<<
>>

Липополисахаридсвязывающий белок как звено рекогносцировочной системы врожденногоиммунитета

Липополисахарид, или эндотоксин, является ведущим структурным и маркерным компонентом внешнего слоя наружной мембраны грамотрицательных бактерий (Шлегель, 1987). Схематически клеточные структуры грамотрицательных и грам- положительных бактерий отражены на рис.

4. Для иммунной системы животных липополисахарид имеет двоякое значение. Во-первых, как молекула-носитель двух патогенассоциирован- ных молекулярных паттернов (терминально локализованных остатков маннозы в составе О-антигена и липида А) (рис. 5) он распознается специализированными паттерн-рекогносцировоч- ными рецепторами (молекулами), среди которых наиболее значимыми являются маннозо(маннан)связывающий лектин (МСЛ) (Kawasaki et al., 1978; Wild et al., 1983; Lee et al., 1992; Turner, 1996) и липополисахаридсвязывающий белок (ЛСБ) (Tobias et al., 1986, 1992) плазмы крови млекопитающих. Это связывание мобилизует иммунные механизмы защиты животных от инфекции (система комплемента, нейтрофилы, моноциты/макрофаги, тучные клетки, дендритные клетки), направленные на элиминацию эндотоксинов и их носителей. Во-вторых, избыточное «наводнение» липополисахаридами внутренней среды некоторых животных (мышь) и человека приводит к гиперактивации иммунной системы, продукции большого количества провоспалительных

Г рамположиіслькьіе бактерии

,Цитоплазма

_ / х

•Цельна включения 9 А Іуклеоид L./ -Рибосома.

-Внутренняя.

/ мембрана 4

___Клешчная, стенка ''

— Капсула

Тейхоевые кислоты Пориноный белок Лишугейховые

Z___ лпс кислоты ^

/Фосфолипид її' її ару ж мая мембрана Белок

с_‘Связывающий белок Q— —Липопротеин

.Периплазмагическос Тонкая мл.

\ пространство клеточная л \и -

стенка ft о І Іептидої ликаи

7JI’---- Фосфолипид —

1 Внутренняя мембрана Белок —"

'■ Цитоплазма

Рис. 4. Схема клеточной структуры грамотрицательных и ірамположитель-

ных бактерий.

цитокинов (ФНОа, ИЛ-ір, ИЛ-6), которые инициируют, наряду с защитными, и патологические реакции (гипотензия, мультиорганные нарушения, связанные с диссеминированной внутрисосудистой коагуляцией, оксидативный стресс). Комплекс последних составляет синдром эндотоксического (септического) шока (Beutler, 1999). Даже в развитых странах септический шок может являться непосредственной причиной смерти 40—70 % инфицированных грамотрицательными бактериями пациентов, поэтому

разработка соответствующей патогенетической терапии остается весьма актуальной проблемой в медицинской практике. Ее обоснование и рациональное применение возможны при условии четкого понимания молекулярных механизмов, лежащих в основе детекции и последующей элиминации эндотоксинов.

В связи с особой значимостью присутствия липополисахарида (ЛПС) в оболочке грамотрицательных бактерий и реакций иммунной системы на эту группу микроорганизмов следует кратко рассмотреть современное представление о структуре эндотоксинов (Ractz, 1990; Rietschel, Brade, 1992; Morrison et al., 1994). Липополисахарид (эндотоксин) наружной мембраны является «визитной карточкой» грамотрицательных бактерий, он состоит из связанных амидной связью полисахарида и липида А. Полисахаридная часть ЛПС ориентирована на поверхность микробной клетки и в значительной степени определяет серологическую специфичность О-антигена. Полисахарид в свою очередь состоит из антигенной боковой цепи, представляющей собой полимер из различных сочетаний абеквозы, маннозы, рамнозы, галактозы и глюкозы, которая, как правило, выступает над поверхностью клеточной оболочки (рис.

5) и сердцевинной (коровой) части, которая в качестве основных структурных компонентов содержит несколько молекул 2-кето-З-дезоксиоктоновой кислоты (КДО), гексозы, этаноламин и фосфорную кислоту. Три остатка КДО образуют структурный блок, связывающий двухвалентные катионы магния и кальция. Комплекс КДО с катионами определяет в значительной степени некоторые структурно-функциональные свойства внешнего слоя наружной мембраны грамотрицательных бактерий. Удаление катионов с помощью таких хелатообразующих агентов как этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) приводит к разрыхлению наружной мембраны, освобождению (солюбилизации) из нее части молекул липополисахарида и изменению ее барьерных функций. В норме непроницаемая для гидрофобных соединений наружная мембрана в этих условиях начинает пропускать их внутрь клеточной стенки. Сердцевинный полисахарид ковалентно связан с липидом А, формирующим внешний слой наружной мембраны бактерий. Таким образом, структура наружной мембраны асимметрична, поскольку липополисахарид локализован исключительно в ее внешнем слое.

Липид А является частью молекулы липополисахарида, ответственной за большинство проявлений эндотоксического шока (Gmeiner et al., 1969). Поэтому не случайно, что в животном организме существует многокомпонентная система выявления и нейтрализации как этого соединения, так и всей молекулы эндотоксина в целом. Наиболее чувствительными эндогенными детекторами липида А у позвоночных животных являются ЛСБ (Tobias et al., 1988), бактерицидный проницаемость-увеличивающий белок нейтрофилов (Elsbach, Weiss, 1980) и лактоферрин (Appelmelk et al., 1994; Elass-Rochard, 1998).

ЛСБ конститутивно синтезируется гепатоцитами и секрети- руется в кровь в форме гликозилированного 58 кДа белка (Tobias et al., 1989), содержание которого в плазме кролика возрастает при инфицировании макроорганизма до 50 мкг/мл в течение первых суток. Подъем уровня белка у человека в период «острой фазы» не так заметен, поскольку его количество в крови достаточно и в норме.

ЛСБ имеет тенденцию связываться с низкой аффинностью с сыворочными липопротеидами высокой плотности. Специфическое же связывание ЛСБ в плазме наблюдается с липополисахаридами грамотрицательных бактерий (Tobias et al., 1989; Schumann, 1992). Именно комплекс ЛПС/ЛСБ обладает многими иммуномодулирующими свойствами. В настоящее время расшифрованы основные механизмы ЛСБ-опосредованного действия липополисахаридов на иммунную систему животных и человека. Они связаны в основном со способностью рассматриваемого комплекса взаимодействовать с рецептором эндотоксина на моноцитах/макрофагах, дендритных клетках и нейтрофилах, которым является мембраноассоциированный белок клеток CD14. Этот белок был открыт в 1990 г. в мононуклеарных фагоцитах как лейцин-богатый гликопротеин с молекулярной массой около 55 кДа, заякоренный в цитоплазматической мембране клеток гликозилфосфоинозитольной ножкой (Wright et al., 1990). CD14 рецептирует либо свободные ЛПС-молекулы, либо предварительно избирательно связанные с ЛСБ (Tobias et al., 1988, 1989). ЛСБ является своеобразным катализатором переноса ЛПС на CD14 (Tobias et al., 1995; Yu, Wright, 1996; Yu et al., 1997). Связывание эндотоксина c CD 14 способно вызывать продукцию провоспалительных цитокинов (ФНОа, ИЛ-ір) макрофагами и обеспечивать последующий эндоцитоз липополисахарида с его перевариванием (Wright et al., 1990; Ulevitch et al., 1990). Длительное время оставалось непонятным, каким образом лигирование ЛПС рецептором CD 14, который лишен внутриклеточного домена, приводит к запуску пути сигнальной трансдукции, завершающемуся синтезом клеткой провоспалительных цитокинов. К настоящему времени получены экспериментальные и генетические доказательства необходимости участия в рассматриваемом процессе наряду с CD 14-молекулой так называемого Толл-подобного рецептора-4 (Beutler, 2000).

ЛСБ и бактерицидный проницаемостьувеличивающий белок (БПУБ) из нейтрофилов связывают эндотоксин путем взаимодействия с его ацильными цепями фосфатидилхолина (Beamer et al., 1997). Благодаря передаче ЛПС от ЛСБ к CD14 происходит концентрирование эндотоксина на поверхности клеток хозяина и их реагирование на это взаимодействие. Представляют интерес данные о том, что в зависимости от микроокружения в организме хозяина Salmonella typhimurium могут регулировать уровень ацилирования липида А и, таким образом, противодействовать иммунным механизмам распознавания и элиминации патогена (Guo et al., 1998; Darveau, 1998). Необходимо подчеркнуть, что в силу своего кислого характера липополисахариды являются мишенью антимикробных катионных пептидов и белков (дефенсины, про- тегрины, цекропины, БПУБ, лактоферрин и т. д.). Эти исследования важны в плане понимания механизмов элиминации гра- мотрицательных бактерий (Hancock et al., 2000). Таким образом, через ЛСБ и CD 14 липополисахариды мобилизуют механизмы врожденного иммунитета животных, внешним проявлением активации которых является синтез провоспалительных цитокинов (ФНОа, ИЛ-ір). Гиперпродукция провоспалительных цитокинов часто приводит к синдрому, известному как септический шок.

Шоковая реакция некоторых млекопитающих (мышь, человек) на повышенный уровень липополисахаридов является относительно «молодой» в эволюции животного мира (Beutler, 2000). Рыбы, амфибии, рептилии, птицы и некоторые млекопитающие (крысы, бабуины) не реагируют по типу септического шока на парентеральное введение липополисахаридов грамотрицатель- ных бактерий (Berczi et al., 1966). Гиперчувствительность к эндотоксину, скорее всего, является исключением в мире позвоночных животных (в эмбриогенезе у птиц, копытные, кролик, мышь и человек). Первоначально полагали, что она была связана с прямым разрушающим воздействием ЛПС на цитоплазматические мембраны клеток. Сейчас же мы знаем, что эта реакция опосредована клетками лимфоидной и моноцитарно/макрофагальной природы. Токсическое же действие ЛПС на клетки животного организма опосредовано интенсивной продукцией ФНОа и ИЛ- ip (Beutler et al., 1985), продуцируемых макрофагами вследствие взаимодействия с эндотоксином (Freudenberg et al., 1986).

Предварительные данные, свидетельствующие об участии в рецептировании ЛПС ряда белковых факторов, помимо CD 14, были получены в ходе молекулярно-генетических экспериментов на мышах. Еще в 1968 г. Шультцер показал, что мыши линии СЗН/HeJ являются резистентными к липополисахаридам (Sultzer,

1968) , что, как выяснилось спустя десять лет, было детерминировано одним из аллельных генов так называемого Lps-локуса (Watson et al., 1977, 1978). Мутация лишь в одном гене приводила к блокированию пути трансдукции сигнала, вызываемого ЛПС. При рефрактерности к ЛПС мышей линии СЗН/HeJ они оказались тем не менее высокочувствительными к инфекции грамотрица- тельной этиологии (O’Brien et al., 1980). Эти данные свидетельствовали о том, что рецепция ЛПС с последующей трансдукцией сигнала внутрь клеток необходима для адекватного реагирования клеток иммунной системы на инфекцию. Выяснилось, что транс- дукционный путь передачи информации о детекции ЛПС связан с Толл-подобными рецепторами (ТПР), с которыми взаимодействует CD 14 после связывания с ним эндотоксина. Рецепторы этой группы первоначально были открыты у Drosophila melanogaster в связи с их ролью в эмбриональном морфогенезе (Anderson, 2000), а в последующих периодах онтогенеза насекомого они отвечают за формирование у них иммунитета к грибковой инфекции (Lemaitre et al., 1996). Генетическими исследованиями было выявлено, что в Lps-локусе мышей находится один ген высоко гомологичный гену Толл-рецептора дрозофилы (Poltorak et al., 1998). Ген отвечает за синтез белка, принадлежащего к группе рецепторов-сирот (orphan receptor), который в настоящее время получил наименование Толл-подобного рецептора-4 (Toll-like receptor-4) и, как выяснилось, именно он имеет прямое отношение к характеру реагирования мышей на липополисахариды (Poltorak et al., 1998). Делеция в анализируемом локусе мышей приводит к потере реактивности животных на введенные липополисахариды (Hoshino et al., 1999). Подобные генетические локусы и соответствующие им рецепторы выявлены и у человека (Medzhitov et al., 1997).

Таким образом, ТПР4 является сигнальным рецептором для моноцитов/макрофагов, обеспечивающим детекцию патогенов, которые содержат липополисахариды. Рассматриваемый рецептор детектирует тетраацильную часть липида А липополисахаридов, запуская каскад сигнальной трансдукции, который приводит к активации транскрипционного фактора NFkB, ответственного за регуляцию генов ряда провоспалительных цитокинов (ФНОа, ИЛ-ір). Внеклеточный домен (С-карбоксильная часть молекулы) ТПР4 чрезвычайно вариабелен у разных видов, в то время как внутриклеточный (N-концевой) достаточно консервативен. Структурные особенности внеклеточного домена могут определять видовую чувствительность животных к тем или иным эндотоксинам. Структурная стабильность в эволюции внутриклеточного домена отражает стереотипность путей трансдукции сигнала внутри клеток. Необходимо обратить внимание на то, что внутриклеточные домены Толл-подобных рецепторов и рецептора ИЛ-1 1-го типа гомологичны друг другу, в связи с чем они получили название TIR (Toll and IL-1R homologious region)- доменов (рис. 6). Это частично может объяснить известный факт поразительного сходства иммуномодулирующего действия липополисахаридов и ИЛ-1 на функциональную активность моноци- юв/макрофагов.

После связывания ЛПС с С014/ТПР4 рецепторным комплексом моноцитов/макрофагов наблюдается продукция клетками иммунной системы ряда физиологически активных веществ (про- носпалительных цитокинов, адгезионных молекул), обеспечива-

Цитокины и эффекторные молекулы

Рис. 6. Пути сигнальной трансдукции, инициируемой липополисахаридом грамотрицагельных бактерий через Толл-подобный

рецептор 4 (по: Cohen, 2002).

ющих мобилизацию дополнительных факторов резистентности к инфекции. В этом смысле ЛСБ/С014/ТПР4-опосредованная детекция ЛПС во внутренней среде животного организма выполняет роль «сторожевой системы», реагирующей на микроколичества эндотоксина и мобилизующей механизмы нейтрализации и элиминации патогена.

Таким образом, ЛСБ может выполнять функции как опсонина, облегчающего макрофагальный фагоцитоз комплекса эндоток- син/ЛСБ, так и молекулы, осуществляющей докирование связанного ЛПС к рецепторному комплексу CD14/TnP4, что позволяет рассматривать ЛСБ, CD14 и ТПР4 как структуры, относящиеся к паттернраспознающим рецепторам (молекулам).

<< | >>
Источник: Кокряков В. Н.. Очерки о врожденном иммунитете. — СПб.: Наука,2006.—261 с.. 2006

Еще по теме Липополисахаридсвязывающий белок как звено рекогносцировочной системы врожденногоиммунитета:

  1. Белок
  2. Белок
  3. БЕЛОК БЕНС-ДЖОНСА
  4. БЕЛОК
  5. БЕЛОК. Функция
  6. ИНТЕРНЕТ, КАК СИСТЕМА ДОСТУПА К ИНФОРМАЦИИ
  7. Как появилась Система Осознанного управления здоровьем.
  8. Как появилась Система Осознанного управления здоровьем.
  9. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК, СПОРТА КАК ОЗДОРОВИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.
  10. КАК ЦЕНТРАЛЬНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЯЕТ РАБОТОЙ ДЫХАТЕЛЬНЫХ МЫШЦ.
  11. 2.1. Организации фармацевтической системы как объекты управления. Внутренняя среда организаций
  12. Лекция 11 "БОЛЕЗНЬ И ЛЕКАРСТВО КАК ДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА"