CC BY
146
оригинальные статьи
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2017 УДК 616.24-002-092:612.017.1
Плехова Н.Г.12, Кодрашова Н.М.1, Гельцер Б.И.13, Котельников В.Н.1
КЛЕТОЧНО-МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ФАКТОРЫ ВРОЖДЕННОЙ ЗАЩИТЫ И ИХ РОЛЬ В ПАТОГЕНЕЗЕ ПНЕВМОНИИ
1 ГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Минздрава России, 690002, Владивосток, Россия;
2 ФГБНУ «НИИ эпидемиологии и микробиологии имени ГП. Сомова», ФАНО России, 690087, Владивосток, Россия;
3 Дальневосточный федеральный университет, Школа биомедицины, 690950, Владивосток, Россия
В обзоре охарактеризованы основные элементы врожденной иммунной системы, включая нейтрофилы, моноциты, макрофаги, NK-клетки, различные классы патоген-распознающих рецепторов (TLRs, RLRs, NLRs), инфламмасомы и другие компоненты сигнальных внутриклеточных путей с позиций их участия в реализации защиты организма при инфекционном воспалении легких. Приведены новые данные о разделении нейтрофилов и макрофагов на субпопуляции неактивированных и активированных клеток соответственно функционального состояния, происхождения и экспрессии рецепторов. Обсуждается вопрос о неоднозначной роли нейтрофилов в патогенезе пневмонии и функциональной неоднородности макрофагальных клеток, локализованных в легких. Приведена классификация образ-распознающих рецепторов (pattern recognition receptors, PRR) соответственно на Toll-подобные рецепторы (TLRs), рецепторы лектинов С-типа (Clrs), семейство цитоплазматических белков, индуцируемых геном ретиноевой кислоты, ^Ю)-1-подобные рецепторы (RLRs) и нуклеотид-связывающие олигомеризированные доменовые рецепторы, NOD-подобные рецепторы (NLRs). Продемонстрирована роль молекулярных факторов врожденного иммунитета в процессе обезвреживания возбудителей инфекционных заболеваний легких. Приведенные в обзоре новые данные о значении клеточно-молекулярных компонентов врожденного иммунитета в естественной и приобретенной невосприимчивости к респираторным инфекциям открывают перспективы более целенаправленного управления этим процессом с помощью вакцин, иммуномодуляторов и других средств фармакотерапии. При написании обзора использованы литературные источники баз данных Scopus, Web of Science, PubMed, Global Health, РИНЦ, карта науки России.
Ключевые слова: врожденный иммунитет; нейтрофилы; макрофаги; NK-клетки; рецепторы распознавания патогена; пневмония.
Для цитирования: Плехова Н.Г., Кодрашова Н.М., Гельцер Б.И., Котельников В.Н. Клеточно-молекулярные факторы врожденной защиты и их роль в патогенезе пневмонии. Иммунология. 2017; 38(2): DOI: 10.18821/0206-49522017-38-2-
Plekhova N.G., Kodrashova N.M., Geltser B.I., Kotelnikov V.N.
CELLULAR AND MOLECULAR FACTORS OF INNATE DEFENSE AND ITS ROLE IN THE PATHOGENESIS OF PNEUMONIA
1 Pacific State Medical University, Central Research Laboratory, vladivostok, Russia;
2 Somov Institute of Epidemiology and Microbiology, Laboratory of Cell Biology and Histopathology, vladivostok, Russia;
3 Far Eastern Federal University, School of Biomedicine, vladivostok, Russia
In review the main elements of the innate immune system, including neutrophils, monocytes, macrophages, NK cells, different classes of pathogen recognition receptors (TLRs, RLRs, NLRs), inflammasome and other components of signaling intracellular pathways were describes and in terms of their participation in the protection of the organism in infectious inflammation of the lungs. New data on the unactivated and activated subpopulations of neutrophils and macrophages, respectively, functional state, origin, and receptor expression were described. The question of the ambiguous role of neutrophils in the pathogenesis of pneumonia and functional heterogeneity of macrophage cells, which are localized in the lungs were discussed. The classification of pattern recognition receptors (PRR) respectively on Toll-like receptors (TLRs), receptor-type C lectins (Clrs), a family of cytoplasmic proteins, retinoic acid inducible gene (RIG) -I-like receptors (RLRs) and nucleotide-binding receptors oligomerized domens of NOD-like receptors (NLRs) were demonstrated in terms of their participation in the process of neutralizing pathogens lung infections. These new data about significance of cellular and molecular components of the innate immune system in a natural and acquired immunity to respiratory infections offers the prospect of a more focused management of this process with the help of vaccines, immunomodulators and other means of pharmacotherapy. In writing of review database Scopus, Web of Science, PubMed, Global Health, RISC, map Russian science were used.
Keywords: innate immunity, neutrophils, macrophages, NK cells, pathogen recognition receptors, pneumonia. For citation: Plekhova N.G., Kodrashova N.M., Geltser B.I., Kotelnikov V.N. Cellular and molecular factors of innate defense and its role in the pathogenesis of pneumonia. Immunologiya. 2017; 38(2): DOI: 10.18821/0206-4952-2017-38-2-For correspondence: Plekhova Natalia G., Dr. Sci. Biol., Head of the Central Research Laboratory, Pacific State Medical University, E-mail: [email protected]
conflict of interest. The authors declare no conflict of interest. Acknowledgments. The work is executed at financial support of Russian scientific Fund (state contract № 14-33-00009) and the Federal Agency of scientific organizations.
Received 20.09.16 Accepted 03.11.16
Для корреспонденции: Плехова Наталья Геннадьевна, д-р биол. наук, зав. Центральной научно-исследовательской лабораторией ГБОУ ВПО ТГМУ Минздрава России, E-mail: [email protected]
В настоящее время пневмонию рассматривают не только как биологическую модель гипоксии, но и как классическую модель противоинфекционной защиты [1]. Микроаспирация и колонизация бактерий в верхних дыхательных путях происходит постоянно, в таком же режиме работает противостоящая им система нейтрализации чужеродных агентов. На этом фоне относительно небольшая вероятность развития альвеолярного воспаления обеспечивается эффективным взаимодействием различных факторов местной защиты нижних дыхательных путей, которое ограничивает реализацию воспалительного потенциала бактерий. К факторам местной защиты относятся элиминация микроорганизмов посредством мукоцилиарного и диспергационного транспорта, бактерицидная активность легочного сурфактанта, колонизационная резистентность нормальной микрофлоры и микробицидные компоненты иммунитета. Основным элементом, предшествующим клеточно-опосредованной реакции, служит расстройство микроциркуляции по гиперемическому типу с повышенной проницаемостью сосудов и последующей миграцией нейтрофилов и моноцитов в зону внедрения патогена. При этом продолжительность рекрутирования этих клеток из кровеносного русла и их реактивность определяют темпы развития, распространенность и исход патологического процесса. От качества реализации киллерного и эффекторного потенциала этих клеток в ответ на внедрение патогена зависит «судьба» воспаления, дебют которого характеризуется переходом субклинической формы инфекции в клинически манифестирующую пневмонию [2, 3]. По современным представлениям, к клеточным элементам врожденного иммунитета относятся клетки миелоцитарного пула (моноциты, макрофаги, дендритные клетки), нейтрофи-лы, базофилы, эозинофилы, тучные клетки, внутриэпители-альные субпопуляции лимфоцитов — Ту5-клетки, киллерные клетки (естественные NK-клетки, киллерные и лимфокин-активированные киллерные клетки, ЛАК-клетки) и Pit-клетки — субпопуляция NK-клеток с фенотипом CD56+/CD16— [4].
Нейтрофилы
Как клетки-эффекторы острого воспаления нейтрофилы быстро покидают кровеносные сосуды и мигрируют в паренхиму легких и альвеолярное пространство в зону локализации бактериального патогена, причем их количество в мокроте больных пневмонией коррелирует с тяжестью течения заболевания [5, 6]. Процесс миграции нейтрофилов в очаг воспаления включает первичную адгезию на поверхности эндотелия, роллинг с последующей адгезией и диапедезом [7]. Роллинг и адгезия — необходимые этапы трансформации нейтрофилов и моноцитов в дифференцированные клетки с экспрессией на их поверхности рецепторов селектинов и интегринов. В настоящее время идентифицировано 2 типа селектинов: L (CD 62L) и Е (CD 62E) и 5 видов интегринов, к которым относят 3 гетеродимера, состоящие из общей р-цепи (CD 18) и трех а-цепей (CD 11a, CD 11b, CD 11с) [8, 9]. Стимулированные нейтрофилы очага воспаления продуцируют провоспалительные медиаторы, такие как IL-1 и IL-8, экс-прессируют рецептор-антагонист IL-1 и белок воспаления для активации макрофагов (MIP-1s) [10].
Иммунная функция нейтрофилов при пневмонии главным образом ассоциируется с фагоцитозом и продукцией цитоток-сических компонентов, в том числе нитроксидных и кислородных радикалов, и образованием внеклеточных ловушек, что обусловливает прямое бактерицидное воздействие клеток [11]. В дебюте воспаления нейтрофилы запускают цепную реакцию с выделением бактерицидных веществ и формируют локальный дисбаланс с преобладанием эффекторной функции. Помимо того, что эти клетки являются продуцентами ци-тотоксических бактерицидных веществ, они могут оказывать влияние на иммунитет путем инициации процесса транскрипции генов, кодирующих синтез широкого спектра компонентов, в том числе цитокинов и молекул-контроллеров [12]. При
original article
экспериментальной пневмококковой пневмонии показано, что для эффективного иммунного ответа необходим интерферон g, единственным источником которого в легких служат нейтрофилы [13]. Кроме того, нейтрофилы путем экспрессии связанного с фактором некроза опухоли апоптоз-индуцирующего лиганда (TRAIL) оказывают влияние на апоптоз альвеолярных макрофагов [14]. Поскольку апоптоз фагоцитов служит бактерицидным эффекторным фактором, полученный от ней-трофила паракринный сигнал повышает резистентность легких. Именно поэтому нейтрофилы играют ключевую роль в патогенезе широкого спектра заболеваний, выступая на стороне «хозяина», а иногда и против него, в том числе при респираторных инфекциях.
Роль нейтрофилов при развитии пневмонии не всегда можно рассматривать как однозначно положительную. В фазу разрешения воспаления после элиминации бактерий происходит апоптоз рекрутированных клеток с последующим фагоцитозом макрофагами остатков бактерий и деструктурированных клеток. Если активированные нейтрофилы не удаляются из инфильтрата, персистенция таких клеток приводит к повреждению окружающих тканей, что в дальнейшем провоцирует развитие острого респираторного дистресс-синдрома [15, 16]. У больных пневмонией при тяжелом течении заболевания повышается содержание в периферической крови CD64+ популяции нейтрофилов, которое коррелирует с повышенным уровнем С-реактивного белка [17, 18]. Известно, что экспрессия этого рецептора появляется в ответ на стимуляцию клеток ци-токинами, в том числе интерфероном у или ГМ-КСФ [19, 20]. Причем, использование в качестве иммуномодулирующего препарата ГМ-КСФ при тяжелой пневмонии и сепсисе повышает показатели иммунитета больных на фоне снижения количества активированных нейтрофилов [21]. Таким образом, активированные нейтрофилы можно рассматривать не только в качестве клеток-эффекторов, но и клеток-аффекторов [22]. В ядрах таких нейтрофилов отмечают активность регулятор-ного фактора транскрипции NF-kB, который запускает синтез белка р65, который активирует преимущественно киназы, в связи с чем увеличивается продукция провоспалительных цитокинов [23]. Выделяя различные цитокины и эйкозаноиды нейтрофилы аффектируют сигналы для участников иммунного ответа организма. Понимание подобной роли нейтрофилов при патологии легких находится на начальном этапе изучения, но изложенные ранее данные указывают на необходимость подобного исследования. Высказанную гипотезу подтверждают результаты исследования транскрипционного профиля различных типов клеток легких при гриппе. Обнаружена корреляция между высокой степенью активности нейтрофилов и уровнем летальности от пневмонии, что указывает на их значение при неблагоприятном исходе заболевания [24]. И наконец, известна аффекторная роль нейтрофилов вне легких, например в краевой зоне селезенки, где путем продукции цитокинов эти клетки регулируют синтез антител В-лимфоцитами против независимых от Т-клеток антигенов [25].
Таким образом, маркеры активации и другие показатели, характеризующие функциональное состояние нейтрофилов, могут быть дополнительными прогностическими критериями клинического течения пневмонии, но, к сожалению, еще недостаточно данных о транскрипционной регуляции синтетических процессов, что не позволяет в полной мере оценить эффекторную и аффекторную роль этих клеток.
Клетки системы мононуклеарных фагоцитов
Система мононуклеарных фагоцитов включает моноциты, макрофаги и дендритные клетки (ДК) коммитированные общими стволовыми предшественниками миелоидного пула [26]. Моноциты как циркулирующие предшественники резидентных макрофагов принимают участие в обеспечении го-меостаза легких, поглощая и транспортируя антиген из тканей в лимфоидные органы [27]. На настоящий момент доказано,
оригинальные статьи
что формирование пула резидентных альвеолярных макрофагов может происходить неонатально без участия моноцитов путем перемещения клеточных предшественников из желточного мешка или печени плода в легкие [28, 29]. Функции резидентных макрофагов легких на конечном этапе созревания как профессиональных фагоцитов выражены в полной мере, они специфично адаптированы к окружающей среде и наряду с другими факторами обеспечивают гомеостаз дыхательных путей, нейтрализуют чужеродные компоненты и принимают активное участие в подавлении воспаления. Дифференциров-ка макрофагов осуществляется через иммунорегуляторное влияние на рецептор CD200 ГМ-КСФ, IL-10, трансформирующего фактора роста и белков сурфактанта, которые содержатся в слизистом слое мерцательного эпителия, выстилающего бронхи [30]. Исследования M. Rodero и соавт. [31] на модели генетически модифицированных мышей с флуоресцентно-маркированными моноцитами показали их локализацию в различных отделах легкого. Макрофаги, предшественниками которых были моноциты, выявляли как в кровеносных сосудах легких, так и в дыхательных путях, тогда как резидентные фагоциты только в дыхательных путях. По мнению авторов, резидентные макрофаги дыхательных путей могут выполнять несколько иную роль по сравнению с клетками, которые были сформированы из моноцитов крови. Действительно, макрофаги различных органов имеют отличающийся профиль экспрессии поверхностных маркеров, сопоставление степени их выраженности с количественным проявлением активности внутриклеточных молекулярных маркеров (белков или мРНК) представляет определенные трудности [32]. Также разделение субпопуляций макрофагов по экспрессии рецепторов с помощью проточной цитофлуориметрии на альвеолярные и кондуктивные соответственно функциональному состоянию с диагностической целью сложно и довольно спорно. Тогда как моноциты периферической крови, представленные двумя различными классами — классической субпопуляцией (высокий уровень экспрессии рецептора Ly6C и рецептора для хемоки-нов CCR2 и низкий уровень рецептора CX3CR1) и неклассической (низкий уровень экспрессии Ly6C и высокий для хемо-кинов CX3CR1), более удобны как модель для исследования
[33]. В настоящее время еще недостаточно информации о том, как моноциты изменяются под воздействием окружающей ткани легкого, что связано со слабой экспрессией в них флуоресцентных генов-репортеров LINEAGE и ограничением применения методов функциональной геномики и визуализации
[34]. Так же как и моноциты, макрофаги подразделяют на 2 основные группы: провоспалительные, классически активированный тип M1 и иммунорегуляторные, в качестве альтернативы активированный тип М2 [35]. Классически активированный тип M1 появляется после начального воздействия интеферона у, за которым следует второе воздействие, например ФНОа, что приводит к высокой презентации антигена на фоне увеличения синтеза и высвобождения провоспалитель-ных медиаторов, оксида азота (NO) и усилению фагоцитоза.
Альвеолярные макрофаги способны к самообновлению и экпрессируют на своей поверхности уникальный фенотип рецепторов. К ним относят кластер дифференцировки инте-грин CDllc, рецептор SiglecF, который ранее был обнаружен на эозинофилах и Axl и пока не обнаружен на других популяциях резидентных макрофагов [36]. Активация альвеолярных макрофагов должна быть четко отрегулирована с целью предотвращения нежелательных иммунных реакций в ответ на внедрение безвредных ингаляционных антигенов. Показано, что индуцированное мутацией гена снижение экспрессии макрофагами миграционного фактора выражается в увеличении риска заболевания внебольничной пневмонией [37]. При киллинге возбудителей пневмонии альвеолярные макрофаги продуцируют цитокины, такие как ФНОа, IL-1a и -1р, что оказывает скоординированное действие на проявление реакционной активности клеток, участников местной тканевой
реакции [23]. В частности, продуцируя эти цитокины, макрофаги сигнализируют о наличии патогена в легких эпителио-цитам, клеткам эндотелия, нейтрофилам и др. [22, 23, 38]. Эти функции альвеолярных макрофагов как клеток-наблюдателей имеют значение для быстрой и эффективной реализации иммунного ответа при инфекции легких. Как клетки, способные к пролиферации, альвеолярные макрофаги неонатального происхождения могут после стресса при остром воспалении остаться функционально активными, в то время как популяция фагоцитов моноцитарного происхождения после фагоцитоза подвергается деградации [28, 39]. Показано, что при индуцированном апоптозе макрофагов элиминация бактерий из очага воспаления при пневмококковой пневмонии происходит быстрее [14]. В случае гибели макрофагов путем пироптоза, например при пневмонии, вызванной Pseudomonas aeruginosa, отмечают повышение активности бактерий [40]. При пневмококковой пневмонии также получены данные о негативном влиянии пироптоза макрофагов на внутриклеточный киллинг бактерий [41]. Несмотря на то что пока не до конца изучена связь пироптоза альвеолярных макрофагов с киллингом бактерий, указанные факты позволяют выдвинуть новую концепцию об отрицательном влиянии пироптоза на иммунную резистентность легких. Некроз — еще один путь клеточной гибели — до настоящего времени не рассматривали в контексте пневмонии. Тем не менее, известно, что микробные факторы, такие как пневмолизин пневмококка, обладают индуцирующим некроз воздействием на альвеолярные макрофаги, что, вероятно, позволяет реализовать патогенный потенциал этих бактерий [42]. Таким образом, приведенные данные позволяют заключить, что гибель альвеолярных макрофагов отличным от апоп-тоза путем оказывает негативное влияние на развитие иммунного ответа при пневмониях.
Киллерные клетки
В периферическом пуле лимфоцитов крови присутствует фракция клеток, лишенных маркеров Т- и В-лимфоцитов, обозначаемая как 0-клетки. В состав этой фракции входят небольшое количество незрелых лимфоидных предшественников, а ее большую часть составляют киллерные клетки (NK-клетки). Мишенями для NK-клеток служат практически все ядросодер-жащие клетки, однако наибольшую активность NK-клетки проявляют по отношению к опухолевым и пораженным вирусом клеткам. При инфекциях бактериального генеза определено, что NK-клетки с помощью рецептора CD1d распознают гли-колипиды St. pneumonia и Streptococcus группы В [43, 44]. Эта субпопуляция NK-клеток была названа инвариантной, способной постоянно экспрессировать рецептор для индукции высокого уровня цитокина IL-12 [45]. Появление IL-12 мгновенно включает экспрессию рецептора STAT4 на Т-клетках, что инициирует цитокин-опосредованную активацию иммунитета. Помимо этого, на модели генетически модифицированных мышей обнаружено, что альвеолярные макрофаги лучше поглощают S. aureus в присутствии NK-клеток. В противоположность контрольной группе мыши без NK-клеток оказались более восприимчивы к легочной инфекции [46]. Также показано, что при пневмонии важную роль в нейтрофил-опосредованной защите играет субпопуляция эпителиальных NK-клеток с фенотипом CD3+/TCR-Ô+/Vу4+—Pit-клетки легких [47].
Молекулярные факторы врожденного иммунитета
К факторам патогенности относятся как отдельные молекулы, так и молекулярные комплексы, синтезируемые инфекционными агентами с целью паразитирования в организме — патоген-ассоциированные молекулярные структуры (pathogen-associated molecular patterns, PAMS). Основополагающим структурно-молекулярным компонентом врожденной системы неспецифической защиты служат образраспознаю-щие рецепторы (pattern recognition receptors, PRR). Каждая подобного типа молекула — маркер достаточно больших
кластеров инфекционных агентов, поэтому процесс их распознавания рецепторами PRR носит неспецифический характер. Эти рецепторы экспрессируются на эффекторных клетках врожденной иммунной системы и профессиональных анти-генпрезентирующих клетках, а также на клетках неиммунного типа. Выделено 4 различных семейства, относящихся к классу образраспознающих рецепторов. Они включают семейство трансмембранных белков, таких как Toll-подобные рецепторы (TLRs), рецепторы лектинов С-типа (Clrs) и семейство цитоплазматических белков, индуцируемых геном ретиноевой кислоты, (RIG)-I-подобные рецепторы (RLRs) и нуклеотид-связывающие олигомеризированные доменовые рецепторы, NOD-подобные рецепторы (NLRs) [48]. При активации последних рецепторов запускается каскад внутриклеточной сигнализации с последующей транскрипционной экспрессией межтканевых воспалительных медиаторов, что координирует молекулярно-клеточные механизмы уничтожения патогенов и инфицированных клеток.
семейство трансмембранных образраспознающих рецепторов
К семейству трансмембранных PRR помимо Toll-подобных (TLRs) и рецепторов лектинов С-типа (Clrs) относят макро-фагальные скавенджер-рецептор (рецептор класса A, SR-A) и рецептор маннозы, а также ß2-интегрины, участвующие в процессе распознавания PAMS и инициирующие фагоцитоз [49]. Макрофагальный скавенджер-рецептор связывается с липидами грамотрицательных бактерий и липотейхоевой кислотой грамположительных бактерий. Рецептор маннозы взаимодействует с маннозосодержащими молекулами поверхности патогена, активирует фагоцитоз и индуцирует продукцию макрофагом IL-1ß, IL-6 и колониестимулирующего фактора (GM-CSF). В свою очередь интегрины — большое семейство гетеродимерных мембранных белков, среди которых в распознавании PAMS участвует ß2-интегриновое субсемейство (CD11/CD18). Оно объединяет 3 отличающихся друг от друга комбинациями а- и ß-цепей мембранных гликопротеина: а^2-интегрин (LFA-1, CD11a/CD18), экспрессируемый на поверхности мембран лейкоцитов; о32-интегрин (рецептор комплемента — CR3, MAC-1 или CDl1b/CD18), представленный на мембране нейтрофилов, макрофагов, моноцитов и лимфоцитов; а^2-интегрин (CR4, p150,95 или CD11c/CD18), экспрессируемый макрофагами и моноцитами [50]. ß2-интегрин может связываться с PAMS бактерий и участвовать в активации процесса фагоцитоза неопсонизированных частиц макрофагами. CD18 взаимодействует с липополисахаридом грамотри-цательных бактерий; а1ß2-интегрин связывается с Blastomyces dermatidis, Klebsiella pneumoniae, стрептококками групп A и B; а^2-интегрин — с Staphylococcus aureus [51]. На модели генетически модифицированных мышей с выключенным геном экспрессии CD14 при заражении Streptococcus pneumoniae развивался пневмококковый менингит, что указывало на его роль при элиминации бактерий [52]. Показано, что при заражении мышей различными серотипами пневмококка на макрофагах маргинальной зоны селезенки экспрессируется С-тип лек-тиновый рецептор SIGN-R1 и принимает участие макрофа-гальный скавенджер-рецептор [53]. Макрофаги, полученные из мышей с генетической делецией последнего рецептора, в модели in vitro обладают сниженной поглотительной активностью в отношении пневмококков, что подтверждает ключевую роль этих клеток в патогенезе заболевания.
Группа Toll-подобных рецепторов (TLR) распознают PAMS и активируют пути передачи сигнала для экспрессии различных генов иммунного ответа [49]. Активация TLR инициирует синтез пептидов, участвующих в процессе воспаления и действующих на T-клетки. Молекулярная структура TLR характеризуется наличием экстра- и интрацеллюлярного доменов. Экстрацеллюлярный вариабельный N-терминальный домен содержит повторяющиеся олигопептидные фрагменты с вы-
original article
соким содержанием лейциновых повторов, которые обусловливают его способность связываться с лигандами патогена. Расположенный с внутренней стороны клеточной мембраны цитозольный С-терминальный домен содержит структурно консервативную последовательность, состоящую примерно из 200 аминокислотных остатков, гомологичную рецептору IL-1ß. Практически все сигналы активации генов-мишеней, идущие от TLRs, опосредуются включением адаптерного белка MyD88 (белок первичного ответа миелоидной дифференци-ровки 88) [54]. Клетки врожденного иммунитета — моноциты и макрофаги — экспрессируют все классы TLR, кроме TLR8; нейтрофилы — TLR2, TLR3, TLR4, TLR6, TLR7, TLR9; дендритные клетки — все TLR; натуральные киллеры — TLR2, TLR4; базофилы — TLR1, TLR2, TLR4, TLR6, TLR9 [54].
При заболеваниях легких, вызванных S. pneumoniae, установлена важная роль рецепторов TLR2, TLR4 и TLR9 [55]. Так, TLR2 связываются как с липотейхоевыми кислотами пневмококков, так и с пептидогликанами их оболочки, тогда как TLR9 определяют ДНК пневмококков внутри эндосом клеток. Таким образом, TLR2 и 9 принимают участие в процессе фагоцитоза и внутриклеточного обезвреживания пневмококков лейкоцитами, индуцируя в последующем продукцию цитокинов. В отношении рецепторов класса TLR4, которые играют ключевую роль в распознавании липополисахаридов грамотрицательных бактерий, показано, что от их наличия зависит провоспали-тельное действие пневмолизина на макрофаги [56]. Причем указано, что сигнал, опосредуемый взаимодействием TLR4 с пневмолизином, индуцирует апоптоз клеток.
Цитозольные нуклеотид-связывающие олигомери-зированные доменовые рецепторы
Nucleotide binding and oligomerization domain-like receptors — NLR, NOD — включают терминальный аминокислотный эффекторный участок, содержащий домен, активирующий и восстанавливающий каспазы, пириновый домен (pyrin domain, PYD) и домен, ингибирующий апоптоз [57]. Центральную часть этих рецепторов составляют NOD и карбоксильный терминальный домен, обогащенный повторяющимся лейцином, который взаимодействует с компонентами бактерий. На настоящий момент у человека идентифицировано 23 члена семейства рецепторов NLRs, которые отличаются по амино-терминальному эффекторному участку и играют важную роль при воспалении [58]. NLRs экспрессируются в цитоплазме моноцитов/макрофагов, нейтрофилов, лимфоцитов, характеризуются высоким уровнем специфичности и играют важную роль в распознавании PAMPs, DAMPS. Установлено, что NLR1 связываются с диаминопимелиновой кислотой клеточной стенки грамотрицательных бактерий, в то время как NLR2 распознают консервативные мурамилпептидные структуры клеточной стенки всех бактерий [59]. В отношении пневмококков показано, что в клетках под воздействием этой бактерии выявляют трансфекцию NLR2, а не NLR1 [59]. Показано, что поглощение S. pneumoniae макрофагами зависит от лизоцима и последующее полилизин-опосредованное перемещение фрагментов пневмококковых пептидогликанов в цитоплазму также происходит при активации NLR2 [59]. В дальнейшем узнавание S. pneumoniae через комплекс рецепторов NLR2 и хемокиновых MCP-1 (CCL2) вызывает приток макрофагов в дыхательные пути. Доказано, что экспрессия клетками рецепторов NLR2 и TLR2 оказывает решающее влияние на колонизацию этих бактерий [59]. Таким образом, чем больше становится известно о функциях рецепторов NLRs человека в патогенезе инфекционных заболеваний, тем больше появляется возможностей для разработки новых стратегий лечения и/или предотвращения развития патологии.
В последние годы в цитоплазме клеток врожденного иммунитета открыты новые протеиновые комплексы макромолекул — инфламмасомы, в образовании которых принимают участие различные рецепторы семейства
оригинальные статьи
NLRs. Инфламмасомы участвуют в активации протеазы — каспазы-1, которая инициирует продукцию клетками цитокинов IL-1 в и IL-18. Формирование инфламмасом, включающих NLR3, происходит при многих бактериальных инфекциях. Так, S. aureus и L. monocytogenes при участии токсинов могут активировать формирование NLR3 инфламмасомы в макрофагах, а K. pneumonia и N. gonorrhoeae помимо образования этой структуры индуцируют некроз клеток и продукцию цитокинов воспаления [60]. В процессе узнавания S. pneumoniae принимает участие белок инфламмасомы — NLR3, который вовлекается в полилизин-опосредованную продукцию макрофагами и дендритными клетками цитокина IL-1b [59, 60]. Через NLR3 осуществляется контроль освобождения легких от бактерий, что и определяет защитную функцию эндотели-ального барьера. Важность участия инфламмасом в механизмах врожденного иммунитета при пневмококковой инфекции определяется взаимодействием мембранных TLRs с цитозольными NLRs рецепторами, которое стимулирует продукцию клетками цитокинов IL-1P и IL-18 [61].
Заключение
Таким образом, к настоящему времени значительно изменились представления об эффекторных механизмах врожденного иммунитета, в том числе в результате открытия общих регуляторных систем паттерн-распознающих рецепторов TLRs и NLRs, которые способны координировать защитную систему организма. Довольно четко определены клеточные и молекулярные пути взаимодействия инфекционных агентов с эффекторами врожденного иммунитета. Новый взгляд на роль врожденного иммунитета в естественной и приобретенной невосприимчивости к респираторным инфекциям открывает перспективы более целенаправленного управления этим процессом с помощью вакцин, иммуномодуляторов и других средств фармакотерапии.
Финансирование. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (гос. контракт № 1433-00009) и Федерального агентства научных организаций.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
литература
4. Сахаров В.Н., Литвицкий П.Ф. Роль различных фенотипов макрофагов в развитии заболеваний человека. Вестн. РАМН. 2015; (1): 26—31. http://dx.doi.org/10.15690/vramn.v70i1.1228
references
1. Lopez H.Y., Yero D., Pinos-Rodríguez J.M., Gibert I. Animals devoid of pulmonary system as infection models in the study of lung bacterial pathogens. Front. Microbiol. 2015; 6: 38—42. doi: 10.3389/ fmicb.2015.00038
2. Aberdein J.D., Cole J., Bewley M.A., Marriott H.M., Dockrell D.H. Alveolar macrophages in pulmonary host defence the unrecognized role of apoptosis as a mechanism of intracellular bacterial killing. Clin. Exp. Immunol. 2013; 174(2): 193—202. doi: 10.1111/ cei.12170.
3. Fukuyama Y., Ikeda Y., Ohori J., Sugita G., Aso K., Fujihashi K., Briles D.E., McGhee J.R., Fujihashi K. A molecular mucosal adjuvant to enhance immunity against pneumococcal infection in the elderly. ImmuneNetw. 2015; 15(1): 9—15. doi: 10.4110/in.2015.15.1.9.
4. Sakharov V.N., Litvitskiy P.F. The role of different phenotypes macrophages in development of human diseases. Vestn. RAMN. 2015; (1): 26—31. (in Russian)
5. Yamashiro S., Kamohara H., Wang J.M., Yang D., Gong W.H., Yoshimura T. Phenotypic and functional change of cytokine-acti-vated neutrophils: inflammatory neutrophils are heterogeneous and enhance adaptive immune responses. J. Leukoc. Biol. 2001; 69(5): 698—704.
6. Keatings V.M., Nightingale J.A. Induced sputum: whole sample. Meth. Mol. Med. 2001; 56: 93—8. doi: 10.1385/1-59259-151-5:93.
7. Silva M.T., Correia-Neves M. Neutrophils and macrophages: the
main partners of phagocyte cell systems. Front. Immunol. 2012; 3(4): 174. doi: 10.3389/fimmu.2012.00174.
8. Alon R., Ley K. Cells on the run: shear-regulated integrin activation in leukocyte rolling and arrest on endothelial cells. Curr. Opin. Cell. Biol. 2008; 20: 525—532
9. McEver R.P. Selectins: initiators of leucocyte adhesion and signalling at the vascular wall. Cardiovasc. Res. 2015; 107(3): 331—9. doi: 10.1093/cvr/cvv154.
10. Gomez J.C., Yamada M., Martin J.R., Dang H., Brickey W.J., Bergmeier W. et al. Mechanisms of interferon-y production by neutrophils and its function during Streptococcus pneumoniae pneumonia. Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 2015; 52(3): 349—64. doi: 10.1165/ rcmb.2013-03160C.
11. Moorthy A.N., Rai P., Jiao H., Wang S., Tan K.B., Qin L., Watanabe H., Zhang Y., Teluguakula N., Chow V.T. Capsules of virulent pneumococcal serotypes enhance formation of neutrophil extracellular traps during in vivo pathogenesis of pneumonia. Oncotarget. 2016; Mar 28. doi: 10.18632/oncotarget.8451.
12. Mantovani A., Cassatella M.A., Costantini C., Jaillon S. Neutrophils in the activation and regulation of innate and adaptive immunity. Nature Rev. Immunol. 2011; 11(8): 519—31. doi: 10.1038/nri3024.
13. Yamada M., Gomez J.C., Chugh P.E., Lowell C.A., Dinauer M.C., Dittmer D.P., Doerschuk C.M. Interferon-y production by neutrophils during bacterial pneumonia in mice. Am. J. Respir Crit. Care Med. 2011; 183(10): 1391—401. doi: 10.1164/rccm.201004-0592OC.
14. Steinwede K., Henken S., Bohling J., Maus R., Ueberberg B., Brum-shagen C. et al. TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) exerts therapeutic efficacy for the treatment of pneumococcal pneumonia in mice. J. Exp. Med. 2012; 209: 1937—52. doi: 10.1084/ jem.20120983.
15. Zmijewski J.W., Lorne E., Zhao X., Tsuruta Y., Sha Y., Liu G., Abraham E. Antiinflammatory effects of hydrogen peroxide in neutrophil activation and acute lung injury. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2009; 179(8): 694—704. doi: 10.1164/rccm.200806-8510C.
16. Gonzales J., Lucas R., Verin A. The acute respiratory distress syndrome: mechanisms and perspective therapeutic approaches. Austin J. Vasc. Med. 2015; 2(1): 1009.
17. Habib S.F., Mukhtar A.M., Abdelreheem H.M., Khorshied M.M., Sayed E.R., Hafez M.H. et al. Diagnostic values of CD64, C-reactive protein and procalcitonin in ventilator-associated pneumonia in adult trauma patients: a pilot study. Clin. Chem. Lab. Med. 2016; 54(5): 889—95. doi: 10.1515/cclm-2015-0656.
18. de Jager C.P., Wever P.C., Gemen E.F., Kusters R., van Gageldonk-Lafeber A.B., van der Poll T., Laheij R.J. The neutrophil-lympho-cyte count ratio in patients with community-acquired pneumonia. Eberl M., ed. PLoS One. 2012; 7(10): e46561. doi:10.1371/journal. pone.0046561.
19. Muzlovic I., Ihan A., Stubljar D. CD64 index on neutrophils can diagnose sepsis and predict 30-day survival in subjects after ventilator-associated pneumonia. J. Infect. Dev. Ctries. 2016; 10(3): 260—8. doi: 10.3855/jidc.6532.
20. Cid J., Aguinaco R., Sánchez R., García-Pardo G., Llorente A. Neu-trophil CD64 expression as marker of bacterial infection: a systematic review and meta-analysis. J. Infect. 2010. 60(5): 313—9. D0I:10.1016/j.jinf.2010.02.013. PMID 20206205.
21. Subramaniam R., Hillberry Z., Chen H., Feng Y., Fletcher K., Neuen-schwander P., Shams H. Delivery of gm-csf to protect against influenza pneumonia. PLoS One. 2015; 10(4): e0124593. doi: 10.1371/ journal.pone.0124593.
22. Quinton L.J., Mizgerd J.P. Dynamics of lung defense in pneumonia: resistance, resilience, and remodeling. Annu. Rev. Physiol. 2015; 77: 407—30. doi: 10.1146/annurev-physiol-021014-071937
23. Pittet L.A., Quinton L.J., Yamamoto K., Robson B.E., Ferrari J.D. et al. Earliest innate immune responses require macrophage RelA during pneumococcal pneumonia. Am. J. Respir Cell Mol. Biol. 2011; 45: 573—81. doi: 10.1165/rcmb.2010-02100C.
24. Brandes M., Klauschen F., Kuchen S., Germain R.N. A systems analysis identifies a feed forward inflammatory circuit leading to lethal influenza infection. Cell. 2013; 154: 197—212. doi: 10.1016/j. cell.2013.06.013.
25. Puga I., Cols M., Barra C.M., He B., Cassis L. et al. B cell-helper neutrophils stimulate the diversification and production of immuno-globulin in the marginal zone of the spleen. Nature Immunol. 2012; 13: 170—80. doi: 10.1038/ni.2194.
26. Paterson G.K., Orihuela C.J. Pneumococci: immunology of the innate host response. Respirology. 2010; 15(7): 1057—63. doi: 10.1111/j.1440-1843.2010.01814.
27. Gomez P.E., Klapproth K., Schulz C., Busch K., Azzoni E. et al.
Tissue-resident macrophages originate from yolk-sac-derived eryth-ro-myeloid progenitors. Nature. 2015; 518(7540): 547—51. doi: 10.1038/nature13989.
28. Guilliams M., De Kleer I., Henri S., Post S., Vanhoutte L. et al. Alveolar macrophages develop from fetal monocytes that differentiate into long-lived cells in the first week of life via GM-CSF. J. Exp. Med. 2013; 210: 1977—92. doi: 10.1084/jem.20131199.
29. Swirski F.K., Nahrendorf M., Etzrodt M., Wildgruber M., Cortez-Retamozo V. et al. Identification of splenic reservoir monocytes and their deployment to inflammatory sites. Science. 2009; 325(5940): 612—6. doi: 10.1126/science.1175202.
30. Nelson M.P., Christmann B.S., Dunaway C.W., Morris A., Steele C. Experimental pneumocystis lung infection promotes M2a alveolar macrophage-derived MMP12 production. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2012; 303(5): L469—75. doi: 10.1152/ ajplung.00158.2012.
31. Rodero M.P., Poupel L., Loyher P.L., Hamon P., Licata F. et al. Immune surveillance of the lung by migrating tissue monocytes. Elife. 2015; 4: e07847. doi: 10.7554/eLife.07847.
32. Gautier E.L., Shay T., Miller J., Greter M., Jakubzick C., Ivanov S. et al. Immunological Genome Consortium. Gene-expression profiles and transcriptional regulatory pathways that underlie the identity and diversity of mouse tissue macrophages. Nature Immunol. 2013; 13: 1118—28. doi: 10.1038/ni.2419.
33. Hume D.A. Plenary perspective: the complexity of constitutive and inducible gene expression in mononuclear phagocytes. J. Leukoc. Biol. 2012; 92: 433—444. doi: 10.1189/jlb.0312166.
34. Hume D.A. The many alternative faces of macrophage activation. Front Immunol. 2015; 6: 370. doi: 10.3389/fimmu.2015.00370.
35. Martinez F.O., Helming L., Gordon S. Alternative activation of macrophages: an immunologic functional perspective. Annu. Rev Immunol. 2009; 27: 451—83. doi: 10.1146/annurev. immunol.021908.132532.
36. Sanfilippo A.M., Furuya Y., Roberts S., Salmon S.L., Metzger D.W. Allergic lung inflammation reduces tissue invasion and enhances survival from pulmonary pneumococcal infection in mice, which correlates with increased expression of transforming growth factor ß1 and siglecflow alveolar macrophages. Pirofski L., ed. Infect. and Immun. 2015; 83(7): 2976—83. doi:10.1128/IAI.00142-15.
37. Das R., LaRose M.I., Hergott C.B., Leng L., Weiser J.N. Macrophage migration inhibitory factor (MIF) promotes clearance of pneumococcal colonization. J. Immunol. 2014; 193(2): 764—72. doi:10.4049/ jimmunol.1400133.
38. Marriott H.M., Gascoyne K.A., Gowda R., Geary I., Nicklin M.J. et al. Interleukin-1ß regulates CXCL8 release and influences disease outcome in response to Streptococcus pneumoniae, defining intercellular cooperation between pulmonary epithelial cells and macrophages. Infect. and Immun. 2012; 80(3): 1140—9. doi: 10.1128/ IAI.05697-11.
39. Janssen W.J., Barthel L., Muldrow A., Oberley-Deegan R.E., Kearns M.T. et al. Fas determines differential fates of resident and recruited macrophages during resolution of acute lung injury. Am. J. Respir. Crit. Care Med 2011; 184: 547—60. doi: 10.1164/rccm.201011-18910C.
40. Cohen T.S., Prince A.S. Activation of inflammasome signaling mediates pathology of acute P. aeruginosa pneumonia. J. Clin. Invest. 2013; 123: 1630—37. doi: 10.1172/JCI66142.
41. Dela Cruz C.S., Liu W., He C.H., Jacoby A., Gornitzky A. et al. Chitinase 3-like-1 promotes Streptococcus pneumoniae killing and augments host tolerance to lung antibacterial responses. Cell Host. Microbe. 2012; 12: 34—46. doi: 10.1016/j.chom.2012.05.017.
42. Weber M., Lambeck S., Ding N., Henken S., Kohl M. et al. Hepatic induction of cholesterol biosynthesis reflects a remote adaptive response to pneumococcal pneumonia. FASEB J. 2012; 26: 2424—36. doi: 10.1096/fj.11-191957.
43. Kinjo Y., Illarionov P., Vela J.L. et al. Invariant NKT cells recognize glycolipids from pathogenic Gram-positive bacteria. Nature Immunol. 2011; 12(10): 966—74. doi:10.1038/ni.2096.
44. Kinjo Y., Ueno K. iNKT cells in microbial immunity: recognition of microbial glycolipids. Microbiol. and Immunol. 2011; 55(7): 472— 82. doi: 10.1111/j.1348-0421.2011.00338.x.
original article
45. Small C.L., McCormick S., Gill N., Kugathasan K., Santosuosso M. et al. NK cells play a critical protective role in host defense against acute extracellular Staphylococcus aureus bacterial infection in the lung. J. Immunol. 2008; 180(8): 5558—68.
46. Nakamatsu M., Yamamoto N., Hatta M., Nakasone C., Kinjo T. et al. Role of interferon-gamma in Valpha14+ natural killer T cellmediated host defense against Streptococcus pneumoniae infection in murine lungs. Microbes Infect. 2007; 9(3): 364—74.
47. Ivanov S., Paget C., Trottein F. Role of non-conventional T lymphocytes in respiratory infections: the case of the pneumococcus. PLoS Pathog. 2014; 10(10): e1004300. doi: 10.1371/journal. ppat.1004300.
48. Takeuchi O., Akira S. Pattern recognition receptors and inflammation. Cell. 2010; 140(6): 805—20. doi: 10.1016/j.cell.2010.01.022.
49. Hevia A., Delgado S., Sánchez B., Margolles A. Molecular players involved in the interaction between beneficial bacteria and the immune system. Front. Microbiol. 2015; 6: 1285. doi: 10.3389/ fmicb.2015.01285.
50. Schmidt S., Moser M., Sperandio M. The molecular basis of leukocyte recruitment and its deficiencies.Mol. Immunol. 2013; 55(1): 49—58. doi: 10.1016/j.molimm.2012.11.006.
51. Baral P., Batra S., Zemans R.L., Downey G.P., Jeyaseelan S. Divergent functions of Toll-like receptors during bacterial lung infections. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2014; 190(7): 722—32. doi: 10.1164/rccm.201406-1101PP.
52. Hong S.W., Baik J.E., Kang S.S., Yun C.H., Seo D.G., Han S.H. Lipoteichoic acid of Streptococcus mutants interacts with Toll-like receptor 2 through the lipid moiety for induction of inflammatory mediators in murine macrophages. Mol. Immunol. 2014; 57(2): 284—91. doi: 10.1016/j.molimm.2013.10.004.
53. Camberlein E., Cohen J.M., José R., Hyams C.J., Callard R. et al. Importance of bacterial replication and alveolar macrophage-independent clearance mechanisms during early lung infection with Streptococcus pneumoniae. Infect. and Immun. 2015; 83(3): 1181—9. doi: 10.1128/IAI.02788-14.
54. Dudek M., Puttur F., Arnold-Schrauf C., Kühl A.A., Holzmann B., Henriques-Normark B. et al. Lung epithelium and myeloid cells cooperate to clear acute pneumococcal infection. Mucosal Immunol. 2015; Dec 2. doi: 10.1038/mi.2015.128.
55. Berenson C.S., Kruzel R.L., Wrona C.T., Mammen M.J., Sethi S. Impaired innate COPD alveolar macrophage responses and Toll-Like receptor-9 polymorphisms. PLoS One. 2015; 10(9): e0134209. doi: 10.1371/journal.pone.
56. Woo C.H., Shin S.G., Koh S.H., Lim J.H. TBX21 participates in innate immune response by regulating Toll-like receptor 2 expression in Streptococcus pneumoniae infections. Mol. Oral Microbiol. 2014; 29(5): 233—43. doi: 10.1111/omi.12061.
57. Kim Y.K., Shin J.-S., Nahm M.H. NOD-like receptors in infection, immunity, and diseases. Yonsei Med. J. 2016; 57(1): 5—14 http:// dx.doi.org/10.3349/ymj.2016.57.1.5
58. Koppe U., Suttorp N., Opitz B. Recognition of Streptococcus pneumoniae by the innate immune system. Cell. Microbiol. 2012; 14(4): 460—6. doi: 10.1111/j.1462-5822.2011.01746.x.
59. Witzenrath M., Pache F., Lorenz D., Koppe U., Gutbier B. et al. The NLRP3 inflammasome is differentially activated by pneumolysin variants and contributes to host defense in pneumococcal pneumonia. J. Immunol. 2011; 187(1): 434—40. doi: 10.4049/ jimmunol.1003143.
60. Karmakar M., Katsnelson M., Malak H.A., Greene N.G., Howell S.J. et al. Neutrophil IL-lß processing induced by pneumolysin is mediated by the NLRP3/ASC inflammasome and caspase-1 activation and is dependent on K+ efflux. J. Immunol. 2015; 194(4): 1763—75. doi: 10.4049/jimmunol.1401624.
61. McNeela E.A., Burke A., Neill D.R., Baxter C., Fernandes V.E. et al. Pneumolysin activates the NLRP3 inflammasome and promotes proinflammatory cytokines independently of TLR4. PLoS Pathog. 2010; 6: e1001191. doi: 10.1371/journal.ppat.1001191.
Поступила 20.09.16 Принята в печать 03.11.16
