Цитокины и их биологические функции

Оглавление

 

Введение 1

Цитокины  и их биологические функции 2

Заключение 9

Список использованной литературы: 10

 

Введение

 

В организме человека каждая клетка иммунной системы выполняет определенные функции. Согласованное действие этих клеток обеспечивают регуляторы – цитокины. Совокупность цитокинов составляют «цитокиновую среду», меняющуюся совокупность сигналов. Так как существует большое разнообразие цитокинов, то эти сигналы являются очень сложными, кроме того каждый из цитокинов может участвовать в нескольких процессах

Различные цитокины регулируют пролиферацию (разрастание ткани организма) и дифференцировку иммунокомпетентных клеток. Но если влияние цитокинов на указанные процессы изучено довольно хорошо, то данные по действию цитокинов на апоптоз появились сравнительно недавно. Их следует учитывать и при клиническом использовании цитокинов.

Чрезвычайно важно значение цитокиновых сигналов для функционирования многих процессов в организме человека, и дальнейшее изучение механизмов взаимодействия цитокинов и клеток мишеней будет способствовать их клиническому применению, в том числе в онкологии.

В данном реферате рассматриваются  такие вопросы, как функции цитокинов, а также их  общая характеристика, классификация, механизм их действия.

 

Цитокины и их биологические  функции

 

Цитокины - это продуцируемые  клетками белково-пептидные факторы, осуществляющие короткодистантную регуляцию межклеточных и межсистемных взаимодействий. Основные функции цитокинов заключаются в обеспечении роста клеток, их выживаемости, дифференцировку и апоптоз. Выполнение этих функций связано с тем, что взаимодействия цитокинов с комплементарными рецепторами на поверхности клеток, сигнал с помощью элементов внутриклеточной трансдукции поступает в ядро, в результате этого происходит активация генов. В свою очередь гены продуцируют белки, которые и регулируют процессы в клетках.

Цитокины – гормоноподобные молекулы, действие которых на клетку-мишень опосредуется высокоспецифичными высокоаффинными мембранными рецепторами. Эти рецепторы являются трансмембранными гликопротеинами, они включают в себя несколько субъединиц, причем высокоаффинное связывание является следствием взаимодействия с разными субъединицами, каждая из которых сама способна связывать соответствующий цитокин, но с более низкой аффинностью. Во многих случаях клетки-мишени цитокинов имеют более чем один центр связывания, которые отличаются аффинностью по отношению к цитокину. За связывание цитокина отвечает внеклеточная часть трансмембранного гликопротеина. В клеточных мембранах имеются цепи, которые реагируют только с одним цитокином, однако есть и такие, которые могут связываться с различными цитокинами. Также имеются так называемые групповые рецепторы, которые способствуют выделению избытка цитокинов из очага поражения. Синтез рецепторов является более длительным и интенсивным процессом, что приводит к более быстрой элиминации из сосудистого русла и более полной реализации эффекта в очаге поражения.

Основная биологическая функция  цитокинов - регуляция иммунного  ответа на всех этапах его развития, в котором они играют центральную роль. В целом вся эта большая группа эндогенных регуляторов обеспечивает самые разнообразные процессы, такие как:

• пролиферация и дифференцировка предшественников функционально активных иммунокомпетентных клеток,
• хемотаксис (направленное движение клеток вдоль градиента концентраций под действием химических реагентов),
• изменение экспрессии антигенов и различных маркеров,
• переключение синтеза иммуноглобулинов,
• индукция цитотоксичности у макрофагов,
• формирование очага воспаления.

Большинство цитокинов являются гормоноподобными молекулами локального действия. Клетки, которые из производят и утилизируют, находятся очень близко. Кроме того, возможны случаи, когда цитокин действует на клетку, которая его продуцировала. Цитокины обладают достаточно коротким периодом полувыведения из кровотока, около 50% цитокинов выводится за 30 минут. Выведение катаболизированных цитокинов происходит при помощи печени и почек.

В настоящее время известно около 200 цитокинов. Среди них наиболее изученными являются факторы роста и цитокины иммунной системы (ИС).

Цитокины обладают следующими общими свойствами:

- синтезируются в процессе реализации механизмов естественного или специфического иммунитета;

- обладают активностью при очень низких концентрациях (порядка 10-11 моль/л);

- являются медиаторами иммунной и воспалительной реакций и обладают аутокринной, паракринной и эндокринной активностью;

- действуют как факторы роста и факторы дифференцировки клеток (при этом вызывают преимущественно медленные клеточные реакции, требующие синтеза новых белков);

- образуют регуляторную сеть, в которой отдельные элементы обладают синергическим или антагонистическим дейст-вием;

- обладают плейотропной (полифункциональной) активностью.

Цитокины классифицируют по биохимическим, биологическим свойствам и по типу рецепторов.

В зависимости от того, какие клетки ИС преимущественно синтезируют тот или иной цитокин, различают интерлейкины, монокины и лимфокины. В настоящее время 37 интерлейкинов имеют цифровые обозначения (IL-1 - IL-37), остальные цитокины буквенные: CSF (колониестимулирующие факторы), OSM (онкостатин М), LIF (фактор, ингибирующий лейкозные клетки), NGF (фактор роста нервов), CNTF (цилиарный нейротрофический фактор), TNF (фактор некроза опухолей), интерфероны (INF) и т.д.

Таблица 1. Классификация цитокинов по строению.

Таблица 2. Функциональная классификация цитокинов.

 

Цитокины ИС можно условно  подразделить на 4 следующие группы:

1. Гемопоэтические факторы (CSF-G,-M,-GM, IL-3 и IL-7, эритропоэтин) – стимуляторы роста и созревания незрелых кроветворных клеток.
2. Регуляторы естественного иммунитета – провоспалительные цитокины (IFNα, β, IL-1 и IL-6, TNFα, хемокины - IL-8, MCP-1, RANTES и др.). Они участвуют в неспецифической защите организма от бактериальных и ви-русных инфекций. Их основными мишенями являются клетки-фагоциты – макрофаги и гранулоциты.
3. Цитокины, регулирующие специфические иммунные реакции (IL-2 и IL-4, трансформирующий фактор роста (TGFβ) и др.). Эти белки участвуют в активации, росте и дифференцировке зрелых лимфоцитов.
4. Цитокины, регулирующие воспалительные реакции, развивающиеся в процессе специфического иммунного ответа (INFγ, лимфотоксин,IL-5, IL-10 и др.). Их основная функция – активация неспецифических эффектор-ных клеток: цитотоксических макрофагов и естественных киллеров.

Таблица 3. Основные направления использования цитокинов

Действие цитокинов обладает синергизмом, бывают случаи, когда несколько цитокинов стимулируют один и тот же процесс в клетке.

Антигенная стимуляция приводит к секреции цитокинов “первого поколения” – IL-1 и IL-6, TNF- α, которые индуцируют биосинтез центрального регуляторного цитокина IL-2, а также IL-3, 4, 5, INF γ и др. В свою очередь, цитокины “второго поколения” влияют на биосинтез ранних цитокинов. Такой принцип действия позволяет не только регулировать иммунный ответ, но и амплифицировать его, вовлекая в реакцию все возрастающее число клеток. IL-2 появляется в цитоплазме Т-клеток через 2 часа после стимуляции; IL-4 через 4 ч, IL-10 через 6 ч, IL-9 через 24 ч. Пик выработки различных лимфокинов варьируется: 12 ч для IL-2, 48 ч для IL-4 и IL-5, 72 ч для IL-9 и INFγ.

Основными клетками-продуцентами цитокинов ИС являются Т-хелперы  и макрофаги, которые выполняют  главные функции в поддержке  приобретенного и врожденного иммунитета. Т-хелперы 1 типа (Tх1) продуцируют IL-2 и INF-γ, тогда как Т-хелперы 2 типа (Tх2) - IL-4, IL-5, IL-6, IL-9, IL-10 и IL-13. Tх1 осуществляет хелперную функцию в формировании клеточного иммунитета, а Tх2 - гуморального. Считается, что оба типа Т-хелперов образуются из Tх0, синтезирующих цитокины как Tх1, так и Tх2. Переход Tх0 в Tх1 опосредуется INFγ и IL-12. Th2 образуются под воздей-ствием IL-4. Tх1 и Tх2 участвуют в различных ответных реакциях на патогенное воздействие инфекционных агентов. Это зависит от типа патогена и его локализации в клетке. Нарушение баланса цитокинпродуцирующей активности Тх1 и Tx2 типа играет значительную роль в развитии аутоиммунных состояний, хронизации, прогрессировании заболеваний. Если при инфекциях, вызванных внутриклеточными вирусами и микробами, произойдет переключение защитного клеточного иммунитета на гуморальный, то будет наблюдаться осложнение течения заболевания.

Действие цитокинов тесно  связано с физиологическими и  патофизиологическими реакциями организма. При этом происходит модуляция как локальных, так и системных механизмов защиты. Одной из важнейших функций системы цитокинов является обеспечение согласованного действия иммунной, эндокринной и нервной системы в ответ на стресс. Усиление продукции определённых цитокинов воспаления или факторов, стимулирующих рост лимфоцитов, может лежать в основе некоторых заболеваний. В то же время снижение уровня ряда цитокинов также способно провоцировать заболевание. Так, CSF играет ведущую роль в нормальном гемопоэзе, и уменьшение его продукции нарушает механизмы защиты против инфекций. Особенно большую роль цитокины играют в формировании патогенеза опухолевых заболеваний иммунной системы. Эти заболевания развиваются из клеток основных продуцентов и/или потребителей цитокинов. Гены цитокинов сопряженно активируются с онкогенами при хромосомных аберрациях и при ретровирусных инфекциях. Вследствие этого опухолевые клетки продуцируют цитокины, стимулирующие пролиферацию неопластических иммунокомпетентных клеток.

Поскольку цитокины являются локальными медиаторами, более целесообразно измерять их уровни в соответствующих тканях после экстракции тканевых протеинов или в естественных жидкостях, например, в слезе, смывах из полостей, моче, спинномозговой жидкости и т.д. Уровни цитокинов в сыворотке или других биологических жидкостях отражают текущее состояние работы иммунной системы, т.е. синтез цитокинов клетками организма in vivo. Определение уровней продукции цитокинов мононуклеарами периферической крови (МПК) in vitro показывает функциональное состояние клеток. Спонтанная продукция цитокинов МПК в культуре свидетельствует, что клетки уже инактивированы in vivo. Индуцированный (различными стимуляторами, митогенами) синтез цитокинов отражает потенциальную, резервную способность клеток отвечать на антигенный стимул (в частности, на действие лекарственных препаратов). Сниженная индуцированная продукция цитокинов in vitro может служить одним из признаков иммунодефицитного состояния.

При оценке уровней цитокинов  необходимо помнить, что цитокины являются антигеннеспецифическими факторами. Поэтому специфическая диагностика инфекционных, аутоиммунных и аллергических заболеваний с помощью определения уровня тех или иных цитокинов невозможна. Тем не менее, изучение уровней цитокинов позволяет получить информацию о функциональной активности различных типов иммунокомпетентных клеток; о тяжести воспалительного процесса, его переходе на системный уровень и прогнозе; о соотношении процессов активации Т-хелперов 1 и 2 типов, что очень важно при дифференциальной диагностике ряда инфекционных и иммунопатологических процессов; о стадии развития ряда аллергических и аутоиммунных заболеваний. Кроме того, определение уровней цитокинов используется при применении новых иммуномодулирующих препаратов на основе рекомбинантнных цитокинов и их антагонистов для изучения фармакокинетики этих препаратов, а также их способности индуцировать синтез других цитокинов.

 

 

Заключение

 

Основное назначение цитокинов  заключено в их названии, они служат для обмена информацией между  клетками. Цитокины представляют собой своеобразный «язык», с помощью которого клетки общаются для объединения с внедрившимися в организм микробами.  На такое внедрение в организме происходит мобилизация защитных клеток и активное производство защитных молекул. Роль цитокинов заключается в организации эффективного иммунного ответа, который будет прекращен за ненадобностью.

Цитокины вырабатываются клетками иммунной системы и некоторыми другими клетками в ответ на активирующий стимул и участвуют в иммунных и воспалительных реакциях, регулируя  их силу и продолжительность.  Одни и те же цитокины вырабатываются клетками различных типов. Одни и те же цитокины могут действовать на различные  клетки-мишени, регулируя их функцию.

Цитокины функционируют  по принципу сети. Они могут действовать  согласованно. Многие функции, приписываемые первоначально одному цитокину, как оказалось, обусловлены согласованным действием нескольких цитокинов (синергизм действия).

Одни цитокины индуцируют действие других цитокинов (каскад). Каскадность действия цитокинов необходима для развития воспалительных и иммунных реакций. Способность одних цитокинов усиливать или ослаблять продукцию других обусловливает важные позитивные и негативные регуляторные механизмы.

Действие цитокинов может  быть антагонистическим: ИФН-у тормозит выработку lgE В-лимфоцитами, продукция ИЛ-6 в ответ на увеличение концентрации ФНО может быть негативным регуляторным механизмом контроля за продукцией этого медиатора при воспалении.

 

 

Список использованной литературы:

 

1. Галактионов, В. Г. - Иммунологический словарь : учеб. пособие для вузов по спец. 012000 "Физиология" и другим биол. спец. рек. УМО РФ / В. Г. Галактионов. - М. : Академия, 2005.
2. Ройт А. Основы иммунологии. М.: Мир, 1991, 328 с.
3. Фрейдлин И.С. Цитокины и межклеточные контакты в противоинфекционной защите организма. - "Соросовский Образовательный журнал", 1996г, №7, С. 19-25.
4. Иммунология: В 3 т. пер. с англ./ под ред. У.Пола. – М.:Мир, 1989 – 1080 с.
5. Кульберг А.Я. Молекулярная иммунология, Учебное пособ. – М.: Высшая школа, 1985 – 287 с.