Развитие лимфоцитов контролируют стромальные клетки первичных лимфоидных органов, посредством как прямых контактных взаимодействий, так и гуморально опосредованных влияний цитокинов и пептидных факторов, вырабатываемых этими клетками.
Лимфопоэтические цитокины
Основные лимфопоэтины и их мишени в процессе развития лимфоцитов представлены на рис. 3.64.
IL-7. Главный лимфопоэтический фактор, а также гомеостатический фактор Т-клеток. Молекулярная масса — 17 кДа, гликозилированной формы — 25 кДа. Спонтанно IL-7 секретируют в малых количествах стромальные клетки костного мозга, эпителиальне клетки тимуса, кератино- циты. Его синтез слабо реагирует на факторы, стимулирующие выработку цитокинов; только IFNy существенно усиливает его секрецию. Рецептор IL-7 содержит 2 субъединицы — а и у(с), с которыми связаны тирозинкиназы Jak1 и Jak3, соответственно. В передаче сигнала участвуют факторы STAT5 и STAT1. Один из основных биологических эффектов IL-7 состоит в индукции антиапоптотического фактора Bcl-2, что обусловливает роль этого цитокина в качестве фактора выживаемости развивающихся и зрелых Т-лимфоцитов. IL-7 — незаменимый фактор выживаемости и роста незрелых Т- и В-лимфоцитов (редкое явление в системе цитокинов) — у человека при Т-лимфопоэзе, у мышей — как при Т-, так и при В-лимфо- поэзе. При мутациях генов IL-7 и его рецептора развитие Т-лимфоцитов блокируется на стадии DN2. IL-7 участвует в запуске перестройки гена у-цепи TCR. В качестве кофактора IL-7 может усиливать пролиферацию зрелых Т-клеток. IL-7 усиливает секрецию цитокинов Т-лимфоцитами (в наибольшей степени IFNy). IL-7 — основной гомеостатический фактор
Рис. 3.64. Цитокины тимуса и продуцирующие их клетки. Желтым цветом обозначены цитокины, светло-коричневым — хемокины. ТЭК — тимусные эпителиальные клетки
для наивных Т-лимфоцитов и вспомогательный для Т-клеток памяти и NK-клеток.
IL-15. Белок массой 14 кДа с двумя дисульфидными связями, близкий по структуре к IL-12. IL-15 cекретируют эпителиальные клетки, моно- циты/макрофаги, клетки стромы костного мозга и лимфоидных органов. Может существовать в мембранной форме. Из трех полипептидных цепей рецептора IL-15 две — в и у(с) — общие с рецептором IL-2 и только третья — а-цепь — индивидуальная. Рецептор IL-15 экспрессируют активированные Т-, NK-лимфоциты, моноциты, эндотелиальные клетки. По биологическим свойствам IL-15 сходен с IL-2: индуцирует пролиферацию активированных Т- и В-лимфоцитов, NK-клеток, развитие цитотоксических Т-лимфоцитов. Служит гомеостатическим фактором для NK-клеток и CD8+ Т-клеток памяти. Эти клетки распознают IL-15 в комплексе с его рецептором на стромальных клетках в лимфоидных органах. В отсутствие IL-15 снижается содержание NKT-клеток, внутриэпителиальных Т-лим- фоцитов, у5Т-клеток и особенно их CD8aa+ формы. Показана также роль IL-15 в развитии дендритных клеток и поддержании жизнеспособности эпителиальных клеток.
BAFF и APRIL. Представители семейства фактора некроза опухоли. Существуют в мембраносвязанной и растворимой формах. Известно несколько их изоформ, формирующихся в результате альтернативного сплайсинга. Эти факторы отвечают за развитие и поддержание жизнеспособности В-лимфоцитов, а также за активацию В- и Т-клеток. Антиапоптотическое действие BAFF и APRIL реализуется через индукцию фактора Bcl-2. Известно 3 рецептора этих факторов: BAFF-R (связывает в большей степени BAFF, обеспечивает созревание и поддерживает жизнеспособность В-клеток), BCMA (связывает преимущественно APRIL, нужен для выживания плазматических клеток в костном мозге) и TACI (связывает в равной степени оба фактора, сигналы, поступающие через этот рецептор, обеспечивают развитие Т-независимого ответа В-клеток, подавляют активацию В-клеток). Усиленная выработка факторов BAFF и APRIL благоприятствует развитию системных аутоиммунных заболеваний и В-клеточных лимфопролиферативных процессов. Дефицит BAFF и APRIL и дефекты экспрессии их рецепторов служат основой вариабельного иммунодефицита.
Пептидные факторы тимуса
Большую группу гуморальных продуктов тимусного эпителия образуют пептиды из группы нейромедиаторов. Эпителиальные клетки, происходящие из нервного гребня (их маркером служит ганглиозид GQ), секретиру- ют соматостатин, окситоцин, вазопрессин, в-эндорфин, метэнкефалин и другие пептидные факторы (основное место синтеза большинства из них — гипоталамус и гипофиз). Некоторые из этих факторов секретируются также макрофагами и тимоцитами.
Особую группу пептидов тимуса формируют так называемые гормоны тимуса (табл. 3.18). В эту группу входят пептиды и белки, продуцируемые исключительно или преимущественно в тимусе. К ним относят тимозины, тимулин, тимопоэтины и тимусный гуморальный фактор.
Таблица 3.18. Характеристика гормонов тимуса
|
Пептид |
Аминокислотная последователь ность |
Число остат ков |
Молекулярная масса, Да |
pI |
Содержание в сыворотке крови |
Эффект тимэктомии |
|
Тимулин (Zn2+ — FTS) |
AcEAKSQGGSD |
9 |
847 |
7,5 |
0,5-4,0 пг/мл |
Исчезновение фактора |
|
а1-Тимозин |
AcSDAAVDTSSEI TTKDLKEKKEV VEEAEN |
28 |
3108 |
4,2 |
0,5-2,5 нг/мл |
Отсутствие эффекта или снижение содержания |
|
Тимопоэ- тин II |
AcSEFLEDPSLVT KEKLKSELVAN NVTLPAGEGRK DVYVELYLQHLT AVKR |
49 |
5562 |
5,5 |
Нет данных |
То же |
Тимулин — нонапетид, для которого не установлена молекула-предшественник и, соответственно, структурный ген. Тимулин проявляет активность только при образовании комплекса с ионами Zn2+. Структура тиму- лина консервативна — последовательность аминокислотных остатков в его молекуле идентична у разных млекопитающих. Тимулин выявили в сыворотке раньше других тимусных гормонов. Его первое название — тимусный гуморальный фактор. В циркуляции тимулин связан с белком-носителем массой 40—50 кДа. В сыворотке может присутствовать также белок-ингибитор тимулина. До сих пор не обнаружено иных источников тимулина, кроме тимуса. При тимэктомии он исчезает из циркуляции.
Тимозины — группа полипептидных факторов, обнаруженная в 1967 г. А. Голдштейном (A. Goldstein) в экстрактах тимуса. а1-Тимозин — N-концевой фрагмент внутриклеточного белка протимозина а. Молекула протимозина а содержит 113 остатков. Его N-концевая половина более консервативна, чем С-концевая. Именно из N-конца с участием протеаз выщепляются молекулы aj-тимозина (28 остатков). Протимозин а широко распространен и участвует в ремоделировании хроматина и регуляции митоза. Процессинг этой молекулы, обусловленный активностью лизосомальной аспарагинил- эндонуклеазы и приводящий к образованию а1-тимозина, по-видимому, в большей степени реализуется в тимусе, чем вне его. Образование а1-тимо- зина выявлено также в нервной системе. Сам протимозин а индуцирует образование а1-тимозина моноцитами.
Тимопоэтины выделены из экстракта тимуса и первоначально были охарактеризованы по влиянию на нервно-мышечную проводимость (свойственна в большей степени тимопоэтину I) и дифференцировку Т-клеток (сильнее проявляется у тимопоэтина II). Эти молекулы отличаются тремя остатками (1, 2, 43). Еще в 70-е годы была установлена структура активного пентапептида 32—36, воспроизводящего влияние целых молекул на Т-лим- фоциты). Этот пептид был назван тимопентином. Вскоре его обнаружили в экстрактах тимуса. В настоящее время с исследовательской и лечебной целями используют исключительно синтетический тимопентин, а не целые молекулы тимопоэтинов.
К активным пептидам тимуса можно отнести также тимусный гуморальный фактор, представляющий собой комплекс пептидов тимуса. Этот фактор широко известен, в основном, как препарат, используемый при лечении опухолей и гепатита В. Сведения о его наличии в циркуляции отсутствуют. Активная фракция этого препарата — тимусный гуморальный фактор у2 — выделен, охарактеризован и синтезирован. Его состав — Ac-Leu-Glu-Asp- Gly-Pro-Lys-Phe-Leu-CH2Cl.
Гормоны тимуса вырабатываются и секретируются субкапсулярными и медуллярными эпителиальными клетками тимуса, причем тимулин, а1-тимозин и тимопоэтин вырабатываются одними и теми же клетками — секреторными клетками тимусного эпителия, экспрессирующими ганг- лиозид GQ и вырабатывающими нейропептиды и некоторые цитокины. В длительных клеточных культурах эпителиальных клеток тимуса к 12 сут доля клеток, содержащих гормоны, достигает 70—80%. Синтезируемые гормоны секретируются и их выявляют в культуральной жидкости. Основной путь секреции тимулина — Са2+-зависимый экзоцитоз, стимулируемый Zn2+. Синтезированные в тимусе пептидные гормоны поступают в кровоток и содержатся в сыворотке крови в нанограммовых концентрациях, сопоставимых с концентрацией других гормонов.
Тимулин, тимопоэтин и а1-тимозин in vitro проявляют сходную и достаточно разнообразную активность. Наиболее широко известна их способность индуцировать экспрессию маркеров зрелых Т-лимфоцитов на поверхности предшественников Т-клеток. Однако эти факторы не способны индуцировать дифференцировку Т-лимфоцитов. Основные клетки-мишени перечисленных факторов расположены вне тимуса — это Т-лимфоциты, недавно мигрировавшие из тимуса и не приобретшие полностью свойства периферических наивных Т-клеток (в частности, способность интенсивно продуцировать IL-2 при активации). Действительно, тимулин и другие гормоны тимуса усиливают выработку IL-2 активированными Т-клетками, особенно при ее исходном понижении. Они усиливают также экспрессию рецепторов для IL-2. Спектр эффектов этих гормонов достаточно широк, но не четок. Он не ограничивается действием на Т-лимфоциты и опосредуемые ими процессы. Тимулин, тимопоэтин и а1-тимозин усиливают активность естественных киллеров, стимулируют эффекты, опосредуемые макрофагами и В-клетками (как правило, при участии Т-лимфоцитов). В последнее время все большее внимание привлекает способность а1-тимозина влиять на дендритные клетки. В общем виде действие гормонов тимуса можно охарактеризовать как способность корригировать индуцированные иммунодефицитные состояния (в частности, возрастные иммунодефициты) и регулировать иммунные процессы, особенно при иммунопатологии.
Уровень тимулина в крови человека достигает максимума к 5—10 годам, затем до 36 лет снижается, после чего стабилизируется на очень низком уровне до 80 лет. Снижение концентрации гормонов тимуса (в частности, при старении) обусловливает ослабление активности Т-клеток, в частности способности секретировать IL-2 при стимуляции. Введение синтетических гормонов тимуса или их аналогов устраняет названные дефекты. Гормоны тимуса влияют на выработку других гормонов и, в свою очередь, испытывают влияние с их стороны. Через гормоны тимуса осуществляется связь этого органа и гипоталамо—гипофизарно—гонадной системы. Тем не менее конкретные функции и молекулы-мишени гормонов тимуса в организме выяснены не до конца. Вероятно, они реализуются преимущественно в периферическом отделе иммунной системы. Некоторые пептидные факторы тимуса (TGFy2, дипептид тимоген и др.) используются в лечении иммунодефицитных состояний. Ценность этих факторов в качестве лекарственных препаратов, возможно, возрастет после установления молекулярных основ их действия.