CC BY
207
ОБЗОРЫ
ТАФТСИН - ЕСТЕСТВЕННЫЙ ИММУНОМОДУЛЯТОР. ВОЗМОЖНАЯ РОЛЬ В ОПУХОЛЕВОЙ ПРОГРЕССИИ
В.М. Перельмутер, Ю.Н. Одинцов, Т.К. Климентьева
Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск
Одним из конечных результатов действия опсонизирующих иммуноглобулинов (IgGl, IgG3) при поглощении комплекса "объект фагоцитоза — антитело" является образование фагоцитирующими клетками супероксидных и нитроксидных радикалов. Вместе с тем молекулярный механизм активирующего фагоцитоз действия опсонинов остается недостаточно изученным. В этой связи представляет интерес анализ перспективных направлений в изучении биологически активного олигопептида — тафтсина и рассмотрение его роли в развитии иммуномодулирующего эффекта. Поскольку тафтсин обладает противоопухолевым действием [27, 34, 38], может быть полезным изучение сущности происходящих при этом иммунорегуляторных процессов.
1. Характеристика тафтсина
Тафтсин, описанный в 1970 г. в институте Тафтса [30,32], представляет собой тетрапептид Thr-Lys-Pro-Arg, или TKPR, согласно однобуквенной системе обозначения аминокислот [1]. Тафтсин выпускается как коммерческий препарат "Tuftsin" (Catalog number - 190584, ICN Alphabetical List of products, 2002-2003. P. 780). В каталоге ICN тафтсин характеризуется как пептид, способный стимулировать фагоцитоз и уменьшать количество метастазов в легких мышей после внутривенного введения им опухолевых клеток.
Тафтсин является частью СН, домена Рефрагмента (рис. 1) тяжелой цепи в позиции - 289-292 - [25, 27, 30]. Вся цепь содержит 446 аминокислотных остатков [19], а тафтсин (тетрапептид выделен шрифтом) в Ре - фрагменте 1§О1 занимает следующее положение:
а) -284-285-286-287-288- 289-290-291-292293-294-295-296-297 -
б) -Уа1-№8-А8п-А1а-Ьу8-ТЪг-Ьу8-Рго-А^-а1и-О1п-О1п-Туг- А8х -
в)-у-и - 1ч-а.гс- т-к-р-я-а-о-д-у-в-
Часть цепи обозначена в нумерической послед овательности(а); та же часть цепи с трехбуквенным обозначением аминокислот (б); та же часть с принятым однобуквенным обозначением аминокислот (в).
Можно ожидать, что ТКРЯ-последователь-ности имеются у каждого из подклассов ^О, поскольку изотипы 1ёО1, ^02, ^03 и ^О4 не различаются аминокислотными последовательностями в области Ре-фрагментов [5]. Область расположения тафтсина (-289-292-) является одной из функционально активных областей глобулы ^О. Так, соседние аминокислотные остатки домена СН2^О в позиции 285, 288, 290, 292 являются областью связывания С^ субкомпонента С1 компонента комплемента по классическому пути активации [26]. Углеводная цепь в позиции -297-, представляющая собой глюко-заминовый олигосахарид (О1еМ), поддерживает конформацию доменов, а также закрывает ло-кус ^О, чувствительный к протеолизу [2].
2. Биологические эффекты тафтсина
В естественных условиях тафтсин может быть доставлен к клеткам, обладающим специфическими рецепторами к нему [27], в составе комплекса "антиген — антитело" (^О). Рецепторы к тафтсину экспрессируются на моноцитах/ макрофагах, нейтрофилах и МК-клетках [32], т.е. на клетках, обладающих Бе-рецепторами к ^О. Имеются данные, позволяющие считать, что
тафтсин попадает с объектом фагоцитоза в конечном итоге в фаголизосомы [24, 27].
Тафтсин становится биологически активным тетрапептидом после его "вырезания" из Ре [32]. В таком "свободном" состоянии тафтсин способен стимулировать клетки-мишени. В процессе освобождения тафтсина из аминокислотной последовательности Ре-фрагмента одновремен-
но участвуют два фермента. Один из них (тафт-синэндокарбоксипептидаза или тафтсинэндокар-
боксилаза) имеет селезеночное происхождение [32]. Второй фермент (аминопептидаза N — цинк-металлопротеаза, ZnMP, CD 13) связан с мембраной макрофага и/или нейтрофила [5]. После соединения тафтсина с его рецептором комплекс интернализируется макрофагом [27].
Биологическое действие тафтсина связывают с его способностью стимулировать образование макрофагами супероксидных радикалов (СОР) (Tritsh G.L., Niswander P.W, 1982, цит. по [6]) и нитроксидных радикалов (НОР) [16]. Стимуляция тафтсином способности макрофагов продуцировать НОР сопровождается усилением переваривающей способности макрофагов [16,27,37].
Таким образом, основным результатом присоединения тафтсина к его рецептору является стимуляция функциональной активности макрофагов и нейтрофилов [6, 17, 24, 27, 34], заканчивающаяся завершенным фагоцитозом в лимфоидных образованиях и очагах воспаления.
Значимость роли тафтсина в обеспечении завершенности фагоцитоза подчеркивается тем, что у животных и людей с удаленной селезенкой может развиваться "тафтсиновая недостаточность", приводящая к фатальным инфекциям [2, 17, 32]. Инфекционные заболевания, возникающие после спленэктомии, получили групповое название Overwhelming post-splenectomy infections (OPSI). Возбудителями этих заболеваний, как правило, являются капсульные бактерии — S. pneumoniae, N. meningitidis, H. infuenzae и др. [3, 13,14, 23, 36].
Действие тафтсина не ограничивается активацией переваривающей активности фагоцитов. Он обладает иммуномодуляторным эффектом [22] и способен вызвать широкий спектр изменений биологической активности целого ряда клеток, обладающих рецепторами к нему. Так, тафтсин оптимизирует клеточную кооперацию макрофагов, Т- и В-лимфоцитов, усиливает ге-мопоэз в костном мозге [28]. Обнаружено, что эффект активации тафтсином цитотоксической способности NK-клеток сохраняется более 18 ч [34]. Макрофаги человека при поглощении тафтсина и его аналогов способны выделять IFN-y и TNF-a [33]. Другим эффектом действия таф-
тсина является усиление миграции и дифферен-цировки макрофагов [9].
3. Использование тафтсина для целевой доставки фармакологического препарата
Макрофаги обладают способностью интернализировать свободный тафтсин. Основываясь на этом феномене, исследователи пытаются использовать тафтсин как вектор для доставки в клетки, в первую очередь в макрофаги, обладающие Ре-рецепторами, различных агентов. В частности, для визуализации макрофагов к таф-тсину присоединен люминесцентный комплекс лантанида [7].
Феномен усиления экспрессии рецепторов к тафтсину на фагоцитах в очаге воспаления послужил основой для разработки способа целевой доставки комплекса "тафтсин — антимикробный препарат" в фагоциты, содержащие жизнеспособные возбудители [10, 24, 27].
4. Роль тафтсина в иммунных реакциях при развитии опухоли
В настоящее время при рассмотрении роли иммунной системы в развитии злокачественных новообразований обсуждается возможность как ингибирования, так и стимуляции роста опухоли. Существует ряд фактов, свидетельствующих в пользу определенной роли иммунной системы в противоопухолевой резистентности. Отмечается, что с увеличением возраста пациентов нарастающий риск развития злокачественных опухолей коррелирует с накоплением дефектов в системе иммунитета [12]. В частности, показано, что с возрастом уменьшается способность макрофагов секретировать 1Ь-1, стимулировать пролиферацию Т-лимфоцитов, взаимодействовать с Т-клетками и в конечном счете проявлять цитотоксический эффект из-за сниженной продукции Н,О9 и N0 [12]. С другой стороны, нет непреложных доказательств, что при возникновении злокачественных процессов развивается иммунодепрессия. Одним из дока-
60
зательств развития иммуногенеза при раке молочной железы, яичников и мелкоклеточном раке легких считают возникновение у таких пациентов паранеопластических
нейродегенера-тивных процессов [8].
Показано, что при раке молочной и предстательной желез некоторые возрастные изменения иммунной системы, наоборот, сопровождаются более медленным ростом и снижением метастатической способности опухолей [11, 20].
Вместе с тем имеются данные, что макрофаги стимулируют опухолевый рост [39]. Активация макрофагов способствует росту трансплантируемой опухоли благодаря образованию факторов ангиогенеза, пролиферации фиброблас-тов, организации межклеточного матрикса [4]. Одним из последствий активации макрофагов тафтсином при фагоцитозе опсонизированных
иммуноглобулинами объектов может быть синтез и освобождение металлопротеиназ [21], которые обусловливают один из механизмов инвазии опухолевых клеток в ткани. Макрофаги образуют около 100 биологически активных продуктов [15, 31, 39], а ингибирование или стимуляция опухолевого роста макрофагами — закономерная смена функций активированных макрофагов [4]. Представляет интерес рассмотрение фазного характера активации макрофагов любыми агентами. Б первую фазу происходит синтез цитотоксических агентов, обладающих противоопухолевой активностью, в частности таких, как АФК, NO, a-TNF. Судить о продолжительности первой фазы возможно по результатам ее изучения у животных. Так, у мышей после стимуляции вакциной БЦЖ она составляет около 15 сут. После этого развивается вторая фаза активации макрофагов, которая сопровождается образованием факторов, стимулирующих пролиферацию соматических клеток, в том числе и опухолевых элементов [4]. Среди них — трансформирующий фактор роста (ТФР-р), интерфероны (ИФ) альфа и гамма, фактор роста фибробластов,
тромбоцитарный фактор роста, факторы образования колоний
СИБИРСКИЙ ОНКОЛОГИЧЕСКИЙ
ЖУРНАЛ. 2004. №4 (12)
гемопоэтическими клетками, фактор роста эндотелия и фактор ангиогенеза, металлопротеа-зы, эластаза, коллагенза, гиалуронидаза. Фазовое переключение активности макрофагов происходит в разных макрофагах несинхронно
[4].
Тафтсин обладает способностью стимулировать не только бактерицидную, но и противоопухолевую активность как макрофагов, так и NK-клеток. Противоопухолевая активность последних и усиливается, и пролонгируется [34, 38]. В экспериментальных наблюдениях активация макрофагов, инфильтрирующих опухоль, тафтсином приводила к торможению опухолевого роста и метастазирования [35]. Можно обозначить по крайней мере два варианта механизма воздействия тафтсина на опухоль. Во-первых, опухоль всегда инфицирована микроорганизмами, вследствие чего в ней возникают участки некроза [4].
При фагоцитозе макрофагами, находящимися в строме опухоли и регионарных лимфоузлах, микроорганизмов и иммунных комплексов, прежде всего бактериального происхождения, может освобождаться тафтсин, стимулирующий макрофаги, которые воздействуют на опухолевые клетки посредством набора цитокинов первой или второй фазы активации. Во-вторых, хорошо известно, что нейтро-филы, противоопухолевый эффект которых показан в ряде работ [18, 29], макрофаги и NK относятся к числу клеток, способных осуществлять антителозависимую клеточную цитоток-сичность (АЗКЦ). При этом их Ререцептор соединяется с Ре-фрагментом ^О, связанным с { поверхностным антигеном опухолевой клетки. Не исключено, что в этой ситуации, которая подобна адгезии опсонизированного объекта фагоцитоза, происходит связывание и тафтсина с его рецептором на этих клетках. Можно предположить, что именно это взаимодействие и активирует киллинговый эффект макрофагов, нейтрофильных лейкоцитов и NK в отношении опухолевой клетки, так же как это происходит при активации фагоцитов по отношению к опсонизированному объекту фагоцитоза.
5. Заключение
Тетрапептид ТКРЯ, обозначаемый как тафтсин, входящий в состав Ре-фрагмента ^О1 и ^3, взаимодействуя с соответствующими рецепторами фагоцитов, по-видимому, во многом определяет опсонизирующий эффект этих иммуноглобулинов. Он выполняет триггерную функцию в образовании СОР, НОР — основных механизмов киллинга фагоцитированных бактерий.
Высока вероятность, что активация рецепторов к тафтсину на макрофагах происходит не только в очагах воспаления, но и в инфильтратах, формирующихся в строме злокачественных опухолей.
В естественных условиях развития опухоли освобождение тафтсина и активация им нейт-рофильных лейкоцитов и макрофагов возможны при фагоцитозе любых объектов, опсони-зированных ^О, и, по-видимому, при осуществлении клетками-эффекторами
антителозави-симой клеточной
цитотоксичности.
11ри адекватно развивающемся воспалении первая фаза активации макрофагов обеспечивает антибактериальную защиту. В связи с этим можно полагать, что усиление экспрессии рецепторов к тафтсину и рецепторов к Ре-фраг-менту,
обеспечивающих фагоцитоз опсонизи-рованиых объектов, должно происходить именно в эту фазу активации макрофагов. Менее вероятно, что усиленная экспрессия рецепторов к тафтсину продолжается и во вторую фазу активации макрофагов, которая способствует репа-ративной регенерации в исходе воспаления, инициированного любыми повреждающими агентами. Можно ожидать, что эффективная стимуляция макрофагов тафтсином происходит только в первую фазу их активации. Доказательство этого предположения позволило бы использовать свободный тафтсин в качестве иммуномо-дулятора без риска усиления опухолевого роста цнтокинами макрофагов с фенотипом более поздней, второй фазы, стимулирующих пролиферацию опухолевых клеток.
Таким образом, с целью воздействия на опухолевый рост возможны два варианта исполь-
зования коммерческого препарата "Тафтсин". Первый вариант - применение тафтсина в первую фазу активации макрофагов для усиления продукции ими цитотоксических агентов, обладающих противоопухолевой активностью. Второй вариант — использование тафтсина в качестве носителя для целевой доставки медикаментозного препарата в комплексе "тафтсин - препарат" в опухоль.
Литература
1. ГавришеваИ.А., Антонова Т.В. Инфекционный
про
цесс: клинические и патофизиологические аспекты. СПб.. 1999.255 с.
2. Джеске Д.Д., Кепра Д.Д. Антитела и рецепторы // Иммунология /Под ред. У. Пола. М.: Мир. 1987. Т. 1. С. 204-254.
3. ОдинцовЮ.Н,, ПерельмушерВ.М., Климентьева Т.К. Тафтсин: роль в развитии негранулематозных и гранулематозных бактериозов // Бюл. сибирской медицины. 2002. №3. С. 98-102.
4. Окулов В.Б. Актуальные проблемы иммунотерапии опухолей в контексте эволюционно закрепленной реакции макрофага на повреждение тканей // Вопросы онкол. 1997. Т, 43, № 1.С. 102-106.
5. Ройт А., Бростофф Дж., Мейл Д. Иммунология / Пер. с англ. М.: Мир, 2000. 581 с.
6. Туровецкий В.Б., Золотилин С.А., Сарычева НЮ. и др. Влияние тафтсина на функциональную активность и внутриклеточный рН перитонеальных макрофагов мышей //БЭБИМ. 1994. № 3. С. 265-267.
7. Aarons R.J., Burton-Pye В,P., Faulkner S. el al. Time-resolved imaging with lanthanide complexes // Central Laser Facility Annual Report. 2001/2002. P. 130-131.
8. AlbertM.L., Darnell R.B. Paraneoplastic Neurological Degenerations: Keys to Tumour Immunity //Nat. Rev. Cancer. 2004. Vol. 4(1). P. 36-44.
9. Babcock G.F., Amoscato A.A., Nishioka K. Effect of tuftsin on the migration, chemotaxis and differentiation of macrophages and granulocytes //Ann. N. Y. Acad. Sci. 1983. Vol. 419. P. 64-74.
10. Bakker-Woudenberg LA. Delivery of antimicrobials to infected tissue macrophages // Adv. Drug Deliv. Rev. 1995. Vol. 17. P. 5-20.
11. BalducciL., Extermann M. Cancer and aging //Hematol. Oncol. Clin. North. Am. 2000. Vol. 14. P. 1-16.
12. Burns E.A., Leventhal E.A Aging, Immunity and Cancer // Cancer Control. 2000. Vol. 7(6). P. 513-522.
13. Camel J.I., Kim K.S., Tchejeyan G.H., Mahour СИ. Efficacy of passive immunotherapy in experimental postsplenectomy sepsis due to Haemophilus Infiuenzae type B//J. Pediatr. Surg. 1993. Vol. 28, № 11. P. 1441-1444.
14. CaplanE.S., BoltanskyH., SnyderMJ. etal. Response
of traumatized splenectornized patients to immediate vaccination with polyvalent pneumococcal vaccine // J. Trauma. 1983. Vol. 23, № 9. P. 801-805.
15. Cavaillon J.M. Citokines and macrophages //Biomed.Pharmacother. 1994. Vol. 48, № 10. P. 445-459.
16. CillariE., ArcoleoE, DieliM. etal. The macrophage-activating tetrapeptide tuftsin induces nitric oxide synthesis and stimulates murine macrophages to kill Leishmania parasites in vitro // Infect. Immun. 1994. Vol. 62, № 6. P. 2649-2652.
17. Constantopoulos A., Najjar V.A., Smith J.W. Tuftsin deficiency: a new syndrome with defective phagocytosis // J. Pediat. 1972. Vol. 80. P. 564-572.
18. Di Carlo E., Forni G., Lollini P. et al. The intriguing role of polymorphonuclearneutrophils in antitumor reactions // Blood. 2001. Vol. 97, № 2. P. 339-345.
19. Edelman G.M., Cunningham B.A., Gall W.E. etal. The covalent structure of an entire gG immunoglobulin molecule
II Proc. National Acad. Sci. USA. 1969. Vol. 63. P. 75-85.
20. Ershler W.B., Longo D.L. The biology of aging: the current research agenda//Cancer. 1997. Vol. 80. P. 1284-1293.
21. Gibbs D.F., Warner R.L., Weiss S.J. et al. Characterization of matrix metalloproteinases produced by rat alveolar macrophages//Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 1999. Vol.20(6). P. 1136-1144.
22. Granoth R, Vadai E., Burstein Y. et al. Tuftsin-THF- 2 chimeric peptides: potential novel immunomodulators // Immunopharmacoiogy. 1997.Vol. 37, № 1. P. 43-52.
23. Green J.B., Shackford S.R., Sise M.J., Powell R. W. Postsplenectomy sepsis in pediatric patients following splenectomy for trauma: proposal for a multi-institutional study // J. Pediatr. Surg. 1986. Vol. 21, № 12. P. 1084-1086.
24. Guru P.Y., Agrawal A.K., Singha U.K. et al Drug targeting in Leishmania donovani infections using tuftsin-bearing liposomes as drag vehicles // FEBS Lett. 1989. Vol. 245, № 1-2. P. 204-208.
25. Hays D.M., Ternberg J.L., Chen T.T. et al. Postsplenectomy sepsis and other complications following staging laparotomy for Hodgkin's disease in childhood // J. Pediatr. Surg. 1986. Vol. 21, № 7. P. 628-632.
26. Lukas T.J., MunozH., Erickson B. W. Inhibition of Cl-mediated immune hemolysis by monomeric and dimeric peptides from the second constant domain of human immunoglobulin G // J. Immunology. 1981. Vol. 127, № 6. P. 2555-2560.
27. Moghimi S.M., Rajabi-Siahboomi A.R. Recent advances in cellular, subcellular and molecular targeting // Adv. Drug Deliv. Rev. 2000. Vol. 41. P. 129-133.
28. Morrow W.J. W., isenbergD.A., SobolR.E. etal. AIDS virus infection and autoimmuty: A perspective of the clinical, immunological and molecular origins of the autoallergic pathologies associated with HIV disease // Clinical Immunology and Immunopathology. 1991. Vol. 58. P. 163-180.
29. Musiani P., Allione A., Modica A. et al. Role of neutrophils and lymphocytes in inhibition of a mouse mammary adenocarcinoma engineered to release IL-2, IL-4, IL-7, IL-10, IFN-и, IFN-y, and TNF-a // Lab. Invest. 1996. Vol. 74. P. 146-157.
30. Najjar V.A., Nishioka K. Tuftsin: a natural phagocytosis stimulating peptide // Nature. 1970. Vol. 228. P. 672-673.
31. Nathan C.F Secretory products of macrophages // J. Clin.Invest. 1987. Vol. 79, № 2. P. 319-326.
32. Nishioka K., Amoscato A.A., Babcock G.F. el al. Tuftsin: an immunomodulating peptide hormone and its clinical potential as a natural biological response modifier. Basic Science Review // Cancer Investigation. 1984. Vol. 2, № 1. P. 39-49.
33. Paulesu L., Di Stefano A., Luzzi E. et al. Effect of tuftsin and its retro-inverso analogue on the realease of interferon (IFN-y) and tumor necrosis factor (TNF-a) by human leucocytes//Immunol. Lett. 1992. Vol. 34(1). P. 7-11.
34. Philips J.H., Babcock G.F, Nishioka K. Tuftsin: a natural occurring immunopotentiating factor. In vitro enhancement of murine natural cell-mediated cytotoxity // J. Immunology. 1981. Vol. 126, № 3. P. 915-921.'
35. Raja Naresh R.A., Udupa N., Uma Devi P. Effect of Macrophage Activation On Niosome Encapsulated Bleomycin In Tumor Bearing Mice// Indian J. of Pharmacology. 1996. Vol. 28. P. 175-180.
36. Shatz D.V., Schinsky M.F., Pais L.B. et al. Immune responses of splenectomized trauma patients to the 23-valent pneumococcal polysaccharide vaccine et 1 versus, 7 versus, 14 days after splenectomy // J. Trauma. 1998. Vol. 44. № 5.
P. 760-765.
37. Siemion 1.7.., Slon J., Wieczorek Z. Competition between tuftsin and HIV-1, HIV-2 envelope protein sequences //Arch. Immunol. Ther. (Warsz). 1991. Vol. 39, № 5-6. P. 469478.
38. Stratton J.A., RettenmaierM.A., DiSaia P.J. In vivo antineoplastic activity of various biological response modifiers for tumors of the ovary and breast // J. Clin. Lab. Immunol. 1983. Vol. 11 (4). P. 181-187.
39. Trejdosiewcz L.K., Trejdosiewcz L.K., Ling N.R., Dykes P. W. Growth enchancing property of humane monocytes from normal donors and cancer patients // Immunology. 1979. Vol. 37, №2. P. 61-74.
Поступила 29.04.04
