CC BY
53
Клштна пед1атр1я
УДК 612.6.05:616-056
КРЮЧКО Т.О., ТКАЧЕНКО О.Я., ВОВКЮ.О. Вищийдержавний навчальний заклад Укра!ни «Укранська медична стоматолопчна академ'ю», м. Полтава
ПРИРОДЖЕЫ КОМПОНЕНТИ ¡МУЫТЕТУ: TOLL-nOAiBHi РЕЦЕПТОРИ В HOPMi i ПРИ ПАТОЛОГИ
Резюме. Результати до^джень, проведених за останне десятирiччя, показали, що iмунна система орган^му мае не тльки специфiчну глобулнову систему, що характерна для адаптивного Шуттету, але й мшу, не менш складну систему розтзнавання чужорiдних структур, яка реал^уеться за допомогою Toll-подiбнихрецепmорiв природженоI iмунноi системи. Висвiтлено значення Toll-подiбногорецептора-4 в реалЬзащ бронхiальноi астми у дтей. Розглянуто основш полiморфiзми гешв ПЯ4 (Asp299Gly i ТНг399Пв) та сигнальн шляхи, як ними запускаються.
Ключовi слова: астма, природжена iмунна система, Toll-подiбнийрецептор-4, полiморфiзм.
Алергопатолопя займае вагоме мюце в структу-рi захворюваност населення багатьох кра!н свггу. З-помiж широкого спектра алерпчних захворювань особливу увагу до себе привертае бронхiальна астма (БА), що е серйозною глобальною проблемою сього-дення. Люди вмх вшових груп у багатьох кра!нах свгту зазнають негативного впливу вщ даного хрошчного захворювання дихальних шляхiв, яке може бути тяжким, неконтрольованим, перебтати iз ускладнення-ми та в окремих випадках закшчуватись летально.
Починаючи з 1970-х рошв поширенiсть астми зросла в бшьшосп кра!н свiту, що пов'язано з урбаш-зацiею та переорiентацiею стилю життя. На сьогоднi зареестровано близько 300 мшьйошв хворих на БА ^ згiдно з прогнозом, до 2025 року цей показник зросте до 400 мшьйошв хворих [15]. Крiм того, в iндустрiаль-ному свт БА — найчастше хрошчне захворювання дитячого вiку, що прямо пропорцшно характеризуе стан iмунiтету дитячого населення, схильнiсть до формування гшерчутливих реакцiй, вплив неантро-погенних та антропогенних чиннишв. Створюючи навколо себе штучне мiсце iснування i перемагаючи багато пiдступних недуг, людство зiткнулося з новим серйозним викликом з боку власно! природи. Той факт, що саме в захшних кра!нах частота БА е най-бiльш високою, спонукав сформулювати так звану гтешчну гiпотезу, запропоновану ще в 1989 роцi, яка засвшчила взаемозв'язок мiж експозицiею мшроорга-нiзмiв та захистом вiд алергп.
Важливу роль у первинному захистi оргашзму лю-дини вiд патогенiв вщграе природжена iмунна система. Тому протягом останнього десятирiччя увага науковцiв сконцентрована на виявленш порушень у функщону-ваннi дано! системи як основи для реалiзацii алергопа-
тологп, та зокрема БА. Загальновшомим е те, що вза-eмодiя макрооргашзму i3 навколишнiм середовищем реaлiзуeться шляхом нормального функцюнування дендритних клiтин — основних антигенпрезентуючих структур оргaнiзму людини. Перехщ вiд неактивно! до активно! форми дендритних клггин е ключовим моментом в активацп адаптивно! iмунно! системи. На думку багатьох учених, такий мехашзм створюе стiйкий сигнал природжено! iмунно! вiдповiдi, який являе собою стародавню форму iмунно! системи з подвiйним зна-ченням для макрооргашзму: забезпечуе безпосереднiй захисний мехашзм проти мiкрооргaнiзмiв та виконуе роль пам'яп, впливаючи, таким чином, на дозрiвaння адаптивно! iмунно! системи [2].
Усвшомлення важливо! ролi природженого iму-нiтету прийшло разом з шентифшащею патерн-розпiзнaвaльних рецепторiв (ПРР, PRR, pattern recognition receptors), вшомих у сучаснш нaуковiй лгге-рaтурi як Toll-подiбнi рецептори (TLR) [14]. Вони належать до групи сигнальних патерн-розшзнавальних рецепторiв i розглядаються дослiдникaми в ролi клю-чових рецепторiв природженого iмунiтету, оскiльки TLRs забезпечують молекулярну iдентифiкaцiю патогену iз подальшим включенням важливих компонент спадкового iмунiтету та вщграють виршаль-ну роль у ранньому захист оргaнiзму вiд чужорiдних структур [13]. Функцюнуючи на зовнiшнiй мембраш моноцитiв, мaкрофaгiв, нейтрофiлiв, еозинофiлiв та тучних клгтин мaкрооргaнiзму, TLRs мають ха-рактерну влaстивiсть розпiзнaвaння молекулярних структур мiкрооргaнiзмiв, якi отримали назву PAMP (pathogen-associated molecular patterns). 1ще в 1989 рощ, незважаючи на особливост будови рiзних видiв мiкрооргaнiзмiв, Карл Дженвей сформулював «гшоте-
(^торо&ёе
^^Трвбйвка
6(27) • 2010
Клтт'чна пед!атр!я
зу розшзнавання o6pa3iB», суть яко! полягала в тому, що Bci патогенш мiкроорганiзми мають еволюцiйно консервативнi молекулярш структури, якi асоцшова-ш з патогеном i яких немае в багатоклгтинних орга-нiзмах. Пiдтвердження тако! гiпотези прийшло пiсля вiдкриття у плодово! мухи дрозофiли Toll-рецептора, який вшповшав за дорзовентральну поляризацiю в ембрюнальному розвитку мухи. Пiсля детального його вивчення виявлено, що в мутацшнш популяцп дорослих мух iз вiдсутнiстю бiлка Toll спостерiгалась рiзко пiдвищена схильнiсть до грибково! шфекцп в результатi знижено! продукцп протигрибкового фактору дорзомщину, що подтвердило важливiсть ПРР у функцiонуваннi природженого iмунiтету. В 1997 роцi в лабораторп К. Дженвея на моноцитах людини впер-ше виявлено рецептор, гомолопчний Toll-рецептору дрозофiли, тому вш i отримав назву Toll-подiбний рецептор. Методом позицшного клонування гену, який вшповшальний за розпiзнавання лшополюахариду, була пiдтверджена роль TLR в iмунному захистi орга-нiзму. Надалi йому був присвоений номер 4 (TLR4). Фактично до початку ХХ1 ст. зiбрана величезна база даних, яка шдтверджуе: реакцiя природженого iму-нiтету на вплив патогенних мiкроорганiзмiв — це специфiчна реакцiя, що здшснюеться через патерн-розпiзнавальнi рецептори в клгтинах органiзму.
Вiдкриття л^авддв TLR вiдбувалось паралельно з вшкриттям самих рецепторiв: у першу чергу вивча-лись консервативнi молекулярнi структури патогенних мiкроорганiзмiв, надалi була доведена специфiч-нiсть !х взаемоди з Toll-подiбнi рецепторами (рис. 1). На сьогоднi визначена лiгандна специфшашя для всiх 10 ПРР, наприклад, TLR2 зв'язуеться з лшопроте!-
дами грампозитивних бактерш; TLR3 — iз вiрусною двоспiральною РНК; TLR4 — iз лiпополiсахаридом грамнегативних бактерiй; TLR5 зв'язуеться з флаге-лiном джгутикових бактерш; TLR6 — iз лшотейхое-вою кислотою (компонент грампозитивних бактерш) та зимозаном, який видшяеться дрiжджовими мь кроорганiзмами; TLR7 та TLR8 зв'язуються iз вiрус-ною односшральною РНК; TLR9 взаемодiе з CpG-збагаченою дiлянкою ДНК бактерiй або вiрусiв.
Наведенi приклади лiгандiв досить довго вважа-лись единими для кожного типу рецепторiв шмей-ства TLR, проте поступово вшкривалися новi види лiгандiв, розширюючи, таким чином, можливост сь мейства Toll. Шд час становлення iмунологi'i TLR ви-явилось, що 'iхнiми лiгандами можуть бути не тшьки компоненти мiкроорганiзмiв, але i речовини iншого походження, наприклад молекулярш структури рос-лин (TLR4 зв'язуеться з таксолом), алергешв (наприклад, TLR4 активуеться екстрактами домашнього пилу), ендогенш сполуки оргашзму (наприклад, бш-ки теплового шоку (HSP) [1]. Таким чином, специ-фiчними лiгандами для TLRs е молекулярш структури не тшьки мiкроорганiзмiв, але й широке коло рiзно-манiтних молекул макроорганiзму, рослин та синте-тичних речовин.
1ншим, не менш важливим вшкриттям став до-каз того, що активашя ПРР та сигнальш шляхи, якi ними запускаються, е стародавньою еволюцшно-консервативною системою, що здатна не тшьки роз-шзнавати патогени, але й iнiцiювати комплекс захис-них механiзмiв органiзму. У результат специфiчного контакту з лтандом запускаеться синтез цитокiнiв за рахунок активацп транскрипцп генiв у мРНК, якi вш-
Пептидоглкан (грампозитивнп бактерм) Лтоараб1номаноза (мтобактери) ЛПС (лептостри) Зимозан (гриби)
ЛтопротеТни (бактери)
ЛтопротеТни (мкоплазми)
ЛПС (грамнегативн1 бактери)
Л1потейхоев1 кислоти (грампозитивж бактери) ПротеТн F
риносинцтчального eipycy
dsRNA (Bipycn)
Флагел1н (бактерм)
1мщазо-
XiHOniHH
(синтетич.)
Неметил1-зований CpG DNA (бактери)
Рисунок 1. Лгандна специф1кац1я То!!-под1бних рецептор1в (TLR) (за S. Janssens та R. Beyaert, 2003)
Клтт'чна педтатр!я
6(27) • 2010
повщальш за !х продукцiю. Паралельно дослГджува-лись сигнальнi шляхи вiд активованого ПРР до ядра клгтини. На сьогодш цi складнi багатокомпонентнi шляхи вивчеш практично для всiх вГдомих патерн-розпiзнавальних рецепторiв.
Слiд зазначити, що шляхи активацп клiтини, rni-цiйованi рiзноманiтними зовнiшнiми та внутршшми факторами, здiйснюються за единим молекулярним принципом [4, 6]. Увесь сигнальний шлях активацп TLR складний та багатокомпонентний, але ынце-вим етапом каскаду реакцш проте'iнкiназ е активащя транскрипцiйних факторiв, що знаходяться в цитолiзi клiтини в заблокованому (неактивному) стань Нате-пер вiдомо деылька груп транскрипцiйних факторiв, але найбшьш вивченим е нуклеарний фактор kB (NF-kB). Значення проте'iнкiназ полягае в тому, що шсля звшьнення вiд блокатора нуклеарний фактор переходить в ядро клГтини, де зв'язуеться з промоторними дшянками шдуцибельного гену, що, в свою чергу, призводить до його активацп та запуску синтезу молекул, яы вш кодуе шляхом утворення специфiчних матричних РНК, активацп запальних реакцш, у тому числЬ гешв цитоышв.
З-помiж усiх ПРР TLR4 е ушкальним, оскiльки може взаемодiяти з MyD88 або TIRAP, iндукуючи синтез протизапальних цитоышв, або з TICAM-1 i TICAM-2, що приводить до синтезу штерферо-нiв. Адаптернi бглки зв'язуються зi специфiчними ферментами-кiназами, що значно шдсилюють сигнал та призводять до шдукцп певних генiв, яы визнача-ють запальну вiдповiдь клгтини [1, 8]. Toll-подiбний рецептор-4 е одним iз найсильнiших клiтинних моду-ляторiв, що виконуе роль основного захисного меха-нiзму вiд атошчних захворювань, та зокрема БА. Тому точковi мутацп на рiвнi ДНК, яы кодують структуру рецептора, можуть призвести до порушення його нормального функцюнування. СлГд зазначити, що найчастЬшою причиною вiдмiнностей у структурi ге-нiв е так званий полiморфiзм одиничних нуклеотидiв (SNP-single-nucleotide polymorphism), який за раху-нок формування специфiчних алелей генiв посилено впливае на особливост розвитку захисних реакцш та схильшсть до низки захворювань. Полiморфiзм генiв передбачае, що з одного i того ж гена може бути ско-пiйовано деылька варiантiв, якi структурно вГдрГзня-ються вГд копп одного i того ж бшка, iз них частина скопшованих варiантiв або взагалi неактивна, або може мати протилежну функцш. Основними полЬмор-фiзмами одиничних нуклеотидiв TLR4 е Asp299Gly та Thr399Ile, якi тiсно пов'язанi з розвитком атошчних захворювань. Крiм того, Ьснують результати, якi за-свiдчують, що TLR4 (Asp299Gly) полiморфiзм шдви-щуе частоту шфекцш, хронiчних запальних процесЬв у дихальних шляхах [3, 4]. Секвестращя людського TLR4 дала можливЬсть повнiстю визначити можли-вi варiацi'i негомологiчних полiморфiзмiв в третьому екзош, який вiдповiдальний за маркiрування лейци-нового домену. Але, незважаючи на значш коливання варiацiй TLR4 та LRR, частота таких полiморфiзмiв у людсьый популяцГ! е дуже низькою (менше 1 %). Ви-
няток становлять два негомолопчш полiморфiзми (SNPs), частота виявлення яких бiльше 5 %. Це так зване A/G-замЬщення, тобто причиною даного по-лiморфiзму е замiна аспарагiново'i амiнокислоти на глщинову в положеннi Asp299Gly (rs4986790), а також С/Т-замiщення, тобто замЬщення треонiну на Ьзолей-цин у положенш Thr399Ile (rs4986791). Уперше таы два полiморфiзми (Asp299Gly або Thr399Ile) у людини виявив N.C. Arbour i охарактеризував !х як зниження вщповщ iмунно'i системи на вдихання LPS. ВГдкрит-тя знижено! реактивность на вплив бактерiального лiпополiсахариду у людей iз генетичними варiацiями TLR4 (Asp299Gly та Thr399Ile) спонукало до прове-дення багатьох подiбних генетичних дослГджень [5].
Результати таких дослГджень призвели до супереч-ливих думок з приводу ролi полiморфiзму Asp299Gly та його впливу на сприйнятливЬсть до грамнегатив-них бактерiальних шфекцш [16]. Шд час усвГдомлен-ня молекулярних механiзмiв природженого iмунiтету з'явилась одна з теорш, що змогла пояснити таку вГд-мiннiсть в отриманих результатах. Суть 'i'i полягала в тому, що всi проведет дослГдження полiморфiзмiв Asp299Gly та Thr399Ile проводились окремо один вiд одного, як самостшш форми i зовшм не враховувався той факт, що два полiморфiзми можуть поеднуватися в одно! особи (Asp299Gly/Thr399Ile). Таке поеднання передбачае видшення чотирьох гаплотипiв, представ-лених у людськiй популяцп, а саме: wt/wt, Asp299Gly/ wt, Thr399Ile/wt та Asp299Gly/Thr399Ile. Результати цитокiнового профiлю пiсля стимуляцп лшополюа-харидом засвГдчили, що лише Asp299Gly-гаплотип мае фенотиповi змiни, якi виявляються переважно у шдвищенш прозапального TNF-a [7]. Щкаво, що LPS-iндукована iмунна вiдповiдь при Asp299Gly/ Thr399Ile-гаплотипi нiчим не вГдрГзняеться вiд ци-токiново'i вГдповщ дикого типу TLR4Asp299Gly/ Thr399Ile через те, що окремий гаплотип Thr399Ile зу-стрiчаеться дуже рГдко i тому його прояви на сьогодш залишаються невГдомими. Ось чому гаплотип TLR4 змшюе цитоынсинтезуючу вГдповГдь за впливу бакте-рiального лiпополiсахариду, але змша реактивностi на вплив грамнегативних шфекцш лежить лише в осно-вЬ TLR4 Asp299Gly-мутацi!. Популяцшш дослiдження також висвгтлили специфЬку географЬчного розподшу TLR4-гаплотипу [17]. Сьогодш в африкансьый популяцп Asp299Gly-гаплотип зустрЬчаеться в 10—20 разЬв частЬше, шж на шших континентах; утЬм у европео-!днш популяцп спостерпаеться майже повна вГдсут-шсть даного гаплотипу та висока частота виявлення Asp299Gly/Thr399Ile-гаплотипу. В азЬатсько! популяцГ! взагалЬ були вГдсутш всЬ три Asp299Gly-, Thr399Ile-та Asp299Gly/Thr399Ile-гаплотипи.
Осыльки в основЬ даного полЬморфЬзму лежить ге-нетично обумовлене порушення структури TLR4, ло-пчно передбачити, що подЬбш змши на рЬвш ДНК та обумовлеш ними нозологГ! можуть передаватися i на-ступним поколшням. Наприклад, дослГдження, про-ведене у велиый когорт волонтерЬв, засвГдчило асош-ацш мЬж наявшстю полЬморфЬзму TLR4 (Asp299Gly) та розвитком бронхЬально! астми в деылькох поколшнях
аороЬёе ^аГТрЗювня
6(27) • 2010
Клтт'чна пед!атр1я
одного родоводу. Звичайно, частота подiбних SNP зу-стрiчаеться рiдко. За даними рiзних дослiджень, вона не перевищуе 5 % загально! кiлькостi хворих на БА [9]. Проте дшсно генетична обумовлешсть БА з виявле-ним полiморфiзмом TLR4 (Asp299Gly) беззаперечна.
На сьогодш особливо! актуальностi набувае вивчен-ня полiморфiзму генiв регуляторних молекул запалення. Знання !хньо! ролi в патогенезi багатьох хвороб поряд iз досягненнями сучасно! геномiки дозволяе прогнозувати ризик розвитку патологи або тяжысть и перебiгу та дiбра-ти специфiчну терапiю або зробити вщповщну корекцiю у схемi лшувально-профшактичних заходiв. Оскiльки РАМР бактерiй, вiрусiв та грибкiв е сильними активаторами природжено! iмунноi вiдповiдi, то на !х основi створюються високоефективш iмунотропнi лiкарськi препарати. За напрямком ди цi препарати можуть бути двох титв: агонiсти Toll-подiбних рецепторiв — iмуно-стимулюючi препарати та антагошсти — iмуносупресан-ти, спрямоваш на корекцiю хронiчних iмунозапальних процешв. На даному етапi розробка таких препарапв ведеться за кордоном. Уш вони знаходяться лише на етат клiнiчних випробувань. Наприклад, мiнiмально бюлопчно активнi фрагменти, видiленi з лшополюаха-риду — монофосфорил-лiпiд А (агошст TLR4) вже вико-ристовують як ад'юванти, що входять до складу вакцин з метою посилення !х iмуногенних властивостей.
На завершення слщ зазначити, що активне до-слщження природженого iмунiтету протягом остан-шх 10 рокiв принесло значнi результати не тшьки з точки зору фундаментальних уявлень про оргашза-цш протиiнфекцiйного iмунiтету, але й з точки зору практично! медицини. Фактори ризику та мехашзми реалiзацii спадково обумовлено! патологи у людини потребують всебiчного вивчення, оскiльки ефектив-на антенатальна дiагностика генетично обумовлено! атопи передбачае досконалу профiлактику шляхом формування груп ризику щодо вiдтворення дано! патологи ще до настання ваптность
Список л1тератури
1. Лебедев К.А., Понякина И.Д. Иммунология образраспоз-нающих рецепторов. — Москва: ЛИБРОКОМ. — 2008. — 253 с.
2. СеменовБ.Ф., ЗверевВ.В. Концепция создания быстрой иммунологической защиты от патогенов//Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. — 2007. — № 4. — С. 93-100.
3. Толстопятова А.М., Семенов Б.Ф., Зверев В.В. Роль рецепторов врожденного иммунитета в развитии инфекционной патологи у новорожденных детей // Педиатрия. — 2009. — Т. 87, № 1. — С. 115-120.
4. Потехина Е.С., Надеждина Е.С. Митогенактивируе-мые протеинкиназные каскады и участие в них Set20 подобных протеинкиназ // Успехи современной химии. — 2002. — Т. 2, № 1. — С. 235-255.
5. Arbour N.C., Lorenz E., Schutte B.C. et al. TLR4 mutations are associated with endotoxin hyporesponsiveness in humans//Nat. Genet. — 2000. — № 25. — Р. 187-191.
6. Bengtsson S.L., Nagy Z, Skare S. Extensive piano practicing has regionally specific effects on white matter development // Nat. Neurosci. — 2005. — Vol. 8, № 9. — P. 1148-1150.
7. Ferwerda B., McCall М.В. TLR4polymorphisms, infectious diseases, and evolutionary pressure during migration of modern humans // Proc. Natl. Acad. Sci USA. — 2007. — Р. 1034-1037.
8. Horner A.A., Raz E. Do microbes influence the pathogenesis of allergic diseases? Building the case for Toll-like receptor ligands // Curr. Opin. Immunol. — 2003. — 15(6). — 614-9.
9. Kormann M.S.D. Toll-like receptor heterodimer variants influenceTh1/Th2 signaling and protect from the development of childhood asthma. — Hannover, 2008. — Р. 110.
10. Leynaert B., Neukirch C. et al. Does living on a farm during childhood protect against asthma, allergic rhinitis, and atopy in adulthood?// Am. J. Respir. Crit. Care Med. — 2001. — 164(10 Pt1). — Р. 1829-34.
11. Matricardi P.M., Rosmini F. et al. Exposure to foodborne and orofecal microbes versus airborne viruses in relation to atopy and allergic asthma: epidemiological study // BMJ. — 2000. — 320(7232). — Р. 412-7.
12. Martinez, F.D., Holt P.G. Role of microbial burden in aetiology of allergy and asthma // Lancet. — 1999. — 354 Suppl 2. — SII12-5.
13. Medzhitov R., Preston-Hurlburt P. A human homologue of the Drosophila Toll protein signals activation of adaptive immuni-ty//Nature. — 1997. — 388(6640). — P. 394-7.
14. Medzhitov R. Toll-like receptors and innate immunity // Nat. Rev. Immunol. — 2001. — Vol. 1(2). — P. 135-45.
15. Rees J. Контроль бронхиальной астмы у взрослых: Переклад з англ. // Здоров 'я Украти. — 2007. — № 2. — С. 33-34.
16. Schroder N. W., Schumann R.R. Single nucleotide polymorphisms of Toll-like receptors and susceptibility to infectious disease // Lancet Infect. Dis. — 2005. — № 5. — Р. 156-164.
17. Smirnova I., Hamblin М.Т., McBride С., Beutler В. Excess of rare amino acid polymorphisms in the Toll-like receptor 4 in humans // Genetics. — 2001. — № 158. — Р. 1657-1664.
Отримано 18.10.10 □
Крючко Т.А., Ткаченко О.Я., Вовк Ю.А.
Высшее государственное учебное заведение «Украинская медицинская стоматологичекая академия», г. Полтава
ВРОЖДЕННЫЕ КОМПОНЕНТЫ ИММУНИТЕТА: ТОН-ПОДОБНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ В НОРМЕ И ПРИ ПАТОЛОГИИ
Резюме. Результаты исследований, проведенных за последнее десятилетие, показали наличие в иммунной системе организма не только специфической глобулиновой системы, характерной для адаптивного иммунитета, но и другой, не менее сложной системы распознавания чужеродных структур, реализация которой осуществляется с помощью То11-подобных рецепторов врожденного иммунитета. Определено значение То11-подобного рецептора-4 в реализации бронхиальной астмы у детей. Рассмотрены основные полиморфизмы генов Т1^4 (Asp299G1y i ТЬг399Пе), а также сигнальные пути, которые ими запускаются.
Ключевые слова: астма, врожденная иммунная система, То11-подобный рецептор-4, полиморфизм.
Kruchko T.O., Tkachenco O.Y., Vovk Y.O.
High State Educational Institution «Ukrainian Medical Dental
Academy», Poltava, Ukraine
INNATE COMPONENTS OF IMMUNITY: TOLL-LIKE IN HEALTH AND DISEASE
Summary. The researches carried out for the last decade found the specific globulin system of immune system as well as complicated system of recognition of foreign structures realized by the Toll-like receptors of genetic immunity. There was detected the role of Toll-like receptors 4 in bronchial asthma realization in children. There were considered both the basic polymorphisms of TLR4 genes (Asp299Gly and Thr399Ile) and signal pathways activated by them.
Key words: asthma, innate immune system, Toll-like receptor 4, polymorphism.
