CC BY
618
152. Kvetnoy I.M., Polyakova V.O., Trofimov A.V., Yuzhakov V.V., Yarilin A.A., Kurilets E.S. et al. Hormonal function and proliferative activity of thymic cells in humans: immunocytochemical correlations. Neuroendocrinol. Lett. 2003; 24 (3-4): 263-7.
153. Yarilin A.A. Radiation damage and recovery of thymus. Rev. Cell Physiol. 1995; 10 (4): 1-57.
154. Yarilin A.A. Molecular bases of intercellular cooperation at the immune response. In: 2nd National congress of the Russian Association of Allergologists and clinical Immunologists "Modern Problems of Allergology, Immunology and Immunop-harmacology": Collected Papers. [2-y Natsional'nyy kongress Rossiyskoy assotsiatsii allergologov i klinicheskikh immunol-ogov "Sovremennyye problemy allergologii, klinicheskoy im-munologii i immunofarmakologii": Sbornik trudov]. Moscow; 1998: 59-80. (in Russian)
155. Khaitov R.M., Man'ko V.M., Yarilin A.A. Intracellular signaling pathways which activate or inhibit functions of immune system cells. 1. Molecular mechanisms generating activating signaling pathways of phagocytes, mediated by Fc-and TLR. Uspekhi sovremennoy biologii. 2005; 125 (4): 348-59. (in Russian)
156. Khaitov R.M., Man'ko V.M., Yarilin A.A. Intracellular signaling pathways which activate or inhibit functions of immune system
cells. 2. Signal-conductive activating and inhibiting receptors of natural killer cells. Uspekhi sovremennoy biologii. 2005; 125
(5): 435-45. (in Russian)
157. Khaitov R.M., Man'ko V.M., Yarilin A.A. Intracellular signaling pathways which activate or inhibit functions of immune system cells. 3. Formation and regulation of the signaling pathways induced by activation of the antigen-recognizing receptors of Tand B-lymphocytes. Uspekhi sovremennoy biologii. 2005; 125
(6): 544-54. (in Russian)
158. Khaitov R.M., Man'ko V.M., Yarilin A.A. Intracellular signaling pathways, activating or inhibiting immune system cells. Molecular mechanisms generating activating signaling pathways of phagocytes mediated by Fc- and TLR-receptors. Int. Rev. Al-lergol. Clin. Immunol. 2005; 11 (3): 79-90.
159. Yarilin A.A. What the thymus is needed for? Intathymic events and their uniquences. Russ. J. Immunol. 1998; 3 (1): 5-20. (in Russian)
160. Yarilin A.A., ed. Immune and Cytogenetic Effects of Dense Ionized and Thin Ionized Radiation. [Immunnyye i tsitogenet-icheskiye effekty plotno- i redkoioniziruyushchikh izlucheniy]. Kiev: Zdorov'ya; 2006. (in Russian)
Received 25.04.14
О ЯРИлИн д.А., 2014
УдК 616.72-002.77-039-092:612.017.1
Ярилин Д.А.
роль фактора некроза опухолей в регуляции воспалительного ответа моноцитов и макрофагов
Мемориал Слоан Кеттеринг Центр, Нью-Йорк, США (Memorial Sloan Kettering Cancer Center), 409 East 68th Street, New York, NY, 10021
Фактор некроза опухолей (TNF) играет ключевую роль в защите организма от патогенов. Однако нарушение механизмов, контролирующих защитный воспалительный ответ, может приводить к развитию хронических заболеваний. Моноциты и макрофаги отличаются высокой пластичностью и могут изменять свои функциональные характеристики в зависимости от окружения. В данном обзоре мы рассмотрим влияние длительного воздействия TNF на моноциты и макрофаги в контексте хронического воспаления, уделяя особое внимание активации сигнальных путей, задействованных в патогенезе ревматоидного артрита. Мы считаем, что понимание молекулярных механизмов, ведущих к развитию хронического воспаления, необходимо для разработки препаратов, которые избирательно воздействуют на специфические звенья патогенеза.
Ключевые слова: TNF; макрофаги; воспаление; ревматоидный артрит; блокада TNF сигнала. Yarilin D.A.
ROLE OF TUMOR NECROSIS FACTOR IN THE REGULATION OF THE INFLAMMATORY RESPONSE OF MONOCYTES AND MACROPHAGES
Memorial Sloan Kettering Cancer Center 409 East 68th Street, New York, NY, 10021
Tumor necrosis factor (TNF) plays a key role in a host defense against various pathogens. Dysregulation of mechanisms that control inflammatory response may lead to development of chronic diseases. Monocytes and macrophages are actively involved in inflammation. Macrophage phenotypes exhibit considerable plasticity and evolve in response environmental changes. In this review, we will focus on molecular mechanisms that mediate TNF action during chronic inflammation. Such mechanisms that sustain temporal activation of signaling pathways and transcription factors after the initial transient response to TNF are important for understanding the role of TNF in pathogenesis of chronic inflammatory diseases including rheumatoid arthritis and for development of new therapies targeting specific molecules and pathways downstream of TNF as an alternative approach to total TNF blockade.
Key words: TNF; monocytes; macrophages; inflammation; rheumatoid arthritis; TNF signaling blockade.
Для корреспонденции: Ярилин Дмитрий Александрович, e-mail: yarilind@mskcc.org. For correspondence: Yarilin Dmitriy Alexandrovich, e-mail: yarilind@mskcc.org.
Фактор некроза опухолей (TNF) является ключевым ци-токином иммунной системы. TNF регулирует множество биологических процессов, включая пролиферацию, диф-ференцировку и гибель различных клеток, воспалительные реакции, врожденный и приобретенный иммунитет, а также формирование структуры различных органов и тканей, включая вторичные лимфоидные органы [1-7]. В то же время неконтролируемая повышенная продукция TNF может приводить к развитию патологических процессов, например септического шока при микробных инфекциях или хронических воспалительных заболеваниях: ревматоидного артрита, болезни Крона, анкилозирующего спондилита (болезнь Бехтерева), а также к развитию неоплазий [2, 5, 8-10].
TNF вырабатывается в ответ на различные стимулы иммунными клетками, включая моноциты, макрофаги, дендритные клетки, Т- и В-лимфоциты, тучные клетки, а также клетками стромы, нервной системы, кожи и эндотелия [2, 5] Активированные клетки синтезируют TNF в виде трансмембранного белка, который позже отрезается с клеточной поверхности металлопротеазами, основной из которых является TNF-a-конвертирующий фермент (TACE), и секретируется в виде растворимого белка [5, 11]. Обе формы TNF в виде го-мотримеров являются биологически активными и способны запускать внутриклеточный сигнал после связывания с TNF-рецепторами 1 и 2 (Г№^1/р55 и TNFR2/р75) на поверхности клеток [1, 2]. TNFR1 постоянно экспрессируется большинством клеток в организме, в то время как экспрессия TNFR2 зависит от активации и наблюдается в основном на иммунных и эндотелиальных клетках [2, 5]. Функции TNFR2 недостаточно изучены. Известно, что он имеет более высокое сродство к трансмембранному TNF и, возможно, регулирует противовоспалительные сигналы и некоторые функции Т-клеток [5, 12]. TNFR1, напротив, участвует в передаче сигналов, регулирующих большинство биологических эффектов TNF. Связывание TNF с обоими рецепторами индуцирует сигнальные каскады, ведущие к активации митогенактивированных протеинкиназ (MAPK) и транскрипционных факторов (ТФ), включая ядерный фактор кВ (NF-kB) и активирующий протеин 1 (AP-1), которые регулируют экспрессию генов-медиаторов воспаления [1, 2, 5, 13]. С учетом мощного биологического воздействия TNF на клетки множественных тканей и органов неудивительно, что в организме существует строгая многоуровневая система контроля за выработкой этого цитокина. Система негативной обратной связи включает удаление рецепторов с поверхности клетки с последующим связыванием растворимых рецепторов с TNF и его инактивацией, выработку сигнальных ингибиторов, регуляцию транскрипции и стабильности мРНК и другие механизмы [2, 5, 14].
Моноциты и макрофаги играют важную роль на всех этапах воспаления, и нарушение регуляции их функций может вести к развитию таких хронических заболеваний, как ревматоидный артрит [15-19]. Важно отметить, что в очаге воспаления клетки непрерывно подвергаются действию TNF, при этом большинство работ по исследованию действия TNF и других цитокинов нацелено на изучение событий, происходящих непосредственно после взаимодействия цитокина со специфическим рецептором, или кратковременных эффектов. В то же время понимание механизмов, регулирующих хронические эффекты TNF и других факторов, поможет расширить наши представления о различных биологических процессах, включая патологические, и предоставить новые потенциальные мишени для более прицельного медикаментозного вмешательства.
В данном обзоре мы рассмотрим влияние длительного воздействия TNF на моноциты и макрофаги в контексте регуляции воспаления.
Защитные функции TNF и макрофагов при воспалении
Воспаление - древнейшая эволюционная приспособительная реакция, направленная на поддержание клеточного и тканевого гомеостаза. Воспаление является самолимитирующим процессом за счет четкой регуляции всех его стадий [18, 20,
21]. Острая воспалительная реакция развивается незамедлительно в ответ на повреждение, примерами которого служат инфекция, травма, радиация и другие воздействия. Активированные клетки в очаге поражения вырабатывают разнообразные факторы, необходимые для поддержания воспаления и удаления патогена. На приток клеток в зону воспаления влияют выработка хемокинов, усиление местного кровотока и экспрессия молекул адгезии. Накопление активированных клеток приводит к уничтожению патогена и выведению его из организма. После нейтрализации патогенного стимула включаются процессы, способствующие удалению поврежденных клеток и восстановлению целостности тканей [18-21].
Макрофаги играют важную роль на всех этапах воспалительной реакции. В зависимости от природы стимула макрофаги могут изменять свой фенотип и функции - поляризоваться. Принято выделять два фенотипа активированных макрофагов: М1 и М2 [17, 19, 22, 23]. Классическими активаторами М1-фенотипа являются интерферон у (ИФНу) и микробные продукты, в то время как М2 индуцируется интерлейкином (ИЛ)-4/13, ИЛ-10, глюкокортикоидами и трансформирующим ростовым фактором ß. М1-макрофаги вырабатывают воспалительные цитокины: TNF, ИЛ-1 и ИЛ-12, антимикробные молекулы, реактивные метаболиты кислорода, ИФН, играют важную роль в активной фазе воспаления и обеспечивают защиту организма от патогенов. М2-макрофаги, необходимые для разрешения воспаления, заживления и поддержания гомеостаза, характеризуются экспрессией "мусорных" рецепторов, ростовых факторов и ингибиторов воспаления, таких как ИЛ-10 [17, 19, 22, 23]. Необходимо отметить, что поляризация макрофагов наблюдается не только при воздействии патогенов, но и в норме, в частности под воздействием факторов дифференцировки. Например, макрофагальный колониестимулирующий фактор, который системно эспрессируется в организме и необходим для развития и дифференцировки макрофагов, способствует формированию М2-подобного фенотипа, ограничивая, таким образом, воспалительный ответ и подавляя ненужную активацию в ответ на физиологические стимулы клеточного окружения [24]. Гранулоцитарно-макрофагальный коло-ниестимулирующий фактор, напротив, индуцирует развитие М1-макрофагов, необходимых для быстрой нейтрализации патогенов [19]. Необходимо подчеркнуть, что моноциты являются чрезвычайно пластичными клетками и способны изменять фенотип в ответ на изменения в их окружении. В организме, особенно при патологии, чаще наблюдаются более сложные смешанные М1/М2-фенотипы [17, 19, 23]. Не совсем ясно, является ли это следствием смены фенотипов в одной клетке или присутствием в тканях макрофагов, поляризованных в разных направлениях. Результаты исследований демонстрируют возможность изменения направления поляризации клетки с течением времени [25-28].
TNF является одним из основных воспалительных цито-кинов и индуцирует М1-поляризацию [19, 25]. Его воздействие на клетки приводит к развитию и поддержанию воспалительного ответа за счет продукции цитокинов, молекул адгезии и хемоаттрактантов, которые активируют эндоте-лиальные клетки и усиливают приток клеток врожденного и приобретенного иммунитета в поврежденные ткани. TNF активирует тканевые макрофаги и моноциты, мигрирующие в очаг васпаления, повышая их способность к фагоцитозу и презентации антигенов и вызывая выработку антимикробных факторов, что ведет к удалению патогенов, поврежденных и разрушенных клеток и ограничению воспалительного очага [5, 13, 19, 22].
Подобно другим провоспалительным факторам, TNF индуцирует каскад воспалительных генов (см. рисунок) в строгой временной последовательности: одни экспрессиру-ются немедленно, для экспрессии других необходим более длительный период времени - от нескольких часов до суток [14, 18, 21, 25]. Данные, накопленные за последнее десятилетие, указывают на то, что, помимо индукции определенных ТФ, состояние хроматина определяет порядок активации и
о trt О и
репрессии специализированных наборов генов в зависимости от клеточного типа и конкретного стимула, а также объясняет, каким образом достаточно ограниченный набор ТФ избирательно регулирует транскрипцию тех или иных генов [18, 21, 29]. Выделяют два типа ответа генов на стимуляцию: первичный и вторичный. Гены первичного ответа активируются немедленно после связывания с соответствующим рецептором, и регулирующие их ТФ присутствуют в покоящихся клетках в активном состоянии или активируются в ответ на стимуляцию и не зависят от белкового синтеза [21]. Показано, что еще до стимуляции хроматин в регуляторных участках этих генов находится в открытом состоянии, доступном для связывания с определенными классами ТФ [19, 21, 22, 30, 31]. Например, в случае TNF экспрессия большинства первичных генов запускается активацей NF-кВ и АР-1 [1, 2, 5, 13, 32].
Связывание TNF с его рецепторами запускает цепь последовательных событий, ведущих к формированию активного сигнального комплекса, ассоциированного с внутриклеточным доменом рецепторов, который состоит из множественных адап-торов, киназ и регуляторов убиквитини-рования [1, 2, 5, 13, 32, 33]. Адапторные белки обеспечивают избирательное последовательное привлечение дополнительных киназ, которые активируют основные сигнальные пути, регулирующие провоспа-лительные функции TNF: NF-кВ и МАРК [1, 2, 13, 26]. Транскрипционный фактор NF-_B, регулирующий экспрессию большинства провоспалительных генов, представляет собой димер, который формируется за счет различных комбинаций пяти белков: р65, или RelA, RelB, сRel, р50 и р52. В покоящихся клетках NF-кВ удерживается в цитоплазме за счет связывания с белками-ингибиторами [13]. Описаны два основных пути активации NF-_B: классический и альтернативный. Классический путь отвечает за выживание и деление клеток и активируется в ответ на цитокины, микробные продукты и другие активаторы врожденного иммунного ответа. Альтернативный NF-кВ-путь важен для развития и дифференцировки клеток и тканей [1, 13]. В макрофагах TNF запускает классический NF-кВ-путь через активацию кина-зы, ингибитора кВЬ, которая приводит к фосфорилированию, убиквитинированию и протеосомной деградации ингибитора кВа с последующей активацией и перемещением в ядро NF-кВ субъединиц р50 и р65/ RelA, которые связываются со специфическим участками ДНК на промотерах и энхансерах провоспалительных генов и запускают их транскрипию [1, 13, 26, 27]. Активация АР-1 происходит за счет индукции сигнального каскада МАРК, ведущего к формированию и перемещению в ядро димеров белков семейства с-Fos и с-Jun [1, 2, 13]. Примерами генов первичного ответа на TNF являются IL1b, TNF, CCL2 [14, 25].
Индукция генов вторичного ответа происходит медленно и зависит от синтеза белка. Она может регулироваться синтезом
дополнительных ТФ, сигнальных молекул или цитокинов, запускающих аутокринные сигналы в клетке, которые могут быть автономными или действовать вместе с уже активированными сигналами. Как правило, участки ДНК, необходимые для связывания ТФ, которые регулируют гены вторичного ответа, являются недоступными из-за присутствия нуклеосом и требуют активной перестройки хроматина [19, 21, 28, 29]. Одним из примеров регуляции вторичного ответа является TNF-зависимая экспрессия генов Т-клеточных хемокинов: CXCL9, CXCL10, CXCL11. Помимо NF-kB и АР-1, транскрипция этих генов регулируется передатчиком сигнала и активатором транскрипции (STAT1) [21, 25, 34]. Было показано, что стимуляция макрофагов TNF ведет к продолжительной выработке низких доз ИФН, который в свою очередь связывается со специфическим рецептором на поверхности клеток и активирует Jak-STAT-сигнал [25, 35]. Взаимодействие сигналов TNF и ИФН приводит к созданию аутокринной петли, которая усиливает и поддерживает экспрессию хемокинов, обеспечивающих приток Т-клеток в очаг поражения. В отличие от лигандов толл-подобных рецепторов, которые используют IRF3 и IRF7 для быстрой выработки больших количеств ИФН, необходимого для нейтрализации микроорганизмов, TNF-зависимая продукция низких концентраций цитокина регулируется IRF1 [25]. Известно, что низкие дозы ИФН усиливают ответ макрофагов на воспалительные цитокины и микробные продукты за счет активации Jak-STAT-сигнала и обеспечивают защиту от некоторых вирусов и бактерий [19, 28, 36, 37]. В то же время активация ИФН в макрофагах способна усиливать патогенное воздействие TNF, например, в случае токсического шока [38].
Как и в случае других воспалительных факторов, функции TNF регулируются механизмами негативной обратной связи, направленными на ограничение воспаления [19, 31]. Кратковременная активация первичных генов, кодирующих провоспа-лительные медиаторы, позже переходит в фазу толерантности. В толерантных макрофагах избирательно нарушена способность индуцировать определенный набор генов, включая гены, кодирующие провоспалительные цитокины, в ответ на повторную стимуляцию, в то время как экспрессия других генов, например генов, кодирующих антимикробные агенты и некоторые хемокины, полностью сохранена [19, 27, 31]. В развитии толерантности важную роль играют молекулы, блокирующие основные воспалительные сигнальные пути; кроме того, данные последних лет показывают, что генспецифическая природа толерантности, вероятнее всего, обусловлена эпигенетическими механизмами регуляции [19, 31]. Активное изучение сигналов, регулирующих толерантность, продолжается. Недавно показано, что макрофаги, экспонированные TNF, не способны к выработке цитокинов в ответ на последовательную активацию липополисахаридом. Более того, мыши, инъецированные низкими дозами TNF, были защищены и не погибали от ЛПС-индуцированного токсического шока. Механизмы лежащие в основе толерантности, вызванной TNF, регулируются киназой GSK3, которая блокирует провоспалительный NF-кВ-сигнал путем повышения экспрессии его негативных регуляторов, А20 и IkBa и снижает доступность хроматина в области промоторов провоспалительных генов для ТФ [27].
Вышеперечисленные механизмы лежат в основе защитных функции TNF в условиях воспалительного ответа на патогены. Результаты исследований на мышах с генетической инактивацией рецепторов TNF демонстрируют важную роль TNF при защите от инфекций, таких как листериоз, лейш-маниоз, туберкулез [3, 5-8]. Также известно, что системная блокада TNF при некоторых заболеваниях может приводить к реактивации туберкулеза и повышенной восприимчивости к инфекциям [5, 39].
Боль TNF в патогенезе хронических воспалительных заболеваний
Как мы упоминали ранее, воспаление возникло в ходе эволюции как защитный механизм. Однако неконтролируемое воспаление может приводить к массивному повреждению клеток и тканей, которое в отсутствие механизмов не-
гативной обратной связи вызывает развитие хронических заболеваний [18-20]. Нарушение регуляции продукции TNF связывают с патогенезом таких заболеваний, как ревматоидный артрит, болезнь Крона и рассеянный склероз. Незаменимую роль в понимании патогенных эффектов TNF при различных заболеваниях сыграло создание мышей с измененной экспрессией TNF и его рецепторов. Результаты исследований с использованием трансгенных мышей показали, что повышенная продукция TNF приводит к спонтанному развитию хронических воспалительных процессов в различных органах и тканях, напоминающих ревматоидный артрит, анкило-зирующий спондилит, воспалительные заболевания кишечника и рассеянный склероз [4, 5, 9, 10]. Важно отметить, что развитие той или иной патологии зависело от длительности и интенсивности экспрессии TNF в определенных клетках и тканях. Также показано, что нарушение срезания TNFR1 с поверхности клеток приводит к повышенной восприимчивости воспалительных и аутоиммунных заболеваний у мышей, а у людей связано с развитием периодической болезни [5, 40]. В то же время оказалось, что в моделях системных аутоиммуных заболеваний и аутоиммунного диабета TNF может усиливать или ослаблять патологические проявления в зависимости от возраста, генотипа и других факторов [41]. На примере исследований модели рассеянного склероза - экспериментального энцефаломиелита, продемонстрирована комплексная роль TNF и его рецепторов в патогенезе: TNFR1 отвечал за повреждающее действие TNF на ранних этапах болезни, в то время как TNFR2 оказался необходимым для подавления аутореактивности на поздних стадиях [4]. При использовании той же модели на мышах, которые экспрессируют мутантный TNF, неспособный отщепляться с клеточной поверхности, установили, что трансмембранный TNF подавляет развитие болезни на всех стадиях [42]. Важно отметить, что успешное терапевтическое использование TNF-блокаторов для лечения хронических воспалительных заболеваний подтвердило комплексную роль TNF в норме и при патологии [5, 43, 44]. В данном обзоре мы остановимся более подробно на роли TNF и моноцитов в патогенезе ревматоидного артрита.
Ревматоидный артрит является системным заболеванием соединительной ткани, характеризующимся развитием симметричного артрита мелких суставов. Хроническое воспаление приводит к клеточной инфильтрации и неограниченному разрастанию синовиальной ткани, что провоцирует образование активного паннуса, распространяющегося на соседние ткани - кости и хрящ, приводя к их разрушению, дисфункции суставов и инвалидности [16, 43, 44]. Несмотря на результаты многочисленных исследований на протяжении нескольких десятилетий, этиология и патогенез ревматоидного артрита неизвестны. В качестве возможных этиопатогенетических факторов обсуждаются генетическая предрасположенность, курение, нарушение функции В-клеток, что приводит к образованию аутоантител, а также активация клеток врожденного иммунитета и стромы [16, 43]. В настоящее время широкое распространение получила теория, согласно которой приобретенный иммунный ответ играет роль на начальных этапах заболевания, тогда как активное воспаление и разрушение суставных тканей обусловлены механизмами врожденного иммунитета и активацией синовиальных фибробластов.
Создание трансгенных мышей, стабильно экспрессирую-щих повышенные концентрации мышиного (TNFDARE) и человеческого TNF (hTNF-Tg), способствовало более детальному пониманию различных звеньев патогенеза артрита [9, 10]. Обе модели характеризуются спонтанным развитием деструктивного полиартрита, который зависит от присутсвия TNFR1 [5, 9, 45]. Артрит, вызванный экспрессией человеческого TNF, подавляется применением TNF-блокаторов. Как мы уже упоминали ранее, эрозивное разрушение костной ткани является одним из проявлений ревматоидного артрита. Оно обусловлено повышенной активностью специализированных многоядерных клеток - остеокластов, образующихся из предшественников моноцитарного происхождения [46, 47]. Развитие и функции
остеокластов регулируются M-CSF и рецептором-активатором NF-кВ-лиганда (RANKL) [46, 48]. RANKL необходим для созревания и активации остеокластов. RANKL и TNF относятся к одному и тому же суперсемейству, и их сигнальные пути во многом схожи [1, 2, 48]. В связи с этим неудивительно, что результаты многочисленных исследований демонстрируют, что TNF может влиять на разные звенья остеокластогенеза [45, 49-51]. Так, TNF увеличивает количество предшественников остеокластов в кровотоке мышей и повышает экспрессию RANKL на клетках стромы [49-52]. Также продемонстрирована противоположная роль для TNF-рецепторов в регуляции остеокластогенеза: TNFR1 необходим для развития остеокластов и их активности как in vitro, так и in vivo в моделях воспалительного и постменопаузального остеопороза, а TNFR2 подавляет дифференцировку и функции остеокластов, равно как и воспаление [5, 45, 49, 51]. Результаты недавних исследований на hTNF-Tg-мышах убедительно продемонстрировали, что развитие артрита и воспаление синовии зависят от выработки TNF клетками стромы, а разрушение кости - от экспрессии TNFR1 на клетках крови. Кроме того, все проявления артрита усиливались при отсутствии TNFR2 на кроветворных клетках, еще раз подтверждая регуляторную противоспали-тельную роль этого рецептора [5, 45].
Результаты исследований на первичных моноцитах человека показали, что TNF, хотя и с меньшей эффективностью, способен вызывать остеокластогенез независимо от RANKL [26]. Длительное воздействие TNF (1-3 дня) способно вызывать многофазную активацию NF-kB и c-Jun, а также индуцирует внутриклеточный кальциевый сигнал. В результате происходит транскрипционная активация ядерного фактора активированных Т-клеток с1 (NFATc1), запускающая экспрессию генов, которые регулируют слияние клеток и диф-ференцировку остеокластов [26, 53]. Важно отметить, что накопление в клетках активной формы NFATc1 также создает предпосылки для быстрого и усиленного ответа на последующую активацию RANKL. Интересно, что повышенная ядерная экспрессия NFATc1 наблюдается в синовиальных моноцитах/макрофагах у части больных ревматоидным артритом [26]. Накопленные экспериментальные данные указывают на то, что TNF не является физиологическим регулятором остеокластогенеза, но играет важную роль при разрушении костной ткани при патологии [47, 54, 55].
Помимо перечисленных выше фактов, косвенные доказательства эффекта TNF на моноциты и макрофаги при ревматоидном артрите получены при изучении клеток, выделенных из синовиальной жидкости и синовии пациентов. Например, повышенная экспрессия STAT1 и ИФН-зависимых генов описана в синовиальных клетках и моноцитах у больных ревматоидным артритом в отсутствие самих ИФН [25, 34, 37, 56, 57]. Как мы отметили выше, TNF активирует ИФН/STAT1-сигнал в макрофагах, более того, ингибиторы TNF подавляют экспрессию ИФН-зависимых генов в синовиальных макрофагах у больных артритом ех vivo [25, 56]. Точная роль этого феномена в патогенезе артрита не совсем ясна. Тем не менее, как мы упоминали ранее, накопление активированного фактора STAT 1 усиливает клеточный ответ на воспалительные стимулы, а Т-клеточные хемокины CXCL10 и CXCL11 играют важную роль в воспалении и, таким образом, могут вносить вклад в развитие артрита [28, 36, 37, 58]. TNF-индуцированная экспрессия STAT1 и хемокинов в макрофагах также эффективно подавляется неселективным ингибитором Jak-сигнала - тофаситинибом, который в настоящее время используют для лечения ревматоидного артрита [34, 35]. Интересно, что добавление тофаситиниба к синовиальным макрофагам у пациентов с артритом ех vivo наиболее эффективно подавляло экспрессию именно хемо-кинов [34]. Эти данные демонстрируют, что эффективность Jak-ингибиторов при ревматоидном артрите в дополнение к действию на Т-клетки и синовиальные фибробласты может частично объясняться подавлением продукции провоспали-тельных факторов TNF-активированными синовиальными макрофагами [35, 59, 60].
Заключение. Блокаторы TNF вошли в клиническую практику с 1990-х годов и открыли новую главу в лечении системных хронических заболеваний [43]. Их применение драматически изменило жизнь пациентов, устойчивых к предшествующей традиционной терапии. Клинический успех TNF-антагонистов также расширил наши знания о роли TNF в патогенезе различных болезней и способствовал лучшему пониманию общих закономерностей развития хронического воспалительного процесса в непохожих на первый взгляд органах и тканях: суставах, коже, кишечнике и других [5]. Тем не менее устойчивость ряда пациентов к терапии, а также наличие побочных эффектов, связанных с подавлением защитных функций иммунитета, стимулировали разработку новых подходов к блокаде TNF-сигнала. Одним из таких подходов является избирательная блокада TNFR1, который необходим для воспалительного сигнала при сохранении регуляторных и антивоспалительных функций TNFR2 [4, 5, 45]. Также исследуются потенциальные преимущества селективной блокады растворимого TNF, так как показано, что трансмембранный TNF может играть регуляторную роль и способен обеспечивать защиту от патогенов [42]. Таким образом, дальнейшее изучение механизма действия TNF и его роли в хроническом воспалении необходимо для разработки препаратов, блокирующих местный патологический процесс при минимальных системных неспецифических эффектах.
благодарности
Автор благодарит А.А. Ярилину за помощь в подготовке материала, а также J. Seagal и В.М. Васина за конструктивную критику данной статьи.
литература (references)
1. Baud V., Karin M. Signal transduction by tumor necrosis factor and its relatives. Trends Cell Biol. 2001; 11: 372-7.
2. Aggarwal B.B. Signalling pathways of the TNF superfamily: a double-edged sword. Nat. Rev. Immunol. 2003; 3: 745-56.
3. Pasparakis M., Alexopoulou L., Episkopou V., Kollias G. Immune and inflammatory responses in TNF alpha-deficient mice: a critical requirement for TNF alpha in the formation of primary B cell follicles, follicular dendritic cell networks and germinal centers, and in the maturation of the humoral immune response. J. Exp. Med. 1996; 184: 1397-411.
4. Kassiotis G., Kollias G. Uncoupling the proinflammatory from the immunosuppressive properties of tumor necrosis factor (TNF) at the p55 TNF receptor level: implications for pathogenesis and therapy of autoimmune demyelination. J. Exp. Med. 2001; 193: 427-34.
5. Bluml S., Scheinecker C., Smolen J.S., Redlich K. Targeting TNF receptors in rheumatoid arthritis. Int. Immunol. 2012; 24: 275-81.
6. Pfeffer K., Matsuyama T., Kundig T.M., Wakeham A., Kishihara K., Shahinian A. et al. Mice deficient for the 55 kd tumor necrosis factor receptor are resistant to endotoxic shock, yet succumb to L. monocytogenes infection. Cell. 1993; 73: 457-67.
7. Rothe J., Lesslauer W., Lotscher H., Lang Y., Koebel P., Kontgen F. et al. Mice lacking the tumour necrosis factor receptor 1 are resistant to TNF-mediated toxicity but highly susceptible to infection by Listeria monocytogenes. Nature. 1993; 364: 798-802.
8. Clark I.A. How TNF was recognized as a key mechanism of disease. Cytokine Growth Factor Rev. 2007; 18: 335-43.
9. Keffer J., Probert L., Cazlaris H., Georgopoulos S., Kaslaris E., Kioussis D., Kollias G. Transgenic mice expressing human tumour necrosis factor: a predictive genetic model of arthritis. EMBO J. 1991; 10: 4025-31.
10. Kontoyiannis D., Pasparakis M., Pizarro T.T., Cominelli F., Kol-lias G. Impaired on/off regulation of TNF biosynthesis in mice lacking TNF AU-rich elements: implications for joint and gut-associated immunopathologies. Immunity. 1999; 10: 387-98.
11. Black R.A., Rauch C.T., Kozlosky C.J., Peschon J.J., Slack J.L., Wolfson M.F. et al. A metalloproteinase disintegrin that releases tumour-necrosis factor-alpha from cells. Nature. 1997; 385: 729-33.
MMMYHOnorUX № 4, 2014
12. Grell M., Douni E., Wajant H., Lohden M., Clauss M., Maxeiner
B. et al. The transmembrane form of tumor necrosis factor is the prime activating ligand of the 80 kDa tumor necrosis factor receptor. Cell. 1995; 83: 793-802.
13. Vallabhapurapu S., Karin M. Regulation and function of NF-kappaB transcription factors in the immune system. Annu. Rev. Immunol. 2009; 27: 693-733.
14. Hao S., Baltimore D. The stability of mRNA influences the temporal order of the induction of genes encoding inflammatory molecules. Nature Immunol. 2009; 10: 281-8.
15. Hamilton J.A. Tak P.P. 2009. The dynamics of macrophage lineage populations in inflammatory and autoimmune diseases. Ar-thr. and Rheum. 2009; 60: 1210-21.
16. Mclnnes I.B., Schett G. The pathogenesis of rheumatoid arthritis. N. Engl. J. Med. 2011; 365: 2205-19.
17. Murray P.J., wynn T.A. Protective and pathogenic functions of macrophage subsets. Nature Rev. Immunol. 2011; 11: 723-37.
18. Medzhitov R., Horng T. Transcriptional control of the inflammatory response. Nature Rev. Immunol. 2009; 9: 692-703.
19. Ivashkiv L.B. Epigenetic regulation of macrophage polarization and function. Trends Immunol. 2013; 34: 216-23.
20. Nathan C., Ding A. Nonresolving inflammation. Cell. 2010; 140: 871-82.
21. Smale S.T. Selective transcription in response to an inflammatory stimulus. Cell. 2010; 140: 833-44.
22. Lawrence T., Natoli G. Transcriptional regulation of macrophage polarization: enabling diversity with identity. Nature Rev. Immunol. 2011; 11: 750-61.
23. Sica A., Mantovani A. Macrophage plasticity and polarization: in vivo veritas. J. Clin. Invest. 2012; 122: 787-95.
24. Hamilton J.A. Colony-stimulating factors in inflammation and autoimmunity. Nature Rev. Immunol. 2008; 8: 533-44.
25. Yarilina A., Park-Min K.H., Antoniv T., Hu X., Ivashkiv L.B. TNF activates an IRE1-dependent autocrine loop leading to sustained expression of chemokines and STAT1-dependent type I interferon-response genes. Nature Immunol. 2008; 9: 378-87.
26. Yarilina A., Xu K., Chen J., Ivashkiv L.B. TNF activates calcium-nuclear factor of activated T-cells (NEAT)c1 signaling pathways in human macrophages. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2011; 108: 1573-8.
27. Park S.H., Park-Min K.H., Chen J., Hu X., Ivashkiv L.B. Tumor necrosis factor induces GSK3 kinase-mediated cross-tolerance to endotoxin in macrophages. Nature Immunol. 2011; 12: 607-15.
28. Qiao Y., Giannopoulou E.G., Chan C.H., Park S.H., Gong S., Chen J. et al. Synergistic activation of inflammatory cytokine genes by interferon-gamma-induced chromatin remodeling and toll-like receptor signaling. Immunity. 2013; 39: 454-69.
29. Ramirez-Carrozzi V.R., Braas D., Bhatt D.M., Cheng C.S., Hong
C., Doty K.R. et al. A unifying model for the selective regulation of inducible transcription by CpG islands and nucleosome remodeling. Cell. 2009; 138: 114-28.
30. Adelman K., Kennedy M.A., Nechaev S., Gilchrist D.A., Muse G.W., Chinenov Y., Rogatsky I. Immediate mediators of the inflammatory response are poised for gene activation through RNA polymerase II stalling. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 2009; 106: 18207-12.
31. Foster S.L., Medzhitov R. Gene-specific control of the TLR-in-duced inflammatory response. Clin. Immunol. 2009; 130: 7-15.
32. Walczak H. TNE and ubiquitin at the crossroads of gene activation, cell death, inflammation, and cancer. Immunol. Rev. 2011; 244: 9-28.
33. Bianchi K., Meier P. A tangled web of ubiquitin chains: breaking news in TNE-R1 signaling. Mol. Cell. 2009; 36: 736-42.
34. Yarilina A., Xu K., Chan C., Ivashkiv L.B. Regulation of inflammatory responses in tumor necrosis factor-activated and rheumatoid arthritis synovial macrophages by JAK inhibitors. Arthr. and Rheum. 2012; 64: 3856-66.
35. O'Shea J.J., Laurence A., McInnes I.B. Back to the future: oral targeted therapy for RA and other autoimmune diseases. Nature Rev. Rheumatol. 2013; 9: 173-82.
36. Hu X., Ivashkiv L.B. Cross-regulation of signaling pathways by interferon-gamma: implications for immune responses and auto-
immune diseases. Immunity. 2009l 31: 539-50.
37. Hu X., Herrero C., Li W.P., Antoniv T.T., Falck-Pedersen E., Koch A.E. et al. Sensitization of IFN-gamma Jak-STAT signaling during macrophage activation. Nature Immunol. 2002; 3: 859-66.
38. Huys L., Van Hauwermeiren F., Dejager L., Dejonckheere E., Lienenklaus S., Weiss S. et al. Type I interferon drives tumor necrosis factor-induced lethal shock. J. Exp. Med. 2009; 206: 1873-82.
39. Van Hauwermeiren F., Vandenbroucke R.E., Libert C. Treatment of TNF mediated diseases by selective inhibition of soluble TNF or TNFR1. Cytokine Growth Factor Rev. 2011; 22: 311-9.
40. McDermott M.F., Aksentijevich I., Galon J., McDermott E.M., Ogunkolade, B.W., Centola M. et al. Germline mutations in the extracellular domains of the 55 kDa TNF receptor, TNFR1, define a family of dominantly inherited autoinflammatory syndromes. Cell. 1999; 97: 133-44.
41. Christen U., Wolfe T., Mohrle U., Hughes A.C., Rodrigo E., Green E.A. et al. A dual role for TNF-alpha in type 1 diabetes: islet-specific expression abrogates the ongoing autoimmune process when induced late but not early during pathogenesis. J. Immunol. 2001; 166: 7023-32.
42. Alexopoulou L., Kranidioti K., Xanthoulea S., Denis M., Ko-tanidou A., Douni E. et al. Transmembrane TNF protects mutant mice against intracellular bacterial infections, chronic inflammation and autoimmunity. Eur. J. Immunol. 2006; 36: 2768-80.
43. Feldmann M. Development of anti-TNF therapy for rheumatoid arthritis. Nature Rev. Immunol. 2002; 2: 364-71.
44. Smolen J.S., Aletaha D., Redlich K. The pathogenesis of rheumatoid arthritis: new insights from old clinical data? Nature Rev. Rheumatol. 2012; 8: 235-43.
45. Bluml S., Binder N.B., Niederreiter B., Polzer K., Hayer S., Tauber S. et al. Antiinflammatory effects of tumor necrosis factor on hematopoietic cells in a murine model of erosive arthritis. Arthr. and Rheum. 2010; 62: 1608-19.
46. Takayanagi H., Kim S., Matsuo K., Suzuki H., Suzuki T., Sato K. et al. RANKL maintains bone homeostasis through c-Fos-depen-dent induction of interferon-beta. Nature. 2002; 416: 744-9.
47. Schett G., Gravallese E. Bone erosion in rheumatoid arthritis: mechanisms, diagnosis and treatment. Nature Rev. Rheumatol. 2012; 8: 656-64.
48. Yasuda H., Shima N., Nakagawa N., Yamaguchi K., Kinosaki M., Mochizuki S. et al. Osteoclast differentiation factor is a ligand for osteoprotegerin/osteoclastogenesis-inhibitory factor and is identical to TRANCE/RANKL. Proc. Natl Acad. Sci. U S A. 1998; 95: 3597-602.
49. Azuma Y., Kaji K., Katogi R., Takeshita S., Kudo A. Tumor necrosis factor-alpha induces differentiation of and bone resorption by osteoclasts. J. Biol. Chem. 2000; 275: 4858-64.
50. Lam J., Takeshita S., Barker J.E., Kanagawa O., Ross F.P., Teitel-baum S.L. TNF-alpha induces osteoclastogenesis by direct stimulation of macrophages exposed to permissive levels of RANK ligand. J. Clin. Invest. 2000; 106: 1481-8.
51. Kobayashi K., Takahashi N., Jimi E., Udagawa N., Takami M., Kotake S. et al. Tumor necrosis factor alpha stimulates osteo-clast differentiation by a mechanism independent of the ODF/ RANKL-RANK interaction. J. Exp. Med. 2000; 191: 275-86.
52. Yao Z., Xing L., Boyce B.F. NF-kappaB p100 limits TNF-in-duced bone resorption in mice by a TRAF3-dependent mechanism. J. Clin. Invest. 2009; 119: 3024-34.
53. Hogan P.G., Chen L., Nardone J., Rao A. Transcriptional regulation by calcium, calcineurin, and NFAT. Genes Dev. 2003; 17: 2205-32.
54. Vaira S., Johnson T., Hirbe A.C., Alhawagri M., Anwisye I., Sammut B. et al. RelB is the NF-kappaB subunit downstream of NIK responsible for osteoclast differentiation. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2008; 105: 3897-902.
55. Zhao B., Grimes S.N., Li S., Hu X., Ivashkiv L.B. TNF-induced osteoclastogenesis and inflammatory bone resorption are inhibited by transcription factor RBP-J. J. Exp. Med. 2012; 209: 319-34.
56. Gordon R.A., Grigoriev G., Lee A., Kalliolias G.D., Ivashkiv L.B. The interferon signature and STAT1 expression in
иммунология № 4, 2014
rheumatoid arthritis synovial fluid macrophages are induced by tumor necrosis factor alpha and counter-regulated by the synovial fluid microenvironment. Arthr. and Rheum. 2012; 64: 3119-28.
57. van der Pouw Kraan T.C., Gaalen F.A., Kasperkovitz P.V., Verbeet N.L., Smeets T.J., Kraan M.C. et al. Rheumatoid arthritis is a heterogeneous disease: evidence for differences in the activation of the STAT-1 pathway between rheumatoid tissues. Arthr. and Rheum. 2003; 48: 2132-45.
58. Patel D.D., Zachariah J.P., Whichard L.P. CXCR3 and CCR5
ligands in rheumatoid arthritis synovium. Clin. Immunol. 2001; 98: 39-45.
59. Ghoreschi K., Jesson M.I., Li X., Lee J.L., Ghosh S., Alsup J.W. et al. Modulation of innate and adaptive immune responses by tofacitinib (CP-690,550). J. Immunol. 2011; 186: 4234-43.
60. Rosengren S., Corr M., Firestein G.S., Boyle D.L.The JAK inhibitor CP-690,550 (tofacitinib) inhibits TNF-induced chemokine expression in fibroblast-like synoviocytes: autocrine role of type I interferon. Ann. Rheum. Dis. 2012; 71: 440-7.
Поступила 25.04.13 Received 25.04.14
о коллектив авторов, 2014
УдК 616.72-002.77-039-092:612.017.1]-078.33
Донецкова А.Д.1, Никонова М.Ф.1, Пахонина Н.С.2, головизнин М.В.2, Пащенков М.В.1, ярилин А.А.1
ослабление эмиграции т-лимфоцитов из тимуса при ревматоидном артрите
1ФГБУ «ГНЦ Институт иммунологии» ФМБА России, 115478, г Москва; 2ГБОУ ВПО МГМСУ им. А.И. Евдокимова Минздрава России, 127473, г. Москва
У больных аутоиммунным ревматоидным артритом (РА) значительно снижено содержание Т-рецепторных эксци-зионных колец (T-cell receptor excision circles - TREC) в лимфоцитах периферической крови. TREC представляют собой кольцевидные структуры, которые вырезаются из геномной ДНК в процессе перестройки генов Т-клеточного рецептора в тимусе. Высокое содержание TREC свойственно Т-клеткам, недавно эмигрировавшим из тимуса (Recent thymic emigrants - RTE). Степень снижения TREC-содержащих лимфоцитов с возрастом у больных РА существенно выше, чем у здоровых лиц, т.е. можно констатировать ускоренное старение тимуса при этом ауто-иммуном заболевании. Выраженность различий по содержанию TREC (относительно уровня колец у здоровых доноров) увеличивается с возрастом: 2-кратно для возраста 41-50 лет, почти 4-кратно для возраста 51-60 лет, 45-кратно для лиц старше 60 лет. Полученные данные свидетельствуют о том, что при аутоиммунных процессах Т-лимфопоэтическая функция тимуса ослабляется; в то же время вклад в снижение уровня TREC в периферических Т-клетках также могут вносить усиление пролиферации Т-клеток и перераспределение RTE в организме с усилением миграции в поврежденную аутоиммунным процессом ткань.
Ключевые слова: недавние эмигранты из тимуса; Т-рецепторные эксцизионные кольца; ревматоидный артрит.
Donetskova A.D.1, Nikonova M.F.', Lakhonina N.S.2, Goloviznin M.V.2, Pashenkov M.V. ',\A.A. Yarilin'\ DECREASE OF T-LYMPHOCYTES EMIGRATION FROM THE THYMUS IN RHEUMATOID ARTHRITIS
1National Research Center «Institute of Immunology» FMBA of Russia, 115478, Moscow, Russian Federation; 2Moscow State University of Medicine and Dentistry named after A.I. Evdokimov, 127473, Moscow, Russian Federation The T-cell receptor excision circles (TREC) content in peripheral blood lymphocytes is considerably decreased in patients with autoimmune rheumatoid arthritis. TREC are circles which are excised from the genomic DNA in the thymus during rearrangement of TCR genes. High TREC level is peculiar to T-cells which have recently emigrated from the thymus (Recent thymic emigrants - RTE). The degree of TREC-contaning lymphocytes decrease with age is significantly higher in patients with rheumatoid arthritis in comparison with age-matched healthy donors. So we can state premature thymus aging in this autoimmune disease. Expressiveness of distinctions of the TREC content (in comparison with TREC level in healthy donors) is increased with age: it 2-fold for age of 41-50 years, almost 4-fold for age of 51-60 years, 45-fold for persons older than 60 years. The obtained data testifies that thymic T-lymphopoiesis is reduced in autoimmune processes; at the same time intensive proliferation of peripheral T-cells and RTE redistribution in the organism with rapid migration to the tissue damaged by autoimmune process may also contribute to TREC level decrease.
Key words: recent thymic emigrants; T-cell receptor excision circles; rheumatoid arthritis.
Аутоиммунные заболевания возникают при нарушении процессов развития и поддержания аутотолерантности -свойства организма не отвечать на собственные антигены. Основным механизмом аутотолерантности является элимина-
Для корреспонденции: Донецкова Альмира Дмитриевна, e-mail: almira_donetskova@yahoo.com
For correspondence: Donetskova Almira Dmitrievna, e-mail: almira_donetskova@yahoo.com
ция аутоспецифических клонов, местом реализации которой для Т-клеток является тимус. Следовательно, тимус играет ключевую роль в защите собственных тканей организма от повреждающего действия иммунологических факторов.
В данной работе мы попытались оценить адекватность тимической дифференцировки Т-лимфоцитов при ревматоидном артрите (РА), поскольку РА представляет собой яркий пример хронического аутоиммунного процесса (с преимущественным поражением суставов). Тимическую дифференци-ровку оценивали по уровню Т-рецепторных эксцизионных
