CC BY
49
Теоретична медицина
УДК 616.21/.23-002+612.015:547.96+615.33 АБАТУРОВ А.Е.
Днепропетровская государственная медицинская академия
ОПСОНИРУЮЩАЯ СЕТЬ ПРОТЕИНОВ СИСТЕМЫ НЕСПЕЦИФИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ РЕСПИРАТОРНОГО ТРАКТА
1. Пентраксины
Резюме. В обзоре показано, что представитель протеинового семейства пентраксинов острофазовый белок Ptx3 выполняет множество различных функций. Ptx3 является образраспознающим рецептором и играет определяющую роль в защите респираторного тракта от бактериальных (особенно Pseudomonas aeruginosa), грибковых (Aspergillus) и вирусных инфекционных агентов.
Введение
Рекогниция патоген-ассоциированных молекулярных структур (pathogen-associated molecular patterns, PAMP) инфекционных агентов в респираторном тракте осуществляется основополагающим структурно-молекулярным компонентом системы неспецифической защиты — образ-распознающими рецепторами (pattern recognition receptors, PRR). В зависимости от формы функционирования выделяют несколько групп PRR: 1) группа солютабных секре-тируемых внеклеточных рецепторов, присутствующих как свободные компоненты в бронхоальвеолярном секрете; 2) группа мембранных рецепторов, участвующих в эн-доцитозе; 3) группа сигнальных трансмембранных Toll-подобных рецепторов (Toll-like receptors, TLR); 4) внутриклеточных цитозольных рецепторов. В респираторном тракте роль солютабных PRR наряду с другими выполняют пентраксины (Ptx), коллектины, комплемент [2, 5, 13, 15, 24, 29].
Белки семейства Ptx, коллектинов, комплемент-полимерные белки, способные связываться с поверхностными гликоконъюгатами бактерий, вирусов, грибов, ограничивают процесс роста их колоний, усиливают процесс фагоцитоза, модулируют иммунный ответ, увеличивают эффективность мукоцилиарного клиренса респираторного тракта [9, 16, 25, 38, 40].
Пентраксины
Гликопротеины Ptx — филогенетически древнее консервативное суперсемейство белков, сохраненное у млекопитающих в течение эволюции от Limulus polyphemus [13, 14, 22, 26].
Краткая характеристика пентраксинов
В зависимости от длины молекулы Ptx представители этого семейства условно разделены на два подкласса — коротких и длинных Ptx. Молекулы коротких Ptx отличаются от молекул длинных Ptx отсутствием N-терминального
домена [26]. Семейство коротких Ptx включает в себя C-реактивный белок (СРБ), амилоидный сывороточный P компонент (APCS), семейство длинных Ptx — нейро-нальный пентраксин I (NPtx2), нейрональный пентрак-син II (NPtx2), пентраксин-3 (Ptx3), пентраксин-4 (Ptx4) (табл. 1). Все Ptx являются острофазовыми белками [4, 14, 21, 22].
Непосредственное участие в противоинфекцион-ной защите респираторного тракта принимает Ptx3. Первоначально Ptx3 был идентифицирован как продукт IL-1-индуцибельного гена эндотелиальных клеток и TNF-индуцибельного гена фибробластов. Гликопротеин Ptx3 — новый представитель старого семейства Ptx, молекула которого состоит из 381 аминокислотного остатка и является циклическим пентамером с анулярной дис-коподобной структурой. C-терминальный домен (203 аминокислотных остатка) Ptx3 подобен C-терминальным доменам протеинов СРБ, SAP и содержит классическую для пентраксинов последовательность 8 аминокислотных остатков — HxCxS/TWxS; N-терминальный домен (178 аминокислотных остатков) уникален и образован 4 короткими a-спиралями (рис. 1) [14, 19, 32].
Структурно N-терминальный домен подобен N-терминальному домену молекул семейства коллекти-нов, что соответствует его физиологической роли в системе защиты респираторного тракта [18].
Индукция синтеза пентраксина-3
При развитии инфекционного процесса бронхолегоч-ной системы PAMP возбуждают клеточные TLR, внутриклеточные сигнальные пути которых индуцируют группу факторов транскрипции, участвующих в регуляции воспаления. Учитывая, что проксимальный промотор гена Ptx3 содержит AP-, NF-kB-, Sp1- и NF-IL-6-связывающие сайты, активация данных факторов транскрипции индуцирует продукцию Ptx3. Основными продуцентами Ptx являются нейтрофилы, моноциты, макрофаги, дендритные клетки
Таблица 1. Представители семейства пентраксинов (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez)
Протеин Официальное название Синонимы Хромосома, содержащая ген Gene ID
Короткие пентраксины
CRP С-реактивный протеин (C-reactive protein, pentraxin-related) MGC88244, Ptx1 1 (1q21-q23) 1401
APCS Амилоидный Р-компонент, сывороточный (amyloid P component, serum) MGC88159, Ptx2, SAP (амилоидный P-компонент), 9.5 S a-1-гликопротеин 1 (1q21-q23) 325
Длинные пентраксины
NPtx1 Нейрональный пентраксинI (neuronal pentraxin I) DKFZp686J2446, MGC105123, NP1 17 (17q25.1-q25.2) 4884
NPtx2 Нейрональный пентраксин II (neuronal pentraxin II) NARP (нейрональный регулирующий активность пентраксин), NP-II, NP2 7 (7q21.3-q22.1) 4885
Ptx3 Пентаксин-связанный ген, быстро индуцируемый IL-1 b (pentraxin-related gene, rapidly induced by IL-1 b) Пентраксин 3, TNFAIP5 (пентаксин-связанный ген, быстро индуцируемый IL-1 ß/TNF-a-индуцируемый протеин 5), TSG-14,пентаксин-связанный протеин Ptx3 3(3q24-28) 5806
Ptx4 Пентраксин IV
Рисунок 1. Модель молекулы Ptx3
[7, 17, 36, 43, 44]. В отличие от других клеток, у которых нет предсформированных молекул Рх3, в нейтрофилах Рх3, преимущественно в мономерной форме, содержится в специфических гранулах вместе с лактоферрином. При активации нейтрофилов мономерный Рх3 секретирует-ся в экстрацеллюлярное пространство и полимеризуется в мультимеры. Формирование мультимеров Рх3 не зависит от процесса гликозилирования [31, 42]. Показано, что 106 клеток нейтрофилов содержат приблизительно 24,9 ± 3,8 нг гликопротеина Рх3. После возбуждения нейтрофилы высвобождают в экстрацеллюлярное пространство до 25 % интрацеллюллярного запаса Рх3 [43].
Учитывая наличие предсформированных запасов Рх3 в нейтрофилах, они в ответ на воздействие РАМР могут быстро (значительно раньше, чем другие клетки) высвобождать Рх3. Моноциты, макрофаги и дендритные клетки начинают продуцировать Рх3 в более поздние сроки [43]. Основными отсроченными продуцентами Рх3 являются миелоидные дендритные клетки (MyDC). В течение 24 часов 106 MyDC синтезируют около 50 нг Рх3 [36].
Индуцибельная продукция различными клетками Рх3 зависит от селективной активности TLR и происходит в первые 4—6 часов после взаимодействия с РАМР (табл. 2) 36].
Синтез протеина Рх3 может индуцироваться провос-палительными цитокинами. Показано, что провоспа-лительные цитокины — ^-1р или TNF-a — активируют продукцию Рх3 в эпителиоцитах, моноцитах, дендритных клетках, фибробластах, эндотелиоцитах, гепатоцитах, ади-поцитах и миоцитах [6, 20, 23, 36].
При развитии инфекционно-воспалительного процесса в бронхолегочной системе отмечается не только местное, но и повышение уровня концентрации длинного петраксина Рх3 в сыворотке крови. У практически здоровых людей уровень концентрации Рх3 в сыворотке крови очень низкий (< 2 нг/мл), а при развитии вирусного или бактериального инфекционного процесса он быстро увеличивается, достигая максимума через 4—6 часов (уровень СРБ достигает пика только через 36—48 часов). В связи с этим показатель содержания Рх3 в сыворотке крови рекомендуют использовать в качестве раннего диагностического маркера воспалительного процесса [8, 12, 43].
Механизм действия пентраксина-3
Противоинфекционное действие пентраксина-3
Длинный петраксин Рх3 является уникальной молекулярной структурой, которая распознает определенные молекулярные структуры и играет важную роль в проти-
1(22) • 2010 - Теоретична медицина
Таблица 2. Индукция синтеза Ptx3 [17]
Рецептор PAMP Моноциты Макрофаги MoDC MyDC pDC
TLR2 OmpA V
PGN у/ V X
TLR4 LPS V V у/ у/ X
Condidia V у/ V X
TLR5 Flagellin V
TLR9 CpG ODN X X
Микроорганизмы
Mycobacterium bovis V
Pseudomonas aeruginosa V V X
Примечания: CpD ODN — бактериальный олигодеоксинуклеотид с CpG-мотивом; MoDC — моноцитарные дендритные клетки; OmpA — протеин А внешней мембраны; pDC — плазмацитоидные дендритные клетки; PGN — пептидогликан.
Рисунок2. Иммунорегулирующее действие пентраксина-3
воинфекционной защите организма [8, 33, 34]. Ptx3 пре-ципитирует как инфекционные агенты, так и их PAMP, взаимодействуя с фосфохолином поверхностных молекулярных структур мембран возбудителя. Ptx3 преимущественно взаимодействует с OmpA и не связывается с такими РАМР, как липополисахариды, липотейхоевая кислота, экзотоксин А, ^ацетилмурамил^ аланил^-изоглютамин. Это взаимодействие носит Са2+-зависимый характер [4, 48].
Протеин Ptx3 активирует по крайней мере два участвующих в элиминации инфекционных агентов эффекторных механизма: систему комплемента, связываясь с C1q [3], и фагоцитоз (в частности, альвеолярных макрофагов) [32].
В экспериментальных исследованиях было показано, что большинство особей мышей с нокаутным геном Ptx3 погибали в течение первых трех суток заболевания при инфицировании респираторного тракта Asperigillus fumigatus, Pseudomonas aeruginosa. Но при введении рекомбинантно-
го Ptx3 летальность среди инфицированных особей резко снижалась. Терапия рекомбинантным Ptx3 увеличивает эффективность контроля инфекционных процессов, вызванных и Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzaе. Однако мыши с нокаутным геном Ptx3 высоко резистентны к инфицированию Listeria monocytogens и Staphуlococcus aureus [23, 30, 32, 39, 45-47].
Также представлены данные о высокой степени ассоциации между низким уровнем экспрессии пентраксинов и высокой вероятностью развития туберкулеза [10].
Было показано, что Ptx3 участвует в процессе элиминации грамположительных, грамотрицательных бактерий, вирусов и грибов (Aspergillus fumigates, Aspergillus flavus, Aspergillus niger, но не Candida albicans) [11, 32].
Иммунномодулирующее действие пентраксина-3
Гликопротеин Ptx3 является иммуномодулирующим фактором, который участвует в регуляции функционирования дендритных клеток, макрофагов и системы комплемента (рис. 2) [28].
Показано, что Ptx3 действует как солютабный PRR [27]. Гликопротеин Ptx3, связываясь с РАМР инфекционных агентов, облегчает их интернализацию нейтрофила-ми, резидентными и рекрутированными антигенпрезен-тирующими клетками [37].
Ptx3 индуцирует дендритные клетки и усиливает активность TLR, обусловливая индукцию синтеза IL-12, формируя T^-направленность иммунного ответа [1, 34, 47]. Показано, что гликопротеин Ptx3 ингибирует синтез IL-10, но без изменения уровня секреции TNF-a [1]. Своеобразность действия Ptx3 на цитокиновую продукцию, которая характеризуется усилением синтеза IL-12, снижением продукции IL-10 при сохранении уровня синтеза TNF-a, по мнению R. Gaziano и соавт. [1], характеризует Ptx3 как тонкий регулятор воспаления, который способствует балансу про- и противовоспалительных реакций. Не исключено, что Ptx3 оказывает ингибирующее действие на IL-10-продуцирующие Treg-клетки.
В одном из фундаментальных исследований C. Garlanda и соавт. [32] представили доказательства, что в условиях отсутствия Ptx3 в организме система иммунитета не в состоянии ответить на инфицирование Aspergillus fumigatus по T^-типу. Введение экзогенного Ptx3 способствует индукции T^-иммунного ответа и выздоровлению мышей, зараженных Aspergillus fumigates [32].
Ptx3, связываясь с C1q, вызывает активацию системы комплемента, а взаимодействуя с альвеолярными макрофагами, усиливает процесс фагоцитоза инфекционных агентов [3, 30, 32]. Неизвестно, взаимодействует ли Ptx3 так же, как C-реактивный белок, с рецепторами FcyRIIa или индуцирует другие рецепторы, активность которых определяет напряжение фагоцитоза макрофагами. Гли-копротеин Ptx3 высоко аффинен не только к компоненту комплемента C1q, но и к внеклеточному матриксно-му TNF-индуцибельному протеину-6, фибробластному фактору роста-2, сосудистому эндотелиальному фактору роста. Протеин Ptx3, связываясь с данными протеинами, предотвращает их взаимодействие со специфическими рецепторами, таким образом ингибируя их биологическую активность [32, 35, 41].
Ptx3 распознает апоптотические клетки более эффективно, чем клетки, находящиеся в процессе онкоза/не-кроза. Показано, что Ptx3, связываясь с апоптотическими клетками, снижает активность их элиминации фагоцитами и подавляет активность комплемента, расположенного на мембране апоптотической клетки. Взаимодействуя с апоп-тотической клеткой, Ptx3 регулирует кросс-презентацию антигенных детерминант на поверхности ее мембраны. Устойчиво связанный длинный петраксин Ptx3 с апопто-тической клеткой может одновременно взаимодействовать с мембраной зреющей дендритной клетки, модулируя ее активность [45] .
Заключение
В организме человека представитель протеинового семейства пентраксинов острофазовый Ptx3 выполняет множество различных функций. Ptx3 является образрас-познающим рецептором и играет определяющую роль в защите респираторного тракта от бактериальных (особенно Pseudomonas aeruginosa), грибковых (Aspergillus) и вирусных инфекционных агентов. Он индуцирует фагоцитоз и возбуждает классический путь активации комплемента C1q. Длинный пентраксин Ptx3 оказывает иммунорегу-лирующее действие, которое направлено на поддержку Т^-ответа, в связи с чем гиперэкспрессия Ptx3 может способствовать развитию выраженного макрофагально-нейтрофильного воспалительного процесса. Ptx3 участвует в регуляции процесса элиминации апоптотических клеток.
Списоклитературы находится в редакции Получено 02.12.09 □
Абатуров O.e.
Днпропетровсыка державна медична академт
ОПСОНУЮЧА МЕРЕЖА ПРОТЕТЖВ СИСТЕМИ НЕСПЕЦИФ1ЧНОГО ЗАХИСТУ РЕСШРАТОРНОГО ТРАКТУ 1. ПЕНТРАКСИНИ
Резюме. В оглядi показано, що представник протешового шмейства пентраксишв гострофазовий бшок Ptx3 виконуе безлiч рiзних функцш. Ptx3 е образрозтзнавальним рецептором i вщграе визначальну роль у захист рестраторного тракту вщ бактерiальних (особливо Pseudomonas aeruginosa), грибкових (Aspergillus) та вiрусних iнфекцiйних агентiв.
Abaturov A.Ye.
Dnepropetrovsk State Medical Academy, Dnepropetrovsk, Ukraine
OPSONING NETWORK OF PROTEINS OF SYSTEM OF NONSPECIFIC PROTECTION OF A RESPIRATORY TRACT 1. PENTRAXINS
Summary. In the review it is shown, that the representative of pentraxin family of proteins acute phase protein Ptx3 carries out set of various functions. Ptx3 is pattern recognition receptors and plays defining role in protection of a respiratory tract from bacterial, especially Pseudomonas aeruginosa, Aspergillus and virus infectious agents.
(^ъкюоЬье
^¿Г/ребёнка
