Цитокины и цитокины при воспалении
Роль цитокинов при воспалении в легких.Начальный местный эффект провоспалительных цитокинов — это инициация воспаления за счет расширения сосудов, усиления местного кровотока (жар, краснота) и повышения их проницаемости, которые ведут к накоплению экссудата (отек, боль). Последующий местный эффект провоспалительных цитокинов — это индукция экспрессии на эндотелиальных клетках адгезионных молекул, связывающих циркулирующие в крови лейкоциты и способствующих их миграции из капилляров в ткани. Взаимодействие специальных адгезионных молекул на лейкоцитах и на эндотелиальных клетках позволяет лейкоцитам преодолевать барьер сосудистой стенки путем диапедеза. Дальнейшая миграция лейкоцитов через ткани в очаг инфекции или воспаления контролируется специальными молекулами — белками низкой молекулярной массы — хемокинами, которые продуцируются и секретируются не только активированными макрофагами, но и эндотелиальными клетками, фибробластами, гладкомышечными клетками. Их основная функция — служить для лейкоцитов хемоаттрактантами, рекрутировать их в очаг воспаления. По ходу миграции лейкоцитов хемокины оказывают на них и активирующее действие. Наряду с местными эффектами провоспалительные цитокины вызывают ряд системных реакций. В качестве эндогенных пирогенов, ответственных за развитие лихорадки, выступают IL-1 и IL-6. Те же цитокины индуцируют синтез белков острой фазы: С-реактивного белка (CRP), сывороточного амилоида Р, манноза-связывающего белка. Одним из системных эффектов провоспалительных цитокинов является индукция лейкоцитоза, т.е. увеличение количества циркулирующих лейкоцитов за счет ускорения их выхода из костного мозга и депо, где они могут длительно сохраняться в состоянии пристеночной адгезии.
Параллельно провоспалительные цитокины индуцируют на эндотелиальных клетках экспрессию молекул, запускающих процессы свертывания крови, что способствует формированию тромба, препятствующего распространению инфекции через кровеносное русло. Провоспалительные цитокины рекрутируют в очаг воспаления не только фагоцитирующие клетки, но и лимфоциты, в частности Т-лимфоциты, которые под влиянием тех же цитокинов активируются и начинают сами продуцировать и секретировать цитокины: IL-2, IL-4, IL-10, IL-13, IFNy и другие. Среди перечисленных цитокинов есть как провоспалительные (IFNy), так и противовоспалительные: IL-4, IL-10. Противовоспалительные цитокины могут ингибировать продукцию и секрецию провоспалительных цитокинов на более поздних этапах воспаления, когда включаются механизмы негативной регуляции с обратной связью. На модели интерстициального воспаления легких было показано, что вначале развивается диффузный альвеолит, который характеризуется рекрутированием в альвеолы и активацией макрофагов, гранулоцитов и лимфоцитов. Вслед за этим ранним воспалительным ответом усиливается пролиферация фибробластов и синтез компонентов внеклеточного матрикса. Во всех этих процессах участвуют цитокины: TNF-a, IL-1, MIP-1. Воспаление легкого заканчивается фиброзом за счет резкого увеличения содержания в легочной ткани гидроксипролина, стимуляции пролиферации фибробластов и депозиции белков внеклеточного матрикса. В динамике процесса воспаления легких аккумуляция и активация лейкоцитов ведут в конечном итоге к фиброзу. В участках активного фиброзирования легочной ткани выявляются цитокины, продуцируемые, в частности, легочными эозинофилами: IL-1, TGFp, IL-3, IL-5, IL-6, IL-8. Поддержание иммунного гомеостаза легких зависит от баланса достаточно эффективных защитных механизмов, обеспечивающих элиминацию вдыхаемых патогенов, и не менее эффективных механизмов ингибиции воспаления для ограничения последующего повреждения ткани легкого. — Также рекомендуем «Роль лимфоцитов при воспалении в легких.» Оглавление темы «Патогенез воспаления в легких.»: |
Оглавление темы «Селезенка. Лимфатические узлы. Стадии иммунного ответа. Формы иммунного ответа. Воспаление. Механизмы, контролирующие иммунную систему.»: Цитокиновый контроль имунной системы. Местное действие цитокинов. Механизм действия цитокинов на иммунитет.Цитокинами называют белковые и полипептидные молекулы, которые продуцируются клетками иммунной системы (лимфоцитами, мононукле-арными фагоцитами, дендритными клетками), а также стромальными клетками. Цитокины действуют на клетки, соединяясь со своими поверхностными рецепторами. Связывание цитокина с рецептором служит источником сигнала активации генов, который передается в ядро клетки. Чувствительность клеток-мишеней к действию цитокинов изменяется в зависимости от количества цитокиновых рецепторов на их поверхности. Время синтеза цитокина, как правило, краткосрочно: лимитирующим фактором служит нестабильность молекул мРНК. Отдельные цитокины (например, ростовые факторы) продуцируются спонтанно. Синтез цитокинов индуцируется: чаще всего, микробными компонентами и продуктами (например, бактериальным эндотоксином). Кроме того, один цитокин может служить индуктором синтеза других цитокинов (например, интерлейкин 1 индуцирует продукцию интерлейкинов-6, -8, -12), чем обеспечивается каскадный характер цитокинового контроля. Для биологических эффектов цитокинов характерно то, что один и тот же цитокин проявляет разную биологическую активность, в то же время одну и ту же функцию могут выполнять разные цитокины. Этим обеспечивается запас прочности системы цитокинового контроля. При совместном влиянии на клетки цитокины могут выступать в качестве синергистов или антагонистов. Большинство цитокинов оказывают наиболее выраженное влияние в ближайшем микроокружении клеток-продуцентов. Местное действие цитокинов может быть как аутокринное, так и паракринное, в зависимости от того, связывается ли цитокин с рецептором на самой клетке-продуценте, или — на соседней клетке. Системное (эндокринное) влияние цитокинов возможно только в случае интенсивного накопления их в циркулирующей крови (например, при эндотоксическом шоке). Обычно в крови присутствуют следовые количества цитокинов, недостаточные для проявления системных эффектов.
В костном мозге, в тимусе и лимфоидных органах постоянно происходит спонтанный синтез цитокинов, выполняющих функции ростовых факторов, которые связываются с рецепторами на клетках-предшественницах, стимулируя процессы их пролиферации и дифференцировки. В очаге инфекции бактериальные компоненты и продукты индуцируют синтез макрофагами так называемых провоспалительных цитокинов (интер-лейкины-1, -6, -8, туморнекротизирующий фактор), которые связываются с рецепторами на других макрофагах, лимфоцитах и эндотелиальных клетках. Их основные функции: усилить приток лейкоцитов из кровяного русла в очаг инфекции, активировать синтез фагоцитирующими клетками бактерицидных молекул — супероксидных и нитроксидных радикалов. В динамике процесса воспаления те же макрофаги начинают продуцировать противовоспалительные цитокины—интерлейкины-10, -13, трансформирующий ростовой фактор, которые связываются со своими рецепторами на клетках, посылая к ядру сигналы ингибиции функций фагоцитирующих клеток, в том числе продукции провоспалительных цитокинов. Цитокины, контролирующие силу и форму специфического иммунного ответа, продуцируются Thl (гамма-интерферон и туморнекротизирующий фактор бета) или Th2 (интерлейкины-4, -5, -6, -10, -13). Первая группа цитокинов обеспечивает перевес клеточного иммунного ответа над гуморальным, а вторая обеспечивает перевес гуморального иммунного ответа над клеточным. Например, продукт Th2 интерлейкин-4 ингибирует большинство функций макрофагов, активированных гамма-интерфероном. Ин-терлейкин-10 ингибирует представление антигена, продукцию провоспалительных цитокинов, является синергистом ИЛ-4. Продукт Thl гамма-интерферон ингибирует функции В-лимфоцитов, участвующих в гуморальном ответе. Таким образом, под влиянием отдельных цитокинов и их сочетаний может изменяться характер специфического иммунного ответа. Это значит, что от баланса цитокинов зависит эффективность противоинфек-ционной защиты, поскольку от внутриклеточно паразитирующих микроорганизмов эффективна клеточная защита, а против внеклеточно паразитирующих микроорганизмов эффективнее специфический гуморальный ответ. Цитокины выполняют функции межклеточных медиаторов, обеспечивающих передачу сигналов активации или ингибиции от одних клеток к другим. — Вернуться в оглавление раздела «Физиология человека.» |
Основные статьи: Цитокины, Воспаление
Действие цитокинов лишь на начальном этапе воспаления ограничивается очагом, а позже распространяется на весь организм (генерализуется). Одновременно реализуется множество механизмов, способствующих недопущению генерализации инфекционного агента.
Принципиально важным свойством макрофага является синтез мощных провоспалительных цитокинов (в первую очередь, ФНО-α, ИЛ-1β, ИЛ-6), которые, с одной стороны, поддерживают развитие воспалительной реакции, а с другой — активируют иммунокомпетентные клетки, готовя их к предстоящей антигенной презентации. Именно с высвобождением макрофагальных цитокинов связаны метаболические перестройки при воспалении и возникновение симптомов интоксикации.
Самым мощным цитокином этой группы является фактор некроза опухоли α (ФНО-α). Он выполняет ряд важнейших функций:
- стимулирует фагоцитоз и продукцию свободных радикалов фагоцитами;
- усиливает экспрессию адгезионных молекул эндотелием (например, Е-селектина, ICAM-1);
- является хемоаттрактантом для макрофагов и клеток Лангерганса;
- увеличивает продукцию гепатоцитами белков острой фазы;
- активирует липопротеинлипазу, способствуя тем самым мобилизации липидов из депо;
- действует на терморегуляторный центр (через высвобождение ПГЕ2), повышая температуру тела.
Кроме этого, ФНО-α способен самостоятельно индуцировать апоптоз скомпрометированных клеток путем взаимодействия с мембранным белком р55 (отсюда и не совсем правильное название данного цитокина).
Функции фактора некроза опухоли α частично перекрываются ИЛ-1β и ИЛ-6, поэтому тандем этих цитокинов практически неразрывно действует в очаге воспаления.
Так, интерлейкин-1β (ИЛ-1β) стимулирует Т-лимфоциты и повышает синтез ими интерлейкина-2 (ИЛ-2) и экспрессию рецептора к ИЛ-2. При действии ИЛ-1β преактивированные В-лимфоциты усиливают пролиферацию, а также экспрессию поверхностных молекул HLA II и рецепторов к ИЛ-2.
Эндотелиоциты под влиянием ИЛ-1β усиливают экспрессию молекул адгезии, начинают повышенный синтез простациклина, с чем связана вазодилатация и повышение сосудистой проницаемости.
ИЛ-1β вызывает выброс биогенных аминов, в первую очередь гистамина из тучных клеток. В костной, хрящевой и мышечных тканях ИЛ-1β индуцирует синтез протеиназ, что обуславливает развитие остеопороза, резорбции хряща, миомаляции. Данный цитокин также влияет на клетки миелоидного ряда, действуя синергически с ГМ-КСФ. Одновременно угнетается эритропоэз, так как ИЛ-1β является антагонистом эритропоэтина. В табл. 1 перечислены основные эффекты ИЛ-1β.
ИЛ-6 оказывает некоторые контррегуляторные эффекты по отношению к ИЛ-1β и ФНО-α, однако стимулирующее влияние на синтез белков острой фазы гепатоцитами позволяет отнести его к провоспалительным цитокинам.
Мишень | Эффект |
Т-лимфоциты | Повышение синтеза ИЛ-2, увеличение экспрессии рецепторов к ИЛ-2 |
В-лимфоциты | Усиление экспрессии HLA II |
Естественные киллеры Материал с сайта https://wiki-med.com | Повышение экспрессии рецепторов к ИЛ-2 |
Макрофага | Усиление фагоцитоза, продукции свободных радикалов и провоспалительных цитокинов, повышение экспрессии HLA II |
Эндотелиоциты | Повышение экспрессии молекул адгезии и синтеза простациклина |
Тучные клетки | Выброс гистамина |
Естественные киллеры также отвечают на действие ИЛ-1β усилением экспрессии рецептора к ИЛ-2. У макрофагов усиливается фагоцитоз, синтез свободных радикалов, повышается экспрессия молекул HLA II, синтез ФНО-α, ИЛ-6 и самого ИЛ-1β.
На этой странице материал по темам:
инструкции к наборам на цитокин 4
цитокин это
опишите цитокиновый ответ
фно цитокин
гуморальные факторы врожденного иммунитета
Вы когда-нибудь слышали о цитокинах? Термин «цитокин» происходит от комбинации двух греческих слов: «цито» означает клетку и «кинос» означает движение. Противовоспалительные цитокины играют важную роль как в здоровье, так и в болезнях, особенно когда речь идет о воспалительных состояниях, аутоиммунных заболеваниях, хронических и острых инфекциях, травмах, проблемах с зачатием и беременностью, и даже раком (1).
Согласно одной научной статье, которая подчеркивает роль цитокинов в здоровье женщин, включая преждевременные роды и эндометриоз, «прогресс в понимании биологии цитокинов привел к пониманию важности цитокинов во всех областях медицины» (2).
Так что же такое цитокины? Они представляют собой категорию небольших белков, которые обеспечивают связь между клетками. Существует несколько семейств цитокинов, которые вырабатываются по-разному, ведут себя по-разному и имеют разную активность в организме.
С другой стороны, противовоспалительные цитокины могут помочь нам бороться с инфекциями и оказывать положительное влияние на нашу иммунную систему и воспаление. Однако, когда некоторые цитокины не ведут себя идеально или перепроизводятся, это может привести к заболеванию.
Может быть трудно объяснить цитокины без чрезмерного научного языка, но лучше понимая эти мощные молекулы, мы можем улучшить или даже предотвратить некоторые очень распространенные, но серьезные проблемы со здоровьем, включая артрит, рак и многое другое.
Что такое цитокины
Простое определение цитокинов: группа белков, созданных иммунной системой, которые действуют как химические мессенджеры. Цитокины представляют собой белки, пептиды или гликопротеины, секретируемые лимфоцитами и моноцитами, которые регулируют иммунные ответы, гемопоэз и развитие лимфоцитов (3).
Эти мелкие белки действуют как посредники между клетками, и занимаются передачей жизненно важной информации, которая влияет на многие вещи в организме, начиная от эмбрионального развития до модуляции структуры кости и поддержания гомеостаза (4). Цитокины, вероятно, наиболее известны своей ключевой ролью в качестве медиаторов и регуляторов воспалительных реакций. Они на самом деле способны стимулировать движение клеток к участкам инфекции, травм и воспалений.
Цитокины секретируются другими типами клеток в высоких концентрациях и могут влиять либо на клетку происхождения (аутокринное действие), на ближайшие к ним клетки (паракринное действие) или на отдаленные клетки (эндокринное или системное действие) (5). Как правило, цитокины могут действовать синергически (работая вместе) или антагонистически (действуя в оппозиции). Существует несколько различных групп или семейств цитокинов, которые структурно сходны, но имеют разнообразный спектр функций.
Классификация цитокинов
Выделяют несколько подкатегорий цитокинов, которые включают как провоспалительные, так и противовоспалительные цитокины.
Провоспалительные цитокины в основном продуцируются активированными макрофагами и участвуют в активизации воспалительных реакций.
Научные данные связывают эти провоспалительные белки с различными заболеваниями, а также с процессом патологической боли. Между тем, противовоспалительные цитокины являются молекулами, которые помогают регулировать иммунную систему и контролировать провоспалительный ответ цитокинов (6).
Согласно классификации цитокинов, существуют следующие основные семейства цитокинов и их ключевые характеристики или действия: (7, 8)
- Хемокины: прямая миграция клеток, адгезия и активация
- Интерфероны: противовирусные белки
- Интерлейкины: разнообразие действий, зависящих от типа клеток интерлейкина
- Монокины: мощные молекулы, вырабатываемые моноцитами и макрофагами, которые помогают направлять и регулировать иммунные реакции
- Лимфокины. Белковые медиаторы, как правило, вырабатываются лимфоцитами (лейкоцитами) для направления реакции иммунной системы путем передачи сигналов между ее клетками.
- Фактор некроза опухоли: регулирует воспалительные и иммунные реакции
Есть также эритропоэтин, также называемый гемопоэтин, который является цитокиновым гормоном, который регулирует выработку эритроцитов (эритроцитов).
Свойства цитокинов
1. Регулирование иммунной системы
Цитокины играют очень важную роль в нашем иммунном ответе. Двумя основными продуцентами цитокинов являются Т-хелперные клетки и макрофаги. Что это такое? Т-хелперные клетки помогают другим клеткам в иммунном ответе, распознавая чужеродные антигены и секретируя цитокины, которые затем активируют Т и В-клетки. Макрофаги окружают и убивают микроорганизмы, поглощают инородный материал, удаляют мертвые клетки и усиливают иммунные реакции.
Воздействуя на клетки иммунной системы и взаимодействуя с ними, цитокины способны регулировать реакцию организма на болезни и инфекции. Цитокины влияют как на наши врожденные, так и на адаптивные иммунные реакции (9). Оптимальное производство и поведение наших цитокинов является ключом к здоровью нашей иммунной системы.
В одной научной статье, опубликованной в 2014 году, рассматривалось влияние цитокинов, таких как интерфероны (INF) и интерлейкины (IL), на микобактериальные инфекции, в частности, туберкулез. Исследователи приходят к выводу: «В целом семейство цитокинов IFN, по-видимому, является критическим для исхода микобактериальной инфекции» и играет важную роль в сдерживании роста бактерий (10).
3. Уменьшение боли при артрите
Поскольку цитокины регулируют различные воспалительные реакции, неудивительно, что исследования показывают, какую важную роль играют эти белки в артрите, воспалительном заболевании суставов. Как упоминалось ранее, перепроизводство или неправильное производство определенных цитокинов организмом может привести к заболеванию.
Согласно опубликованной в 2014 году научной статье под названием «Роль воспалительных и противовоспалительных цитокинов в патогенезе остеоартрита», интерлейкин-1-бета и фактор некроза опухолей-альфа, как полагают, являются основными воспалительными цитокинами, вовлеченными в остеоартрит (ОА). В то время как интерлейкин-15 связан с патогенезом ревматоидного артрита (РА) (11).
Хотя очевидно, что провоспалительные цитокины находятся на повышенных уровнях у пациентов с артритом, их противовоспалительные варианты также были обнаружены в синовиальной оболочке и в синовиальной жидкости пациентов с РА. На сегодняшний день научные исследования на животных моделях продемонстрировали способность противовоспалительных цитокинов уменьшать боль, возникающую в результате артрита. Однако они не препятствуют повреждению суставов. Клинические испытания на людях продолжаются, и мы надеемся, что в скором времени появятся некоторые полезные результаты для больных артритом (12).
4. Уменьшение воспаления
Противовоспалительные цитокины известны своей способностью уменьшать воспаление в организме. А мы знаем, что воспаление является причиной большинства заболеваний (13). Согласно научной статье под названием «Цитокины, воспаление и боль», которая была опубликована в журнале International Anesthesiology Clinics, из всех противовоспалительных цитокинов интерлейкин 10 (IL-10) обладает одними из самых сильных воспалительных свойств и способен подавлять экспрессию провоспалительных цитокинов, таких как интерлейкин 6 (IL-6), интерлейкин 1 (IL-1) и фактор некроза опухоли альфа (TNF-α).
IL-10 также способен подавлять провоспалительные рецепторы цитокинов, поэтому он способен снижать продукцию, а также функцию молекул провоспалительных цитокинов на нескольких уровнях. Согласно этой статье, введение белка IL-10 продемонстрировало облегчение боли в разнообразных состояниях, таких как периферический неврит, экситотоксическое повреждение спинного мозга и повреждение периферического нерва.
Кроме того, недавние клинические исследования показывают, что низкие уровни в крови IL-10 и интерлейкина 4 (также противовоспалительного цитокина) могут быть важными факторами, когда речь идет о хронической боли. Потому что было обнаружено, что пациенты, борющиеся с хронической широко распространенной болью, имеют низкие концентрации из этих двух цитокинов (14).
4. Противоопухолевая активность
Определенные цитокины в настоящее время используются в иммунотерапии рака, включая лечение лейкемии, лимфомы, меланомы, рака мочевого пузыря и рака почек. Наш организм естественным образом вырабатывает цитокины. Но когда они используются для естественного лечения рака, эти белки создаются в лаборатории, а затем вводятся в больших дозах, чем организм обычно делает самостоятельно.
По данным Национального института рака, интерлейкин-2 был первым цитокином, который оказал терапевтическое действие при раке. В 1976 году Роберт Галло, доктор медицины и Фрэнсис Рускетти, доктор философи, продемонстрировали, что этот цитокин может «значительно стимулировать рост Т-клеток и естественных киллеров, которые являются неотъемлемой частью иммунного ответа человека».
Спустя почти 10 лет другая группа исследователей во главе со Стивеном Розенбергом, доктором медицинских наук, как сообщается, успешно вылечила нескольких пациентов с распространенным метастатическим почечно-клеточным раком (тип почечного рака) и меланомой, дав им интерлейкин-2. Интерлейкин-2 стал первой противораковой иммунотерапией, одобренной FDA в США. На сегодняшний день он все еще используется для лечения метастатической меланомы и рака почки (15).
Побочные эффекты интерлейкина-2 могут включать озноб, лихорадку, усталость, увеличение веса, тошноту, рвоту, диарею и низкое кровяное давление. Редко, но наблюдаются также нарушение сердечного ритма, боль в груди и другие проблемы с сердцем. Другие интерлейкины продолжают изучаться как возможное лечение рака (16).
Как обеспечить здоровый баланс цитокинов
Цитокины являются важной темой научных исследований, которые продолжаются и по сей день. Но до сих пор считается, что здоровая диета, богатая полезными питательными веществами, физические упражнения и снижение стресса, могут помочь в поддержании здорового баланса цитокинов в организме.
Предполагается, что состояние цитокинов зависит от состояния питания. Хронический дефицит питательных веществ отрицательно влияет на наш иммунный ответ, который включает снижение выработки и активности цитокинов (17). Таким образом, употребление в пищу цельных и противовоспалительных продуктов является ключевым способом повышения статуса цитокинов в нашем организме.
Исследования in vitro также показали, что экстракт корицы повышает уровень интерлейкина-10, одновременно подавляя провоспалительные цитокины на экспериментальных моделях индуцированного воспалительного заболевания кишечника (18).
Одним из растительных продуктов, уменьшающих провоспалительные цитокины является конопляное масло. Подробнее о полезных свойствах конопляного масла читайте на нашем сайте.
Есть также продукты, которые нужно избегать. В первую очередь, это:
- рафинированный сахар
- молочные продукты.
Как указывает Фонд Артрита США, исследования показали, что обработанные сахара вызывают выброс воспалительных цитокинов (19).
В исследовании, опубликованном в Journal of Physiology, изучалось влияние длительных физических нагрузок на провоспалительные и противовоспалительные цитокины. Исследователи обнаружили, что в то время как физические упражнения увеличивали некоторые провоспалительные цитокины, уровни противовоспалительного интерлейкина-10 в плазме показали 27-кратное увеличение сразу после физической нагрузки, и ингибиторы цитокинов также высвобождались. Таким образом, в целом, исследование предполагает, что физические упражнения могут увеличить противовоспалительные цитокины, которые помогают уменьшить воспалительный ответ, который может возникнуть в результате длительной напряженной деятельности (20).
Исследования показали, что вначале стресс может вызывать подавление воспалительных цитокинов и активацию противовоспалительных цитокинов. Однако длительный хронический стресс дополнительно увеличивает провоспалительные цитокины, которые затем приводят к воспалительным реакциям и в конечном итоге могут вызывать различные заболевания (21). Так что это еще одна причина ежедневно практиковать медитации, горячий или контрастный душ как естественные способы снятия стресса.
Ключевые моменты о цитокинах
- Цитокины — группа белков, созданных иммунной системой, которые действуют как химические мессенджеры.
- Существует несколько семейств этих сигнальных белков, включая воспалительные или противовоспалительные цитокины.
- Они особенно важны для иммунной функции и воспалительных реакций.
- Исследования цитокинов продолжаются, но пока что текущие или потенциальные преимущества включают в себя: усиление иммунной системы, обезболивание артрита, уменьшение воспаления и роста опухолей.
Способы стимулирования здоровой функции и баланса цитокинов включают здоровую диету, основанную на цельных продуктах, которые содержат противовоспалительные компоненты и исключает воспалительные продукты, такие как сахар и молоко. Снижение стресса, в том числе регулярные физические упражнения, также могут способствовать оптимальному статусу цитокинов.