acts in concert with cyclooxygenase-2. J. Biol. Chem., 2000, vol. 275, pp. 783-792.
49. Narumiya S., Fitzgerald G.A. Genetic and pharmacological analysis of prostanoid receptor function. J. Clin. Invest., 2001, vol. 108, pp. 25-30.
50. Pertwee R.G., Brown D.T. Cannabis: The genus Cannabis. Amsterdam: Harwood Academic Publishers, 1998, pp. 125-174.
51. Pertwee R.G., Ross R.A. Cannabinoid receptors and their ligands. Prostaglandins, Leukotrienes and Essential Fatty Acids, 2002, vol. 66, no. 2-3, pp. 101-121.
52. Pertwee R.G. Pharmacological actions of cannabinoids. In: Cannabinoids. Handbook of Experimental Pharmacology, 2005, vol. 168, pp. 1-51.
53. Racz I., Gothert M., Zimmer A. Anandamide effects on 5-HT3 receptors in vivo. Eur. J. Pharmacol., 2008, vol. 596, pp. 98-101.
54. Robson P. Therapeutic aspects of cannabis and cannabinoids. Br. J. Psychiatry, 2001, vol. 178, pp. 107-115.
55. Rodriguez F., Arco I.D., Bermudez-Silva FJ. The endocannabinoid system: physiology and pharmacology. Alcohol, 2005, vol. 40, pp. 2-14.
129
Караман Ю.К., Лобанова Е.Г. Karaman Yu.K., Lobanov E.G.
Медицинская Иммунология Medical Immunology
56. Rouzer C.A., Marnett L.J. Endocannabinoid Oxygenation by Cyclooxygenases, Lipoxygenases, and Cytochromes P450: Cross-Talk between the Eicosanoid and Endocannabinoid Signaling Pathways. Chem. Rev., 2011, vol. 111, no. 10, pp. 5899-5921.
57. Samuelsson B., Goldyne M., Granstrom E., Hamberg M., Hammarstrom S., Malmsten C. Prostaglandins and thromboxanes. Annu. Rev. Biochem., 1978, vol. 47, рр. 997-1029.
58. Smith M.L., Murphy R.C. The eicosanoids: cyclooxygenase, lipoxygenase and epoxygenase pathways. Biochemistry of lipids, lipoproteins and membranes. Amsterdam: Elsevier, 2002. 300р.
59. Smith WL., Garavito R.M., DeWitt D.L. Prostaglandin endoperoxide H synthases [cyclooxygenases]-1 and -2. J. Biol. Chem., 1996, vol. 271, pp. 157-160.
60. Snider N.T, Kornilov A.M., Kent U.M., Hollenberg P.F. Anandamide Metabolism by Human Liver and Kidney Microsomal Cytochrome P450 Enzymes to Form Hydroxyeicosatetraenoic and Epoxyeicosatrienoic Acid Ethanolamides. J. Pharmacol. Exp. Ther., 2007, vol. 321, рр. 590-597.
61. Soberman R.J., Christmas P The organization and consequences of eicosanoid signaling. Clin. Invest., 2003, vol. 111, no. 8, pp. 1107-1113.
62. Spector A.A. Arachidonic acid cytochrome P450 epoxygenase pathway. J. Lipid Res., 2009, vol. 50, pp. 59-65.
63. Sugiura T, Kondo S., Sukagawa A., Nakane S., Shinoda A., Itoh K., Yamashita A., Waku K. 2-Arachidonoylgylcerol: A Possible Endogenous Cannabinoid Receptor Ligand in Brain. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1995, vol. 215, рр. 89-97.
64. Tapiero H., Nguyen B., Couvreur G. Polyunsaturated fatty acids [PUFA] and eicosanoids in human health and pathologies. Biomed. Pharmacother., 2002, vol. 56, pp. 215-222.
65. Van Dorp D.A., Beerthuis R.K., Nugeteren D.H., Vbnkeman H. The biosynthesis of prostaglandins. Biophys. Acta, 1964, vol. 90, pp. 204-207.
66. Wang J., Natsuo U. Biology of endocannabinoid synthesis system. Prostaglandins & Other Lipid Mediators, 2009, vol. 89, no. 3-4, pp. 112-119.
67. Yu M., Ives D., Ramesha C.S. Synthesis of Prostaglandin E2 Ethanolamide from Anandamide by Cyclooxygenase-2. J. Biol. Chem., 1997, vol. 272, pp. 21181-21186.
130
