Молекулы адгезии в воспалении
Молекулы адгезии. Роль молекул адгезии при воспалении.Движение лейкоцитов в очаг воспаления начинается с серии адгезионных событий, каждое из которых касается лейкоцитов определенного типа: нейтрофилов, моноцитов или лимфоцитов. Циркулирующие лейкоциты обычно вступают лишь в мимолетные контакты с эндотелиальными клетками посткапиллярных венул: лейкоциты как бы «скользят» по поверхности эндотелия сосудистой стенки. Эта фаза обеспечивается взаимодействием вначале Р-, а затем L- и Е-селектинов с углеводными компонентами мембран клеток. L-селектин экспрессирован на большинстве лейкоцитов. селектин эндотелиальных клеток опосредует адгезию нейтрофилов и моноцитов к эндотелию. Е-селектин экспрессируется на активированных эндотелиальных клетках и поддерживает адгезию лимфоцитов. Лигандами селектинов служат сиалил-фукозилированные олигосахариды в составе многих гликопротеинов и гликолипидов мембран клеток, например, муциноподобные молекулы. Муциноподобный домен содержит клеточная адгезионная молекула — мукозный адрессин (MAdCAM-1), которая за счет взаимодействия с L-селектином обеспечивает возврат лимфоцитов в мукозноассоциированную лимфоидную ткань. Фаза скольжения происходит без активации лейкоцитов, однако скользящие лейкоциты при контактах с поверхностью эндотелия получают сигналы активации, что ведет к их иммобилизации. Наступает вторая фаза прочной адгезии, опосредованная усилением способности лейкоцитарных интегринов связываться с лигандами из суперсемейства иммуноглобулинов на эндотелиальных клетках. В качестве сигналов активации могут служить воздействия цитокинов (хемокинов): MIP-ip, MCP-1, IL-8, MIF, PAF, С5а-фракции комплемента, которые способны связываться с глюкозамингликанами поверхности эндотелиальных клеток и действовать на «скользящие» лейкоциты.
Интегрины — это большое семейство молекул клеточной поверхности, представители которых обнаружены на большинстве типов клеток. Интегрины опосредуют взаимодействие клеток с их микроокружением, обеспечивая адгезию клетка — клетка и клетка — матрикс. Интегрины — это гетеродимеры гликопротеинов, состоящие из различных комбинаций а- и (J- цепей. Описано более 20 разных представителей интегринов. На лейкоцитах экспрессированы: LFA-1, Macl, pl50,95. Лигандами для LFA-1 являются : ICAM-1, ICAM-2, ICAM-3, для Macl -ICAM-1. Эти интегрины опосредуют адгезию к эндотелию нейтрофилов, базофилов, эозинофилов, моноцитов и лимфоцитов. В отличие от нейтрофилов остальные типы клеток могут адгезироваться к цитокин-активированным эндотелиальным клеткам через интегрины VLA-4 к лигандам VCAM-1. На поверхности эндотелиальных клеток лигандами интегринов служат молекулы, имеющие структурную гомологию с иммуноглобулинами. К ним относятся интерклеточные адгезионные молекулы: ICAM-1, ICAM-2, ICAM-3, васкулярно-клеточная адгезионная молекула — VCAM1. Последняя эксирессируется преимущественно на активированных эндотелиальных клетках. Следующая после прочной адгезии стадия трансмиграции лейкоцитов через эндотелий контролируется частично теми же интегринами, взаимодействующими с молекулами ICAM-1, расположенными и на внутренней, и на латеральной, и на базальной поверхности эндотелиальных клеток. Описаны и другие молекулы, облегчающие трансмиграцию лейкоцитов: например CD31 (РЕСАМ-1), обнаруженные и на эндотелиальных клетках, и на тромбоцитах, нейтрофилах, моноцитах, лимфоцитах. За трансмиграцию моноцитов отвечает интегрин CD18, но после активации эндотелиальных клеток под влиянием IL-1 и TNF-a трансмиграция идет при участии интегринов а, взаимодействующих с молекулой VCAM-1. Все стадии адгезии и трансмиграции зависят от активации эндотелиальных клеток, которая проявляется усилением экспрессии на них адгезионных молекул. Экспрессия Е-селектина усиливается в самые ранние стадии воспаления тромбином, гистамином или активированной системой комплемента, и не требует синтеза белка de novo. Роль стимуляторов на этой стадии могут играть различные оксиданты. — Также рекомендуем «Молекулы адгезии в подострой фазе воспаления.» Оглавление темы «Воспаление легких.»: |
Рециркуляция и рекрутирование (накопление) лейкоцитов в зоне воспаления опосредуются специфическим взаимодействием лиганд — рецептор между молекулами адгезии ЭК и лейкоцитов, поверхностная экспрессия которых регулируется воспалительными медиаторами и цитокинами.
Клеточные молекулы адгезии (КМА) являются белками, гликопротеинами или пектинами, обеспечивающими межклеточные контакты. На ЭК и клетках иммунной системы присутствуют 3 семейства КМА: семейство селектинов, семейство интегринов и суперсемейство генов иммуноглобулинов.
Основные типы молекул адгезии и их лиганды
Семейства молекул адгезии | Основные представители | Лиганды |
Селектины | Е-селектин Р-селектин L-селектин | Сиалированные, фукозилированные тетрасахариды (например, Lewis х) |
Интегрины P1 семейство P2 семейство | VLA-4 LFA-1 Mac-1 р 150 95 | VCAM-1, фибронектин INAI-1, INAI-2, INAI-3 INAI-1, фибриноген, C3bi C3bi |
Суперсемейство иммуноглобулина | ICAM-1 ICAM-2 ICAM-3 VCAM-1 MedCAM-l | LFA-I, Mac-1 LFA-I LFA-I LFA-4 P7, а4 L |
Селектины — гликопротеины, экспрессирующиеся на лейкоцитах, тромбоцитах и ЭК, обладают лектиноподобным доменом, за которым следует последовательность, напоминающая эпидермальный фактор роста, и короткий повтор, напоминающий последовательность в белках, регулирующих активацию комплемента.
Описано 3 типа селектинов, принимающих участие в связывании лейкоцитов с ЭК в зоне воспаления: 1). (лейкоцитарная молекула адгезии) экспрессируется на лейкоцитах, рассматривается как основной «homing» рецептор для миграции лейкоцитов, которая очень быстро освобождается с клеточной поверхности после активации Т-лимфоцитов и нейтрофилов; 2). Р-селектин (гранулярный мембранный белок 140) хранится в а-гранулах тромбоцитов и секреторных гранулах (тельца Weibel-Palade) ЭК, индуцируется гистамином и тромбином и имеет важное значение в связывании нейтрофилов и моноцитов с ЭК; 3).
Е-селектин (эндотелиальная лейкоцитарная молекула адгезии 1; ELAM-1) экспрессируется на клеточной поверхности ЭК под влиянием ИЛ-1 (а/р, ФНО-а и ИФ-у и играет важную роль в инициации связывания лейкоцитов и ЭК в зоне воспаления. Гиперэкспрессия Е-селектина обнаружена на ЭК синовиальной ткани при РА (A. E. Koch и соавт., 1991), а также в кровяных сосудах кожи при ССД и СКВ (H. M. Belmont и соавт., 1994).
Интегрины — семейство родственных молекул адгезии, опосредующих связывание клеток с матриксом и межклеточные взаимодействия. Они обнаруживаются на лимфоцитах, моноцитах, тромбоцитах, эпителиальных и ЭК. По структуре интегрины являются гетеродимерами, состоящими из а- и р-субъединиц. В зависимости от структуры р-цепи интегрины подразделяются на 3 субкласса, каждый из которых имеет общую р-цепь, нековалентно связанную с а-цепью.
Описано 3 подсемейства интегринов (Р1, Р2, Р3). CD29 или VLA белки, имеют общую мол. массe 130 kd, ассоциирующуюся с одной из 6 возможных а-цепей (мол. масса 150-200 kD). p1-интегрины и р3-интегрины выполняют функцию рецепторов для фибронектина, ламинина, витронектина, GPII/IIIa антигена тромбоцитов, участвуют в адгезии фактора Виллебранда. р2-интегрины (CDIIa, b, с / CD18) обнаруживаются на мембране лейкоцитов, участвуют в адгезии лейкоцитов к эндотелию, их миграции, связываются с компонентами комплемента или факторами свертывания. Они состоят из 3 различных альфа-цепей (CD11a, b, c) и общей р-2 субъединицы (CD18). Большинство интегринов связываются с общей аминокислотной последовательностью аргинин-глицин-аспарагин, присутствующей в составе различных белковых молекул.
Суперсемейство молекул адгезии, относящихся к генам иммуноглобулинов, экспрессируется на ЭК и, являясь лигандами для лейкоцитарных интегринов, играет важную роль в процессах взаимодействия ЭК и лейкоцитов. К ним относятся межклеточная молекула адгезии 1 (ICAM-1; CD54), межклеточная молекула адгезии 2, тромбоцитарно-эндотелиальная молекула адгезии 1 (РЕСАМ-1; CD31), сосудистая молекула адгезии 1 (VCAM-1), а также молекулы ГКГ классов I и II. Экспрессия VCAM-1 и ICAM-1 индуцируется ИЛ-1 а/р, ФНО-а и ИФ-у.
При СКВ и РА наблюдается гиперэкспрессия CD11b/CD18 на мембране лейкоцитов, что, как полагают, отражает внутрисосудистую активацию нейтрофилов провоспалительными стимулами (например, С5а). Увеличение экспрессии CD11b/CD18 коррелирует с активностью СКВ. Имеются данные о гиперэкспрессии ICAM-1 и VCAM-1 на микрососудах синовии у больных РА, но не остеоартритом.
Е.Л. Насонов
Опубликовал Константин Моканов
Молекулы адгезии в подострой фазе воспаления.В подострой фазе воспаления активация эндотелиальных клеток опосредована, в основном, цитокинами: IL-1, TNF-a, которые индуцируют экспрессию Е-селектина, VCAM-1 и усиливают экспрессию ICAM-1. Такое же действие оказывает ЛПС. Эта активация связана с необходимостью синтеза белка de novo. Кинетика экспрессии трех вышеперечисленных молекул различна: TNF-a раньше всего усиливает экспрессию Е-селектина — за 2-4 часа до максимальной экспрессии VCAM-1 и ICAM-1. Только экспрессию ICAM-1 повышает IFNy, а IL-4 индуцирует только VCAM-1. Сочетанный эффект IFNy и IL-4 проявляется усилением и пролонгированием действия TNF-a в условиях хронического иммуно-опосредованного воспаления. Среди механизмов ингибиции тех же процессов активации эндотелиальных клеток описаны ингибирующие эффекты TGFfi, который ингибирует продукцию IL-8, снижает IL-8-зависимую трансмиграцию нейтрофилов через эндотелий, ингибирует экспрессию Е-селектина и адгезивность эндотелиальных клеток для нейтрофилов и лимфоцитов. Эффекты TGFp противоречивы: он стимулирует хемотаксис лейкоцитов, но препятствует их трансмиграции через эндотелий. С дефектом TGFp может быть связано развитие многофокусного воспаления с лейкоцитарной инфильтрацией многих тканей, с избыточной продукцией провоспалительных цитокинов. На эпителиальных клетках бронхов также экспрессированы адгезионные молекулы ICAM-1, экспрессия которых может повышаться под влиянием цитокинов IFNy, TNF-oc, IL-1(3. Экспрессия молекул ICAM-1 усиливается на эпителии при воспалении воздухоносных путей. На таких активированных эпителиальных клетках усилена адгезия эозинофилов, которая, в свою очередь, приводит к усиленной дегрануляции эозинофилов. Секретируемые при этом катионные белки могут участвовать в повреждении респираторного эпителия.
При остром воспалении легких нейтрофилы эмигрируют из альвеолярных капилляров и двигаются в ответ на воспалительные стимулы, преодолевая интерстициальный матрикс между эндотелием капилляров и альвеолярным эпителием. Этот процесс включает адгезию нейтрофилов и их локомоции. Альвеолярный интерстиций состоит из фибробластов. Адгезия нейтрофилов к альвеолярным фибробластам повышается под влиянием PAF за счет повышения экспрессии интегринов (CD11/CD18). Миграционная активность нейтрофилов возрастала под влиянием хемоаттрактанта IL-8, который секретировали альвеолярные фибробласты, активированные под влиянием TNF-oc. Фибробласты служат не только субстратом адгезии, но и источником стимулирующих молекул, обеспечивая миграцию нейтрофилов через воспаленный альвеолярный интерстиций. Для бактериальной пневмонии характерен ранний выход нейтрофилов в интерстиций и в просвет альвеол. При этом контакт нейтрофилов с фибробластами опосредован взаимодействием интегринов (CD11/ CD18) с молекулами ICAM-1(CD54), экспрессированными на фибробластах. Конститутивная экспрессия адгезионных молекул ICAM-1 на альвеолярных эпителиальных клетках в 22 раза выше, чем на эндотелиальных кчетках капилляров. ICAM-1 экспрессированы, в основном, на пневмоцитах типа I, а не на их предшественниках пневмоцитах типа II. При пневмонии экспрессия ICAM-1 повышается в 178 раз на пневмоцитах типа II, т.е. происходит их ускоренная дифференцировка в ответ на повреждение эпителия альвеол. Кроме того, непосредственно в очаге пневмонии были обнаружены нейтрофилы с измененной экспрессией адгезионных молекул: L-селектина и CD18. Эмиграция нейтрофилов в просвет альвеол при пневмонии, вызванной Streptococcus pneumoniae, связана со снижением экспрессии L-селектина и повышением экспрессии CD18. Нейтрофилы в воздушном пространстве альвеол легкого имеют повышенный уровень экспрессии адгезионных молекул CD18, что может способствовать фагоцитозу патогенных бактерий. Адгезия моноцитов к эндотелиальным клеткам легочных капилляров также опосредована взаимодействием интегринов на моноцитах с молекулами ICAM на эндотелиальных клетках. Аккумуляции моноцитов в легких способствует и то, что диаметр легочных капилляров (6-8um) меньше диаметра многих моноцитов крови (7-10um), поэтому прохождение моноцитов через легочные капилляры требует деформации, пластичности моноцитов, которая в первую очередь нарушается при воспалении. Моноциты застревают в узких легочных капиллярах, прилипают к эндотелиальным клеткам и проделывают трансмиграцию в просвет альвеол. Бактериальные компоненты и продукты (в частности ЛПС) повышают адгезивность моноцитов, усиливая экспрессию адгезионных молекул. Адгезионные молекулы могут стать клинически значимыми мишенями для противовоспалительной терапии. В настоящее время ведется поиск агентов, селективно ингибирующих адгезионные молекулы. — Вернуться в оглавление раздела «Пульмонология.» Оглавление темы «Воспаление легких.»: |
Глава 5. Миграция клеток и воспаление
МОЛЕКУЛЫ МЕЖКЛЕТОЧНОЙ АДГЕЗИИ
Молекулы межклеточной адгезии — это связанные с плазматической мембраной белки, которые обеспечивают механическое взаимодействие клеток друг с другом. Часто это молекулы, пронизывающие мембрану и присоединенные к цитоскелету; с их помощью клетки при движении могут подтягиваться к другим клеткам или перемещаться по внеклеточному матриксу. Во многих случаях отдельная молекула межклеточной адгезии способна взаимодействовать не с одним, а с несколькими лигандами, для чего служат разные участки связывания. Хотя связывание индивидуальных молекул адгезии со своими лигандами обычно происходит с низким сродством, авидность взаимодействия может быть довольно высокой, за счет того что молекулы адгезии расположены на поверхности клеток компактными «пятнами», или кластерами, и образуют участки многоточечного связывания.
Адгезия клеток одного типа к клеткам другого типа может изменяться в результате увеличения числа молекул адгезии на клеточной поверхности либо при изменении их аффинности и/или авидности (рис. 5.5). Существуют два механизма увеличения числа молекул адгезии на поверхности клеток: у многих клеток большие запасы этих молекул хранятся во внутриклеточных везикулах, которые способны через несколько минут после активации устремляться к поверхности цитоплазматической мембраны; другой механизм состоит в синтезе таких молекул de novo и переносе их на поверхность (эти процессы занимают, как правило, несколько часов).
Рис. 5.5. Четыре механизма для усиления связывания лейкоцитов с эндотелием. 1. Многие лейкоциты обладают внутренними запасами молекул адгезии, которые могут быстро доставляться на поверхность. 2. Эндотелиальные клетки в очагах воспаления способны синтезировать молекулы межклеточной адгезии de novo. 3. В результате активации клеток возможно возрастание аффинности связывания, например LFA-1.4. Перераспределение молекул адгезии на клеточной поверхности приводит к образованию высокоавидных участков связывания В реальных условиях клетки одновременно используют несколько механизмов и после первоначального межклеточного взаимодействия аффинность связывания молекул адгезии может существенно изменяться.
Число известных молекул межклеточной адгезии, имеющих значение для лейкоцитарной миграции, ошеломляюще велико. Тем не менее все их можно распределить по четырем семействам структурно родственных молекул. Миграция клеток — это сложный процесс, в котором на разных стадиях принимают участие несколько наборов молекул адгезии.
Некоторые эндотелиальные молекулы адгезии относятся к иммуноглобулиновому суперсемейству
К суперсемейству иммуноглобулинов принадлежит ряд молекул адгезии эндотелиальных клеток, в том числе молекула межклеточной адгезии I типа (IСАМ-1, от англ. intercellular adhesionmolecula-1) и 2 типа (IСАМ-2), молекула адгезии сосудистого эндотелия I типа (VCAM-I, от от англ. vascular cellular adhesion molecula-1) и молекула адгезии ВЭВ лимфоидных образований в слизистых оболочках, названная ранее адрессином I типа — MAdCAM-l (от от англ. mucosal adressin САМ-1). Экспрессия этих молекул на эндотелии сосудов может быть постоянной или индуцибельной. ICAM-1 имеет пять внеклеточных доменов, из которых два N-концевых структурно гомологичны двум внеклеточным доменам ICAM-2. В составе VCAM-I шесть внеклеточных доменов: эти же данные присутствуют в структуре MAdCAM-1 (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Схематическое изображение эндотелиальных молекул межклеточной адгезии ICAM-1, ICAM-2, VCAM-1 и МАССАМ-1 с Ig-подобными доменами. Их лиганды, входящие в семейство интегринов, приведены в верхней части рисунка. В структуре MAdCAM-1 имеется также обильно гликозилированный сегмент, который связывает L-селектин.
В адгезии лейкоцитов к эндотелию и внеклеточному матриксу участвуют интегрины
Интегрины — это обширная группа молекул межклеточной адгезии, которые присутствуют на поверхности различных клеток, в том числе лейкоцитов. Все белки, входящие в это крупное семейство, состоят из двух нековалентно связанных полипептидных цепей (α и β); обе цепи пронизывают клеточную мембрану. Семейство интегринов делят на три основные подсемейства по типу β-цепи (β1, β2 или β3). Тип α-цепи, соединенной с β-цепью, оказался не так важен для функциональной активности, как предполагали первоначально. В основном β1-интегрины участвуют в связывании клеток со структурами внеклеточного матрикса, β2-интегрины — в адгезии лейкоцитов к эндотелию или другим клеткам иммунной системы, а β3-интегрины (цитоадгезины) — в слипании тромбоцитов с нейтрофилами в очагах воспаления или местах повреждения сосудов. Из этой простой схемы имеется, однако, несколько исключений и, кроме того, описаны дополнительные β-цепи (например, β7). Каждая β-цепь может ассоциировать с одной из различных α-цепей, в результате чего образуются разнообразные молекулы адгезии. Способность интегринов связываться со своими лигандами зависит от двухчленных катионов. Например, LFA-I (α1β2-интегрин) в норме экспрессирован на лейкоцитах в низкоаффинном состоянии, но при повышении концентрации Mg2+ становится высокоаффинным. При повышении концентрации Са2+ интегрины на поверхности клеток перераспределяются, формируя высокоавидные «пятна». Некоторые интегрины, важные для миграции, указаны на рис. 5.7.
Рис. 5.7. Вверху схематически изображена молекула интегрина, состоящая из двух нековалентно связанных полипептидных цепей. В таблице указаны свойства некоторых интегринов, опосредующих связывание (прилипание) лейкоцитов с сосудистым эндотелием или внеклеточным матриксом.
Селектины — группа лейкоцитарных и эндотелиальных молекул межклеточной адгезии, которые связываются с углеводами
Группа селектинов включает Е-селектин, Р-селектин и L-селектин, экспрессируемые на эндотелии, тромбоцитах и некоторых типах лейкоцитов соответственно (рис. 5.8). Молекулы селектинов пронизывают мембрану и имеют ряд внеклеточных доменов, гомологичных доменам регуляторных белков комплемента, например фактору Н. Внеклеточная часть их молекул содержит также домен, близкий по структуре рецептору для фактора роста эпидермиса (ФРЭ), и N-концевой домен, обладающий лектиноподобными свойствами, т. е. связывающий углеводные остатки (отсюда название «селектины»). Соответственно этому в состав лигандов, с которыми связываются селектины, входят углеводы.
Рис. 5.8. Строение трех селектинов. Концевой пектиновый до мен каждого из них связывается с углеводными лигандами клеток, указанных вверху. Селектины имеют также и другие общие структурные характеристики.
Лиганды селектинов — это углеводные компоненты различных гликопротеинов лимфоцитарной и эндотелиальной поверхности
Углеводные лиганды для селектинов встречаются в структуре разнообразных белков. Так, много численные О-связанные углеводные остатки, которые служат лигандами для лимфоцитарного L-селектина, содержит гликопротеин Sgp-200, экспрессируемый на эндотелии ВЭВ. (Вследствие связывания L-селектина с этими углеводными остатками лимфоциты из кровотока направляются в периферические лимфоузлы.) L-селектины могут также связываться с углеводами в составе MAdCAM I, который экспрессирован на эндотелии ВЭВ лимфоидных образований в слизистых оболочках. Эти гликопротеины, названные в соответствии с их функцией сосудистыми адресатами, присутствуют главным образом на клетках ВЭВ в лимфоидных тканях, но могут быть индуцированы при хроническом воспалении и в других участках организма (рис. 5.9).
Рис. 5.9. Адрессины слизистых оболочек на поверхности эндотелия. Электронная микрофотография среза мозга при хроническом экспериментальном рецидивирующем аллергическом энцефаломиелите у мышей линии Biozzi АВ/Н, вызванном иммунизацией основным белком миелина. Срез окрашен для выявления MAdCAM-1 (темная кайма, указанная стрелкой), экспрессированного на поверхности эндотелия в просвете мозгового сосуда. (Фото любезно предоставлено д-ром J.K. O’Neill и д-ром С. Butter с разрешения издательства; Immunology, 1991; 72: 520-525.)
Е- и Р-селектины, экспрессируемые на активированных эндотелиоцитах, связываются с сиалированной формой углеводной детерминанты Lex (групповой антиген крови системы Льюис — Lеwis-X), ассоциированной с белком CD15, который присутствует на лейкоцитах многих субпопуляций. В результате этого связывания движение лейкоцитов с током крови прекращается и наступает первая фаза миграции (рис. 5.10).