Citochine proinfiammatorie. Citochine: classificazione, ruolo nel corpo, trattamento (terapia con citochine), recensioni, prezzo Interazione delle citochine con recettori specifici
3. Citochine: proprietà generali, classificazione. Interleuchine.
Citochine– si tratta di mediatori peptidici secreti da cellule attivate che regolano le interazioni, attivano tutti i collegamenti del SI stesso e colpiscono vari organi e tessuti. Proprietà generali citochine: 1. Sono glicoproteine. 2. Agire sulla cellula stessa e sul suo ambiente immediato. Queste sono molecole a breve distanza.3. Agiscono in concentrazioni minime. 4. Le citochine hanno recettori specifici corrispondenti sulla superficie delle cellule 5. Il meccanismo d'azione delle citochine è trasmettere un segnale dopo l'interazione con il recettore dalla membrana cellulare al suo apparato genetico. In questo caso, l'espressione delle proteine cellulari cambia con un cambiamento nella funzione cellulare (ad esempio, vengono rilasciate altre citochine). Le citochine sono divise in diversi gruppi principali .1. Interleuchine (IL)2. Interferoni 3. Gruppo di fattori di necrosi tumorale (TNF) 4. Gruppo di fattori stimolanti le colonie (ad esempio, fattore stimolante le colonie di granulociti-macrofagi - GM-CSF) 5. Gruppo di fattori di crescita (fattore di crescita endoteliale, fattore di crescita nervosa, ecc.) 6. Chemochine . Le citochine secrete principalmente dalle cellule del sistema immunitario sono chiamate interleuchine (IL) - fattori di interazione tra gli interleucociti. Sono numerati in ordine (IL-1 - IL-31). Vengono rilasciati dai leucociti quando stimolati da prodotti microbici e altri antigeni. IL-1 è secreto dai macrofagi e dalle cellule dendritiche, provoca un aumento della temperatura, stimola e attiva le cellule staminali, i linfociti T, i neutrofili ed è coinvolto nello sviluppo dell'infiammazione. Esiste in due forme: IL-1a e IL-1b. IL-2 è secreto dalle cellule T helper (principalmente di tipo 1, Th1) e stimola la proliferazione e la differenziazione dei linfociti T e B, delle cellule NK e dei monociti. IL-3 è uno dei principali fattori ematopoietici, stimola la proliferazione e la differenziazione dei primi precursori emopoietici, dei macrofagi e della fagocitosi. IL-4 è un fattore di crescita dei linfociti B, stimola la loro proliferazione nella fase iniziale della differenziazione; secreto dai linfociti T del 2o tipo e dai basofili L'IL-5 stimola la maturazione degli eosinofili, dei basofili e la sintesi delle immunoglobuline da parte dei linfociti B, prodotti dai linfociti T sotto l'influenza degli antigeni. IL-6 è una citochina dai molteplici effetti, secreta dai linfociti T, dai macrofagi e da molte cellule esterne al sistema immunitario, stimola la maturazione dei linfociti B in plasmacellule, lo sviluppo delle cellule T e dell'emopoiesi e attiva l'infiammazione. IL-7 è un fattore linfopoietico, attiva la proliferazione dei precursori dei linfociti, stimola la differenziazione delle cellule T, è formato da cellule stromali, così come cheratociti, epatociti e altre cellule renali. IL-8 è un regolatore della chemiotassi dei neutrofili e cellule T (chemochine); secreto dalle cellule T, dai monociti, dall'endotelio. Attiva i neutrofili, provoca la loro migrazione diretta, adesione, rilascio di enzimi e specie reattive dell'ossigeno, stimola la chemiotassi dei linfociti T, la degranulazione dei basofili, l'adesione dei macrofagi, l'angiogenesi. IL-10 - secreta dai linfociti T (cellule helper di tipo 2 Th2 e cellule T helper regolatorie - Tr). Sopprime il rilascio di citochine proinfiammatorie (IL-1, IL-2, TNF, ecc.) IL-11 - prodotto dalle cellule stromali del midollo osseo, fattore ematopoietico, agisce in modo simile a IL-3. IL-12 – fonte – monociti-macrofagi, cellule dendritiche provoca la proliferazione di linfociti T attivati e cellule killer naturali, potenzia l’effetto di IL-2. IL-13 – secreto dai linfociti T, attiva la differenziazione delle cellule B. IL-18 – prodotto da monociti e macrofagi, cellule dendritiche, stimola le cellule T helper di tipo 1 e la loro produzione di interferone gamma, inibisce la sintesi di IgE.
Università statale di Čeljabinsk
Sul tema: "Citochine"
Completato da: Ustyuzhanina D.V.
Gruppo BB 202-1
Čeljabinsk
Caratteristiche generali delle citochine
Meccanismo d'azione delle citochine
Meccanismo di violazione
Interleuchine
Interferoni
TNF: fattore di necrosi tumorale
Fattori stimolanti le colonie
1.Citochine
Le citochine sono proteine specifiche con l'aiuto delle quali diverse cellule del sistema immunitario possono scambiarsi informazioni e coordinare le azioni. L’insieme e le quantità di citochine che agiscono sui recettori della superficie cellulare – il “milieu citochinico” – rappresentano una matrice di segnali interagenti e che cambiano frequentemente. Questi segnali sono complessi a causa dell'ampia varietà di recettori delle citochine e perché ciascuna citochina può attivare o sopprimere diversi processi, inclusa la propria sintesi e la sintesi di altre citochine, nonché la formazione e la comparsa di recettori delle citochine sulla superficie cellulare. Tessuti diversi hanno il proprio “ambiente citochinico” sano. Sono state scoperte più di cento citochine diverse.
Le citochine differiscono dagli ormoni in quanto non sono prodotte dalle ghiandole endocrine, ma da vari tipi di cellule; Inoltre, controllano una gamma molto più ampia di cellule bersaglio rispetto agli ormoni.
Le citochine includono alcuni fattori di crescita comeinterferoni, fattore di necrosi tumorale (TNF) , rigainterleuchine, fattore stimolante le colonie (QCS) e molti altri.
Le citochine includono interferoni, fattori stimolanti le colonie (CSF), chemochine, fattori di trasformazione della crescita; fattore di necrosi tumorale; interleuchine con numeri seriali storicamente stabiliti e alcuni altri mediatori endogeni. Le interleuchine, avendo numeri seriali a partire da 1, non appartengono allo stesso sottogruppo di citochine legate da funzioni comuni. A loro volta possono essere suddivisi in citochine proinfiammatorie, fattori di crescita e differenziazione dei linfociti e singole citochine regolatorie.
Classificazione per struttura:
Classificazione funzionale:
Classificazione dei recettori delle citochine
Classificazione strutturale e funzionale delle citochine
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Famiglie di citochine |
Sottogruppi e ligandi |
Funzioni biologiche di base |
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InterferoniIOtipo |
IFN , , , , , , IL-28, IL-29 (IFN ) |
Attività antivirale, antiproliferativa, effetto immunomodulatore |
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Fattori di crescita delle cellule emopoietiche |
Fattore delle cellule staminali (kit- ligando, fattore acciaio), Flt-3 ligando, G-CSF, M-CSF, IL-7, IL-11 |
Stimolazione della proliferazione e differenziazione di vari tipi di cellule progenitrici nel midollo osseo, attivazione dell'ematopoiesi |
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Legantig.p140: IL-3, IL-5, GM-CSF |
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Eritropoietina, Trombopoietina |
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Superfamiglia dell'interleuchina-1 e FRF |
Famiglia FRF: FGF acido, FGF basico, FGF3 – FGF23 |
Attivazione della proliferazione dei fibroblasti e delle cellule epiteliali |
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Famiglia IL-1 (F1-11): IL-1α, IL-1β, antagonista del recettore IL-1, IL-18, IL-33, ecc. |
Effetto proinfiammatorio, attivazione dell'immunità specifica |
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Famiglia dei fattori di necrosi tumorale |
TNF, linfotossine α e β,Fas-ligando, ecc. |
Effetto proinfiammatorio, regolazione dell'apoptosi e interazione intercellulare delle cellule immunocompetenti |
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Famiglia dell'interleuchina-6 |
Legantig.p130: IL-6, IL-11, IL-31, Oncostatina-M, Cardiotropina-1,Fattore inibitorio della leucemia, Fattore ciliaryneurotrofico |
Effetti proinfiammatori e immunoregolatori |
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Chemochine |
SS, SXS (IL-8), SX3S, S |
Regolazione della chemiotassi di vari tipi di leucociti |
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Famiglia dell'interleuchina-10 |
I L-10,19,20,22,24,26 |
Effetto immunosoppressivo |
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Cfamiglia dell'interleuchina-12 |
I L-12,23,27 |
Regolazione della differenziazione dei linfociti T helper |
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Citochine dei cloni T-helper e funzioni regolatorie dei linfociti |
T-helper tipo 1: IL-2, IL-15, IL-21, IFN |
Attivazione dell'immunità cellulare |
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Cellule T helper di tipo 2: IL-4, IL-5, IL-10, IL-13 |
Attivazione dell'immunità umorale, effetto immunomodulatore |
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Leganti della catena γ del recettore IL-2: IL-4 IL-13 IL-7TSLP |
Stimolazione della differenziazione, proliferazione e proprietà funzionali di vari tipi di linfociti, DC, cellule NK, macrofagi, ecc. |
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Famiglia dell'interleuchina 17 |
I L-17 UN, B, C, D, E, F |
Attivazione della sintesi di citochine proinfiammatorie |
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Superfamiglia del fattore di crescita nervoso, del fattore di crescita derivato dalle piastrine e dei fattori di crescita trasformanti |
Famiglia dei fattori di crescita nervosa: NGF, fattore neurotrofico derivato dal cervello |
Regolazione dell'infiammazione, dell'angiogenesi, della funzione neuronale, dello sviluppo embrionale e della rigenerazione dei tessuti |
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Fattori di crescita derivati dalle piastrine (PDGF), fattori di crescita angiogenici (VEGF) |
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Famiglia TRF: TRF , attivine,inibizioni,Nodale, Ossomorfogenicoproteine, Mullerianoinibitoriosostanza |
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Famiglia dei fattori di crescita epidermici |
ERF, TRFα, ecc. | ||
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Famiglia dei fattori di crescita insulino-simili |
IRF-IO, IRF-II |
Stimolazione della proliferazione di vari tipi cellulari |
Proprietà generali delle citochine:
1. Le citochine sono polipeptidi o proteine, spesso glicosilate, la maggior parte delle quali ha un peso molecolare compreso tra 5 e 50 kDa. Le molecole di citochine biologicamente attive possono essere costituite da una, due, tre o più subunità identiche o diverse. 2. Le citochine non hanno un'azione biologica specifica per l'antigene. Influenzano l'attività funzionale delle cellule che partecipano alle reazioni dell'immunità innata e acquisita. Tuttavia, agendo sui linfociti T e B, le citochine sono in grado di stimolare i processi indotti dall’antigene nel sistema immunitario. 3. Per i geni delle citochine, ci sono tre opzioni di espressione: a) espressione specifica per lo stadio in determinati stadi dello sviluppo embrionale, b) espressione costitutiva per la regolazione di un numero di normali funzioni fisiologiche, c) tipo di espressione inducibile, caratteristica della maggior parte citochine. Infatti, la maggior parte delle citochine al di fuori della reazione infiammatoria e della risposta immunitaria non vengono sintetizzate dalle cellule. L'espressione dei geni delle citochine inizia in risposta alla penetrazione di agenti patogeni nel corpo, all'irritazione antigenica o al danno tissutale. Uno dei più potenti induttori della sintesi delle citochine proinfiammatorie sono le strutture molecolari associate ai patogeni. Per innescare la sintesi delle citochine delle cellule T, è necessaria l'attivazione delle cellule da parte di un antigene specifico con la partecipazione del recettore dell'antigene delle cellule T. 4. Le citochine vengono sintetizzate in risposta alla stimolazione per un breve periodo di tempo. La sintesi viene interrotta a causa di una varietà di meccanismi autoregolatori, tra cui una maggiore instabilità dell’RNA, e a causa dell’esistenza di circuiti di feedback negativo mediati da prostaglandine, ormoni corticosteroidi e altri fattori. 5. La stessa citochina può essere prodotta da tipi di cellule del corpo di diversa origine istogenetica in organi diversi. 6. Le citochine possono essere associate alle membrane delle cellule che le sintetizzano, possedendo uno spettro completo di attività biologica sotto forma di membrana e manifestando il loro effetto biologico al contatto intercellulare. 7. Gli effetti biologici delle citochine sono mediati attraverso specifici complessi recettoriali cellulari che legano le citochine con un'affinità molto elevata e le singole citochine possono utilizzare subunità recettoriali comuni. I recettori delle citochine possono esistere in forma solubile pur mantenendo la capacità di legare i ligandi. 8. Le citochine hanno effetti biologici pleiotropici. La stessa citochina può agire su molti tipi di cellule, provocando effetti diversi a seconda del tipo di cellula bersaglio. La pleiotropia dell'azione delle citochine è assicurata dall'espressione dei recettori delle citochine su tipi cellulari di diversa origine e funzione e dalla trasmissione del segnale utilizzando diversi messaggeri intracellulari e fattori di trascrizione. 9. Le citochine sono caratterizzate dall'intercambiabilità dell'azione biologica. Diverse citochine diverse possono causare lo stesso effetto biologico o avere attività simili. Le citochine inducono o sopprimono la sintesi di se stesse, di altre citochine e dei loro recettori. 10. In risposta a un segnale di attivazione, le cellule sintetizzano simultaneamente diverse citochine coinvolte nella formazione della rete di citochine. Gli effetti biologici a livello tissutale e corporeo dipendono dalla presenza e dalla concentrazione di altre citochine con effetti sinergici, additivi o opposti. 11. Le citochine possono influenzare la proliferazione, la differenziazione e l'attività funzionale delle cellule bersaglio. 12. Le citochine agiscono sulle cellule in diversi modi: autocrino - sulla cellula che sintetizza e secerne questa citochina; paracrino - su cellule situate vicino alla cellula produttrice, ad esempio nel fuoco dell'infiammazione o in un organo linfoide; endocrino: a distanza sulle cellule di qualsiasi organo e tessuto dopo essere entrato in circolazione. In quest'ultimo caso, l'azione delle citochine ricorda l'azione degli ormoni.
La stessa citochina può essere prodotta da tipi di cellule del corpo di diversa origine istogenetica in diversi organi e agire su molti tipi di cellule, provocando effetti diversi a seconda del tipo di cellule bersaglio.
Tre varianti di manifestazione dell'azione biologica delle citochine.
Apparentemente, la formazione del sistema di regolazione delle citochine è avvenuta evolutivamente insieme allo sviluppo di organismi multicellulari ed è dovuta alla necessità di formare mediatori dell'interazione intercellulare, che possono includere ormoni, neuropeptidi, molecole di adesione e alcuni altri. A questo proposito, le citochine sono il sistema di regolazione più universale, poiché sono in grado di mostrare attività biologica sia a distanza dopo la secrezione da parte della cellula produttrice (localmente e sistemicamente), sia durante il contatto intercellulare, essendo biologicamente attive sotto forma di membrana. Questo sistema di citochine differisce dalle molecole di adesione, che svolgono funzioni più ristrette solo durante il contatto diretto delle cellule. Allo stesso tempo, il sistema delle citochine differisce dagli ormoni, che vengono sintetizzati principalmente da organi specializzati ed esercitano i loro effetti dopo essere entrati nel sistema circolatorio. Il ruolo delle citochine nella regolazione delle funzioni fisiologiche del corpo può essere suddiviso in 4 componenti principali: 1. Regolazione dell'embriogenesi, formazione e sviluppo degli organi, incl. organi del sistema immunitario.2. Regolazione di alcune normali funzioni fisiologiche.3. Regolazione delle reazioni di difesa dell'organismo a livello locale e sistemico.4. Regolazione dei processi di rigenerazione dei tessuti.
Introduzione.
1. Caratteristiche generali e classificazione delle citochine.
1.1.Meccanismi d'azione.
1.2Proprietà delle citochine.
1.3 Il ruolo delle citochine nella regolazione delle funzioni fisiologiche dell'organismo.
2.Studi speciali sulle citochine.
2.1 L'importanza delle citochine nella patogenesi delle malattie infiammatorie del colon nei bambini.
2.2 Il ruolo dell'ossido nitrico e delle citochine nello sviluppo della sindrome da danno polmonare acuto.
3.Metodi per la determinazione delle citochine
3.1.Determinazione dell'attività biologica delle citochine
3.2.Determinazione quantitativa delle citochine mediante anticorpi
3.3 Determinazione delle citochine mediante saggio immunoenzimatico.
3.3.1 Fattore di necrosi tumorale alfa.
3.3.2 Interferone gamma.
3.3.3Interleuchina-4
3.3.4 Interleuchina-8
3.3.5 Antagonista del recettore dell'interleuchina-1.
3.3.6 Interferone alfa.
3.3.7 Anticorpi contro alfa INF.
4. Farmaci immunotropi a base di citochine.
Elenco della letteratura usata.
Conclusione.
Introduzione.
È passato poco tempo da quando furono descritte le prime citochine. Tuttavia, la loro ricerca ha portato all'identificazione di un'ampia sezione della conoscenza: la citokinologia, che è parte integrante di vari campi della conoscenza e, prima di tutto, l'immunologia, che ha dato un potente impulso allo studio di questi mediatori. La citokinologia permea tutte le discipline cliniche, dall'eziologia e patogenesi delle malattie alla prevenzione e al trattamento di varie condizioni patologiche. Di conseguenza, i ricercatori scientifici e i medici devono orientarsi tra la diversità delle molecole regolatrici e avere una chiara comprensione del ruolo di ciascuna citochina nei processi studiati. Tutte le cellule del sistema immunitario hanno funzioni specifiche e lavorano in un'interazione chiaramente coordinata, fornita da speciali sostanze biologicamente attive - citochine - regolatori delle reazioni immunitarie. Le citochine sono proteine specifiche con l'aiuto delle quali diverse cellule del sistema immunitario possono scambiarsi informazioni e coordinare le azioni. L’insieme e le quantità di citochine che agiscono sui recettori della superficie cellulare – il “milieu citochinico” – rappresentano una matrice di segnali interagenti e che cambiano frequentemente. Questi segnali sono complessi a causa dell'ampia varietà di recettori delle citochine e perché ciascuna citochina può attivare o sopprimere diversi processi, inclusa la propria sintesi e la sintesi di altre citochine, nonché la formazione e la comparsa di recettori delle citochine sulla superficie cellulare. L’obiettivo del nostro lavoro è studiare le citachine, le loro funzioni e proprietà, nonché il loro possibile utilizzo in medicina. Le citochine sono piccole proteine (peso molecolare da 8 a 80 KDa) che agiscono in modo autocrino (cioè sulla cellula che le produce) o paracrino (sulle cellule situate nelle vicinanze). La formazione e il rilascio di queste molecole altamente attive sono transitori e strettamente regolati.
Articolo di letteratura.
Caratteristiche generali e classificazione delle citochine.
Le citochine sono un gruppo di mediatori polipeptidici dell'interazione intercellulare, coinvolti principalmente nella formazione e nella regolazione delle reazioni di difesa del corpo durante l'introduzione di agenti patogeni e nella distruzione dell'integrità dei tessuti, nonché nella regolazione di una serie di normali funzioni fisiologiche. Le citochine possono essere separate in un nuovo sistema regolatore indipendente che esiste insieme ai sistemi nervoso ed endocrino per il mantenimento dell’omeostasi, e tutti e tre i sistemi sono strettamente interconnessi e interdipendenti. Negli ultimi due decenni i geni della maggior parte delle citochine sono stati clonati e si sono ottenuti analoghi ricombinanti che replicano completamente le proprietà biologiche delle molecole naturali. Sono ormai note più di 200 singole sostanze appartenenti alla famiglia delle citochine. La storia dello studio delle citochine inizia negli anni '40 del XX secolo. Fu allora che furono descritti i primi effetti della cachectina, un fattore presente nel siero del sangue e capace di provocare cachessia o perdita di peso corporeo. Successivamente, questo mediatore è stato isolato e si è dimostrato identico al fattore di necrosi tumorale (TNF). A quel tempo, lo studio delle citochine si basava sul principio del rilevamento di un qualsiasi effetto biologico, che serviva come punto di partenza per nominare il mediatore corrispondente. Questo è il nome con cui negli anni '50 veniva chiamato l'interferone (IFN) per la sua capacità di interferire o aumentare la resistenza durante infezioni virali ripetute. Inizialmente anche l'interleuchina-1 (IL-1) era chiamata pirogeno endogeno, in contrapposizione ai lipopolisaccaridi batterici, che erano considerati pirogeni esogeni. La fase successiva nello studio delle citochine, risalente agli anni 60-70, è associata alla purificazione delle molecole naturali e ad una caratterizzazione completa della loro azione biologica. Questa volta ha incluso la scoperta del fattore di crescita delle cellule T, ora noto come IL-2, e di una serie di altre molecole che stimolano la crescita e l'attività funzionale dei linfociti T, B e di altri tipi di leucociti. Nel 1979 fu proposto il termine “interleuchine” per designarle e sistematizzarle, cioè i mediatori che comunicano tra i leucociti. Tuttavia, divenne presto chiaro che gli effetti biologici delle citochine si estendono ben oltre il sistema immunitario, e quindi il termine “citochine” precedentemente proposto divenne più accettabile ed è rimasto fino ad oggi. Una svolta rivoluzionaria nello studio delle citochine si è verificata all'inizio degli anni '80 dopo la clonazione dei geni dell'interferone umano e murino e la produzione di molecole ricombinanti che replicavano completamente le proprietà biologiche delle citochine naturali. Successivamente è stato possibile clonare i geni di altri mediatori di questa famiglia. Una pietra miliare importante nella storia delle citochine è stato l’uso clinico degli interferoni ricombinanti e in particolare dell’IL-2 ricombinante per il trattamento del cancro. Gli anni '90 sono stati contrassegnati dalla scoperta della struttura delle subunità dei recettori delle citochine e dalla formazione del concetto di “rete di citochine”, mentre l'inizio del 21° secolo è stato caratterizzato dalla scoperta di molte nuove citochine attraverso l'analisi genetica. Le citochine includono interferoni, fattori stimolanti le colonie (CSF), chemochine, fattori di trasformazione della crescita; fattore di necrosi tumorale; interleuchine con numeri seriali storicamente stabiliti e alcuni altri mediatori endogeni. Le interleuchine, avendo numeri seriali a partire da 1, non appartengono allo stesso sottogruppo di citochine legate da funzioni comuni. A loro volta possono essere suddivisi in citochine proinfiammatorie, fattori di crescita e differenziazione dei linfociti e singole citochine regolatorie. Il nome "interleuchina" viene assegnato a un mediatore appena scoperto se vengono soddisfatti i seguenti criteri sviluppati dal comitato di nomenclatura dell'Unione internazionale delle società immunologiche: clonazione molecolare ed espressione del gene del fattore studiato, presenza di un nucleotide unico e la corrispondente sequenza aminoacidica e la produzione di anticorpi monoclonali neutralizzanti. Inoltre, la nuova molecola deve essere prodotta dalle cellule del sistema immunitario (linfociti, monociti o altri tipi di leucociti), avere un'importante funzione biologica nella regolazione della risposta immunitaria e avere anche funzioni aggiuntive, motivo per cui non può essere somministrata un nome funzionale. Infine, le proprietà elencate della nuova interleuchina devono essere pubblicate in una pubblicazione scientifica sottoposta a revisione paritaria. La classificazione delle citochine può essere effettuata in base alle loro proprietà biochimiche e biologiche, nonché in base ai tipi di recettori attraverso i quali le citochine svolgono le loro funzioni biologiche. La classificazione delle citochine per struttura (Tabella 1) tiene conto non solo della sequenza aminoacidica, ma soprattutto della struttura terziaria della proteina, che riflette più accuratamente l'origine evolutiva delle molecole.
Tabella 1. Classificazione delle citochine per struttura.
La clonazione genetica e l'analisi della struttura dei recettori delle citochine hanno mostrato che, proprio come le citochine stesse, queste molecole possono essere suddivise in diversi tipi in base alla somiglianza delle sequenze di aminoacidi e alle peculiarità dell'organizzazione dei domini extracellulari (Tabella 2). Una delle più grandi famiglie di recettori delle citochine è chiamata famiglia dei recettori dell'ematopoietina o famiglia dei recettori delle citochine di tipo I. Una caratteristica strutturale di questo gruppo di recettori è la presenza nella molecola di 4 cisteine e della sequenza aminoacidica Trp-Ser-X-Trp-Ser (WSXWS), situata a breve distanza dalla membrana cellulare. I recettori delle citochine di classe II interagiscono con gli interferoni e l'IL-10. Entrambi i primi tipi di recettori hanno omologia tra loro. I seguenti gruppi di recettori forniscono l'interazione con le citochine della famiglia dei fattori di necrosi tumorale e della famiglia IL-1. Attualmente sono noti più di 20 diversi recettori per le chemochine, che interagiscono con vari gradi di affinità con uno o più ligandi della famiglia delle chemochine. I recettori delle chemochine appartengono alla superfamiglia dei recettori della rodopsina, hanno 7 domini transmembrana e trasmettono segnali utilizzando proteine G.
Tabella 2. Classificazione dei recettori delle citochine.
Molti recettori delle citochine sono costituiti da 2-3 subunità, codificate da geni diversi ed espressi in modo indipendente. Inoltre, la formazione di un recettore ad alta affinità richiede l'interazione simultanea di tutte le subunità. Un esempio di tale organizzazione dei recettori delle citochine è la struttura del complesso del recettore IL-2. Sorprendente è stata la scoperta che le singole subunità del complesso del recettore IL-2 sono comuni a IL-2 e a molte altre citochine. Pertanto, la catena β è contemporaneamente un componente del recettore per IL-15 e la catena γ funge da subunità comune dei recettori per IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL- 15 e IL-21. Ciò significa che tutte le citochine menzionate, i cui recettori sono costituiti anche da 2-3 singoli polipeptidi, utilizzano la catena γ come componente dei loro recettori, inoltre come componente responsabile della trasmissione del segnale. In tutti i casi, la specificità dell'interazione per ciascuna citochina è fornita da altre subunità che differiscono nella struttura. Tra i recettori delle citochine, ci sono 2 subunità recettoriali più comuni che trasmettono segnali dopo l'interazione con diverse citochine. Questa è la subunità del recettore βc (gp140) comune ai recettori IL-3, IL-5 e GM-CSF, e la subunità del recettore gp130 comune ai membri della famiglia IL-6. La presenza di una subunità di segnalazione comune nei recettori delle citochine serve come uno degli approcci per la loro classificazione, poiché ci consente di trovare comunanze sia nella struttura dei ligandi che negli effetti biologici.
La tabella 3 mostra una classificazione strutturale e funzionale combinata, in cui tutte le citochine sono divise in gruppi, tenendo conto principalmente della loro attività biologica, nonché delle caratteristiche strutturali sopra menzionate delle molecole di citochine e dei loro recettori.
Tabella 3. Classificazione strutturale e funzionale delle citochine.
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Famiglie di citochine |
Sottogruppi e ligandi |
Funzioni biologiche di base |
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Interferoni di tipo I |
IFN a,b,d,k,w,t, IL-28, IL-29 (IFN l) |
Attività antivirale, antiproliferativa, effetto immunomodulatore |
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Fattori di crescita delle cellule emopoietiche |
Fattore di cellule staminali (kit-ligando, fattore acciaio), ligando Flt-3, G-CSF, M-CSF, IL-7, IL-11 Leganti gp140: IL-3, IL-5, GM-CSF |
Stimolazione della proliferazione e differenziazione di vari tipi di cellule progenitrici nel midollo osseo, attivazione dell'ematopoiesi Eritropoietina, Trombopoietina |
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Interleuchina-1 e superfamiglia FGF |
Famiglia FRF: FGF acido, FGF basico, FGF3 – FGF23 Famiglia IL-1 (F1-11): IL-1α, IL-1β, antagonista del recettore IL-1, IL-18, IL-33, ecc. |
Attivazione della proliferazione dei fibroblasti e delle cellule epiteliali Effetto proinfiammatorio, attivazione dell'immunità specifica |
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Famiglia dei fattori di necrosi tumorale |
TNF, linfotossine α e β, ligando Fas, ecc. |
Effetto proinfiammatorio, regolazione dell'apoptosi e interazione intercellulare delle cellule immunocompetenti |
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Famiglia dell'interleuchina-6 |
Leganti gp130: IL-6, IL-11, IL-31, Oncostatina-M, Cardiotropina-1, Fattore inibitorio della leucemia, Fattore neurotrofico ciliare |
Effetti proinfiammatori e immunoregolatori |
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Chemochine |
SS, SXS (IL-8), SX3S, S |
Regolazione della chemiotassi di vari tipi di leucociti |
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Famiglia dell'interleuchina-10 |
IL-10,19,20,22,24,26 |
Effetto immunosoppressivo |
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Famiglia dell'interleuchina-12 |
Regolazione della differenziazione dei linfociti T helper |
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Citochine dei cloni T-helper e funzioni regolatorie dei linfociti |
T-helper tipo 1: IL-2, IL-15, IL-21, IFNg Cellule T helper di tipo 2: IL-4, IL-5, IL-10, IL-13 Leganti della catena γ del recettore IL-2: IL-7TSLP |
Attivazione dell'immunità cellulare Attivazione dell'immunità umorale, effetto immunomodulatore Stimolazione della differenziazione, proliferazione e proprietà funzionali di vari tipi di linfociti, DC, cellule NK, macrofagi, ecc. |
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Famiglia dell'interleuchina 17 |
IL-17A, B, C, D, E, F |
Attivazione della sintesi di citochine proinfiammatorie |
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Superfamiglia del fattore di crescita nervoso, del fattore di crescita derivato dalle piastrine e dei fattori di crescita trasformanti |
Famiglia dei fattori di crescita nervosa: NGF, fattore neurotrofico derivato dal cervello Fattori di crescita derivati dalle piastrine (PDGF), fattori di crescita angiogenici (VEGF) Famiglia TRF: TRFb, attivine, inibine, proteine nodali, morfogeniche ossee, sostanza inibitoria mulleriana |
Regolazione dell'infiammazione, dell'angiogenesi, della funzione neuronale, dello sviluppo embrionale e della rigenerazione dei tessuti |
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Famiglia dei fattori di crescita epidermici |
ERF, TRFα, ecc. |
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Famiglia dei fattori di crescita insulino-simili |
IRF-I, IRF-II |
Stimolazione della proliferazione di vari tipi cellulari |
Il primo gruppo comprende gli interferoni di tipo I ed è il più semplice nell'organizzazione, poiché tutte le molecole in esso incluse hanno una struttura simile e in gran parte le stesse funzioni associate alla protezione antivirale. Il secondo gruppo comprendeva fattori di crescita e differenziazione delle cellule emopoietiche che stimolano lo sviluppo di cellule progenitrici emopoietiche, a partire dalla cellula staminale. Questo gruppo comprende citochine strettamente specifiche per le singole linee di differenziazione delle cellule ematopoietiche (eritropoietina, trombopoietina e IL-7, che agisce sui precursori dei linfociti T-B), nonché citochine con uno spettro più ampio di attività biologica, come IL-3, IL-11, fattori stimolanti le colonie. All'interno di questo gruppo di citochine, i ligandi gp140, che hanno una subunità recettoriale comune, così come la trombopoietina e l'eritropoietina, sono isolati a causa della somiglianza nell'organizzazione strutturale delle molecole. Le citochine della superfamiglia FGF e IL-1 hanno un alto grado di omologia e una struttura proteica simile, che conferma la loro origine comune. Tuttavia, in termini di manifestazioni dell'attività biologica, l'FGF differisce sotto molti aspetti dagli agonisti della famiglia IL-1. La famiglia delle molecole di IL-1 attualmente, oltre ai nomi funzionali, ha le denominazioni F1-F11, dove F1 corrisponde a IL-1α, F2 a IL-1β, F3 all'antagonista del recettore IL-1, F4 a IL-18 . I restanti membri della famiglia sono stati scoperti a seguito di analisi genetiche e presentano un'omologia piuttosto elevata con le molecole di IL-1, tuttavia, le loro funzioni biologiche non sono state completamente chiarite. I seguenti gruppi di citochine comprendono le famiglie IL-6 (ligandi della subunità comune del recettore gp130), tumor necrosis factor e chemochine, rappresentate dal maggior numero di singoli ligandi ed elencate integralmente nei rispettivi capitoli. La famiglia dei fattori di necrosi tumorale è formata principalmente sulla base di somiglianze nella struttura dei ligandi e dei loro recettori, costituiti da tre subunità identiche legate in modo non covalente che formano molecole biologicamente attive. Allo stesso tempo, a causa delle loro proprietà biologiche, questa famiglia comprende citochine con attività abbastanza diverse. Ad esempio, il TNF è una delle citochine proinfiammatorie più importanti, il ligando Fas provoca l'apoptosi delle cellule bersaglio e il ligando CD40 fornisce un segnale stimolante durante l'interazione intercellulare dei linfociti T e B. Tali differenze nell'attività biologica di molecole strutturalmente simili sono determinate principalmente dalle caratteristiche dell'espressione e della struttura dei loro recettori, ad esempio la presenza o l'assenza di un dominio intracellulare di “morte” che determina l'apoptosi cellulare. Negli ultimi anni anche le famiglie IL-10 e IL-12 si sono arricchite di nuovi membri che hanno ricevuto i numeri di serie delle interleuchine. Segue un gruppo molto complesso di citochine, che sono mediatori dell'attività funzionale dei linfociti T helper. L'inclusione in questo gruppo si basa su due principi principali: 1) appartenenza alle citochine sintetizzate da Th1 o Th2, che determina lo sviluppo di reazioni immunologiche di tipo prevalentemente umorale o cellulare, 2) la presenza di una subunità recettore comune - la catena gamma di il complesso del recettore IL-2. Tra i leganti della catena gamma è stata inoltre isolata l'IL-4, che ha anche subunità recettoriali comuni con l'IL-13, il che determina in gran parte l'attività biologica parzialmente sovrapposta di queste citochine. IL-7, che ha una struttura recettoriale comune con TSLP, è stata isolata in modo simile. I vantaggi della classificazione di cui sopra sono associati alla considerazione simultanea delle proprietà biologiche e biochimiche delle citochine. La fattibilità di questo approccio è attualmente confermata dalla scoperta di nuove citochine attraverso l'analisi genetica del genoma e la ricerca di geni strutturalmente simili. Grazie a questo metodo, la famiglia degli interferoni di tipo I, IL-1, IL-10, IL-12, si è notevolmente ampliata ed è apparsa una nuova famiglia di citochine analoghi dell'IL-17, già composta da 6 membri. Apparentemente, nel prossimo futuro, l'emergere di nuove citochine avverrà molto più lentamente, poiché l'analisi del genoma umano è quasi completa. I cambiamenti sono molto probabilmente possibili chiarendo le varianti delle interazioni ligando-recettore e delle proprietà biologiche, che consentiranno la classificazione delle citochine per acquisire la loro forma finale.
Meccanismi d'azione.
B. Recettori delle citochine. Le citochine sono sostanze di segnalazione idrofile, la cui azione è mediata da recettori specifici sul lato esterno della membrana plasmatica. Il legame delle citochine al recettore (1) porta attraverso una serie di stadi intermedi (2-5) all'attivazione della trascrizione di alcuni geni (6).I recettori delle citochine stessi non hanno attività tirosin chinasica (con poche eccezioni). Dopo essersi legate alla citochina (1), le molecole del recettore si associano per formare omodimeri. Inoltre, possono formare eterodimeri attraverso l'associazione con proteine trasportatrici del segnale [STP] o stimolare la dimerizzazione degli STP stessi (2). I recettori delle citochine di classe I possono aggregarsi con tre tipi di BPS: proteine GP130, βc o γc. Queste stesse proteine ausiliarie non sono in grado di legare le citochine, ma trasmettono un segnale alle tirosin chinasi (3).Gli identici spettri di attività biologica di molte citochine si spiegano con il fatto che diversi complessi citochine-recettori possono attivare la stessa BPS.
Come esempio di segnalazione delle citochine, il diagramma mostra come il recettore IL-6 (IL-6), dopo essersi legato al ligando (1), stimola la dimerizzazione di GP130 (2). Il dimero proteico di membrana GP130 si lega e attiva le tirosin chinasi citoplasmatiche della famiglia JA (Janus chinasi con due siti attivi) (3). Le Janus chinasi fosforilano i recettori delle citochine, BPS e varie proteine citoplasmatiche, che effettuano un'ulteriore trasmissione del segnale; fosforilano anche i fattori di trascrizione - trasduttori di segnale e attivatori di trascrizione [PSAT (trasduttori di segnale e attivatori di trascrizione)]. Queste proteine appartengono alla famiglia delle BPS, che nella loro struttura hanno un dominio SH3 che riconosce i residui di fosfotirosina (vedi p. 372). Pertanto, hanno la capacità di associarsi al recettore delle citochine fosforilate. Se poi avviene la fosforilazione della molecola PSAT (4), il fattore diventa attivo e forma un dimero (5). Dopo la traslocazione nel nucleo, il dimero, come fattore di trascrizione, si lega al promotore (vedi p. 240) del gene iniziato e ne induce la trascrizione (6). Alcuni recettori delle citochine possono perdere il loro dominio extracellulare di legame del ligando a causa della proteolisi (non mostrato nel diagramma). Il dominio entra nel sangue, dove compete per legarsi alla citochina, riducendone la concentrazione nel sangue. Insieme, le citochine formano una rete regolatrice (cascata di citochine) con un effetto multifunzionale. La sovrapposizione delle citochine porta al fatto che l'azione di molte di esse è sinergica e alcune citochine sono antagoniste. Spesso nel corpo si può osservare un'intera cascata di citochine con feedback complesso.
Proprietà delle citochine.
Proprietà generali delle citochine, grazie alle quali questi mediatori possono essere combinati in un sistema regolatorio indipendente.
1. Le citochine sono polipeptidi o proteine, spesso glicosilate, la maggior parte delle quali ha un peso molecolare compreso tra 5 e 50 kDa. Le molecole di citochine biologicamente attive possono essere costituite da una, due, tre o più subunità identiche o diverse.
2. Le citochine non hanno un'azione biologica specifica per l'antigene. Influenzano l'attività funzionale delle cellule che partecipano alle reazioni dell'immunità innata e acquisita. Tuttavia, agendo sui linfociti T e B, le citochine sono in grado di stimolare i processi indotti dall’antigene nel sistema immunitario.
3. Per i geni delle citochine, ci sono tre opzioni di espressione: a) espressione specifica per lo stadio in determinati stadi dello sviluppo embrionale, b) espressione costitutiva per la regolazione di un numero di normali funzioni fisiologiche, c) tipo di espressione inducibile, caratteristica della maggior parte citochine. Infatti, la maggior parte delle citochine al di fuori della reazione infiammatoria e della risposta immunitaria non vengono sintetizzate dalle cellule. L'espressione dei geni delle citochine inizia in risposta alla penetrazione di agenti patogeni nel corpo, all'irritazione antigenica o al danno tissutale. Uno dei più potenti induttori della sintesi delle citochine proinfiammatorie sono le strutture molecolari associate ai patogeni. Per innescare la sintesi delle citochine delle cellule T, è necessaria l'attivazione delle cellule da parte di un antigene specifico con la partecipazione del recettore dell'antigene delle cellule T.
4. Le citochine vengono sintetizzate in risposta alla stimolazione per un breve periodo di tempo. La sintesi viene interrotta a causa di una varietà di meccanismi autoregolatori, tra cui una maggiore instabilità dell’RNA, e a causa dell’esistenza di circuiti di feedback negativo mediati da prostaglandine, ormoni corticosteroidi e altri fattori.
5. La stessa citochina può essere prodotta da tipi di cellule del corpo di diversa origine istogenetica in organi diversi.
6. Le citochine possono essere associate alle membrane delle cellule che le sintetizzano, possedendo uno spettro completo di attività biologica sotto forma di membrana e manifestando il loro effetto biologico al contatto intercellulare.
7. Gli effetti biologici delle citochine sono mediati attraverso specifici complessi recettoriali cellulari che legano le citochine con un'affinità molto elevata e le singole citochine possono utilizzare subunità recettoriali comuni. I recettori delle citochine possono esistere in forma solubile pur mantenendo la capacità di legare i ligandi.
8. Le citochine hanno effetti biologici pleiotropici. La stessa citochina può agire su molti tipi di cellule, provocando effetti diversi a seconda del tipo di cellule bersaglio (Fig. 1). La pleiotropia dell'azione delle citochine è assicurata dall'espressione dei recettori delle citochine su tipi cellulari di diversa origine e funzione e dalla trasmissione del segnale utilizzando diversi messaggeri intracellulari e fattori di trascrizione.
9. Le citochine sono caratterizzate dall'intercambiabilità dell'azione biologica. Diverse citochine diverse possono causare lo stesso effetto biologico o avere attività simili. Le citochine inducono o sopprimono la sintesi di se stesse, di altre citochine e dei loro recettori.
10. In risposta a un segnale di attivazione, le cellule sintetizzano simultaneamente diverse citochine coinvolte nella formazione della rete di citochine. Gli effetti biologici a livello tissutale e corporeo dipendono dalla presenza e dalla concentrazione di altre citochine con effetti sinergici, additivi o opposti.
11. Le citochine possono influenzare la proliferazione, la differenziazione e l'attività funzionale delle cellule bersaglio.
12. Le citochine agiscono sulle cellule in diversi modi: autocrino - sulla cellula che sintetizza e secerne questa citochina; paracrino - su cellule situate vicino alla cellula produttrice, ad esempio nel fuoco dell'infiammazione o in un organo linfoide; endocrino: a distanza sulle cellule di qualsiasi organo e tessuto dopo essere entrato in circolazione. In quest'ultimo caso, l'azione delle citochine ricorda l'azione degli ormoni (Fig. 2).
Riso. 1. La stessa citochina può essere prodotta da tipi di cellule del corpo di diversa origine istogenetica in diversi organi e agire su molti tipi di cellule, provocando effetti diversi a seconda del tipo di cellule bersaglio.
Riso. 2. Tre opzioni per la manifestazione dell'azione biologica delle citochine.
Apparentemente, la formazione del sistema di regolazione delle citochine è avvenuta evolutivamente insieme allo sviluppo di organismi multicellulari ed è dovuta alla necessità di formare mediatori dell'interazione intercellulare, che possono includere ormoni, neuropeptidi, molecole di adesione e alcuni altri. A questo proposito, le citochine sono il sistema di regolazione più universale, poiché sono in grado di mostrare attività biologica sia a distanza dopo la secrezione da parte della cellula produttrice (localmente e sistemicamente), sia durante il contatto intercellulare, essendo biologicamente attive sotto forma di membrana. Questo sistema di citochine differisce dalle molecole di adesione, che svolgono funzioni più ristrette solo durante il contatto diretto delle cellule. Allo stesso tempo, il sistema delle citochine differisce dagli ormoni, che vengono sintetizzati principalmente da organi specializzati ed esercitano i loro effetti dopo essere entrati nel sistema circolatorio.
Il ruolo delle citochine nella regolazione delle funzioni fisiologiche del corpo.
Il ruolo delle citochine nella regolazione delle funzioni fisiologiche del corpo può essere suddiviso in 4 componenti principali:
1. Regolazione dell'embriogenesi, formazione e sviluppo degli organi, incl. organi del sistema immunitario.
2. Regolazione di alcune normali funzioni fisiologiche.
3. Regolazione delle reazioni di difesa dell'organismo a livello locale e sistemico.
4. Regolazione dei processi di rigenerazione dei tessuti.
L'espressione dei geni per le singole citochine avviene in modo stadio-specifico in determinati stadi dello sviluppo embrionale. Il fattore delle cellule staminali, i fattori di trasformazione della crescita, le citochine e le chemochine della famiglia del TNF regolano la differenziazione e la migrazione di varie cellule e la formazione degli organi del sistema immunitario. Successivamente, la sintesi di alcune citochine potrebbe non riprendere, mentre altre continuano a regolare i normali processi fisiologici o partecipano allo sviluppo di reazioni protettive.
Nonostante il fatto che la maggior parte delle citochine siano tipici mediatori inducibili e non siano sintetizzate da cellule al di fuori della risposta infiammatoria e immunitaria nel periodo postnatale, alcune citochine non rientrano in questa regola. Come risultato dell'espressione genica costitutiva, alcuni di essi vengono costantemente sintetizzati e circolano in quantità sufficientemente grandi, regolando la proliferazione e la differenziazione dei singoli tipi cellulari per tutta la vita. Esempi di questo tipo di regolazione fisiologica delle funzioni da parte delle citochine possono essere un livello costantemente elevato di eritropoietina e una parte del liquido cerebrospinale per garantire l'ematopoiesi. La regolazione delle reazioni di difesa dell'organismo da parte delle citochine avviene non solo all'interno del sistema immunitario, ma anche attraverso l'organizzazione delle reazioni di difesa a livello dell'intero organismo grazie alla regolazione di quasi tutti gli aspetti dello sviluppo dell'infiammazione e della risposta immunitaria. Questa funzione, che è molto importante per l'intero sistema delle citochine, è associata a due direzioni principali dell'azione biologica delle citochine: protezione dagli agenti infettivi e ripristino dei tessuti danneggiati. Le citochine regolano principalmente lo sviluppo di reazioni protettive locali nei tessuti che coinvolgono vari tipi di cellule del sangue, endotelio, tessuto connettivo ed epiteli. La protezione a livello locale si sviluppa attraverso la formazione di una tipica reazione infiammatoria con le sue manifestazioni classiche: iperemia, sviluppo di edema, comparsa di dolore e disfunzione. La sintesi delle citochine inizia quando gli agenti patogeni penetrano nei tessuti o ne interrompono l’integrità, cosa che di solito avviene in parallelo. La produzione di citochine fa parte della risposta cellulare associata al riconoscimento da parte delle cellule mielomonocitiche di componenti strutturali simili di vari patogeni, chiamati modelli molecolari associati ai patogeni. Esempi di tali strutture di agenti patogeni sono i lipopolisaccaridi di batteri gram-negativi, i peptidoglicani di microrganismi gram-positivi, la flagellina o il DNA ricco di sequenze CpolyG, tipico del DNA di tutti i tipi di batteri. I leucociti esprimono recettori di riconoscimento di pattern corrispondenti, chiamati anche recettori Toll-like (TLR) e specifici per determinati pattern strutturali di microrganismi. Dopo l'interazione dei microrganismi o dei loro componenti con i TLR, viene attivata una cascata di trasduzione del segnale intracellulare, che porta ad un aumento dell'attività funzionale dei leucociti e dell'espressione dei geni delle citochine.
L'attivazione dei TLR porta alla sintesi di due gruppi principali di citochine: citochine proinfiammatorie e interferoni di tipo I, principalmente IFNα/β. L'evento chiave è la sintesi di un complesso di citochine proinfiammatorie delle famiglie di IL-1, IL-6, TNF e chemochine, che stimolano la maggior parte degli ulteriori eventi nello sviluppo della risposta infiammatoria e forniscono un'espansione a ventaglio dell'attivazione di vari tipi di cellule coinvolte nel mantenimento e nella regolazione dell'infiammazione, compresi tutti i tipi di leucociti, cellule dendritiche , linfociti T e B, cellule NK, cellule endoteliali ed epiteliali, fibroblasti e altri. Ciò garantisce fasi successive nello sviluppo della risposta infiammatoria, che è il meccanismo principale per l'attuazione dell'immunità innata. Inoltre, le cellule dendritiche iniziano a sintetizzare le citochine della famiglia IL-12, che stimolano la differenziazione dei linfociti T helper, che funge da sorta di ponte verso l'inizio dello sviluppo di reazioni immunitarie specifiche associate al riconoscimento di antigeni specifici strutture dei microrganismi.
Il secondo meccanismo non meno importante associato alla sintesi dell'IFN garantisce l'implementazione della protezione antivirale. Gli interferoni di tipo I presentano 4 principali proprietà biologiche:
1. Effetto antivirale diretto bloccando la trascrizione.
2. Soppressione della proliferazione cellulare, necessaria per bloccare la diffusione del virus.
3. Attivazione delle funzioni delle cellule NK che hanno la capacità di lisare le cellule del corpo infettate dal virus.
4. Espressione potenziata delle molecole del complesso maggiore di istocompatibilità di classe I, necessarie per aumentare l'efficienza della presentazione degli antigeni virali da parte delle cellule infette ai linfociti T citotossici. Ciò porta all'attivazione del riconoscimento specifico delle cellule infettate dal virus da parte dei linfociti T, il primo stadio della lisi delle cellule bersaglio infettate dal virus.
Di conseguenza, oltre all'effetto antivirale diretto, vengono attivati i meccanismi dell'immunità sia innata (cellule NK) che acquisita (linfociti T). Questo è un esempio di come una piccola molecola di citochina con un PM 10 volte inferiore a quello delle molecole anticorpali sia in grado, a causa di un'azione biologica di tipo pleiotropico, di attivare meccanismi completamente diversi di reazioni protettive volte a raggiungere un obiettivo: rimuovere il virus che è entrato nel corpo.
A livello tissutale, le citochine sono responsabili dello sviluppo dell’infiammazione e quindi della rigenerazione dei tessuti. Con lo sviluppo di una risposta infiammatoria sistemica (risposta della fase acuta), le citochine colpiscono quasi tutti gli organi e sistemi del corpo coinvolti nella regolazione dell'omeostasi. L'effetto delle citochine proinfiammatorie sul sistema nervoso centrale porta ad una diminuzione dell'appetito e ad un cambiamento nell'intero complesso delle reazioni comportamentali. Interrompere temporaneamente la ricerca del cibo e ridurre l'attività sessuale è utile in termini di risparmio di energia per un solo compito: combattere l'agente patogeno invasore. Questo segnale è fornito dalle citochine, poiché la loro entrata in circolo significa sicuramente che le difese locali non sono riuscite a far fronte all'agente patogeno ed è necessaria una risposta infiammatoria sistemica. Una delle prime manifestazioni di una risposta infiammatoria sistemica, associata all'azione delle citochine sul centro termoregolatore dell'ipotalamo, è l'aumento della temperatura corporea. Un aumento della temperatura è un'efficace reazione protettiva, poiché a temperature elevate diminuisce la capacità di riproduzione di alcuni batteri, ma, al contrario, aumenta la proliferazione dei linfociti.
Nel fegato, sotto l'influenza delle citochine, aumenta la sintesi delle proteine della fase acuta e dei componenti del sistema del complemento, necessari per combattere l'agente patogeno, ma allo stesso tempo diminuisce la sintesi dell'albumina. Un altro esempio dell'azione selettiva delle citochine è il cambiamento nella composizione ionica del plasma sanguigno durante lo sviluppo di una risposta infiammatoria sistemica. In questo caso diminuisce il livello degli ioni ferro, ma aumenta quello degli ioni zinco, ma è noto che privare una cellula batterica degli ioni ferro significa ridurne il potenziale proliferativo (su questo si basa l'effetto della lattoferrina). D'altra parte, un aumento dei livelli di zinco è necessario per il normale funzionamento del sistema immunitario, in particolare per la formazione del fattore timico sierico biologicamente attivo, uno dei principali ormoni timici che assicurano la differenziazione dei linfociti. L'influenza delle citochine sul sistema ematopoietico è associata ad una significativa attivazione dell'ematopoiesi. Un aumento del numero dei leucociti è necessario per ricostituire le perdite e aumentare il numero di cellule, principalmente granulociti neutrofili, al centro dell'infiammazione purulenta. L'effetto sul sistema di coagulazione del sangue è mirato a migliorare la coagulazione, necessaria per fermare il sanguinamento e bloccare direttamente l'agente patogeno.
Pertanto, con lo sviluppo dell'infiammazione sistemica, le citochine esibiscono una vasta gamma di attività biologiche e interferiscono con il funzionamento di quasi tutti i sistemi corporei. Tuttavia, nessuno dei cambiamenti che si verificano è casuale: tutti sono necessari per l'attivazione diretta di reazioni protettive o sono utili in termini di commutazione dei flussi di energia per un solo compito: combattere l'agente patogeno invasore. Sotto forma di regolazione dell'espressione dei singoli geni, cambiamenti ormonali e cambiamenti nelle reazioni comportamentali, le citochine garantiscono l'inclusione e la massima efficienza di quei sistemi corporei che sono necessari in un dato momento per lo sviluppo di reazioni protettive. A livello dell'intero organismo, le citochine comunicano tra i sistemi immunitario, nervoso, endocrino, ematopoietico e altri e servono a coinvolgerli nell'organizzazione e nella regolazione di un'unica reazione protettiva. Le citochine fungono da sistema organizzativo che forma e regola l'intero complesso di reazioni protettive del corpo durante l'introduzione di agenti patogeni. Apparentemente, un tale sistema di regolamentazione si è formato evolutivamente e presenta benefici incondizionati per la risposta protettiva più ottimale del macroorganismo. Pertanto, a quanto pare, è impossibile limitare il concetto di reazioni protettive solo alla partecipazione di meccanismi di resistenza non specifici e di una risposta immunitaria specifica. L'intero corpo e tutti i sistemi che a prima vista non sono legati al mantenimento dell'immunità partecipano ad un'unica reazione protettiva.
Studi specifici sulle citochine.
L'importanza delle citochine nella patogenesi delle malattie infiammatorie del colon nei bambini.
S.V. Bellmer, A.S. Simbirtsev, O.V. Golovenko, L.V. Bubnova, L.M. Karpina, NE Shchigoleva, T.L. Michailova. Il Centro di ricerca statale di coloproctologia dell'Università medica statale russa di Mosca e l'Istituto statale di ricerca di preparati biologici altamente puri di San Pietroburgo stanno lavorando per studiare l'importanza delle citochine nella patogenesi delle malattie infiammatorie del colon nei bambini. Le malattie infiammatorie croniche del tratto gastrointestinale occupano attualmente uno dei posti principali nella patologia dell'apparato digerente nei bambini. Particolare importanza è attribuita alle malattie infiammatorie del colon (IBD), la cui incidenza è in costante aumento in tutto il mondo. Un lungo decorso con ricadute frequenti e in alcuni casi fatali, lo sviluppo di complicanze locali e sistemiche: tutto ciò richiede uno studio approfondito della patogenesi della malattia alla ricerca di nuovi approcci al trattamento dell'ITD. Negli ultimi decenni, l'incidenza della colite ulcerosa (CU) è stata di 510 casi all'anno ogni 100mila abitanti, quella del morbo di Crohn (CD) di 16 casi all'anno ogni 100mila abitanti. I tassi di prevalenza in Russia e nella regione di Mosca corrispondono ai dati medi europei, ma sono significativamente inferiori rispetto a quelli dei paesi scandinavi, dell'America, di Israele e dell'Inghilterra. Per la CU la prevalenza è di 19,3 ogni 100mila persone, l'incidenza è di 1,2 ogni 100mila persone all'anno. Per la CD la prevalenza è di 3,0 ogni 100mila persone, l'incidenza è di 0,2 ogni 100mila persone all'anno. Il fatto che la frequenza più alta si rilevi nei paesi altamente sviluppati è dovuto non solo a fattori sociali ed economici, ma anche alle caratteristiche genetiche e immunologiche dei pazienti, che determinano la predisposizione all'ITD. Questi fattori sono fondamentali nella teoria immunopatogenetica dell'origine dell'ITD. Le teorie virali e/o batteriche spiegano solo l'esordio acuto della malattia, mentre la cronicità del processo è dovuta sia alla predisposizione genetica che alle caratteristiche della risposta immunitaria, anch'esse determinate geneticamente. Va notato che l'ITD è attualmente classificata come una malattia con una predisposizione complessa geneticamente eterogenea. Sono stati identificati più di 15 geni candidati putativi provenienti da 2 gruppi (immunospecifici e immunoregolatori), che causano predisposizione ereditaria. La predisposizione è molto probabilmente determinata da diversi geni che determinano la natura delle reazioni immunologiche e infiammatorie. Sulla base dei risultati di numerosi studi, possiamo concludere che la localizzazione più probabile dei geni associati allo sviluppo dell'ITD sono i cromosomi 3, 7, 12 e 16. Attualmente viene prestata molta attenzione allo studio delle caratteristiche della funzione dei linfociti T e B, nonché delle citochine e dei mediatori dell'infiammazione. Il ruolo delle interleuchine (IL), degli interferoni (IFN), del fattore di necrosi tumorale a (TNF-a), dei macrofagi e degli autoanticorpi contro le proteine della mucosa del colon e dell'automicroflora è oggetto di studio attivo. Le caratteristiche dei loro disturbi nella MC e nella CU sono state identificate, ma non è chiaro se questi cambiamenti si verifichino primariamente o secondariamente. Per comprendere molti aspetti della patogenesi, sarebbero molto importanti gli studi condotti nella fase preclinica dell’ITD, così come nei parenti di primo grado. Tra i mediatori dell’infiammazione un ruolo speciale spetta alle citochine, che sono un gruppo di molecole polipeptidiche con una massa compresa tra 5 e 50 kDa, coinvolte nella formazione e nella regolazione delle reazioni di difesa dell’organismo. A livello corporeo, le citochine comunicano tra i sistemi immunitario, nervoso, endocrino, ematopoietico e altri e servono a coinvolgerli nell'organizzazione e nella regolazione delle reazioni protettive. La classificazione delle citochine è mostrata nella Tabella 2. La maggior parte delle citochine non viene sintetizzata da cellule al di fuori della reazione infiammatoria e della risposta immunitaria. L'espressione dei geni delle citochine inizia in risposta alla penetrazione di agenti patogeni nel corpo, all'irritazione antigenica o al danno tissutale. Uno dei più potenti induttori della sintesi di citochine sono i componenti delle pareti cellulari batteriche: LPS, peptidoglicani e muramil dipeptidi. I produttori di citochine proinfiammatorie sono principalmente monociti, macrofagi, cellule T, ecc. A seconda dell'effetto sul processo infiammatorio, le citochine sono divise in due gruppi: proinfiammatorie (IL-1, IL-6, IL-8, TNF -a, IFN-g) e antinfiammatori (IL-4, IL-10, TGF-b). L'interleuchina-1 (IL-1) è un mediatore immunoregolatore rilasciato durante reazioni infiammatorie, danni tissutali e infezioni (citochina proinfiammatoria). IL-1 svolge un ruolo importante nell'attivazione delle cellule T quando interagiscono con l'antigene. Esistono 2 tipi conosciuti di IL-1: IL-1a e IL-1b, prodotti di due diversi loci genetici situati sul cromosoma umano 2. IL-1a rimane all'interno della cellula o può essere sotto forma di membrana, apparendo in piccole quantità nello spazio extracellulare. Il ruolo della forma di membrana dell'IL-1a è la trasmissione dei segnali di attivazione dai macrofagi ai linfociti T e ad altre cellule durante il contatto intercellulare. IL-1a è il principale mediatore a corto raggio. L’IL-1b, a differenza dell’IL-1a, viene secreta attivamente dalle cellule, agendo sia a livello sistemico che locale. Oggi è noto che IL-1 è uno dei principali mediatori delle reazioni infiammatorie, stimola la proliferazione delle cellule T, aumenta l'espressione del recettore IL-2 sulle cellule T e la loro produzione di IL-2. IL-2, insieme all'antigene, induce l'attivazione e l'adesione dei neutrofili, stimola la formazione di altre citochine (IL-2, IL-3, IL-6, ecc.) da parte delle cellule T attivate e dei fibroblasti, stimola la proliferazione dei fibroblasti e cellule endoteliali. A livello sistemico, IL-1 agisce in sinergia con TNF-α e IL-6. Quando la concentrazione nel sangue aumenta, l'IL-1 colpisce le cellule dell'ipotalamo e provoca un aumento della temperatura corporea, febbre, sonnolenza, diminuzione dell'appetito e stimola anche le cellule del fegato a produrre proteine della fase acuta (CRP, amiloide A, a- 2 macroglobulina e fibrinogeno). IL4 (cromosoma 5). Inibisce l'attivazione dei macrofagi e blocca molti effetti stimolati dall'IFNg, come la produzione di IL1, ossido nitrico e prostaglandine, svolge un ruolo importante nelle reazioni antinfiammatorie e ha un effetto immunosoppressivo. IL6 (cromosoma 7), una delle principali citochine proinfiammatorie, è il principale induttore dello stadio finale di differenziazione delle cellule B e dei macrofagi, un potente stimolatore della produzione di proteine della fase acuta da parte delle cellule epatiche. Una delle funzioni principali di IL6 è la stimolazione della produzione di anticorpi in vivo e in vitro. IL8 (cromosoma 4). Si riferisce ai mediatori delle chemochine che causano la migrazione diretta (chemiotassi) dei leucociti nel sito dell'infiammazione. La funzione principale di IL10 è quella di sopprimere la produzione di citochine da parte del T helper di tipo 1 (TNFb, IFNg) e dei macrofagi attivati (TNF-a, IL1, IL12). È ormai riconosciuto che i tipi di risposta immunitaria sono associati a una delle varianti di attivazione dei linfociti con la partecipazione predominante di cloni di linfociti T di tipo helper 1 (TH2) o di tipo 2 (TH3). I prodotti TH2 e TH3 influenzano negativamente l'attivazione dei cloni opposti. L'attivazione eccessiva di uno dei tipi di cloni Th può dirigere la risposta immunitaria lungo una delle opzioni di sviluppo. Lo squilibrio cronico dell'attivazione del clone Th porta allo sviluppo di condizioni immunopatologiche. I cambiamenti nelle citochine nell'ITD possono essere studiati in vari modi determinandone i livelli nel sangue o in situ. I livelli di IL1 sono aumentati in tutte le malattie infiammatorie intestinali. Le differenze tra CU e CD includono una maggiore espressione di IL2. Se nella CU viene rilevato un livello ridotto o normale di IL2, nella MC viene rilevato il suo livello aumentato. Il contenuto di IL4 aumenta nella CU, mentre nella MC rimane normale o addirittura diminuisce. Anche il livello di IL6, che media le risposte della fase acuta, è aumentato in tutte le forme di infiammazione. I dati ottenuti sul profilo delle citochine hanno suggerito che le due principali forme di ITD cronico sono caratterizzate da una diversa attivazione ed espressione delle citochine. I risultati degli studi indicano che il profilo citochinico osservato nei pazienti con CU è più coerente con il profilo TH3, mentre per i pazienti con CD il profilo TH2 dovrebbe essere considerato più caratteristico. L'attrattiva di questa ipotesi sul ruolo dei profili TH2 e TH3 è anche che l'uso di citochine può modificare la risposta immunitaria in una direzione o nell'altra e portare alla remissione con ripristino dell'equilibrio delle citochine. Ciò può essere confermato, in particolare, dall'uso di IL10. Ulteriori studi dovrebbero dimostrare se la risposta delle citochine è un fenomeno secondario in risposta all'irritazione o, al contrario, l'espressione delle citochine corrispondenti determina la reattività dell'organismo con lo sviluppo di successive manifestazioni cliniche. Il livello di citochine nell'ITD nei bambini non è stato ancora studiato. Questo lavoro è la prima parte di uno studio scientifico dedicato allo studio dello stato delle citochine nell'ITD nei bambini. Lo scopo di questo lavoro era studiare l'attività umorale dei macrofagi con determinazione dei livelli (IL1a, IL8) nel sangue di bambini con CU e MC, nonché la loro dinamica durante la terapia. Dal 2000 al 2002, 34 bambini con CU e 19 bambini con MC di età compresa tra 4 e 16 anni sono stati esaminati nel dipartimento di gastroenterologia dell'Ospedale Clinico pediatrico russo. La diagnosi è stata verificata anamnesticamente, endoscopicamente e morfologicamente. Lo studio dei livelli di citochine proinfiammatorie IL1a, IL8 è stato effettuato utilizzando il test di immunoassorbimento enzimatico (ELISA). Per determinare la concentrazione di IL1a, IL8, sono stati utilizzati sistemi di test prodotti da Cytokin LLC (San Pietroburgo, Russia). L'analisi è stata effettuata nel laboratorio di immunofarmacologia dell'Istituto di ricerca del Centro scientifico statale per preparati biologici altamente puri (capo del laboratorio, Dottore in scienze mediche, Prof. A.S. Simbirtsev). I risultati ottenuti durante lo studio hanno rivelato un aumento significativo dei livelli di IL1a, IL8 durante il periodo di riacutizzazione, più pronunciato nei bambini con CU che in bambini con MC. Al di fuori di una riacutizzazione, i livelli di citochine proinfiammatorie diminuiscono, ma non raggiungono livelli normali. Nella CU, i livelli di IL-1a e IL-8 aumentavano durante il periodo di esacerbazione nel 76,2% e 90% dei bambini e durante il periodo di remissione - rispettivamente nel 69,2% e 92,3%. Nella malattia di Crohn, i livelli di IL-1a e IL-8 aumentano durante il periodo di esacerbazione nel 73,3% e 86,6% dei bambini e durante il periodo di remissione, rispettivamente nel 50% e 75%.
A seconda della gravità della malattia, i bambini hanno ricevuto una terapia con aminosalicilati o glucocorticoidi. La natura della terapia ha influenzato significativamente la dinamica dei livelli di citochine. Durante la terapia con aminosalicilati, i livelli di citochine proinfiammatorie nel gruppo di bambini con CU e MC erano significativamente più alti rispetto a quelli del gruppo di controllo. Inoltre, sono stati osservati tassi più elevati nel gruppo di bambini con colite ulcerosa. Nella CU durante la terapia con aminosalicilati, IL1a, IL8 sono aumentate rispettivamente nell'82,4% e nel 100% dei bambini, mentre durante la terapia con glucocorticoidi nel 60% dei bambini per entrambe le citochine. Nella CD, IL1a e IL8 risultano aumentate durante la terapia con aminosalicilati in tutti i bambini e durante la terapia con glucocorticoidi nel 55,5% e nel 77,7% dei bambini, rispettivamente. Pertanto, i risultati di questo studio indicano un coinvolgimento significativo della componente macrofagica del sistema immunitario nel processo patogenetico nella maggior parte dei bambini con CU e MC. I dati ottenuti in questo studio non sono fondamentalmente diversi dai dati ottenuti nell'esame di pazienti adulti. Le differenze nei livelli di IL1a e IL8 nei pazienti con CU e MC sono quantitative, ma non qualitative, il che suggerisce la natura non specifica di questi cambiamenti, dovuta al decorso di un processo infiammatorio cronico. Pertanto, questi indicatori non hanno alcun valore diagnostico. I risultati di uno studio dinamico dei livelli di IL1a e IL8 confermano la maggiore efficacia della terapia con farmaci glucocorticoidi rispetto alla terapia con aminosalicili. I dati presentati sono il risultato della prima fase dello studio sullo stato delle citochine dei bambini con ITD. Sono necessari ulteriori studi sul problema tenendo conto degli indicatori di altre citochine proinfiammatorie e antinfiammatorie.
Il ruolo dell'ossido nitrico e delle citochine nello sviluppo della sindrome da danno polmonare acuto.
T.A. Shumatova, V.B. Shumatov, E.V. Markelova, L.G. Sukhoteplaya stanno studiando questo problema: Dipartimento di Anestesiologia e Rianimatologia dell'Università Medica Statale di Vladivostok. La sindrome da danno polmonare acuto (sindrome da distress respiratorio dell'adulto, ARDS) è una delle forme più gravi di insufficienza respiratoria acuta, che si verifica in pazienti a causa di traumi gravi, sepsi, peritonite, pancreatite, grave perdita di sangue, aspirazione, dopo estesi interventi chirurgici e in Il 50-60% dei casi porta alla morte. I dati provenienti dagli studi sulla patogenesi dell'ARDS, lo sviluppo di criteri per la diagnosi precoce e la prognosi della sindrome sono pochi e piuttosto contraddittori, il che non consente lo sviluppo di un concetto diagnostico e terapeutico coerente. È stato stabilito che l'ARDS si basa sul danno all'endotelio dei capillari polmonari e dell'epitelio alveolare, una violazione delle proprietà reologiche del sangue, che porta al gonfiore del tessuto interstiziale e alveolare, all'infiammazione, all'atelettasia e all'ipertensione polmonare. Nella letteratura degli ultimi anni sono apparse informazioni sufficienti sul regolatore universale del metabolismo cellulare e tissutale: l'ossido nitrico. L’interesse per l’ossido nitrico (NO) è dovuto principalmente al fatto che è coinvolto nella regolazione di molte funzioni, tra cui il tono vascolare, la contrattilità cardiaca, l’aggregazione piastrinica, la neurotrasmissione, l’ATP e la sintesi proteica e la difesa immunitaria. Inoltre, a seconda della scelta del bersaglio molecolare e delle caratteristiche di interazione con esso, l'NO ha anche un effetto dannoso. Si ritiene che il fattore scatenante dell'attivazione cellulare sia la citochineemia sbilanciata. Le citochine sono peptidi solubili che funzionano come mediatori del sistema immunitario e forniscono cooperazione cellulare e immunoregolazione positiva e negativa. Abbiamo cercato di sistematizzare le informazioni disponibili in letteratura sul ruolo dell'NO e delle citochine nello sviluppo della sindrome da danno polmonare acuto. L'NO è un gas solubile in acqua e grasso. La sua molecola è un radicale libero instabile, si diffonde facilmente nei tessuti, viene assorbita e distrutta così rapidamente che può colpire solo le cellule dell'ambiente circostante. La molecola NO ha tutte le proprietà inerenti ai messaggeri classici: viene prodotta rapidamente, agisce a concentrazioni molto basse e, dopo la cessazione del segnale esterno, si trasforma rapidamente in altri composti, ossidandosi in ossidi di azoto inorganici stabili: nitrito e nitrato. La durata di vita dell'NO nei tessuti varia, secondo varie fonti, dai 5 ai 30 secondi. I principali bersagli molecolari dell'NO sono enzimi e proteine contenenti ferro: guanilato ciclasi solubile, nitroossido sintasi (NOS), emoglobina, enzimi mitocondriali, enzimi del ciclo di Krebs, sintesi di proteine e DNA. La sintesi di NO nel corpo avviene attraverso trasformazioni enzimatiche della parte contenente azoto dell'aminoacido L-arginina sotto l'influenza dell'enzima specifico NOS ed è mediata dall'interazione degli ioni calcio con la calmodulina. L'enzima viene inattivato a basse concentrazioni ed è attivo al massimo con 1 µM di calcio libero. Sono state identificate due isoforme di NOS: costitutiva (cNOS) e indotta (iNOS), che sono prodotti di geni diversi. Il cNOS calcio-calmodulina-dipendente è costantemente presente nella cellula e promuove il rilascio di piccole quantità di NO in risposta alla stimolazione fisica e dei recettori. L'NO prodotto da questa isoforma agisce come trasportatore in una serie di risposte fisiologiche. iNOS calcio-calmodulina-indipendente viene prodotto in vari tipi di cellule in risposta a citochine proinfiammatorie, endotossine e ossidanti. Questa isoforma NOS viene trascritta da geni specifici sul cromosoma 17 e promuove la sintesi di grandi quantità di NO. L'enzima è inoltre classificato in tre tipi: NOS-I (neuronale), NOS-II (macrofago), NOS-III (endoteliale). La famiglia di enzimi che sintetizzano l'NO si trova in diverse cellule polmonari: nelle cellule epiteliali bronchiali, negli alveolociti, nei macrofagi alveolari, nei mastociti, nelle cellule endoteliali delle arterie e delle vene bronchiali, nei miociti lisci dei bronchi e dei vasi sanguigni , nei neuroni non adrenergici e non colinergici. La capacità costitutiva delle cellule epiteliali dei bronchi e degli alveoli dell'uomo e dei mammiferi di secernere NO è stata confermata in numerosi studi. È stato stabilito che le parti superiori del tratto respiratorio umano, così come le parti inferiori, sono coinvolte nella formazione di NO. Studi condotti su pazienti con tracheostomia hanno dimostrato che la quantità di gas nell'aria espirata attraverso una tracheostomia è significativamente inferiore rispetto alla cavità nasale e orale. La sintesi di NO endogeno nei pazienti sottoposti a ventilazione meccanica è significativamente influenzata. La ricerca conferma che il rilascio di NO avviene durante la broncodilatazione ed è controllato dal sistema nervoso vago. Sono stati ottenuti dati che la formazione di NO nell'epitelio del tratto respiratorio umano aumenta nelle malattie infiammatorie del sistema respiratorio. La sintesi del gas aumenta a causa dell'attivazione dei NOS indotti sotto l'influenza di citochine, nonché di endotossine e lipopolisaccaridi.
Attualmente sono note più di cento citochine, tradizionalmente suddivise in diversi gruppi.
1. Le interleuchine (IL-1 - IL18) sono proteine regolatrici della secrezione che forniscono interazioni mediatrici nel sistema immunitario e la sua comunicazione con altri sistemi corporei.
2. Gli interferoni (IFN-alfa, beta, gamma) sono citochine antivirali con un pronunciato effetto immunoregolatore.
3. Fattori di necrosi tumorale (TNF alfa, beta) - citochine con effetti citotossici e regolatori.
4. Fattori stimolanti le colonie (G-CSF, M-CSF, GM-CSF) - stimolatori della crescita e della differenziazione delle cellule ematopoietiche che regolano l'ematopoiesi.
5. Chemochine (IL-8, IL-16) - chemiotattici per i leucociti.
6. Fattori di crescita - regolatori della crescita, della differenziazione e dell'attività funzionale delle cellule di varia origine tissutale (fattore di crescita dei fibroblasti, fattore di crescita delle cellule endoteliali, fattore di crescita epidermico) e fattori di crescita trasformanti (TGF beta).
Queste molecole bioregolatrici determinano il tipo e la durata della risposta infiammatoria e immunitaria, controllano la proliferazione cellulare, l'ematopoiesi, l'angiogenesi, la guarigione delle ferite e molti altri processi. Tutti i ricercatori sottolineano che le citochine mancano di specificità per gli antigeni. Esperimenti con macrofagi polmonari e mastociti in coltura hanno mostrato la formazione di iNOS in risposta all'interferone gamma, all'interleuchina-1, al fattore di necrosi tumorale e ai lipopolisaccaridi. L'espressione di iNOS e cNOS sulle citochine proinfiammatorie è stata rilevata negli alveolociti animali e umani. L'aggiunta del fattore di crescita epidermico, un regolatore della funzione delle cellule epiteliali, alla coltura ha ridotto l'attività del solo enzima indotto. È noto che, a seconda della loro natura, le citochine agiscono in modo autocrino - sulle cellule produttrici stesse, in modo paracrino - su altre cellule bersaglio, o in modo endocrino - su cellule diverse al di fuori del sito della loro produzione. Inoltre, possono interagire tra loro secondo un principio agonistico o antagonista, modificando lo stato funzionale delle cellule bersaglio e formando una rete di citochine. Pertanto, le citochine non sono peptidi isolati, ma un sistema integrale, i cui componenti principali sono le cellule produttrici, la proteina stessa - la citochina, il recettore che la percepisce e la cellula bersaglio. È stato stabilito che con lo sviluppo di danno polmonare acuto aumenta il livello di citochine proinfiammatorie: IL-1, 6, 8, 12, TNF alfa, IFN alfa. Il loro effetto è associato alla dilatazione dei vasi sanguigni, all’aumento della loro permeabilità e all’accumulo di liquido nel tessuto polmonare. Inoltre, gli studi hanno dimostrato la capacità dell'IFN gamma e del TNF alfa di indurre l'espressione di molecole di adesione - ICAM -1 sulle cellule endoteliali umane. Le molecole di adesione, aderendo ai leucociti, alle piastrine e alle cellule endoteliali, formano neutrofili “rotolanti” e promuovono l'aggregazione delle particelle di fibrina. Questi processi contribuiscono all’interruzione del flusso sanguigno capillare, aumentano la permeabilità capillare e inducono edema tissutale locale. Il rallentamento del flusso sanguigno capillare è facilitato dall'attivazione dell'NO, che provoca la dilatazione delle arteriole. L'ulteriore migrazione dei leucociti nel sito dell'infiammazione è controllata da speciali citochine: le chemochine, che vengono prodotte e secrete non solo dai macrofagi attivati, ma anche dalle cellule endoteliali, dai fibroblasti e dai miociti lisci. La loro funzione principale è fornire neutrofili al sito dell'infiammazione e attivare la loro attività funzionale. La principale chemochina per i neutrofili è Il-8. I suoi induttori più potenti sono i lipopolisaccaridi batterici, IL-1 e TNFalfa. R. Bahra et al. credono che ogni fase della migrazione transendoteliale dei neutrofili sia regolata stimolando le concentrazioni di TNF alfa. Con lo sviluppo del danno polmonare acuto, le cellule endoteliali vascolari, le cellule epiteliali bronchiali e i macrofagi alveolari vengono attivati e coinvolti nelle interazioni di fase. Di conseguenza, da un lato, si verifica la loro mobilitazione e il rafforzamento delle proprietà protettive e, dall'altro, è possibile un danno alle cellule stesse e ai tessuti circostanti. Numerosi studi hanno dimostrato che il prodotto della riduzione parziale dell'ossigeno, il superossido, che inattiva l'effetto vasoattivo dell'NO, può accumularsi nel sito dell'infiammazione. L'NO e l'anione superossido reagiscono rapidamente per formare perossinitrito, che danneggia le cellule. Questa reazione favorisce la rimozione di NO dalle pareti vascolari e bronchiali, nonché dalla superficie degli alveolociti. Di interesse sono gli studi che dimostrano che, tradizionalmente considerato un mediatore della tossicità dell’NO, il perossinitrito può avere un effetto fisiologico e causare rilassamento vascolare attraverso un aumento mediato da NO del cGMP nell’endotelio vascolare. A sua volta, il perossinitrito è un potente ossidante che può danneggiare l’epitelio alveolare e il surfattante polmonare. Provoca la distruzione delle proteine e dei lipidi di membrana, danneggia l'endotelio, aumenta l'aggregazione piastrinica e partecipa ai processi di endotossiemia. La sua maggiore formazione è stata notata nella sindrome da danno polmonare acuto. I ricercatori ritengono che l'NO, prodotto come risultato dell'attivazione dell'enzima indotto, sia destinato alla protezione non specifica del corpo da un'ampia gamma di agenti patogeni, inibisca l'aggregazione piastrinica e migliori la circolazione sanguigna locale. È stato stabilito che una quantità eccessiva di NO sopprime l'attività di cNOS nelle cellule a causa dell'interazione con il superossido e, possibilmente, come risultato della desensibilizzazione della guanilato ciclasi, portando ad una diminuzione del cGMP nella cellula e ad un aumento del calcio intracellulare. Brett et al. e Kooy et al., analizzando il significato dei meccanismi nitroossidergici nella patogenesi dell'ARDS, hanno espresso l'opinione che iNOS, il perossinitrito, così come la nitrotirosina, il principale prodotto dell'effetto del perossinitrito sulle proteine, possano svolgere un ruolo chiave nello sviluppo della sindrome. Cuthbertson et al. Si ritiene che la base del danno polmonare acuto sia l'effetto di NO e perossinitrito sull'elastasi e sull'interleuchina-8. Kobayashi et al. registrato anche un aumento del contenuto di iNOS, interleuchina-1, interleuchina-6, interleuchina-8 nel liquido broncoalveolare in pazienti con sindrome da danno polmonare acuto. Meldrum et al. hanno mostrato una diminuzione della produzione di citochine infiammatorie da parte dei macrofagi polmonari nell'ARDS sotto l'influenza del substrato della produzione locale di NO - L-arginina. È stato stabilito che nella genesi della sindrome da danno polmonare acuto, un ruolo significativo è giocato dalla ridotta permeabilità vascolare causata dall'azione delle citochine - TNF alfa, IL-2, GM-CSF, anticorpi monoclonali contro i linfociti CD3 sull'endotelio vascolare polmonare cellule e immunociti. Un rapido e forte aumento della permeabilità dei vasi polmonari porta alla migrazione dei neutrofili nel tessuto polmonare e al loro rilascio di mediatori citotossici, che porta allo sviluppo di alterazioni patologiche dei polmoni. Durante lo sviluppo del danno polmonare acuto, il TNF alfa aumenta l'adesione dei neutrofili alla parete vascolare, migliora la loro migrazione nei tessuti, promuove cambiamenti strutturali e metabolici nelle cellule endoteliali, interrompe la permeabilità delle membrane cellulari, attiva la formazione di altre citochine ed eicosanoidi , e provoca l'apoptosi e la necrosi delle cellule epiteliali polmonari. Sono stati ottenuti dati che indicano che l'apoptosi dei macrofagi indotta da LPS è in gran parte associata all'IFN gamma ed è ridotta da IL-4, IL-10 e TGF beta. Tuttavia, Kobayashi et al. hanno ottenuto dati che indicano che l'IFN gamma può essere coinvolto nei processi di riparazione dell'epitelio della mucosa delle vie respiratorie. Gli studi di Hagimoto forniscono la prova che le cellule epiteliali dei bronchi e degli alveoli, in risposta al TNF alfa o ligando Fas, secernono IL-8, IL-12. Questo processo è associato all'attivazione del fattore nucleare Carr-B da parte del ligando Fas.
Si ritiene che IL-8 sia una delle citochine più importanti nella fisiopatologia del danno polmonare acuto. Miller et al. Studiando il liquido bronco-alveolare in pazienti con ARDS sullo sfondo della sepsi, è stato riscontrato un aumento significativo del livello di IL-8, rispetto ai pazienti con edema polmonare cardiogeno. È stato suggerito che la fonte primaria di Il-8 siano i polmoni e questo criterio può essere utilizzato nella diagnosi differenziale della sindrome. Grau et al. Si ritiene che le cellule endoteliali dei capillari polmonari costituiscano un'importante fonte di citochine - IL-6, IL-8 durante lo sviluppo del danno polmonare acuto. Goodman et al. Quando si studia la dinamica del livello di citochine nel liquido di lavaggio bronco-alveolare in pazienti con ARDS, un aumento significativo di IL-1beta, IL-8, peptide-1 chemiotattico monocitario, attivatore dei neutrofili delle cellule epiteliali, peptide-1 alfa infiammatorio dei macrofagi fu fondato. Allo stesso tempo, gli autori ritengono che un aumento del contenuto di IL-1 beta possa servire da indicatore di un esito sfavorevole della sindrome. Bauer et al. È stato dimostrato che il monitoraggio del contenuto di IL-8 nel liquido broncoalveolare nei pazienti con ARDS può essere utilizzato per il monitoraggio; una diminuzione del livello di IL-8 indica un decorso sfavorevole del processo. Numerosi studi dimostrano inoltre che il livello di produzione di citochine da parte dell'endotelio vascolare polmonare influenza lo sviluppo di danno polmonare acuto e il cui monitoraggio può essere utilizzato nella pratica clinica per la diagnosi precoce. Le possibili conseguenze negative di un aumento dei livelli di citochine proinfiammatorie nei pazienti con ARDS sono evidenziate dagli studi di Martin et al., Warner et al. I macrofagi alveolari attivati dalle citochine e dalle endotossine batteriche aumentano la sintesi di NO. Aumenta anche il livello di produzione di NO da parte delle cellule epiteliali dei bronchi e degli alveoli, dei neutrofili, dei mastociti, delle cellule endoteliali e dei miociti lisci dei vasi polmonari, probabilmente attraverso l'attivazione del fattore nucleare Carr-B. Gli autori ritengono che l'ossido nitrico prodotto a seguito dell'attivazione indotta dal NOS sia destinato principalmente alla difesa non specifica dell'organismo. Rilasciato dai macrofagi, l'NO penetra rapidamente nei batteri e nei funghi, dove inibisce tre gruppi vitali di enzimi: trasporto degli elettroni H, ciclo di Krebs e sintesi del DNA. L'NO è coinvolto nella difesa dell'organismo nelle ultime fasi della risposta immunitaria ed è considerato figurativamente come la “spada punitiva” del sistema immunitario. Tuttavia, quando l’NO si accumula nella cellula in quantità inadeguate, ha anche un effetto dannoso. Pertanto, con lo sviluppo della sindrome da danno polmonare acuto, le citochine e l'NO innescano una catena sequenziale di reazioni, con conseguente compromissione della microcircolazione, comparsa di ipossia tissutale, edema alveolare e interstiziale e danni alla funzione metabolica dei polmoni. Pertanto, si può affermare che lo studio dei meccanismi fisiologici e patofisiologici d'azione delle citochine e dell'NO è una direzione promettente per la ricerca e consentirà in futuro non solo di ampliare la comprensione della patogenesi dell'ARDS, ma anche di determinare diagnosi e marcatori prognostici della sindrome, per sviluppare opzioni per una terapia su base patogenetica volta a ridurre la letalità.
Metodi per la determinazione delle citochine.
La rassegna è dedicata ai principali metodi per lo studio delle citochine attualmente utilizzati. Le capacità e lo scopo dei metodi sono brevemente descritti. Vengono presentati i vantaggi e gli svantaggi dei vari metodi di approccio all'analisi dell'espressione genica delle citochine a livello degli acidi nucleici e a livello della produzione proteica. (Citochine e infiammazione. 2005. T. 4, No. 1. P. 22-27.)
Le citochine sono proteine regolatrici che formano una rete universale di mediatori, caratteristica sia del sistema immunitario che delle cellule di altri organi e tessuti. Tutti gli eventi cellulari avvengono sotto il controllo di questa classe di proteine regolatrici: proliferazione, differenziazione, apoptosi, attività funzionale specializzata delle cellule. Gli effetti di ciascuna citochina sulle cellule sono caratterizzati da pleiotropia, lo spettro di effetti di diversi mediatori si sovrappone e, sostanzialmente, lo stato funzionale finale della cellula dipende dall'influenza di diverse citochine che agiscono in sinergia. Pertanto, il sistema delle citochine è una rete regolatoria universale e polimorfica di mediatori progettata per controllare i processi di proliferazione, differenziazione, apoptosi e attività funzionale degli elementi cellulari nei sistemi ematopoietico, immunitario e altri sistemi omeostatici del corpo. I metodi per la determinazione delle citochine hanno subito un'evoluzione molto rapida in 20 anni di studi intensivi e oggi rappresentano un'intera area della conoscenza scientifica. All'inizio del loro lavoro, i ricercatori in citokinologia affrontano la questione della scelta di un metodo. E qui il ricercatore deve sapere esattamente quali informazioni ha bisogno di ottenere per raggiungere il suo obiettivo. Attualmente sono stati sviluppati centinaia di metodi diversi per valutare il sistema delle citochine, che forniscono informazioni diverse su questo sistema. Le citochine possono essere valutate in vari ambienti biologici in base alla loro specifica attività biologica. Possono essere quantificati utilizzando una serie di metodi di dosaggio immunologico che utilizzano anticorpi poli e monoclonali. Oltre a studiare le forme secretorie delle citochine, è possibile studiarne il contenuto intracellulare e la produzione nei tessuti utilizzando la citometria a flusso, il Western blotting e l'immunoistochimica in situ. Informazioni molto importanti possono essere ottenute studiando l'espressione dell'mRNA delle citochine, la stabilità dell'mRNA, la presenza di isoforme dell'mRNA delle citochine e le sequenze nucleotidiche antisenso naturali. Lo studio delle varianti alleliche dei geni delle citochine può fornire informazioni importanti sulla produzione elevata o bassa geneticamente programmata di un particolare mediatore. Ogni metodo presenta i propri svantaggi e vantaggi, la propria risoluzione e accuratezza di determinazione. L’ignoranza e l’incomprensione di queste sfumature da parte del ricercatore possono portarlo a conclusioni errate.
Determinazione dell'attività biologica delle citochine.
La storia della scoperta e dei primi passi nello studio delle citochine è stata strettamente correlata alla coltivazione di cellule e linee cellulari immunocompetenti. Successivamente sono stati dimostrati gli effetti regolatori (attività biologica) di una serie di fattori proteici solubili sull'attività proliferativa dei linfociti, sulla sintesi delle immunoglobuline e sullo sviluppo di reazioni immunitarie in modelli in vitro. Uno dei primi metodi per determinare l'attività biologica dei mediatori è determinare il fattore di migrazione dei linfociti umani e il fattore della sua inibizione. Con lo studio degli effetti biologici delle citochine, sono emersi vari metodi per valutare la loro attività biologica. Pertanto, IL-1 è stata determinata valutando la proliferazione dei timociti di topo in vitro, IL-2 - dalla capacità di stimolare l'attività proliferativa dei linfoblasti, IL-3 - dalla crescita di colonie ematopoietiche in vitro, IL-4 - da l'effetto comitogenico, aumentando l'espressione delle proteine Ia, inducendo la formazione di IgG1 e IgE, ecc. L'elenco di questi metodi può continuare; viene costantemente aggiornato man mano che vengono scoperte nuove attività biologiche dei fattori solubili. Il loro principale svantaggio è la natura non standard dei metodi e l'impossibilità della loro unificazione. L'ulteriore sviluppo di metodi per determinare l'attività biologica delle citochine ha portato alla creazione di un gran numero di linee cellulari sensibili a una particolare citochina, o linee multisensibili. La maggior parte di queste cellule sensibili alle citochine può ora essere trovata negli elenchi delle linee cellulari distribuite in commercio. Ad esempio, per testare IL-1a e b, viene utilizzata la linea cellulare D10S, per IL-2 e IL-15 - la linea cellulare CTLL-2, per IL-3, IL-4, IL-5, IL-9 , IL-13, GM-CSF - linea cellulare TF-1, per IL-6 - linea cellulare B9, per IL-7 - linea cellulare 2E8, per TNFa e TNFb - linea cellulare L929, per IFNg - linea cellulare WiDr, per IL-18 - linea cellulare KG-1. Tuttavia, un tale approccio allo studio delle proteine immunoattive, insieme ai vantaggi ben noti, come la misurazione dell'attività biologica reale delle proteine mature e attive, l'elevata riproducibilità in condizioni standardizzate, presenta anche i suoi svantaggi. Questi includono, prima di tutto, la sensibilità delle linee cellulari non a una citochina, ma a diverse citochine correlate, i cui effetti biologici si sovrappongono. Inoltre, non si può escludere la possibilità di indurre la produzione di altre citochine da parte delle cellule bersaglio, che potrebbero alterare i parametri del test (solitamente proliferazione, citotossicità, chemiotassi). Non conosciamo ancora tutte le citochine e non tutti i loro effetti, quindi valutiamo non la citochina stessa, ma l'attività biologica specifica totale. Pertanto, la valutazione dell'attività biologica come attività totale di diversi mediatori (specificità insufficiente) è uno degli svantaggi di questo metodo. Inoltre, utilizzando linee sensibili alle citochine, non è possibile rilevare molecole non attivate e proteine associate. Ciò significa che tali metodi non riflettono la produzione reale di un certo numero di citochine. Un altro importante svantaggio derivante dall'utilizzo delle linee cellulari è la necessità di un laboratorio per la coltura cellulare. Inoltre, tutte le procedure per far crescere le cellule e incubarle con le proteine e i terreni in studio richiedono molto tempo. Va inoltre notato che le linee cellulari con uso a lungo termine richiedono aggiornamento o ricertificazione, poiché a seguito della coltivazione possono mutare ed essere modificate, il che può portare ad un cambiamento nella loro sensibilità ai mediatori e ad una diminuzione della precisione di determinare l’attività biologica. Tuttavia, questo metodo è ideale per testare l'attività biologica specifica dei mediatori ricombinanti.
Determinazione quantitativa delle citochine mediante anticorpi.
Le citochine prodotte da cellule immunocompetenti e di altro tipo vengono rilasciate nello spazio intercellulare per svolgere interazioni di segnalazione paracrine e autocrine. Dalla concentrazione di queste proteine nel siero del sangue o in un ambiente condizionato, si può giudicare la natura del processo patologico e l'eccesso o la carenza di alcune funzioni cellulari nel paziente. I metodi per rilevare le citochine utilizzando anticorpi specifici sono oggi i sistemi di rilevamento più comuni per queste proteine. Questi metodi hanno subito tutta una serie di modifiche utilizzando diversi marcatori (radioisotopi, fluorescenti, elettrochemiluminescenti, enzimatici, ecc.). Se i metodi con radioisotopi presentano una serie di svantaggi associati all'uso di un'etichetta radioattiva e alla possibilità limitata nel tempo di utilizzare reagenti marcati (emivita), i metodi immunoassorbenti legati a enzimi sono più ampiamente utilizzati. Si basano sulla visualizzazione di prodotti insolubili di una reazione enzimatica che assorbono luce di una lunghezza d'onda nota in quantità equivalenti alla concentrazione dell'analita. Gli anticorpi rivestiti su una base polimerica solida vengono utilizzati per legare le sostanze da misurare e gli anticorpi coniugati a enzimi, solitamente fosfatasi alcalina o perossidasi di rafano, vengono utilizzati per la visualizzazione. I vantaggi del metodo sono evidenti: elevata precisione di determinazione in condizioni standardizzate per la conservazione dei reagenti e l'esecuzione delle procedure, analisi quantitativa e riproducibilità. Gli svantaggi includono l'intervallo limitato di concentrazioni rilevabili, per cui tutte le concentrazioni che superano una determinata soglia sono considerate uguali ad essa. Va notato che il tempo necessario per completare il metodo varia a seconda delle raccomandazioni del produttore. Si tratta comunque in ogni caso di diverse ore necessarie per l'incubazione ed il lavaggio dei reagenti. Inoltre, vengono determinate le forme latenti e legate di citochine, che nella loro concentrazione possono superare significativamente le forme libere, principalmente responsabili dell'attività biologica del mediatore. Pertanto, è consigliabile utilizzare questo metodo insieme ai metodi per valutare l'attività biologica di un mediatore. Un'altra modifica del metodo immunologico, che ha trovato ampia applicazione, è il metodo elettrochemiluminescente (ECL) per determinare le proteine utilizzando anticorpi marcati con rutenio e biotina. Questo metodo presenta i seguenti vantaggi rispetto ai metodi immunoassorbenti con radioisotopi e enzimatici: facilità di implementazione, breve tempo di esecuzione del metodo, assenza di procedure di lavaggio, volume ridotto del campione, ampio intervallo di concentrazioni rilevabili di citochine nel siero e nel mezzo condizionato, elevata sensibilità del metodo e sua riproducibilità. Il metodo in esame è accettabile per l'uso sia nella ricerca scientifica che clinica. Il seguente metodo per valutare le citochine nei mezzi biologici è sviluppato sulla base della tecnologia della fluorimetria a flusso. Consente di valutare simultaneamente fino a centinaia di proteine in un campione. Attualmente sono stati creati kit commerciali per la determinazione fino a 17 citochine. Tuttavia, i vantaggi di questo metodo determinano anche i suoi svantaggi. In primo luogo, selezionare le condizioni ottimali per la determinazione di diverse proteine richiede molto lavoro e, in secondo luogo, la produzione di citochine avviene in natura a cascata, con picchi di produzione in momenti diversi. Pertanto, la determinazione simultanea di un gran numero di proteine non è sempre informativa. Un requisito generale dei metodi di dosaggio immunologico che utilizzano il cosiddetto. Il “sandwich” è l'accurata selezione di una coppia di anticorpi, che consente la determinazione della forma libera o legata della proteina analizzata, che impone limitazioni a questo metodo e di cui bisogna sempre tenere conto nell'interpretazione dei dati ottenuti. Questi metodi determinano la produzione totale di citochine da parte di cellule diverse, mentre allo stesso tempo la produzione antigene-specifica di citochine da parte di cellule immunocompetenti può essere valutata solo provvisoriamente. Ora è stato sviluppato il sistema ELISpot (Enzyme-Liked ImmunoSpot), che elimina in gran parte questi svantaggi. Il metodo consente una valutazione semiquantitativa della produzione di citochine a livello delle singole cellule. L'elevata risoluzione di questo metodo consente di valutare la produzione di citochine stimolate dall'antigene, che è molto importante per valutare una risposta immunitaria specifica. Il prossimo metodo ampiamente utilizzato per scopi scientifici è la determinazione intracellulare delle citochine mediante citometria a flusso. I suoi vantaggi sono evidenti. Possiamo caratterizzare fenotipicamente una popolazione di cellule produttrici di citochine e/o determinare lo spettro delle citochine prodotte dalle singole cellule, con possibilità di relativa caratterizzazione quantitativa di tale produzione. Tuttavia, il metodo descritto è piuttosto complicato e richiede attrezzature costose. La serie successiva di metodi, utilizzati principalmente per scopi scientifici, sono metodi immunoistochimici che utilizzano anticorpi monoclonali marcati. I vantaggi sono evidenti: determinazione della produzione di citochine direttamente nei tessuti (in situ), dove si verificano varie reazioni immunologiche. Tuttavia, i metodi in esame richiedono molto lavoro e non forniscono dati quantitativi accurati.
Determinazione delle citochine mediante dosaggio immunoenzimatico.
CJSC "Vector-Best" sotto la guida di T.G. Ryabicheva, N.A. Varaksin, N.V. Timofeeva, M.Yu. Rukavishnikov sta lavorando attivamente nella direzione della determinazione delle citochine. Le citochine sono un gruppo di mediatori polipeptidici, spesso glicosilati, con un peso molecolare compreso tra 8 e 80 kDa. Le citochine sono coinvolte nella formazione e nella regolazione delle reazioni di difesa del corpo e nella sua omeostasi. Sono coinvolti in tutti gli aspetti della risposta immunitaria umorale e cellulare, inclusa la differenziazione delle cellule progenitrici immunocompetenti, la presentazione dell'antigene, l'attivazione e proliferazione cellulare, l'espressione di molecole di adesione e la risposta della fase acuta. Alcuni di essi sono in grado di esercitare molteplici effetti biologici su diverse cellule bersaglio. L'azione delle citochine sulle cellule si esplica nei seguenti modi: autocrina - sulla cellula che sintetizza e secerne questa citochina; paracrino - su cellule situate vicino alla cellula produttrice, ad esempio, in un focolaio di infiammazione o in un organo linfoide; endocrino-remoto - sulle cellule di qualsiasi organo e tessuto dopo che la citochina è entrata nella circolazione sanguigna. La produzione e il rilascio di citochine sono generalmente di breve durata e strettamente regolati. Le citochine influenzano la cellula legandosi a specifici recettori sulla membrana citoplasmatica, provocando così una cascata di reazioni che portano all'induzione, al potenziamento o alla soppressione dell'attività di un numero di geni da loro regolati. Le citochine sono caratterizzate da una complessa natura di funzionamento a rete, in cui la produzione di una di esse influenza la formazione o la manifestazione dell'attività di un numero di altre. Le citochine sono mediatori locali, per cui è consigliabile misurarne i livelli nei tessuti interessati dopo l'estrazione delle proteine tissutali da biopsie degli organi interessati o in fluidi naturali: urina, liquido lacrimale, liquido delle tasche gengivali, lavaggio broncoalveolare, secrezione vaginale, eiaculato, lavaggi da cavità, midollo spinale o liquido sinoviale, liquidi, ecc. Ulteriori informazioni sullo stato del sistema immunitario del corpo possono essere ottenute studiando la capacità delle cellule del sangue di produrre citochine in vitro. I livelli plasmatici di citochine riflettono lo stato attuale del sistema immunitario e lo sviluppo di reazioni protettive in vivo. La produzione spontanea di citochine da parte di una coltura di cellule mononucleate del sangue periferico consente di valutare lo stato delle cellule corrispondenti. L'aumento della produzione spontanea di citochine indica che le cellule sono già attivate dall'antigene in vivo. La produzione indotta di citochine permette di valutare la potenziale capacità delle cellule corrispondenti di rispondere alla stimolazione antigenica. La ridotta induzione di citochine in vitro, ad esempio, può essere uno dei segni di uno stato di immunodeficienza. Pertanto, entrambe le opzioni per studiare i livelli di citochine sia nel sangue circolante che durante la loro produzione da parte di colture cellulari sono importanti dal punto di vista della caratterizzazione dell'immunoreattività dell'intero organismo e della funzione delle singole parti del sistema immunitario. Fino a poco tempo fa, solo pochi gruppi di ricercatori studiavano le citochine in Russia, poiché i metodi di ricerca biologica richiedono molto lavoro e i kit immunochimici importati sono molto costosi. Con l'avvento dei kit immunoassorbenti domestici disponibili, i medici praticanti stanno mostrando un crescente interesse nello studio del profilo delle citochine. Al momento, il significato diagnostico della valutazione del livello delle citochine sta nell'affermare il fatto stesso di un aumento o una diminuzione della loro concentrazione in un dato paziente con una malattia specifica. Inoltre, per valutare la gravità e prevedere il decorso della malattia, è consigliabile determinare la concentrazione di citochine sia anti- che pro-infiammatorie nella dinamica dello sviluppo della patologia. Ad esempio, il contenuto di citochine nel sangue periferico è determinato dai tempi di esacerbazione e riflette la dinamica del processo patologico nell'ulcera peptica e in altre malattie del tratto gastrointestinale. Nelle prime fasi di esacerbazione predomina un aumento del contenuto di interleuchina-1beta (IL-1beta), interleuchina-8 (IL-8), quindi la concentrazione di interleuchina-6 (IL-6), interferone gamma (gamma -INF) e il fattore di necrosi tumorale aumenta -alfa (alfa-TNF). La concentrazione di interleuchina-12 (IL-12), gamma-INF, alfa-TNF ha raggiunto il suo massimo al culmine della malattia, mentre il contenuto dei marcatori di fase acuta durante questo periodo si è avvicinato ai valori normali. Al culmine della riacutizzazione, il livello di alfa-TNF superava significativamente il contenuto di interleuchina-4 (IL-4) sia nel siero del sangue che direttamente nel tessuto interessato dell'area periulcera, dopo di che iniziò a diminuire gradualmente. Quando i fenomeni della fase acuta si attenuarono e i processi di riparazione si intensificarono, la concentrazione di IL-4 aumentò. I cambiamenti nel profilo delle citochine possono essere utilizzati per giudicare l'efficacia e l'adeguatezza della chemioterapia. Quando si effettua la terapia con citochine, ad esempio, durante la terapia con interferone alfa (alfa-INF), è necessario monitorare sia il livello del suo contenuto nel sangue circolante sia la produzione di anticorpi contro l'alfa-IFN. È noto che quando viene prodotta una grande quantità di questi anticorpi, la terapia con interferone non solo cessa di essere efficace, ma può anche portare a malattie autoimmuni. Recentemente sono stati sviluppati e messi in pratica nuovi farmaci che in qualche modo modificano lo stato delle citochine nel corpo. Ad esempio, per il trattamento dell'artrite reumatoide viene proposto un farmaco a base di anticorpi contro l'alfa-TNF, progettato per rimuovere l'alfa-TNF, che è coinvolto nella distruzione del tessuto connettivo. Tuttavia, secondo i nostri dati e la letteratura, non tutti i pazienti con artrite reumatoide cronica hanno livelli elevati di TNF alfa, quindi per questo gruppo di pazienti una diminuzione del livello di TNF alfa può aggravare ulteriormente lo squilibrio del sistema immunitario. Pertanto, una corretta terapia con citochine comporta il monitoraggio dello stato delle citochine nell’organismo durante il trattamento. Il ruolo protettivo delle citochine proinfiammatorie si manifesta localmente, nel sito dell'infiammazione, ma la loro produzione sistemica non porta allo sviluppo dell'immunità antinfettiva e non impedisce lo sviluppo dello shock tossico batterico, che è la causa dell'insorgenza precoce mortalità nei pazienti chirurgici con complicanze purulento-settiche. La base della patogenesi delle infezioni chirurgiche è l'avvio della cascata di citochine, che comprende, da un lato, citochine proinfiammatorie e, dall'altro, antinfiammatorie. L'equilibrio tra questi due gruppi opposti determina in gran parte la natura del decorso e l'esito delle malattie settiche purulente. Tuttavia, la determinazione della concentrazione ematica di una citochina di questi gruppi (ad esempio, TNF alfa o IL-4) non rifletterà adeguatamente lo stato dell'intero equilibrio delle citochine. Pertanto, è necessaria una valutazione simultanea del livello di diversi mediatori (almeno 2-3 da sottogruppi opposti). JSC Vector-Best ha attualmente sviluppato e prodotto in serie set di reagenti per la determinazione quantitativa di: fattore di necrosi tumorale alfa (sensibilità - 2 pg/ml, 0–250 pg/ml); interferone gamma (sensibilità - 5 pg/ml, 0–2000 pg/ml); interleuchina-4 (sensibilità - 2 pg/ml, 0–400 pg/ml); interleuchina-8 (sensibilità - 2 pg/ml, 0–250 pg/ml); antagonista del recettore dell'interleuchina-1 (IL-1RA) (sensibilità - 20 pg/ml, 0–2500 pg/ml); interferone alfa (sensibilità - 10 pg/ml, 0–1000 pg/ml); anticorpi autoimmuni contro l'interferone alfa (sensibilità - 2 ng/ml, 0–500 ng/ml). Tutti i kit sono progettati per determinare la concentrazione di queste citochine nei fluidi biologici umani e nei surnatanti delle colture quando si studia la capacità delle colture cellulari umane di produrre citochine in vitro. Il principio dell'analisi è una versione "sandwich" di un test immunoenzimatico su compresse in fase solida a tre fasi (tempo di incubazione - 4 ore) o a due fasi (tempo di incubazione - 3,5 ore). L'analisi richiede 100 μl di fluido biologico o surnatante di coltura per pozzetto. Contabilità dei risultati - spettrofotometricamente ad una lunghezza d'onda di 450 nm. In tutti i set il cromogeno è la tetrametilbenzidina. La durata di conservazione dei nostri kit è stata aumentata a 18 mesi dalla data di emissione e 1 mese dopo l'inizio dell'utilizzo. Dall'analisi dei dati della letteratura è emerso che il contenuto di citochine nel plasma sanguigno di persone sane dipende sia dai kit utilizzati per determinarle sia dalla regione in cui vivono queste persone. Pertanto, per determinare i valori delle normali concentrazioni di citochine nei residenti della nostra regione, è stata effettuata un'analisi di campioni casuali di plasma (da 80 a 400 campioni) di donatori di sangue praticamente sani, rappresentanti di vari gruppi sociali di età compresa tra 18 e 60 anni. anni senza manifestazioni cliniche di patologie somatiche macroscopiche e assenza di HBsAg, anticorpi anti-HIV, virus dell'epatite B e C.
Fattore di necrosi tumorale alfa.
Il TNF alfa è una citochina proinfiammatoria pleiotropica costituita da due catene b allungate con un peso molecolare di 17 kDa e che svolge funzioni regolatorie ed effettrici nella risposta immunitaria e nell'infiammazione. I principali produttori di alfa-TNF sono monociti e macrofagi. Questa citochina viene secreta anche dai linfociti e dai granulociti del sangue, dalle cellule natural killer e dalle linee cellulari dei linfociti T. I principali induttori del TNF alfa sono virus, microrganismi e loro prodotti metabolici, compreso il lipopolisaccaride batterico. Inoltre, alcune citochine, come IL-1, IL-2, il fattore stimolante le colonie di granulociti-macrofagi, alfa e beta-INF, possono anche svolgere il ruolo di induttori. Le principali direzioni dell'attività biologica dell'alfa-TNF: mostra citotossicità selettiva contro alcune cellule tumorali; attiva granulociti, macrofagi, cellule endoteliali, epatociti (produzione di proteine della fase acuta), osteoclasti e condrociti (riassorbimento del tessuto osseo e cartilagineo), sintesi di altre citochine proinfiammatorie; stimola la proliferazione e la differenziazione di: neutrofili, fibroblasti, cellule endoteliali (angiogenesi), cellule ematopoietiche, linfociti T e B; aumenta il flusso di neutrofili dal midollo osseo al sangue; ha attività antitumorale e antivirale in vivo e in vitro; partecipa non solo alle reazioni protettive, ma anche ai processi di distruzione e riparazione che accompagnano l'infiammazione; funge da mediatore della distruzione dei tessuti, comune durante l'infiammazione cronica a lungo termine.
Riso. 1. Distribuzione dei livelli di alfa-TNF
nel plasma di donatori sani.
Un aumento del livello di alfa-TNF si osserva nel siero sanguigno durante lo stato post-traumatico, con disfunzione polmonare, disturbi nel normale corso della gravidanza, cancro e asma bronchiale. Il livello di alfa-TNF 5-10 volte superiore al normale si osserva durante l'esacerbazione della forma cronica dell'epatite virale C. Durante il periodo di esacerbazione delle malattie del tratto gastrointestinale, la concentrazione di alfa-TNF nel siero supera la norma in media 10 volte e in alcuni pazienti - 75-75 80 volte. Elevate concentrazioni di TNF alfa si trovano nel liquido cerebrospinale di pazienti con sclerosi multipla e meningite cerebrospinale e nel liquido sinoviale di pazienti con artrite reumatoide. Ciò suggerisce il coinvolgimento del TNF alfa nella patogenesi di una serie di malattie autoimmuni. La frequenza di rilevamento dell'alfa-TNF nel siero del sangue anche con grave infiammazione non supera il 50%, con produzione indotta e spontanea - fino al 100%. L'intervallo delle concentrazioni di TNF alfa era compreso tra 0 e 6 pg/ml, con una media di 1,5 pg/ml (Fig. 1).
Interferone gamma.
Riso. 2. Distribuzione del livello gamma-INF
nel plasma di donatori sani.
Interleuchina-4
IL-4 è una glicoproteina con un peso molecolare di 18-20 kDa, un inibitore naturale dell'infiammazione. Insieme alla gamma INF, IL-4 è una citochina chiave prodotta dalle cellule T (principalmente linfociti TH-2). Supporta il bilanciamento TH-1/TH-2. Le principali direzioni dell'attività biologica dell'IL-4: migliora l'eosinofilia, l'accumulo di mastociti, la secrezione di IgG4, la risposta immunitaria umorale mediata dalle cellule TH-2; ha attività antitumorale locale, stimolando la popolazione di linfociti T citotossici e l'infiltrazione tumorale da parte degli eosinofili; sopprime il rilascio di citochine infiammatorie (alfa-TNF, IL-1, IL-8) e prostaglandine da monociti attivati, la produzione di citochine da parte dei linfociti TH-1 (IL-2, gamma-INF, ecc.).
Riso. 3. Distribuzione dei livelli di IL-4 nel plasma
donatori sani.
Un aumento del livello di IL-4 sia nel siero che nei linfociti stimolati può essere osservato nelle malattie allergiche (soprattutto al momento della riacutizzazione), come l'asma bronchiale, la rinite allergica, il raffreddore da fieno, la dermatite atopica e le malattie del tratto gastrointestinale. Il livello di IL-4 aumenta notevolmente anche nei pazienti con epatite cronica C (CHC). Durante i periodi di esacerbazione della CHC, la sua quantità aumenta quasi 3 volte rispetto alla norma e durante la remissione della CHC il livello di IL-4 diminuisce, soprattutto durante il trattamento con IL-2 ricombinante. L’intervallo delle concentrazioni di IL-4 era 0–162 pg/ml, la media era 6,9 pg/ml e l’intervallo normale era 0–20 pg/ml (Fig. 3).
Interleuchina-8
IL-8 è una chemochina ed è una proteina con un peso molecolare di 8 kDa. L'IL-8 è prodotta da fagociti mononucleati, leucociti polimorfonucleati, cellule endoteliali e altri tipi di cellule in risposta a vari stimoli, inclusi batteri e virus e i loro prodotti metabolici, comprese le citochine proinfiammatorie (ad esempio, IL-1, TNF-alfa). Il ruolo principale dell'interleuchina-8 è quello di migliorare la chemiotassi dei leucociti. Svolge un ruolo importante nell’infiammazione sia acuta che cronica. Livelli aumentati di IL-8 sono stati osservati in pazienti con infezioni batteriche, malattie polmonari croniche e malattie del tratto gastrointestinale. I livelli plasmatici di IL-8 sono aumentati nei pazienti con sepsi e concentrazioni elevate sono correlate con un aumento della mortalità. I risultati della misurazione del contenuto di IL-8 possono essere utilizzati per monitorare i progressi del trattamento e prevedere l’esito della malattia. Pertanto, è stato rilevato un aumento del contenuto di IL-8 nel liquido lacrimale in tutti i pazienti con un decorso favorevole dell'ulcera corneale. In tutti i pazienti con un decorso complicato di ulcera corneale, la concentrazione di IL-8 era 8 volte superiore rispetto ai pazienti con un decorso favorevole della malattia. Pertanto, il contenuto di citochine proinfiammatorie (in particolare IL-8) nel liquido lacrimale di un'ulcera corneale può essere utilizzato come criterio prognostico per il decorso di questa malattia.
Riso. 4. Distribuzione dei livelli di IL-8 in
plasma da donatori sani (Novosibirsk).
Secondo i nostri dati e quelli della letteratura, l'IL-8 viene rilevata molto raramente nel siero di persone sane; La produzione spontanea di IL-8 da parte delle cellule mononucleate del sangue è stata osservata nel 62% dei donatori sani, mentre la produzione indotta è stata indotta nel 100%. L’intervallo delle concentrazioni di IL-8 era 0–34 pg/ml, la media era 2 pg/ml e l’intervallo normale era 0–10 pg/ml (Fig. 4).
Riso. 5. Distribuzione del livello di IL-8 nel plasma
donatori sani (Rubtsovsk).
Antagonista del recettore dell'interleuchina-1.
IL-1RA è una citochina ed è un oligopeptide con un peso molecolare di 18–22 kDa. IL-1RA è un inibitore endogeno di IL-1, prodotto da macrofagi, monociti, neutrofili, fibroblasti e cellule epiteliali. IL-1RA sopprime l'attività biologica delle interleuchine IL-1alfa e IL-1beta, competendo con esse per il legame al recettore cellulare.
Riso. 6. Distribuzione del livello di IL-1RA
nel plasma di donatori sani
La produzione di IL-1RA è stimolata da molte citochine, prodotti virali e proteine di fase acuta. IL-1RA può essere espresso attivamente nei focolai infiammatori di molte malattie croniche: artrite cronica reumatoide e giovanile, lupus eritematoso sistemico, lesioni cerebrali ischemiche, malattie infiammatorie intestinali, asma bronchiale, pielonefrite, psoriasi e altre. Nella sepsi si osserva l'aumento più elevato di IL-1RA, in alcuni casi fino a 55 ng/ml, ed è stato riscontrato che l'aumento delle concentrazioni di IL-1RA è correlato a una prognosi favorevole. Livelli elevati di IL-1RA sono stati osservati in donne altamente obese e questo livello diminuisce notevolmente entro 6 mesi dalla liposuzione. L’intervallo delle concentrazioni di IL-1RA era 0–3070 pg/ml, la media era 316 pg/ml. L'intervallo normale è 50–1000 pg/ml (Fig. 6).
Interferone alfa.
L'alfa-INF è una proteina monomerica non glicosilata con un peso molecolare di 18 kDa, che viene sintetizzata principalmente dai leucociti (linfociti B, monociti). Questa citochina può anche essere prodotta praticamente da qualsiasi tipo di cellula in risposta ad un’appropriata stimolazione; le infezioni virali intracellulari possono essere potenti stimolatori della sintesi di alfa-INF. Gli induttori dell'alfa-INF includono: virus e i loro prodotti, tra i quali il posto principale è occupato dall'RNA a doppio filamento prodotto durante la replicazione virale, nonché batteri, micoplasmi e protozoi, citochine e fattori di crescita (come IL-1, IL -2, alfa -TNF, fattori stimolanti le colonie, ecc.). La reazione protettiva iniziale della risposta immunitaria antibatterica non specifica dell'organismo comprende l'induzione di INF alfa e beta. In questo caso viene prodotto dalle cellule presentanti l’antigene (macrofagi) che hanno catturato i batteri. Gli interferoni (compreso l'alfa-INF) svolgono un ruolo importante nella parte non specifica della risposta immunitaria antivirale. Migliorano la resistenza antivirale inducendo nelle cellule la sintesi di enzimi che sopprimono la formazione di acidi nucleici e proteine virali. Inoltre, hanno un effetto immunomodulatore e migliorano l’espressione dei principali antigeni del complesso di istocompatibilità nelle cellule. Cambiamenti nel contenuto di alfa-INF sono stati rilevati nell'epatite e nella cirrosi epatica di eziologia virale. Al momento dell'esacerbazione delle infezioni virali, la concentrazione di questa citochina aumenta significativamente nella maggior parte dei pazienti e durante il periodo di convalescenza scende a livelli normali. È stata dimostrata una relazione tra il livello sierico di alfa-INF e la gravità e la durata dell'infezione influenzale.
Riso. 7. Distribuzione del livello Alpha-INF
nel plasma di donatori sani.
Un aumento della concentrazione di alfa-INF si nota nel siero della maggior parte dei pazienti affetti da malattie autoimmuni, come poliartrite, artrite reumatoide, spondilosi, artrite psoriasica, polimialgia reumatica e sclerodermia, lupus eritematoso sistemico e vasculite sistemica. Un livello elevato di questo interferone si osserva anche in singoli pazienti durante l'esacerbazione dell'ulcera peptica e della colelitiasi. L’intervallo delle concentrazioni di alfa-INF era compreso tra 0 e 93 pg/ml, la media era 20 pg/ml. Il range normale arriva fino a 45 pg/ml (Fig. 7).
Anticorpi contro l'alfa INF.
Gli anticorpi contro l'alfa-IFN possono essere rilevati nel siero di pazienti affetti da lupus eritematoso somatico. L'induzione spontanea di anticorpi contro l'alfa-INF è stata osservata anche nei sieri di pazienti affetti da varie forme di cancro. In alcuni casi, anticorpi contro l'alfa-INF sono stati trovati nei sieri di pazienti infetti da HIV, così come nel liquido cerebrospinale e nei sieri di pazienti con meningite durante la fase acuta e nei sieri di pazienti con poliartrite cronica.
Riso. 8. Distribuzione del livello di anticorpi contro l'alfa-INF
nel plasma di donatori sani.
L'alfa-INF è uno dei farmaci terapeutici antivirali e antitumorali efficaci, ma il suo uso a lungo termine può portare alla produzione di anticorpi specifici contro l'alfa-INF. Ciò riduce l'efficacia del trattamento e in alcuni casi provoca vari effetti collaterali: dall'influenza allo sviluppo di malattie autoimmuni. Per questo motivo, durante la terapia con INF, è importante monitorare il livello di anticorpi contro l’INF alfa nel corpo del paziente. La loro formazione dipende dal tipo di farmaco utilizzato in terapia, dalla durata del trattamento e dal tipo di malattia. L’intervallo delle concentrazioni di anticorpi anti-IFN era compreso tra 0 e 126 ng/ml, con una media di 6,2 ng/ml. Il range normale è fino a 15 ng/ml (Fig. 8). La valutazione del livello di citochine utilizzando kit di reagenti prodotti commercialmente da Vector-Best CJSC consente un nuovo approccio allo studio dello stato del sistema immunitario del corpo nella pratica clinica.
Farmaci immunotropi a base di citochine.
Interessante lavoro A. S. Simbirtseva, Istituto statale di ricerca sui preparati biologici altamente puri del Ministero della Salute russo, San Pietroburgo). Le citochine possono essere isolate in un nuovo sistema indipendente per la regolazione delle funzioni di base del corpo, esistente insieme alla regolazione nervosa ed endocrina e associato principalmente al mantenimento dell'omeostasi durante l'introduzione di agenti patogeni e alla violazione dell'integrità dei tessuti. Questa nuova classe di molecole regolatrici è stata creata dalla natura nel corso di milioni di anni di evoluzione e ha un potenziale illimitato per l’uso come farmaci. All'interno del sistema immunitario, le citochine mediano la relazione tra reazioni protettive non specifiche e immunità specifica, agendo in entrambe le direzioni. A livello corporeo, le citochine comunicano tra i sistemi immunitario, nervoso, endocrino, ematopoietico e altri e servono a coinvolgerli nell'organizzazione e nella regolazione delle reazioni protettive. La forza trainante dietro lo studio intensivo delle citochine è sempre stata la promettente prospettiva del loro uso clinico per il trattamento di malattie diffuse, tra cui il cancro, le malattie infettive e le malattie da immunodeficienza. In Russia sono registrati numerosi preparati di citochine, tra cui interferoni, fattori stimolanti le colonie, interleuchine e loro antagonisti e fattore di necrosi tumorale. Tutti i preparati di citochine possono essere suddivisi in naturali e ricombinanti. I farmaci naturali sono preparati più o meno purificati, ottenuti dal mezzo di coltura di cellule eucariotiche stimolate, principalmente cellule umane. Gli svantaggi principali sono il basso grado di purificazione, l'impossibilità di standardizzazione a causa dell'elevato numero di componenti e l'uso di componenti del sangue nella produzione. A quanto pare, il futuro della terapia con citochine è associato ai farmaci geneticamente modificati ottenuti utilizzando gli ultimi progressi della biotecnologia. Negli ultimi due decenni i geni della maggior parte delle citochine sono stati clonati e si sono ottenuti analoghi ricombinanti che replicano completamente le proprietà biologiche delle molecole naturali. Esistono tre principali aree di utilizzo delle citochine nella pratica clinica:
1) terapia con citochine per attivare le reazioni di difesa dell'organismo, l'immunomodulazione o reintegrare la mancanza di citochine endogene,
2) terapia immunosoppressiva anti-citochine mirata a bloccare gli effetti biologici delle citochine e dei loro recettori,
3) terapia genica con citochine per migliorare l'immunità antitumorale o correggere difetti genetici nel sistema delle citochine.
Numerose citochine possono essere utilizzate clinicamente per uso sistemico e locale. La somministrazione sistemica è giustificata nei casi in cui è necessario garantire l'azione delle citochine in diversi organi per un'attivazione più efficace del sistema immunitario o per attivare cellule bersaglio situate in diverse parti del corpo. In altri casi l'applicazione locale presenta numerosi vantaggi, poiché consente di raggiungere un'elevata concentrazione locale del principio attivo, agire in modo mirato sull'organo bersaglio ed evitare manifestazioni sistemiche indesiderate. Attualmente, le citochine sono considerate uno dei farmaci più promettenti per l’uso nella pratica clinica.
Conclusione.
Pertanto, attualmente non vi è dubbio che le citochine siano i fattori più importanti nell'immunopatogenesi. Lo studio del livello delle citochine ci consente di ottenere informazioni sull'attività funzionale di vari tipi di cellule immunocompetenti, il rapporto tra i processi di attivazione dei tipi T-helper I e II, che è molto importante nella diagnosi differenziale di una serie di malattie infettive e immunopatologiche processi. Le citochine sono proteine specifiche con l'aiuto delle quali le cellule del sistema immunitario possono scambiarsi informazioni e interagire. Oggi sono state scoperte più di cento diverse citochine, che convenzionalmente sono suddivise in proinfiammatorie (provocano l'infiammazione) e antinfiammatorie (prevengono lo sviluppo dell'infiammazione). Quindi, le varie funzioni biologiche delle citochine sono divise in tre gruppi: controllano lo sviluppo e l'omeostasi del sistema immunitario, controllano la crescita e la differenziazione delle cellule del sangue (sistema ematopoietico) e prendono parte a reazioni di difesa aspecifiche dell'organismo, influenzando l'infiammazione processi, coagulazione del sangue, pressione sanguigna.
Elenco della letteratura usata.
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Riassunto >> Medicina, saluteMa è possibile anche quello alimentare. Certo ruolo durante l'infezione aerogena gioca... gioca, secreto da macrofagi e monociti citochina– fattore di necrosi tumorale (TNFα). ... ioni, ogni cellula ha certo un sistema che prevede il trasporto di sostanze...
S.V. Bellmer, A.S. Simbirtsev, O.V. Golovenko, L.V. Bubnova, L.M. Karpina, NE Shchigoleva, T.L. Michailova. /Centro di ricerca statale di coloproctologia dell'Università medica statale russa, Mosca e Istituto statale di ricerca di preparati biologici altamente puri, San Pietroburgo.
S.V. Sennikov, A.N. Silkov // Journal "Cytokines and Inflammation", 2005, n. 1 T. 4, n. 1. P.22-27.
T.G. Ryabicheva, N.A. Varaksin, N.V. Timofeeva, M.Yu. Rukavishnikov, materiali dal lavoro di Vector-Best JSC.
A. S. Simbirtsev, Istituto statale di ricerca sui preparati biologici altamente puri del Ministero della sanità russo, San Pietroburgo.
Ketlinsky S.A., Simbirtsev A.S.. Istituto statale di ricerca per preparati biologici altamente puri, San Pietroburgo.
T.A. Shumatova, V.B. Shumatov, E.V. Markelova, L.G. Sukhoteplaya. Dipartimento di Anestesiologia e Rianimatologia, Università medica statale di Vladivostok.
Il lavoro ha utilizzato materiali dal sito http://humbio.ru/humbio/spid/000402c2.htm
alcuni agenti patogeni di malattie infettive. Sì, norsulfazolo...
E immunoregolazione, che sono secreti da cellule non endocrine (principalmente immunitarie) e hanno un effetto locale sulle cellule bersaglio vicine.
Le citochine regolano le interazioni intercellulari e intersistemiche, determinano la sopravvivenza cellulare, la stimolazione o la soppressione della loro crescita, differenziazione, attività funzionale e apoptosi e assicurano anche il coordinamento delle azioni dei sistemi immunitario, endocrino e nervoso a livello cellulare in condizioni normali e in risposta alle influenze patologiche.
Una caratteristica importante delle citochine che le distingue dagli altri bioligandi è che non vengono prodotte “in riserva”, non vengono depositate, non circolano a lungo nel sistema circolatorio, ma sono prodotte “on demand”, vivono per un breve periodo tempo e hanno un effetto locale sulle cellule vicine -bersagli.
Si formano le citochine, insieme alle cellule che le producono "sistema microendocrino" , che garantisce l'interazione delle cellule del sistema immunitario, ematopoietico, nervoso ed endocrino. In senso figurato, possiamo dire che con l'aiuto delle citochine, le cellule del sistema immunitario comunicano tra loro e con altre cellule del corpo, trasmettendo comandi dalle cellule produttrici di citochine per modificare lo stato delle cellule bersaglio. E da questo punto di vista le citochine possono essere richiamate per il sistema immunitario "citotrasmettitori", "citotrasmettitori" o "citomodulatori" per analogia con neurotrasmettitori, neurotrasmettitori e neuromodulatori del sistema nervoso.
Il termine "citochine" è stato proposto da S. Cohen nel 1974.
Citochine insieme a Fattori di crescita fare riferimento a istoormoni (ormoni tissutali) .
Funzioni delle citochine
1. Proinfiammatorio, cioè favorendo il processo infiammatorio.
2. Antinfiammatorio, cioè inibendo il processo infiammatorio.
3. Crescita.
4. Differenziazione.
5. Normativa.
6. Attivazione.
Tipi di citochine
1. Interleuchine (IL) e fattore di necrosi tumorale (TNF)
2. Interferoni.
3. Piccole citochine.
4. Fattori stimolanti le colonie (CSF).
Classificazione funzionale delle citochine
1. Proinfiammatorio, garantendo la mobilitazione della risposta infiammatoria (interleuchine 1,2,6,8, TNFα, interferone γ).
2. Antinfiammatorio, limitando lo sviluppo dell'infiammazione (interleuchine 4,10, TGFβ).
3. Regolatori dell'immunità cellulare e umorale (naturali o specifici), aventi le proprie funzioni effettrici (antivirali, citotossiche).
Meccanismo d'azione delle citochine
Le citochine vengono rilasciate da una cellula attiva che produce citochine e interagiscono con i recettori sulle cellule bersaglio situate vicino ad essa. Pertanto, un segnale viene trasmesso da una cellula all'altra sotto forma di una sostanza di controllo peptidica (citochina), che innesca in essa ulteriori reazioni biochimiche. È facile vedere che le citochine, per il loro meccanismo d'azione, sono molto simili a neuromodulatori, ma solo loro non sono secreti dalle cellule nervose, ma immune e alcuni altri.
Le citochine sono attive a concentrazioni molto basse, la loro formazione e secrezione avviene a breve termine e sono strettamente regolate.
Nel 1995 si conoscevano più di 30 citochine e nel 2010 erano già più di 200.
Le citochine non hanno una specializzazione rigorosa: lo stesso processo può essere stimolato in una cellula bersaglio da diverse citochine. In molti casi, si osserva un sinergismo nelle azioni delle citochine, ad es. rinforzo reciproco. Le citochine non hanno specificità antigenica. Pertanto, la diagnosi specifica delle malattie infettive, autoimmuni e allergiche determinando il livello di citochine è impossibile. Ma in medicina, la determinazione della loro concentrazione nel sangue fornisce informazioni sull’attività funzionale di vari tipi di cellule immunocompetenti; sulla gravità del processo infiammatorio, sulla sua transizione al livello sistemico e sulla prognosi della malattia.
Le citochine agiscono sulle cellule legandosi ai loro recettori superficiali. Il legame di una citochina ad un recettore porta, attraverso una serie di passaggi intermedi, all'attivazione dei geni corrispondenti. La sensibilità delle cellule bersaglio all'azione delle citochine varia a seconda del numero di recettori delle citochine presenti sulla loro superficie. Il tempo per la sintesi delle citochine, di regola, è breve: il fattore limitante è l'instabilità delle molecole di mRNA. Alcune citochine (p. es., i fattori di crescita) vengono prodotte spontaneamente, ma la maggior parte delle citochine viene secreta in modo inducibile.
La sintesi delle citochine è spesso indotta da componenti e prodotti microbici (ad esempio, l'endotossina batterica). Inoltre, una citochina può fungere da induttore per la sintesi di altre citochine. Ad esempio, l'interleuchina-1 induce la produzione di interleuchine-6, -8, -12, che assicurano la natura a cascata del controllo delle citochine. Gli effetti biologici delle citochine sono caratterizzati da polifunzionalità o pleiotropia. Ciò significa che la stessa citochina esibisce un'attività biologica multidirezionale e, allo stesso tempo, diverse citochine possono svolgere la stessa funzione. Ciò garantisce il margine di sicurezza e l'affidabilità del sistema di chemioregolazione delle citochine. Quando influenzano congiuntamente le cellule, le citochine possono agire entrambe sinergici, e in termini di qualità antagonisti.
Le citochine sono peptidi regolatori prodotti dalle cellule del corpo. Una definizione così ampia è inevitabile a causa dell’eterogeneità delle citochine, ma richiede ulteriori chiarimenti. Innanzitutto, le citochine includono polipeptidi semplici, molecole più complesse con legami disolfuro interni e proteine costituite da due o più subunità identiche o diverse, con un peso molecolare compreso tra 5 e 50 kDa. In secondo luogo, le citochine sono mediatori endogeni che possono essere sintetizzati da quasi tutte le cellule nucleate del corpo e i geni di alcune citochine sono espressi in tutte le cellule del corpo senza eccezioni.
Il sistema delle citochine comprende attualmente circa 200 singole sostanze polipeptidiche. Tutti hanno una serie di caratteristiche biochimiche e funzionali comuni, tra le quali le più importanti sono le seguenti: pleiotropia e intercambiabilità dell'azione biologica, mancanza di specificità antigenica, trasmissione del segnale attraverso l'interazione con specifici recettori cellulari, formazione di una rete di citochine. A questo proposito, le citochine possono essere isolate in un nuovo sistema indipendente per la regolazione delle funzioni corporee, che esiste insieme alla regolazione nervosa e ormonale.
Apparentemente, la formazione del sistema di regolazione delle citochine si è evoluta insieme allo sviluppo di organismi multicellulari ed è dovuta alla necessità di formazione di mediatori dell'interazione intercellulare, che possono includere ormoni, neuropeptidi e molecole di adesione. A questo proposito, le citochine sono il sistema di regolazione più universale, poiché sono in grado di mostrare attività biologica sia a distanza dopo la secrezione da parte della cellula produttrice (localmente e sistemicamente), sia durante il contatto intercellulare, essendo biologicamente attive sotto forma di membrana. Questo sistema di citochine differisce dalle molecole di adesione, che svolgono funzioni più ristrette solo durante il contatto diretto delle cellule. Allo stesso tempo, il sistema delle citochine differisce dagli ormoni, che vengono sintetizzati principalmente da organi specializzati ed esercitano i loro effetti dopo essere entrati nel sistema circolatorio.
Le citochine hanno effetti biologici pleiotropici su vari tipi di cellule, partecipando principalmente alla formazione e alla regolazione delle reazioni di difesa dell'organismo. La protezione a livello locale si sviluppa attraverso la formazione di una tipica risposta infiammatoria dopo l'interazione dei patogeni con i recettori di riconoscimento dei pattern (recettori Toll di membrana) seguita dalla sintesi delle cosiddette citochine proinfiammatorie. Sintetizzate nel sito dell'infiammazione, le citochine colpiscono quasi tutte le cellule coinvolte nello sviluppo dell'infiammazione, inclusi granulociti, macrofagi, fibroblasti, cellule endoteliali ed epiteliali e poi linfociti T e B.
All'interno del sistema immunitario, le citochine mediano la relazione tra reazioni protettive non specifiche e immunità specifica, agendo in entrambe le direzioni. Un esempio di regolazione delle citochine dell'immunità specifica è la differenziazione e il mantenimento dell'equilibrio tra i linfociti T helper di tipo 1 e 2. In caso di fallimento delle reazioni protettive locali, le citochine entrano in circolazione e la loro azione si manifesta a livello sistemico, portando allo sviluppo di una risposta di fase acuta a livello corporeo. Allo stesso tempo, le citochine influenzano quasi tutti gli organi e i sistemi coinvolti nella regolazione dell’omeostasi. L'effetto delle citochine sul sistema nervoso centrale porta a cambiamenti nell'intero complesso delle reazioni comportamentali, nella sintesi della maggior parte degli ormoni, nelle proteine della fase acuta nel fegato, nell'espressione dei geni per i fattori di crescita e differenziazione e nella composizione ionica del sistema nervoso centrale. il plasma cambia. Tuttavia, nessuno dei cambiamenti che si verificano è di natura casuale: tutti sono necessari per l'attivazione diretta di reazioni protettive, oppure sono utili in termini di commutazione dei flussi di energia per un solo compito: combattere l'agente patogeno invasore. A livello corporeo, le citochine comunicano tra i sistemi immunitario, nervoso, endocrino, ematopoietico e altri e servono a coinvolgerli nell'organizzazione e nella regolazione di un'unica reazione protettiva. Le citochine fungono da sistema organizzativo che forma e regola l'intero complesso di cambiamenti fisiopatologici durante l'introduzione degli agenti patogeni.
Negli ultimi anni è diventato chiaro che il ruolo regolatore delle citochine nell’organismo non si limita solo alla risposta immunitaria e può essere suddiviso in quattro componenti principali:
Regolazione dell'embriogenesi, formazione e sviluppo di un numero di organi, compresi gli organi del sistema immunitario.
Regolazione di alcune normali funzioni fisiologiche, come la normale emopoiesi.
Regolazione delle reazioni di difesa dell'organismo a livello locale e sistemico.
Regolazione dei processi di rigenerazione per ripristinare i tessuti danneggiati.
Le citochine includono interferoni, fattori stimolanti le colonie (CSF), chemochine, fattori di trasformazione della crescita; fattore di necrosi tumorale; interleuchine con numeri di serie storicamente stabiliti e alcuni altri. Le interleuchine, avendo numeri seriali a partire da 1, non appartengono allo stesso sottogruppo di citochine legate da funzioni comuni. A loro volta possono essere suddivisi in citochine proinfiammatorie, fattori di crescita e differenziazione dei linfociti e singole citochine regolatorie. Il nome "interleuchina" viene assegnato a un mediatore appena scoperto se vengono soddisfatti i seguenti criteri sviluppati dal comitato di nomenclatura dell'Unione internazionale delle società immunologiche: clonazione molecolare ed espressione del gene del fattore studiato, presenza di un nucleotide unico e la corrispondente sequenza aminoacidica e la produzione di anticorpi monoclonali neutralizzanti. Inoltre, la nuova molecola deve essere prodotta dalle cellule del sistema immunitario (linfociti, monociti o altri tipi di globuli bianchi), avere un’importante funzione biologica nella regolazione della risposta immunitaria e avere funzioni aggiuntive, motivo per cui non può ricevere un nome funzionale. Infine, le proprietà elencate della nuova interleuchina devono essere pubblicate in una pubblicazione scientifica sottoposta a revisione paritaria.
La classificazione delle citochine può essere effettuata in base alle loro proprietà biochimiche e biologiche, nonché in base ai tipi di recettori attraverso i quali le citochine svolgono le loro funzioni biologiche. La classificazione delle citochine per struttura (Tabella 1) tiene conto non solo della sequenza aminoacidica, ma soprattutto della struttura terziaria della proteina, che riflette più accuratamente l'origine evolutiva delle molecole.
Citochine- questa è una vasta famiglia di peptidi biologicamente attivi che hanno un effetto simile agli ormoni e assicurano l'interazione delle cellule del sistema immunitario, ematopoietico, endocrino e nervoso.
A seconda delle cellule produttrici si distinguono interleuchine, monochine e linfochine. La raccolta di citochine dal sistema immunitario forma una “cascata di citochine”. La stimolazione dell'antigene porta alla secrezione di citochine di "prima generazione" - fattore di necrosi tumorale α, interleuchine -1 β e - δ, che inducono la biosintesi della citochina regolatrice centrale IL-2, nonché IL-3, IL-4, IL-5, γ-interferone (citochine di seconda generazione). A loro volta, le citochine di seconda generazione influenzano la biosintesi delle citochine precoci. Questo principio di funzionamento permette di coinvolgere nella reazione un numero sempre maggiore di cellule.
I principali produttori di citochine sono le cellule T-helper e i macrofagi.
Nel processo di crescita e differenziazione delle cellule del sangue, così come nello sviluppo della risposta immunitaria, si verifica la modulazione (induzione, potenziamento, indebolimento) dell'espressione del recettore, a seguito della quale la capacità di una particolare cellula di rispondere a un particolare cambiamenti delle citochine. Le citochine spesso fungono da modulatori dell'espressione dei recettori e in alcuni casi una citochina può modificare l'espressione del proprio recettore.
Principali proprietà delle citochine:
- sintetizzato durante la risposta immunitaria;
- regolare il processo di risposta immunitaria;
- sono attivi a concentrazioni molto basse;
- sono fattori di crescita e differenziazione cellulare;
- capace di svolgere numerose funzioni in un'ampia gamma di tessuti e cellule (effetto pleiotropico);
- capace di produrre effetti biologici simili (fenomeno di duplicazione);
- può essere prodotto da un’ampia varietà di cellule.
Le citochine proinfiammatorie includono IL-1β, IL-2, IL-6, IL-8, γ-IFN, TNF-α e le citochine antinfiammatorie includono IL-4, IL-10, IL-13.
Oggi si distinguono le seguenti classi di citochine:
- interleuchine (che svolgono numerose funzioni);
- interferoni (limitano la diffusione delle infezioni intracellulari e hanno un effetto immunoregolatore);
- fattori stimolanti le colonie (regolano la differenziazione e la divisione dei precursori dei leucociti);
- chemochine (provare la migrazione cellulare verso il sito dell'infiammazione);
- fattori di necrosi tumorale (hanno un effetto proinfiammatorio e mediano l'induzione dell'apoptosi delle cellule compromesse);
- fattori di crescita (regolano la proliferazione di varie cellule, favorendo la guarigione delle ferite e riparando i difetti causati dall'infiammazione).
Fattore α stimolante le colonie di granulociti-macrofagi
Il fattore stimolante le colonie di granulociti-macrofagi α (GM-CSF-α), insieme all'IL-3, è un fattore ematopoietico pluripotente precoce. Supporta la crescita clonale dei precursori del midollo osseo dei granulociti-macrofagi. Le cellule bersaglio del GM-CSF comprendono anche granulociti maturi, monociti ed eosinofili. Stimola l'attività antimicrobica e antitumorale dei neutrofili, degli eosinofili e dei macrofagi e induce la loro biosintesi di alcune citochine (TNF-α, IL-1, M-CSF). Il GM-CSF inibisce la migrazione dei neutrofili, favorendone l'accumulo nell'area dell'infiammazione. I produttori di GM-CSF sono linfociti T, monociti, fibroblasti e cellule endoteliali stimolati.
Fattore stimolante le colonie di granulociti
Il fattore stimolante le colonie di granulociti (G-CSF) è un fattore ematopoietico successivo rispetto al GM-CSF. Stimola la crescita delle colonie quasi esclusivamente di granulociti e attiva i neutrofili maturi. Secreto da macrofagi, fibroblasti, cellule stromali endoteliali e del midollo osseo. L'uso clinico del G-CSF ha lo scopo di ripristinare il numero di neutrofili nel sangue durante la leucopenia.
Fattore stimolante le colonie di macrofagi
Il fattore stimolante le colonie di macrofagi (M-CSF) stimola lo scavo delle colonie di macrofagi dai precursori del midollo osseo. Provoca la proliferazione e attiva i macrofagi maturi, inducendone la biosintesi di IL-1β, G-CSF, interferoni, prostaglandine, aumentandone la citotossicità verso le cellule infette e tumorali. I produttori di citochine sono i fibroblasti, le cellule endoteliali e i linfociti.
Eritropoietina
L'eritropoietina è la principale citochina che regola la formazione dei globuli rossi da precursori immaturi del midollo osseo. L'organo principale in cui si forma l'eritropoietina durante lo sviluppo neonatale è il fegato. Nel periodo postnatale viene prodotto principalmente di notte.
Le chemochine sono citochine specializzate che causano il movimento diretto dei leucociti. Negli esseri umani sono state descritte più di 30 diverse chemochine.
Le chemochine sono prodotte da leucociti, piastrine, cellule endoteliali, epitelio, fibroblasti e alcune altre cellule. La regolazione della produzione di chemochine viene effettuata da citochine pro e antinfiammatorie. Le chemochine vengono classificate in base alla posizione dei primi due residui di cisteina nella molecola. In questo caso si distinguono i seguenti tipi di molecole:
- α-chemochine - chemiotattici dei neutrofili (IL-8, IL-10, ecc.);
- β-chemochine: partecipano allo sviluppo dell'infiammazione prolungata (RANTES, MIP-1, -2, -3, -4);
- Le γ-chemochine sono chemiotattici dei linfociti T CD4+ e CD8+, nonché delle cellule killer naturali (linfotattina);
- la fractalchina è una chemochina specifica per i linfociti T;
- chemochine di natura lipidica (in particolare fattore di attivazione piastrinica).
Il fattore di necrosi tumorale α (TNF-α) è uno dei regolatori centrali dell’immunità innata (insieme a IL-1β, α/β-IFN). Presenta molte attività biologiche, una parte significativa delle quali sono simili a IL-1β. La presenza a lungo termine di TNF-α nel flusso sanguigno porta all'esaurimento del tessuto muscolare e adiposo (cachessia) e alla soppressione dell'ematopoiesi. Molti degli effetti biologici del TNF-α sono potenziati dal γ-IFN. Le principali cellule produttrici di citochine sono i macrofagi, che la secernono quando stimolati da prodotti batterici, così come le cellule natural killer (NK).
Linfotossina
La linfotossina (LT, TNF-β) è una delle prime citochine descritte. Gli spettri dell'attività biologica di LT e TNF-α sono identici. Le citochine possono svolgere un ruolo nell’immunità antitumorale, antivirale e nell’immunoregolazione. Le cellule che producono LT sono linfociti T attivati. Materiale dal sito
Il fattore di crescita trasformante β (TGF-β) è una citochina multifunzionale, secreta dai linfociti T negli stadi avanzati di attivazione e ha un effetto soppressivo sulla proliferazione delle cellule T e B. Può essere prodotto anche da macrofagi, piastrine, cellule
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