Современные представления о медиаторах лихорадки и их роль в патологии
Любое повреждение, независимо от его природы, вызывает комплекс защитно-приспособительных реакций, в состав которых входит лихорадка. Уже вскоре после открытия в 1940 г. лейкоцитарного эндогенного пирогена была установлена его связь с разнообразными изменениями в организме. А когда начали появляться сообщения о лимфоцит - активирующем факторе (ЛАФ), продуцируемом клетками моноцитарно - макро - фагальной системы, изучение физико-химических свойств этого фактора показало, что он во многом напоминает эндогенный пироген. Детальное изучение и расшифровка молекулярной структуры ЛАФ, эндогенного пирогена, а также и других лейкоцитарных факторов (лейкоцитарного эндогенного фактора, мононуклеарно - клеточного фактора, катаболина) позволило Международному комитету экспертов по лимфокинам (1979 г.) переименовать данную группу биологически активных молекул в интерлейкин 1 (ИЛ ₁ ). Принятию данного решения способствовало и клонирование путем генной инженерии участков гена, кодирующего синтез ИЛ ₁ и подтверждение разнообразных свойств рекомбинантного ИЛ ₁ . Но работы по идентификации ИЛ ₁ и других факторов ведутся и по сей день и в качестве стимуляторов использованы самые разнообразные факторы органической и неорганической природы. Наиболее активными стимуляторами являются: липополисахариды из Е. Со1i, пирогенал, продигиозан с анальгином. Большая стимулирующая активность в - в органической природы, имеющих свое происхождение из различных микроорганизмов подтверждает положение о том, что ИЛ ₁ является одним из самых древних в эволюционном плане факторов, обеспечивающих эффективную защиту организма в ответ на проникновение разнообразных инфекционных факторов. С другой стороны детальное изучение на самых разнообразных модельных системах in vivo, так и in vitro: - у больных с бактериальной инфекцией, с повреждениями (ожоги, травмы и пр.) или с хроническими воспалительными процессии - подтвердило множественность биологических эффектов ИЛ ₁ . Все они хорошо увязываются в картину острофазных реакций организма, заключающихся в потере аппетита, заторможенности, сонливости, лихорадке, миалгии, артралгии и возрастании в сыворотке острофазных белков, синтезируемых печенью (сывороточный амилоид А, С - реактивный белок, компоненты комплемента и т.д.) Поскольку все вышеописанное является физиологическим ответом на различные стрессорные воздействия, то, по-видимому, стресс можно представить как генерализованную системную реакцию организма при попадании в циркуляторное русло большого количества ИЛ ₁ .Поэтому ИЛ ₁ - это центральная молекула при ответе организма на любые повреждающие воздействия.
1. Молекулярная структура ИЛ ₁ . Это полипептид, состоящий из 156-270 аминокислот, с молекулярной массой 12-30 к Д, который способен агрегироваться в более крупные комплексы и ассоциироваться с белком (альбумином), а также переходить из высокомолекулярного в низкомолекулярное состояние не теряя при этом своей активности. Так из мочи выделены ИЛ ₁ - подобные вещества с молекулярной массой 2-4 к Д, обладающие почти полной биологической активностью, присущей ИЛ ₁ . ИЛ ₁ существует в 2-х формах: в молекуле a ИЛ ₁ имеется 1 цистеиновый остаток, а в b ИЛ ₁ - два, что делает его более чувствительным к окислению. Действие ИЛ ₁ не ограничено ни антигенами гистосовместимости, ни видовым барьером.
2. Биологическое действие ИЛ ₁ . При повреждении или воздействии антигенного стимула происходит активация прежде всего клеток моноцитарно-макрофагальной системы - моноцитов, а так же перитонеальные макрофаги, зрелые макрофаги костного мозга. При этом способность к продукции ИЛ ₁ возрастает с увеличением размера и степени зрелости макрофага. Далее в процесс продукции ИЛ ₁ вовлекаются и многие другие клетки (В -лимфоциты, нейтрофилы, эндотелиальные клетки, фибробласты, ЕКК, клетки нейроглии), но эта способность приобретается только после первичной их активации ИЛ ₁ Процесс синтеза ИЛ ₁ представляет собой активный процесс, требующий синтеза м РНК и белка de novo. Так показано, что через 2 часа после стимуляции продуцентов ИЛ ₁ появляется специфическая м РНК, а к 3 часам - начинает секретироваться и сам ИЛ ₁ . При этом существует крупномолекулярный пептидный предшественник, проявляющий все биологические свойства ИЛ ₁ .
В процессе развития воспалительного процесса ИЛ ₁ организует как местные так и общие его проявления. Активированный антигеном макрофаг, помимо представления его покоящихся Т-хелперам, начинает выработку ИЛ ₁ . При этом ИЛ ₁ вызывает экспрессию на поверхностной мембране Т-клетки рецепторов для ИЛ ₂ , который затем уже сам поддерживает этот процесс (аутокринный эффект), и начинает продуцировать ИЛ ₂ , необходимый для дальнейшего деления этих клеток и их дифференцировки. Таким образом, понятен факт усиления активности Т-хелперов при повышении температуры тела. Кроме преимущественного влияния на хелперные Т-клетки, ИЛ ₁ подавляет Т - супрессоры, т.е. поддерживает баланс между ними. Необходимо отметить, что наибольший эффект ИЛ ₁ проявляет при воздействии на тимоциты и по сему данное свойство лежит в основе самого распространенного биотеста определения активности ИЛ ₁ .
В - лимфоциты так же имеют свои специализированные, ростовые и дифференцированные факторы (ИЛ ₄ , ₅ , ₆ ), но как и Т-клетки нуждаются на инициальной фазе активации в ИЛ ₁ . ИЛ ₁ способствует как пролиферации, так и дифференцировке В - клеток. При этом ИЛ ₁ индуцирует на поверхности мембранные иммуноглобулиновые рецепторы, а затем способствует и синтезу Ig M. В отношении В - лимфоцитов ИЛ ₁ наиболее активно выступает в содружестве с интерлейкином НР ₁ происходящим из Т-клеток.
Лимфоциты, представляющие первую линию защиты организма от чужеродных агентов, от трансформированных собственных клеток (злокачественный рост), а так же участвующих в элиминации стареющих клеток - ЕКК, - так же подвержены регуляторным воздействиям ИЛ ₁ . При этом ИЛ ₁ может как стимулировать основной регулятор активности ЕКК - интерферон (a , b и g -формы), так и оказывать прямое стимулирующее действие, но сочетанное действие дает максимальный эффект. Активированные ЕКК могут и сами выступать продуцентами ИЛ ₁ . Следует, однако, заметить, что повышение температуры снижает эффект ИЛ ₁ в отношении ЕКК.
Макрофаги участвующие в презентации антигена лимфоцитами не только обеспечивают " процессинг " его, и активируют Т и В -лимфоциты, но и поддерживают продукцию ИЛ ₁ (аутокринный эффект), вызывая экспрессию своих собственных генов и активируя синтез м РНК. Это доказано с помощью рекомбинантных и ИЛ ₁ и подтверждено при радиоиммунологическом определении b ИЛ ₁ в мононуклеарных клетках человека (основная форма ИЛ ₁ у человека).
Обладая свойствами хемоаттрактанта, ИЛ ₁ , продукция которого начинается как первичная реакция организма в ответ на любое повреждение, инфицирование или иммунизацию, способствует выраженному накоплению в этих участках организма фагоцитов - полинуклеаров и мононуклеаров, что может отграничить очаг от здоровых тканей. При начавшейся генерализации патологического процесса ИЛ ₁ значительно повышает их количество. Нейтрофилия со сдвигом влево объясняется способностью ИЛ ₁ стимулировать выход юных форм нейтрофилов из костного мозга в кровь. Активированные нейтрофилы под влиянием ИЛ ₁ высвобождают гранулы, содержащие ферменты и специфически связывающие белки. Этот процесс происходит с участием как внеклеточного, так и внутриклеточного Са ⁺⁺ . Кроме этого существуют данные в пользу участия в экзоцитозе метаболитов арахидоновой кислоты, особенно продукты липоксигеназного пути метаболизма. Активированные нейтрофилы способны так же и к синтезу ИЛ ₁ , что обеспечивает регуляцию собственной активности. Под влиянием ИЛ ₁ нейтрофилы продуцируют тромбоксан.
Действие ИЛ ₁ на эндотелиальные клетки может рассматриваться как один из ключевых моментов воспалительных реакций. При действии ИЛ ₁ на эндотелиальные клетки берет свое начало и именно от влияния ИЛ ₁ на эндотелиальные клетки зависит распространение процесса. ИЛ ₁ вызывает синтез эндотелиальными клетками простагландинов I ₂ и Е ₂ , обладающих вазадилятаторными свойствами. Кроме этого ИЛ ₁ , изменяя поверхностные мембранные свойства эндотелиальных клеток, повышает адгезивную активность и способствует тем самым краевому стоянию нейтрофилов, моноцитов, лимфоцитов. Этот эффект усиливается и выделяемым самими эндотелиальными клетками ИЛ ₁ . Далее под влиянием ИЛ ₁ происходит повышение прокоагуляционной активности у эндотелиальных клеток, активация VII фактора и тромбина, увеличение продукции ингибитора активатора плазминогена, что способствует свертыванию крови. Высвобождающийся из нейтрофилов тромбоксан так же способствует тромбообразованию через агрегацию тромбоцитов. В целом, эффекты ИЛ ₁ на эндотелий представляют собой хорошо скоординированное действие организма в плане локализации воспалительного процесса, а в случае его хронизации, опосредуемые ИЛ ₁ эффекторные механизмы могут поддерживать патологические изменения чаще всего в форме васкулитоподобных состояний.
Обеспечение протекания местных изменений при повреждении происходит и за счет активации ИЛ ₁ функции гепатоцитов. На уровне м РНК ИЛ ₁ активирует синтез сывороточного амилоида А, С - реактивного белка (увеличение в 100-1000 раз), С ₃ компонента комплемента a ₁ - антихимотрипсина, a -кислого гликопротеина, церуллоплазмина, гаптоглобулина, фибриногена. Кроме этого ИЛ ₁ включает еще один механизм защиты от инфекта. Связывание необходимых для жизнедеятельности микроорганизмов сывороточных ионов железа, меди и цинка металлопротеинами увеличивается за счет активации их синтеза под действием ИЛ ₁ . Такая же защита возможна и от опухолевых клеток. Следует иметь в виду и еще одну сферу метаболических влияний на гепатоциты: ИЛ ₁ увеличивает период полураспада лекарственных веществ.
Кроме изменения синтетических функций ИЛ ₁ способен влиять и на процессы катаболизма, что и определило в свое время его название - катаболин. ИЛ ₁ способен вызывать разрушение соединительно - тканных элементов, но одновременно происходит и активация процессов пролиферации и дифференцировки фибробластов за счет увеличения секреции коллагеназы. Т.е. обеспечивается более быстрое заживление ран. Фибробласты, активированные ИЛ ₁ , продуцируют ПГЕ ₂ , что определяет развитие таких компонентов острофазных реакций как артралгии и миалгии.
Одно из наиболее известных свойств ИЛ ₁ - повышение температуры, зависит от влияния его на нервные клетки. Существует две точки зрения: ИЛ ₁ может проникать в мозг через циркумвентрикулярные органы, лишенные гематоэнцефалического барьера, либо синтезируется в самих нервных клетках - астроцитах или микроглиальных клетках. В последних работах показано, что при введении пирогенала в сосудах мозга происходит краевое стояние нейтрофилов и моноцитов к эндотелию терминальных сосудов и при этом моноциты проникают в межэндотелиоцитарные контакты капилляра. При этом моноциты и эндотелиальные клетки выделяют ИЛ ₁ и микроглия преобразуется в макрофаги. Происходит увеличение ядра, цитоплазмы, активируются органеллы. Аналогичные изменения происходят и с перицитами, астроглией, при этом ее отростки врастают в цитоплазму прилегающих нейронов. В синаптическом аппарате нейронов наблюдается увеличение функционального напряжения: синаптические пузырьки образуют конгломераты, сливаются с синаптических мембран, тем самым увеличивая протяженность синаптического контакта. Активированные астроциты и клетки микроглии сами начинают синтезировать ИЛ ₁ . Существует мнение, что ИЛ ₁ сам непосредственно не влияет на центр терморегуляции, а возможно посредником выступают другие факторы. Наиболее вероятным является простагландин Е ₁ или Е ₂ . Доказательством этому является обнаружение ПГ в оттекающем ликворе, повышение температуры под действием ПГ, введенных в кроваток мозга или в гипоталамическую зону, подавление температуры ингибиторами циклооксигеназы и пр. Существует точка зрения, что ИЛ ₁ воздействует на систему опиоидных пептидов. Так при введении ИЛ ₁ и эндотоксина обнаружено увеличение концентрации b - эндорфина в сыворотке крови и в спинномозговой жидкости и сами опиоидные пептиды способны повышать температуру при введении их в различные отделы мозга. Видимо ИЛ ₁ конкурирует с рецепторами за опиоидные пептиды. Следует отметит, что влиянием ИЛ ₁ на нервную систему объясняется еще одно из острофазных проявлений повреждения - медленный сон (сонливость).
3. Регуляция выработки и действия ИЛ ₁ . В процессе выработки ИЛ ₁ моноциты продуцируют и факторы, регулирующие этот процесс. В противовес аутокринному эффекту в отношении самого ИЛ ₁ существует система арахидонового каскада: продукты циклогеназного пути окисления (ПГЕ ₂ ) подавляют продукцию этого монокина, предотвращая избыточное его накопление, в то время как метаболиты липогеназного пути (лейкотриены В ₄ и С ₄ ) активируют процесс его образования. Одним из факторов, поддерживающих продукцию ИЛ ₁ является макрофаг - активирующий фактор, вырабатываемый стимулированным Т-лимфоцитом. Возникающая при этом экспрессия рецепторов подавляется большим количеством ИЛ ₁ . Это имеет и значение с точки зрения регуляции ИКС-возврат к исходному состоянию и обеспечение возможности реагирования на новый антигенный стимул. При воздействии на нервную систему ИЛ ₁ формирует еще два канала регуляции своей активности. ИЛ ₁ посредством ПГЕ ₂ влияет на гипоталамус и стимулирует выработку АКТГ и, соответственно, глюкокортикоидов, которые, стабилизируя мембраны моноцитов, препятствуют выбросу внутриклеточного ИЛ ₁ . Так при глюкокортикоидной терапии снижается уровень ИЛ ₁ и исчезают лабораторные признаки острофазной реакции. Установлено, что некоторые из проявляемых ИЛ ₁ биологических активностей могут регулироваться нейропетидами, в частности - меланоцит - стимулирующим гормоном. Подавляются все эффекты ИЛ ₁ кроме митогенного в отношении Т -клеточных линий. В моче лихорадящих больных обнаружен белок-ингибитор ИЛ ₁ с молекулярной массой 20 к Д. Так же из мочи но беременных выделен белок - уромедулин с МВ 65кД. Он имеет структурное сходство с рецепторами для ИЛ ₁ , что позволяет рассматривать его как циркулирующую иммунорегуляторную форму рецептора для ИЛ ₁ . Уромедулин связывается с ИЛ ₁ и с высокой активностью блокирует способность ИЛ ₁ активировать лимфоциты. С уромедулином связывают уменьшение активности ревматоидного артрита при беременности.
4. Роль ИЛ ₁ в патологии. В процессе изучения свойств ИЛ ₁ накопился большой материал о роли его и в патологии. Учитывая значение ИЛ ₁ для стимуляции ИКС, выделяют интерлейкинзависимые формы иммуннодефицитных состояний. В пролиферативном ответе Т-клеток выделяют 4 этапа за каждый из которых отвечает самостоятельный ген: 1 - продукция ИЛ ₁ ; 2 - отвечаемость клеток - мишеней на ИЛ ₁ ; 3 - продукция ИЛ ₂ ; 4 -отвечаемость клеток-мишеней на ИЛ ₂ . Выявление генов, ответственных за продукцию ИЛ ₁ и ИЛ ₂ и рецептора для ИЛ ₂ (2,4,10 хромосомы) и получение рекомбинантных ИЛ ₁ и ИЛ ₂ позволило выявить 4 варианта ИДС, связанных с интерлейкинами: комбинированная форма ИЛ _1-2 со снижением их продукции (офтальмогерпес, лимфогранулематоз), снижение продукции одного их них (рак молочной железы, системная красная волчанка, хронический бронхит), уменьшение отвечаемости (болезнь Дауна, семейная гиперлипидемия), увеличение продукции ИЛ ₁ (псориаз, ревматоидный и травматический артрит, хронический холецистит и др.). К настоящему времени достаточно изучена роль ИЛ ₁ в воспалительных заболеваниях суставов. Синовиоциты и дендритные клетки продуцируют ИЛ ₁ и даже в большей степени, чем моноциты тех же больных. Вообще ИЛ ₁ в суставе действует на фибробласты, синовиоциты, хондроциты, дендритные клетки, а так же и на пришедшие туда Т и В лимфоциты. Вырабатываемые Ig M ревматоидные факторы стимулируют выработку ИЛ ₁ мононуклеарами, что обуславливает порочный круг накопления его. Фибробластами, синовиоцитами, хондроцитами усиленно продуцируются ПГЕ ₂ , гиалуроновая кислота, коллагеназа, гликозоаминогликан и другие факторы, а остеокластами - остеокластического фактора, высвобождающего Са ⁺⁺ из костной ткани. Все это ведет в конечном итоге к деминерализации кости и деградации протеогликана хряща. В костной ткани чувствительность клеток к ИЛ ₁ не одинакова и наиболее чувствительные фибробласты избирательно пролиферируют. что имеет значение при воспалении, репарации и неопластическом росте. (аналогично - в коже) Кристаллы уратов будучи стимуляторами продукции ИЛ ₁ , вызывают развитие подагрического артрита по тем же механизмам. Возвращаясь к роли ИЛ ₁ в деятельности ИКС, необходимо напомнить, что ИЛ ₁ способен регулировать соотношение Т-хелперов и Т -супрессоров. Так видимо, одной из причин недостаточности супрессорных лимфоцитов является недостаточность ИЛ ₁ (болезнь Ходжкина, туберкулез, опухоли и т.п.).
5. Возможности коррекции ИЛ -зависимой патологии. По принципу обратной связи - подавление лимфоцитзависимого эффекта ИЛ ₁ циклоспорином, глюкокортикоидами, ПГ. Подавление выработки ПГ как посредника ИЛ ₁ - нестероидные ингибиторы циклооксигеназы (лихорадка, миалгии, артралгии). Уменьшение выработки ИЛ ₁ на уровне макрофагов - Д -пеницилламин, соли золота и др. (ревматоидный артрит). Стимуляция выработки ИЛ ₁ для подавления Т - супрессоры. (болезнь Ходжкина, опухоли, туберкулез, системная красная волчанка). Заместительная терапия рекомбинантным ИЛ ₁ . Применение моноклональных антител с целью подавления ИЛ ₁ (и для определения количества). Экстракорпоральная гемосорбция - низкая молекулярная масса, высокая гидрофобность должны обеспечить связывание сорбентом. Требуется дальнейшее подтверждение возможностей метода.